(57)【要約】【課題】従来技術よりも角度誤差が低減された磁気抵抗センサ素子を提供し、このような磁気抵抗センサ素子を、自動車の精確な角度センサとして使用することができるようにすることにある。【解決手段】第１の固着薄膜（３５）は、第１の強磁性材料製とりわけＣｏＦｅ合金製であり、前記第２の固着薄膜（３３）は、第２の強磁性材料製とりわけＣｏＦｅ合金製であり、前記中間薄膜（３４）は、非磁性材料製とりわけルテニウム製である磁気抵抗センサ素子において、前記第１の固着薄膜（３５）の厚みは、第２の固着薄膜（３３）の厚みよりも０．２ｎｍ〜０．８ｎｍだけ小さい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上から見て少なくとも領域毎にストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）を有する磁気抵抗センサ素子であって、
前記磁気抵抗薄膜系（１０）は、ＧＭＲ効果に基づいて作動し、且つ、スピンバルブ方式により構成されており、
前記磁気抵抗薄膜系（１０）は、当該磁気抵抗薄膜系（１０）に作用する外部磁場の方向から近似的に作用を受けない磁化方向の基準薄膜（３５）を有しており、
前記センサ素子（５）は、作動時に、測定信号を形成し、
該測定信号は、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の面内に位置している、前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜（３５）の磁化方向との間の測定角度の関数として変化し、
該測定信号から測定角度を求めることができ、
上から見てストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない状態での前記基準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）の長手方向との間の角度が、所定の動作範囲から選択された磁場強度を有する外部磁場が作用する時に、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の角度誤差が、当該角度と磁場強度との関数として少なくとも近似的に最小であるように調整されており、
前記角度誤差は、
・前記磁気抵抗薄膜系（１０）の面内に位置している外部磁場の磁場強度の成分と、外部磁場が無視し得る程度に弱い場合での前記基準薄膜（３５）の磁化方向の成分との角度（ａ）と、
・前記測定信号から求めることができ、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の面内に位置している前記外部磁場の可能な全ての方向に亘る前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜（３５）の磁化方向の成分との測定角度（ｂ）と
の間の最大偏差（｜ａ−ｂ｜）として定義され、
前記ストライプ状の薄膜系（１０）は、第１の固着薄膜（３５）と第２の固着薄膜（３３）とを有する人工的な反強磁性体（４０）を有しており、
前記第１の固着薄膜（３５）と前記第２の固着薄膜（３３）とは、中間薄膜（３４）を介して相互に分離されており、
前記基準薄膜（３５）は、前記第１の固着薄膜（３５）であり、
該第１の固着薄膜（３５）は、第１の強磁性材料製とりわけＣｏＦｅ合金製であり、前記第２の固着薄膜（３３）は、第２の強磁性材料製とりわけＣｏＦｅ合金製であり、前記中間薄膜（３４）は、非磁性材料製とりわけルテニウム製である磁気抵抗センサ素子において、
前記第１の固着薄膜（３５）の厚みは、第２の固着薄膜（３３）の厚みよりも０．２ｎｍ〜０．８ｎｍだけ小さいことを特徴とする磁気抵抗センサ素子。
【請求項２】
上から見て前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない場合での前記基準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）の長手方向との間の角度および前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）の幅が、所定の動作範囲から選定された磁場強度を有する外部磁場が作用する時に、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の角度誤差が、当該角度、前記磁場強度および前記磁気抵抗薄膜系（１０）の幅の関数として少なくとも近似的に最小であるように相互に合わせて調整されている請求項１記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項３】
