(57)【要約】  入力時場を検出し、第１/第２応答曲線に従って入力磁場に依存する第１/第２抵抗値を持つ第１/第２磁気抵抗素子21-22を備える第１/第２分岐を有する磁気抵抗システム2を有する装置1は、適応された線形挙動を得るために、第１/第２分岐の第１/第２応答曲線を第１/第２方向にシフトするシフティング手段を備える。第１/第２分岐の第１/第２応答曲線が第１/第２方向にシフトされるように、シフティング手段は第１/第２分岐において第１/第２局所磁場をもたらす第１/第２分岐の第１/第２構造を有する。第１/第２分岐は、第１/第２磁気抵抗素子26a, 27aに結合される更なる第１/第２磁気抵抗素子26b, 26c, 27b, 27cを、これらの第１/第２磁気抵抗素子26a-26c, 27a-27c中を流れる第１/第２電流が第１/第２分岐において第１/第２局所磁場をもたらすように有する。第１/第２構造は、第１/第２蛇行構造36, 37を有し、第１/第２部分36a-36c, 37a-37cは、交互の第１/第２幅のような異なる第１寸法を有する。
2009501931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力磁場を検出する磁気抵抗システムを有する装置であって、前記磁気抵抗システムは第１分岐及び第２分岐を有し、第１分岐は第１応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第１抵抗値を持つ少なくとも１つの第１磁気抵抗素子を有し、第２分岐は第２応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第２抵抗値を持つ少なくとも１つの第２磁気抵抗素子を有し、前記装置が、第１分岐の第１応答曲線を第１方向にシフトして第２分岐の第２応答曲線を第２方向にシフトするシフティング手段をさらに有し、第１方向と第２方向とが互いに異なる装置。
【請求項２】
前記シフティング手段が第１分岐の第1構造及び第２分岐の第２構造を有し、第１構造が第１分岐における第１局所磁場をもたらし、第２構造が第２分岐における第２局所磁場をもたらす請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１分岐が前記第１磁気抵抗素子に結合される少なくとも１つの更なる第１磁気抵抗素子を、これらの第１磁気抵抗素子中を流れる第１電流が第１分岐における第１局所磁場をもたらすように有し、第２分岐が前記第２磁気抵抗素子に結合される少なくとも１つの更なる第２磁気抵抗素子を、これらの第２磁気抵抗素子中を流れる第２電流が第２分岐における第２局所磁場をもたらすように有する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第１磁気抵抗素子が第１磁気抵抗ストライプ及び第１絶縁層を介して当該第１磁気抵抗ストライプに結合された第１導電性層を有し、第１導電性層は結合された第１磁気抵抗素子間に第１電流を伝導し、並びに第２磁気抵抗素子が第２磁気抵抗ストライプ及び第２絶縁層を介して当該第２磁気抵抗ストライプに結合された第２導電性層を有し、第２導電性層は結合された第２磁気抵抗素子間に第２電流を伝導する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
第１構造が第１蛇行構造を有し、少なくとも２つの第１部分が異なる第１寸法を有し、及び第２構造が第２蛇行構造を有し、少なくとも２つの第２部分が異なる第２寸法を有する請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記第1部分が交互第１幅を有し、前記第２部分が交互第２幅を有する請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記シフティング手段が、第１電流をもたらす第１分岐における第１信号を発生させる第１発生器、及び第２電流をもたらす第２分岐における第２信号を発生させる第２発生器を有し、第１電流が第１分岐における第１局所磁場をもたらし、第２電流が第２分岐における第２局所磁場をもたらす請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