磁传感器及补偿磁传感器的温度相关特性的方法

专利名称：磁传感器及补偿磁传感器的温度相关特性的方法
技术领域：
本发明涉及一种应用磁阻元件的磁传感器。
背景技术：
迄今为止已知这样一种-兹传感器，其应用诸如铁》兹》兹阻元件(MR元件， ferromagnetic magnetoresistive element )、 巨-兹.|1且元/[牛(GMR元4牛,giant magnetoresistive element )或P逸道磁阻元件(TMR元件,tunnel magnetoresistive element)之类的磁阻元件作为磁场检测元件，并且该磁传感器根据磁阻元件 的电阻值，而产生取决于作用在磁阻元件上的外部磁场的输出值。
磁阻元件的电阻值取决于温度。因此，即使在固定磁场强度的磁场作用 下，磁传感器输出值也会因磁阻元件的温度改变而变化。所以，为了高精度 地检测f兹场(的幅度)，就必定需要对这种温度相关性(temperature dependence) 进行补偿。
在日本专利申请公开(fob/)第H06-77558号中披露的磁传感器装置是 借助于在^f兹阻元件邻近处设置的温度传感器来实现这种补偿的。预先测量作 为磁传感器输出值的电压和温度之间的关系(温度相关特性)并且存储到存 储器中。然后，根据温度传感器实际测得的温度以及存储器中存储的关系， 确定一个基准电压，并且将磁传感器实际输出电压和所确定的基准电压之间 的差值进行放大输出，借此补偿^兹传感器的溫度相关特性。
同时，高灵敏度磁传感器的输出值会在地磁作用的影响下发生改变，而 地磁是随时间变化的。因此，上述磁传感器装置的存储器中存储的温度相关 特性必须是在一个预先设定的、确信地磁没有改变的短时间段内测得的；而 且在上述测量过程中必须在短时间段内对;兹阻元件进行加热或冷却。
但是，如果通过普通的加热/冷却装置对上述磁阻元件进行加热，则不仅 磁阻元件，而且包含磁阻元件衬底在内的整个磁传感器，都被加热/冷却了。 因此，由于磁传感器热容量大，加热/冷却时间将很长，而且在温度相关性测 量期间地磁因此将有所改变。结果，就产生了这样一个问题，即存储到存储磁阻元件，而且包含磁阻元件衬底在内的整个磁传感器，都被加热/冷却了。 因此，由于磁传感器热容量大，加热/冷却时间将很长，而且在温度相关性测 量期间地^1因此将有所改变。结果，就产生了这样一个问题，即存储到存储 器中的温度相关特性的可信赖性变小，而且因此将无法实现对温度相关特性 的精确补偿。尽管在不受地磁影响的环境条件下测量温度相关特性是一种可 行的方案，但是构造这样一种环境条件的设备(磁场消除器)却非常昂贵， 因此就导致了另 一个问题即增大了该磁传感器的制造成本。
所以，本发明的一个目的是提供一种磁传感器，其能够测量温度相关特 性，花费不多，在一个短时间段内完成测量，并且测量精确，而且本发明还 提供了 一种对磁传感器的温度相关特性进行精确#卜偿的方法。
本发明的另一个目的是提供一种单片磁传感器，其可产生磁传感器输出
信号，而且不用连接线；例如Au线，用于连接^兹传感器和外部部件(例如
外部电路)。
本发明的另一个目的是提供一种磁传感器，其中外部噪声基本上不会影 响控制电路部分，所述控制电路部分执行各种操作，例如根据磁阻元件电阻 变化产生输出信号的操作、获得关于磁阻元件的温度特性的数据的操作、磁 阻元件的自由层的磁化的初始化操作以及为了测试磁阻元件性能而将外部 磁场施加到磁阻元件上的操作。
本发明的再一个目的是提供一种磁传感器，其具有适合于简便可靠地将 多个磁阻元件的被钉扎层的磁化固定于相同方向的结构。

发明内容
本发明提供了一种磁传感器，其包括多个^f兹阻元件和多个发热元件，多 个磁阻元件形成在衬底上叠置的层的上表面上，多个发热元件适于在通电时 产生热量，并且该磁传感器根据所述多个磁阻元件的电阻值而产生对应于作 用在所述磁阻元件上的外部磁场的输出值，其中所述多个发热元件以这样一 种方式安排和配置，即当所述多个发热元件中每一个发热元件产生的热量近 似等于其余发热元件中任意一个产生的热量以获得关于磁传感器的温度特 性的数据时，所述多个磁阻元件的温度将变得彼此大致相等，并且其上形成 有所述多个磁阻元件的所述层的上表面的温度将变得不均匀(不一致)，并 且以这样一种方式配置即，当使用磁传感器在正常操作^f莫式中测量外部磁场时，所述多个发热元件中每一个都不产生任何热量，所述多个^ 兹阻元件的温
度变得与磁传感器的温度相等。所述磁阻元件例如是MR元件、GMR元件 以及TMR元件。
由于采用上述安排和配置，所以当获得关于磁传感器的温度特性的数据 时，包括所述衬底在内的整个磁传感器不会被加热到同一温度；而所述多个 ;兹阻元件将可加热到大致相同的温度(一个与衬底温度有差异的温度)。这 样，可以缩短加热/冷却磁阻元件所需要的时间，因此可以在相同地磁作用在 磁阻元件上的时间段内测得磁阻元件的温度相关特性。
在这种情形下，所述多个磁阻元件可以配置形成多个岛状元件组，每一
排的多个磁阻元件；而且如此形成所述发热元件，即在每个元件组的上方或 下方设置一个发热元件。在这种情形下，因为加热元件能主要地加热;兹阻元 件，所以可以进一步縮短加热/冷却磁阻元件所需要的时间。
优选地，每个所述发热元件采取线圈形式(加热线圈)，该线圈能够给 在所述发热元件的上方或下方形成的所述》兹阻元件施加一个在与所述磁阻 元件的磁场检测方向近似相同或近似垂直的方向上的磁场。在这种情形下， 磁场方向与所述磁阻元件的磁场检测方向近似相同的磁场可以用作测试磁 场，用于测定磁传感器是否在正常地检测/磁场；而石兹场方向与所述磁阻元件 的磁场检测方向近似垂直的磁场例如可以用作对所述磁阻元件的自由层进 行初始化的/f兹场。
由于采用此优选结构，因为所述发热元件(加热线圈)还可以用作产生 与所述磁阻元件的磁场检测方向近似相同或近似垂直的磁场的线圈(测试线 圈或初始化线圈)，所以缩短了制造工艺并减少了制造工艺中使用的掩模数 目，从而可以最小化磁传感器的成本。而且，当这种线圈通电时，可以同时 进行对磁传感器的温度相关特性的测量、对磁传感器的部分或全部的测试、 对磁传感器的部分或全部的初始化；因此，可以缩短制造(测试)周期，从 而减少制造成本。
本发明还提供了 一种磁传感器，其包括多个磁阻元件和单个发热元件， 所述多个^f兹阻元件形成在衬底上叠置的层的上表面上，所述发热元件用于在 通电时产生热量，并且该磁传感器根据所述多个磁阻元件的电阻值而产生对 应于作用在所述^ 兹阻元件上的外部^f兹场的输出值，其中所述发热元件以这样一种方式安排和配置，即所述多个^t阻元件的温度变得彼此大致相等，而其 上形成有所述多个磁阻元件的所述层的上表面的温度变得不均匀。
也由于采用了这种可供选择的配置，包括所述衬底在内的整个磁传感器
不会被加热到同一温度；而所述多个石兹阻元件将可加热到大致相同的温度
(一个与衬底温度有差异的温度)。这样，可以缩短加热/冷却磁阻元件所需 要的时间，因此可以在相同地磁作用在-兹阻元件上的时间段内测得磁阻元件 的温度相关特性。
在这种情形下，所述发热元件和所述多个磁阻元件以这样一种方式配 置，即使得由所述发热元件扩散给所述多个磁阻元件中任意一个的热量约等 于由所述发热元件扩散给其余磁阻元件之一的热量。
所述发热元件和所述多个磁阻元件能够以这样一种方式配置，即使得所 述发热元件和所述多个磁阻元件中任意 一 个之间的相对位置关系大致等于 该发热元件和其余磁阻元件之一的相对位置关系。
优选地，所述多个磁阻元件分离地安排在所述衬底上叠置的层的上表面 上彼此间隔分开的四个岛中，并且以这样一种方式形成，即当在与所述层的
上表面平行的面中绕一个四边形形心将所述多个》兹阻元件进行90°旋转时， 则任意一个岛将会与卯°角运动(angular movement)之前被在角运动方向上 与该任意岛邻近的另一个岛所占据的位置基本上相重合，所述四边形由相互 连接邻近岛的近似中心的四条直线定义。
