磁传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁传感器及其制造方法，特别地，涉及具备磁阻元件的磁传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]一般的磁阻元件使用铁(Fe)-镍(Ni)合金的强磁性铁镍合金的薄膜，以提高灵敏度和除去同相噪声为目的，通过4个磁阻元件构成桥电路、所谓的威特斯通桥(Wheatstonebridge)电路。图7A是表示相关磁阻元件的图案的俯视图，图7B是该电路框图。针对桥电路，如图7A所示，规定Y轴向以及X轴向来进行说明。若增加Y轴向的磁场强度，则磁阻元件Rl以及R4的阻值变小，中点电压的差(V+与V-的电压差)变大。相反地，若增加X轴向的磁场强度，则磁阻元件R2以及R3的阻值变小，中点电压的差(V+与V-的电压差)的符号相反并变小。根据中点电压的差(V+与V-的电压差)，磁传感器能够检测磁场方向。
[0003]在专利文献I中，提出了一种如下的磁传感器:使异极对置来配置2个薄膜磁铁，将螺旋型的强磁性薄膜磁阻元件配置在2个薄膜磁铁所作的磁场的中心附近。并且，记载了使检测磁场方向相对于2个薄膜磁铁所产生的偏置磁场方向为直角方向，能够得到与外部磁场变化成正比的输出。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平成6-148301号公报
【发明内容】
[0007]-发明要解决的课题-
[0008]但是，上述的【背景技术】所述的相关磁传感器中存在以下问题。
[0009]图8A是表示相关磁传感器的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表，表不中点电压的差(V+与V-的电压差)与Y轴的磁场强度的一般特性。在磁场强度为OmT时，差电压也为OmY。但是，OmT附近的磁场强度与中点电压的差的线性相对变得不好。进一步地，由于磁阻元件的磁畴壁容易进行不连续的运动，因此如图SB所示，产生由磁场强度的UP和DOWN所导致的滞后现象。关于Y轴向，若将N — S方向的磁场强度从正值向上述OmT减少，则在磁场强度为OmT时，差电压为超过OmY的正值。相反地，关于Y轴向，若将S — N方向的磁场强度从正值向上述OmT减少，贝U在磁场强度为OmT时，差电压为比上述正值小的OmY。为了精密的角度检测，需要抑制滞后现象的产生。
[0010]进一步地，在相关磁传感器中，如图8A以及图8B所示，S — N方向与N—S方向的特性曲线相互对称。因此，存在不能判断磁场的方向从中点电压的差(V+与V-的电压差)起是向S — N方向还是向N — S方向的问题。即使使用专利文献I的磁传感器也不能解决该问题。
[0011]本发明的目的在于，提供一种解决上述问题、即解决在具备磁阻元件的磁传感器中，不能得到良好的灵敏度特性，不能判断磁场的施加方向的问题的磁传感器及其制造方法。
[0012]-解决课题的手段-
[0013]为了实现所述目的，本发明所涉及的磁传感器具有:一对永久磁铁，隔开间隔而被配置为异极彼此对置；和磁阻阵列，其被配置于上述一对永久磁铁之间，上述磁阻阵列的4个磁阻元件被配置为相邻的元件彼此的最大检测方向相互不同，并且上述4个磁阻元件被桥电路连接，上述一对永久磁铁与上述磁阻阵列被配置为与磁场检测方向实质上正交的方向和上述一对永久磁铁间的磁场方向既不平行也不垂直。
[0014]本发明所涉及的磁传感器的制造方法具备:将一对永久磁铁隔开间隔并配置为异极彼此对置的工序；和4个磁阻元件配置与为相邻的元件彼此的最大检测方向相互不同，并且将上述4个磁阻元件被桥电路连接而成的磁阻阵列配置在上述一对永久磁铁之间的工序，还包含将上述4个磁阻元件的阻值如下调整的工序:针对从第I方向到与上述第I方向相反方向的第2方向的磁场，上述桥电路的对置的连接点的差电压表现正值，针对从上述第2方向到上述第I方向的磁场，上述差电压表现负值。
[0015]-发明效果-
[0016]根据本发明的磁传感器，能够得到良好的灵敏度特性，能够判断磁场施加方向。
【附图说明】
[0017]图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的结构的示意图。
[0018]图2A是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的结构的示意图。
[0019]图2B是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的Y轴的磁场强度与V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0020]图3A是表示对桥电路配置了一对永久磁铁时的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0021]图3B是表示由一对永久磁铁引起的偏置磁场的方向的图。
[0022]图3C是表示对构成桥电路的磁阻元件的阻值进行了调整后的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0023]图4A是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的变形例的结构的示意图。
[0024]图4B是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的变形例的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0025]图5A是表不不同图案的桥电路的不意图。
