(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、入力電極、出力電極、磁気抵抗センサ層、第１の絶縁層、コイル、第２の絶縁層、および磁気シールド層を備える磁気抵抗電流制限器であって、
前記コイルは、前記磁気シールド層と前記磁気抵抗センサ層との間に配置され、前記第１の絶縁層は、前記コイルを前記磁気抵抗センサ層から隔離し、前記第２の絶縁層は、前記コイルを前記磁気シールド層から隔離し、
前記磁気抵抗センサ層は、Ｎ列のアレイ型磁気トンネル接合線を含み、Ｎは１より大きい整数であり、前記各列の磁気トンネル接合線は、１つまたは複数の相互に接続される磁気トンネル接合部を備え、前記磁気トンネル接合線は、直列接続、または、並列接続の形態で前記磁気抵抗センサ層の２ポート構造を形成し、前記コイルも２ポート構造を有し、前記磁気抵抗センサ層の一方のポートは前記コイルの一方のポートに接続され、前記磁気抵抗センサ層の他方のポートは前記入力電極に接続され、前記コイルの他方のポートは前記出力電極に接続され、電流は前記入力電極を介して前記磁気抵抗センサ層へと流入し、前記コイルを介して前記出力電極から流出する、磁気抵抗電流制限器。
【請求項２】
前記磁気抵抗センサ層の抵抗は、前記入力‐出力電極を介して流れる電流によって生成される磁場と線形関係にある場合に、前記入力‐出力電極を介して流れる電流が正常値であって、前記磁気抵抗センサ層の抵抗は最大値の位置である場合に、直流電流の減少に伴って、前記磁気抵抗センサ層の対応する抵抗も減少し直流電流の振幅の低下を制限し、前記入力‐出力電極を介して流れる電流が正常値であって、前記磁気抵抗センサ層の抵抗は最小値の位置である場合に、直流電流の増加に伴って、前記磁気抵抗センサ層の対応する抵抗も増加し直流電流の振幅の増大を制限する、または、
前記磁気抵抗センサ層の抵抗は、前記入力‐出力電極を介して流れる電流によって生成される磁場の絶対値と対称線形分布特性を成す場合に、前記入力‐出力電極を介して流れる電流が正常値であって、前記磁気抵抗センサ層の抵抗は最大値または最小値の位置にあり、正電流の振幅の増大または負電流の振幅の増大に関係なく、磁気抵抗センサ層の抵抗は増加し、交流電流の振幅の増大を制限し、抵抗が最大値の位置にあり、電流が正常値未満である場合、磁場の減少に伴って、抵抗が減少し、電流の振幅の低下を制限する、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項３】
前記磁気トンネル接合部は、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続を組み合わせた形態で接続され、前記磁気トンネル接合部の磁気感度軸は、前記磁気トンネル接合線に垂直である、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項４】
前記コイルは、（２×Ｎ＋Ｍ）の導電線を備え、この場合、Ｎ＞１、Ｍ＝−１またはＭ＝３であり、前記導電線は直列接続され、前記導電線は前記磁気トンネル接合線に平行であり、前記導電線の一部は前記磁気トンネル接合線の上または下に配置され、前記導電線の他の部分は前記磁気トンネル接合線間に配置され、電流は、正方向に、前記磁気トンネル接合線の上または下に配置された前記導電線へと流入し、負方向に、前記磁気トンネル接合線間に配置された前記導電線へと流入する、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項５】
前記コイルは、（Ｎ＋Ｍ）の導電線を備え、この場合、Ｎ＞１、Ｍ＝０またはＭ＝２であり、前記導電線は並列接続され、前記導電線は前記磁気トンネル接合線に平行であり、前記導電線は前記磁気トンネル接合線の上または下に配置され、電流は、同一方向に、前記導電線それぞれへと流入する、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項６】
Ｍ＞０の場合、前記コイルの前記導電線の断面寸法は同じであり、Ｍ＝０またはＭ＜０の場合、前記コイルの前記導電線の断面寸法は、前記磁気抵抗センサ層の各磁気トンネル接合線の位置で感度磁気の方向に一定の磁場が確実に生成されるように変化する、請求項４または請求項５に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項７】
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、フォトレジストもしくはベンゾシクロブテンから成る、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項８】
