(57)【要約】  磁気抵抗素子の２つ以上のブリッジ構造を有する磁場角度センサが提供され、各ブリッジ構造は、磁場の方向の角度をより高い精度で測定できるように、異なる軸に沿った磁場の投影を測定するように構成される。第１のブリッジ構造は、第１の軸に沿った磁場を示す第１の正弦波信号と、第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った磁場を示す第１の余弦波信号とを生成するように構成され、第２のブリッジ構造は、第３の軸に沿った磁場を示す第２の正弦波信号と、第３の軸に対して直交する第４の軸に沿った磁場を示す第２の余弦波信号とを生成するように構成され、第１の軸と第３の軸との間の角度は９０度の約数である。
2021516333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場の方向を検出する磁場角度センサであって、
第１の軸に沿った前記磁場を示す第１の正弦波信号と、前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った前記磁場を示す第１の余弦波信号とを生成するように構成される第１のブリッジ構造と、
第３の軸に沿った前記磁場を示す第２の正弦波信号と、前記第３の軸に対して直交する第４の軸に沿った前記磁場を示す第２の余弦波信号とを生成するように構成される第２のブリッジ構造とを備え、前記第１の軸と前記第３の軸との間の角度は９０度の約数(factor)である、磁場角度センサ。
【請求項２】
前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度は約４５度である、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項３】
前記第１のブリッジ構造及び前記第２のブリッジ構造を支持する基板を更に備える、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項４】
前記磁場の前記方向を示す出力信号を計算するために、前記第１の正弦波信号、前記第１の余弦波信号、前記第２の正弦波信号、及び前記第２の余弦波信号に応答する回路を更に備える、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項５】
前記回路は、前記第１の正弦波信号及び前記第１の余弦波信号の第１の逆正接を計算し、前記第２の正弦波信号及び前記第２の余弦波信号の第２の逆正接を計算する逆正接プロセッサを備える、請求項４に記載の磁場角度センサ。
【請求項６】
前記回路は、前記第２の逆正接から、前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度を減算して、第３の逆正接を生成するように構成される差分素子を更に備える、請求項５に記載の磁場角度センサ。
【請求項７】
前記回路は、前記磁場の前記方向を示す前記出力信号を与えるために、前記第１の逆正接及び前記第３の逆正接の平均値を計算するように構成される加算素子を更に備える、請求項６に記載の磁場角度センサ。
【請求項８】
第５の軸に沿った前記磁場を示す第３の正弦波信号と、前記第５の軸に対して直交する第６の軸に沿った前記磁場を示す第３の余弦波信号とを生成するように構成される第３のブリッジ構造と、
第７の軸に沿った前記磁場を示す第４の正弦波信号と、前記第７の軸に対して直交する第８の軸に沿った前記磁場を示す第４の余弦波信号とを生成するように構成される第４のブリッジ構造とを更に備え、
前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度は第１の角度を与え、前記第５の軸と前記第１の軸との間の第２の角度は９０度の約数であり、前記第７の軸と前記第１の軸との間の第３の角度は９０度の約数であり、前記第１の角度、前記第２の角度、及び前記第３の角度は異なる角度である、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項９】
前記第１の角度は約４５度であり、前記第２の角度は約２２．５度であり、前記第３の角度は約６７．５度である、請求項８に記載の磁場角度センサ。
【請求項１０】
前記第１のブリッジ構造は、前記第１の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第１の複数の磁気抵抗素子及び前記第２の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第２の複数の磁気抵抗素子を備え、前記第２のブリッジ構造は、前記第３の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第３の複数の磁気抵抗素子及び前記第４の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第４の複数の磁気抵抗素子を備える、請求項１に記載の磁場角度センサ。
【請求項１１】
前記第１の複数の磁気抵抗素子、前記第２の複数の磁気抵抗素子、前記第３の複数の磁気抵抗素子、及び前記第４の複数の磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を含む、請求項１０に記載の磁場角度センサ。
【請求項１２】
前記第１の複数の磁気抵抗素子、前記第２の複数の磁気抵抗素子、前記第３の複数の磁気抵抗素子、及び前記第４の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備える、請求項１０に記載の磁場角度センサ。
【請求項１３】
磁場の方向を検出するための方法であって、前記方法は、
第１の軸に沿った前記磁場を示す第１の正弦波信号と、前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った前記磁場を示す第１の余弦波信号とを生成するステップと、
第３の軸に沿った前記磁場を示す第２の正弦波信号と、前記第３の軸に対して直交する第４の軸に沿った前記磁場を第２の余弦波信号とを生成するステップとを含み、前記第１の軸と前記第３の軸との間の角度は９０度の約数である、方法。
【請求項１４】
前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度は約４５度である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の正弦波信号、前記第１の余弦波信号、前記第２の正弦波信号、及び前記第２の余弦波信号に応答して前記磁場の前記方向を計算するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記磁場の前記方向を計算するステップは、前記第１の正弦波信号及び前記第１の余弦波信号の第１の逆正接を求めるステップと、前記第２の正弦波信号及び前記第２の余弦波信号の第２の逆正接を求めるステップとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記磁場の前記方向を計算するステップは、前記第２の逆正接から、前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度を減算して、第３の逆正接を生成するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁場の前記方向を計算するステップは、前記磁場の前記方向を示す出力信号を与えるために、前記第１の逆正接及び前記第３の逆正接の平均値を計算するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第５の軸に沿った前記磁場を示す第３の正弦波信号と、前記第５の軸に対して直交する第６の軸に沿った前記磁場を示す第３の余弦波信号とを生成するステップと、
第７の軸に沿った前記磁場を示す第４の正弦波信号と、前記第７の軸に対して直交する第８の軸に沿った前記磁場を示す第４の余弦波信号とを生成するステップとを更に含み、
前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度は第１の角度を与え、前記第５の軸と前記第１の軸との間の第２の角度は９０度の約数であり、前記第７の軸と前記第１の軸との間の第３の角度は９０度の約数であり、前記第１の角度、前記第２の角度、及び前記第３の角度は異なる角度である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の角度は約４５度であり、前記第２の角度は約２２．５度であり、前記第３の角度は約６７．５度である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の正弦波信号を生成するステップは、第１のブリッジ構造の第１の複数の磁気抵抗素子を用いて、前記第１の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、
前記第１の余弦波信号を生成するステップは、前記第１のブリッジ構造の第２の複数の磁気抵抗素子によって、前記第２の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、前記第２の複数の磁気抵抗素子は前記第１の複数の磁気抵抗素子に対して直交するように位置決めされ、
前記第２の正弦波信号を生成するステップは、第２のブリッジ構造の第３の複数の磁気抵抗素子によって、前記第３の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、
前記第２の余弦波信号を生成するステップは、前記第２のブリッジ構造の第４の複数の磁気抵抗素子によって、前記第４の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、前記第４の複数の磁気抵抗素子は前記第３の複数の磁気抵抗素子に対して直交するように位置決めされ、
前記第１の複数の磁気抵抗素子、前記第２の複数の磁気抵抗素子、前記第３の複数の磁気抵抗素子、及び前記第４の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
磁場の方向を検出する磁場角度センサであって、
第１の軸に沿った前記磁場を示す第１の正弦波信号と、前記第１の軸に対して直交する第２の軸に沿った前記磁場を示す第１の余弦信号とを生成するための第１の手段と、
第３の軸に沿った前記磁場を示す第２の正弦波信号と、前記第３の軸に対して直交する第４の軸に沿った第２の余弦波信号とを生成するための第２の手段とを備え、前記第１の軸と前記第３の軸との間の角度は９０度の約数である、磁場角度センサ。
【請求項２３】
前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度は約４５度である、請求項２２に記載の磁場角度センサ。
【請求項２４】
前記第１の生成手段及び前記第２の生成手段を支持するための手段を更に備える、請求項２２に記載の磁場角度センサ。
【請求項２５】
前記第１の正弦波信号、前記第１の余弦波信号、前記第２の正弦波信号、及び前記第２の余弦波信号に応答して、前記磁場の前記方向を計算するための手段を更に備える、請求項２２に記載の磁場角度センサ。
【請求項２６】
前記計算する手段は、前記第１の正弦波信号及び前記第１の余弦波信号の第１の逆正接と、前記第２の正弦波信号及び前記第２の余弦波信号の第２の逆正接とを求めるための手段を備える、請求項２５に記載の磁場角度センサ。
【請求項２７】
前記計算する手段は、前記第２の逆正接から、前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度を減算して、第３の逆正接を生成するための手段を更に備える、請求項２６に記載の磁場角度センサ。
【請求項２８】
前記計算する手段は、前記磁場の前記方向を示す出力信号を与えるために、前記第１の逆正接及び前記第３の逆正接の平均値を計算するための手段を更に備える、請求項２７に記載の磁場角度センサ。
【請求項２９】
第５の軸に沿った前記磁場を示す第３の正弦波信号と、前記第５の軸に対して直交する第６の軸に沿った前記磁場を示す第３の余弦波信号とを生成するための第３の手段と、
第７の軸に沿った前記磁場を示す第４の正弦波信号と、前記第７の軸に対して直交する第８の軸に沿った前記磁場を示す第４の余弦波信号とを生成するための第４の手段とを更に備え、
前記第１の軸と前記第３の軸との間の前記角度は第１の角度を与え、前記第５の軸と前記第１の軸との間の第２の角度は９０度の約数であり、前記第７の軸と前記第１の軸との間の第３の角度は９０度の約数であり、前記第１の角度、前記第２の角度、及び前記第３の角度は異なる角度である、請求項２２に記載の磁場角度センサ。