記磁気抵抗システムが第３分岐及び第４分岐をさらに有し、第３分岐は第３応答曲線に従って入力磁場に依存する第３抵抗値を持つ少なくとも１つの第３磁気抵抗素子を有し、第４分岐は第４応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第４抵抗値を持つ少なくとも１つの第４磁気抵抗素子を有し、前記装置が、第３分岐の第３応答曲線を第２方向にシフトして第４分岐の第４応答曲線を第１方向にシフトする更なるシフティング手段をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記磁気抵抗素子が巨大磁気抵抗効果素子又はバーバーポールによる異方性磁気抵抗効果素子を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項において規定される磁気抵抗システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれか一項において規定されるシフティング手段。
【請求項１２】
磁気抵抗システムを介して入力磁場を検出する方法であって、前記磁気抵抗システムは第１分岐及び第２分岐を有し、第１分岐は第１応答曲線に従って入力磁場に依存する第１抵抗値を持つ少なくとも１つの第１磁気抵抗素子を有し、第２分岐は第２応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第２抵抗値を持つ少なくとも1つの第２磁気抵抗素子を有し、当該方法は、第１分岐の第１応答曲線を第１方向にシフトし、第２分岐の第２応答曲線を第２方向にシフトするステップを有し、第１方向と第２方向が互いに異なる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力磁場を検出するための磁気抵抗システムを有する装置に関し、磁気抵抗システム、シフティング手段、及び磁気抵抗システムを介して入力磁場を検出するための方法にも関する。
【０００２】
そのような装置の例は、車両、船舶、飛行機及び消費者製品である。そのような装置の更なる例は、自動車製品、回転速度センサ、角度センサ及びジョイスティックである。そのような磁気抵抗システムの例は、磁気抵抗素子（例えば巨大磁気抵抗効果素子及び異方性磁気抵抗効果素子）を有するシステムである。
【背景技術】
【０００３】
従来技術の装置は、巨大磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗システムを開示する特許文献１から知られる。特許文献１の第7カラム、48-66行目に開示されるように、4つの巨大磁気抵抗効果素子を有するブリッジをセンサとして使用するには、第１素子及び第４素子の抵抗値の変化量は、第２素子及び第３素子の抵抗値の変化量と異ならなければならない。これは、素子の組のうちの１つを遮蔽することにより、又は素子の１つの組をバイアスして素子のこの組の伝達曲線を変化させることにより、又は素子の組のうちの１つを素子の他の組と異なるようにパターニングすることにより達成される。
【特許文献１】米国特許第6,580,587号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
とりわけ、既知の装置は、その磁気抵抗システムが変えることができない一定の線形性を持っているために不利である。特許文献１の図4A及び4Bがこれを示す。
【０００５】
とりわけ、調整可能な線形性を有する磁気抵抗システムを有する装置を提供することが本発明の目的である。
【０００６】
とりわけ、本発明の更なる目的は、調整可能な線形性を有する磁気抵抗システムを提供すること、調整可能な線形性を有する磁気抵抗システムに用いられるシフティング手段を提供すること、及び調整可能な線形性を有する磁気抵抗システムを介して入力磁場を検出する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の装置は、入力磁場を検出するための磁気抵抗システムを有し、当該磁気抵抗システムは第１分岐及び第２分岐を有し、第１分岐は第１応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第１抵抗値を持つ少なくとも１つの第１磁気抵抗素子を有し、第２分岐は第２応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第２抵抗値を持つ少なくとも１つの第２磁気抵抗素子を有し、前記装置は、第１方向に第１分岐の第１応答曲線をシフトし、及び第２方向に第２分岐の第２応答曲線をシフトするためのシフティング手段を更に有し、第１方向及び第２方向は互いに異なる。
