(57)【要約】殊に８個のＧＭＲ抵抗エレメントが回転対称に配置されたＧＭＲセンサエレメントが提案され、ここで前記ＧＭＲ抵抗エレメントは相互接続されて２つのホイートストンフルブリッジを構成している。このようなＧＭＲセンサエレメントは、殊に電気的または電気液圧式弁制御を伴うカムシャフトのないエンジンで自動車内のカムシャフトまたはクランクシャフトの絶対位置を検出する、または電気整流式エンジンのエンジン状況を検出する、またはフロントワイパーの位置を検出する角度センサまたは、自動車内の操舵角センサでの使用に適している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
殊に８個のＧＭＲ抵抗エレメントの回転対称配置を有するＧＭＲセンサエレメントであって、
前記ＧＭＲ抵抗エレメントは相互接続されて２つのホイートストンフルブリッジを構成している、
ことを特徴とするＧＭＲセンサエレメント。
【請求項２】
前記ＧＭＲ抵抗エレメントは相互に入り組んでいる、請求項１記載のＧＭＲセンサエレメント。
【請求項３】
前記ＧＭＲ抵抗エレメントはストリップ状に構造されている、請求項１または２記載のＧＭＲセンサエレメント。
【請求項４】
前記ホイートストンフルブリッジの各ＧＭＲ抵抗エレメントは、ストリップ状に構造されたＧＭＲ抵抗エレメントの相互に直交に配向された方向を有する、等しく構成された２つの半部に分けられる、請求項１から３までのいずれか１項記載のＧＭＲセンサエレメント。
【請求項５】
基準層（ＲＬ）の磁化方向に対する外部磁界（Ｂ）の角度（α）を３６０°にわたって明確に測定する、請求項１から４までのいずれか１項記載のＧＭＲセンサエレメント。
【請求項６】
前記ＧＭＲ抵抗エレメントは少なくとも近似的に円形または八角形に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のＧＭＲセンサエレメント。
【請求項７】
殊に電気的または電気液圧式弁制御を伴うカムシャフトのないエンジンで自動車内のカムシャフトまたはクランクシャフトの絶対位置を検出する、または電気整流式エンジンのエンジン状況またはフロントワイパーの位置を検出する角度センサまたは、自動車内の操舵角センサにおける、請求項１から６までのいずれか１項に記載されたＧＭＲセンサエレメントの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殊に８個のＧＭＲ抵抗エレメントの回転対称配置を有するＧＭＲセンサエレメントであって、前記ＧＭＲ抵抗エレメントは相互に接続されて２つのホイートストンフルブリッジを構成している、ことを特徴とするＧＭＲセンサエレメントに関する。さらに本発明は、殊に電気的または電気液圧式弁制御を伴うカムシャフトのないエンジンで自動車内のカムシャフトまたはクランクシャフトの絶対位置を検出する、または電気整流式エンジンのエンジン状況またはフロントワイパーの位置を検出する角度センサまたは、自動車内の操舵角センサにおける、請求項１から６までのいずれか１項に記載されたＧＭＲセンサエレメントの使用に関する。
【０００２】
従来技術
巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive Effekt＝ＧＭＲ効果）は、いわゆるスピンバルブ構造（Spin-Valves）の形式で、角度センシングに使用される。これは例えばＷＯ００／７９２９８号またはＥＰ０９０５５２３Ａ２号に記載されている。
【０００３】
ＧＭＲスピンバルブは、中心部分において２つの強磁性薄膜から成る。これらの強磁性薄膜は結果的に生じる磁化ｍ１ないしｍ２を備えている。これらの強磁性薄膜は、その間に位置する非磁性薄膜によって相互に分けられている。この場合に、このような層システムの電気抵抗Ｒ（α）は、磁化ｍ１の方向と磁化ｍ２の方向の間の角度αに以下の式のようにコサイン状に依存する。