【請求項３０】
前記第１の角度は約４５度であり、前記第２の角度は約２２．５度であり、前記第３の角度は約６７．５度である、請求項２９に記載の磁場角度センサ。
【請求項３１】
前記第１の生成手段は、前記第１の軸に沿った前記磁場を検知する第１の複数の磁気抵抗素子と、前記第２の軸に沿った前記磁場を検知する第２の複数の磁気抵抗素子とを備える第１のブリッジ構造を備え、
前記第２の生成手段は、前記第３の軸に沿った前記磁場を検知する第３の複数の磁気抵抗素子と、前記第４の軸に沿った前記磁場を検知する第４の複数の磁気抵抗素子とを備える第２のブリッジ構造を備える、請求項２２に記載の磁場角度センサ。
【請求項３２】
前記第１の複数の磁気抵抗素子、前記第２の複数の磁気抵抗素子、前記第３の複数の磁気抵抗素子、及び前記第４の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を含む、請求項３１に記載の磁場角度センサ。
【請求項３３】
前記第１の複数の磁気抵抗素子、前記第２の複数の磁気抵抗素子、前記第３の複数の磁気抵抗素子、及び前記第４の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備える、請求項３１に記載の磁場角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明の一実施例は、例えば、磁場角度センサに関する角度誤差を低減するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]磁場センサが様々な適用例において使用され、それらは、限定はしないが、磁場の方向の角度を検知する角度センサ、電流搬送導体によって搬送される電流によって生成される磁場を検知する電流センサ、強磁性体の近接を検知する磁気スイッチ、通過しつつある強磁性物品、例えば、リング磁石又は強磁性目標物（例えば、歯車の歯）の磁区を検知する回転検出器であって、逆バイアス磁石又は他の磁石と組み合わせて磁場センサが使用される、回転検出器、及び磁場の磁場密度を検知する磁場センサを含む。
【０００３】
[0002]種々のパラメータが磁場センサ及び磁場検知素子の性能を特徴付ける。磁場検知素子に関して、パラメータは、磁場に応答しての磁場検知素子の出力信号の変化である感度、及び磁場センサの出力信号が磁場に対して線形に（すなわち、正比例して）変化する度合いである線形性を含む。
【０００４】
[0003]いくつかの磁場センサは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子及びトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子のような、磁気抵抗（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子を含む。一般に、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、例えば、ホール効果素子に比べて相対的に高い感度を有する。ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、適度に良好な線形性を有するが、線形性を有する磁場の範囲が限られる。しかしながら、磁場のその限られた範囲においても、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子の線形性は、高温などに起因して、不規則性に悩まされる可能性がある。
【０００５】
[0004]さらに、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子を使用する角度センサは、スピンフロップ（すなわち、高磁場又は異方性磁場（例えば、磁気結晶異方性又は形状異方性）における基準方向の変化）のような現象に起因して角度誤差を受ける可能性がある。例えば、ＧＭＲ素子を用いて得られた角度は、数度までの誤差を受ける可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明の一実施例は、例えば、磁場角度センサに関する角度誤差を低減するためのシステム及び方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0005]本明細書において記述される概念、システム、方法及び技法によれば、磁気抵抗素子の２つ以上のブリッジ構造を有する磁気角度センサが提供され、限定はしないが、スピンフロップ及び／又は異方性のような現象の影響を低減することによって、より高い精度で磁場の方向の角度を測定できるように、各ブリッジ構造は異なる軸に沿って磁場の投影を測定するように構成される。
【０００８】
[0006]各ブリッジ構造は、第１の軸に対して配置される第１の複数の磁気抵抗素子と、第２の軸に対して配置される第２の複数の磁気抵抗素子とを含むことができる。各軸に沿った磁場信号を示す信号を生成することができ、各ブリッジ構造からの信号を平均して、磁場信号の方向を示す出力信号を生成することができる。いくつかの実施形態において、出力信号の誤差の低減は、ブリッジ構造の数に対応することができる。
【０００９】
[0007]ブリッジ構造内の各軸は、所定の角度で互いに離間することができる。例えば、いくつかの実施形態において、第１のブリッジ構造の第１の軸と第２の軸との間の角度は約９０度とすることができ、第２の異なるブリッジ構造の第３の軸と第４の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【００１０】
[0008]いくつかの実施形態において、第２のブリッジ構造（又は角度センサ内の任意の他のブリッジ構造）は、第１のブリッジ構造に対してある角度（本明細書において、傾斜角と呼ばれる）だけ傾けることができ、それぞれのブリッジ構造の各軸は所定の角度で互いに離間することができる。例えば、第１のブリッジ構造の第１の基準軸と第２のブリッジ構造の第３の基準軸との間の傾斜角は、４５度のような、９０度の約数とすることができる。異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、それぞれの角度センサ内のブリッジ構造の数に少なくとも部分的に基づいて異なることができる。例えば、いくつかの実施形態において、異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、約−９０度〜約９０度の任意の角度を含むことができる。
【００１１】
[0009]角度センサ出力信号の角度誤差は、ブリッジ構造の数に対応する約数だけ低減することができる。例えば、各ブリッジ構造によって生成される出力の角度誤差は周期的である可能性がある。その角度誤差が互いに正反対であるように、更なるブリッジ構造を所定の角度で互いに傾けることができる。したがって、複数のブリッジ構造からの信号を平均するか、又は合成することによって、角度センサ内のブリッジ構造の数に少なくとも部分的に基づく約数だけ角度誤差を低減することができる。
【００１２】
[0010]いくつかの実施形態において、ブリッジ構造の１つ以上の磁気抵抗素子の層（例えば、基準層）のピンニングを変更する（例えば、強める）ことによって角度誤差を低減することができる。例えば、特定のブリッジ構造の１つ以上の磁気抵抗素子の層のピンニングが強くなるのに応じて、ブリッジ構造の角度誤差が減少する。したがって、特定のブリッジ構造の１つ以上の磁気抵抗素子の基準層のピンニングを強めることによって、角度誤差を更に低減することができる。
【００１３】
[0011]各ブリッジ構造は、第１の軸に沿って配置される正弦ブリッジと、第２の軸に沿って配置される余弦ブリッジとを含むことができる。正弦ブリッジは第１の軸に対する磁場の正弦を測定し、第１の軸に沿った磁場を示す正弦波信号を生成することができ、余弦ブリッジは、第２の軸に対する磁場の余弦を測定し、第２の異なる軸に沿った磁場を示す余弦波信号を生成することができる。したがって、本明細書において説明されるブリッジ構造は、磁場に対応する正弦波信号及び余弦波信号を生成することができる。
【００１４】
[0012]各ブリッジ構造は複数の磁気抵抗素子を含むことができる。磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ：ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）素子のうちの１つ以上を含むことができる。
【００１５】
[0013]第１の態様において、磁場の方向を検出する磁場角度センサが、第１の軸に沿った磁場を示す第１の正弦波信号と、第１の軸に直交する第２の軸に沿った磁場を示す第１の余弦波信号とを生成するように構成される第１のブリッジ構造と、第３の軸に沿った磁場を示す第２の正弦波信号と、第３の軸に直交する第４の軸に沿った磁場を示す第２の余弦波信号とを生成するように構成される第２のブリッジ構造とを含み、第１の軸と第３の軸との間の角度は９０度の約数である。
【００１６】
[0014]第１の軸と第３の軸との間の角度は約４５度とすることができる。いくつかの実施形態において、磁場角度センサは、第１のブリッジ構造及び第２のブリッジ構造を支持する基板を含む。
【００１７】
[0015]磁場角度センサは、磁場の方向を示す出力信号を計算するために、第１の正弦波信号、第１の余弦波信号、第２の正弦波信号、及び第２の余弦波信号に応答する回路を含むことができる。その回路は、第１の正弦波信号及び第１の余弦波信号の第１の逆正接を計算し、第２の正弦波信号及び第２の余弦波信号の第２の逆正接を計算する逆正接プロセッサを含むことができる。その回路は、第２の逆正接から第１の軸と第３の軸との間の角度を減算して、第３の逆正接を生成するように構成される差分素子を更に含むことができる。その回路は、磁場の方向を示す出力信号を与えるために、第１の逆正接及び第３の逆正接の平均値を計算するように構成される加算素子を含むことができる。
【００１８】
[0016]磁場角度センサは、第５の軸に沿った磁場を示す第３の正弦波信号と、第５の軸に直交する第６の軸に沿った磁場を示す第３の余弦波信号とを生成するように構成される第３のブリッジ構造と、第７の軸に沿った磁場を示す第４の正弦波信号と、第７の軸に直交する第８の軸に沿った磁場を示す第４の余弦波信号とを生成するように構成される第４のブリッジ構造とを含むことができる。第１の軸と第３の軸との間の角度は第１の角度を与えることができ、第５の軸と第１の軸との間の第２の角度は９０度の約数であり、第７の軸と第１の軸との間の第３の角度は９０度の約数である。一実施形態において、第１の角度、第２の角度、及び第３の角度は異なる角度である。
【００１９】
[0017]いくつかの実施形態において、第１の角度は約４５度とすることができ、第２の角度は約２２．５度とすることができ、第３の角度は約６７．５度とすることができる。
[0018]第１のブリッジ構造は、第１の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第１の複数の磁気抵抗素子と、第２の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第２の複数の磁気抵抗素子とを含むことができ、第２のブリッジ構造は、第３の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第３の複数の磁気抵抗素子と、第４の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第４の複数の磁気抵抗素子とを含むことができる。
【００２０】
[0019]第１、第２、第３及び第４の複数の磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を備える。
【００２１】
[0020]第１、第２、第３及び第４の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備え、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は約１ｋＯｅから約３ｋＯｅ（例えば、約１．２ｋＯｅから約２．５ｋＯｅ）に及ぶことができる。しかしながら、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、角度センサの適用例に少なくとも部分的に基づいて異なることができることは理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、１ｋＯｅより小さく、又は３ｋＯｅより大きくすることができる。