外部磁場の磁場強度は、０．８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの動作範囲から選択されており、
前記外部磁場がない場合での前記基準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）の長手方向との間の角度は、少なくとも近似的に０°又は９０°又は１８０°又は２７０°である請求項１または２記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項４】
前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）の幅は、１μｍ〜１００μｍの範囲から選定されている請求項１から３までのいずれか１項記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項５】
前記第２の固着薄膜（３３）は、反強磁性薄膜（３２）またはＰｔＭｎ合金製薄膜に隣接している請求項１から４までのいずれか１項記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項６】
前記第１の固着薄膜（３５）は金属化薄膜（３６）に隣接しており、
前記金属化薄膜（３６）は、検出薄膜（４１）に隣接しており、
該検出薄膜は、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分の方向に対して常に少なくとも近似的に平行であるような磁化方向を有している請求項１から５までのいずれか１項記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項７】
前記検出薄膜（４１）は、少なくとも２つの部分薄膜（３７，３８）から構成されており、
前記金属化薄膜（３６）に隣接している第１の部分薄膜（３７）は、ＣｏＦｅ合金製であり、第２の部分薄膜（３８）は、ＮｉＦｅ合金製である請求項６記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項８】
前記反磁性薄膜（３２）は、２０ｎｍ〜４０ｎｍの厚みを有しており、
前記第２の固着薄膜（３３）は、２ｎｍ〜４ｎｍの厚みを有しており、
前記中間薄膜（３４）は、０．６ｎｍ〜０．８ｎｍの厚みを有しており、
前記第１の固着薄膜（３５）は、１ｎｍ〜３．５ｎｍの厚みを有しており、
前記金属化薄膜（３６）は、１ｎｍ〜４ｎｍの厚みを有しており、
前記第１の部分薄膜（３７）は、０．５ｎｍ〜２ｎｍの厚みを有しており、
前記第２の部分薄膜（３８）は、１．５ｎｍ〜５ｎｍの厚みを有している請求項１から７までのいずれか１項記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項９】
前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）は、領域毎に平行に延在しているストライプ部分をし、かつメアンダ状に形成されており、前記ストライプ部分の基準薄膜（３５）の磁化方向は、少なくとも近似的に相互に平行に配向されている請求項１から８までのいずれか１項記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項１０】
前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）は、ストライプ区間に対して垂直方向に延在しているストライプ部分を有しており、
良導電性導体薄膜（１１）またはアルミニウム製のコーティング部が設けられており、
前記良導電性導体薄膜（１１）または前記コーティング部は、前記ストライプ部分の上または前記ストライプ部分の下に平行に延在して、当該ストライプ部分を少なくとも近似的に電気的に短絡または橋絡しているか、または前記ストライプ部分は、良導電性材料またはアルミニウムから形成されている請求項９記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項１１】
磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法であって、