而且，具有任何上述特征的磁传感器可进一步包括温度检测部分，当 所述多个磁阻元件的温度变得彼此大致相等，而其上形成有所述多个磁阻元 件的所述层的上表面的温度变得不均匀时，该温度;f全测部分输出与所述多个 磁阻元件中至少一个的温度具有恒定关系的温度，作为检测温度。
如上所述，由于发热元件产生热辐射，磁阻元件被加热到大致相同的温 度。因此，在温度检测部分与所述多个磁阻元件中至少一个关于温度具有恒 定关系情形下，温度检测部分可以检测基本上所有的具有相同配置的磁阻元 件的温度。因此，根据上述配置，不需要增加温度检测部分的数目，因此可 以降低磁传感器的成本。
而且，在包含有上述温度检测部分的磁传感器中，优选地，所述多个磁 阻元件以这样一种方式互连，即在所述^^阻元件中，^t场;险测方向相同的元 件构成一个桥电路，以便生成对应于所述外部^f兹场的输出值；并且所述^t传感器还包括存储器和温度相关特性写入装置，温度相关特性写入装置用于将 一个值写入到所述存储器中，所述值是根据"基于温度检测部分输出的检测 温度而确定的表示所述磁阻元件第一温度的数据，以及在第一温度所述磁传 感器输出的第一输出值，，和"与所述第一温度不同并且是基于温度检测部分 输出的检测温度而确定的表示所述磁阻元件第二温度的数据，以及在第二温 度下所述磁传感器输出的第二输出值"而确定，上述写入到所述存储器中 的值对应于第一和第二输出值之间差值与第 一和第二温度之间差值的比值。
其中由多个磁阻元件构成桥电路(bridge circuit)(全桥电路，foil-bridge circuit)的磁传感器的温度相关特性是这样的，即磁传感器的输出与磁阻元 件温度变化成比例地改变。因此，假如将相应于上述"比值"(即，相对于 磁阻元件的温度变化的磁传感器的输出值变化)的值提前存储到存储器中， 则在将磁传感器安装到电子设备之后，电子设备可以通过从磁传感器读取
"比值"而获得磁传感器的温度相关特性数据，其中该值可以是比值本身， 也可以是比值的倒数等等。因此，可以利用该数据对^磁传感器的温度相关特 性进行补偿。
换言之，每个磁传感器的关于温度相关特性的数据都可以通过将对应于 上述"比值，，的值存储到磁传感器的存储器中的简单操作而保存在磁传感器 中。因此，能够使其中存储有磁传感器的温度相关特性数据的存储器的容量 最小化，从而降j&磁传感器的成本。
本发明还提供了 一种对磁传感器的温度相关特性进行补偿的方法，所述 磁传感器包括磁阻元件，磁阻元件的电阻随着外部磁场而变化；第一存储 器；温度检测部分，其用于将与所述磁阻元件的温度具有恒定关系的温度输 出作为检测温度；以及发热元件，其用于通电时发热；并且所述磁传感器基 于所述磁阻元件的电阻值产生对应于外部磁场的输出值；所迷磁传感器适于 结合到电子设备中，所述电子设备包括永磁体元件、外壳以及第二存储器， 其中所述外壳将所述磁传感器、所述永磁体元件以及第二存储器容纳在内； 所述方法包括如下步骤在将所述磁传感器放置到所述外壳中之前，根据由 所述温度检测部分输出的检测温度得到所述磁阻元件的第一温度，并且得到 由所述磁传感器在第 一温度输出的第 一输出值；在将所述磁传感器放置到所
输出的检测温度来得到所述磁阻元件的第二温度，并且得到由所述磁传感在第二温度下输出的第二输出值；将与所述第一输出值、第二输出值之差和
所迷第一温度、第二温度之差的比值相对应的值存储到所述第一存储器中； 在将所述磁传感器连同所述永磁体元件一起放置到所述外壳中之后，将作为 基准数据的所述^f兹传感器的输出值的偏移值(offset)以及由所述温度检测部 分输出的检测温度存储到所述第二存储器中；并且此后，根据存储在所述第 一存储器中的与比值对应的值、存储在所述第二存储器中的基准数据、以及 由所述温度检测部分输出的检测温度，对所述磁传感器的输出值进行校正。 通过这种方法，在还没有将磁传感器安装到电子设备中的时候，与上述 "比值"相对应的值的获得所需要的数据作为表示磁传感器温度相关特性的 数据，被获得并且/或者被存储到第一存储器中。然后，在将所述^f兹传感器连 同所述永磁体元件以及所述第二存储器一起容纳放置到所述外壳中之后，所 述磁传感器输出值的偏移值以及在获得所述偏移值时所述温度检测部分检 测到的温度被存储到所述第二存储器中。随后，根据温度检测部分实际检测 的温度和第二存储器中存储的温度之间的差值、对应于"比值"且存储在第 一存储器中的值、以及第二存储器中存储的偏移值，来校正磁传感器的输出 值。
将利用具体实施例来说明该方法。将温度检测部分实际检测的温度和第 二存储器中存储的温度之差乘以第一存储器中存储的"比值"，从而得到由 磁传感器温度的改变而导致的偏移值的改变量。随后，将第二存储器中存储 的偏移值和所述偏移值改变量相加，从而得到温度改变后的偏移值；并且将 所述磁传感器的实际输出值与温度改变后的偏移值的差值作为与被测外部 /磁场对应的值。
因此，才艮据本发明的温度相关特性补偿方法，在^f兹传感器还没有安装到 电子设备中的时候测量取决于上述"比值"的值，并且将该值存储到第一存 储器中。因此，磁传感器自身可以支配表示所述磁传感器温度相关特性的数 据。而且，因为在将磁传感器连同永磁体元件一起安装到电子设备的外壳中 之后，偏移值以及由温度检测部分输出的检测温度都存储在第二存储器中， 所以在得到偏移值时就不再需要将磁传感器自身的偏移值以及温度检测部 分输出的检测温度存储到第一存储器中去。因此，可以使第一存储器的存储 容量最小化，从而降低了磁传感器的成本。而且，由于在将磁传感器安装到 所述外壳中之后，可以同时获得磁传感器的两种类型的偏移值即源于磁阻元件个体差异(阻值的差异)的磁传感器自身的偏移值(reference shift:基 准偏移)和可归因于永磁体元件漏磁场的偏移值(reference shift:基准偏移)， 所以不需要对偏移值进行两次获取。所以，根据本发明，可以用一种简单方 法对所述磁传感器的温度相关特性进行补偿。
本发明还提供了一种磁传感器，其包括单个衬底、多个磁阻元件、使所 述多个磁阻元件相互桥连接的布线部分，以及控制电路部分，所述控制电路 部分用于经由所述布线部分获取根据所述多个^ 兹阻元件的电阻值而确定的 物理量并且对该物理量进行处理从而产生向外输出的输出信号，其中所述磁 传感器还包括多个叠置在所述村底上的层；所述磁阻元件形成在所述多个层 中的一个层的上表面；所述布线部分和所述控制电路部分形成在所述衬底以 及所述多个层中；并且所述磁阻元件、所述布线部分以及所述控制电路部分 都通过连接部分而在所述多个层中相互连接，所述连接部分由导电物质构成 并且沿着与所述层的层表面相交的方向延伸。
由于此构造，所述磁阻元件、所述布线部分以及所述控制电路部分都通 过连接部分在所述多个层中不相交地相互连接，所述连接部分由导电物质构 成并且沿着与所述层的层表面相交的方向延伸。因此，提供了一种单片型磁 传感器，其可以不使用连接线而生成磁传感器的输出信号，与通常的磁传感 器不同，在通常的磁传感器中芯片分为承载磁阻元件的芯片和承载控制电路 部分等的芯片等等，且使用连接线连接这些芯片。
而且，本发明提供了一种磁传感器，其包括衬底、设置于所述衬底上面 部分的多个磁阻元件、设置于所述衬底上面部分并且使所述多个磁阻元件相 互连接的布线部 分，以及控制电路部分，所述控制电路部分用于经由所述布 线部分获取根据所述多个磁阻元件的电阻值而确定的物理量，并且对该物理 量进行处理从而产生向外输出的输出信号，其中所述多个磁阻元件在平面图 中看是设置于所述衬底的周围部分；所述布线部分如此设置，即，使得在平 面图中看基本上形成了 一个封闭曲线；并且所述控制电路部分在平面图中看 基本上设置于所述封闭曲线的内侧。
由于采用此配置，所述控制电路部分，其用于例如根据磁阻元件的电阻 改变进行输出信号的产生或者获得磁阻元件的温度特性的数据，可以被设置 在如平面图所示的衬底中心部分处的紧凑空间内。因此，缩短了所述控制电 路部分的布线长度，且因此外部噪声几乎不会迭加在所述布线上。结果，本发明提供了 一种磁传感器，其几乎不受外部噪声影响并且可靠性很高。