【０００８】
第１方向に第１分岐の第１応答曲線をシフトし、及び異なる第２方向に第２分岐の第２応答曲線をシフトするためのシフティング手段を導入することにより、磁気抵抗システムは、応答曲線のシフトに依存する線形性又は非線形性を示す。これは大きな利点であって、磁気抵抗システムの線形性が（例えば測定目的で）増加されること、又は（例えば音を発生させる目的のために）低下させられることを可能にする。
【０００９】
とりわけ、この原理に基づくセンサが調整可能な挙動を示すという点で本発明はさらに有利である。
【００１０】
そのようなシフティング手段は分岐ごとに磁石を例えば有する。磁石は無制限に小さくすることはできず、磁石の磁場は意図された分岐に達するだけでなく意図しない分岐にも達するために、磁石の形のシフティング手段は、比較的大きいことが必要な磁気抵抗システムをもたらす。しかし、以下の実施の形態は比較的小さな磁気抵抗システムを可能にする。
【００１１】
本発明の装置の実施の形態は、第１分岐の第１構造及び第２分岐の第２構造を有するシフティング手段によって規定され、第１構造は第１分岐における第１局所磁場をもたらし、第２構造は第２分岐における第２局所磁場をもたらす。言い換えると、この実施の形態によれば、シフティング手段は分岐に特定の構造を与えることによって実現され、それによって、その構造を介して流れるバイアス電流が局所磁場を導入する。さらに言い換えれば、これらの構造を介して流れるバイアス電流と共に分岐の構造がシフティング手段を規定する。第１構造は、第１分岐の第１応答曲線が第１方向にシフトされるように第１分岐において（例えば第１磁気抵抗素子において）第１局所磁場をもたらし、第２構造は、第２分岐の第２応答曲線が第２方向にシフトされるように第２分岐において（例えば第２磁気抵抗素子において）第２局所磁場をもたらす。
【００１２】
本発明の装置の実施の形態は、前記第１磁気抵抗素子に結合する少なくとも１つの更なる第１磁気抵抗素子を、これらの第１磁気抵抗素子の中を流れる第１電流が第１分岐における第１局所磁場をもたらすように有する第１分岐、及び前記第２磁気抵抗素子に結合する少なくとも１つの更なる第２磁気抵抗素子を、これらの第２磁気抵抗素子の中を流れる第２電流が第２分岐における第２局所磁場をもたらすように有する第２分岐によって規定される。各々の分岐にその独自の構造を与えるための１つの方法は、分岐ごとに互いに結合する２つ以上の磁気抵抗素子を用いることである。
【００１３】
本発明の装置の実施の形態は、第１磁気抵抗ストライプ及び第１絶縁層を介して第１磁気抵抗ストライプに結合される第１導電性層を有する第１磁気抵抗素子、並びに第２磁気抵抗ストライプ及び第２絶縁層を介して第２磁気抵抗ストライプに結合される第２導電性層を有する第２磁気抵抗素子によって規定され、第１導電性層は結合された第１磁気抵抗素子間（第１電流リターンパス）に第１電流を伝導し、第２導電性層は結合された第２磁気抵抗素子間（第２電流リターンパス）に第２電流を伝導する。このようにして、互いに結合される２つ以上の磁気抵抗素子を有する分岐ごとに、これらの２つ以上の磁気抵抗素子を介して交換される電流は局所磁場を高める。
【００１４】
本発明の装置の実施の形態は、少なくとも２つの第１部分が異なる第１寸法をもつ第１蛇行構造を有する第１構造、及び、少なくとも２つの第２部分が異なる第２寸法をもつ第２蛇行構造を有する第２構造によって規定される。各々の分岐にその独自の構造を与える他の方法は、異なる分岐に対して異なる蛇行構造を使用することである。実施例に対する部分は磁気抵抗ストライプに一致する。
【００１５】
