JP7651767B1 - Magnetic Sensors - Google Patents
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Abstract
【課題】小さな磁界を高精度で測定することができ、小型化にも寄与しうる、磁気センサの提供を目的とする。
【解決手段】測定磁界に沿う向きに磁化可能な第1層13、測定磁界を受けても磁化方向を第1方向(X方向)に維持可能な第2層11、および第1層13と第2層11との間に位置する非磁性層12を有する磁気抵抗効果素子10aと、第2層11の磁化11mの向きを可逆的に反転させる磁化制御部20と、を有する可変磁界検知部100aを備えることを特徴とする磁気センサ1であって、磁化制御部20は、通電により磁化方向が反転する通電磁化制御部201であってもよいし、スピントルク生成部21および異方性可変部22を有していてもよい。磁化制御部20はスピントルク生成部21を有して第2層11は可変第2層111であってもよく、第2層11は磁化制御部20と一体化して通電可変第2層112であってもよい。
【選択図】図1
An object of the present invention is to provide a magnetic sensor that can measure small magnetic fields with high accuracy and also contribute to miniaturization.
[Solution] A magnetic sensor 1 is characterized by including a variable magnetic field detection unit 100a having a magnetoresistance effect element 10a having a first layer 13 that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer 11 that can maintain its magnetization direction in a first direction (X direction) even when subjected to a measurement magnetic field, and a nonmagnetic layer 12 located between the first layer 13 and the second layer 11, and a magnetization control unit 20 that reversibly reverses the direction of magnetization 11m of the second layer 11, in which the magnetization control unit 20 may be a magnetization control unit 201 whose magnetization direction is reversed by current flow, or may have a spin torque generation unit 21 and an anisotropy variable unit 22. The magnetization control unit 20 may have the spin torque generation unit 21 and the second layer 11 may be a variable second layer 111, or the second layer 11 may be integrated with the magnetization control unit 20 to be a current-variable second layer 112.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor equipped with a magnetoresistance effect element.
磁界を検出、測定する磁気センサとして、GMR(巨大磁気抵抗)効果やTMR(トンネル磁気抵抗)効果を用いた磁気抵抗効果素子を備えたものがある。これら磁気センサにおける磁気抵抗効果素子は、固定磁性層と、非磁性中間層と、フリー磁性層とがこの順に積層された構成を備えている。磁気抵抗効果素子では、測定対象の外部磁界が加わるとフリー磁性層の磁化方向が変化し、フリー磁性層の磁化方向と固定磁性層の磁化方向とのなす角に応じた抵抗変化が起こる。磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、磁気抵抗効果素子の抵抗変化を用いて、磁界を検出することができる。 Some magnetic sensors that detect and measure magnetic fields are equipped with a magnetoresistance effect element that uses the GMR (giant magnetoresistance) effect or the TMR (tunneling magnetoresistance) effect. The magnetoresistance effect element in these magnetic sensors has a structure in which a fixed magnetic layer, a non-magnetic intermediate layer, and a free magnetic layer are stacked in this order. In the magnetoresistance effect element, when an external magnetic field to be measured is applied, the magnetization direction of the free magnetic layer changes, and a resistance change occurs according to the angle between the magnetization direction of the free magnetic layer and the magnetization direction of the fixed magnetic layer. A magnetic sensor equipped with a magnetoresistance effect element can detect a magnetic field using the resistance change of the magnetoresistance effect element.
磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサには、フィルターでは除去することができない1/fノイズがある。1/fノイズは周波数に反比例し、低周波数になるほど大きくなるため、高精度の計測を行う際に阻害要因となる可能性がある。このため、1/fノイズを除去するために種々の方法が用いられている。 Magnetic sensors equipped with magnetoresistance effect elements have 1/f noise that cannot be removed by filters. 1/f noise is inversely proportional to frequency and becomes larger at lower frequencies, so it can be an obstacle to high-precision measurements. For this reason, various methods are used to remove 1/f noise.
特許文献1には、偶関数型の磁気センサにおいて、ある方向(+X方向)にバイアス磁界を印加したときの出力と、その反対方向(-X方向)にバイアス磁界を印加したときの出力との差分を取ることにより1/fノイズを除去する磁気センサが開示されている。 Patent document 1 discloses an even-function magnetic sensor that removes 1/f noise by taking the difference between the output when a bias magnetic field is applied in a certain direction (+X direction) and the output when a bias magnetic field is applied in the opposite direction (-X direction).
特許文献2には、半導体サンプルのホール起電力を測定する際に、電極とサンプルとの間に発生するショットキーバリアによるノイズを除去するために、電圧差Vmの周波数帯域を低周波側にシフトさせて、1/fノイズの影響を大きく受けている電圧差Vmの周波数帯域を除去する測定装置が開示されている。 Patent Document 2 discloses a measurement device that, when measuring the Hall electromotive force of a semiconductor sample, shifts the frequency band of the voltage difference Vm to the lower frequency side in order to remove noise caused by the Schottky barrier that occurs between the electrodes and the sample, thereby removing the frequency band of the voltage difference Vm that is significantly affected by 1/f noise.
特許文献3には、2つのサンプリングホールドを切り替えることで第1の電流、第2の電流の各々でブリッジ信号をサンプリングし、サンプリングした第1および第2のブリッジ信号の差から、磁場の値を判定する磁場感知デバイスが開示されている。 Patent document 3 discloses a magnetic field sensing device that samples bridge signals at a first current and a second current by switching between two sample holds, and determines the value of the magnetic field from the difference between the sampled first and second bridge signals.
特許文献4には、出力信号の1/fノイズを除去するために変調器でセンサ信号の正負を切り替えて変調した信号の差分を取るセンサ装置が開示されている。 Patent document 4 discloses a sensor device that uses a modulator to switch the sensor signal between positive and negative to remove 1/f noise from the output signal, and then takes the difference between the modulated signals.
磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサの分解能(磁気分解能)を高めることに対して強い要請があり、この要請に応えるために、従来、様々な装置や方法が提案されている。本発明は、従来とは異なる構成により、小さな磁界を高精度で測定することができる、磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサを提供することを目的とする。 There is a strong demand for improving the resolution (magnetic resolution) of magnetic sensors equipped with magnetoresistance effect elements, and various devices and methods have been proposed to meet this demand. The present invention aims to provide a magnetic sensor equipped with a magnetoresistance effect element that can measure small magnetic fields with high accuracy using a configuration different from conventional ones.
本発明は、一態様において、測定磁界に沿う向きに磁化可能な第1層、磁化が第1方向に沿った状態を維持可能な第2層と、前記第1層と前記第2層との間に位置する非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子と、前記第2層の磁化を可逆的に反転させる磁化制御部と、を有する可変磁界検知部を備えることを特徴とする磁気センサである。 In one aspect, the present invention is a magnetic sensor characterized by comprising a magnetoresistance effect element having a first layer that can be magnetized in a direction along the measurement magnetic field, a second layer that can maintain a state in which the magnetization is along a first direction, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer, and a variable magnetic field detection unit having a magnetization control unit that reversibly reverses the magnetization of the second layer.
従来技術に係る磁気抵抗効果素子では、測定対象となる外部磁場を測定する際には、2つの磁性層のうち一方が磁化固定層となって磁化の向きは固定されるが、本発明の一態様に係る磁気センサでは、この磁化固定層に対応する第2層の磁化が一方向きに固定された状態(第1状態)と、第1状態とは反対向き(反平行)に第2層の磁化が固定された状態(第2状態)との2つの状態で外部磁場を測定する。それぞれの状態での測定結果を含む電気信号の差分を取ることにより、高精度な測定が可能となる。 In magnetoresistance effect elements according to conventional technology, when measuring an external magnetic field to be measured, one of the two magnetic layers becomes a magnetization fixed layer and the direction of magnetization is fixed, but in a magnetic sensor according to one aspect of the present invention, the external magnetic field is measured in two states: a state in which the magnetization of the second layer corresponding to this magnetization fixed layer is fixed in one direction (first state), and a state in which the magnetization of the second layer is fixed in the opposite direction (anti-parallel) to the first state (second state). By taking the difference between the electrical signals containing the measurement results in each state, highly accurate measurements are possible.
上記の磁気センサにおいて、前記第2層の前記磁化が前記第1方向の一方向きであるときの前記可変磁界検知部からの第1出力と、前記第2層の前記磁化が前記第1方向の他方向きであるときの前記可変磁界検知部からの第2出力とに基づいて、前記測定磁界を算出する磁界算出部をさらに備えてもよい。 The magnetic sensor may further include a magnetic field calculation unit that calculates the measured magnetic field based on a first output from the variable magnetic field detection unit when the magnetization of the second layer is in one direction of the first direction and a second output from the variable magnetic field detection unit when the magnetization of the second layer is in the other direction of the first direction.
第1出力に基づく電気信号と第2出力に基づく電気信号とに含まれるノイズに相関がある場合には、これら電気信号の差を取ることによりノイズ信号、特に1/fノイズを除去することができる。 When there is a correlation between the noise contained in the electrical signal based on the first output and the electrical signal based on the second output, the noise signal, particularly 1/f noise, can be removed by taking the difference between these electrical signals.
上記の磁気センサにおいて、前記可変磁界検知部は、いずれも前記磁気抵抗効果素子および前記磁化制御部を有し、前記第2層が互いに反対向きに磁化するように制御され、直列に接続される第1可変磁界検知部および第2可変磁界検知部と、直列接続された前記第1可変磁界検知部と前記第2可変磁界検知部との間の電位に関する電気信号を出力する出力部と、を有し、前記第1可変磁界検知部および前記第2可変磁界検知部は、それぞれの前記第2層が互いに反対向きに磁化するように制御され、前記出力部からの前記電気信号を入力として演算処理を行い、前記測定磁界を算出する磁界算出部をさらに備え、前記演算処理は、前記第1可変磁界検知部の前記第2層の前記磁化が前記第1方向の一方向きであるときに前記出力部から出力される第1電気信号と、前記第1可変磁界検知部の前記第2層の前記磁化が前記第1方向の他方向きであるときに前記出力部から出力される第2電気信号との差を求めることを含んでもよい。 In the magnetic sensor described above, the variable magnetic field detection unit includes a first variable magnetic field detection unit and a second variable magnetic field detection unit that are connected in series and controlled so that the second layers are magnetized in opposite directions, and an output unit that outputs an electrical signal related to the potential between the first variable magnetic field detection unit and the second variable magnetic field detection unit that are connected in series, and the first variable magnetic field detection unit and the second variable magnetic field detection unit are controlled so that the second layers are magnetized in opposite directions, and further includes a magnetic field calculation unit that performs arithmetic processing using the electrical signal from the output unit as an input and calculates the measured magnetic field, and the arithmetic processing may include determining the difference between a first electrical signal output from the output unit when the magnetization of the second layer of the first variable magnetic field detection unit is in one direction of the first direction and a second electrical signal output from the output unit when the magnetization of the second layer of the first variable magnetic field detection unit is in the other direction of the first direction.
高精度な測定を実現する一手法であるフルブリッジ回路による測定では、1つの磁気センサに磁気抵抗効果素子を4つ用意する必要がある。これらの4つの磁気抵抗効果素子は特性が可能な限り等しいことが、高精度な測定を実現するために必要である。本発明に係る磁気センサの磁気抵抗効果素子が有する第2層は、磁化制御部により磁化が反転可能であるから、2つの磁気抵抗効果素子を直列に接続させたハーフブリッジ回路から、フルブリッジ回路から出力される2種の中点電位に関する電気信号を出力させることができるため、磁気センサを小型化することができる。しかも、フルブリッジ回路よりも少ない数の磁気抵抗効果素子で2種の電気信号が得られることから、フルブリッジ回路よりも磁気抵抗効果素子の均質性が高く、測定精度が高くなることが期待される。 In measurements using a full-bridge circuit, which is one method for achieving highly accurate measurements, four magnetoresistance effect elements must be prepared for one magnetic sensor. In order to achieve highly accurate measurements, it is necessary that the characteristics of these four magnetoresistance effect elements are as equal as possible. Since the magnetization of the second layer of the magnetoresistance effect element of the magnetic sensor according to the present invention can be reversed by the magnetization control unit, it is possible to output electrical signals related to two types of midpoint potentials output from the full-bridge circuit from a half-bridge circuit in which two magnetoresistance effect elements are connected in series, thereby making it possible to miniaturize the magnetic sensor. Moreover, since two types of electrical signals can be obtained with fewer magnetoresistance effect elements than in a full-bridge circuit, it is expected that the homogeneity of the magnetoresistance effect elements will be higher than in a full-bridge circuit, and that the measurement accuracy will be higher.