而且，本发明提供了一种磁传感器，其包括单个衬底和多个元件组，每
一个元件组都包括^皮4丁扎层(pinned layer) ^兹化方向相同的 一对》兹阻元件， 至少两元件组所述被钉扎层的磁化方向彼此垂直，其中所述多个元件组的每 组都是以这样一种方式设置于所述衬底上，即，使得所述每一元件组被钉扎 层的磁化方向基本上都平行于距所述衬底的形心(中心)的距离增大的方向， 并且使所述^t阻元件对彼此邻近设置。
上述传感器是这样的磁传感器，其包括单个衬底和多个元件组，每个元 件组包括被钉扎层的磁化方向相同的一对磁阻元件，当未施加外部磁场时至 少两元件组所述磁阻元件的自由层的磁化方向彼此垂直，其中所述多个元件 组的每组都是以这样一种方式设置于所述村底上，即，使得当未施加外部磁 场时，每个元件组的所述自由层的磁化方向基本垂直于离开所述衬底的形心 的距离沿其增大的方向，并且使得所述^t阻元件对彼此邻近设置。
当被钉扎层的磁化方向被固定时，必须连续施加具有稳定方向与幅度的 磁场于磁阻元件。此时，在同一磁力线上的相邻两点处，磁场在大约相同的 方向呈现出大约相同的幅度。而且，在磁传感器中，在很多情况下，为了改 善磁传感器的温度特性等，需要提供多个元件组，每一元件组都包括一对被 钉扎层磁化方向相同(即相同的磁场检测方向)的磁阻元件，并且桥连接这 些f兹阻元件。
因此，在以上述方式配置的磁传感器的情况中，所述方式中多个元件组 中的每一组都是设置于所述衬底的上部部分处，使得上述被钉扎层磁化方向 基本上平行于与所述衬底的形心(中心)的距离增大的方向(在平面图中看)， 且使得磁阻元件对在该方向上彼此邻近设置，当从所述衬底形心(中心)指 向其周边部分的磁场作用到所述磁传感器上时，借助于具有相同幅度和相同 方向的磁场，可以固定磁阻元件的被钉扎层的磁化。结果，可以筒便且可靠 地在同 一方向上对^兹阻元件的被钉扎层进行磁化。


图1是根据本发明第一实施例的磁传感器的平面示意图2是图l磁传感器的一部分的平面示意图，显示了磁传感器的电布线
情形；图3是图l磁传感器的一部分的剖面示意图，剖切是沿着与构成磁传感
器的各层层表面相垂直的一个预定平面进行的；
图4是示出相对于外部磁场的图1的GMR元件电阻值的变化的曲线图5是根据第一实施例改型的磁传感器的平面示意图6是图1的磁传感器的局部放大平面图7是图1的磁传感器的X轴磁传感器的等效电路图8是示出构成图1的磁传感器的X轴磁传感器的输出电压(输出信号)
相对于外部^f兹场而变化的曲线图9是其上安装有图1的磁传感器的蜂窝电话的前视图IO是示出构成图1的磁传感器的X轴磁传感器的温度相关特性的曲
线图11是示出构成图1的磁传感器一部分的Y轴磁传感器的温度相关特 性的曲线图12是图1的磁传感器的平面示意图，显示了磁传感器的加热线圈通 电时的等温线。
图13是说明图1磁传感器的加热线圈通电后经过的时间和GMR元件的
温度变化之间关系的曲线图14是根据本发明第二实施例的磁传感器的平面示意图15是沿着图14中l-l线剖切得到的磁传感器的一部分的剖面示意图；,
图16是图14磁传感器的平面示意图，显示了磁传感器的加热线圈通电
时的等温线；
图17是根据本发明第二实施例改型的磁传感器的平面示意图，显示了 磁传感器的加热线圈通电时的等温线；以及
图18是根据本发明磁传感器的另 一 改型的剖面示意图。
具体实施方式
(第一实施例)
现在将结合附图描述根据本发明的磁传感器的实施例。图l是根据第一 实施例的磁传感器10的平面示意图；图2是磁传感器10的一部分的平面示 意图，显示了磁传感器10的电布线(dectrical wiring)情形；而图3是图1和 图2所示/f兹传感器的一部分的剖面示意图，剖切是沿着与构成磁传感器10的各层层表面相垂直的一个预定平面进行的。
磁传感器10包括衬底10a,其由Si3NVSi、 Si02/Si或石英玻璃构成， 并且其形状大致为其侧边沿着相互垂直的X轴和Y轴延伸的方形(或矩形)， 并且在与X轴和Y轴垂直的Z轴方向上具有很小的厚度；层INS1和Sl-S3 叠置在衬底10a上，并且在平面图中看时形状与衬底10a相同；总共八个 GMR元件11-18形成在层S3 (的上表面)上作为》兹阻元件；以及作为最上 一层表面而形成的钝化层PL。
如图1所示，磁传感器IO具有桥接布线部分(连接线部分)19,其 分别桥互连(bridge-interconnecting)GMR元件11-14和GMR元件15-18,从 而构成两个全桥电路(fUll-bridge circuit);加热线圈21-24，用作加热GMR元 件11-18的加热元件；控制电路部分(LSI) 31;温度检测部分32;检测线 圈33a-33d;以及焊盘34a-34h,其用于经由焊接在焊盘上表面的Au线而连 接f兹传感器IO和外部设备。
GMR元件11称为第一 X轴GMR元件11，并且如图1所示，在衬底 10a上形成于衬底10a左側的大致中心位置附近，沿Y轴方向延伸。GMR 元件12称为第二 X轴GMR元件12，并且设置在衬底10a左侧的大致中心 位置附近，设置方式是使第二X轴GMR元件12与第一X轴GMR元件11 位置邻近(相邻)，位于在X轴正方向上与第一X轴GMR元件11间隔开一 段很小的距离的位置处。
GMR元件13称为第三X轴GMR元件13,并且在衬底10a上形成于衬 底10a右侧的大致中心位置附近，沿Y轴方向延伸。GMR元件14称为第四 X轴GMR元件14，并且设置在衬底10a右侧的大致中心位置附近，设置方 式是使第四X轴GMR元件14与第三X轴GMR元件13位置邻近(相邻)， 位于在X轴负方向上与第三X轴GMR元件13间隔开一段很小的距离的位 置处。
GMR元件15称为第一 Y轴GMR元件15,并且在衬底10a上形成于衬 底10a上侧的大致中心位置附近，沿X轴方向延伸。GMR元件16称为第二 Y轴GMR元件16,并且设置在衬底10a上侧的大致中心位置附近，设置方 式是使第二 Y轴GMR元件16与第一 Y轴GMR元件15位置邻近(相邻)， 位于在Y轴负方向上与第一 Y轴GMR元件15间隔开一段^艮小的距离的位 置处。GMR元件17称为第三Y轴GMR元件17,并且在衬底10a上形成于衬 底10a下侧的大致中心位置附近，沿X轴方向延伸。GMR元件18称为第四 Y轴GMR元件18，并且设置在衬底10a下側的大致中心位置附近，设置方 式是使第四Y轴GMR元件18与第三Y轴GMR元件17位置相近(邻近)， 位于在Y轴正方向上与第三Y轴GMR元件17间隔开一段^艮小的距离的位 置处。
构成每个GMR元件11 -18的自旋阀层(spin valve layer)包括自由层、电 隔离层、4丁住层(pin layer,又称固定磁化层(fixed magnetization layer))、以 及盖层(capping layer),这些层一层在另 一层之上地叠置(形成)在衬底10a 上的层S3的上表面上。自由层的磁化方向随外部磁场的改变而自由地改变。 4丁Y主层(pin layer)包4舌4丁4L层(pinning layer)禾口净皮4丁讣L层(pinned layer);寻皮布丁^L 层的磁化方向由钉扎层固定，且除了特例情形之外其不随外部磁场而改变。
因此每个GMR元件11-18都具有一个电阻值，其对应于被钉扎层磁化 方向和自由层^兹化方向之间的角度。即，每个GMR元件U-18,如图4曲 线图中实线所示，都具有这样一种阻值，在-Hc至+Hc范围内，即该阻值近 似与在净皮4丁扎层^兹化方向上变化的外部^兹场呈正比例地变化；并且，如虛线 所示，对与在垂直于被钉扎层磁化方向的方向上变化的外部磁场，呈现为近 似恒定的阻值。换言之，每个GMR元件11-18为其被钉扎层磁化方向与磁 场4全测方向相同。