【００２２】
[0021]別の態様において、磁場の方向を検出するための方法、その方法は、第１の軸に沿った磁場を示す第１の正弦波信号と、第１の軸に直交する第２の軸に沿った磁場を示す第１の余弦波信号とを生成することと、第３の軸に沿った磁場を示す第２の正弦波信号と、第３の軸に直交する第４の軸に沿った磁場を示す第２の余弦波信号とを生成することとを含む。第１の軸と第３の軸との間の角度は９０度の約数とすることができる。
【００２３】
[0022]一実施形態において、第１の軸と第３の軸との間の角度は約４５度とすることができる。
[0023]その方法は、第１の正弦波信号、第１の余弦波信号、第２の正弦波信号、及び第２の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算することを含むことができる。いくつかの実施形態において、磁場の方向を計算することは、第１の正弦波信号及び第１の余弦波信号の第１の逆正接を求めることと、第２の正弦波信号及び第２の余弦波信号の第２の逆正接を求めることとを含む。
【００２４】
[0024]磁場の方向を計算することは、第２の逆正接から第１の軸と第３の軸との間の角度を減算して、第３の逆正接を生成することを含むことができる。いくつかの実施形態において、磁場の方向を計算することは、磁場の方向を示す出力信号を与えるために、第１の逆正接及び第３の逆正接の平均値を計算することを含むことができる。
【００２５】
[0025]その方法は、第５の軸に沿った磁場を示す第３の正弦波信号と、第５の軸に直交する第６の軸に沿った磁場を示す第３の余弦波信号とを生成することと、第７の軸に沿った磁場を示す第４の正弦波信号と、第７の軸に直交する第８の軸に沿った磁場を示す第４の余弦波信号とを生成することとを更に含むことができる。第１の軸と第３の軸との間の角度は第１の角度を与えることができ、第５の軸と第１の軸との間の第２の角度は９０度の約数であり、第７の軸と第１の軸との間の第３の角度は９０度の約数である。一実施形態において、第１の角度、第２の角度、及び第３の角度は異なる角度にすることができる。
【００２６】
[0026]いくつかの実施形態において、第１の角度は約４５度とすることができ、第２の角度は約２２．５度とすることができ、第３の角度は約６７．５度とすることができる。
[0027]第１の正弦波信号を生成することは、第１のブリッジ構造の第１の複数の磁気抵抗素子を用いて第１の軸に沿った磁場を検知することを含み、第１の余弦波信号を生成することは、第１のブリッジ構造の第２の複数の磁気抵抗素子によって第２の軸に沿った磁場を検知することを含む。第２の複数の磁気抵抗素子は、第１の複数の磁気抵抗素子に対して直交するように位置決めすることができる。
【００２７】
[0028]第２の正弦波信号を生成することは、第２のブリッジ構造の第３の複数の磁気抵抗素子によって第３の軸に沿った磁場を検知することを含み、第２の余弦波信号を生成することは、第２のブリッジ構造の第４の複数の磁気抵抗素子によって第４の軸に沿った磁場を検知することを含む。第４の複数の磁気抵抗素子は、第３の複数の磁気抵抗素子に対して直交するように位置決めすることができる。いくつかの実施形態において、第１、第２、第３及び第４の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を含み、基準層のピンニングは約１ｋＯｅから約３ｋＯｅ（例えば、約１．２ｋＯｅから約２．５ｋＯｅ）に及ぶことができる。
【００２８】
[0029]別の態様において、磁場の方向を検出する磁場角度センサが、第１の軸に沿った磁場を示す第１の正弦波信号と、第１の軸に直交する第２の軸に沿った磁場を示す第１の余弦波信号とを生成するための第１の手段と、第３の軸に沿った磁場を示す第２の正弦波信号と、第３の軸に直交する第４の軸に沿った磁場を示す第２の余弦波信号とを生成するための第２の手段とを含む。第１の軸と第３の軸との間の角度は９０度の約数とすることができる。
【００２９】
[0030]第１の軸と第３の軸との間の角度は約４５度とすることができる。
[0031]磁場角度センサは、第１の生成手段及び第２の生成手段を支持するための手段を更に含むことができる。磁場角度センサは、第１の正弦波信号、第１の余弦波信号、第２の正弦波信号、及び第２の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算するための手段を含むことができる。計算する手段は、第１の正弦波信号及び第１の余弦波信号の第１の逆正接と、第２の正弦波信号及び第２の余弦波信号の第２の逆正接とを求めるための手段を含むことができる。
【００３０】
[0032]計算する手段は、第２の逆正接から第１の軸と第３の軸との間の角度を減算して、第３の逆正接を生成するための手段を含むことができる。いくつかの実施形態において、計算する手段は、磁場の方向を示す出力信号を与えるために、第１の逆正接及び第３の逆正接の平均値を計算するための手段を含む。
【００３１】
[0033]磁場角度センサは、第５の軸に沿った磁場を示す第３の正弦波信号と、第５の軸に直交する第６の軸に沿った磁場を示す第３の余弦波信号とを生成するための第３の手段と、第７の軸に沿った磁場を示す第４の正弦波信号と、第７の軸に直交する第８の軸に沿った磁場を示す第４の余弦波信号とを生成するための第４の手段とを含むことができる。第１の軸と第３の軸との間の角度は第１の角度を与えることができ、第５の軸と第１の軸との間の第２の角度は９０度の約数であり、第７の軸と第１の軸との間の第３の角度は９０度の約数である。一実施形態において、第１の角度、第２の角度、及び第３の角度は異なる角度にすることができる。
【００３２】
[0034]第１の角度は約４５度とすることができ、第２の角度は約２２．５度とすることができ、第３の角度は約６７．５度とすることができる。
[0035]第１の生成手段は、第１の軸に沿った磁場を検知する第１の複数の磁気抵抗素子と、第２の軸に沿った磁場を検知する第２の複数の磁気抵抗素子とを備える第１のブリッジ構造を含み、第２の生成手段は、第３の軸に沿った磁場を検知する第３の複数の磁気抵抗素子と、第４の軸に沿った磁場を検知する第４の複数の磁気抵抗素子とを備える第２のブリッジ構造を含むことができる。
【００３３】
[0036]一実施形態において、第１、第２、第３及び第４の複数の磁場検知素子はそれぞれ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子のうちの１つ以上を含むことができる。第１、第２、第３及び第４の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備える。基準層のピンニングは、約１ｋＯｅから２ｋＯｅ（例えば、約１．２ｋＯｅから約２．５ｋＯｅ）に及ぶことができる。
【００３４】
[0037]添付の図面及び以下の説明において、本開示の１つ以上の実施形態の詳細が記載される。本開示の他の特徴、目的及び利点は、その説明及び図面から、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００３５】
[0038]これまでの特徴は、図面に関する以下の説明から更に十分に理解することができる。なお、図面において、同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】[0039]各ブリッジ構造が正弦ブリッジ及び余弦ブリッジを有する、角度センサの２つのブリッジ構造の図である。
【図１Ａ】[0040]基板上に配置され、磁石に相対する図１の２つのブリッジ構造を示す図である。
【図１Ｂ】[0041]単一のピン止め構成を有するＧＭＲ素子の層を示す図である。
【図２】[0042]各ブリッジ構造が正弦ブリッジ及び余弦ブリッジを有する、４つのブリッジ構造を有する角度センサの図である。
【図２Ａ】[0043]共通のブリッジ構造の軸間の異なる角度の図である。
【図２Ｂ】[0044]異なるブリッジ構造の軸間の異なる傾斜角の図である。
【図３】[0045]異なる数のブリッジ構造を有する角度センサに関するピンニング強度の関数としての角度誤差を示すプロット図である。
【図４】[0046]２つのブリッジ構造を有する角度センサを示すブロック図である。
【図５】[0047]４つのブリッジ構造を有する角度センサを示すブロック図である。
【図６】[0048]磁場の方向を検出するための方法のフロー図である。
【図６Ａ】[0048]磁場の方向を検出するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
[0049]本発明を説明する前に、いくつかの導入的な概念及び専門用語が説明される。
[0050]知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子、例えば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、及び磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子とも呼ばれるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子がある。
【００３８】
[0051]これらの磁気抵抗素子のうち、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、スピン電子工学（すなわち、電子スピン）によって動作し、その抵抗は、非磁性層によって分離される異なる磁性層の磁場配向に関連する。スピン値構成において、抵抗は、別の層、いわゆる、「基準層」に対する、いわゆる、「フリー層」内の磁化の角度方向に関連する。フリー層及び基準層は後に更に十分に説明される。
【００３９】
[0052]磁気抵抗素子は単一の素子とすることができるか、又は代替的には、種々の構成に配置される２つ以上の磁気抵抗素子、例えば、ハーフブリッジ又はフル（ホイートストン）ブリッジを含むことができる。
【００４０】
[0053]本明細書において使用されるときに、「磁場角度センサ」という用語は、一般に他の回路と組み合わせて、磁場検知素子を使用する回路を記述するために使用される。通常の磁場センサでは、磁場検知素子及び他の回路は共通の基板上に集積することができる。
【００４１】
[0054]ここで図１を参照すると、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２を有する角度センサ１００が示される。第１のブリッジ構造１０２は第１の正弦ブリッジ１０４及び第１の余弦ブリッジ１０６を含み、第２のブリッジ構造１１２は第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６を含む。角度センサ１００は、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６のそれぞれから生成される信号に部分的に基づいて、磁場の方向を検出するように構成することができる。
【００４２】
[0055]例えば、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２は、グラジオメータとして形成することができ、磁場の異なる特性を検出するように構成することができる。第１のブリッジ構造１０２の第１の正弦ブリッジ１０４及び第２のブリッジ構造１１２の第２の正弦ブリッジ１１４は、磁場の正弦を測定することができる。第１のブリッジ構造１０２の第１の余弦ブリッジ１０６及び第２のブリッジ構造１１２の第２の余弦ブリッジ１１６は磁場の余弦を測定することができる。したがって、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２はそれぞれ、磁場の正弦特性及び余弦特性を測定することができる。
【００４３】
[0056]より詳細には、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６はそれぞれ、それぞれの軸に沿った磁場の投影及び／又は特性を測定することができる。例えば、図１に示されるように、第１の正弦ブリッジ１０４は第１の軸１４２に沿って配置され、第１の余弦ブリッジ１０６は第２の軸１４４に沿って配置される。一実施形態において、第１の軸１４２と第２の軸１４４との間の角度は約９０度とすることができる。また、図１に示されるように、第２の正弦ブリッジ１１４は第３の軸１４６に沿って配置され、第２の余弦ブリッジ１１６は第４の軸１４８に沿って配置される。一実施形態において、第３の軸１４６と第４の軸１４８との間の角度１４７は約９０度とすることができる。