該磁気抵抗センサ素子は、上から見て少なくとも領域毎にストライプ状であり、且つ、ＧＭＲ効果に基づいて作動し、且つ、スピンバルブ方式により構成された磁気抵抗薄膜系（１０）を有しており、
前記磁気抵抗薄膜系（１０）は、当該磁気抵抗薄膜系（１０）に作用する外部磁場の方向から近似的に作用を受けない磁化方向の基準薄膜（３５）を有しており、
前記センサ素子（５）は、作動時に、測定信号を形成し、
該測定信号は、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜（３５）の磁化方向との間の測定角度の関数として変化し、
該測定信号から測定角度を求めることができ、
上から見てストライプ状の前記磁気抵抗薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない状態での前記基準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状の薄膜系（１０）の長手方向との間の角度が、所定の動作範囲から選択された磁場強度を有する外部磁場が作用する時に、前記薄膜系（１０）の角度誤差が、当該の角度と磁場強度の関数として少なくとも近似的に最小であるように調整されており、
前記角度誤差は、
・前記磁気抵抗薄膜系（１０）の面内に位置している外部磁場の磁場強度の成分と、外部磁場が無視し得る程度に弱い場合での前記基準薄膜（３５）の磁化方向の成分との角度（ａ）と、
・前記測定信号から求めることができ、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の面内に位置している、前記外部磁場の可能な全ての方向に亘る前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜（３５）の磁化方向の成分との測定角度（ｂ）と
の間の最大偏差（｜ａ−ｂ｜）として定義され、
前記ストライプ状の薄膜系（１０）は、第１の固着薄膜（３５）と第２の固着薄膜（３３）とを有する人工的な反強磁性体（４０）を有しており、
前記第１の固着薄膜（３５）と前記第２の固着薄膜（３３）とは、中間薄膜（３４）を介して相互に分離されており、
前記基準薄膜（３５）は、前記第１の固着薄膜（３５）であり、
該第１の固着薄膜（３５）は、第１の強磁性材料製とりわけＣｏＦｅ合金製であり、前記第２の固着薄膜（３３）は、第２の強磁性材料製とりわけＣｏＦｅ合金製であり、前記中間薄膜（３４）は、非磁性材料製とりわけルテニウム製である磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法において、
前記第１の固着薄膜（３５）の厚みは、第２の固着薄膜（３３）の厚みよりも０．２ｎｍ〜０．８ｎｍだけ小さく選択されていることを特徴とする磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法。
【請求項１２】
上から見て前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない場合での前記基準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）の長手方向との間の角度および前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系（１０）の幅が、所定の動作範囲から選定された磁場強度を有する外部磁場が作用する時に、前記磁気抵抗薄膜系（１０）の角度誤差が、当該角度、前記磁場強度および前記磁気抵抗薄膜系（１０）の幅の関数として少なくとも近似的に最小であるように相互に合わせて調整する請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項上位概念に記載の磁気抵抗センサ素子および磁気抵抗センサ素子の角度誤差を低減するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＭＲ角度センサよりも拡張された３６０°の測定領域および拡張された信号振幅、従って、比較的低いノイズの影響のために、ＧＭＲ（"Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ"巨大磁気抵抗）効果に基づく磁気抵抗センサ素子が、いわゆるスピンバルブ方式によって、自動車での角度検出のために利用される。そのために、センサシステムは、磁界形成用のマグネットと、この近傍に位置付けられる角度センサ乃至一般的には磁気抵抗センサ素子を有しており、その際、このセンサ素子に作用する磁場の方向が検出される。