GMR元件11和12中每个的被钉扎层磁化方向是负X方向。即，第一 与第二X轴GMR元件11与12构成了一个元件组Grl，其中对在同一方向 上(本例是X方向)的^兹场幅度进行检测的的多个磁阻元件，即具有相同磁 场检测方向，在叠置在衬底10a上的层S3上以岛的形式彼此邻近设置。
GMR元件13和14的被钉扎层磁化方向都是正X方向。即，第三与第 四X轴GMR元件13与14构成了另一个元件组Gr2，其中对同一方向上(这 里指在X方向上)的磁场幅度进行检测的多个磁阻元件，在叠置在村底10a 上的层S3上以岛的形式彼此邻近设置。
GMR元件15和16的被钉扎层磁化方向都是正Y方向。即，第一与第 二Y轴GMR元件15与16构成了另一个元件组Gr3,其中对同一方向上(这 里指在Y方向上)的磁场幅度进行检测的多个磁阻元件，在叠置在村底10a 上的层S3上以岛的形式彼此邻近设置。GMR元件17和18的被钉扎层磁化方向都是负Y方向。即，第三与第 四Y轴GMR元件17与18构成了另一个元件组Gr4，其中对同一方向上(这 里指在Y方向上)的磁场幅度进行检测的多个磁阻元件，在叠置在衬底10a 上的层S3上以岛的形式彼此邻近设置，。
因此，GMR元件11-18构成了四个元件组(岛)Grl-Gr4,其中每一元 件组中两个邻近的^f兹阻元件的^t场;险测方向都是相同的。这些元件组 Grl-Gr4都布置在方形各边(在平面图中观察为方形桥接布线部分19的边) 的大致中间位置的外侧，所述方形在平面中观察具有沿X和Y方向的边， 并且这些元件组Grl-Gr4以这样一种方式形成，即绕该方形形心(方形的中 心点，即方形的对角线交点)将任意元件组进行90。角运动，则该任意元件 组与在该90°角运动(angular movement)之前与已被另一个与之邻近的元件 组占据的位置基本对准。换言之，多个GMR元件11-18被设置在衬底10a 上叠置的层S3上的四个分离的岛中，并且形成这样一种布局结构，即在与 层S3上表面平行的平面中绕四边形形心GP多个磁阻元件11-18进行卯。 角运动，所述四边形由相互连接成对邻近岛的近似中心的四条直线构成，则 任意一个岛基本上将会与90°角运动之前已被在角运动方向上的另一个邻 近的岛占据的位置对准。也就是说，不仅得到四条直线(线段)，即连接元 件组Gr2和Gr3近似中心部分的直线、连接元件组Gr3和Grl近似中心部分 的直线、连4秦元件组Grl和Gr4近似中心部分的直线、以及连接元件组Gr4 和Gr2近似中心部分的直线，而且，当绕由这些线段构成的四边形的形心将 元件组进行90°角运动时，每一元件组都将与角运动之前就已被另 一个与之 邻近的元件组所占据的位置相重合；即，元件组Gr2将与元件组Gr3先前的 位置对齐，元件组Gr3将与元件组Grl先前的位置对齐，等等。
在图1-3所示的实施例中，组成单个岛(单个的元件组)的两个GMR 元件在从村底10a中心处(形心，其与上述的形心GP对齐)到衬底10a — 边(周边)的方向上彼此邻近设置。也就是说，这些元件组Grl-Gr4各自都 包含一对,兹场检测方向相同的-兹阻元件，所述元件组Grl-Gr4中的每一组都 设置在衬底10a的上部部分，设置方式是，磁阻元件的被钉扎层磁化方向基 本上平行于如平面图所示的离衬底10a形心的距离越来越大的方向，并且上 述磁阻元件对在同一方向上彼此邻近设置。另选地，如图5所示，可以将一 对磁阻元件在沿着衬底10a—个侧边的方向彼此邻近设置。但是，因为GMR元件根据前一种设置方式与根据后一种设置方式相比更加接近于衬底10a各
边的中心，元件特性能容易地变得均匀一致。而且，前一种情形中，在相同 方向上具有相同的磁场幅度的磁场与后一种情形相比可以更容易地施加于 一对磁阻元件。
如图6所例证，图6是GMR元件11、 12附近区域的平面放大图， GMR11-14分别连接到桥接布线部分19的各条线，借此通过桥接布线部分 19的媒介构成了 (全桥连接的)桥电路，如图7的等效电路图所示，因此构 成了磁场检测方向是X方向的X轴磁传感器。在图7中，在每个GMR元件 11-14中标示的箭头表示各个GMR元件11-14的被钉扎层的^兹化方向。
更具体地说，X轴磁传感器是这样一种传感器，即当在节点Va和节点 Vb之间施加一个恒定的电位差(potential difference)时，则可以得到节点Vc 和节点Vd之间的电位差(Vc-Vd)作为传感器输出值Vxout,其中节点Va 在第一与第四X轴GMR元件11与14之间，节点Vb在第三与第二 X轴 GMR元件13与12之间，节点Vc在第一与第三X轴GMR元件11与13之 间，节点Vd在第二与第四X轴GMR元件12与14之间。结果，X轴磁传 感器的输出电压(以电压表示的物理量)与在-Hc至+Hc区段内的幅度沿X 轴改变的外部^f兹场的幅度近似成比例地改变，如图8中实线所示；而对于幅 度沿Y轴变化的外部磁场则保持近似为"0"的恒定值。
与GMR元件11-14情形相同，GMR元件15-18连接到桥接布线部分19 的各条线上而构成(全桥连接的)桥电路，因此构成了磁场检测方向是Y轴 方向的Y轴》兹传感器。也就是说，Y轴磁传感器呈现的输出电压(以电压表 示的物理量)Vyout与在-Hc至+Hc区段内的幅度沿Y轴改变的外部磁场的 幅度近似成比例地变化；而对于幅度沿X轴变化的外部磁场则表现出近似为 "0"的输出电压。
如图1所示，桥接布线部分19形成在近似方形区域的周围并且位于 GMR元件11-18的内侧，如平面图所示，由此构成了基本上闭合的曲线(包 含直线部分)，所述方形具有沿X轴和Y轴的边。后面将详细说明，桥接布 线部分19形成在GMR元件11-18之下的层S3中。
如图1和3所示，加热线圈21-24嵌置在作为布线层的层S3中，直接 位于元件组Grl-Gr4的下方(在负Z轴方向上)。加热线圈21-24的外形以 及相对于相应元件组Grl-Gr4的位置关系彼此大致相同。因此，在后面说明中，只对加热线圈21进行详细描述。
加热线圈21是由例如铝薄膜构成的发热元件。当通电时，加热线圈21 产生热量，从而加热第一与第二 GMR元件11与12 (元件组Grl)。加热线 圈21形成在层S3中且面对着磁阻元件11与12的下表面，由此设置在元件 组Grl的正下方'。也就是说，如从图3所理解的，加热线圈21嵌置并形成 在绝缘层INS1和层Sl-S3之中的层S3中，绝缘层INS1和层Sl-S3 —层在 另一层之上地叠置在衬底10a上，GMR元件11-18都形成在层S3 (用作布 线层的层S1-S3中的最上面的层S3)上。在本说明书中，用作布线层的层是 指线、线之间的层间绝缘层、以及在线之间构成连接的接触孔(contact hole) (包含过孔(via-hole))。
而且，如图6所示，加热线圈21是所谓的双螺旋线圈，在平面图中看， 其形状近似为矩形，而且其包括一对线圈导体(coiled conductor)(即，具有 线圈中心Pl的第一导体21-1和具有线圈中心P2的第二导体21-2);该矩形 的Y方向长度约为^f兹阻元件11 (12)纵向长度的两倍，而该矩形的X方向 长度约为磁阻元件11 (12)横向(与纵向相垂直的方向)长度的五倍。
此外，第一与第二X轴GMR元件11与12设置在这两个线圈中心Pl 和P2之间，如平面图所示。而且，如平面图所示，第一、第二导体21-1、 21-2的迭盖第一、第二X轴GMR元件ll、 12的部分(即直接在第一、第 二 X轴GMR元件下延展的部分)彼此平行地沿着X方向直线地延伸。各个 导体的这些直线部分适于传送同一流向的电流，且因此产生一个Y轴方向的 磁场。也就是说，加热线圈21适于产生磁场，其方向与第一与第二X轴GMR 元件11与12的纵向方向一致，并且在没有施加任何外部磁场的情形下其方 向在自由层磁化的设计方向(与被钉扎层ed的固定磁化方向垂直的方向) 上。