【００４４】
[0057]第２のブリッジ構造１１２の第３の軸１４６及び第４の軸１４８は、第１のブリッジ構造１０２の第１の軸１４２及び第２の軸１４４に対して、ある角度（すなわち、傾斜角）だけ傾けることができ、その角度は９０度の約数である。例えば、第１の軸１４２と第３の軸１４６との間の傾斜角１４５は約４５度とすることができ、第２の軸１４４と第４の軸１４８との間の傾斜角１４９は約４５度とすることができる。異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角１４５、１４９は、特定の角度センサのブリッジ構造の数に少なくとも部分的に基づいて異なることができることは理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、約−９０度〜約９０度の任意の角度を含むことができる。
【００４５】
[0058]第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２はそれぞれ複数の磁気抵抗素子を含む。例えば、図１に示されるように、第１の正弦ブリッジ１０４は複数の磁気抵抗素子１２４ａ〜１２４ｄを含み、第１の余弦ブリッジ１０６は複数の磁気抵抗素子１２６ａ〜１２６ｄを含み、第２の正弦ブリッジ１１４は複数の磁気抵抗素子１３４ａ〜１３４ｄを含み、第２の余弦ブリッジ１１６は複数の磁気抵抗素子１３６ａ〜１３６ｄを含む。図１は、各ブリッジ構造が４つの磁気抵抗素子を有することを示すが、本明細書において説明されるブリッジ構造は、角度センサ１００の特定の適用例に少なくとも部分的に基づいて、それより多くの、又は少ない磁気抵抗素子を含む場合があることは理解されたい。
【００４６】
[0059]第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６はそれぞれ、電圧源端子（例えば、Ｖｃｃ）１６２に結合される第１の端子と、接地端子１６０に結合される第２の端子とを有することができる。他の実施形態では、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６はそれぞれ、電流源端子（例えば、Ｉｃｃ）に結合される第１の端子と、接地端子１６０に結合される第２の端子とを有することができる。
【００４７】
[0060]ここで、図１Ａを参照すると、角度センサ１００が、基板１７０の第１の表面１７２上に配置される第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２を含む。角度センサ１００は、磁石１５０が軸１５２の周りを回転するのに応じて、磁石１５０によって生成される磁場１５４の方向を検出するように構成することができる。磁石１５０はＮ極１５６及びＳ極１５８を含むことができ、磁場１５４（例えば、磁場の磁束線）がＮ極１５６とＳ極１５８との間に延在することができる。
【００４８】
[0061]角度センサ１００は、複数の異なる軸１４２、１４４、１４６、１４８のそれぞれに沿った磁場１５４の投影を測定することができる。例えば、第１の正弦ブリッジ１０４は第１の軸１４２に沿った磁場１５４の成分を測定し、第１の軸１４２に沿った磁場１５４を示す第１の正弦波信号を生成することができる。第１の余弦ブリッジ１０６は第２の軸１４４に沿った磁場１５４の成分を測定し、第２の軸１４４に沿った磁場１５４を示す第１の余弦波信号を生成することができる。第２の正弦ブリッジ１１４は第３の軸１４６に沿った磁場１５４の成分を測定し、第３の軸１４６に沿った磁場１５４を示す第２の正弦波信号を生成することができる。第２の余弦ブリッジ１１６は第４の軸１４８に沿った磁場１５４の成分を測定し、第４の軸１４８に沿った磁場１５４を示す第２の余弦波信号を生成することができる。図４及び図５に関して後に更に詳細に説明されるように、第１の正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６の出力は、磁場１５４の方向を特定するために、平均することができるか、又は別の方法で比較することができる。
【００４９】
[0062]正弦ブリッジ１０４、第１の余弦ブリッジ１０６、第２の正弦ブリッジ１１４及び第２の余弦ブリッジ１１６がそれぞれ異なる軸１４２、１４４、１４６、１４８に対して位置決めされるので、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２はそれぞれ少なくとも２つの軸に沿った磁場１５４の成分を測定することができる。角度センサ１００によって生成される出力信号の角度誤差パーセンテージをブリッジ構成要素の数に対応する約数だけ低減できるように、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２は、異なる角度における磁場１５４の成分を測定することができる。
【００５０】
[0063]例えば、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２によって生成される信号の角度誤差は周期的である可能性がある。しかしながら、図１及び図１Ａに示されるように、各ブリッジ構造からの信号に関連付けられるそれぞれの角度誤差が互いに正反対であるような傾斜角で、第２のブリッジ構造１１２の軸を第１のブリッジ構造１０２の軸に対して傾けることができる。第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２の出力を平均することができるか、又は２つの出力間の平均値を求めることができ、角度センサ１００内のブリッジ構造の数、ここでは２つに部分的に基づいて低減された誤差角度を有する。一実施形態において、第１の軸１４２と第３の軸１４６との間の傾斜角１４５及び第２の軸１４４と第４の軸１４８との間の傾斜角１４９は、角度センサ１００の角度誤差を低減するように選択することができる。
【００５１】
[0064]ここで図１Ｂを参照すると、磁場検知素子１７５（例えば、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子）が、基板上の上方にわたって配置される複数の層を含む。磁場検知素子１７５は、図１及び図１Ａに関して上記で説明される磁気抵抗素子、及び図２に関して後に説明される磁気抵抗素子と同じ、又は概ね類似とすることができる。
【００５２】
[0065]基板の上面が図１Ｂの底部にある下端の線として示される。一実施形態において、磁場検知素子１７５を含む角度センサの角度誤差を低減するように、磁場検知素子１７５の基準層のピンニング強度又はピンニングファクタを変更することができる。例えば、特定のブリッジ構造の１つ以上の磁気抵抗素子の層のピンニングファクタが高くなるのに応じて、ブリッジ構造の角度誤差が減少する。
【００５３】
[0066]いくつかの実施形態において、本明細書において説明される各ブリッジ構造は、複数の磁気抵抗素子を含むことができる。各磁気抵抗素子は基準層及びフリー層を含むことができる。基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は約１ｋＯｅから約３ｋＯｅに及ぶことができる。いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、約１．２ｋＯｅから約２．５ｋＯｅに及ぶことができる。しかしながら、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、角度センサの適用例に少なくとも部分的に基づいて異なることができることは理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、１ｋＯｅより小さく、又は３ｋＯｅより大きくすることができる。
【００５４】
[0067]一実施形態において、基準層は、限定はしないが、強磁性層１８０ｃのような強磁性層を指すことができる。スペーサ層は磁場検知素子１７５の感度特性（例えば、感度軸）を変更することができるので、基準層は、ピン止め層１８０のうちの、このスペーサ層（ここでは、スペーサ（ＣＵ）層１８２）と接合している層を指すことができる。フリー層及び基準層は後に更に十分に説明される。
【００５５】
[0068]図１Ｂの左側において、各層が機能名によって特定される。図１Ｂの右側には、機能層を形成することができるサブ層の磁気特性が示される。一般に、磁性材料は、様々な磁気特性を有することができ、限定はしないが、強磁性、反強磁性及び非磁性を含む、種々の用語によって分類することができる。様々なタイプの磁性材料の説明は、本明細書では詳述されない。
【００５６】
[0069]図示されるように、磁場検知素子１７５は、基板の上方にわたって配置されるシード層１７６と、シード層１７６の上方にわたって配置される反強磁性ピンニング層１７８と、反強磁性ピンニング層１７６の上方にわたって配置されるピン止め層１８０とを含むことができる。ピン止め層１８０は、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃと、その間に配置されるスペーサ層１８０ｂとから構成することができる。
【００５７】
[0070]また、磁場検知素子１７５は、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃの上方にわたって配置されるスペーサ層１８２と、スペーサ層１８２の上方にわたって配置されるフリー層１８４とを含むことができる。スペーサ層１８０ｂは非磁性金属層である。スペーサ１８２も非磁性層であり、ＧＭＲの場合には金属、ＴＭＲの場合には絶縁体とすることができる。フリー層１８４は、第１の強磁性フリー層１８４ａ及び第２の強磁性フリー層１８４ｂから構成することができる。
【００５８】
[0071]磁場検知素子１７５を保護するために、フリー層１８４の上方にわたってキャップ層１８６を配置することができる。
[0072]磁場検知素子１７５の層の厚さの例がナノメートル単位で示される。従来の先行技術のＧＭＲ素子の層の材料の例が原子記号によって示される。
【００５９】
[0073]いくつかの層内に矢印が示されており、矢印は、磁場検知素子１７５が外部磁場を受けないときの層の磁場の方向を示すか、又は磁場の方向である。紙面から出る矢印が円内の丸印として示され、紙面に入る矢印が円内のバツ印として示される。
【００６０】
[0074]下から上向きに層を考えるとき、シード層１７６は、基板上に規則的な結晶構造を設けるために使用され、その結晶構造が、上方の層の結晶特性に影響を及ぼす。
[0075]反強磁性ピンニング層１７８に関して、反強磁性ピンニング層１７８内のサブ層（すなわち、層部分）は、右矢印及び左矢印によって示される交互の異なる方向を指し示す磁場を有する傾向があり、結果として、反強磁性ピンニング層は０の正味の磁場を有する。反強磁性ピンニング層１７８の上面は、１つの方向を指し示す磁気モーメントを有する傾向があり、ここでは左を指し示す。
【００６１】
[0076]一実施形態において、強磁性ピン止め層１８０ｃのピンニングファクタを高めることによって、角度センサの角度誤差パーセンテージを低減することができる。例えば、磁場検知素子１７５の層のピンニングファクタを変更するために、形状、厚さ又は他の形の寸法を変更して、磁場検知素子１７５の層のピンニングファクタを高めることができる。
【００６２】
[0077]ピンニングファクタは、少なくとも２つの異なる技法によって変更（又は生成）することができる。後に更に詳細に説明されるように、いくつかの実施形態において、合成反強磁性体（ＳＡＦ：ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ）を用いてピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。
【００６３】
[0078]他の実施形態では、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと反強磁性ピンニング層１７８との間のピンニングを変更することによって、ピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。例えば、ピンニングファクタを高めるために、スペーサ１８０ｂを薄くすることによって、又はスペーサ１８０ｂの材料を変更すること（例えば、Ｒｕの代わりにＲｈ）によって、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと第２の強磁性ピン止め層１８０ｃとの間の結合を強めることができる。いくつかの実施形態において、更なる結合がスペーサ１８０ｂを通しての結合を相殺できるように、磁場検知素子１７５が配置される基板の表面を平滑にすることができるか、又は基板の表面粗さを低減することができる。第１の強磁性ピン止め層１８０ａによって放出される磁場（例えば、磁場の磁束線）を第２の強磁性ピン止め層１８０ｃによって補償できるように、第１の強磁性ピン止め層１８０ａ及び第２の強磁性ピン止め層１８０ｃの厚さ及び磁化のバランスをとり、ＳＡＦのバランスを保つことができる。いくつかの実施形態において、反強磁性ピンニング層１７８を厚くして、反強磁性ピンニング層１７８の異方性を強めることができる。