上記の磁気センサにおいて、前記磁化制御部は、通電時にスピン軌道トルクを生成するスピントルク生成部を有し、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて、前記第2層の磁化は可逆的に反転してもよい。 In the above magnetic sensor, the magnetization control unit may have a spin torque generation unit that generates a spin orbit torque when current is applied, and the magnetization of the second layer may be reversibly reversed based on the spin orbit torque from the spin torque generation unit.
上記のスピントルク生成部を有する場合において、前記磁化制御部は、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて可逆的に磁化反転可能な異方性可変部を有し、前記異方性可変部は、前記第2層と磁気的に結合してもよく、さらに、前記異方性可変部は反強磁性体からなる部分を有してもよい。 When the magnetization control unit has the above-mentioned spin torque generation unit, the magnetization control unit has an anisotropy variable unit that can reversibly reverse magnetization based on the spin orbit torque from the spin torque generation unit, and the anisotropy variable unit may be magnetically coupled to the second layer, and further, the anisotropy variable unit may have a portion made of an antiferromagnetic material.
上記のスピントルク生成部を有する場合において、前記第2層は、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて可逆的に磁化反転可能な部分を有する可変第2層であってもよく、前記可変第2層は反強磁性体からなる部分を有してもよい。 When the spin torque generating unit is included, the second layer may be a variable second layer having a portion whose magnetization can be reversibly reversed based on the spin-orbit torque from the spin torque generating unit, and the variable second layer may have a portion made of an antiferromagnetic material.
上記の磁気センサにおいて、前記第2層は、前記磁化制御部と一体化し、通電時に可逆的に磁化反転可能な反強磁性体からなる部分を有する通電可変第2層であってもよい。 In the above magnetic sensor, the second layer may be a current-variable second layer that is integrated with the magnetization control unit and has a portion made of an antiferromagnetic material whose magnetization can be reversibly reversed when a current is applied.
上記の磁気センサにおいて、前記磁化制御部は通電により可逆的に磁化反転可能な通電磁化制御部であってもよい。 In the above magnetic sensor, the magnetization control unit may be an electromagnetization control unit that can reversibly reverse magnetization by passing current through it.
本発明によれば、磁気分解能が高い磁気センサが提供され、本発明は磁気センサのさらなる小型化にも寄与する。 The present invention provides a magnetic sensor with high magnetic resolution, and also contributes to further miniaturization of the magnetic sensor.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。各図面において同じ部材には同じ番号を付して、説明を省略する。各部材の位置関係を示すために、適宜、各図に基準座標を示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the attached drawings. The same components in each drawing will be given the same numbers and their explanations will be omitted. Reference coordinates will be shown in each drawing as appropriate to show the positional relationship of each component.
図1は、本発明の一実施形態に係る磁気センサのブロック図である。図2は、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁界検知部の説明図である。なお、図2は、磁界検知部2の可変磁界検知部100a、100b、100c、100dが第1状態にある(詳細は後述する。)本実施形態の磁気センサ1は、磁界検知部2、制御用電源3、磁界算出部4およびアンプ5、アナログ-デジタル変換回路(A/D変換回路6)および制御部7を備えている。制御部7は、磁気センサ1を構成する各部を制御するものであり、CPU(中央演算処理装置)やプログラム等として構成される。 Figure 1 is a block diagram of a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention. Figure 2 is an explanatory diagram of a magnetic field detection unit provided in a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention. In addition, in Figure 2, variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d of the magnetic field detection unit 2 are in a first state (details will be described later). The magnetic sensor 1 of this embodiment includes the magnetic field detection unit 2, a control power supply 3, a magnetic field calculation unit 4, an amplifier 5, an analog-digital conversion circuit (A/D conversion circuit 6), and a control unit 7. The control unit 7 controls each part that constitutes the magnetic sensor 1, and is configured as a CPU (central processing unit), a program, etc.
磁界検知部2は、測定対象となる外部磁界(測定磁界H)を検知するものである。図2に示されるように、X方向に沿う磁界を測定する磁気抵抗効果素子10a、10b、10c、10dを有するフルブリッジ回路15などにより磁界検知部2が構成される。本実施形態では、磁界検知部2は、磁気抵抗効果素子10a、10b、10c、10dのそれぞれに対応して、可変磁界検知部100a、100b、100c、100dを有する。制御用電源3は、制御部7からの制御信号に基づき、各部に所定の電流を印加したり所定の電圧を印加したりする。 The magnetic field detection unit 2 detects the external magnetic field to be measured (measurement magnetic field H). As shown in FIG. 2, the magnetic field detection unit 2 is composed of a full bridge circuit 15 having magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d that measure the magnetic field along the X direction. In this embodiment, the magnetic field detection unit 2 has variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d corresponding to the magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d, respectively. The control power supply 3 applies a predetermined current or a predetermined voltage to each unit based on a control signal from the control unit 7.
磁界算出部4は、磁界検知部2の出力に基づいて測定磁界Hを算出するものであり、例えば、CDS(Correlated Double Sampling)回路などで構成される。磁界算出部4は、一具体例において、可変磁界検知部100a、100b、100c、100dが第1状態にあるときの磁界検知部2の出力信号である第1信号と、可変磁界検知部100a、100b、100c、100dが第2状態にあるときの磁界検知部2の出力信号である第2信号とに基づいて、測定磁界Hを算出する。例えば、第1信号に基づく信号と第2信号に基づく信号との差を求めることにより、1/fノイズが取り除かれた測定信号を得ることができる。 The magnetic field calculation unit 4 calculates the measured magnetic field H based on the output of the magnetic field detection unit 2, and is composed of, for example, a CDS (Correlated Double Sampling) circuit. In one specific example, the magnetic field calculation unit 4 calculates the measured magnetic field H based on a first signal which is the output signal of the magnetic field detection unit 2 when the variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d are in a first state, and a second signal which is the output signal of the magnetic field detection unit 2 when the variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d are in a second state. For example, a measurement signal from which 1/f noise has been removed can be obtained by calculating the difference between a signal based on the first signal and a signal based on the second signal.
磁気センサ1では、磁界算出部4が測定磁界Hを算出した後、算出した測定磁界Hに対応する信号をアンプ5で増幅した後に、A/D変換回路6によりデジタルデータに変換する。 In the magnetic sensor 1, the magnetic field calculation unit 4 calculates the measured magnetic field H, and then the signal corresponding to the calculated measured magnetic field H is amplified by the amplifier 5 and then converted into digital data by the A/D conversion circuit 6.
本発明の一実施形態に係る磁気センサ1の磁界検知部2が備える4つの磁気抵抗効果素子10a、10b、10c、10dは、同一基板(1チップ)上に設けられていてもよい。本実施形態では、4つの磁気抵抗効果素子10a、10b、10c、10dは図示しない同一基板上に設けられており、図2は、磁気センサ1の磁界検知部2を、基板の法線方向で基板の積層面(おもて面)側から見た図である。すなわち、図2において、Z1側が基板のおもて面側であり、Z2側が基板の裏面側である。なお、Z方向は磁気抵抗効果素子10a、10b、10c、10dの積層方向に沿う。 The four magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d provided in the magnetic field detection unit 2 of the magnetic sensor 1 according to one embodiment of the present invention may be provided on the same substrate (one chip). In this embodiment, the four magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d are provided on the same substrate (not shown), and FIG. 2 is a view of the magnetic field detection unit 2 of the magnetic sensor 1 as viewed from the stacking surface (front surface) side of the substrate in the normal direction of the substrate. That is, in FIG. 2, the Z1 side is the front surface side of the substrate, and the Z2 side is the back surface side of the substrate. The Z direction is along the stacking direction of the magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d.
磁界検知部2は、電源給電点である電源端子Vddとグランド端子GNDとの間に、いずれもY方向に延在する磁気抵抗効果素子10aおよび磁気抵抗効果素子10bとが直列に接続されてなる第1ハーフブリッジ回路と、いずれもY方向に延在する磁気抵抗効果素子10cおよび磁気抵抗効果素子10dとが直列に接続されてなる第2ハーフブリッジ回路とが、並列に接続されたフルブリッジ回路15を有する。 The magnetic field detection unit 2 has a full bridge circuit 15 in which a first half bridge circuit in which magnetoresistance effect elements 10a and 10b, both of which extend in the Y direction, are connected in series between a power supply terminal Vdd, which is a power supply feeding point, and a ground terminal GND, and a second half bridge circuit in which magnetoresistance effect elements 10c and 10d, both of which extend in the Y direction, are connected in series, are connected in parallel.
第1ハーフブリッジ回路は、磁気抵抗効果素子10aと磁気抵抗効果素子10bとの間に、出力端子V1を備えている。また、第2ハーフブリッジ回路は、磁気抵抗効果素子10cと磁気抵抗効果素子10dとの間に、出力端子V2を備えている。これらの2つの出力端子V1、V2から出力の電位差(第1ハーフブリッジ回路の中点電位Va-第2ハーフブリッジ回路の中点電位Vb)により、測定磁界Hとして外部から印加された外部磁場の大きさを定量的に測定できる。なお、本実施形態では、出力端子V1からの中点電位Vaを含む第1信号および出力端子V2からの中点電位Vbを含む第2信号が磁界検知部2から出力され、磁界算出部4が行う処理は、これらの第1信号および第2信号を入力として、中点電位差の算出を行うことを含む。 The first half-bridge circuit has an output terminal V1 between the magnetoresistance effect element 10a and the magnetoresistance effect element 10b. The second half-bridge circuit has an output terminal V2 between the magnetoresistance effect element 10c and the magnetoresistance effect element 10d. The magnitude of the external magnetic field applied from the outside as the measured magnetic field H can be quantitatively measured by the potential difference (midpoint potential Va of the first half-bridge circuit - midpoint potential Vb of the second half-bridge circuit) between these two output terminals V1 and V2. In this embodiment, a first signal including the midpoint potential Va from the output terminal V1 and a second signal including the midpoint potential Vb from the output terminal V2 are output from the magnetic field detection unit 2, and the processing performed by the magnetic field calculation unit 4 includes calculating the midpoint potential difference using these first and second signals as inputs.
第1ハーフブリッジ回路を形成している一対の磁気抵抗効果素子10a、10bにおいて、従来技術に係る磁気抵抗効果素子の「固定磁性層」に対応する第2層11(図3参照)は、測定範囲内の測定磁界Hを受けても磁化11mを所定の方向に維持可能である。具体的には、第2層11の磁化11mは、図2において白抜き矢印で示されるように、X2向き(磁気抵抗効果素子10a)およびX1向き(磁気抵抗効果素子10b)である。また、第2ハーフブリッジ回路を形成している一対の磁気抵抗効果素子10c、10dでは、図2において白抜き矢印で示されるように、第2層11の磁化11mがX1向き(磁気抵抗効果素子10c)およびX2向き(磁気抵抗効果素子10d)である。 In the pair of magnetoresistance effect elements 10a, 10b forming the first half-bridge circuit, the second layer 11 (see FIG. 3), which corresponds to the "fixed magnetic layer" of the magnetoresistance effect element according to the prior art, can maintain the magnetization 11m in a predetermined direction even when subjected to a measurement magnetic field H within the measurement range. Specifically, the magnetization 11m of the second layer 11 is in the X2 direction (magnetoresistance effect element 10a) and the X1 direction (magnetoresistance effect element 10b), as shown by the white arrows in FIG. 2. In the pair of magnetoresistance effect elements 10c, 10d forming the second half-bridge circuit, the magnetization 11m of the second layer 11 is in the X1 direction (magnetoresistance effect element 10c) and the X2 direction (magnetoresistance effect element 10d), as shown by the white arrows in FIG. 2.