如上所述，根据第一实施例的磁传感器10包含GMR元件(每个都包含 有自由层和钉住层的磁阻元件)，并且具有加热线圈21-24,加热线圈21-24 设置在自由层之下(且与之邻近)且适于在没有施加任何外部磁场的情形下 来稳定(初始化)自由层磁化方向，并且当在预定条件下(例如，在启动磁 检测之前)对加热线圈21-24通电时，在自由层产生一个具有预定方向(垂 直于被钉扎层的磁化方向)的磁场(初始化磁场)。而且，以这样一种形式 配置加热线圈24,即当在预定条件下以预定模式通电时，各个加热线圈21-24都对直接位于其上的GMR元件(GMR元件组)进4于加热。
如图1所示，控制电路部分31形成在一个近似方形中，该方形的各边 都沿X轴、Y轴方向，如平面图所示位于桥接布线部分19的内侧(如平面 图所示位于布线部分19轮廓形成的基本上为闭合曲线的内侧或者位于衬底 10a的中心部分)。如图3所示，控制电路部分31形成在GMR元件11-18 之下的层INS1、 Sl-S3中。控制电路部分31采用LSI (大规模集成电路) 形式，其包含有模数转换器(ADC)、能够写一次数据并可多次读取数据的 WORM ( write once， read many写 一次，可读多次)存储器(为了简便起见， 在下文中也称作"第一存储器，，)、以及模拟电路部分。控制电路部分31提 供多种功能，例如通过获得X轴磁传感器和Y轴磁传感器的输出值(根 据电阻值以电压形式检测得到的物理量)并且进行诸如输出值的模数转换之 类的数据处理，而产生输出信号；对加热线圈21-24通电；由温度检测部分 32获取检测温度输出；获取温度补偿数据；以及将数据存储(写)到第一存 储器中。
因为控制电路部分31设置在衬底10a的中心区域，所以控制电路部分 31的线长度可以缩短。因此，减小了该电路的电阻和该电路的尺寸大小，因 此该电路几乎不会受到噪声的干扰影响，而且电路的电阻偏差(各个产品之 间的偏差)也减小了。
可以使用熔断型(fose-break-type ) 24位存储器作为WORM存储器。另 选地，也可以使用诸如EEPROM或闪速存储器(flash memory)之类的存储器 (非易失性存储器)，从而可以将数据写入其中并且即使关断电源也会一直 将数据保持在其中。
温度检测部分32采用传统的带隙基准电路(bandgap reference circuit), 其基于内置晶体管的温度特性而检测温度；并且形成在如平面图所示的桥接 布线部分19内侧的控制电路部分31的一个角部。温度检测部分32设置在 布线层Sl中，与邻近GMR元件11-16的程度相比其位置更加邻近于GMR 元件17和18 (元件组Gr4),并且其适于输出温度U全测温度)，所述温度 与GMR元件18 (元件组Gr4)的温度具有恒定相关关系。如下文将要说明 的那样，因为磁阻元件11-18被加热至相同温度，所以仅通过检测磁阻元件 18的温度就可以确定其它^兹阻元件11-17的温度。
假设温度检测部分32如此地设置在桥接布线部分19内侧邻近元件组Gr4的位置处，则温度检测部分32可以精确地检测出磁阻元件18的温度。 而且，因为温度检测部分32与控制电路部分31相连而没有横越桥接布线部 分19，所以可以缩短温度检测部分32和控制电路部分31之间的线长度。检测线圈33a-33d形成在布线层Sl中并且它们直接设置在各个元件组 Grl-Gr4的正下方；图3示例性地显示了检测线圈33a。当通电时，每个检 测线圈33a-33d分别将各个磁阻元件的磁场检测方向上的磁场(在被钉扎层 磁化方向上的磁场)施加给直接设置于其上的一个磁阻元件。现在将对磁传感器10的层结构进行描述。如图3所示，衬底10a的上 部可以被分为元件隔离区10al、和用作元件激活区(activation region)的剩 余区10a2。通过LOCOS或STI技术在衬底10a的上表面上形成作为场绝缘 层(field insulating layer)ins的元件隔离区lOal 。 LOCOS技术是公知技术，是 借助于热氧化层使各种各样的元件彼此隔离并绝缘的技术。STI技术是么、知 技术，也称做浅沟槽元件隔离并适于通过在浅沟槽中嵌入氧化层而使各种各样的元件;波此隔离。在衬底10a正上方且在绝缘层ins的上表面形成绝缘层INS1。在绝缘层 INS1的元件激活区10a2中，形成各种电路元件诸如晶体管Tr。在绝缘层INSl 的元件隔离区lOal中，形成各种元件诸如电阻器R、熔断器(fuse)和电容器。 而且，在绝缘层INS1中，形成有多个接触孔Cl(连接部分、垂直连接部分)， 用于将诸如晶体管Tr之类的电路元件和设置在绝缘层INS1之上的层SI中 形成的线等进行电连接，所述多个接触孔CI均垂直于层Sl-S3的表面(因 此横穿了层S1-S3的表面)。在接触孔C1中填充导电物质。在绝缘层INS1之上形成层SI,用作布线层。层S1包含以导电层形式 存在的线W1、检测线圈33a-33d、层间绝缘层IL1、以及温度检测部分32。 在层间绝缘层IL1中，形成多个过孔V1 (连接部分、垂直连接部分)，用于 与在上层S2中形成的线等进行电连接，所述多个过孔VI均垂直于层Sl-S3 的表面(因此横穿了层S1-S3的表面)。过孔V1用导电物质填充。同样，在层S1之上形成层S2，用作布线层。层S2包含以导电层形式 存在的线W2、以及层间绝缘层IL2。在层间绝缘层IL2中，形成多个过孔 V2(连接部分、垂直连接部分)，用于与在上层S3中形成的线等进行电连接， 所述多个过孔V2均垂直于层Sl-S3的表面(因此横穿了层Sl-S3的表面)。 在过孔V2中填充导电物质。仍然同样地，在层S2之上形成层S3，用作布线层。层S3包含以导电 层形式存在的线W3、桥接布线部分19、加热线圈21 (22-24)、以及层间绝 缘层IL3。在层间绝缘层IL3中，形成多个过孔V3 (连接部分、垂直连接部 分)，用于与在层S3的上层中形成的GMR元件11-18等进行电连接，所述 多个过孔V3均垂直于层Sl-S3的表面(因此横穿了层Sl-S3的表面)。在过 孔V3中填充导电物质。层间绝缘层IL3可以是包含氮化物膜且与后面将要 说明的钝化层PL不同的钝化层。为了将GMR元件11-18的特性保持在一个 很好的水平上，层间绝缘层IL3的上表面优选是光滑的。而且，接触孔Cl 和过孔V1-V3是将GMR元件11-18、用作布线部分的桥接布线部分19、控 制电路部分31等等之间实现相互连接的导电物质构成的连接部分，并且在 多个层INS1、 Sl-S3中在横穿各层表面的方向延伸。焊盘区PD是GMR元件11-18形成于其中的部分、桥接布线部分19、 和控制电路部分31之外的区；并且设置于平面图所示的磁传感器IO的角部 (参见图1)。焊盘区PD的上表面构成了上述焊盘34a-34h。焊盘34a-34h 可以仅仅形成在最上层S3上；但是在这样一种情形下，当键合Au线时焊盘 34a-34h将承受沖击。所以，在本实施例中，如平面图所示近似方形的焊盘 部分是贯穿多个层S1-S3而形成的。形成钝化层PL从而覆盖层S3的上表面以及GMR元件11-18的上表面。 在形成钝化层PL时，首先形成一个覆盖住所有这些元件的预期钝化层 (prospective passivation layer),而后将该层对应于焊盘34a-34h的层部分去除。 因此焊盘34a-34h曝露在外，以便键合Au线。将磁传感器10容纳并安装在蜂窝电话40中，蜂窝电话40是移动电子 设备的一个示例且其正面显示在图9正面示意图中。蜂窝电话40包括外 壳(壳体)41，外壳41具有近似矩形的外形，如正面正视图所示，所述矩 形具有沿垂直相交的x轴和y轴方向的四边且其厚度方向为沿与x轴和y轴 相垂直的z轴；天线42，其设置在外壳41的上側的表面上；扬声器43，其 设置于外壳41前侧的最上部分；液晶显示屏44,其设置于外壳41的前侧在 扬声器43下方并且适于显示字符与图；操作部分(操作信号输入装置)45, 其设置于外壳41前侧液晶显示屏44下方并且具有用于输入电话号码或其它 指令信号的键；麦克风46，其设置于外壳41前侧的最下部分；以及微型计 算机47，其配置成使其能够通过总线与磁传感器10、显示屏44等等进行通信，并且其包括RAM和备用存储器(它可以采用EEPROM形式，它是即 使在主电源断电期间也保持数据的存储器，并且为了简便起见，称为"第二 存储器")。