【０００４】
【数１】
2005534199.tif 000003
【０００５】
関連する最大抵抗変化
【０００６】
【数２】
2005534199.tif 000004
をここではＧＭＲ効果と称し、これは典型的には５％〜１５％になる。
【０００７】
ＧＭＲスピンバルブ層システムは通常、主に各材料の陰極スパッタリングによって積層され、その後、通常のホトリソグラフィ方法およびエッチング技術を用いて構造化される。
【０００８】
積層されたスピンバルブ機能部にとって重要なのは、外部から層システムに作用する磁界によって少なくとも近似的に変更されない、第１の強磁性層（基準レーヤー（ＲＬ）または基準層）の磁化ｍ１の固定された方向である。ここで外部磁界は殊にその方向および／または強度は検出されるべきである。さらに、この外部磁界に対して少なくとも近似的に平行に配向された、第２の強磁性層（いわゆるフリー層（ＦＬ）または検出層）の磁化ｍ２の方向が重要である。これら２つの磁化方向を得るために、一方では２つの強磁性層が、典型的には数ナノメートルの充分な厚さを有する非磁性中間層（いわゆる非磁性レーヤー（ＮＭＬ））によって磁気的に分離され、基準層（ＲＬ）の磁化が例えば付加的な、直に隣接している反強磁性層（いわゆる元来の反強磁性体（ＡＦ）およびその相互磁気結合によって交換相互作用（Austauschwechselwirkung）によって固定される（ピンされる）。
【０００９】
これは図１ａに概略的に示されている。図１ではＧＭＲ層システムまたはＧＭＲセンサエレメントは、センス磁石の磁界の影響を受ける。
【００１０】
付加的にいわゆる合成の反強磁性体または「人工的な」反強磁性体（ＳＡＦ）を加えることで基準磁化をさらに安定させることができる。このようなＳＡＦは図１ｂに相応して、非磁性中間層を介して強く反強磁性結合された２つの強磁性層から成る。これら２つの強磁性層のうち、元来の反強磁性体ＡＦ直に隣接している、または元来の反強磁性体ＡＦの上に配置された、１つの強磁性層はピン層（ＰＬ）と称される。なぜならこのピン層の磁化Ｍｐは、元来の反強磁性体（ＡＦ）での結合の結果、固定される（ピンされる）からである。ＳＡＦの第２の強磁性層は、上述したＧＭＲスピンバルブ層システムに対する基準層（ＲＬ）として用いられる。反強磁性結合によってこの第２の強磁性層の磁化ＭＲは、ピン層（ＰＬ）の磁化に反対に配向される。
【００１１】
角度に依存した有効信号を抽出するために、従来技術のＧＭＲセンサエレメントでは、例えばアルミニウム薄膜導体路によって、４つのスピンバルブ抵抗エレメントが接続されて、ホイートストンブリッジ回路（ホイートストンフルブリッジ）が構成される。図２に相応して最大の信号振幅が得られる。ここではハーフブリッジ内でブリッジ抵抗の基準磁化ＭＲが反対に配向され、フルブリッジ内に対角に配置された抵抗の基準磁化ＭＲは同じ方向に配向されている。
【００１２】
ＧＭＲ角度センサは通常はさらに、複数のＧＭＲ抵抗から成る第２のフルブリッジを有している。この第２のフルブリッジの基準方向は図２に示されているように、第１のフルブリッジの基準方向に相対して９０°回転されている。従って、第２のフルブリッジによって供給される信号Ｕｓｉｎは、第１のフルブリッジの信号Ｕｃｏｓに対して、位相が９０°シフトしている。
【００１３】
アークタンジェント構成ないしは相応のアルゴリズム（例えばＣＯＲＤＩＣアルゴリズム）によって、コサイン状ブリッジ信号Ｕｃｏｓないしはサイン状ブリッジ信号Ｕｓｉｎの両者から、外部磁界Ｂの方向に対する完全な３６０°の回転にわたった明確な角度αが求められる。
【００１４】