第1ハーフブリッジ回路と第2ハーフブリッジ回路とでは、電源端子Vdd側の磁気抵抗効果素子10bと磁気抵抗効果素子10dとの第2層11の磁化11mが反対向き(反平行)である。また、グランド端子GND側の磁気抵抗効果素子10aと磁気抵抗効果素子10cとの第2層11の磁化11mが反対向き(反平行)である。したがって、磁気抵抗効果素子10a、10b、10cおよび10dの感度軸方向はX方向(X1-X2方向)であり、本明細書において「第1方向」ともいう。また、Z方向(Z1-Z2方向)を「第2方向」ともいい、Y方向(Y1-Y2方向)を「第3方向」ともいう。 In the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit, the magnetization 11m of the second layer 11 of the magnetoresistance effect element 10b on the power supply terminal Vdd side and the magnetoresistance effect element 10d is in the opposite direction (anti-parallel). Also, the magnetization 11m of the second layer 11 of the magnetoresistance effect element 10a on the ground terminal GND side and the magnetoresistance effect element 10c is in the opposite direction (anti-parallel). Therefore, the sensitivity axis direction of the magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d is the X direction (X1-X2 direction), which is also referred to as the "first direction" in this specification. Also, the Z direction (Z1-Z2 direction) is also referred to as the "second direction", and the Y direction (Y1-Y2 direction) is also referred to as the "third direction".
そして、4つの磁気抵抗効果素子10a、10b、10cおよび10dでは、測定磁界Hが印加されていない状態における、従来技術に係る磁気抵抗効果素子の「フリー磁性層」に対応する第1層13(図3参照。)の磁化13mの向きが等しく、図3において黒矢印で示されるように、Y方向Y2向き(以下、「Y2向き」と略記する。他の方向の向きについても同様とする。)に沿っている。第1層13は、第1方向(X方向)の測定磁界Hを受けると、測定磁界Hに沿う向きに磁化可能である。測定磁界Hが印加されていない状態における第1層13の磁化13mの向きを揃える方法は限定されない。外部からバイアス磁界や誘導磁界を印加してもよいし、第1層13と相互作用する反強磁性層との交換結合を用いてもよい。 In the four magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d, the magnetization 13m of the first layer 13 (see FIG. 3), which corresponds to the "free magnetic layer" of the magnetoresistance effect element according to the conventional technology, is oriented in the same direction, along the Y direction Y2 direction (hereinafter abbreviated as "Y2 direction"; the same applies to other directions), as indicated by the black arrow in FIG. 3. When the first layer 13 receives the measurement magnetic field H in the first direction (X direction), it can be magnetized in the direction along the measurement magnetic field H. There is no limitation on the method for aligning the magnetization 13m of the first layer 13 in the state in which the measurement magnetic field H is not applied. A bias magnetic field or an induced magnetic field may be applied from the outside, or exchange coupling with an antiferromagnetic layer that interacts with the first layer 13 may be used.
上述した構成により、X方向の測定磁界Hの大きさの変化に伴い、第1ハーフブリッジ回路からの出力端子V1と第2ハーフブリッジ回路からの出力端子V2とでは、出力が逆方向に変化する。このため、2つの出力端子V1、V2の電位差(Va-Vb)として、大きな出力が得られる。したがって、磁気センサ1は測定磁界Hを高精度で検知することができる。なお、フルブリッジ回路15に代えて、第1ハーフブリッジ回路または第2ハーフブリッジ回路を用いることもできるし、磁気抵抗効果素子10aを単独で用いることもできる。 With the above-mentioned configuration, as the magnitude of the measured magnetic field H in the X direction changes, the output from the output terminal V1 from the first half-bridge circuit and the output terminal V2 from the second half-bridge circuit change in opposite directions. Therefore, a large output is obtained as the potential difference (Va-Vb) between the two output terminals V1 and V2. Therefore, the magnetic sensor 1 can detect the measured magnetic field H with high accuracy. Note that instead of the full-bridge circuit 15, the first half-bridge circuit or the second half-bridge circuit can be used, or the magnetoresistance effect element 10a can be used alone.
図2に示されるように、本実施形態に係る磁気センサ1は、磁気抵抗効果素子10a、10b、10c、10dのそれぞれに対応して、第2層11の磁化11mを反転させて測定磁界Hを測定する可変磁界検知部100a、100b、100c、100dを備える。以下、可変磁界検知部100aを具体例として説明する。 As shown in FIG. 2, the magnetic sensor 1 according to this embodiment includes variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d that correspond to the magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d, respectively, and measure the measurement magnetic field H by reversing the magnetization 11m of the second layer 11. Below, the variable magnetic field detection unit 100a will be described as a specific example.
(第1実施形態)
図3は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサが備える可変磁界検知部の一例を説明する図である。図4は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサの可変磁界検知部の一例の第1状態を説明する図である。図5は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサの可変磁界検知部の一例の第2状態を説明する図である。
First Embodiment
Fig. 3 is a diagram illustrating an example of a variable magnetic field detector included in the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. Fig. 4 is a diagram illustrating a first state of the example of the variable magnetic field detector of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. Fig. 5 is a diagram illustrating a second state of the example of the variable magnetic field detector of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
可変磁界検知部100aは、測定磁界Hに沿う向きに磁化可能な第1層13と、磁化11mが図3の第1方向(X方向)に沿った状態を維持可能な第2層11と、第1層13と第2層11との間に位置する非磁性層12と、を有し磁気抵抗効果を発現する磁気抵抗効果素子10aと、第2層11の磁化11mを可逆的に反転させる磁化制御部20と、を有する。 The variable magnetic field detection unit 100a has a first layer 13 that can be magnetized in a direction along the measurement magnetic field H, a second layer 11 that can maintain a state in which the magnetization 11m is aligned with the first direction (X direction) in FIG. 3, a non-magnetic layer 12 located between the first layer 13 and the second layer 11, a magnetoresistance effect element 10a that exhibits a magnetoresistance effect, and a magnetization control unit 20 that reversibly reverses the magnetization 11m of the second layer 11.
磁気抵抗効果素子10aの構成要素は、第2方向(Z方向)に積層され、前述のように、第1層13は従来技術に係る磁気抵抗効果素子における「フリー磁性層」に対応し、第2層11は従来技術に係る磁気抵抗効果素子における「固定磁性層」に対応する。非磁性層12をはさむこれらの層の磁化の向きのずれに起因する抵抗値を検出することにより、第1層13に印加される測定磁界Hの強さを計測することができる。 The components of the magnetoresistance effect element 10a are stacked in the second direction (Z direction), and as described above, the first layer 13 corresponds to the "free magnetic layer" in a magnetoresistance effect element according to the conventional technology, and the second layer 11 corresponds to the "fixed magnetic layer" in a magnetoresistance effect element according to the conventional technology. By detecting the resistance value caused by the misalignment of the magnetization directions of these layers sandwiching the nonmagnetic layer 12, the strength of the measurement magnetic field H applied to the first layer 13 can be measured.
本実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aが備える磁気抵抗効果素子10aの第2層11は従来技術に係る磁気抵抗効果素子の「固定磁性層」とは異なり、第2層11の磁化11mは、磁気抵抗効果素子10aの測定範囲内の測定磁界Hを受けても第1方向の所定の向きに沿った状態を維持するが、磁化制御部20によって反転可能とされている。 The second layer 11 of the magnetoresistance effect element 10a provided in the variable magnetic field detection unit 100a of the magnetic sensor 1 according to this embodiment differs from the "fixed magnetic layer" of the magnetoresistance effect element according to the conventional technology in that the magnetization 11m of the second layer 11 maintains a state along a predetermined direction in the first direction even when subjected to a measurement magnetic field H within the measurement range of the magnetoresistance effect element 10a, but can be reversed by the magnetization control unit 20.
第2層11は、例えば、CoFe合金(コバルト・鉄合金)などの磁性材料を用いて構成される。非磁性層12は、磁気抵抗効果素子10aがトンネル磁気抵抗効果素子(TMR)からなる場合には、例えば、MgO、Al2O3、酸化チタンなどにより構成される絶縁障壁層である。第1層13は、例えば、CoFe合金、NiFe合金(ニッケル・鉄合金)などの軟磁性材料を用いて構成される。第2層11および第1層13は単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。多層構造である場合には、積層フェリ構造を有することが好ましい場合もある。なお、磁気抵抗効果素子10aが巨大磁気抵抗効果素子(GMR)からなる場合には、非磁性層12の構成材料としてCuなどの非磁性材料が用いられる。本実施形態では、第1層13は磁気抵抗効果素子10aのZ1側に位置し、磁気抵抗効果素子10aの検知中心10Pは第1層13の中心に位置する。 The second layer 11 is made of a magnetic material such as a CoFe alloy (cobalt-iron alloy). When the magnetoresistance effect element 10a is a tunnel magnetoresistance effect element (TMR), the nonmagnetic layer 12 is an insulating barrier layer made of, for example, MgO, Al 2 O 3 , titanium oxide, or the like. The first layer 13 is made of a soft magnetic material such as a CoFe alloy or a NiFe alloy (nickel-iron alloy). The second layer 11 and the first layer 13 may have a single-layer structure or a multi-layer structure. In the case of a multi-layer structure, it may be preferable to have a laminated ferrimagnetic structure. In addition, when the magnetoresistance effect element 10a is a giant magnetoresistance effect element (GMR), a nonmagnetic material such as Cu is used as the constituent material of the nonmagnetic layer 12. In this embodiment, the first layer 13 is located on the Z1 side of the magnetoresistance effect element 10a, and the detection center 10P of the magnetoresistance effect element 10a is located at the center of the first layer 13.
本実施形態に係る可変磁界検知部100aの磁気抵抗効果素子10aは一具体例としてトンネル磁気抵抗効果素子(TMR)からなり、磁気抵抗効果素子10aの電気特性を計測する目的で、計測用電圧源Vからの電圧が、磁気抵抗効果素子10aの第1層13と第2層11との間に第2方向(Z方向)に印加されているように、計測用配線62が設けられている。なお、本実施形態では磁気抵抗効果素子10aと磁化制御部20とが第2方向(Z方向)に積層され、磁化制御部20は導電性を有する材料から構成されるため、磁化制御部20を経由して第1層13に計測用電圧源Vからの電圧が印加されるように計測用配線62は設けられる。 The magnetoresistance effect element 10a of the variable magnetic field detection unit 100a according to this embodiment is composed of a tunnel magnetoresistance effect element (TMR) as a specific example, and measurement wiring 62 is provided so that a voltage from a measurement voltage source V is applied in the second direction (Z direction) between the first layer 13 and the second layer 11 of the magnetoresistance effect element 10a in order to measure the electrical characteristics of the magnetoresistance effect element 10a. In this embodiment, the magnetoresistance effect element 10a and the magnetization control unit 20 are stacked in the second direction (Z direction), and the magnetization control unit 20 is made of a conductive material, so that the measurement wiring 62 is provided so that the voltage from the measurement voltage source V is applied to the first layer 13 via the magnetization control unit 20.
本実施形態に係る可変磁界検知部100aでは、磁化制御部20はスピントルク生成部21と異方性可変部22とを備える。 In the variable magnetic field detection unit 100a according to this embodiment, the magnetization control unit 20 includes a spin torque generation unit 21 and an anisotropy variable unit 22.