本発明の装置の実施の形態は、交互第１幅を有する前記第１部分及び交互第２幅を有する前記第２部分によって規定される。このように、分岐ごとに２つ以上の磁気抵抗素子を結合させるために領域が失われることはなく、追加的なリソグラフィ手順は必要とされない。実施例に対する部分は磁気抵抗ストライプに一致する。
【００１６】
本発明の装置の実施の形態は、第１電流をもたらす第１分岐における第１信号を発生させるための第１発生器、及び第２電流をもたらす第２分岐における第２信号を発生させるための第２発生器を有するシフティング手段によって規定され、第１電流は第１分岐における第１局所磁場をもたらし、第２電流は第２分岐における第２局所磁場をもたらす。言い換えると、この実施の形態によれば、シフティング手段は第１及び第２発生器を導入することによって実現され、第１及び第２信号は磁気抵抗素子バイアス信号とは異なる。さらに言い換えると、第１及び第２発生器は、磁気抵抗素子をバイアスすることとは別にシフティング手段を規定する。第１及び第２発生器は、各々又は共に、電流を発生させるための１つ以上の電流源又は電圧を発生させるための１つ以上の電圧源を有することができ、電圧は電流に変換される。電流は分岐の近くに配置される素子又は導体を介して流れることができる。
【００１７】
本発明の装置の実施の形態は、第３分岐及び第４分岐をさらに有する磁気抵抗システムによって規定され、第３分岐は第３応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第３抵抗値を持つ少なくとも１つの第３磁気抵抗素子を有し、第４分岐は第４応答曲線に従って前記入力磁場に依存する第４抵抗値を持つ少なくとも１つの第４磁気抵抗素子を有し、装置は、第２方向に第３分岐の第３応答曲線をシフトするため、及び第１方向に第４分岐の第４応答曲線をシフトするための更なるシフティング手段をさらに有する。４つの分岐を有するそのような磁気抵抗システムはホィートストンブリッジを形成する。第３及び第４分岐のそれぞれは、第２及び第１分岐それぞれと対応していることができる。
【００１８】
本発明の装置の実施の形態は、巨大磁気抵抗効果素子、又はバーバーポールによる異方性磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗素子によって規定される。更なる種類の素子は除外されてはならない。
【００１９】
本発明による磁気抵抗システムの実施の形態、本発明によるシフティング手段の実施の形態及び本発明による方法の実施の形態は、本発明による装置の実施の形態に対応する。
【００２０】
とりわけ、本発明は、磁気抵抗システムの線形性又は非線形性は磁気抵抗素子の応答曲線によって規定されるという洞察に基づいており、さらにとりわけ、磁気抵抗システムの線形性を適応させるためには、第１分岐の第１応答曲線は第１方向にシフトされ、第２分岐の第２応答曲線は異なる第２方向にシフトされるという基本的なアイデアに基づいている。
【００２１】
本発明は、とりわけ、調整可能な線形性を有する又は調整可能な非線形性を有する磁気抵抗システムを有している装置を提供するという課題を解決し、とりわけ、この原理に基づくセンサが調整可能な挙動を示すという点で有利である。
【００２２】
これらの及び他の本発明の態様は、以下に記載する実施の形態から明らかであり、以下に記載する実施の形態を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図1に示される本発明による装置1は本発明の磁気抵抗システム2を有する。本発明の磁気抵抗システム2は、例えばホィートストンブリッジの形の４つの分岐を例えば有する。各々の分岐は、磁気抵抗素子21-24を有する。ホィートストンブリッジの出力はコンバータ3を介してプロセッサ4に結合される。第１及び第４磁気抵抗素子21及び24の応答曲線は、第２及び第３磁気抵抗素子22及び23の応答曲線のほぼ逆（ゼロ入力磁場における垂直線による鏡映）である。
【００２４】
図2において、従来技術の磁気抵抗素子の従来技術の応答曲線が、有限の入力磁場に対して示される（% v.s. kA/m）。負の入力磁場に対して、従来技術の磁気抵抗素子の抵抗値は変化しない（水平線11）。入力磁場が値ゼロに達する直前に、及び入力磁場がゼロ（垂直線13）において、従来技術の磁気抵抗素子の抵抗値は少し（0〜+0.5%）変化し始める。正の入力磁場に対して、従来技術の磁気抵抗素子の抵抗値は、最大に達するまで（水平線12）、増加する（+0.5%〜+0.6%）。