【００６４】
[0079]ピン止め層１８０に関して、第１の強磁性ピン止め層１８０ａは反強磁性ピンニング層１７８の上面に結合する傾向があり、それゆえ、第１の強磁性ピン止め層１８０ａ内の磁場は、反強磁性ピンニング層１７８の上面における磁気モーメントに平行に揃うことができ、ここでは左を指し示す。
【００６５】
[0080]第１の強磁性ピン止め層１８０ａと第２の強磁性ピン止め層１８０ｃとの間のスペーサ層１８０ｂの存在に起因して、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃは、第１の強磁性ピン止め層１８０ａと反強磁性的に結合する傾向があり、それゆえ、他の方向を指し示す磁場を有し、ここでは右を指し示すように示される。３つの層１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃの組み合わせは、合成反強磁性構造又は層と呼ぶことができる。
【００６６】
[0081]第１のフリー層１８４ａ及び第２のフリー層１８４ｂは、外部磁場が存在しない場合に、紙面から出るように指し示すそれぞれの磁場を有する。この指し示す方向は、紙面から出るように指し示す方向に沿って特定の異方性を生み出すことによって達成することができる。その異方性は、それぞれの磁場検知素子（例えば、ＧＭＲ素子）の形状によって生み出すことができる。例えば、異方性は、ヨーク形状を有するように磁場検知素子１７５をパターニングすることによって（平面図）、又は結晶若しくは磁気異方性によって生み出すことができる。ヨーク形状を作り出すことによって、フリー層１８４は優先軸（ヨーク軸）を有する。ヨーク軸が基準磁化に対して垂直である場合には、交差異方性（ｃｒｏｓｓｅｄ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を達成することができ、それにより、フリー層異方性の秩序場拡張（ｆｉｅｌｄ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｏｒｄｅｒ）に対して線形応答が得られるようにする。
【００６７】
[0082]動作時に、磁場検知素子１７５が矢印１８８の方向を指し示す外部磁場に晒されるとき、強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場は、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場が指し示す方向に更に整列する（又は完全に整列する、すなわち、右を指し示す）ように、右に回転する傾向がある。一実施形態において、スペーサ層１８０ｂを通しての第１の強磁性ピン止め層１８０ａと第２の強磁性ピン止め層１８０ｃとの間の結合は、Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ（ＲＫＫＹ）結合と呼ぶことができる。ピン止め層１８０ａ、１８０ｃは、外部磁場に反応しない単一のユニットとしての役割を果たすことができる。したがって、ピンニング層１７８は、ピン止め層１８０ａ、１８０ｃの感度の方向及び軸を固定するように構成することができる。例えば、ピン止め層１８０内の磁化は、反強磁性ピンニング層によってピン止めされ、回転しない。強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場の回転量は、外部磁場の大きさによって決まる。強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場と、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場の方向とが整列するほど、磁場検知素子１７５の抵抗が下がる傾向がある。
【００６８】
[0083]逆に、ＧＭＲ素子が矢印１８８の正反対の方向を指す磁場に晒されるとき、フリー層１８４内の磁場は、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場が指し示す方向と更に非整列になる（又は完全に非整列になる、すなわち、左を指し示す）ように、左に回転する傾向がある。回転量は、外部磁場の大きさによって決まる。強磁性フリー層１８４ａ、１８４ｂ内の磁場と、第２の強磁性ピン止め層１８０ｃ内の磁場の方向とが非整列になるほど、磁場検知素子１７５の抵抗が上がる傾向がある。
【００６９】
[0084]ここで図２〜図２Ｂを参照すると、角度センサ２００が第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２を含む。角度センサ２００は角度センサ１００に類似とすることができるが、角度センサ２００は４つのブリッジ構造を有する。
【００７０】
[0085]第１のブリッジ構造２０２は第１の正弦ブリッジ２０４及び第１の余弦ブリッジ２０６を含み、第２のブリッジ構造２１２は、第２の正弦ブリッジ２１４及び第２の余弦ブリッジ２１６を含む。第３のブリッジ構造２２２は第３の正弦ブリッジ２２４及び第３の余弦ブリッジ２２６を含み、第４のブリッジ構造２３２は第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６を含む。角度センサ２００は、第１の正弦ブリッジ２０４、第１の余弦ブリッジ２０６、第２の正弦ブリッジ２１４、第２の余弦ブリッジ２１６、第３の正弦ブリッジ２２４、第３の余弦ブリッジ２２６、第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６のそれぞれから生成される信号に部分的に基づいて、磁場の方向を検出するように構成することができる。
【００７１】
[0086]例えば、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２はそれぞれ、異なる軸に関する磁場成分の正弦及び余弦を測定することができる。第１のブリッジ構造２０２の第１の正弦ブリッジ２０４、第２のブリッジ構造１１２の第２の正弦ブリッジ２１４、第３のブリッジ構造２２２の第３の正弦ブリッジ２２４及び第４のブリッジ構造２３２の第４の正弦ブリッジ２３４は、磁場の正弦を測定することができる。第１のブリッジ構造２０２の第１の余弦ブリッジ２０６、第２のブリッジ構造２１２の第２の余弦ブリッジ２１６、第３のブリッジ構造２２２の第３の余弦ブリッジ２２６及び第４のブリッジ構造２３２の第４の余弦ブリッジ２３６は、磁場の余弦を測定することができる。
【００７２】
[0087]第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２のそれぞれの正弦ブリッジ及び余弦ブリッジは、異なる軸に沿った磁場の投影及び／又は特性を測定することができる。例えば、図２に示されるように、第１の正弦ブリッジ２０４は第１の軸２５０に沿って配置され、第１の余弦ブリッジ２０６は第２の軸２５２に沿って配置される。一実施形態において、第１の軸２５０と第２の軸２５２との間の角度２５１は約９０度とすることができる（図２Ａ）。第２の正弦ブリッジ２１４は第３の軸２５４に沿って配置され、第２の余弦ブリッジ２１６は第４の軸２５８に沿って配置される。一実施形態において、第３の軸２５４と第４の軸２５８との間の角度２５５は約９０度とすることができる（図２Ａ）。
【００７３】
[0088]また、図２に示されるように、第３の正弦ブリッジ２２４は第５の軸２６０に沿って配置され、第３の余弦ブリッジ２２６は第６の軸２６２に沿って配置される。一実施形態において、第５の軸２６０と第６の軸２６２との間の角度２６１は約９０度とすることができる（図２Ａ）。第４の正弦ブリッジ２３４は第７の軸２６４に沿って配置され、第４の余弦ブリッジ２３６は第８の軸２６８に沿って配置される。一実施形態において、第７の軸２６４と第８の軸２６６との間の角度２６５は約９０度とすることができる（図２Ａ）。
【００７４】
[0089]異なるブリッジ構造は互いに種々の傾斜角において傾けることができる。例えば、図２Ｂに示されるように、各ブリッジ構造の正弦ブリッジを考えると、第３の軸２５４は第１の軸２５０に対して第１の傾斜角２５３に配置することができる。第４の軸２５８は第２の軸２５２に対して第２の傾斜角２５７に配置することができる。第７の軸２６４は第５の軸２６０に対して第３の傾斜角２６３に配置することができる。第８の軸２６８は第６の軸２６２に対して第４の傾斜角２６７に配置することができる。一実施形態において、第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は異なることができる。いくつかの実施形態において、第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７のうちの１つ以上は同じとすることができる。いくつかの実施形態において、第５の軸２６０は第１の軸２５０に対して第５の傾斜角２６９に配置することができる。異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は約−９０度〜約９０度の任意の角度を含むことができることは理解されたい。
【００７５】
[0090]第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は、約９０度の約数、及び／又は約４５度の約数とすることができる。いくつかの実施形態において、第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２の誤差パーセンテージが正反対になるように選択することができる。
【００７６】
[0091]第１の傾斜角２５３、第２の傾斜角２５７、第３の傾斜角２６３及び第４の傾斜角２６７は、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２の異なる軸のそれぞれが均等に離間されるように選択することができる。例えば、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２の異なる軸は第１のブリッジ構造２０２に対して傾けることができる。異なる傾斜角は互いの約数又は倍数とすることができる。そのような実施形態において、第２のブリッジ構造２１２及び第１のブリッジ構造２０２の軸間の第１の傾斜角は約４５度とすることができ、第３のブリッジ構造２２２及び第１のブリッジ構造２０２の軸間の第２の傾斜角は約２２．５度とすることができ、第４のブリッジ構造２３２及び第１のブリッジ構造２０２の軸間の第３の傾斜角は約６７．５度とすることができる。
【００７７】
[0092]異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、角度センサの特定の適用例に少なくとも基づいて選択できることは理解されたい。いくつかの実施形態において、異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は反復方法を用いて選択することができる。例えば、互いに約９０度に配置される余弦ブリッジ及び正弦ブリッジを有する第１のブリッジ構造を生成することができる。その際、後続の各ブリッジ構造は約９０度に配置される余弦ブリッジ及び正弦ブリッジを含むことができ、後続の各ブリッジ構造は、それぞれの角度センサ内の第１のブリッジ構造又は任意の他のブリッジ構造に対して、ある傾斜角で傾けることができる。このようにして、後続の各ブリッジ構造の余弦ブリッジは、第１のブリッジ構造の余弦ブリッジに対して傾けることができ、後続の各ブリッジ構造の正弦ブリッジは、第１のブリッジ構造の正弦ブリッジに対して傾けることができる。いくつかの実施形態において、角度センサはブリッジ構造の１つ以上のグループを含むことができ、ブリッジ構造の各グループは２つ以上のブリッジ構造を有する。
【００７８】