天线42、扬声器43、液晶显示屏44、操作部分45、以及麦克风46的 某些或全部包含有永石兹体元件(漏磁场生成元件)。将磁传感器10以这样一 种方式容纳并固定到外壳41中，即，使得磁传感器的X轴、Y轴与Z轴分 别对准外壳的x轴、y轴与z轴。现在将要描述如此配置的石兹传感器10的温度相关特性的补偿方法。通 常，磁阻元件诸如GMR元件具有温度相关特性，例如，由于元件的材料特 性因此电阻随着温度增加而增大；这种温度相关特性对单个元件而言是各不 相同的。因此，上述磁传感器10 (每个X轴磁传感器和Y轴磁传感器)包 括由四个GMR元件构成的全桥电路，也具有温度相关特性，因此磁传感器 的输出随温度的变化而改变。构成磁传感器10的单个GMR元件的温度相关 特性可区分为两种类型；即， 一种类型是磁传感器IO的输出随着GMR元件 的温度增加而增大，而另一种类型是^f兹传感器10的输出随着GMR元件的温 度增加而减小。图10和11是分别描述上述示例性的磁传感器的温度相关特性的曲线 图。在这里显示的例子中，X轴磁传感器具有负温度相关特性；而Y轴磁传 感器具有正温度相关特性。在这些曲线坐标图中，实线表示当外部磁场(例 如，在预定地点预定时间的地^磁)的X分量和Y分量分别为HX0和HY0 时各个磁传感器的输出值Vxout和Vyout;而单点划线表示当没有任何地-兹 影响情况下外部磁场(例如，蜂窝电话40的永磁体元件的漏磁场)分别为 HX1和HY1时各个磁传感器的输出值Vxout和Vyout。由图10和11可见，在同一磁场作用下磁传感器10的输出值Vxout和 Vyout随GMR元件的温度近似成比例地改变。所以，在本实施例中，基于 假设各个磁传感器的输出值Vxout和Vyout随GMR元件的温度成比例地改 变来补偿温度相关特性。首先，当响应例如从外部输入的指令信号而建立起获得用于补偿温度相 关特性的数据的预定条件时，控制电路部分31获得由温度检测部分32输出 的检测温度作为第一温度Tls,该温度对应于GMR元件18的当前温度T1。 此时，由于整个磁传感器10具有均一温度(室温)，温度检测部分32输出的检测温度Tls等于GMR元件18的温度T1。同时地，控制电路部分31获 得了 X轴磁传感器的当前输出值XI ( X轴磁传感器的第一输出值XI )和Y 轴磁传感器的当前输出值Yl (Y轴磁传感器的第一输出值Yl)。然后，控 制电路部分31为每个加热线圈21-24依次:提供持续100ms的lOOmA电流。 从而将元件组Grl-Gr4加热到近似相同的温度。图12是示出其上形成有元件组Grl-Gr4的磁传感器表面上的等温线的 图，等温线由曲线Lhl-Lh4和Lol-Lo4表示。由相应曲线Lhl-Lh4表示的每 条等温线上的点处的温度Temp都近似相等。由相应曲线Lol-Lo4表示的每 条等温线上的点处的温度都彼此相等但是低于上述温度Temp。因此，由于 加热线圈21-24当其通电时主要加热相应的元件组Grl-Gr4 (直接设置于各 个加热线圈正上方)，但却不能对整个磁传感器IO(微芯片)实现均匀加热， 所以其上形成有元件组Grl-Gr4的层S3的上表面温度是不均的，并且层S3 整个上表面的这种不规则的温度要低于元件组Grl-Gr4的温度。在这种情形下，控制电路部分31首先获得由温度检测部分32输出的当 前检测温度作为温度T2s,而后根据温度纟佥测部分32输出的温度和GMR元 件18的温度之间的恒定关系来计算GMR元件18的第二温度T2，该关系表 达公式为T2=Tls+k (T2s-Tls) (k是通过实验预先设定的常数)。另夕卜，控 制电路部分31获得X轴磁传感器的当前输出值(X轴磁传感器的第二输出 值X2 )和Y轴磁传感器的当前输出值Y2( Y轴磁传感器的第二输出值Y2 )。而且，控制电路部分31计算梯度Mx和My (每单位温度改变引起的输 出变化量)作为补偿温度相关特性的基础数据，并且将梯度Mx和My写入 到上述第一存储器中(这项功能对应于温度相关特性写入装置的功能)，梯 度Mx和My由下列公式(1)和(2)确定。梯度Mx是X轴磁传感器的第 一与第二输出值X1与X2之间差值和第一与第二温度Tl与T2之间差值的 "比值"；而梯度My是Y轴磁传感器的第一与第二输出值Yl与Y2之间差 值和第一与第二温度T1与T2之间差值的"比值"。Mx= ( X2-X1 ) / ( T2-T1 ) …(l)My= (Y2-Y1 ) / (T2-T1 ) …(2)通过上述步骤，在将磁传感器安装到蜂窝电话中之前，完成补偿温度相 关特性的基础数据的采集。随后，磁传感器10保持原态，直到磁传感器IO 冷却到足够程度，于是制造过程进行到了下一步骤。图13是说明从加热线21圈21-24通电加热以获取上述补偿温度相关特性的基础数据结束后经过的时间和GMR元件11-18温度变化之间关系的曲线图。如果通过传统的加热/冷却装置使GMR元件11-18经受类似的温度改 变，则整个磁传感器10被加热/冷却，而这将需要更长的加热时间。而且， 终止加热之后，GMR元件11-18的温度下降速率较慢，因此GMR元件所需 冷却时间有时达几分钟至20分钟。相反，在本实施例中，因为主要加热元 件组Grl-Gr4 ( GMR元件11-18)，所以加热GMR元件11-18所需时间可以 缩短。而且，因为GMR元件11-18的温度在终止加热之后以增大了的速率 (更高速率)下降，所以所需的冷却在大约几秒钟完成，如图13所示。因 此，可以在很短时间内获得用于补偿温度相关特性的基础数据，并且在获得随后，在完成制造磁传感器IO所必需的步骤后，将磁传感器IO安装(容 纳)入配备有诸如扬声器43之类永磁体元件的蜂窝电话40的外壳41中， 并且用作地磁传感器。结果，来自永》兹体元件的具有恒定方向的漏磁场连续 施加给蜂窝电话40 (不考虑蜂窝电话40的方向如何)的磁传感器10，且因 此， >磁传感器10的输出由于该漏一磁场而产生一个偏移(偏离了无地磁情形 下的零点)。而且，由于X轴磁传感器和Y轴磁传感器都采用全桥电路，所 以任一磁传感器的输出还都包含这样一个偏移，即因构成磁传感器的磁阻元 件的电阻值偏差(尽管，这些值设计为彼此相同)而引起的偏移。此时，磁传感器10的X轴磁传感器的输出值相与构成X轴磁传感器的 GMR元件11-14的温度T成比例变化，如图10中单点划线所示。在这个实 施例中，图10中单点划直线的斜率(梯度)等于图10中实直线的斜率。同 样，磁传感器10的Y轴磁传感器的输出值与构成Y轴磁传感器的GMR元 件15-18的温度T而成比例变化，如图11中单点划线所示。同样在这个实 施例中，单点划线直线的斜率等于图11的实直线的斜率。当响应例如使用者对蜂窝电话40的操作部分45的操作而建立预定条件 (偏移获得条件)时，则蜂窝电话40的微型计算机47获取由漏磁场和GMR 元件11-18的电阻值偏差引致的磁传感器IO( X轴磁传感器，Y轴磁传感器) 的偏移数据(偏移值)。在一个更具体的例子中，微型计算机47在液晶显示 屏44显示一条消息，该消息提示使用者首先将蜂窝电话40前侧朝上放置到 桌面上(即，蜂窝电话40前侧呈现近似水平的姿态并使显示屏44垂直朝上)，而后按下操作部分45的偏移键直至该偏移键呈现为"ON"状态为止，所述
偏移键是一个特定键。
当使用者进行上述操作时，微型计算机47获得X轴磁传感器与Y轴磁 传感器的各自输出值作为X轴第一基准数据Sxl和Y轴第一基准数据Syl， 并且将这些数据存储/记忆到与微型计算机47相连的暂时存储器(例如 RAM)中。
然后，微型计算机47在显示屏44上显示一条消息，提示使用者将蜂窝 电话40上侧朝上在桌面上(即在水平平面中)转动180°并且再次按下偏移 键。当使用者进行这一操作时，微型计算机47获得X轴磁传感器与Y轴磁 传感器的各自输出值作为X轴第二基准数据Sx2和Y轴第二基准数据Sy2， 并且将这些数据存储/记忆到暂时存储器中。