前記コイルは、高伝導性金属材料、例えば、銅、金、または銀から成る、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項９】
前記磁気シールド層は、高透磁率強磁性合金材料、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＢ、ＦｅＳｉＢ、またはＦｅＳｉＢＮｂＣｕから成る、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項１０】
前記コイルの厚さは、１μｍ〜１０μｍであり、前記導電線の幅は、５μｍ〜４０μｍであり、２本の隣接する前記導電線間の間隔は、１０μｍ〜１００μｍである、請求項４または請求項５に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項１１】
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の厚さは共に、１００ｎｍ〜１０００ｎｍである、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【請求項１２】
前記磁気シールド層の厚さは、１μｍ〜１０μｍである、請求項１に記載の磁気抵抗電流制限器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ技術に関し、特に、新規な磁気抵抗電流制限器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路において、例えば、他の電子機器が送電網に接続された時または送電網から切断された時のように、工業用電力網に変動があるために、また誤配線または装置故障のために、電源回路がオンになった時に、容量性素子の瞬時充電および他の要因が大過電流を引き起こし、ＬＥＤのような電子機器を損傷させてしまう恐れがある。一方、グリッド電圧の変動により回路内で瞬間的に電圧不足が発生して、作動電流が正常な作動電流値より低作動電流になってしまうという他の状況が発生する。
【０００３】
上述の問題を解決するためには、電気加熱素子のパラメータ性能、例えば、抵抗変化を利用して、電子素子を保護する電流制限器として電気加熱素子を使用する必要があり、大電流の場合には、抵抗を上げて電流を減少させることができ、電流不足の場合には、抵抗を下げて電流を増加させることができ、安定電流の場合には、抵抗を正常な抵抗値に戻して電流制限効果を発揮することにより、回路内の素子を保護することができる。一般に、使用される電気加熱素子は、２つの種類に分類される。１つの種類は、正の抵抗温度係数を有する電気加熱素子であり、電流が増加すると、電気加熱素子は熱を放出し、温度が上昇して抵抗を急速に上げ、そのことにより電流の振幅を低減する。さらに、容量性素子が存在する回路の場合、例えば、ＡＣ−ＤＣ電力回路の場合、始動時に、コンデンサが瞬間最大電流を生じさせるように充電され、負の抵抗温度係数を有する他の種類の電気加熱素子が使用される。すなわち、初期段階で、電気加熱素子は、始動時に充電するコンデンサの瞬間サージ電流を制限するために高い抵抗を有し、コンデンサが正常に動作する時に、抵抗器が熱の放出を開始して、温度が上昇することにより、抵抗が減少し、消費が軽減される。
【０００４】
しかし、電気加熱素子は、電流を制限するのに使用される場合には、以下の不利点および欠点を有する。
【０００５】
（１）電気加熱素子の抵抗値の変化は、熱伝導によって引き起こされる温度変化に依存し、温度の上昇および降下には、通常、一定の時間が必要であるので、応答速度は比較的遅く、温度変化は、電気加熱素子が配置される環境（例えば、環境温度の変化）に依存し、電気加熱素子の近くに配置される可能性のある他の素子（例えば、プリント基板など）が電気加熱素子の対応する抵抗値変化量および対応する応答速度に影響を与える可能性がある。
【０００６】
（２）回路内の電流が連続的に非常に短時間でピーク値を生成する場合、電気加熱素子は、それに対応して、開始時に変化することができるが、次の変化では、温度は短時間内で安定作動状態に戻ることができないので、電気加熱素子は電流を制限する役割を果たすことができない。
【０００７】