【０００３】
スピンバルブ方式に基づく磁気抵抗センサ素子の構成は、ＧＭＲセンサ素子、または強磁性薄膜と非磁性薄膜との交互シーケンスを有するＧＭＲ多層薄膜によって、一般的に、単に２つの強磁性薄膜が設けられており、当該２つの強磁性薄膜が非磁性中間薄膜によって分離されている点で区別される。これら両強磁性薄膜の磁化方向は、この薄膜を反磁性薄膜に結合することによって固定される（ピンニングされるｇｅｐｉｎｎｔ）。それに対して、別の薄膜、いわゆるベア薄膜または検出薄膜は、外部磁場内で、その磁化方向が自由に回転し、その結果、外部磁場の方向を超えて、検出薄膜内の磁化の方向とピンニングされた薄膜、すなわち基準薄膜との間で可変の角度が調整される。センサ素子の電気抵抗はこの角度の関数であり、電気抵抗の測定によって、この角度を測定することができる。
【０００４】
択一的に、基準薄膜の磁化方向を固定するために、反磁性薄膜と当該反磁性薄膜の上に形成された非磁性薄膜、および当該非磁性薄膜の上に形成された強磁性薄膜を有する薄膜系も適しており、両強磁性薄膜間の非磁性薄膜により、当該の両強磁性薄膜間の反強磁性結合が形成される。そのような薄膜系は、人工的な反強磁性体と呼ばれる。
【０００５】
ＧＭＲ効果に基づいて作動し、かつ、スピンバルブ方式に従って構成された磁気抵抗薄膜系を有する角度センサを構成するためには、その種の多数の薄膜系を、２つのホイートストンブリッジ回路で相互に接続すると有利である。その際、一方のブリッジが他方のブリッジに対して、基準薄膜内の磁化方向に関して、例えば、９０°だけ回転されている。例えば、回転する外部磁場内では、こうすることによって、両ブリッジの各出力信号の位相ずれが生じる。ここでは、両ブリッジの出力信号が外部磁場方向に依存するので、「コサイン（"Ｃｏｓｉｎｕｓ"）」ブリッジおよび「サイン（"Ｓｉｎｕｓ"）」ブリッジが生じる。ホイートストンブリッジの各々は、例えば基準薄膜内で１８０°の磁化方向を相互に有している個別抵抗の形式での磁気抵抗薄膜系から対で形成される。
【０００６】
スピンバルブ方式により構成されて、ＧＭＲ効果により作動する磁気抵抗薄膜系の構成については、特許文献１に概説されている。そこには、そのような磁気抵抗薄膜系が相互に９０°だけ回転されて、２つのホイートストンブリッジ回路に接続することも、薄膜系の基準薄膜の磁化方向を調整するための、人工的な反磁性体を有する磁気抵抗薄膜系の構成も説明されている。
【０００７】
ＧＭＲ効果に基づいて作動し、かつ、スピンバルブ方式により構成された磁気抵抗薄膜系では、２つの固有の効果によって測定誤差が生じる。
【０００８】
つまり、検出薄膜またはベア薄膜が、一方では、所定の異方性を有しているためと、他方では、基準薄膜乃至ピンニングされた薄膜との残留結合を有しているためである。すなわち検出薄膜またはベア薄膜の方向が、外部磁場に関して最適でない状態で続くためである。その他に、外部磁場が基準薄膜に作用する場合、基準薄膜の磁化方向が全く変わらないわけではないことも観測される。この場合、外部磁場の作用時に、基準薄膜の磁化方向が僅かに変化し、その結果、測定結果の質が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】世界知的所有権機関特許公開第００／７９２９８Ａ２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、従来技術よりも角度誤差が低減された磁気抵抗センサ素子を提供し、このような磁気抵抗センサ素子を、自動車の精確な角度センサとして使用することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気抵抗センサ素子、および本発明の磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法が従来技術に対して有する利点は、外部磁場がない場合での基準薄膜の磁化方向と、ストライプ状の薄膜系の長手方向との角度の関数としての薄膜系の角度誤差、ならびに外部から作用する磁場の磁場強度が、少なくとも近似的に最小であるという点にある。角度誤差は、０．５°よりも小さく、ことに、０．２°よりも小さくすることができる。
【００１２】
本発明の有利な実施例は、従属請求項に記載した手段から分かる。
【００１３】