図２に記載された種々異なる基準磁化方向は、例えば次のことによって実現される。すなわち個々のＧＭＲブリッジ抵抗が局部的に、図１ａないし図１ｂに記載された反強磁性層（ＡＦ）のブロッキング温度（ネール温度）の上方であるが、強磁性層（ＰＬ, ＲＬ）のキュリー温度の下方である温度Ｔまで加熱され、これによって反強磁性スピン配列が反強磁性層において高められ、その後、適切な磁界方向の外部磁界において冷却されることによって実現される。ここで反強磁性配列が新たに構成される場合、反強磁性層（ＡＦ）と隣りの強磁性層（ＰＬ）との境界面での交換相互作用から結果的に生じるスピン構造が固定される。結果的に隣接する強磁性層（ピン層ＰＬ）の磁化方向が固定される。ＧＭＲブリッジ抵抗の局部的な加熱は、例えば短いレーザパルスまたは電流パルスによって行われる。この場合に電流パルスは直接的にＧＭＲ導体構造または／および付加的な加熱導体によって駆動される。
【００１５】
既知のＧＭＲ角度センサでは、個々のブリッジ抵抗の基準磁化ＭＲは、ストリップ状に構造されたＧＭＲ抵抗エレメントの方向に対して平行または垂直になるように選択されている。これによって形状の方向依存性（Formanisotropie）の影響が僅かになる。さらに図２に示されたハーフブリッジ内のストリップ状に構造化されたＧＭＲ抵抗エレメントは、有利には平行に配向されている。これによって、重ねられた異方性磁気抵抗効果（Anisotrop-Magnetoresistiven Effekts＝ＡＭＲ効果）に基づく信号の影響が抑圧される。ＡＭＲ信号影響はここで、以下の式のように電気抵抗が、電流方向と磁化方向の間の角度αに依存することに基づく。
【００１６】
【数３】
2005534199.tif 000005
【００１７】
これに対して、ＷＯ００／７９２９８の図１０に示されているように、ＧＭＲストリップが直交して配置されているハーフブリッジ内でＧＭＲ抵抗が実現されるのは、ＡＭＲ信号影響がむしろ最大に優遇される場合である。これはＧＭＲ角度センサの角精度に悪影響を与える。
【００１８】
発明の利点
従って上述の理由から、既知のＧＭＲ角度センサは、ブリッジ抵抗の回転対称配置を有していない。２つのフルブリッジはむしろ通常、横方向に隣り合って配置されている。従って、回転対称がない結果として、センス磁界（すなわち外部から作用する磁界）の方向不均一性に関して、並びに温度勾配に関して、既知のセンサは敏感に反応してしまう。
【００１９】
既知のＧＭＲ角度センサではブリッジ抵抗内のピン方向ないし基準方向は、ストリップ方向に対して常に固定された角度を有しているので、このようなセンサでは、形状の方向依存性によって生じるピン特性への影響およびこれに関連する、角度センシング精度への悪影響は補償されない。
【００２０】
これに対して、３６０°を検出する角度センサの場合には、既に存在する個々のＧＭＲ抵抗エレメントの配置不対称性によって、付加的な方向依存性の角度誤りを得ないようにするためには、センサ設計における回転対称性は非常に有利である。
【００２１】
従って２つのホイートストンブリッジ内でＧＭＲ抵抗エレメントを本発明と相応に回転対称に配置することによって、磁界方向不均一性および温度不均一性に対する感度を低減させることも、不所望のＡＭＲ信号影響を抑圧することもできる。さらにＧＭＲセンサエレメントのピン特性および角度センシング精度への形状依存性影響が低減される。
【００２２】
さらに殊に有利には、２つのホイートストンブリッジにおけるＧＭＲ抵抗エレメントの回転対称配置の他に、これらの抵抗の相互に入り組んだ配置が選択される。これによって、さらなる、磁界方向不均一性および温度不均一性に対する反応性が低減される。
【００２３】