（３）電気加熱素子は、回路内のサージ電流のみを制限することができるが、電流が正常値未満の状態では、電流の振幅の低下を制限するという役割を果たすことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の問題を解決するために、本発明は、新規な磁気抵抗電流制限器であって、磁気トンネル接合部の抵抗は外部磁場に伴って変化するという特徴を使用して、電流がコイルを介して磁場に変換され、電流が増加した時に磁場が増加することにより、磁気トンネル接合部の抵抗が増加することで電流の振幅の増大を制限し、電流が正常に戻ると、磁場および抵抗はすぐに正常値に戻り、または他の状況では、電流が減少した時に磁場が減少し、磁気トンネル接合部の抵抗が減少することで電流の振幅の低下を制限し、回路が正常に戻ると、磁場および抵抗は正常値に戻るという磁気抵抗電流制限器を提供する。
【０００９】
本発明の磁気抵抗電流制限器は、基板、入力電極、出力電極、磁気抵抗センサ層、第１の絶縁層、コイル、第２の絶縁層、および磁気シールド層を備え、前記コイルは、前記磁気シールド層と前記磁気抵抗センサ層との間に配置され、前記第１の絶縁層は、前記コイルを前記磁気抵抗センサ層から隔離し、前記第２の絶縁層は、前記コイルを前記磁気シールド層から隔離し、前記磁気抵抗センサ層は、Ｎ列のアレイ型磁気トンネル接合線を含み、Ｎは１より大きい整数であり、前記各列の磁気トンネル接合線は、１つまたは複数の相互接続磁気トンネル接合部を備え、前記磁気トンネル接合線は、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続を組み合わせた形態で前記磁気抵抗センサ層の２ポート構造を形成し、前記コイルも２ポート構造を有し、前記磁気抵抗センサ層の一方のポートは前記コイルの一方のポートに接続され、前記磁気抵抗センサの他方のポートは前記入力電極に接続され、前記コイルの他方のポートは前記出力電極に接続され、電流は前記入力電極を介して前記磁気抵抗センサ層へと流入し、前記コイルを介して前記出力電極から流出する。
【００１０】
好ましくは、前記磁気抵抗センサ層の抵抗は、前記入力‐出力電極を介して流れる電流によって生成される磁場と線形関係にある、または、前記磁気抵抗センサ層の抵抗は、前記入力‐出力電極を介して流れる電流によって生成される磁場の絶対値と対称線形分布特性を成し、前記入力‐出力電極を介して流れる電流が正常値である場合、前記磁気抵抗センサ層の抵抗は最大値または最小値の位置にあり、直流電流の増加または減少に伴って、前記磁気抵抗センサ層の対応する抵抗も増加または減少する。
【００１１】
好ましくは、前記磁気トンネル接合部は、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続を組み合わせた形態で接続され、前記磁気トンネル接合部の磁気感度軸は、前記磁気トンネル接合線に垂直である。
【００１２】
好ましくは、前記コイルは、（２×Ｎ＋Ｍ）の導電線を備え、この場合、Ｎ＞１、Ｍ＝−１またはＭ＝３であり、前記導電線は直列接続され、前記導電線は前記磁気トンネル接合線に平行であり、前記導電線の一部は前記磁気トンネル接合線の上または下に配置され、前記導電線の他の部分は前記磁気トンネル接合線間に配置され、電流は、正方向に、前記磁気トンネル接合線の上または下に配置された前記導電線へと流入し、負方向に、前記磁気トンネル接合線間に配置された前記導電線へと流入する。
【００１３】
好ましくは、前記コイルは、（Ｎ＋Ｍ）の導電線を備え、この場合、Ｎ＞１、Ｍ＝０またはＭ＝２であり、前記導電線は並列接続され、前記導電線は前記磁気トンネル接合線に平行であり、前記導電線は前記磁気トンネル接合線の上または下に配置され、電流は、同一方向に、前記導電線それぞれへと流入する。
【００１４】
好ましくは、Ｍ＞０の場合、前記コイルの前記導電線の断面寸法は同じであり、Ｍ＝０またはＭ＜０の場合、前記コイルの前記導電線の断面寸法は、前記磁気抵抗センサ層の各磁気トンネル接合線の位置で感度磁気の方向に一定の磁場が確実に生成されるように変化する。
【００１５】
好ましくは、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、フォトレジストもしくはベンゾシクロブテンから成る。
【００１６】
好ましくは、前記コイルは、高伝導性金属材料、例えば、銅、金、または銀から成る。
【００１７】
好ましくは、前記磁気シールド層は、高透磁率強磁性合金材料、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＢ、ＦｅＳｉＢ、またはＦｅＳｉＢＮｂＣｕから成る。
【００１８】