[0093]第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２はそれぞれ複数の磁気抵抗素子を含む。例えば、図２に示されるように、第１の正弦ブリッジ２０４は複数の磁気抵抗素子２０８ａ〜２０８ｄを含み、第１の余弦ブリッジ２０６は複数の磁気抵抗素子２１０ａ〜２１０ｄを含み、第２の正弦ブリッジ２１４は複数の磁気抵抗素子２１８ａ〜２１８ｄを含み、第２の余弦ブリッジ２１６は複数の磁気抵抗素子２２０ａ〜２２０ｄを含む。第３の正弦ブリッジ２２４は複数の磁気抵抗素子２２８ａ〜２２８ｄを含み、第３の余弦ブリッジ２２６は複数の磁気抵抗素子２３０ａ〜２３０ｄを含み、第４の正弦ブリッジ２３４は複数の磁気抵抗素子２４０ａ〜２４０ｄを含み、第４の余弦ブリッジ２３６は複数の磁気抵抗素子２３８ａ〜２３８ｄを含む。
【００７９】
[0094]第１の正弦ブリッジ２０４、第１の余弦ブリッジ２０６、第２の正弦ブリッジ２１４、第２の余弦ブリッジ２１６、第３の正弦ブリッジ２２４、第３の余弦ブリッジ２２６、第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６の第１の端子は、電圧源端子（例えば、Ｖｃｃ）２７２に結合することができる。第１の正弦ブリッジ２０４、第１の余弦ブリッジ２０６、第２の正弦ブリッジ２１４、第２の余弦ブリッジ２１６、第３の正弦ブリッジ２２４、第３の余弦ブリッジ２２６、第４の正弦ブリッジ２３４及び第４の余弦ブリッジ２３６の第２の端子は、接地端子２７４に結合することができる。
【００８０】
[0095]ここで図３を参照すると、プロット図３００が、３つの異なる角度センサ３０２、３０４、３０６に関して角度センサの基準層のピンニングファクタが変化するときの角度センサに関する角度誤差（例えば、絶対角度誤差）の変化を示し、角度誤差値が垂直軸（例えば、ｙ軸）に沿って与えられ、ピンニングファクタが水平軸（例えば、ｘ軸）に沿ってキロエルステッド単位（ｋＯｅ）において与えられる。詳細には、ライン３０２は、１つのブリッジ構造を有する角度センサに関する角度誤差を示し、ライン３０４は、２つのブリッジ構造を有する角度センサ（例えば、図１の角度センサ１００）に関する角度誤差を示し、ライン３０６は４つのブリッジ構造を有する角度センサ（例えば、図２の角度センサ２００）に関する角度誤差を示す。
【００８１】
[0096]図３に示されるように、ピンニングファクタが高くなるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。さらに、角度センサ内のブリッジ構造の数が増えるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。例えば、ライン３０２は１つのブリッジ構造を有する角度センサに対応する。ライン３０２に関して、ピンニングファクタが第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅから、第２のピンニングファクタ値３２０、ここでは３ｋＯｅまで高くなるのに応じて、角度誤差パーセンテージが減少する。
【００８２】
[0097]しかしながら、角度センサ内のブリッジ構造の数を増やすことによって、角度センサに関する絶対角度誤差のより大きい減少を達成することができる。例えば、ライン３０４は２つのブリッジ構造を有する角度センサに対応する。ライン３０４に関して、第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅにおいて、２つのブリッジ構造を有する角度センサは、ライン３０２によって表される１つのブリッジ構造を有する角度センサに比べて、小さい絶対角度を有する。さらに、ピンニングファクタが第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅから、第２のピンニングファクタ値３２０、ここでは３ｋＯｅまで高くなるのに応じて、ライン３０４（すなわち、２つのブリッジ構造を有する角度センサ）は、ライン３０２によって表される１つのブリッジ構造を有する角度センサに比べて、受ける角度誤差の減少が大きい（例えば、ライン３０２に比べて、ライン３０４の変化率が大きい）。
【００８３】
[0098]ライン３０６は４つのブリッジ構造を有する角度センサに対応し、第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅにおいて、４つのブリッジ構造を有する角度センサは、２つのブリッジ構造を有する角度センサ（ライン３０４）及び／又は１つのブリッジ構造を有する角度センサ（ライン３０２）に比べて小さい絶対角度誤差を有する。さらに、ピンニングファクタが第１のピンニングファクタ値３１０、ここでは１ｋＯｅから、第２のピンニングファクタ値３２０、ここでは３ｋＯｅまで高くなるのに応じて、ライン３０６（すなわち、４つのブリッジ構造を有する角度センサ）は、ライン３０４によって表される２つのブリッジ構造を有する角度センサ及び／又はライン３０２によって表される１つのブリッジ構造を有する角度センサに比べて、受ける角度誤差の減少が大きい（例えば、ライン３０４及びライン３０２に比べて、ライン３０６の変化率が大きい）。それゆえ、角度センサのピンニングファクタを高めることによって、角度センサ内のブリッジ構造の数を増やすことによって、又は両方の組み合わせによって、角度センサに関する角度誤差パーセンテージを低減することができる。
【００８４】
[0099]ここで図４を参照すると、ブロック図４００が、第１の余弦ブリッジモジュール４０２、第１の正弦ブリッジモジュール４０４、第２の余弦ブリッジモジュール４０６及び第２の正弦ブリッジモジュール４０８を含む。一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール４０２、第１の正弦ブリッジモジュール４０４、第２の余弦ブリッジモジュール４０６及び第２の正弦ブリッジモジュール４０８は、図１の第１の余弦ブリッジ１０６、第１の正弦ブリッジ１０４、第２の余弦ブリッジ１１４及び第２の正弦ブリッジ１１４の出力にそれぞれ対応することができる。
【００８５】
[0100]回路４００は、図１の角度センサ１００の構成要素に結合することができ、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２によって生成される出力信号（正弦波信号及び余弦波信号）を処理して、第１のブリッジ構造１０２及び第２のブリッジ構造１１２によって測定される磁場の方向を示す出力信号を生成するように構成することができる。
【００８６】
[0101]第１の余弦ブリッジモジュール４０２の出力が第１の逆正接モジュール４１０の第１の入力に結合され、第１の正弦ブリッジモジュール４０４の出力が第１の逆正接モジュール４１０の第２の入力に結合される。一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール４０２の出力は第１の余弦波信号とすることができ、第１の正弦ブリッジモジュール４０４の出力は第１の正弦波信号とすることができる。第１の逆正接モジュール４１０は、第１の正弦波信号及び第１の余弦波信号に基づいて、第１の逆正接値を計算することができる。
【００８７】
[0102]第１の逆正接モジュール４１０の出力が、加算モジュール４１８の第１の入力に結合され、第１の逆正接値を与える。
[0103]第２の余弦ブリッジモジュール４０６の出力が第２の逆正接モジュール４１２の第１の入力に結合され、第２の正弦ブリッジモジュール４０８の出力が第２の逆正接モジュール４１２の第２の入力に結合される。一実施形態において、第２の余弦ブリッジモジュール４０４の出力は第２の余弦波信号とすることができ、第２の正弦ブリッジモジュール４０４の出力は第２の正弦波信号とすることができる。第２の逆正接モジュール４１２は、第２の正弦波信号及び第２の余弦波信号に基づいて、第２の逆正接値を計算することができる。
【００８８】
[0104]第２の逆正接モジュール４１２の出力が、差分素子４１４の第１の入力に結合され、第２の逆正接値を与える。差分素子４１４の第２の入力が傾斜角４１６を受信するように結合される。傾斜角４１６は、正又は負の角度値とすることができる。
【００８９】
[0105]傾斜角４１６は、第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と第２のブリッジ構造（又はそれぞれの角度センサ内の任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。例えば、一実施形態において、傾斜角４１６は、図１の第２のブリッジ構造１１２の第３の軸１４６及び第４の軸１４８が図１の第１のブリッジ構造１０２の第１の軸１４２及び第２の軸１４４に対してそれぞれ傾けられる傾斜角１４５、１４９に対応することができる。別の言い方をすると、傾斜角４１６は、図１の第１の軸１４２と第３の軸１４６との間の第１の傾斜角１４５に、及び／又は図１の第２の軸１４４と第４の軸１４８との間の第２の傾斜角１４９に対応することができる。
【００９０】
[0106]差分素子４１４は、第２の逆正接値に傾斜角値４１６を適用して、差分値（例えば、第３の逆正接値）を生成することができる。いくつかの実施形態において、差分素子４１４は、第２の逆正接値から傾斜角４１６を減算して、差分値を生成することができる。他の実施形態では、差分素子４１４は、第２の逆正接値に負の傾斜角４１６を加算し、差分値を生成することができる。
【００９１】
[0107]差分素子４１４の出力が、加算モジュール４１８の第２の入力に結合することができる。加算モジュール４１８は、第１の逆正接値及び差分値（例えば、第３の逆正接値）を受信し、第１の逆正接値及び差分値の平均値を計算することができる。加算モジュール４１８の出力は、求められた平均値である出力信号４２０である。一実施形態において、出力信号４２０は、磁場の方向を示すことができる。
【００９２】
[0108]ここで図５を参照すると、回路５００が、第１のブリッジ構造の出力に対応する第１の余弦ブリッジモジュール５０２及び第１の正弦ブリッジモジュール５０４と、第２のブリッジ構造の出力に対応する第２の余弦ブリッジモジュール５０６及び第２の正弦ブリッジモジュール５０８とを含む。回路５００は、第３のブリッジ構造の出力に対応する第３の余弦ブリッジモジュール５１０及び第３の正弦ブリッジモジュール５１２と、第４のブリッジ構造の出力に対応する第４の余弦ブリッジモジュール５１４及び第４の正弦ブリッジモジュール５１６とを更に含む。
【００９３】
[0109]回路５００は、図２の角度センサ２００の構成要素に結合することができ、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２によって生成される出力信号（正弦波信号及び余弦波信号）を処理して、第１のブリッジ構造２０２、第２のブリッジ構造２１２、第３のブリッジ構造２２２及び第４のブリッジ構造２３２によって測定される磁場の方向を示す出力信号を生成するように構成することができる。
【００９４】
[0110]一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール５０２、第１の正弦ブリッジモジュール５０４、第２の余弦ブリッジモジュール５０６、第２の正弦ブリッジモジュール５０８、第３の余弦ブリッジモジュール５１０、第３の正弦ブリッジモジュール５１２、第４の余弦ブリッジモジュール５１４及び第４の正弦ブリッジモジュール５１６は、図２の第１の余弦ブリッジ２０６、第１の正弦ブリッジ２０４、第２の余弦ブリッジ２１６、第２の正弦ブリッジ２１４、第３の余弦ブリッジ２２６、第３の正弦ブリッジ２２４、第４の余弦ブリッジ２３６及び第４の正弦ブリッジ２３４の出力にそれぞれ対応することができる。
【００９５】
[0111]図５に示されるように、第１の余弦ブリッジモジュール５０２の出力が第１の逆正接モジュール５２０の第１の入力に結合され、第１の正弦ブリッジモジュール５０４の出力が第１の逆正接モジュール５２０の第２の入力に結合される。一実施形態において、第１の余弦ブリッジモジュール５０２の出力は第１の余弦波信号とすることができ、第１の正弦ブリッジモジュール５０４の出力は第１の正弦波信号とすることができる。第１の逆正接モジュール５２０は、第１の正弦波信号及び第１の余弦波信号に基づいて、第１の逆正接値を計算することができる。
【００９６】
[0112]第１の逆正接モジュール５２０の出力が、加算モジュール５５０の第１の入力に結合され、第１の逆正接値を与える。
[0113]第２の余弦ブリッジモジュール５０６の出力が第２の逆正接モジュール５２２の第１の入力に結合され、第２の正弦ブリッジモジュール５０８の出力が第２の逆正接モジュール５２２の第２の入力に結合される。一実施形態において、第２の余弦ブリッジモジュール５０６の出力は第２の余弦波信号とすることができ、第２の正弦ブリッジモジュール５０８の出力は第２の正弦波信号とすることができる。第２の逆正接モジュール５２２は、第２の正弦波信号及び第２の余弦波信号に基づいて、第２の逆正接値を計算することができる。