【００２５】
図3において、従来技術の磁気抵抗システムの従来技術の蛇行構造を有している従来技術の分岐25が示される。一連のストライプを有しているこの従来技術の蛇行構造に対して、分岐の応答曲線は実質的にストライプの応答曲線と同一である。
【００２６】
図4において、本発明の磁気抵抗システムが、それぞれ３つの直列磁気抵抗素子26a-26c,27a-27c,28a-28c,29a-29cを有する４つの分岐26-29を有するホィートストンブリッジの形で示される。ここで、分岐ごとに、電流は各々の磁気抵抗素子の中を同じ方向に（第１及び第４分岐26及び29で左から右に、そして第２及び第３分岐27及び28で右から左に）流れる。これは、素子（ストライプ）間に電流リターンパスを配置することによって実現される。図3において、分岐の応答曲線のシフトは、前後に流れる電流があるために実質的に平均化される。図4において、分岐ごとに電流は各々の磁気抵抗素子の中を同じ方向に流れるので、この平均化効果は排除される。その結果、第１分岐26の第１応答曲線は第１方向にシフトされ、第２分岐27の第２応答曲線は第２方向にシフトされ、第３分岐28の第３応答曲線は第２方向にシフトされ、第４分岐29の第４応答曲線は第１方向にシフトされる。第１分岐26の第１構造は、第１方向に第１分岐26の第１応答曲線をシフトするために第１分岐26に存在する第１局所磁場をもたらす。第２分岐27の第２構造は、第２方向に第２分岐27の第２応答曲線をシフトするために第２分岐27に存在する第２局所磁場をもたらす。第３分岐28の第３構造は、第２方向に第３分岐28の第３応答曲線をシフトするために第３分岐28に存在する第３局所磁場をもたらす。第４分岐29の第４構造は、第１方向に第４分岐29の第４応答曲線をシフトするために第４分岐29に存在する第４局所磁場をもたらす。より正確に言うと、この場合、第１（第２、第３、第４）局所磁場は、３つの局所副磁場（各々の素子に１つの副磁場）を有する。
【００２７】
本発明は、とりわけ、例えば測定目的ためにより線形の磁気抵抗システムを得るため、ゼロ入力磁場での磁気抵抗素子の応答曲線の傾斜は、最大傾斜の約半分（25%から75%、好ましくは40%から60%、より好ましくは50%）でなければならないという洞察に基づいている。これは、第１及び第２方向それぞれにそれぞれの応答曲線をシフトすることによって達成され、これらの方向の一方は例えば左方向であり、他方は右方向である。もちろんどこかに最適条件があり、この最適条件を越えて応答曲線をシフトする場合、線形性は低下する。反対の方向に応答曲線をシフトすることによって、例えば音響発生目的のために、線形性がより低い、即ちより非線形の磁気抵抗システムが実現される。したがって、一般に、異なる方向へ応答曲線をシフトすることによって、磁気抵抗システムは適応された線形性を得る。
【００２８】
図5において、２つの分岐26及び27が示され、各々が、磁気抵抗ストライプ32及び35、並びに絶縁層31及び34を介して磁気抵抗ストライプ32及び35に結合される導電性層30及び33を有する。したがって、この実施の形態において、電流リターンパスは導電性層30及び33によって磁気抵抗ストライプ32及び35の上に配置され、その結果、第１及び第２分岐26及び27における局所磁場は増強される。
【００２９】
図6において、各々が本発明による蛇行構造を有する２つの分岐が示される。第１構造は第１蛇行構造36を有し、３つの第１部分36a, 36b, 36cは異なる第１寸法を有する。第２構造は第２蛇行構造37を有し、３つの第２部分37a, 37b, 37cは異なる第２寸法を有する。各々の第１部分36a, 36b, 36cは、例えば交互第１幅を有する２つの直列ストライプを有し、各々の第２部分37a, 37b, 37cは、例えば交互第２幅を有する２つの直列ストライプを有する。これは、交互電流密度及び交互局所磁場をもたらす。
【００３０】