好ましくは、前記コイルの厚さは、１μｍ〜１０μｍであり、前記導電線の幅は、５μｍ〜４０μｍであり、２本の隣接する前記導電線間の間隔は、１０μｍ〜１００μｍである。
【００１９】
好ましくは、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の厚さは共に、１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。
【００２０】
好ましくは、前記磁気シールド層の厚さは、１μｍ〜１０μｍである。
【００２１】
本発明は、先行技術と比較して、以下の有益な効果を有する。
【００２２】
（１）本発明の新規な磁気抵抗電流制限器は、完全に半導体プロセスを使用して製造され、そのことにより大量生産が可能になり、製造コストを低減することができ、製品の整合性を改善することができる。
【００２３】
（２）磁気抵抗センサ層の抵抗および磁場は、応答が速く、さらに感度が高く、消費電力が低いという特徴を有し、熱を放出しないので、環境の影響を受けにくく、再現性が高い。
【００２４】
（３）磁気抵抗電流制限器の動作は、周囲が過電流になった場合の時間によって制限されず、瞬時の応答を提供することができる。
【００２５】
磁気抵抗電流制限器は、一般的な過電流の制限を行うだけでなく、正常値未満の電流を制限する役割を果たすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本実用新案または先行技術の実施形態の技術的解決策をより明確に示すために、実施形態を説明するのに使用する添付図面について簡単に後述する。明らかに、以下の説明において、添付図面は本実用新案のいくつかの実施形態のみを示したものであり、当業者は創造的な努力をせずに添付図面に従って他の図を考案することができる。
【００２７】
【図１】磁気抵抗電流制限器の１つのトポロジ構造（センサがコイルの下に配置される）の側面図である。
【００２８】
【図２】磁気抵抗電流制限器の１つのトポロジ構造（センサがコイルの上に配置される）の側面図である。
【００２９】
【図３】並列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、直列接続された２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝３）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３０】
【図４】直列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、直列接続された２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝３）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３１】
【図５】直列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、並列接続されたＮ＋Ｍ（Ｍ＝２）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３２】
【図６】並列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、並列接続されたＮ＋Ｍ（Ｍ＝２）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３３】
【図７】並列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、並列接続されたＮ＋Ｍ（Ｍ＝０）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３４】
【図８】直列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、並列接続されたＮ＋Ｍ（Ｍ＝０）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３５】
【図９】直列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、直列接続された２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝−１）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３６】