特に有利には、外部磁場がない場合に基準薄膜内の磁化方向と、ストライプ状薄膜系の長手方向との間の角度、ならびに角度誤差を最小化するための外部磁場の磁場強度を適切に選択する他に、ストライプ状の薄膜系の幅も変化させ、前述の角度およびストライプ状の薄膜系の幅を、各々、センサ素子の作動時に当該センサ素子に作用する、所定の動作範囲から選択された磁場強度に相互に合わせるとよい。従って、角度誤差は、これらの量の関数として最小化される。
【００１４】
このやり方は、微視的なエネルギ状態（Ｅｎｅｒｇｉｅｔｅｒｍｅ）を適切に利用することによって、スピンバルブ方式による磁気抵抗センサ素子で生じる、測定誤差の原因となる固有の効果を最小にすることができるという技術認識に基づく。
【００１５】
そのような効果乃至エネルギ寄与は、磁気抵抗薄膜系の構造化の際にストライプ内に生じる形状異方性である。従って、磁気抵抗薄膜系の角度誤差は、例えば、個別のストライプ状区間からなるメアンダ状の導体路の形状異方性と、このストライプ状領域内の薄膜系の基準薄膜のピンニング方向とを適切に選択して組み合わせることにより、ならびに作動時にセンサ素子に作用する外部磁場強度を考慮することにより最小にすることができる。
【００１６】
上から見た磁気抵抗薄膜系のレイアウトを、ストライプ状薄膜系区間の幅、および基準薄膜の磁化方向、すなわちこれらストライプ状薄膜系区間におけるピンニング方向に関して適切に組み合わせ、それと同時に、磁気抵抗センサ素子に作動時に作用する外部磁場の値を考慮すれば、特に角度誤差を小さくすることができる。
【００１７】
有利には、１μｍ〜２０μｍの領域内に有利な幅を有するストライプ状部分で磁気抵抗薄膜系を構造化することによって、ストライプの長手方向と、外部磁場がない場合での基準薄膜のピンニング方向乃至磁化方向との間の角度において、または無視し得る程度に弱い外部磁場において、形状異方性のエネルギ成分が角度誤差にポジティブな影響を有する。
【００１８】
特に有利には、外部磁場がない場合の磁化方向と、ストライプ状の薄膜系の長手方向との間の角度は、少なくとも近似的に０°または９０°、または１８０°または２７０°であり、その際、更に有利には、外部磁場の磁場強度は、０．８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍ、ことに、８ｋＡ／ｍ〜３０ｋＡ／ｍの動作範囲から選択されている。
【００１９】
この関連で有利な磁気抵抗センサ素子のレイアウトでは、上から見て薄膜系の全てのストライプ状部分が、この領域内のストライプ状薄膜系の長手方向と、ピンニング方向との間に共通の方向を１つだけ有している。
【００２０】
有利には、この条件を充足しない磁気抵抗センサ素子の部分を、良導電性導体薄膜またはアルミニウムのコーティングによって橋絡乃至電気的に短絡する。または、磁気抵抗センサ素子のこの部分が、相応に良導電部分から構成されている。
【００２１】
更に有利には、上から見てストライプ状薄膜系は、領域毎に平行に延在しているストライプ部分でメアンダの形に構成されており、平行なストライプ部分の基準薄膜の磁化方向は、少なくとも近似的に相互に平行に配向されている。ここでは平行でなく、例えば、このストライプ部分に対して垂直方向に延在するストライプ部分をこの導体薄膜に設けてもよい。
【００２２】
特に有利には、基準薄膜の磁化方向を安定化するために、ストライプ状の磁気抵抗薄膜系が、人工的な反強磁性体を有するようにしてもよい。こうすることによって、基準薄膜の磁化方向を、特に良好に安定化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ストライプ幅の関数として、および、このストライプの長手方向と第１の磁場での基準薄膜の磁化方向との間の角度の関数として、スピンバルブ方式による、ＧＭＲ効果に基づいて作動する薄膜系の角度誤差の複数のシミュレーション曲線を示す線図。
【図２】図１よりも強い第２の磁場での、図１と同様のシミュレーションを示す線図。
【図３】領域毎に設けられた短絡バーを有する、メアンダ状に構成された薄膜系を上から見た図。
【図４】図３の磁気抵抗薄膜系の断面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図４は、上から見て少なくとも領域毎に、ことに完全に、ストライプ状に構造化された磁気抵抗薄膜系１０を示す。通常の基板３０上に、成長層乃至バッファ層３１が設けられており、このバッファ層３１上に、反強磁性薄膜３２が設けられている。この薄膜３２上に、第１の固定薄膜３５、すなわち「スピンニング」薄膜または基準薄膜、中間薄膜３４および第２の固定薄膜３３を有している人工的な反強磁性体４０の形式で薄膜系が設けられている。人工的な反強磁性体４０上に、更に金属薄膜３６が設けられており、この金属薄膜３６の上に、第１の部分薄膜３７と第２の部分薄膜３８とから構成された検出薄膜４１が設けられている。検出薄膜４１上には、最後に通常の被覆薄膜３９，例えば、タンタル製の薄膜が形成されている。