另外，微型计算机47将X轴第一基准数据Sxl和X轴第二基准数据 Sx2的平均值存储/记忆到第二存储器，作为X轴偏移基准数据XO;将Y轴 第一基准数据Syl和Y轴第二基准数据Sy2的平均值存储/记忆到第二存储 器，作为Y轴偏移基准数据Y0;并且将温度检测部分32的当前检测温度 TOs存储/记忆到第二存储器，作为GMR元件温度TO。之所以将各个磁传感 器在将蜂窝电话40转动180°之前和之后的输出之间的平均值记录作为偏 移基准数据XO和YO,是为了获得去除地磁影响的偏移值。因为当获取检测 温度TO时磁传感器10温度均匀(室温)，所以检测温度T0s等于GMR元 件溫度T0。
之后，蜂窝电话40返回到正常工作模式进行使用，并且当必要时再通 过磁传感器10测量地,兹。此时，微型计算机47获得温度检测部分32的实 际检测温度TCs作为GMR元件温度TC，从而根据下面的公式(3)和(4) 分别估算X轴磁传感器的当前偏移Xoff和Y轴磁传感器的当前偏移Yoff。 因为当获取检测温度TCs时磁传感器10温度均匀(室温)，所以检测温度 TCs等于GMR元件温度TC。
Xoff=Mx ( TC-T0 ) +X0 …(3)
YoffNV[y . ( TC-T0 ) +Y0 ...(4)
然后，微型计算机47获得X轴磁传感器的当前输出值XC和Y轴磁传 感器的当前输出值YC,从而通过下列公式(5)和(6)分别计算X轴方向 上的磁场幅度Sx和Y轴方向上的磁场幅度Sy。在以前述方式进行的对磁传感器10的温度相关特性的补偿完成之后，磁传感器IO可用作地磁传感器。
Sx=XC-Xoff …(5) Sy=YC-Yoff …(6)
如上所述，根据第一实施例的磁传感器10,因为加热线圈21-24主要加 热直接形成在各个加热线圈21-24正上方的GMR元件11-18 (即，包括衬底 在内的磁传感器10的一部分加热达到的温度与加热达到同一温度的磁阻元 件11-18的温度相比较低)，所以与用加热装置加热整个石兹传感器10的情形 相比，可以在很短时间内获得用于补偿温度相关特性的基础数据。因此，在 获取用于补偿温度相关特性的基础数据的测量期间地磁非常不太可能改变； 因此可以精确获取这种数据。因此，磁传感器10的温度相关特性能够精确 补偿。而且，与^兹传感器10用加热装置加热之后再冷却》兹传感器的情形相 比，由于可以在很短时间内冷却磁传感器10,所以制造磁传感器IO所需的 时间就可以缩短，并因此降低制造成本。
通常，在使用诸如GMR元件这些磁阻元件的磁传感器中，当强外部磁 场作用在磁传感器上时，磁阻元件自由层的磁化方向可能就不会再回复到其 初始状态。所以，磁传感器优选地以这样一种方式进行配置，即，将初始化 线圈直接设置于磁阻元件正下方，并且当初始化线圈由于建立预定条件(例 如，对操作部分45的特定键的操作)而通电时，初始化线圈产生一个使自 由层^兹化方向回复到其初始状态的》兹场。
在这个实施例中，'在磁传感器中，上述初始化线圈可以独立于上述加热 线圈21-24而提供。例如，可以在形成加热线圈21-24的层(在本实施例中 指层S3)之外的层(在本实施例中指层S1或层S2)中形成初始化线圈。如 果初始化线圈和加热线圈这样彼此独立设置，则可以将各加热线圈设计成理 想的形状(适合于加热的形状)。例如，加热线圈可以采用回转加热器(turnover hearter)(发热元件)的形式，其一端设置在远离线圈中心的位置。而且，取 代这种加热线圈，还可以使用片状加热器(发热元件)。
另选地，加热线圈21-24如上所述还可以用作初始化线圈。在这个实施 例中，提供专用的初始化线圈是不必要的，因此降低了磁传感器10的制造 成本。而且，当加热线圈21-24通电一次时，则可以同时执行元件11-18的 加热和初始化来获取用于补偿温度特性的基础数据，因此简化了制造步骤并 且降低了制造成本。而且，如上所述，还可以将使用诸如GMR元件11-18的磁阻元件的磁
传感器还可用作地磁传感器，其通过对磁阻元件的输出值进行算术处理而计 算方向，所述磁阻元件的输出值随着外部磁场的幅度的改变而变化。在这个
实施例中，在发货(shipping)等阶段，必须执行测试来检查磁阻元件在外部磁 场中是否正确运行。
在这种测试中，必须将已知的外部磁场施加到石兹阻元件。为了施加这种 已知的外部磁场给磁阻元件，需要外部磁场生成设备。但是，这种设备非常 昂贵。所以，另一种选^奪是，可以这样配置it传感器，即，将测试线圈邻近 (例如，直接位于其正下面)磁阻元件设置，并且当通电时，测试线圈施加 用于测试的外部磁场给/磁阻元件。
在这种情况下，在,兹传感器10中，上述测试线圈可以独立于上述加热 线圈21-24提供。例如，可以在形成加热线圈21-24的层(在本实施例中指 层S3)之外的层中形成测试线圈(在本实施例中指层Sl或层S2)。如果测 试线圈和加热线圈这样彼此独立设置，则可以将各加热线圈设计成理想的形 状(适合于加热的形状)。例如，加热线圈可以采用回转加热器(发热元件) 的形式，其一端设置在远离线圈中心的位置。而且，取代加热线圈，还可以 使用片状加热器(发热元件)。
另选地，可以将加热线圈21-24安装于平面图中所看到的角运动90°的 位置处，从而加热线圈21-24还可以用作上述测试线圈。在这种情况下，专 用于测试的线圈变得不必要，因此降低了磁传感器IO的制造成本。
而且，在上述磁传感器10中，每个加热线圈21 (22-24)都包含平面图 中所看到的形成螺旋的第一线21-1和平面图中所看到的形成螺旋的第二线 21-2;元件组Grl-Gr4设置于如平面图中所看到的第一线的螺旋中心Pl和 第二线的螺旋中心P2之间；并且第一与第二线以这样一种方式相连接，即， 在第一线的与平面图中所看到的任意元件组交迭的部分和第二线的与平面 图中所看到的任意元件组交迭的部分中的电流在大致相同方向流动。
结果，可以将强磁场(例如，对于初始化足够强的磁场)施加给磁阻元 件11-18，同时，如平面图所示，也用作初始化线圈(或测试线圈)的加热 线圈21-24的区域最小化，因此可以减小磁传感器10的尺寸。
在第 一 实施例中，为了加热GMR元件，依次给每一个加热线圈21 -24 提供持续100ms的100mA电流；另选地，例如，也可以同时给所有加热线圈21-24提供400ms的25mA电流。在这种同时通电情形中，在加热线圈 21 -24之间可以达到与依次供电相比更好的温度平衡。 (第二实施例)
现在将参照附图14和15描述根据本发明第二实施例的磁传感器50,图 14显示了磁传感器50的平面示意图，而图15是沿着图14中1-1线剖切得 到的磁传感器50的局部剖视图。磁传感器50的配置与第一实施例中的磁传 感器IO相同，除了用于加热GMR元件11-18 (元件组Grl-Gr4)的加热线 圈70是独立于初始化线圈61-64安装的之外。因此，下文将集中对这一修 改之处进4于说明。
类似于相对应的加热线圈21-24，图14和15中的初始化线圈61-64都 嵌置在层S3中，直接分别位于元件组Grl-Gr4正下方(在负Z方向)。当在 预定条件(例如，在^f兹检测之前)下通电时，初始化线圈61-64,在每个设 置在各个加热线圈之上的磁阻元件的自由层中，产生具有预定方向(垂直于 相应的被钉扎层的被钉扎磁化方向的方向)的磁场(初始化磁场)。
加热线圈70采用例如铝的薄层的形式并且具有如平面图中所见的螺旋 形形状(未示出)。加热线圈70的形状近似为方形，该方形的边都和由桥接 布线部分19限定的方形的相应边平行，并且其形心也和由桥接布线部分19 限定的方形的形心对准。如平面图所示，加热线圈70形成在桥接布线部分 19的内侧。而且，由图15可知，在衬底50a上依次叠置的绝缘层INS1和 布线层Sl-S3中，加热线圈70嵌置并形成在层S3 (用作布线层的层Sl-S3 的最上一层)中，GMR元件11-18形成在层S3的上表面上。