【図１０】直列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、直列接続された２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝−１）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３７】
【図１１】並列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、並列接続されたＮ＋Ｍ（Ｍ＝０）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３８】
【図１２】並列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、直列接続された２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝−１）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００３９】
【図１３】直列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、直列接続された２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝−１）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００４０】
【図１４】直列接続されたＮ列の磁気トンネル接合線と、直列接続されたＮ＋Ｍ（Ｍ＝０）列の導電線とを含む典型的な磁気抵抗電流制限器の上面図である。
【００４１】
【図１５】磁気シールド層および励起された直列導電線コイルの磁力線の分布図である。
【００４２】
【図１６】磁気シールド層および励起された直列導電線コイルによって磁気抵抗センサ層に生成された感度軸の方向の磁場成分の分布図である。
【００４３】
【図１７】直列導電線の両端の断面寸法を増加させることによって、例えば、幅を増加させた後に、磁気抵抗センサ層に生成された感度軸の方向の磁場成分の分布図である。
【００４４】
【図１８】磁場シールド層および励起された並列導電線コイルの磁力線の分布図である。
【００４５】
【図１９】磁気シールド層および励起された並列導電線コイルによって磁気抵抗センサ層に生成された感度軸の方向の磁場成分の分布図である。
【００４６】
【図２０】並列コイルの両端の断面寸法を減少させることによって、例えば、幅を増加させた後に、磁気抵抗センサ層に生成された感度軸の方向の磁場成分の分布図である。
【００４７】
【図２１】均一磁場における空気層および磁気シールド層の磁場減衰係数の計算モデルの概略図である。
【００４８】
【図２２】空気層の磁場成分Ｂｙの分布曲線である。
【００４９】
【図２３】磁気シールド層の磁場成分Ｂｙの分布曲線である。
【００５０】
【図２４】磁気トンネル接合部の磁場抵抗の一方向の線形増加の特徴を示した曲線グラフである。
【００５１】
【図２５】磁気トンネル接合部の磁場抵抗の軸対称の線形増加の特徴を示した曲線グラフである。
【００５２】
【図２６】直流ＬＥＤランプ回路内での磁気抵抗電流制限器の用途の概略図である。
【００５３】
【図２７】交流ＬＥＤランプ回路内での磁気抵抗電流制限器の用途の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
添付図面を参照しながら実施形態と共に本発明について詳細に後述する。
【実施形態１】
【００５５】
本発明は、磁気抵抗電流制限器を提供する。図１および図２は、それぞれ磁気抵抗電流制限器に相当する２つのトポロジ構造の側面図である。磁気抵抗電流制限器は、基板１（１´）、磁気抵抗センサ層２（２´）、第１の絶縁層３（３´）、コイル４（４´）、第２の絶縁層５（５´）、および磁気シールド層６（６´）を含む。コイル４（４´）は、磁気シールド層６（６´）と磁気抵抗センサ２（２´）との間に配置され、第１の絶縁層３（３´）は、コイル４（４´）を磁気抵抗センサ層２（２´）から隔離し、第２の絶縁層５（５´）は、コイル４（４´）を磁気シールド層６（６´）から隔離する。図１に示されているトポロジ構造では、磁気シールド層６はコイル４上に配置され、磁気抵抗センサ層２は基板１上に直接配置される。図２に示されているトポロジ構造では、コイル４´は磁気シールド層６´上に配置され、磁気シールド層６´は基板１上に直接配置される。
【００５６】