【００２５】
第１の固着薄膜３５は、第１の強磁性材料、有利には、ＣｏＦｅ合金、例えば、Ｃｏ９０Ｆｅ１０製にすると有利である。第２の固着薄膜３３は、第２の強磁性材料製、有利には、同様にＣｏＦｅ合金製、例えば、Ｃｏ９０Ｆｅ１０製である。中間薄膜３４は、非磁性材料、有利には、ルテニウム製である。第１の固着薄膜３５の厚みは、０．２ｎｍ〜０．８ｎｍ、有利には、０．２ｎｍ〜０．４ｎｍだけ第２の固着薄膜３３の厚みよりも小さい。反強磁性薄膜３２は、有利には、ＰｔＭｎ合金、例えば、Ｐｔ５０Ｍｎ５０製である。金属薄膜３６は、有利には、銅薄膜である。金属薄膜３６に対して隣の、検出薄膜４１の第１の部分薄膜３７は、有利には、ＣｏＦｅ合金製、例えば、Ｃｏ９０Ｆｅ１０製であり、第２の部分薄膜３８は、有利には、ＮｉＦｅ合金製、例えば、Ｆｅ１９Ｎｉ８１製である。
【００２６】
特に有利には、反強磁性薄膜３２は、厚み２０ｎｍ〜４０ｎｍ、ことに、３０ｎｍを有しており、第２の固着薄膜３３は、厚み２ｎｍ〜４ｎｍ、殊に、２．４ｎｍを有しており、中間薄膜３４は、厚み０．６ｎｍ〜９．８ｎｍ、殊に、０．７ｎｍを有しており、第１の固着薄膜３５は、厚み１ｎｍ〜３．５ｎｍ、殊に、２ｎｍを有しており、金属薄膜３６は、厚み１ｎｍ〜４ｎｍ、殊に、２ｎｍを有しており、第１の部分薄膜３７は、厚み０．５ｎｍ〜２ｎｍ、殊に、１ｎｍを有しており、第２の部分薄膜３８は、厚み１．５ｎｍ〜５ｎｍ、殊に、３ｎｍを有している。
【００２７】
総体的に、図４の薄膜構造によって、磁場が所定の動作範囲から選択されている場合に、基準薄膜３５は、当該基準薄膜３５に作用する外部磁場の方向によって少なくとも近似的に作用を受けない磁化方向を有しているようにすることができる。更に、検出薄膜４１は、薄膜系１０の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分の方向に対して平行である磁化方向を少なくとも近似的に常に有している。
【００２８】
図３は、図４を上から見た図を示す。ストライプ状の薄膜系１０が、領域毎に平行に延在しているストライプ部分を有するメアンダの形に構成されていることが分かる。更に、この平行に延在している個別ストライプ部分の基準薄膜３５の磁化方向も、同様に少なくとも近似的に相互に平行に配向されている。その他に、ストライプ状薄膜系１０は、領域毎に平行に延在しているストライプ部分に対して垂直方向に延在している、導電薄膜１１で被覆されたストライプ部分を有している。この導電薄膜１１は、電気的に特に良好に導電性の薄膜であり、ことに、アルミニウム製のコーティングであって、当該ストライプ部分に対して平行に延在していて、従って、当該、ストライプ部分を電気的に短絡または橋絡している。択一的に、このストライプ部は、導電薄膜１１の材料から形成されており、その結果、このストライプ部は、図３と同様に相互に並列されて延在しているストライプ部分を領域毎に結合する。
【００２９】
図３には、記入された矢印によって、平行に相互に延在しているストライプ状の薄膜系１０での基準薄膜３５の統一的な磁化方向が示されている。図３の構成は、世界知的所有権機関特許公開第００／７９２９８Ａ２号公報記載の技術内容による、ホイートストンブリッジ回路の形式で接続されて、角度センサを構成するように接続することができる磁気抵抗センサ素子５を形成する。
【００３０】
スピンバルブ方式によるＧＭＲ効果に基づく磁気抵抗薄膜系の角度誤差は（この角度誤差は、薄膜系の面内に位置している、外部磁場の成分と、無視し得る程度に弱い外部磁場での薄膜系の基準薄膜の磁化方向の成分の角度（ａ）と、測定信号から求められた、薄膜系の面内に位置している外部磁場の成分と、基準薄膜の磁化方向の成分の角度（ｂ）との間の測定角度との差として定義される）、薄膜系１０の個別薄膜の微視的なエネルギ条件によって左右される。
【００３１】
理想的な場合、角度誤差は、０°であり、基準薄膜３５の磁化方向は、外部磁場によって完全に影響を受けず、検出薄膜４１の磁化方向は、この外部磁場に常に完全に従う必要があり、この外部磁場に対して平行に配向されている。
【００３２】