個々のＧＭＲブリッジ抵抗エレメントを、直交して相互に配向されたＧＭＲストリップ方向を伴う２つの同じ半部または部分ブリッジ抵抗に付加的に分割することによって、障害を与えるＡＭＲ信号影響が抑圧される。これによって、角度測定精度も上昇される。さらに有利にはこれに関して、ストリップ状に構造化されたＧＭＲ抵抗エレメントの方向（ＧＭＲストリップ方向）が２つの部分ブリッジ抵抗の一方においてピン方向ないしは基準方向に対して平行に選択され、部分ブリッジ抵抗の他方においてピン方向ないしは基準方向に対して垂直に選択されることによって、各ＧＭＲブリッジ抵抗エレメント内でストリップ方向に対して平行かつ垂直なピン方向の影響の平均化が調整される。ピン特性は、ここで同じように２つの部分から成る全てのＧＭＲブリッジ抵抗エレメントに対して同じである（各両方の部分にわたる平均化）。この場合には、２つのブリッジ出力信号Ｕ１, Ｕ２は、これに加えて有利には相互に４５°の位相ずれを有する。
【００２４】
ストリップ状に構造されたＧＭＲ抵抗エレメントの方向に対して少なくとも近似的に４５°で選択されたピン方向ないしは基準方向をＧＭＲ抵抗エレメントが有する場合、これは有利には個々のＧＭＲ抵抗エレメントの同一のピン特性、すなわち殊に、改善されたＧＭＲセンサエレメントの信号安定性および長時間安定性につながる。このような場合には、２つのブリッジ出力信号Ｕ１, Ｕ２はこれに加えて相互に４５°の位相ずれを有する。
【００２５】
最終的に任意の角度φ（ここでφは有利には４５°であるまたは約４５°である）で相互に位相ずれされたブリッジ出力信号Ｕ１, Ｕ２は有利には、座標変換によって、９０°の位相ずれを伴う直交信号にマッピングされる。後者からアークタンジェント構成ないしは相応するアルゴリズム（例えばＣＯＲＤＩＣアルゴリズム）によって、外部磁界Ｂの方向に対する求められるべき角度αが突き止められる。
【００２６】
さらに座標変換によって次のような利点が得られる。すなわち、２つのブリッジ出力信号Ｕ１, Ｕ２の位相差の製造変動が直交信号へのマッピング時に補償可能であるという利点が得られる。
【００２７】
図面
図１ａには、磁化ｍ１およびｍ２を伴う２つの強磁性層ＲＬおよびＦＬ並びに、非磁性中間層ＮＭＬ並びに反強磁性層ＡＦを有する、概略的に示されたＧＭＲスピンバルブ層構造体が示されている。反強磁性層は基準磁化ｍ１を固定（ピン）するために用いられる。その他に外部磁界Ｂを発生させるセンス磁石が設けられている。角度αは、フリー強磁性
層（ＦＬ）の磁界方向ないし磁化方向、ひいてはＧＭＲセンサエレメントの面における外部磁界Ｂの方向と基準磁化方向の間の角度をあらわしている。
【００２８】
図１ｂには、元来の反強磁性体ＡＦと、付加的な合成反強磁性体ＳＡＦ並びに別の非磁性中間層ＮＭＬと、強磁性フリー層ＦＬを有するＧＭＲスピンバルブ層システムが示されている。
【００２９】
図２には、２つのフルブリッジ（ホイートストンブリッジ回路）を有するＧＭＲ効果に基づく角度センサエレメントの等価回路図が示されている。ここで２つのブリッジ内の基準磁化ＭＲは対になって反対向きに配向されており、ブリッジとブリッジは９０°だけ相互に回転されている。基準磁化ＭＲの方向はさらに、ストリップ状に構造された個々のＧＭＲ抵抗エレメントの方向に対して平行または垂直である。ここでこのＧＭＲ抵抗エレメントは、例えば図１ａまたは図１ｂと相応に構成されている。このような「ストリップ方向」は、ＧＭＲ抵抗エレメント内に示されたストライプ線群によってあらわされている。この他に図２には外部磁界Ｂの方向が示されている。この外部磁界は、基準方向と、ＧＭＲセンサエレメントによって測定されるべき角αを成す。基準または０方向はここでは、２つのフルブリッジ内の基準磁化方向の選択によって決定される。これらのフルブリッジのうちの１つはサインフルブリッジとして構成されており、他方はコサインフルブリッジとして構成されている。
【００３０】