磁気抵抗センサ層２（２´）は、Ｎ列のアレイ型磁気トンネル接合線を含み、Ｎは１より大きい整数であり、各列の磁気接合線は、１つまたは複数の相互接続磁気トンネル接合部を含み、磁気トンネル接合部は、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続を組み合わせた形態で接続されてよく、磁気トンネル接合部の磁気感度軸は、磁気トンネル接合線に垂直である。磁気トンネル接合線は、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続を組み合わせた形態で磁気抵抗センサ層の２ポート構造を形成し、コイル４（４´）も２ポート構造を有する。図３〜図１４は、磁気抵抗電流制限器の上面図であり、この図から、磁気抵抗センサ層２（２´）の一方のポートはコイル４（４´）の一方のポートに接続され、磁気抵抗センサ層の他方のポートは入力電極８に接続され、コイルの他方のポートは出力電極７に接続され、したがって、磁気センサ層とコイルはそれらの間で直列構造を形成し、電流は入力電極８を介して磁気抵抗センサ層２（２´）へと流入し、コイル４（４´）を介して出力電極７から流出する。コイル４（４´）は複数の導電線を含み、導電線の数は磁気トンネル接合線の数字Ｎに関係した数であり、導電線と磁気トンネル接合線は互いに平行であり、磁気トンネル接合線は導電線の上または下の位置に配置される。
【００５７】
磁気抵抗センサ層２（２´）およびコイル４（４´）は、以下の複数の異なる形態を有する。
【００５８】
図３〜図６に示されている磁気抵抗電流制限器では、磁気抵抗センサ層は、Ｎ列のアレイ型磁気抵抗接合線を含み、各列の磁気トンネル接合部は直列接続され、磁気トンネル接合線は、図４および図５に示されているように、磁気抵抗センサ層２（１）の２ポート構造を形成するように直列接続されるか、または図３および図６に示されているように、磁気抵抗センサ層２（０）の２ポート構造を形成するように並列接続される。磁気抵抗センサ層の２つの構造では、対応するコイルは２つの構造を有する。１つの構造は、コイルは、２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝３）の導電線を含み、導電線は、図３および図４に示されているように、コイル４（０）の一部で示されている直列接続部を形成する構造である。導電線の一部は、磁気トンネル接合線の上または下に配置され、導電線の他の部分は、磁気トンネル接合線間に配置され、電流が正方向に磁気トンネル接合線の上または下の導電線へと流入する場合、正方向電流を有する導電線は同じ断面寸法を有し、電流が負方向に磁気トンネル接合線間の導電線へと流入する場合、負方向電流を有する導電線は同じ断面寸法を有する。他方の構造は、コイルがＮ＋Ｍ（Ｍ＝２）の導電線を含み、導電線は、図５および図６に示されているように、コイル４（１）の一部で示されている並列接続部を形成する構造であり、導電線は全て、磁気トンネル接合線の上または下に配置され、電流は同一方向に磁気トンネル接合線の上または下に配置されている導電線へと流入し、導電線は同じ断面寸法を有する。
【００５９】
図７〜図１０に示されている磁気抵抗電流制限器では、磁気抵抗センサ層は、Ｎ列（Ｎは１より大きい整数である）のアレイ型磁気抵抗トンネル接合線を含み、各磁気トンネル接合線の磁気トンネル接合部は直列接続され、磁気トンネル接合線は、図８および図９に示されているように、磁気抵抗センサ層２（５）の２ポート構造を形成するように直列接続されるか、または図７および図１０に示されているように、磁気抵抗センサ層２（４）の２ポート構造を形成するように並列接続される。磁気抵抗センサ層の２つの構造では、対応するコイル４は２つの構造を有する。１つの構造は、コイルは、２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝１）の導電線を含み、導電線は、図９および図１０に示されているように、コイル４（４）の一部で示されている直列接続部を形成する構造である。導電線の一部は、磁気トンネル接合線の上または下に配置され、導電線の他の部分は、磁気トンネル接合線間に配置され、電流は、正方向に磁気トンネル接合線の上または下の導電線へと流入し、負方向に磁気トンネル接合線間の導電線へと流入し、磁気トンネル接合線の上または下に配置された一番目の導電線および最後の導電線の断面寸法は、磁気トンネル接合線の上または下に配置された中間の導電線の断面寸法に比べて大きくなり、対応する磁気トンネル接合線において磁気感度軸方向の同じ磁場成分を生成する、すなわち、電流は、磁気抵抗センサ層のそれぞれの磁気トンネル接合線の位置において感度軸の方向に一定の磁場を生成する。