[0026]图5B是表示图5A的桥电路的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0027]图6A是表示本发明的第2实施方式所涉及的磁传感器的结构的示意图。
[0028]图6B是表示本发明的第2实施方式所涉及的磁传感器的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0029]图7A是表不相关磁阻兀件的图案的俯视图。
[0030]图7B是图7A的电路框图。
[0031]图8A是表示相关磁传感器的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0032]图SB是用于对相关磁传感器的滞后现象进行说明的、表示Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
【具体实施方式】
[0033]参照附图，对本发明优选的实施方式进行详细说明。
[0034]〔第I实施方式〕
[0035]首先，对基于本发明的第I实施方式的磁传感器及其制造方法进行说明。图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的结构的示意图。图2A是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的结构的示意图。图2B是表示本发明的第I实施方式所涉及的磁传感器的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0036]图3A是表示对桥电路配置了一对永久磁铁时的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。图3B是表示由一对永久磁铁引起的偏置磁场的方向的图。图3C是表示对构成桥电路的磁阻元件的阻值进行了调整后的Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的变动量的关系的图表。
[0037]本发明所涉及的磁传感器具备:隔开间隔而被配置为异极彼此对置、即N极与S极对置的一对永久磁铁2a以及2b、和被配置于上述一对永久磁铁2a以及2b之间的磁阻阵列1磁阻阵列I的由磁性体薄膜形成并检测磁场的方向的4个磁阻元件Rl?R4被配置为其相邻的元件彼此的最大检测方向相互不同，并且上述4个磁阻元件Rl?R4被桥电路连接。
[0038]如图1所示，将磁阻阵列I配置为X轴向与磁阻元件Rl以及R4的图案较长的一方一致，Y轴向与磁阻元件R2以及R3的图案较长的一方一致。也就是说，磁阻元件Rl以及R4被以锯齿形状配置为与X轴向平行的方向为最大检测方向，磁阻元件R2以及R3被以锯齿形状配置为与Y轴向平行的方向为最大检测方向。
[0039]并且，将一对永久磁铁2a以及2b与磁阻阵列I配置为与磁场检测方向实质上正交的方向和一对永久磁铁2a以及2b间的磁场方向既不平行也不垂直。也就是说，如图2A所示，将一对永久磁铁2a以及2b与磁阻阵列I配置为从永久磁铁2a的N极向永久磁铁2b的S极的磁力线与X轴向成规定的角度Θ。该角度Θ被在5°至85°的范围内选择。
[0040]在角度Θ较小的情况下，图3C的中心点的C点向B点侧移动，N — S方向的磁场检测的范围变宽，而S — N方向的磁场检测变窄。因此，磁传感器只在N — S方向的检测的情况下有利。
[0041]在角度Θ较大的情况下，图3C的中心点的C点向A点侧移动，S — N方向的磁场检测的范围变宽，而N — S方向的磁场检测变窄。因此，磁传感器只在S — N方向的检测的情况下有利。
[0042]通过在磁阻元件的两端配置永久磁铁2a以及2b，从而在X轴向与Y轴向这两个方向上施加偏置磁场。X轴的偏置磁场强度是饱和磁场强度HS，在没有应检测的外部磁场时，磁阻元件的磁化方向也与X轴向一致，磁畴壁的不连续的运动减少，滞后现象也减少。优选地，Y轴向的偏置磁场强度设定为饱和磁场强度HS的一半。图3B表示此时的基于由一对永久磁铁2a以及2b引起的偏置磁场的矢量的X轴向以及Y轴向的部分量。Y轴向的磁场强度为X轴向的磁场强度的1/2的上述角度Θ大致为26.5°。饱和磁场强度HS能够根据磁阻元件的尺寸(长度、宽度、厚度)来决定。
[0043]在未施加外部磁场的状态下，磁阻元件的中心的磁场强度H由两个永久磁铁2a以及2b决定。若对桥电路配置一对永久磁铁2a以及2b，则通过一对永久磁铁2a以及2b的偏置磁场，磁畴变少，磁畴壁消失，构成桥电路的磁阻元件的磁状态稳定化。通过由一对永久磁铁2a以及2b引起的偏置磁场，Y轴的磁场强度和V+与V-的电压差的特性变成如图3A那样。由于X轴向的偏置磁场较强，因此C点的中点电压的差(V+与V-的电压差)为负值。在仅在Y轴向施加磁场的情况下，“0”mT的点为C点。由N — S方向的磁场导致的中点电压的差(V+与V-的电压差)的曲线为CA，由S —N方向的磁场导致的中点电压的差(V+与V-的电压差)的曲线为CB。在图3A中，针对N — S方向的磁场，从点C变化为点A。也就是说，桥电路的中点电压V+与V-的电压差从负值变化为正值。在图3A中，针对S —N方向的磁场，从点C变化为点B。也就是说，V+与V-的电压差从负值变化为更小的负值。
[0044]在本实施方式的磁传感器中，也可以将上述4个磁阻元件Rl?R4的阻值如下调整:针对从作为第I方向的一个例子的Y轴的正向到作为与第I方向相反方向的第2方向的一个例子的Y轴的负向的磁场，上述桥电路的中点电压的差(V+与V-的电压差)表现正值，针对从上述Y轴的负向到上述Y轴的正向的磁场，上述中点电压差表现负值。
[0045]也就是说，通过调整磁阻元件Rl?R4的阻值，使图3A中的“0”mT的点C点移动到D点，如图3C的特性所示，能够使偏移电压为零。
[0046]在Y轴上施加N — S方向的磁场的情况下，桥电路的中点电压的差(V+与V-的电压差)为正侧的C点与A点