図３には、メアンダ状の相互に入り組んだＧＭＲブリッジ抵抗エレメントＩ／１〜Ｉ／４（ブリッジＩ）およびＩＩ／１〜ＩＩ／４（ブリッジＩＩ）の回転対称配置が示されている。ここで基準磁化の方向（図３に示されている矢印を参照）はブリッジＩにおいて、ストリップ状に構造された個々ｎのＧＭＲ抵抗エレメントの方向に対してそれぞれ４５°で配向されている。これに対してブリッジＩＩ内の基準磁化方向は、ブリッジＩ内の基準磁化方向に対してそれぞれ４５°回転されている。この他に図３には、外部磁界Ｂの方向が示されている。この外部磁界は、基準方向とともに、ＧＭＲセンサエレメントによって測定されるべき角αを成す。基準または０方向はここで、ブリッジＩおよびブリッジＩＩ内の基準磁化方向の選択によって決定される。ここでブリッジＩは、角度αにわたってコサイン状の信号特性を供給する。
【００３１】
図４には、図３に示されたＧＭＲセンサエレメントレイアウトに対する等価回路図が示されている。ピンないし基準磁化方向ＭＲはここでＧＭＲストリップ方向に対してそれぞれ４５°で配向されている。ここでこのストリップ方向は、図２と同じように個々のＧＭＲ抵抗エレメント内に示されたストライプ線群によって新たに示されている。基準磁化方向はブリッジＩＩでは付加的に、ブリッジＩ内の基準磁化方向に対して付加的に４５°回転されている。各ハーフブリッジの抵抗のストリップ方向が相互に直交していることによって、ＡＭＲ信号影響が強まる。
【００３２】
図５ａには、図３ないし図４に相応してストリップ方向に対して４５°であるピン方向ないし基準磁化方向ＭＲに応じた、４５°の位相差を伴ったＧＭＲセンサ出力信号Ｕ１およびＵ２が示されている。図５ｂには、相応に変換された、９０°の位相差を伴った相互に直交するＧＭＲセンサ信号ＵｃｏｓおよびＵｓｉｎが示されている。ＡＭＲ信号影響は図５ａおよび図５ｂには示されていない。図５ａないし図５ｂにおいてｘ軸上にはそれぞれ外部磁界Ｂの方向が度数で、すなわち角度αで示されている。また図５ａではｙ軸上に、ＧＭＲセンサ出力信号がｍＶｏｌｔ／Ｖｏｌｔで示されており、図５ｂでは変換されたＧＭＲセンサ信号がｍＶｏｌｔ／Ｖｏｌｔで示されている。
【００３３】
図６には、回転対称である、少なくとも近似的に円形または八角形の、相互に入り組んだ、メアンダ状ＧＭＲブリッジ抵抗エレメントの配置が示されている。ここで、各個々のブリッジ抵抗エレメントを、相互に直交したストリップ方向を有する２つの同じ半部に分割することによって、ＡＭＲ信号影響が抑圧される。
【００３４】
図７には、図６に示されたＧＭＲ抵抗エレメントのレイアウトに対する等価回路図が示されている。ここでＡＭＲ信号影響は、各ブリッジ抵抗エレメントＩ／１, Ｉ／２〜ＩＩ／４が、相互に直交するストリップ方向を有する２つの半部ａおよびｂに分けられることによって抑圧される。各ピンないし基準磁化方向ＭＲは、４５°で各ＧＭＲストリップ方向に対して配向されている。ストリップ方向は、個々のＧＭＲ抵抗エレメント内部に示されたストライプ線群によって示されている。
【００３５】
図８には、図６に示されたＧＭＲ抵抗エレメントのレイアウトに対する等価回路図が示されている。図８では図７に対して択一的に、各ブリッジ抵抗エレメントＩ／１, Ｉ／２〜Ｉ／４でピンないし基準磁化方向ＭＲがＧＭＲストリップ方向に対して０°および９０°で配向されている。ピン方向の影響の平均化はこの場合に、二つの部分から成る各ブリッジ抵抗Ｉ／１, Ｉ／２〜Ｉ／４内のＧＭＲストリップ方向に対して平行でも垂直でもある、ピンないしは基準磁化方向によって行われる。
【００３６】
実施例
ａ. ）回転対称配置