スピントルク生成部21は、通電時にスピン軌道トルクを生成し、スピントルク生成部21からのスピン軌道トルクに基づいて、第2層11の磁化11mは反転する。本実施形態では、スピントルク生成部21に生成したスピン起動トルクは異方性可変部22に影響を及ぼし、異方性可変部22の磁化20mが所定の方向に揃う。そして、異方性可変部22は第2層11に磁気的に接合しているため、異方性可変部22の磁化20mに沿うように第2層11は磁化する。 The spin torque generating unit 21 generates a spin orbit torque when current is applied, and the magnetization 11m of the second layer 11 is reversed based on the spin orbit torque from the spin torque generating unit 21. In this embodiment, the spin starting torque generated in the spin torque generating unit 21 affects the anisotropy variable unit 22, and the magnetization 20m of the anisotropy variable unit 22 is aligned in a predetermined direction. Since the anisotropy variable unit 22 is magnetically connected to the second layer 11, the second layer 11 is magnetized to follow the magnetization 20m of the anisotropy variable unit 22.
スピントルク生成部21は、スピントルク生成部21に対してXY面内方向に通電することにより、スピンホール効果やラシュバ・エーデルシュタイン効果などが発現し、異方性可変部22に対してスピン軌道トルクを付与する。スピントルク生成部21を構成する材料として、常磁性の遷移金属の中でも高比重のHf、Ta、W、Pt、Irなどの重金属(5d遷移金属);BiSb、BiSe、Bi2Se3、Bi2Te3などのトポロジカル絶縁体、Mn3X(X=Sn、Ge、Ga、RH、Pt、Ir)、Mn1-xTrxγ相(gamma-phase)(Tr=Ni,Fe、Cu、Ru、Pd、Ir、RH、Pd、Pt)などの反強磁性体;LuPtSb、LuPdBi、LuPtBi、ScPtBi、YAuPb、LaPtBi、CePtBi、THPtPb、およびLaAuPb等やこれらの混晶からなるハーフホイスラー合金トポロジカル半金属が例示される。 When a current is applied to the spin torque generation unit 21 in the XY in-plane direction, the spin Hall effect, the Rashba-Edelstein effect, or the like is generated, and a spin orbit torque is applied to the anisotropy variable unit 22 . Examples of materials constituting the spin torque generation unit 21 include heavy metals ( 5d transition metals) such as Hf, Ta, W, Pt, and Ir, which have high specific gravity among paramagnetic transition metals; topological insulators such as BiSb, BiSe, Bi2Se3 , and Bi2Te3 ; antiferromagnetic materials such as Mn3X (X = Sn, Ge, Ga, RH, Pt, Ir) and Mn1 - xTrx gamma-phase (Tr = Ni, Fe, Cu, Ru, Pd, Ir, RH, Pd, Pt); and half-Heusler alloy topological semimetals such as LuPtSb, LuPdBi, LuPtBi, ScPtBi, YAuPb, LaPtBi, CePtBi, THPtPb, and LaAuPb, as well as mixed crystals of these.
図3に示される一具体例では、スピントルク生成部21は膜状体であるが、この膜状体は、単一構造、すなわち、単層膜から構成されていてもよいし、積層膜から構成されていてもよい。積層膜である場合には、隣り合う膜の間に境界領域が生成していてもよい。スピントルク生成部21は、全体が単一材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。複数の材料から構成される場合には、上記のように積層構造を有していてもよいし、分散構造を有していてもよい。分散構造を有する場合には、分散の程度は任意であり、ナノ結晶が分散するような構造であってもよいし、一定のパターンが形成されていてもよい。また、スピントルク生成部21に組成的な分布が設定されていてもよい。 In one specific example shown in FIG. 3, the spin torque generating unit 21 is a film-like body, but this film-like body may be composed of a single structure, i.e., a single layer film, or may be composed of a laminated film. In the case of a laminated film, a boundary region may be formed between adjacent films. The spin torque generating unit 21 may be composed entirely of a single material, or may be composed of multiple materials. In the case of being composed of multiple materials, it may have a laminated structure as described above, or it may have a dispersed structure. In the case of having a dispersed structure, the degree of dispersion is arbitrary, and it may be a structure in which nanocrystals are dispersed, or a certain pattern may be formed. In addition, a compositional distribution may be set in the spin torque generating unit 21.
異方性可変部22は、スピントルク生成部21からのスピン軌道トルクに基づいて磁化20mが可逆的に反転可能である。また、異方性可変部22は磁気抵抗効果素子10aの第2層11と磁気的に結合することから、スピントルク生成部21からのスピン軌道トルクに基づいて、第2層11の磁化11mが反転することになる。異方性可変部22もスピントルク生成部21と同様に、単一材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。複数の材料から構成される場合には、分散構造を有していてもよいし、異方性可変部22に組成的な分布が設定されていてもよい。 The anisotropy variable section 22 can reversibly reverse its magnetization 20m based on the spin orbit torque from the spin torque generating section 21. In addition, since the anisotropy variable section 22 is magnetically coupled to the second layer 11 of the magnetoresistance effect element 10a, the magnetization 11m of the second layer 11 is reversed based on the spin orbit torque from the spin torque generating section 21. The anisotropy variable section 22 may be made of a single material, as with the spin torque generating section 21, or may be made of multiple materials. When made of multiple materials, it may have a dispersed structure, or a compositional distribution may be set in the anisotropy variable section 22.
異方性可変部22はこの磁化反転機能を果たす限りいかなる材料から構成されていてもよい。第2層11と同様に強磁性体から構成されていてもよいし、反強磁性体から構成されていてもよい。反強磁性体の具体例は、上記のスピントルク生成部21を構成する材料の少なくとも一部を含む。異方性可変部22が反強磁性体を含む場合には、異方性可変部22が強磁性体を含む場合の磁化とは異なる物理現象に基づき、異方性可変部22の内部に磁界が生じることもある(例えば仮想磁場)。したがって、本明細書において、異方性可変部22などに関する「磁化」なる用語の概念は、このような強磁性体の磁化とは異なる物理現象に基づき異方性可変部22の内部に磁界が生じることも含む。 The anisotropy variable section 22 may be made of any material as long as it performs this magnetization reversal function. It may be made of a ferromagnetic material like the second layer 11, or it may be made of an antiferromagnetic material. Specific examples of antiferromagnetic materials include at least some of the materials that make up the spin torque generation section 21 described above. When the anisotropy variable section 22 includes an antiferromagnetic material, a magnetic field may be generated inside the anisotropy variable section 22 based on a physical phenomenon different from the magnetization when the anisotropy variable section 22 includes a ferromagnetic material (e.g., a virtual magnetic field). Therefore, in this specification, the concept of the term "magnetization" related to the anisotropy variable section 22 and the like also includes the generation of a magnetic field inside the anisotropy variable section 22 based on a physical phenomenon different from the magnetization of such a ferromagnetic material.
(第1状態)
図4に示される第1状態は、可変磁界検知部100aから第1信号が出力される状態である。本例では、制御用電流源Iからの電流(制御用電流20c)がスピントルク生成部21にX1-X2方向に印加されるように、制御用配線61は設けられている。
(First state)
4 is a state in which a first signal is output from the variable magnetic field detection unit 100a. In this example, the control wiring 61 is provided so that a current (control current 20c) from the control current source I is applied to the spin torque generation unit 21 in the X1-X2 direction.
第1状態では、スピントルク生成部21の制御用電流20cをX2向きとして、第2層11の磁化11mをX1向きにする。スピントルク生成部21を流れる電流により、スピントルク生成部21にはZ方向のスピン流20s1が発生し、スピントルク生成部21のZ方向Z1側から、所定の方向に配向されたスピンが異方性可変部22に注入される。この注入されたスピンに基づくスピン軌道トルクによって、異方性可変部22の磁化20mは、X1向きとなる。この注入スピンによる異方性可変部22の磁化20mの向きの制御性を向上させる観点から、磁化制御部20には、Z方向(第2方向)の磁場が印加されていることが好ましい場合がある。磁場を印加する方法は限定されず、永久磁石や電磁石を可変磁界検知部100aの近傍に配置すること、および交換結合に基づく磁界を生成可能な反強磁性体を設けることが具体例として挙げられる。 In the first state, the control current 20c of the spin torque generating unit 21 is oriented in the X2 direction, and the magnetization 11m of the second layer 11 is oriented in the X1 direction. The current flowing through the spin torque generating unit 21 generates a spin current 20s1 in the Z direction in the spin torque generating unit 21, and spins oriented in a predetermined direction are injected into the anisotropy variable unit 22 from the Z direction Z1 side of the spin torque generating unit 21. The magnetization 20m of the anisotropy variable unit 22 is oriented in the X1 direction due to the spin orbit torque based on this injected spin. From the viewpoint of improving the controllability of the direction of the magnetization 20m of the anisotropy variable unit 22 by this injected spin, it may be preferable that a magnetic field in the Z direction (second direction) is applied to the magnetization control unit 20. The method of applying the magnetic field is not limited, and specific examples include placing a permanent magnet or an electromagnet in the vicinity of the variable magnetic field detection unit 100a, and providing an antiferromagnetic material capable of generating a magnetic field based on exchange coupling.
異方性可変部22と第2層11とは磁気的に結合しているため、第2層11の磁化11mもX1向きとなる。 Since the anisotropy variable section 22 and the second layer 11 are magnetically coupled, the magnetization 11m of the second layer 11 is also oriented in the X1 direction.
それゆえ、第1状態では、磁気抵抗効果素子10aの第2層11の磁化11mがX1向きに固定された状態にある。この状態で可変磁界検知部100aが測定磁界Hを測定することにより、第1出力が出力される。 Therefore, in the first state, the magnetization 11m of the second layer 11 of the magnetoresistance effect element 10a is fixed in the X1 direction. In this state, the variable magnetic field detection unit 100a measures the measurement magnetic field H, and a first output is output.
(第2状態)
図5に示される第2状態は、可変磁界検知部100aから第2信号が出力される状態である。第2状態では、スピントルク生成部21の制御用電流20cをX1向きとして、第2層11の磁化11mをX2向きにする。この電流によりスピントルク生成部21に生じるスピン流20s2は、図4に示されるスピン流20s1とはスピンの配向が反転している。このため、スピントルク生成部21から異方性可変部22に注入されるスピンは、第1状態とは反対向きに配向している。したがって、注入されたスピンに基づくスピン軌道トルクにより配向する異方性可変部22の磁化20mは、第1状態と反対向き(X2向き)となる。すなわち、スピントルク生成部21の制御用電流20cが反転することにより、異方性可変部22の磁化反転が生じる。そして、異方性可変部22と第2層11とは磁気的に結合しているため、第2層11の磁化11mもX2向きとなる。
(Second state)
The second state shown in FIG. 5 is a state in which the second signal is output from the variable magnetic field detector 100a. In the second state, the control current 20c of the spin torque generator 21 is set to the X1 direction, and the magnetization 11m of the second layer 11 is set to the X2 direction. The spin current 20s2 generated in the spin torque generator 21 by this current has a spin orientation opposite to that of the spin current 20s1 shown in FIG. 4. Therefore, the spin injected from the spin torque generator 21 to the anisotropy variable unit 22 is oriented in the opposite direction to that in the first state. Therefore, the magnetization 20m of the anisotropy variable unit 22 oriented by the spin orbit torque based on the injected spin is oriented in the opposite direction (X2 direction) to that in the first state. That is, the magnetization reversal of the anisotropy variable unit 22 occurs by reversing the control current 20c of the spin torque generator 21. And, since the anisotropy variable unit 22 and the second layer 11 are magnetically coupled, the magnetization 11m of the second layer 11 also becomes the X2 direction.
それゆえ、第2状態では、磁気抵抗効果素子10aの第2層11の磁化11mは、X2向きに固定された状態にある。この状態で可変磁界検知部100aが測定磁界Hを測定することにより、第2出力が出力される。 Therefore, in the second state, the magnetization 11m of the second layer 11 of the magnetoresistance effect element 10a is fixed in the X2 direction. In this state, the variable magnetic field detection unit 100a measures the measurement magnetic field H, and a second output is output.