しかし、実際には、検出薄膜４１の異方性、ならびに、検出薄膜４１と基準薄膜３５との間の強磁性または反強磁性残留結合により、検出薄膜４１が外部磁場から全く影響を受けないわけではない。
【００３３】
特に、形状異方性は、角度誤差を低減するための主要なパラメータである。つまり、薄膜系１０での個別ストライプの幅を選択することによって、この異方性の強度を調整することができ、このストライプの長手方向と基準薄膜の磁化方向との角度によって、この形状異方性の方向依存度を調整することができる。
【００３４】
ストライプ幅および所定磁場でのストライプの長手方向と基準薄膜の磁化方向との間の角度を変化させることによって、エネルギ条件を各々の薄膜系１０に最適に適合させることができる。
【００３５】
形式的には、前述のエネルギ条件は、磁化のシュトーナー・ウォールファールス・モデル（Ｓｔｏｎｅｒ−Ｗｏｈｌｆａｈｒｔｈ−Ｍｏｄｅｌｌ）に統合することができ、０．８ｋＡ／ｍ（１ｍＴに相応）〜８０ｋＡ／ｍ（１００ｍＴに相応）、ことに、８ｋＡ／ｍ〜３０ｋＡ／ｍの領域内の磁気抵抗センサ素子用の通常の動作範囲から選択された所定の外部磁場で算出される。
【００３６】
図３の構造での図４の薄膜系では、図４乃至図３の薄膜系で示したような、図１および図２に形状異方性乃至ＡＭＲ誤差を算入して計算される。
【００３７】
図１には詳細に、ｘ軸上にストライプ状の薄膜系１０の幅が、μｍ単位で０μｍ〜８０μｍの領域内で示されている。ｙ軸上には算出された最大角度誤差が、センサ素子５の外部磁場の可能な全ての角度に亘って、０°、すなわち、理想的な場合と、５°との間の角度で示されている。更に、１２ｋＡ／ｍ（１５ｍＴに相応する）の磁場強度の外部磁場が示されている。
【００３８】
図１は、先ず、図３乃至図４の薄膜系１０に基づいて行われた第１のシミュレーション２０を示す。ここで外部磁場は、強度１２ｋＡ／ｍを有しており、薄膜系１０に亘って、薄膜系１０の面内に位置している、この外部磁場の磁場強度の成分に関して、１回完全に３６０°回転している。
【００３９】
有利には、外部磁場は、できる限り完全に、前述のように構成されている薄膜系１０の面内に位置しているように回転される。
【００４０】
シミュレーション２０では、外部磁場がない場合に、基準薄膜３５の磁化方向が、ストライプ状薄膜系１０の長手方向に対して垂直方向に配向されており、相応の角度は９０°または２７０°である。更に、シミュレーション２０では、単に固有の効果だけが考慮されているにすぎず、図示のような角度誤差が生じてしまい、その際、付加的な磁気抵抗効果、すなわちＡＭＲ誤差は考慮されない。このＡＭＲ誤差は、強磁性薄膜で生じ、磁化方向と電流方向またはストライプ方向のｃｏｓ２依存性を示す。このＡＭＲ誤差は、ＧＭＲ効果に重畳し、一般的には、ＧＭＲ効果の５％〜３０％の強度を有している。
【００４１】
第１のシミュレーション２０で、実際には、既存の発信器マグネットによって固定して形成される所定磁場でのストライプ幅が約７μｍの場合、既述のように、ストライプ状の薄膜系１０の長手方向と、基準薄膜３５の磁化方向との間の角度を調整すれば、ほぼ０°である最小角度誤差を生じることが分かる。
【００４２】
図１は、更に第２のシミュレーション２１を示しており、この第２のシミュレーションでは、シミュレーション２０に対して付加的に前述のＡＭＲ誤差も考慮されている。このＡＭＲ誤差は、第１のシミュレーション２０に対する、第２のシミュレーション２１の重要な変化を生じない。
【００４３】
この場合でも、所定の磁場およびストライプ状薄膜系の長手方向に対して垂直方向に基準薄膜３５の磁化方向が所定のように配向されていれば、最大角度誤差の最小化に関して、最も良好に、約７μｍのストライプ幅を選択することができる。
【００４４】
図１には、更に、第１のシミュレーション２０に相応する第３のシミュレーション２２が示されている。しかし、所定の磁場での基準薄膜３５の磁化方向は、ストライプ状の薄膜系の長手方向に対して平行に、すなわち０°または、１８０°の角度で調整されている。新たに、第３のシミュレーション２２では、ＡＭＲ誤差は先ず無視される。このＡＭＲ誤差が考慮されると、それ以外の同じパラメータで、第４のシミュレーション２３が得られる。
【００４５】
シミュレーション２２，２３から、最大角度誤差の最小値はストライプ幅の関数としては生じないことが分かる。
【００４６】