【００９７】
[0114]第２の逆正接モジュール５２２の出力が、第１の差分素子５３２の第１の入力に結合され、第２の逆正接値を与える。第１の差分素子５３２の第２の入力が、第１の傾斜角５４２を受信するように結合される。第１の傾斜角５４２は、正又は負の角度値とすることができる。
【００９８】
[0115]第１の傾斜角５４２、第２の傾斜角５４４及び第３の傾斜角５４６は、異なるブリッジ構造のブリッジ又は軸間の傾斜角（例えば、図２Ｂの傾斜角２５３、２５７、２６３、２６７）に対応することができる。例えば、第１の傾斜角５４２は第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と、第２のブリッジ構造（又は任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。一実施形態において、第１の傾斜角５４２は、図２の第２のブリッジ構造２１２の第３の軸２５４及び第４の軸２５８が図２の第１のブリッジ構造２０２の第１の軸２５０及び第２の軸２５２に対してそれぞれ傾けられる角度に対応することができる。別の言い方をすると、第１の傾斜角５４２は、図２の第１の軸２５０と第３の軸２５４との間の角度に、及び／又は図２の第２の軸２５２と第４の軸２５８との間の角度に対応することができる。第２の傾斜角５４４及び第３の傾斜角５４６は後に更に詳細に説明される。
【００９９】
[0116]第１の差分素子５３２は、第２の逆正接値に第１の傾斜角５４２を適用し、第１の差分値を生成することができる。いくつかの実施形態において、第１の差分素子５３２は、第２の逆正接値から第１の傾斜角５４２を減算し、第１の差分値を生成することができる。他の実施形態では、第１の差分素子５３２は、第２の逆正接値に負の第１の傾斜角５４２を加算し、第１の差分値を生成することができる。
【０１００】
[0117]第１の差分素子５３２の出力が加算モジュール５５０の第２の入力に結合することができる。
[0118]第３の余弦ブリッジモジュール５１０の出力が第３の逆正接モジュール５２４の第１の入力に結合され、第３の正弦ブリッジモジュール５１２の出力が第３の逆正接モジュール５２４の第２の入力に結合される。一実施形態において、第３の余弦ブリッジモジュール５１０の出力は第３の余弦波信号とすることができ、第３の正弦ブリッジモジュール５１２の出力は第３の正弦波信号とすることができる。第３の逆正接モジュール５２４は、第３の正弦波信号及び第３の余弦波信号に基づいて、第３の逆正接値を計算することができる。
【０１０１】
[0119]第３の逆正接モジュール５２４の出力が、第２の差分素子５３４の第１の入力に結合され、第３の逆正接値を与える。第２の差分素子５３４の第２の入力が、第２の傾斜角５４４を受信するように結合される。第２の傾斜角５４４は、正又は負の角度値とすることができる。
【０１０２】
[0120]第２の傾斜角５４４は、第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と第３のブリッジ構造（又は任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。一実施形態において、第２の傾斜角５４２は、図２の第３のブリッジ構造２２２の第５の軸２６０及び第６の軸２６２が図２の第１のブリッジ構造２０２の第１の軸２５０及び第２の軸２５２に対してそれぞれ傾けられる角度に対応することができる。別の言い方をすると、第２の傾斜角５４４は、図２の第１の軸２５０と第５の軸２６０との間の角度に、及び／又は図２の第２の軸２５２と第６の軸２６２との間の角度に対応することができる。
【０１０３】
[0121]第２の差分素子５３４は、第３の逆正接値に第２の傾斜角５４４を適用し、第２の差分値を生成することができる。いくつかの実施形態において、第２の差分素子５３４は、第３の逆正接値から第２の傾斜角５４４を減算し、第２の差分値を生成することができる。他の実施形態では、第３の逆正接値に負の第２の傾斜角５４４を加算し、第２の差分値を生成することができる。
【０１０４】
[0122]第２の差分素子５３４の出力が加算モジュール５５０の第３の入力に結合することができる。
[0123]第４の余弦ブリッジモジュール５１４の出力が第４の逆正接モジュール５２６の第１の入力に結合され、第４の正弦ブリッジモジュール５１６の出力が第４の逆正接モジュール５２６の第２の入力に結合される。一実施形態において、第４の余弦ブリッジモジュール５１４の出力は第４の余弦波信号とすることができ、第４の正弦ブリッジモジュール５１６の出力は第４の正弦波信号とすることができる。第４の逆正接モジュール５２６は、第４の正弦波信号及び第４の余弦波信号に基づいて、第４の逆正接値を計算することができる。
【０１０５】
[0124]第４の逆正接モジュール５２６の出力が、第３の差分素子５３６の第１の入力に結合され、第４の逆正接値を与える。第３の差分素子５３６の第２の出力が、第３の傾斜角５４６を受信するように結合される。第３の傾斜角５４６は、正又は負の角度値とすることができる。
【０１０６】
[0125]第３の傾斜角５４６は、第１のブリッジ構造のブリッジ又は軸と、第４のブリッジ構造（又は任意の他のブリッジ構造）のブリッジ又は軸との間の角度差に対応することができる。一実施形態において、第３の傾斜角５４６は、図２の第４のブリッジ構造２３２の第７の軸２６４及び第８の軸２６８が図２の第１のブリッジ構造２０２の第１の軸２５０及び第２の軸２５２に対してそれぞれ傾けられる角度に対応することができる。別の言い方をすると、第３の傾斜角５４６は、図２の第１の軸２５０と第７の軸２６４との間の角度に、及び／又は図２の第２の軸２５２と第８の軸２６８との間に対応することができる。いくつかの実施形態において、第３の傾斜角５４６は、第１の傾斜角５４２と第２の傾斜角５４４との合成に等しくすることができる。
【０１０７】
[0126]第３の差分素子５３６は、第４の逆正接値に第３の傾斜角５４６を適用し、第３の差分値を生成することができる。いくつかの実施形態において、第３の差分素子５３６は、第４の逆正接値から第３の傾斜角５４６を減算し、第３の差分値を生成することができる。他の実施形態では、第３の差分素子５３６は、第４の逆正接値に負の第３の傾斜角５４６を加算し、第３の差分値を生成することができる。
【０１０８】
[0127]第３の差分素子５３６の出力が加算モジュール５５０の第４の入力に結合することができる。
[0128]加算モジュール５５０は、第１の逆正接値、並びに第１、第２及び第３の差分値を受信し、第１の逆正接値、並びに第１、第２及び第３の差分値の平均値を計算することができる。一実施形態において、平均値は磁場の方向に対応することができる。したがって、加算モジュール５５０の出力は、磁場の方向を示す出力信号５５２である。
【０１０９】
[0129]ここで図６を参照すると、磁場の方向を検出するための方法６００が、６０２において、第１の軸に沿った磁場を示す第１の正弦波信号及び第２の軸に沿った磁場を示す第１の余弦波信号を生成することによって開始する。一実施形態において、第１の軸は第２の軸と直交することができる。例えば、第１の軸と第２の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【０１１０】
[0130]ブロック６０４において、第３の軸に沿った磁場を示す第２の正弦波信号及び第４の軸に沿った磁場を示す第２の余弦波信号を生成することができる。一実施形態において、第３の軸は第４の軸と直交することができる。例えば、第３の軸と第４の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【０１１１】
[0131]角度センサは、異なる軸に沿った磁場を検出するように向けられる１つ以上の磁気抵抗素子を有する複数のブリッジ構造を含むことができる。一実施形態において、各ブリッジ構造は、少なくとも２つの異なる軸に沿った磁場の特性を測定するように構成することができる。
【０１１２】
[0132]角度センサは第１のブリッジ構造及び第２のブリッジ構造を含むことができる。第１のブリッジ構造は、第１の軸に対して、又は第１の軸に沿って配置される第１の正弦ブリッジと、第２の軸に対して、又は第２の軸に沿って配置される第１の余弦ブリッジとを含むことができる。第２のブリッジ構造は、第３の軸に対して、又は第３の軸に沿って配置される第２の正弦ブリッジと、第４の軸に対して、又は第４の軸に沿って配置される第２の余弦ブリッジとを含むことができる。
【０１１３】
[0133]第１の正弦ブリッジ、第１の余弦ブリッジ、第２の正弦ブリッジ及び第２の余弦ブリッジは、磁場の特性を検知する複数の磁気抵抗素子を含むことができる。複数の磁気抵抗素子はある軸に対して配置することができる。例えば、第１の正弦ブリッジは第１の軸に対して配置される第１の複数の磁気抵抗素子を含むことができ、第１の余弦ブリッジは第２の軸に対して配置される第２の複数の磁気抵抗素子を含むことができ、第２の正弦ブリッジは第３の軸に対して配置される第３の複数の磁気抵抗素子を含むことができ、第２の余弦ブリッジは第４の軸に対して配置される第４の複数の磁気抵抗素子を含むことができる。
【０１１４】
[0134]各ブリッジ構造は、互いに直交するように配置される正弦ブリッジ及び余弦ブリッジを含むことができる（例えば、正弦ブリッジと余弦ブリッジとの間の角度が約９０度である）。したがって、第１の軸は第２の軸と直交することができ、第３の軸は第４の軸と直交することができる。
【０１１５】
[0135]異なるブリッジ構造の軸は、異なる角度において磁場を検知するように、互いに異なる角度（例えば、傾斜角）に配置することができる。異なる角度において磁場を測定することにより、角度センサの角度誤差を低減することができる。例えば、各ブリッジ構造の角度誤差は周期的である可能性がある。しかしながら、第１のブリッジ構造の角度誤差は、それぞれの軸間の傾斜の角度に部分的に基づいて、第２のブリッジ構造の角度誤差の正反対にすることができる。それぞれのブリッジの角度誤差は、互いに平均又は合成されるときに、角度センサの全角度誤差パーセンテージを相殺することができるか、又はそうでなくても低減することができる。したがって、異なる角度において磁場を測定することにより、複数のブリッジ構造を有する角度センサが、ブリッジ構造の数に関連付けられる約数だけ、それぞれの角度誤差を低減することができる。
【０１１６】
[0136]ブロック６０６において、第５の軸に沿った磁場を示す第３の正弦波信号及び第６の軸に沿った磁場を示す第３の余弦波信号を生成することができる。一実施形態において、第５の軸は第６の軸と直交することができる。例えば、第５の軸と第６の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【０１１７】
[0137]ブロック６０８において、第７の軸に沿った磁場を示す第４の正弦波信号及び第８の軸に沿った磁場を示す第４の余弦波信号を生成することができる。一実施形態において、第７の軸は第８の軸と直交することができる。例えば、第７の軸と第８の軸との間の角度は約９０度とすることができる。
【０１１８】
[0138]本明細書において説明される角度センサは任意の数のブリッジ構造を含むことができることは理解されたい。例えば、本明細書において説明される角度センサは２つのブリッジ構造、４つのブリッジ構造、又は５つ以上のブリッジ構造を含むことができる。角度センサ内のブリッジ構造の数は、角度センサの特定の適用例に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。例えば、方法６００のブロック６０６及び６０８は任意選択とすることができる。いくつかの実施形態において、ブロック６０６及び／又はブロック６０８が方法６００に含まれる場合がある。しかしながら、他の実施形態では、方法６００は、ブロック６０２、６０４及び６１０を含む場合があり、それゆえ、ブロック６０６及び６０８の１つ以上を含まない場合がある。
【０１１９】
[0139]それぞれのブリッジがそれに沿って位置決めされる軸は、互いに様々な異なる角度に配置することができる。例えば、同じブリッジ構造内のブリッジ及び軸（例えば、第１のブリッジ構造の第１の正弦ブリッジ及び第１の余弦ブリッジ）は、互いに直交するように配置することができる。一実施形態において、同じブリッジ構造の正弦ブリッジと余弦ブリッジとの間の角度は約９０度とすることができる。
【０１２０】