而且，以这样一种方式配置加热线圈70,即，使得由加热线圈70传送 给多个GMR元件11-18中任意一个的热量约等于由加热线圈70传送给多个 GMR元件11-18中另一个的热量。
在此磁传感器50中，与磁传感器10—样，实现了对温度相关特性的补 偿。也就是说，在磁传感器尚未安装到蜂窝电话中的阶段，对加热线圈70 通电以获取上述作为补偿温度相关特性的基础数据的比值(梯度)Mx和My。 图16利用曲线Ljl和Lj2表示其上形成有元件组Grl-Gr4的表面上的等温线。 曲线Lj 1代表的等温线的温度高于曲线Lj2代表的等温线的温度。
也就是说，当通电时，加热线圈70主要是加热元件组Grl-Gr4。结果， 元件组Grl-Gr4温度变得近似相等。相比之下，当为了获取用于补偿温度相关特性的基础数据而将元件组Grl-Gr4加热到足够高温度时，整个磁传感器 50包含衬底50a在内未均匀加热，因此其表面上形成有元件组Grl-Gr4的层 S3的上表面将因加热线圏70发热而变得温度不均匀。
换言之，在磁传感器50中，当获取用于补偿温度相关特性的基础数据 时，GMR元件11-18未被加热到(不必被加热到)使整个磁传感器50包含 衬底50a在内达到均匀温度的这样一种温度。因此，与由加热装置加热整个 磁传感器50的情形相比，可以缩短加热/冷却GMR元件11-18所需的时间。
因此，根据磁传感器50,可以在很短时间内获得用于补偿温度相关特性 的基础数据，在很短时间内发生地磁改变的可能性很小，由此可以精确地获 得数据。结果，可以对磁传感器50的温度相关特性进行精确补偿。
而且，因为与使用加热装置加热之后对磁传感器50进行冷却相比，可 以在很短时间内冷却磁传感器50，所以可以缩短制造磁传感器50的时间周 期，并且可以降低制造成本。此外，因为加热线圈70嵌置在层S3中，层 S3是三个布线层Sl-S3中最上一层并且最靠近GMR元件11-18，所以可以 高效率地加热GMR元件11-18。
另选地，替代上述初始化线圏61-64，上述测试线圈可以设置于初始化 线圈原先占据的相同位置上。另一种选择是，可以独立于初始化线圈61-64 和加热线圈70之外而形成测试线圈，使得其直接设置在初始化线圈61-64 的正下面。再一种选择是，可以在较低层例如层Sl中形成初始化线圈，而 在较高层例如层S3中形成测试线圈。
如上所述，利用根据本发明的磁传感器以及用于对该磁传感器的温度相 关特性进行^卜偿的方法，可以精确地对磁传感器的温度相关特性进行补偿。 而且，考虑到如下事实，即包括X轴磁传感器与Y轴磁传感器的磁传感器 10、 50被配置成为全桥电路的形式，而且磁传感器的温度相关特性随磁阻元 件温度改变而成比例地进行变化，上述"比值"Mx、 My存储在磁传感器的 WORM存储器中。因此，在将磁传感器安装到电子设备中之后，电子设备 可以从存储器中读取该"比值，，，从而获得磁传感器的温度相关特性的数据， 并且可以利用所获得数据对磁传感器的温度相关特性进行补偿。
而且，因为通过只将上述"比值，，(梯度Mx、 My)存储到磁传感器10、 50的存储器中，就可以将各个磁传感器10、 50的温度相关特性数据保存在 磁传感器中，所以与将每个包含有元件温度和磁传感器输出值的多个数据集存储到存储器中的情形相比，可以最小化存储器中所要存储的数据量。此外，
因为上述"比值，，(梯度Mx和My)没有变化，所以存储器可以选用价格便 宜的WORM型存储器。结果，可以降低磁传感器的成本。
本发明并不局限于前述的实施例，并且可以在本发明发明范围内对这些 实施例进行各种修改。例如，对于磁传感器10或50的磁阻元件，可以利用 TMR元件替代GMR元件。而且，安装磁传感器10或50的电子设备并不仅 限于蜂窝电话。也就是说，可以将它们放置到另外的电子设备中，例如便携 式计算机、便携式导航系统、或PDA(称为"Personal Digital Assistant"即 个人数字助理的个人信息设备)。
而且，在每一个前述实施例中，GMR元件18的第一温度Tl、 X轴磁 传感器的第一输出值X1、和Y轴磁传感器的第一输出值Yl,都是在加热线 圈21-24或70通电之前获取的；而GMR元件18的第二温度T2、 X轴磁传 感器的第二输出值X2、和Y轴磁传感器的第二输出值Y2,都是在加热线圈 21-24或70通电之后获取的；基于这些数据计算出梯度Mx、 My。然而，该 实施例还能以这样一种方式修改，即GMR元件18的第一温度Tl、 X轴 磁传感器的第一输出值X1、和Y轴磁传感器的第一输出值Yl,都是在加热 线圈21-24或70通电之后获取的；而GMR元件18的第二温度T2、 X轴磁 传感器的第二输出值X2、和Y轴磁传感器的第二输出值Y2,都是在从加热 线圈21-24或70通电结束起经过一个预先设定的时间之后获取的；然后计 算出梯度Mx、 My。
此外，如图17所示，第二实施例的加热线圈70可以用加热线圈80 代，该加热线圈80具有这样的图案即该图案具有对应加热线圈70的中心部 分处的挖去(cutout)。 4艮据这个替代的加热线圈80,当加热线圈80通电时可 以将磁阻元件11-18加热到近似相同的温度；并且磁传感器50 (衬底50a ) 中心部分不会出现过热。因此，可以更高效地对GMR元件11-18进行加热。
再有，加热线圈、初始化线圈和测试线圈可以彼此相互独立地形成，使 得一个在另一个之上地叠置于每个GMR元件组的正下方位置处。在这种情 形下，如图18中更清楚地所示，层INS1和四个布线层S1-S4都一个在另一 个之上地顺次叠置在衬底上；并且加热线圈101、初始化线圈102和测试线 圈103可以分别形成在层S4、层S3、和层S1中。而且，桥接线可以贯穿多 个层延展。另外，本发明不仅可以用于具有X轴和Y轴^ 兹传感器的双轴方向^r测 型(double-axis-direction-detecting-type)磁传感器，而且也可以用于具有X、 Y 和Z轴磁传感器的三轴方向检测型磁传感器，或者单轴方向检测型^f兹传感 器。
权利要求
1.一种磁传感器，其包括单个衬底和多个元件组，每一个元件组都包括被钉扎层磁化方向相同的一对磁阻元件，所述两元件组的至少两组就所述被钉扎层的磁化方向而言彼此垂直，其中所述多个元件组的每组以这样一种方式设置于所述衬底上，即，使得每一元件组的所述被钉扎层的磁化方向基本上都平行于距所述衬底的形心的距离增大的方向，并且使得所述磁阻元件对彼此邻近设置。
2. —种磁传感器，其包括单个衬底和多个元件组，每个元件组包括被 钉扎层的磁化方向相同的 一对磁阻元件，当未施加外部磁场时所述两元件组 的至少两组就所述磁阻元件的自由层的磁化方向而言彼此垂直，其中所述多个元件组的每组都是以这样一种方式设置于所述衬底上，即，当 未施加所述外部磁场时，每个元件组的所述自由层的磁化方向基本垂直于离 开所述衬底的形心的距离沿其增大的方向，并且所述^f兹阻元件对彼此邻近设 置。
全文摘要
磁传感器(10)包括GMR元件(11-18)，以及用作发热元件的加热线圈(21-24)。元件(11-14)和(15-18)通过桥连接构成X轴传感器和Y轴传感器。加热线圈(21)设置于元件(11，12)附近，并且加热线圈(22)设置于元件(13，14)附近，并且加热线圈(23)设置于元件(15，16)附近，并且加热线圈(24)设置于元件(17，18)附近。加热线圈(21-24)通电时主要加热其邻近元件。因此，可以在地磁可确保不变的很短时间内对这些元件进行加热和冷却。基于在加热之前和之后的这些元件的温度以及各自磁传感器的输出，得到温度相关特性补偿数据(传感器输出值改变量对元件温度改变量的比值)并根据该数据对这些元件的温度特性进行补偿。
文档编号G01R33/09GK101308200SQ200810129029
公开日2008年11月19日 申请日期2002年11月29日 优先权日2002年11月29日
发明者佐藤秀树 申请人:雅马哈株式会社