図１から、総体的に、ストライプ状薄膜系１０のストライプの幅とは無関係に、１２ｋＡ／ｍの所定の磁場で、基準薄膜３５の磁化方向を、ストライプ状薄膜系の長手方向に対して垂直方向に選択することは、常に有利であることが分かる。つまり、ストライプ幅とは無関係に、最大角度誤差を、０°〜１８０°に角度を選択した場合よりも常に小さくすることができるからである。外部磁場がない場合の基準薄膜３５の磁化方向と、ストライプ状薄膜系１０の長手方向との間の角度を９０°または２７０°に選択すれば、別の角度よりも小さな最大角度誤差を常に達成できる。
【００４７】
更に、図１から分かるように、この角度を、その都度の外部磁場を定義する磁場強度に整合することより、最大角度誤差を更に小さくする最適なストライプ幅が得られる。この効果は、基準薄膜の磁化方向と、ストライプ状薄膜系１０の長手方向との間の角度を適切に選択することによって得られる効果よりももっと大きい。
【００４８】
図２は、図１とほぼ同様状況を示しているが、ここで外部磁場は、２４ｋＡ／ｍ（３０ｍＴに相応）の磁場強度を有している。ここでも、度数で示した最大角度誤差は、薄膜系１０のストライプ幅の関数として図１に相応してμｍで示されている。
【００４９】
最大角度誤差とは、外部磁場が薄膜系１０の面内で３６０°だけ新たに回転する時に生起する、前述の定義に相応する最大角度誤差のことである。
【００５０】
図２には、先ず、図１と同様の図３または図４の薄膜系１０乃至センサ素子５での第５のシミュレーション２４が示されている。このシミュレーンは、外部磁場が２４ｋＡ／ｍであり、外部磁場がない場合での基準薄膜の磁化方向とストライプ状薄膜系１０の長手方向との間の角度が９０°または２７０°であるとの仮定のもとで行われた。第５のシミュレーション２４では、ＧＭＲ誤差ならびにＡＭＲ誤差（形状異方性によって生じる）が考慮されている。その他の点では第６のシミュレーション２５に相応する第５のシミュレーションの１つはこのＡＭＲ誤差を無視する。
【００５１】
図２と図１を比較すれば、シミュレーション２４，２５は、シミュレーション２０，２１と相違して、最大角度誤差の最小値を示さず、絶対値で見ると大きいことが分かる。
【００５２】
図２には、第８のシミュレーション２７が示されている。この第８のシミュレーション２７が第５のシミュレーション２４と異なる点は、基準薄膜３５の磁化方向がストライプ状薄膜系１０の長手方向に対して平行、すなわち、角度０°または１８０°に選定されている点にある。第８のシミュレーション２７では、ＧＭＲ誤差の他にＡＭＲ誤差も考慮されている。一方、第７のシミュレーション２６では、このＡＭＲ誤差が無視され、その他の点では第８のシミュレーション２７と同じシミュレーション条件である。
【００５３】
この場合、外部磁場がない場合での基準薄膜の磁化方向と、０°または１８０°であるストライプ状薄膜１０の長手方向との角度での前述の磁場での最大角度誤差は、対応の「角度が９０°または２７０°である場合対して明らかに低減されている。その限りで、図２の仮定された磁場での状況は、図１の場合での状況と全く反対である。その他に、最大角度誤差は、図２の例で約１０μｍであるような最適なストライプ幅を選定することによって更に低減することができる。
【００５４】
従って、図１または図２のシミュレーションの解析から分かるストラテジは、以下の通りである：先ず、センサ素子が作動される前に、所定動作範囲の外部磁場を発生させる。その後、外部磁場がない場合での基準薄膜３５の磁化方向とストライプ状薄膜系１０の長手方向との間の角度が、最小の最大角度誤差を生じるように調整される。ストライプ幅が、最大角度誤差が更に低減するように最適化される。すなわち最小の最大角度誤差のための最適なストライプ幅を求められる。
【００５５】
図１乃至図２のシミュレーションから、更に分かるように、外部磁場がない場合での基準薄膜の磁化方向と、ストライプ状薄膜系の長手方向との間の角度は、有利には、０°または１８０°、または９０°または２７０°に選定すると有利である。ＡＭＲ誤差を算入しても、最小角度誤差を見つける際に結果は格段には変化しない。
【００５６】
最後に、導体薄膜１１を図３の短絡バーの形式で設けると、最大角度誤差を特に著しく低減することができる。更に強調すると、人工的な反強磁性マグネット４０では、第２の固着薄膜３３は、有利には第１の固着薄膜３５、すなわち基準薄膜よりも少し厚い。しかも図４の前述の材料での薄膜形成および薄膜厚は、前述のような角度誤差の最小化に関して特に有利である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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