図３には、２つのフルブリッジ（ホイートストンブリッジ）から成るブリッジ抵抗エレメントを全体で８個有する可能な回転対称配置が示されている。ストリップ方向によって定められる電流方向によって基準方向が与えられるＡＭＲセンサとは異なり、ＧＭＲ角度センサでは基準方向は基準層（ＲＬ）の磁化の方向によって定められる。基本的には、ピンないし基準方向はここでは任意に選択可能である。しかし全てのブリッジ抵抗エレメントにおいて同じピン特性が得られるようにするためには、ここではピンないし基準方向はストリップ方向に対して４５°に配向される。これはさらに図４において明確にされている。図４ではストリップ方向（抵抗シンボル内のストライプ線群）の他に、基準磁化方向ＭＲの方向も示されている。
【００３７】
ｂ. ）直交信号へのマッピング
ピン方向または基準磁化の方向がＧＭＲストリップ方向に対して４５°である場合、図５ａに示された２つのブリッジ出力信号Ｕ１およびＵ２は通常の９０°の位相差を有しておらず、４５°の位相差のみを有する。しかしこれらの信号Ｕ１, Ｕ２は容易に、図５ｂに示された直交の、コサイン状信号およびサイン状信号に変換可能である。このためにセンサ評価電子回路では以下の変換が実行される。
【００３８】
【数４】
2005534199.tif 000006
【００３９】
ここでφは、第１のブリッジ信号に相対する第２のブリッジ信号の位相ずれを示す。このような位相ずれは基本的には任意に選択可能であるが、有利には４５°の位相ずれが設定される。
【００４０】
このような変換によって得られる、図５ｂに示されたコサイン状およびサイン状信号から、アークタンジェント形成ないしはセンサ評価電子回路における相応のアルゴリズム（例えばＣＯＲＤＩＣアルゴリズム）の使用から角度αが定められる。
【００４１】
【数５】
2005534199.tif 000007
【００４２】
このような座標変換の実行はさらに、次のような重要な利点を生じさせる。すなわち、製造によって生じる、２つのブリッジ信号Ｕ１, Ｕ２の、位相シフト分の変動がセンサ固有に、直交信号（９０°位相シフト）へのマッピング時に検出され、補償されるという利点である。これに加えて例えば、製造ライン終端部での信号Ｕ１, Ｕ２のオフセットおよび増幅均等化時に、このような位相シフト分φも例えば、２つのブリッジ信号Ｕ１, Ｕ２のフーリエ分析によって求められ、センサ評価電子回路内に記憶される。
【００４３】
ｃ. ）ＡＭＲ信号影響が抑圧された回転対称配置
図３に示された抵抗配置は、ＡＭＲ信号影響に有利に作用する。なぜなら各ハーフブリッジの２つのブリッジ抵抗のＧＭＲストリップ方向は相互に直交しているからである。このような欠点は、図６に記載された有利な、ここでも回転対称な配置に従って、相互に垂直なＧＭＲストリップ方向を有する、２つの同じ半部からなる各ブリッジ抵抗を合成することで回避される。それぞれ同じ基準磁化ＭＲを有する２つの部分抵抗を直列接続することによって、ＡＭＲ成分がフィルタリング除去される。他方でＧＭＲ信号成分は、２つの部分抵抗で基準磁化ＭＲの方向が同じであることによって、そのまま残る。このような状況は、２つの部分から成るＧＭＲブリッジ抵抗エレメントに対する以下の式によって明らかになる。
【００４４】
【数６】
2005534199.tif 000008
【００４５】
ここでαは、フリー強磁性層（ＦＬ）の磁界ないしは磁化方向と、基準磁化方向の間の角度をあらわす。
【００４６】
【数７】
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はフリー強磁性層（ＦＬ）の磁界ないしは磁化方向と、第１の部分抵抗のＧＭＲストリップ方向の間の角度をあらわす。第２の部分抵抗のストリップ方向は、第１の部分抵抗のストリップ方向に対して−９０°だけ回転されている。
【００４７】
ｄ. ）ピン特性
図７では、ブリッジ抵抗を、相互に直交するストリップ方向を有するが、同じ基準磁化方向ＭＲを有する各２つの半部へ分割することが明らかにされている。基本的には、ピン方向ないしは基準磁化ＭＲの方向は任意に選択される。しかし各ストリップ方向に対して４５°の角度であるのが有利である。なぜなら、これによって、全ての部分抵抗に対して同じピン特性が得られるからである。