(第1の測定方法)
図6は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサを用いた第1の測定方法を説明するフローチャートである。第1の測定方法では、図6に示されるように、まず、第1測定ステップとして、制御部7から出力された制御信号により、制御用電源3から、磁界検知部2が備える可変磁界検知部100a、100b、100c、100dを第1状態とするための信号が出力される。具体的には、磁化制御部20のスピントルク生成部21に流す電流の向きを所定の向きに設定する。図2に示される磁界検知部2には、第1状態における4つの磁気抵抗効果素子10a、10b、10cおよび10dの第2層11の磁化11mの向きが白抜き矢印で示されている。
(First measurement method)
6 is a flow chart for explaining the first measurement method using the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. In the first measurement method, as shown in FIG. 6, first, as a first measurement step, a control signal output from the control unit 7 is used to output a signal from the control power supply 3 for setting the variable magnetic field detectors 100a, 100b, 100c, and 100d included in the magnetic field detector 2 to the first state. Specifically, the direction of the current flowing through the spin torque generator 21 of the magnetization controller 20 is set to a predetermined direction. In the magnetic field detector 2 shown in FIG. 2, the directions of the magnetization 11m of the second layers 11 of the four magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d in the first state are indicated by white arrows.
こうして可変磁界検知部100a、100b、100c、100dを第1状態として、磁気抵抗効果素子10a、10b、10cおよび10dにより測定磁界Hの測定を行い、可変磁界検知部100a、100b、100c、100dのそれぞれから第1出力を得る。これらの信号により、磁界検知部2から第1信号(出力端子V1からの中点電位Vaを含む信号)および第2信号(出力端子V2からの中点電位Vbを含む信号)が出力される(ステップS101)。磁界検知部2から出力されたこれらの2つの信号は、磁界算出部4に入力され、それらの信号を示すデータ、あるいは2つの信号の差である中点電位差の信号を示すデータとして、磁界算出部4または図示しないメモリに格納される。 In this way, the variable magnetic field detectors 100a, 100b, 100c, and 100d are set in the first state, and the magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d measure the measured magnetic field H, and a first output is obtained from each of the variable magnetic field detectors 100a, 100b, 100c, and 100d. These signals cause the magnetic field detector 2 to output a first signal (a signal including the midpoint potential Va from the output terminal V1) and a second signal (a signal including the midpoint potential Vb from the output terminal V2) (step S101). These two signals output from the magnetic field detector 2 are input to the magnetic field calculator 4, and are stored in the magnetic field calculator 4 or in a memory (not shown) as data indicating these signals, or as data indicating a midpoint potential difference signal, which is the difference between the two signals.
次に、第2測定ステップとして、制御部7から出力された制御信号により、制御用電源3から、磁界検知部2が備える可変磁界検知部100a、100b、100c、100dを第2状態とするための信号が出力される。具体的には、磁化制御部20のスピントルク生成部21に流す電流の向きを第1状態とは反対向きに設定する。図7は、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁界検知部の説明図(第2状態)である。図7に示される磁界検知部2には、第2状態における4つの磁気抵抗効果素子10a、10b、10cおよび10dの第2層11の磁化11mの向きが白抜き矢印で示されており、これらの磁化は第1状態と反対向きである。 Next, as a second measurement step, a control signal output from the control unit 7 causes the control power supply 3 to output a signal for setting the variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d of the magnetic field detection unit 2 to the second state. Specifically, the direction of the current flowing through the spin torque generation unit 21 of the magnetization control unit 20 is set to the opposite direction to that in the first state. FIG. 7 is an explanatory diagram (second state) of the magnetic field detection unit of the magnetic sensor according to one embodiment of the present invention. In the magnetic field detection unit 2 shown in FIG. 7, the directions of magnetization 11m of the second layers 11 of the four magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d in the second state are indicated by white arrows, and these magnetizations are opposite to those in the first state.
こうして可変磁界検知部100a、100b、100c、100dを第2状態として、磁気抵抗効果素子10a、10b、10cおよび10dにより測定磁界Hの測定を行い、可変磁界検知部100a、100b、100c、100dのそれぞれから第2出力を得る。これらの信号により、磁界検知部2から第1信号および第2信号が出力される(ステップS102)。ステップS101およびステップS102の測定時間は、いずれも1マイクロ秒間よりも十分に短い時間(例えば0.01マイクロ秒間)であり、ステップS101およびステップS102に要する時間も1マイクロ秒間よりも十分に短い(例えば0.03マイクロ秒間)。このため、ステップS101とステップS102とは、1/fノイズが実質的に等しい環境で行われ、第1出力に含まれる1/fノイズと、第2出力に含まれる1/fノイズとは、実質的に等しい。磁界検知部2から出力された2信号は、磁界算出部4に入力され、それらの信号を示すデータ、あるいは2信号の差である中点電位差の信号を示すデータとして、磁界算出部4または図示しないメモリに格納される。 In this way, the variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d are set to the second state, and the measurement magnetic field H is measured by the magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d, and a second output is obtained from each of the variable magnetic field detection units 100a, 100b, 100c, and 100d. These signals cause the magnetic field detection unit 2 to output a first signal and a second signal (step S102). The measurement times of steps S101 and S102 are both sufficiently shorter than 1 microsecond (e.g., 0.01 microseconds), and the time required for steps S101 and S102 is also sufficiently shorter than 1 microsecond (e.g., 0.03 microseconds). For this reason, steps S101 and S102 are performed in an environment in which the 1/f noise is substantially equal, and the 1/f noise included in the first output and the 1/f noise included in the second output are substantially equal. The two signals output from the magnetic field detection unit 2 are input to the magnetic field calculation unit 4, and are stored in the magnetic field calculation unit 4 or in a memory (not shown) as data indicating those signals, or as data indicating the midpoint potential difference signal, which is the difference between the two signals.
続いて、磁界算出部4は、ステップS101およびステップS102において磁界算出部4または図示しないメモリに格納されたデータを読み出し、第1出力に基づく信号(第1状態の中点電位差を含む信号)と第2出力に基づく信号(第2状態の中点電位差を含む信号)との差を求める処理を、磁界算出ステップとして行う(ステップS103)。なお、磁界算出部4または図示しないメモリに格納されたデータが、中点電位差を求める前の第1信号および第2信号を示す場合には、磁界算出部4は、第1状態の第1信号と第2信号との差を求める処理を行って第1状態の中点電位差を含む信号を得るとともに、第2状態の第1信号と第2信号との差を求める処理を行って第2状態の中点電位差を含む信号を得て、さらにこれらの2つの中点電位差を含む信号の差分を求める処理を、磁界算出ステップとして行う。 Then, the magnetic field calculation unit 4 reads out the data stored in the magnetic field calculation unit 4 or in a memory (not shown) in steps S101 and S102, and performs a process of calculating the difference between the signal based on the first output (a signal including the midpoint potential difference in the first state) and the signal based on the second output (a signal including the midpoint potential difference in the second state) as a magnetic field calculation step (step S103). Note that, when the data stored in the magnetic field calculation unit 4 or in a memory (not shown) indicates the first signal and the second signal before calculating the midpoint potential difference, the magnetic field calculation unit 4 performs a process of calculating the difference between the first signal and the second signal in the first state to obtain a signal including the midpoint potential difference in the first state, and a process of calculating the difference between the first signal and the second signal in the second state to obtain a signal including the midpoint potential difference in the second state, and further performs a process of calculating the difference between these two signals including midpoint potential differences as a magnetic field calculation step.
磁界算出部4が上記の処理を実行することにより、1/fノイズが適切に除去された測定信号が得られる。この測定信号を、アンプ5で増幅し、A/D変換回路6にてデジタル信号に変換する。それゆえ、本実施形態に係る磁気センサ1を用いた測定方法により得られる測定信号は、1/fノイズが適切に除去されているため、第1出力に基づく信号(第1状態の中点電位差を含む信号)や第2出力に基づく信号(第2状態の中点電位差を含む信号)よりも、測定磁界Hに基づく信号の分解能(磁気分解能)が高い。 By performing the above process by the magnetic field calculation unit 4, a measurement signal from which 1/f noise has been appropriately removed is obtained. This measurement signal is amplified by the amplifier 5 and converted into a digital signal by the A/D conversion circuit 6. Therefore, the measurement signal obtained by the measurement method using the magnetic sensor 1 according to this embodiment has 1/f noise appropriately removed, and therefore the resolution (magnetic resolution) of the signal based on the measured magnetic field H is higher than that of the signal based on the first output (signal including the midpoint potential difference in the first state) and the signal based on the second output (signal including the midpoint potential difference in the second state).
なお、本実施形態では、磁界検知部2がフルブリッジ回路15を有するため、磁界算出部4において差を求める処理の対象となる信号は、第1出力に基づく第1状態の中点電位差の信号および第2出力に基づく第2状態の中点電位差の信号であるが、磁界算出部4の処理対象となる信号は、磁界検知部2からの出力信号に応じて適宜設定される。例えば、磁界検知部2が可変磁界検知部100aを1つのみ有する場合には、磁界算出部4では、可変磁界検知部100aからの第1信号と第2信号との差が求められることになる。 In this embodiment, since the magnetic field detection unit 2 has a full bridge circuit 15, the signals to be processed to find the difference in the magnetic field calculation unit 4 are the signal of the midpoint potential difference in the first state based on the first output and the signal of the midpoint potential difference in the second state based on the second output, but the signals to be processed by the magnetic field calculation unit 4 are appropriately set according to the output signal from the magnetic field detection unit 2. For example, if the magnetic field detection unit 2 has only one variable magnetic field detection unit 100a, the magnetic field calculation unit 4 will find the difference between the first signal and the second signal from the variable magnetic field detection unit 100a.
(第1実施形態の他の一例)
図8は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサが備える可変磁界検知部の他の一例を説明する図である。図9は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサの可変磁界検知部の他の一例の第1状態を説明する図である。図10は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサの可変磁界検知部の他の一例の第2状態を説明する図である。
Another Example of the First Embodiment
Fig. 8 is a diagram for explaining another example of a variable magnetic field detector included in the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. Fig. 9 is a diagram for explaining a first state of another example of a variable magnetic field detector of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. Fig. 10 is a diagram for explaining a second state of another example of a variable magnetic field detector of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
図8に示される例は、図3に示される例との対比で、制御用電流源Iからの電流がスピントルク生成部21にY方向に印加されるように、制御用配線61は設けられている。第1状態では、図9に示されるように、制御用電流20cはY1向きであり、これにより生じたスピン流20s1に基づき、異方性可変部22の磁化20mはX1向きとなる。異方性可変部22と第2層11とは磁気的に結合されているため、第1状態において、第2層11の磁化11mはX1向きに「固定」される。一方、第2状態では、図10に示されるように、制御用電流20cはY2向きであり、これにより生じたスピン流20s2に基づき、異方性可変部22の磁化20mはX2向きとなり、第1状態とは反対向きとなる。異方性可変部22と第2層11とは磁気的に結合されているため、第2状態において、第2層11の磁化11mはX2向きに「固定」される。 8, in contrast to the example shown in FIG. 3, the control wiring 61 is provided so that the current from the control current source I is applied to the spin torque generating unit 21 in the Y direction. In the first state, as shown in FIG. 9, the control current 20c is in the Y1 direction, and the magnetization 20m of the anisotropy variable unit 22 is in the X1 direction based on the spin current 20s1 generated thereby. Since the anisotropy variable unit 22 and the second layer 11 are magnetically coupled, in the first state, the magnetization 11m of the second layer 11 is "fixed" in the X1 direction. On the other hand, in the second state, as shown in FIG. 10, the control current 20c is in the Y2 direction, and the magnetization 20m of the anisotropy variable unit 22 is in the X2 direction based on the spin current 20s2 generated thereby, which is opposite to the first state. Since the anisotropy variable section 22 and the second layer 11 are magnetically coupled, in the second state, the magnetization 11m of the second layer 11 is "fixed" in the X2 direction.