[0140]異なるブリッジ構造のブリッジ及び軸は、互いに様々な異なる傾斜角に配置することができる。傾斜角は、第１のブリッジ構造の軸及び第２の異なるブリッジ構造の軸、及び／又は第１のブリッジ構造の正弦ブリッジと第２の異なるブリッジ構造の正弦ブリッジとの間の角度を指す場合がある。いくつかの実施形態において、傾斜角は、限定はしないが、約９０度、約４５度、約２２．５度及び約１１．２５度のような、約９０度の約数を含むことができる。
【０１２１】
[0141]異なるブリッジ構造のブリッジ及び軸は、傾斜角に関して互いに均等に離間されるように位置決めすることができる。例えば、４つのブリッジ構造を有する角度センサにおいて、４つの異なるブリッジ構造の異なるブリッジ（及び軸）間の傾斜角は、約２２．５度の約数を含むことができる。そのような実施形態において、第１のブリッジ構造の（第１の軸の）第１の正弦ブリッジと、第２のブリッジ構造の第２の正弦ブリッジ（又は第３の軸）との間の傾斜角は約４５度とすることができ、第１のブリッジ構造の（第１の軸の）第１の正弦ブリッジと、第３のブリッジ構造の第３の正弦ブリッジ（又は第５の軸）との間の傾斜角は約２２．５度とすることができ、第１のブリッジ構造の（第１の軸の）第１の正弦ブリッジと、第４のブリッジ構造の第４の正弦ブリッジ（又は第７の軸）との間の傾斜角は約６７．５度とすることができる。異なるブリッジ構造の軸間の傾斜角は、角度センサの特定の適用例に少なくとも部分的に基づいて選択することができ、傾斜角は約−９０度〜約９０度の任意の角度を含むことができることは理解されたい。
【０１２２】
[0142]傾斜角は、特定の角度センサ内のブリッジ構造の数、及び所望の角度誤差低減に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。
[0143]いくつかの実施形態において、それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタを変更することができるか、又は基準層の所定のピンニングファクタを有する基準層を形成することができる。例えば、それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタを高めることによって、角度センサに関する絶対角度誤差を低減することができる。それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタが高められるのに応じて、絶対角度誤差を相応に低減することができる（図３を参照）。ピンニングファクタはキロエルステッド単位（ｋＯｅ）において測定することができる。
【０１２３】
[0144]例えば、本明細書において説明される各ブリッジ構造は、複数の磁気抵抗素子を含むことができる。各磁気抵抗素子は基準層及びフリー層を含むことができる。基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は約１ｋＯｅから約３ｋＯｅに及ぶことができる。いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、約１．２ｋＯｅから約２．５ｋＯｅに及ぶことができる。しかしながら、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、角度センサの適用例に少なくとも部分的に基づいて異なることができることは理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、基準層のピンニング（又はピンニングファクタ）は、１ｋＯｅより小さく、又は３ｋＯｅより大きくすることができる。
【０１２４】
[0145]ブリッジ構造の１つ以上のブリッジを構成する磁気抵抗素子の１つ以上の層の特性を変更して、それぞれの層のピンニングファクタを高めることができる。いくつかの実施形態において、複数のブリッジ及び／又は複数のブリッジ構造を構成する磁気抵抗素子の１つ以上の層の特性を変更して、それぞれの層のピンニングファクタを高めることができる。例えば、それぞれの層の形状及び／又は厚さを変更して、それぞれの層のピンニングファクタを高めることができる。
【０１２５】
[0146]少なくとも２つの異なる技法によってピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。いくつかの実施形態において、合成反強磁性体（ＳＡＦ）を用いて、ピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。他の実施形態では、ピン止め層とピンニング層との間のピンニングを変更することによって、ピンニングファクタを変更（又は生成）することができる。例えば、ピン止め層とピンニング層との間のピンニングファクタを高めるために、ピン止め層に近接し、ピンニング層から離れて配置されるスペーサ層を薄くすることによって、又はそれぞれのスペーサ層の材料を変更することによって、ピン止め層とピンニング層との間の結合を強めることができる。いくつかの実施形態において、更なる結合がスペーサ層を通しての結合を相殺できるように、磁場検知素子が配置される基板の表面を平滑にすることができるか、又は基板の表面粗さを低減することができる。第１のピン止め層によって放出される磁場（例えば、磁場の磁束線）を第２のピン止め層によって補償できるように、ピン止め層及び第２の異なるピン止め層（スペーサ層によって第１のピンニング層から分離される）の厚さ及び磁化のバランスをとり、ＳＡＦのバランスを保つことができる。いくつかの実施形態において、ピンニング層を厚くして、ピンニング層の異方性を強めることができる。
【０１２６】
[0147]ブリッジ構造の１つ又は複数のブリッジを構成する磁気抵抗素子の１つ以上の層のピンニングファクタは、所望の角度誤差低減に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。
【０１２７】
[0148]いくつかの実施形態において、特定の角度センサのブリッジ構造の数を増やし、及び／又はブリッジ構造の１つ以上のブリッジ構造の基準層のピンニングファクタを高めて、それぞれの角度センサの絶対角度誤差を低減することができる。例えば、ピンニングファクタが高くなるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。さらに、角度センサ内のブリッジ構造の数が増えるのに応じて、絶対角度誤差が減少する。それゆえ、角度センサのピンニングファクタを高めることによって、角度センサ内のブリッジ構造の数を増やすことによって、又は両方の組み合わせによって、角度誤差を低減することができる。
【０１２８】
[0149]ブロック６１０において、少なくとも、第１の正弦波信号、第１の余弦波信号、第２の正弦波信号、及び第２の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算することができる。
【０１２９】
[0150]一実施形態において、磁場の方向を特定するために使用される正弦波信号及び余弦波信号の数は、特定の角度センサのブリッジ構造の数に対応することができる。例えば、４つのブリッジ構造を有する角度センサに関して、少なくとも、第１の正弦波信号、第１の余弦波信号、第２の正弦波信号、第２の余弦波信号、第３の正弦波信号、第３の余弦波信号、第４の正弦波信号及び第４の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算することができる。
【０１３０】
[0151]角度センサは、１つ又は複数の正弦波信号及び１つ又は複数の余弦波信号を用いて磁場の方向を特定するように構成される回路（例えば、図４の回路４００、図５の回路５００）に結合することができるか、又はそのような回路を含むことができる。その回路は、対応する正弦波信号及び余弦波信号を用いて、測定された磁場に対応する逆正接値を生成するように構成される１つ以上の逆正接モジュールを含むことができる。
【０１３１】
[0152]各ブリッジ構造のブリッジは、少なくとも１つの逆正接モジュールに結合し、それぞれの信号を与えることができる。例えば、正弦ブリッジを結合して、逆正接モジュールに正弦波信号を与えることができ、余弦ブリッジを結合して、逆正接モジュールに余弦波信号を与えることができる。逆正接モジュールは、対応する正弦波信号及び余弦波信号を用いて、測定された磁場に対応する逆正接値を生成することができる。各ブリッジ構造からの逆正接角（φ）（又は角度）は、以下の式を用いて求めることができる。
【０１３２】
【数１】
2021516333.tif 000003
【０１３３】
[0153]ただし、ＵＳは、測定された磁場の正弦に対応し、正弦ブリッジによって生成される正弦波信号に対応し、ＵＣは、測定された磁場の余弦に対応し、余弦ブリッジによって生成される余弦波信号に対応する。
【０１３４】
[0154]逆正接値角（φ）は、特定のブリッジ構造の観点から、測定された磁場の角度に対応することができる。一実施形態において、逆正接値（角度（φ））は、ブリッジ構造ごとに求めることができる。
【０１３５】
[0155]その回路は、１つ以上の差分素子を更に含むことができる。差分素子を逆正接モジュールの出力に結合して、第１のブリッジ構造に対して傾けられたブリッジ構造に関する逆正接値（差分値とも呼ばれる）を生成することができる。例えば、差分素子は、第１のブリッジ構造の軸と、異なるブリッジ構造（例えば、第２のブリッジ構造、第３のブリッジ構造、第４のブリッジ構造など）の軸との間の傾斜角を適用して、差分値を生成するように構成することができる。傾斜角は、正又は負の値とすることができる。したがって、差分素子は、それぞれの逆正接値から傾斜角を減算するか、又はそれぞれの逆正接値に負の傾斜角を加算することができる。傾斜角は上記のように異なることができる。
【０１３６】
[0156]第１の逆正接モジュールの出力、及び１つ以上の差分素子の出力は、回路の加算素子の入力に結合することができる。一実施形態において、加算素子は、１つ以上の逆正接値及び／又は１つ以上の差分値の平均値を求め、磁場の方向を示す出力信号を生成することができる。
【０１３７】
[0157]例えば、加算素子は、以下の式を用いて、平均値（φＭ）を求めることができる。
【０１３８】
【数２】
2021516333.tif 000004
【０１３９】
[0158]角度φｘはそれぞれのブリッジ構造からの傾斜角値に対応する（例えば、φ１は第１のブリッジ構造からの傾斜角値に対応し、φ２は第２のブリッジ構造からの傾斜角値に対応する、など）。θｘは、第１のブリッジ構造と、第１のブリッジ構造とは異なる、それぞれの他のブリッジ構造との間の傾斜角に対応する（θ１＝０）。例えば、θ２は、第１のブリッジ構造と第２のブリッジ構造との間の傾斜角に対応し、θ３は、第１のブリッジ構造と第３のブリッジ構造との間の傾斜角に対応し、θ４は、第１のブリッジ構造と第４のブリッジ構造との間の傾斜角に対応する。
【０１４０】
[0159]Ｘはそれぞれの角度センサ内のブリッジ構造の数に対応する。例えば、２つのブリッジ構造を有する角度センサに関して、Ｘの値は２に等しい。
[0160]求められた平均値（φＭ）は、磁場の方向に対応することができ、それぞれの平均値（φＭ）を生成するために使用されたブリッジ構造の数に対応する低減された角度誤差パーセンテージを含むことができる。
【０１４１】
[0161]本特許の主題である、種々の概念、構造及び技法を例示する役割を果たす好ましい実施形態を説明してきたが、これらの概念、構造及び技法を組み込む他の実施形態が使用される場合があることが、ここで明らかであろう。したがって、本特許の範囲は説明された実施形態に限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲の趣旨及び範囲によってのみ制限されるべきであると考える。
【図１】
2021516333.tif 000005
【図１Ａ】
2021516333.tif 000006
【図１Ｂ】
2021516333.tif 000007
【図２】
2021516333.tif 000008
【図２Ａ】
2021516333.tif 000009
【図２Ｂ】
2021516333.tif 000010
【図３】
2021516333.tif 000011
【図４】
2021516333.tif 000012
【図５】
2021516333.tif 000013
【図６】
2021516333.tif 000014
【図６Ａ】
2021516333.tif 000015
【国際調査報告】
2021516333.tif 000016
2021516333.tif 000017