したがって、本発明により、第１方向に第１分岐の第１応答曲線をシフトするため及び第２方向に第２分岐の第２応答曲線をシフトするためのシフティング手段が導入された。図において、これらのシフティング手段は、異なる構造を選択することによって実現され、その構造を通して、磁気抵抗システムのバイアス電流は流れる。あるいは、シフティング手段は、第１電流をもたらす第１分岐における第１信号を発生させるための第１発生器、及び第２電流をもたらす第２分岐における第２信号を発生させるための第２発生器によって実現されることができ、第１電流は第１分岐における第１局所磁場をもたらし、第２電流は第２分岐における第２局所磁場をもたらす。第１及び第２発生器の両方は、全く同一の発生器の一部であることができ、又は異なる発生器であることができる。シフティング手段は、第３電流をもたらす第３分岐における第３信号を発生させるための第３発生器、及び第４電流をもたらす第４分岐における第４信号を発生させるための第４発生器をさらに有することができ、第３電流は第３分岐における第３局所磁場をもたらし、第４電流は第４分岐における第４局所磁場をもたらす。第３及び第４発生器の両方は、全く同一の発生器の一部であることができ、又は異なる発生器であることができる。これらの第１及び第２（並びに第３及び第４）信号は、磁気抵抗素子のバイアス電流と異なり、別の導体/素子を必要とする。
【００３１】
図7、8及び9に、磁気抵抗素子及びホィートストンブリッジの形の本発明による磁気抵抗システムの応答曲線が有限の入力磁場に対して示される（上のグラフは% v.s. kA/m、下のグラフはmV v.s. kA/m）。明らかに、線形の挙動が図8において達成された。
【００３２】
最小限の状況において、本発明による磁気抵抗システム2は２つの分岐を有する。好ましくは、拡張された状況において、それは４つの分岐を有する。更なる種類の磁気抵抗素子を除外することなく、磁気抵抗素子21-24は、巨大磁気抵抗効果素子又はバーバーポールによる異方性磁気抵抗効果素子を有することができる。
【００３３】
上述した実施の形態は本発明を限定ではなく説明し、当業者は添付の請求の範囲から逸脱することなく多くの代わりの実施例を設計することができることに留意すべきである。請求項において括弧間に配置されるいかなる引用符号も請求項を制限するように解釈されてはならない。「有する」との動詞及びその活用形の使用は、請求項中に述べられたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。単数形の語はそのような要素が複数存在することを除外しない。本発明は、異なったいくつかの要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施されることができる。いくつかの手段を列挙している装置請求項において、いくつかのこれらの手段はハードウェアの全く同一のアイテムによって実施されることができる。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項中に列挙されているからといって、これらの手段の組み合わせが効果的に用いられることができないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の磁気抵抗システムを有する本発明の装置を概略的に示す図。
【図２】従来技術の磁気抵抗素子の従来技術の応答曲線を示す図。
【図３】従来技術の磁気抵抗システムの従来技術の蛇行構造を持つ従来技術の分岐を示す図。
【図４】各々が３つの直列磁気抵抗素子を有する4つの分岐からなるホィートストンブリッジの形の本発明による磁気抵抗システムを示す図。
【図５】磁気抵抗ストライプ及び絶縁層を介して当該磁気抵抗ストライプに結合された導電性層それぞれ有する２つの分岐を示す図。
【図６】本発明による蛇行構造をそれぞれ有する２つの分岐を示す図。
【図７】磁気抵抗素子及びホィートストンブリッジの形の本発明による磁気抵抗システムの応答曲線を示す図。
【図８】磁気抵抗素子及びホィートストンブリッジの形の本発明による磁気抵抗システムの応答曲線を示す図。
【図９】磁気抵抗素子及びホィートストンブリッジの形の本発明による磁気抵抗システムの応答曲線を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2009501931.tif 000012
2009501931.tif 000013