(第1実施形態の変形例)
図11は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサが備える可変磁界検知部の変形例を説明する図である。図3などに示される例では、磁化制御部20はスピントルク生成部21と異方性可変部22とを有していたが、図11に示される変形例に係る可変磁界検知部100aでは、磁化制御部20は一体であって、通電により可逆的に磁化反転可能な通電磁化制御部201からなる。この場合には、通電磁化制御部201に制御用配線61が接続され、制御用電流源Iからの電流が通電磁化制御部201に流れることにより、スピン流20s1が生じ、通電磁化制御部201の磁化20mの向きが所定の向き(図11ではX1向き)に設定される。これにより、通電磁化制御部201と磁気的に結合する第2層11の磁化11mの向きもX1向きに固定される。通電磁化制御部201は、均一構造であることには限定されず、積層構造や分散構造などの構造的不均一性を有していてもよい。
(Modification of the first embodiment)
FIG. 11 is a diagram for explaining a modified example of the variable magnetic field detector included in the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 3 and the like, the magnetization control unit 20 has a spin torque generating unit 21 and an anisotropy variable unit 22, but in the variable magnetic field detection unit 100a according to the modified example shown in FIG. 11, the magnetization control unit 20 is integrated and is composed of an electromagnetization control unit 201 that can reversibly reverse magnetization by energization. In this case, a control wiring 61 is connected to the electromagnetization control unit 201, and a current from a control current source I flows through the electromagnetization control unit 201, thereby generating a spin current 20s1 and setting the direction of the magnetization 20m of the electromagnetization control unit 201 to a predetermined direction (X1 direction in FIG. 11). As a result, the direction of the magnetization 11m of the second layer 11 magnetically coupled to the electromagnetization control unit 201 is also fixed to the X1 direction. The electromagnetization control unit 201 is not limited to being a uniform structure, and may have structural non-uniformity such as a stacked structure or a distributed structure.
(第2実施形態)
図12は、本発明の第2実施形態に係る磁気センサが備える可変磁界検知部の一例を説明する図である。本発明の第2実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aは、第1実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aとの対比で、磁気センサ1の可変磁界検知部100aが有する第2層11と異方性可変部22との機能を兼ね備え、スピントルク生成部21からのスピン軌道トルクに基づいて可逆的に磁化反転可能な部分を有する可変第2層111を備える点が相違する。換言すれば、本発明の第2実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aでは、第1実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aの第2層11が可変第2層111であって、磁化制御部20はスピントルク生成部21を有するが異方性可変部22を有しない。
Second Embodiment
12 is a diagram for explaining an example of a variable magnetic field detector included in the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention. The variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1 according to the second embodiment of the present invention is different from the variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment in that it has the functions of the second layer 11 and the anisotropy variable part 22 of the variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1, and is provided with a variable second layer 111 having a part that can be reversibly magnetized based on the spin orbit torque from the spin torque generator 21. In other words, in the variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1 according to the second embodiment of the present invention, the second layer 11 of the variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment is the variable second layer 111, and the magnetization controller 20 has the spin torque generator 21 but does not have the anisotropy variable part 22.
可変第2層111を構成する材料は、スピントルク生成部21からのスピン起動トルクによって磁化が可逆的に反転しうる材料であれば、特に限定されず、可変第2層111は、異方性可変部22の構成材料として例示されるような反強磁性体からなる部分を有していてもよい。可変第2層111は均質な構造であってもよいし、異なる材料からなる部分の積層構造や分散構造を有していてもよい。また、可変第2層111はその組成が連続的または段階的に変化する不均一構造を有していてもよい。 The material constituting the variable second layer 111 is not particularly limited as long as it is a material whose magnetization can be reversibly reversed by the spin starting torque from the spin torque generating unit 21, and the variable second layer 111 may have a portion made of an antiferromagnetic material such as those exemplified as the constituent materials of the anisotropy variable unit 22. The variable second layer 111 may have a homogeneous structure, or may have a layered structure or a dispersed structure of portions made of different materials. In addition, the variable second layer 111 may have a non-uniform structure in which the composition changes continuously or stepwise.
本発明の第2実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aにおける第1状態および第2状態の制御方法は、第1実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aの場合と同様である。すなわち、制御用電流源Iの配線はスピントルク生成部21に接続され、スピントルク生成部21に流す制御用電流20cの向きによって可変第2層111の磁化111mの向きが設定されるため、制御用電流20cを互いに反対向きに流すことにより、第1状態での可変磁界検知部100aの出力である第1出力および第2状態での可変磁界検知部100aの出力である第2出力を得ることができる。なお、図12では、図4と同様に、第1状態を示している。図12では、制御用配線61は、スピントルク生成部21に印加される制御用電流20cがX1向きまたはX2向きとなるように設けられているが、これに限定されず、制御用電流20cがY1向きまたはY2向きとなるように制御用配線61が設けられていてもよい。 The control method of the first and second states in the variable magnetic field detection unit 100a of the magnetic sensor 1 according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the variable magnetic field detection unit 100a of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment. That is, the wiring of the control current source I is connected to the spin torque generation unit 21, and the direction of the magnetization 111m of the variable second layer 111 is set by the direction of the control current 20c flowing through the spin torque generation unit 21, so that the first output which is the output of the variable magnetic field detection unit 100a in the first state and the second output which is the output of the variable magnetic field detection unit 100a in the second state can be obtained by flowing the control current 20c in opposite directions. Note that FIG. 12 shows the first state, as in FIG. 4. In FIG. 12, the control wiring 61 is provided so that the control current 20c applied to the spin torque generation unit 21 is in the X1 direction or the X2 direction, but is not limited thereto, and the control wiring 61 may be provided so that the control current 20c is in the Y1 direction or the Y2 direction.
(第3実施形態)
図13は、本発明の第3実施形態に係る磁気センサが備える可変磁界検知部の一例を説明する図である。本発明の第3実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aは、第1実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aとの対比で、第1実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aが有する第2層11と磁化制御部20との機能を兼ね備え、換言すれば、第2層11と磁化制御部20とが一体化し、制御用配線61からの電流によって内部にスピン軌道トルクを生じさせて可逆的に磁化反転可能な部分を有する通電可変第2層112を備える点が相違する。
Third Embodiment
13 is a diagram for explaining an example of a variable magnetic field detector included in the magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention. The variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1 according to the third embodiment of the present invention is different from the variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment in that it has the functions of the second layer 11 and the magnetization control unit 20 of the variable magnetic field detector 100a of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment, in other words, the second layer 11 and the magnetization control unit 20 are integrated, and the current from the control wiring 61 generates a spin orbit torque inside and has a portion that can be reversibly reversed in magnetization.
通電可変第2層112を構成する材料は、通電の向きに応じて磁化が反転しうる材料であれば、特に限定されず、通電可変第2層112は、異方性可変部22の構成材料として例示されるような反強磁性体からなる部分を有していてもよい。通電可変第2層112は均質な構造であってもよいし、異なる材料からなる部分の積層構造や分散構造を有していてもよい。また、通電可変第2層112はその組成が連続的または段階的に変化する不均一構造を有していてもよい。 The material constituting the variable current second layer 112 is not particularly limited as long as it is a material whose magnetization can be reversed depending on the direction of current flow, and the variable current second layer 112 may have a portion made of an antiferromagnetic material such as those exemplified as the constituent materials of the anisotropy variable section 22. The variable current second layer 112 may have a homogeneous structure, or may have a layered structure or a dispersed structure of portions made of different materials. The variable current second layer 112 may also have a non-uniform structure in which the composition changes continuously or stepwise.
本発明の第3実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aにおける第1状態および第2状態の制御方法は、第1実施形態に係る磁気センサ1の可変磁界検知部100aの場合とほぼ同様である。すなわち、制御用電流源Iの配線は第1実施形態におけるスピントルク生成部21に代えて通電可変第2層112に接続され、通電可変第2層112に流す制御用電流20cの向きによって通電可変第2層112の磁化112mの向きが設定されるため、制御用電流20cを互いに反対向きに流すことにより、第1状態での可変磁界検知部100aの出力である第1出力および第2状態での可変磁界検知部100aの出力である第2出力を得ることができる。なお、図13では、図9と同様に、第1状態を示している。図13では、制御用配線61は、スピントルク生成部21に印加される制御用電流20cがY1向きまたはY2向きとなるように設けられているが、これに限定されず、制御用電流20cがX1向きまたはX2向きとなるように制御用配線61が設けられていてもよい。 The control method of the first and second states in the variable magnetic field detection unit 100a of the magnetic sensor 1 according to the third embodiment of the present invention is almost the same as that of the variable magnetic field detection unit 100a of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment. That is, the wiring of the control current source I is connected to the variable current second layer 112 instead of the spin torque generation unit 21 in the first embodiment, and the direction of the magnetization 112m of the variable current second layer 112 is set by the direction of the control current 20c flowing through the variable current second layer 112, so that the first output, which is the output of the variable magnetic field detection unit 100a in the first state, and the second output, which is the output of the variable magnetic field detection unit 100a in the second state, can be obtained by flowing the control current 20c in opposite directions. Note that FIG. 13 shows the first state, as in FIG. 9. In FIG. 13, the control wiring 61 is provided so that the control current 20c applied to the spin torque generation unit 21 is oriented in the Y1 direction or the Y2 direction, but this is not limited thereto, and the control wiring 61 may be provided so that the control current 20c is oriented in the X1 direction or the X2 direction.
(第2の測定方法)
図14は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサを用いた第2の測定方法(第1状態)を説明する図である。図15は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサを用いた第2の測定方法(第2状態)を説明する図である。第2の測定方法では、測定方法のフローチャートは図6に示される第1の測定方法のフローチャートと同じであるが、磁気センサ1が備える磁界検知部2Aの構成が相違する。
(Second Measurement Method)
Fig. 14 is a diagram for explaining a second measurement method (first state) using the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. Fig. 15 is a diagram for explaining a second measurement method (second state) using the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. In the second measurement method, the flow chart of the measurement method is the same as the flow chart of the first measurement method shown in Fig. 6, but the configuration of the magnetic field detection unit 2A provided in the magnetic sensor 1 is different.
第2の測定方法では、図14に示されるように、磁界検知部2Aはハーフブリッジ回路16を有する。ハーフブリッジ回路16は2つの可変磁界検知部を有する。すなわち、ハーフブリッジ回路16は、直列に接続される第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102と、直列接続された第1可変磁界検知部101と第2可変磁界検知部102との間の電位に関する電気信号を出力する出力部VAと、を有する。第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102は、第2層11が互いに反対向きに磁化するように制御され、図14では、白抜き矢印に示されるように、第1可変磁界検知部101の第2層11の磁化11mはX2向きであり、第2可変磁界検知部102の第2層11の磁化11mはX1向きである。第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102の第1層13はいずれも測定磁界Hを受けていないときに同じ向きに揃うように設定されている。図14では、黒矢印に示されるように、第1層13の磁化13mは測定磁界Hを受けていないときにはY2向きに設定されている。第1層13の磁化方向は、図示しないバイアス磁界源(永久磁石、誘導磁界源、交換結合を生じさせる構造)により設定することができる。 In the second measurement method, as shown in FIG. 14, the magnetic field detection unit 2A has a half-bridge circuit 16. The half-bridge circuit 16 has two variable magnetic field detection units. That is, the half-bridge circuit 16 has a first variable magnetic field detection unit 101 and a second variable magnetic field detection unit 102 connected in series, and an output unit VA that outputs an electrical signal related to the potential between the first variable magnetic field detection unit 101 and the second variable magnetic field detection unit 102 connected in series. The first variable magnetic field detection unit 101 and the second variable magnetic field detection unit 102 are controlled so that the second layers 11 are magnetized in opposite directions to each other, and in FIG. 14, as shown by the white arrows, the magnetization 11m of the second layer 11 of the first variable magnetic field detection unit 101 is in the X2 direction, and the magnetization 11m of the second layer 11 of the second variable magnetic field detection unit 102 is in the X1 direction. The first layers 13 of the first variable magnetic field detector 101 and the second variable magnetic field detector 102 are both set to be aligned in the same direction when not receiving the measurement magnetic field H. In FIG. 14, as shown by the black arrow, the magnetization 13m of the first layer 13 is set to the Y2 direction when not receiving the measurement magnetic field H. The magnetization direction of the first layer 13 can be set by a bias magnetic field source (permanent magnet, induced magnetic field source, structure that generates exchange coupling) not shown.