【００４８】
択一的に、ピン方向または基準磁化ＭＲの方向も設定可能である。これらは２つの部分抵抗のそれぞれ１つの部分抵抗でストリップ方向に対して平行に配向され、各他方の部分抵抗でストリップ方向に対して垂直に配向される。これによって個々の部分抵抗では種々異なるピン特性が得られ、しかし各ブリッジ抵抗エレメントでは２つの部分抵抗の直列接続の形で全体として同じように１つの同じピン特性が得られる。
【００４９】
既知にセンサと比べて、ピンないし基準磁化方向の選択は次のような利点を提供する。すなわち、各ブリッジ抵抗エレメント内で、種々異なるピン特性を介してピンないし基準磁化方向をＧＭＲストリップ方向に対して平行および垂直に配向することによって平均化されるという利点である。
【００５０】
説明された３６０°ＧＭＲ角度センサは、殊に電気式または電気液圧式弁制御を伴うカムシャフトのないエンジンで自動車内のカムシャフトまたはクランクシャフトの絶対位置を検出するのに適している。または電気整流式エンジンのエンジン状況を検出するのに適している。またはフロントワイパーの位置を検出するのに適している。または自動車内の操舵角センサ内で使用されるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１ａは、磁化ｍ１およびｍ２を伴う２つの強磁性層ＲＬおよびＦＬ並びに、非磁性中間層ＮＭＬ並びに反強磁性層ＡＦを有する、概略的に示されたＧＭＲスピンバルブ層構造体を示す図であり、図１ｂは元来の反強磁性体ＡＦと、付加的な合成反強磁性体ＳＡＦ並びに別の非磁性中間層ＮＭＬと、強磁性フリー層ＦＬを有するＧＭＲスピンバルブ層システムを示す図である。
【００５２】
【図２】２つのフルブリッジ（ホイートストンブリッジ回路）を有するＧＭＲ効果に基づく角度センサエレメントの等価回路図である。
【００５３】
【図３】メアンダ状の相互に入り組んだＧＭＲブリッジ抵抗エレメントＩ／１〜Ｉ／４（ブリッジＩ）およびＩＩ／１〜ＩＩ／４（ブリッジＩＩ）の回転対称配置を示す図である。
【００５４】
【図４】図３に示されたＧＭＲセンサエレメントレイアウトに対する等価回路図である。
【００５５】
【図５】図５ａは、図３ないし図４に相応してストリップ方向に対して４５°であるピン方向ないし基準磁化方向ＭＲに応じた、４５°の位相差を伴ったＧＭＲセンサ出力信号Ｕ１およびＵ２を示す図である。図５ｂは、相応に変換された、９０°の位相差を伴った相互に直交するＧＭＲセンサ信号ＵｃｏｓおよびＵｓｉｎを示す図である。
【００５６】
【図６】回転対称である、少なくとも近似的に円形または八角形の、相互に入り組んだ、メアンダ状ＧＭＲブリッジ抵抗エレメントの配置を示す図である。
【００５７】
【図７】図６に示されたＧＭＲ抵抗エレメントのレイアウトに対する等価回路図である。
【００５８】
【図８】図６に示されたＧＭＲ抵抗エレメントのレイアウトに対する等価回路図である。
2005534199.tif 000010
【図２】
2005534199.tif 000011
【図３】
2005534199.tif 000012
【図４】
2005534199.tif 000013
2005534199.tif 000014
【図６】
2005534199.tif 000015
【図７】
2005534199.tif 000016
【図８】
2005534199.tif 000017
【国際調査報告】
2005534199.tif 000018
2005534199.tif 000019
2005534199.tif 000020
2005534199.tif 000021
2005534199.tif 000022
2005534199.tif 000023