磁界算出部4は、出力部VAからの電気信号を入力として演算処理を行い、測定磁界Hを算出する。この演算処理は、第1可変磁界検知部101の第2層11の磁化11mが第1方向の一方向きの第1状態であるときに出力部VAから出力される第1電気信号と、第1可変磁界検知部101の第2層11の磁化11mが第1方向の他方向きの第2状態であるときに出力部VAから出力される第2電気信号との差を求めることを含む。 The magnetic field calculation unit 4 performs arithmetic processing using the electrical signal from the output unit VA as input to calculate the measured magnetic field H. This arithmetic processing includes finding the difference between a first electrical signal output from the output unit VA when the magnetization 11m of the second layer 11 of the first variable magnetic field detection unit 101 is in a first state in one direction of the first direction, and a second electrical signal output from the output unit VA when the magnetization 11m of the second layer 11 of the first variable magnetic field detection unit 101 is in a second state in the other direction of the first direction.
具体的には、まず、第1測定ステップとして、制御部7から出力された制御信号により、制御用電源3から、磁界検知部2Aが備える第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102を第1状態とするための信号が出力される。具体的には、磁化制御部20のスピントルク生成部21に流す電流の向きを所定の向きに設定する。図14には第1状態における第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102の第2層11の磁化11mの向きが白抜き矢印で示されている。 Specifically, first, as a first measurement step, a control signal output from the control unit 7 causes the control power supply 3 to output a signal for setting the first variable magnetic field detection unit 101 and the second variable magnetic field detection unit 102 of the magnetic field detection unit 2A to the first state. Specifically, the direction of the current flowing through the spin torque generation unit 21 of the magnetization control unit 20 is set to a predetermined direction. In FIG. 14, the direction of magnetization 11m of the second layer 11 of the first variable magnetic field detection unit 101 and the second variable magnetic field detection unit 102 in the first state is indicated by a hollow arrow.
こうして第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102を第1状態として、第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102により測定磁界Hの測定を行い、出力部VAから第1電気信号を得る(ステップS101)。第1電気信号は、磁界算出部4に入力され、磁界算出部4または図示しないメモリに格納される。 In this way, the first variable magnetic field detector 101 and the second variable magnetic field detector 102 are set to the first state, the first variable magnetic field detector 101 and the second variable magnetic field detector 102 measure the measurement magnetic field H, and a first electrical signal is obtained from the output unit VA (step S101). The first electrical signal is input to the magnetic field calculator 4 and stored in the magnetic field calculator 4 or in a memory not shown.
次に、第2測定ステップとして、制御部7から出力された制御信号により、制御用電源3から、磁界検知部2Aが備える第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102を第2状態とするための信号が出力される。具体的には、磁化制御部20のスピントルク生成部21に流す電流の向きを第1状態とは反対向きに設定する。図15は、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁界検知部の説明図(第2状態)である。図15には第2状態における第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102の第2層11の磁化11mの向きが白抜き矢印で示されており、これらの磁化11mは第1状態と反対向きである。 Next, as a second measurement step, a control signal output from the control unit 7 causes the control power supply 3 to output a signal for setting the first variable magnetic field detection unit 101 and the second variable magnetic field detection unit 102 of the magnetic field detection unit 2A to the second state. Specifically, the direction of the current flowing through the spin torque generation unit 21 of the magnetization control unit 20 is set to the opposite direction to that in the first state. FIG. 15 is an explanatory diagram (second state) of the magnetic field detection unit provided in the magnetic sensor according to one embodiment of the present invention. In FIG. 15, the directions of the magnetization 11m of the second layer 11 of the first variable magnetic field detection unit 101 and the second variable magnetic field detection unit 102 in the second state are indicated by white arrows, and these magnetizations 11m are opposite to those in the first state.
こうして第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102を第2状態として、第1可変磁界検知部101および第2可変磁界検知部102により測定磁界Hの測定を行い、出力部VAから第2電気信号を得る(ステップS102)。第2電気信号は、磁界算出部4に入力され、磁界算出部4または図示しないメモリに格納される。 In this way, the first variable magnetic field detector 101 and the second variable magnetic field detector 102 are set to the second state, the first variable magnetic field detector 101 and the second variable magnetic field detector 102 measure the measurement magnetic field H, and a second electrical signal is obtained from the output unit VA (step S102). The second electrical signal is input to the magnetic field calculator 4 and stored in the magnetic field calculator 4 or in a memory not shown.
続いて、磁界算出部4は、ステップS101およびステップS102により磁界算出部4または図示しないメモリに格納された、第1電気信号と第2電気信号との差を求める処理を、磁界算出ステップとして行う(ステップS103)。磁界算出部4が上記の処理を実行することにより、ハーフブリッジ回路16を用いて、フルブリッジ回路15で得られる測定信号を得ることができる。したがって、第2の測定方法の磁界検知部2Aは、フルブリッジ回路15を有する磁界検知部2を用いて第1の測定方法で測定する場合に比べて、装置面積を小型化することが可能である。 Then, the magnetic field calculation unit 4 performs a process of calculating the difference between the first electrical signal and the second electrical signal stored in the magnetic field calculation unit 4 or in a memory (not shown) in steps S101 and S102 as a magnetic field calculation step (step S103). By performing the above process by the magnetic field calculation unit 4, a measurement signal obtained in the full bridge circuit 15 can be obtained using the half bridge circuit 16. Therefore, the magnetic field detection unit 2A of the second measurement method can reduce the device area compared to the case where measurement is performed by the first measurement method using the magnetic field detection unit 2 having the full bridge circuit 15.
また、フルブリッジ回路15では、4つの磁気抵抗効果素子10a、10b、10c、10dの電気特性が全く等しい場合に理想的な出力が得られるが、現実には、4つの素子は互いに異なる製造物であるため電気特性の相違が不可避的に存在し、この相違はフルブリッジ回路15における測定精度の低下の一因となる。これに対し、第2の測定方法では、フルブリッジ回路15との対比で、測定に用いる素子数が半分であるから、素子の電気特性ばらつきに起因する測定精度の低下が抑制される。したがって、第2の測定方法と第1の測定方法とを組み合わせることにより、磁気センサ1の磁気分解能を特に高めることが可能となる。 In addition, in the full bridge circuit 15, an ideal output is obtained when the electrical characteristics of the four magnetoresistance effect elements 10a, 10b, 10c, and 10d are exactly the same. However, in reality, since the four elements are manufactured differently, differences in electrical characteristics are unavoidable, and these differences are one of the causes of reduced measurement accuracy in the full bridge circuit 15. In contrast, in the second measurement method, the number of elements used for measurement is half compared to the full bridge circuit 15, so the reduction in measurement accuracy caused by variations in the electrical characteristics of the elements is suppressed. Therefore, by combining the second measurement method with the first measurement method, it is possible to particularly improve the magnetic resolution of the magnetic sensor 1.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上記の説明では、磁化制御部20はスピン軌道トルクを生成して第2層11の磁化11mを反転させるが、これに限定されず、スピン移行トルクにより第2層11の磁化11mを反転させてもよく、スピン軌道トルクとスピン移行トルクとの双方が第2層11の磁化11mの反転に寄与していてもよい。特に、第2層11の機能と磁化制御部20の少なくとも一部の機能とを兼ね備える可変第2層111や通電可変第2層112では、スピン軌道トルクとスピン移行トルクとの双方が第2層11の磁化11mの反転に寄与しやすい。 The above-described embodiments are described to facilitate understanding of the present invention, and are not described to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above-described embodiments is intended to include all design modifications and equivalents that fall within the technical scope of the present invention. For example, in the above description, the magnetization control unit 20 generates a spin-orbit torque to reverse the magnetization 11m of the second layer 11, but is not limited to this. The magnetization 11m of the second layer 11 may be reversed by a spin transfer torque, and both the spin-orbit torque and the spin transfer torque may contribute to the reversal of the magnetization 11m of the second layer 11. In particular, in the variable second layer 111 and the current-variable second layer 112 that combine the functions of the second layer 11 and at least a portion of the functions of the magnetization control unit 20, both the spin-orbit torque and the spin transfer torque are likely to contribute to the reversal of the magnetization 11m of the second layer 11.
本発明は次の態様を含む。
(1)測定磁界に沿う向きに磁化可能な第1層と、前記測定磁界を受けても磁化が第1方向に沿った状態を維持可能な第2層と、前記第1層と前記第2層との間に位置する非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子と、前記第2層の磁化を可逆的に反転させる磁化制御部と、を有する可変磁界検知部を備え、前記磁化制御部は、通電時にスピン軌道トルクを生成するスピントルク生成部と、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて磁化の向きが可逆的に変更可能な異方性可変部とを有し、前記異方性可変部は前記第2層と磁気的に結合し、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて、前記第2層の磁化は可逆的に変化することを特徴とする磁気センサ。
(2)前記異方性可変部は反強磁性体からなる部分を有する、上記(1)に記載の磁気センサ。
(3)前記スピントルク生成部は、通電方向の反転に基づき、前記異方性可変部の磁化の向きを反転可能である、上記(1)に記載の磁気センサ。
(4)測定磁界に沿う向きに磁化可能な第1層と、前記測定磁界を受けても磁化が第1方向に沿った状態を維持可能な第2層と、前記第1層と前記第2層との間に位置する非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子と、前記第2層の磁化を可逆的に反転させる磁化制御部と、を有する可変磁界検知部を備え、前記磁化制御部は、通電により磁化の向きを可逆的に変更可能な通電磁化制御部であることを特徴とする磁気センサ。
(5)前記通電磁化制御部は均一構造である、上記(4)に記載の磁気センサ。
(6)前記通電磁化制御部は、通電により、前記磁化制御部の内部にスピン軌道トルクを生成する、上記(4)に記載の磁気センサ。
(7)前記通電磁化制御部は反強磁性体からなる部分を有する、上記(4)に記載の磁気センサ。
(8)測定磁界に沿う向きに磁化可能な第1層と、前記測定磁界を受けても磁化が第1方向に沿った状態を維持可能な第2層と、前記第1層と前記第2層との間に位置する非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子と、前記第2層の磁化を可逆的に反転させる磁化制御部と、を有する可変磁界検知部を備え、前記磁化制御部は、通電時にスピン軌道トルクを生成するスピントルク生成部を有し、前記第2層は、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて可逆的に磁化反転可能な部分を有する可変第2層であることを特徴とする磁気センサ。
(9)前記可変第2層は反強磁性体からなる部分を有する、上記(8)に記載の磁気センサ。
(10)測定磁界に沿う向きに磁化可能な第1層と、前記測定磁界を受けても磁化が第1方向に沿った状態を維持可能な第2層と、前記第1層と前記第2層との間に位置する非磁性層と、を有する磁気抵抗効果素子を有する可変磁界検知部を備え、前記第2層は、通電時に可逆的に磁化反転可能な反強磁性体からなる部分を有する通電可変第2層であることを特徴とする磁気センサ。
(11)前記通電可変第2層は、通電により、前記通電可変第2層の内部にスピン軌道トルクを生成する、上記(10)に記載の磁気センサ。
(12)前記第2層の前記磁化が前記第1方向の一方向きであるときの前記可変磁界検知部からの第1出力と、前記第2層の前記磁化が前記第1方向の他方向きであるときの前記可変磁界検知部からの第2出力とに基づいて、前記測定磁界を算出する磁界算出部をさらに備える、上記(1)、上記(4)、上記(8)および上記(10)のいずれかに記載の磁気センサ。
(13)前記可変磁界検知部は、いずれも前記磁気抵抗効果素子を有し、前記第2層が互いに反対向きに磁化するように制御され、直列に接続される第1可変磁界検知部および第2可変磁界検知部と、直列接続された前記第1可変磁界検知部と前記第2可変磁界検知部との間の電位に関する電気信号を出力する出力部と、を有し、前記第1可変磁界検知部および前記第2可変磁界検知部は、それぞれの前記第2層が互いに反対向きに磁化するように制御され、前記出力部からの前記電気信号を入力として演算処理を行い、前記測定磁界を算出する磁界算出部をさらに備え、前記演算処理は、前記第1可変磁界検知部の前記第2層の前記磁化が前記第1方向の一方向きであるときに前記出力部から出力される第1電気信号と、前記第1可変磁界検知部の前記第2層の前記磁化が前記第1方向の他方向きであるときに前記出力部から出力される第2電気信号との差を求めることを含む、上記(1)、上記(4)、上記(8)および上記(10)のいずれかに記載の磁気センサ。
The present invention includes the following aspects.
(1) A magnetic sensor comprising: a variable magnetic field detection unit having a magnetoresistive effect element having a first layer that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer that can maintain its magnetization along a first direction even when subjected to the measurement magnetic field, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer; and a magnetization control unit that reversibly reverses the magnetization of the second layer, wherein the magnetization control unit has a spin torque generation unit that generates a spin orbit torque when current is applied, and an anisotropy variable unit whose magnetization direction can be reversibly changed based on the spin orbit torque from the spin torque generation unit, the anisotropy variable unit is magnetically coupled to the second layer, and the magnetization of the second layer reversibly changes based on the spin orbit torque from the spin torque generation unit.
(2) The magnetic sensor according to (1), wherein the anisotropy variable portion has a portion made of an antiferromagnetic material.
(3) The magnetic sensor according to (1) above, wherein the spin torque generation section is capable of reversing the direction of magnetization of the anisotropy variable section based on reversal of a current flow direction.
(4) A magnetic sensor comprising: a magnetoresistive element having a first layer that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer that can maintain its magnetization along a first direction even when subjected to the measurement magnetic field, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer; and a variable magnetic field detection unit having a magnetization control unit that reversibly reverses the magnetization of the second layer, wherein the magnetization control unit is an electromagnetization control unit that can reversibly change the direction of magnetization by passing current through it.
(5) The magnetic sensor according to (4) above, wherein the magnetization control section has a uniform structure .
(6) The magnetic sensor according to (4) above, wherein the magnetization control section generates a spin orbit torque inside the magnetization control section when a current is applied.
(7) The magnetic sensor according to (4) above, wherein the magnetization control section has a portion made of an antiferromagnetic material.
(8) A magnetic sensor comprising: a variable magnetic field detection unit having a magnetoresistive effect element having a first layer magnetizable in a direction along a measurement magnetic field, a second layer capable of maintaining its magnetization along a first direction even when subjected to the measurement magnetic field, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer; and a magnetization control unit that reversibly reverses the magnetization of the second layer, wherein the magnetization control unit has a spin torque generation unit that generates a spin orbit torque when current is applied, and the second layer is a variable second layer having a portion whose magnetization can be reversibly reversed based on the spin orbit torque from the spin torque generation unit.
(9) The magnetic sensor according to (8), wherein the variable second layer has a portion made of an antiferromagnetic material.
(10) A magnetic sensor comprising a variable magnetic field detection unit having a magnetoresistance effect element having a first layer that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer that can maintain its magnetization along a first direction even when subjected to the measurement magnetic field, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer, wherein the second layer is a current-variable second layer having a portion made of an antiferromagnetic material whose magnetization can be reversibly reversed when current is applied.
(11) The magnetic sensor according to (10) above, wherein the current variable second layer generates a spin-orbit torque therein by applying a current thereto.
(12) A magnetic sensor described in any of (1), (4), (8) and (10), further comprising a magnetic field calculation unit that calculates the measured magnetic field based on a first output from the variable magnetic field detection unit when the magnetization of the second layer is in one direction of the first direction and a second output from the variable magnetic field detection unit when the magnetization of the second layer is in the other direction of the first direction.
(13) The magnetic sensor described in any one of (1), (4), (8) and (10), wherein the variable magnetic field detection units each have the magnetoresistive effect element, and are controlled so that the second layers are magnetized in opposite directions to each other, and include a first variable magnetic field detection unit and a second variable magnetic field detection unit connected in series, and an output unit that outputs an electrical signal related to the potential between the first variable magnetic field detection unit and the second variable magnetic field detection unit connected in series, wherein the first variable magnetic field detection unit and the second variable magnetic field detection unit are controlled so that their respective second layers are magnetized in opposite directions to each other, and further includes a magnetic field calculation unit that performs arithmetic processing using the electrical signal from the output unit as an input and calculates the measured magnetic field, and the arithmetic processing includes calculating the difference between a first electrical signal output from the output unit when the magnetization of the second layer of the first variable magnetic field detection unit is in one direction of the first direction, and a second electrical signal output from the output unit when the magnetization of the second layer of the first variable magnetic field detection unit is in the other direction of the first direction.
本発明は、外部磁場を高感度で検出することができる、磁気分解能が高い磁気センサとして有用である。 The present invention is useful as a magnetic sensor with high magnetic resolution that can detect external magnetic fields with high sensitivity.
1 :磁気センサ
2、2A :磁界検知部
3 :制御用電源
4 :磁界算出部
5 :アンプ
6 :A/D変換回路
7 :制御部
10P :検知中心
10a、10b、10c、10d :磁気抵抗効果素子
11 :第2層
12 :非磁性層
13 :第1層
15 :フルブリッジ回路
16 :ハーフブリッジ回路
20 :磁化制御部
21 :スピントルク生成部
22 :異方性可変部
61 :制御用配線
62 :計測用配線
100a、100b、100c、100d :可変磁界検知部
101 :第1可変磁界検知部
102 :第2可変磁界検知部
111 :可変第2層
112 :通電可変第2層
20c :制御用電流
11m、13m、20m、111m、112m :磁化
20s1、20s2 :スピン流
201 通電磁化制御部
GND :グランド端子
H :測定磁界
I :制御用電流源
V :計測用電圧源
V1、V2 :出力端子
VA :出力部
Vdd :電源端子
1: magnetic sensor 2, 2A: magnetic field detection unit 3: control power supply 4: magnetic field calculation unit 5: amplifier 6: A/D conversion circuit 7: control unit 10P: detection center 10a, 10b, 10c, 10d: magnetoresistance effect element 11: second layer 12: non-magnetic layer 13: first layer 15: full bridge circuit 16: half bridge circuit 20: magnetization control unit 21: spin torque generation unit 22: anisotropy variable unit 61: control wiring 62: measurement wiring 100a, 100b, 100c, 100d: variable magnetic field detection unit 101: first variable magnetic field detection unit 102: second variable magnetic field detection unit 111: variable second layer 112: current variable second layer 20c: control current 11m, 13m, 20m, 111m, 112m : Magnetization 20s1, 20s2 : Spin current 201 Magnetization control unit GND : Ground terminal H : Measurement magnetic field I : Control current source V : Measurement voltage source V1, V2 : Output terminal VA : Output unit Vdd : Power supply terminal
Claims (12)
前記磁化制御部は、通電時にスピン軌道トルクを生成するスピントルク生成部と、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて磁化の向きが可逆的に変更可能な異方性可変部とを有し、
前記異方性可変部は前記第2層と磁気的に結合し、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて、前記第2層の磁化は可逆的に変化すること
を特徴とする磁気センサ。 a variable magnetic field detection unit including a magnetoresistance effect element having a first layer that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer that can maintain a state in which magnetization is along a first direction even when the measurement magnetic field is applied, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer, and a magnetization control unit that reversibly reverses the magnetization of the second layer;
the magnetization control unit includes a spin torque generation unit that generates a spin orbit torque when a current is applied, and an anisotropy variable unit that can reversibly change the direction of magnetization based on the spin orbit torque from the spin torque generation unit;
A magnetic sensor comprising: the anisotropy variable section magnetically coupled to the second layer; and the magnetization of the second layer reversibly changing based on the spin-orbit torque from the spin torque generation section.
前記磁化制御部は、通電により生成されるスピン軌道トルクによって磁化の向きを可逆的に変更可能な通電磁化制御部であること
を特徴とする磁気センサ。 a variable magnetic field detection unit including a magnetoresistance effect element having a first layer that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer that can maintain a state in which magnetization is along a first direction even when the measurement magnetic field is applied, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer, and a magnetization control unit that reversibly reverses the magnetization of the second layer;
The magnetic sensor is characterized in that the magnetization control unit is an electromagnetization control unit that can reversibly change the direction of magnetization by a spin orbit torque generated by energization.
前記磁化制御部は、通電時にスピン軌道トルクを生成するスピントルク生成部を有し、
前記第2層は、前記スピントルク生成部からの前記スピン軌道トルクに基づいて可逆的に磁化反転可能な部分を有する可変第2層であること
を特徴とする磁気センサ。 a variable magnetic field detection unit including a magnetoresistance effect element having a first layer that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer that can maintain a state in which magnetization is along a first direction even when the measurement magnetic field is applied, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer, and a magnetization control unit that reversibly reverses the magnetization of the second layer;
the magnetization control unit has a spin torque generation unit that generates a spin-orbit torque when a current is applied,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the second layer is a variable second layer having a portion whose magnetization can be reversibly reversed based on the spin-orbit torque from the spin torque generation unit.
前記第2層は、通電時に可逆的に磁化反転可能な反強磁性体からなる部分を有する通電可変第2層であること
を特徴とする磁気センサ。 a variable magnetic field detection unit having a magnetoresistance effect element including a first layer that can be magnetized in a direction along a measurement magnetic field, a second layer that can maintain a state in which magnetization is along a first direction even when the measurement magnetic field is applied, and a non-magnetic layer located between the first layer and the second layer;
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the second layer is a variable current-carrying second layer having a portion made of an antiferromagnetic material whose magnetization can be reversibly reversed when a current is applied.
いずれも前記磁気抵抗効果素子を有し、前記第2層が互いに反対向きに磁化するように制御され、直列に接続される第1可変磁界検知部および第2可変磁界検知部と、
直列接続された前記第1可変磁界検知部と前記第2可変磁界検知部との間の電位に関する電気信号を出力する出力部と、
を有し、
前記第1可変磁界検知部および前記第2可変磁界検知部は、それぞれの前記第2層が互いに反対向きに磁化するように制御され、
前記出力部からの前記電気信号を入力として演算処理を行い、前記測定磁界を算出する磁界算出部をさらに備え、
前記演算処理は、前記第1可変磁界検知部の前記第2層の前記磁化が前記第1方向の一方向きであるときに前記出力部から出力される第1電気信号と、前記第1可変磁界検知部の前記第2層の前記磁化が前記第1方向の他方向きであるときに前記出力部から出力される第2電気信号との差を求めることを含む、請求項1、請求項4、請求項7および請求項9のいずれか1項に記載の磁気センサ。
The variable magnetic field detection unit is
a first variable magnetic field detection unit and a second variable magnetic field detection unit, each of which has the magnetoresistance effect element, the second layers of which are controlled to be magnetized in opposite directions to each other and which are connected in series;
an output unit that outputs an electrical signal related to a potential between the first variable magnetic field detection unit and the second variable magnetic field detection unit that are connected in series;
having
the first variable magnetic field detection unit and the second variable magnetic field detection unit are controlled so that the second layers are magnetized in opposite directions to each other;
a magnetic field calculation unit that performs arithmetic processing using the electrical signal from the output unit as an input and calculates the measured magnetic field;
A magnetic sensor as described in any one of claims 1, 4, 7 and 9, wherein the calculation processing includes calculating a difference between a first electrical signal output from the output section when the magnetization of the second layer of the first variable magnetic field detection section is in one direction of the first direction and a second electrical signal output from the output section when the magnetization of the second layer of the first variable magnetic field detection section is in the other direction of the first direction .
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