他方の構造は、コイルがＮ＋Ｍ（Ｍ＝０）の導電線を含み、導電線は、図７および図８に示されているように、コイル４（５）の一部で示されている並列接続部を形成する構造であり、導電線は全て、磁気トンネル接合線の上または下に配置され、電流は、同一方向に磁気トンネル接合線の上または下に配置されている全ての導電線へと流入し、磁気トンネル接合線の上または下に配置された一番目の導電線および最後の導電線の断面寸法は、磁気トンネル接合線の上または下に配置された中間の導電線に比べて小さくなり、対応する磁気トンネル接合線において磁場への磁気感度軸の方向の同じ磁場成分を生成する。
【００６０】
図１１〜図１４に示されている磁気抵抗電流制限器では、磁気抵抗センサ層は、並列配置されたＮ＝２の磁気トンネル接合線を含み、各磁気トンネル接合線の磁気トンネル接合部は直列接続され、磁気トンネル接合線は、図１３および図１４に示されているように、磁気抵抗センサ層２（３）の２ポート構造を形成するように直列接続されるか、または図１１および図１２に示されているように、磁気抵抗センサ層２（２）の２ポート構造を形成するように並列接続される。磁気抵抗センサ層の２つの構造では、対応するコイル４は２つの構造を有する。１つの構造は、コイル４は、２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝−１）の導電線を含み、導電線は、図１２および図１３に示されているように、コイル４（３）を形成するように直列接続される構造であり、導電線の一部は、磁気トンネル接合線の上または下に配置され、導電線の他の部分は、磁気トンネル接合線間に配置され、電流は、正方向に磁気トンネル接合線の上または下の導電線へと流入し、負方向に磁気トンネル接合線間の導電線へと流入し、磁気トンネル接合線の上または下に配置された一番目の導電線および最後の導電線の断面寸法は同じになり、対応する磁気トンネル接合線において磁気感度軸の方向に同じ磁場成分を生成する。他方の構造は、コイル４がＮ＋Ｍ（Ｍ＝０）の導電線を含み、導電線は、図１１および図１４に示されているように、コイル４（２）を形成する構造であり、導電線は全て、磁気トンネル接合線の上または下に配置され、電流は、同一方向に磁気トンネル接合線の上または下に配置されている全ての導電線へと流入し、磁気トンネル接合線の上または下に配置された一番目の導電線および最後の導電線の断面寸法は同じになり、対応する磁気トンネル接合線において生成される磁気感度軸の方向の磁場成分も同じになる。
【００６１】
図１５は、直流電流が入力‐出力電極に流れた場合に、図３および図４に示されている直列導電線コイル４（０）および磁気シールド層６（６´）によって生成される磁場ベクトルの分布図である。図１５から、電流が導電線において円形磁場を生成し、磁場が磁気シールド層６（６´）を通過した後に強度が増大することがわかる。図１６は、磁気感度軸の方向に沿った磁気トンネル接合部の位置における導電線の磁場成分Ｂｙの分布曲線である。図１６から、大きい磁場振幅に対応する同じ電流方向を有するトンネル接合線の上または下に配置された導電線によって生成された磁場成分Ｂｙの磁場分布特徴は同じであるが、両端の同一方向の導電線によって生成された磁場成分Ｂｙは中央部分の磁場成分より磁場振幅が大きいことがわかる。したがって、磁気トンネル接合線が中央部分の同一方向の電流の導電線に対応する場合のみ、確実に全ての磁気トンネル接合部は同じ磁場成分Ｂｙを感知することができる。
【００６２】
磁場成分Ｂｙの分布特徴に及ぼす磁気シールド層６（６´）の影響を調べるために、図１６はさらに、磁気シールド層が無い状態の磁場成分Ｂｙの磁場分布特徴の曲線を示している。その磁場成分の磁場振幅は磁気シールド層がある場合の磁場振幅より明らかに小さいことがわかる。したがって、磁気シールド層の１つの機能は、磁場成分Ｂｙの振幅を増大させることである。
【００６３】
図１７は、図９および図１０の直列導電線コイル４（４）に対応して、両端の位置の磁場成分Ｂｙの磁場振幅は、両端の導電線の断面寸法を大きくすることによって小さくなり、その結果、中央部分と同じ振幅が得られることを示した磁場分布の図である。このことから、同一方向の電流に対応する全ての導電線は同じ磁場振幅を有し、トンネル接合線は両端の導電線を含む同一方向の全ての導電線の上または下に配置することができることがわかる。
【００６４】
図１２および図１３の直列導電線コイル４（３）では、共に両端に同一方向の磁気トンネル接合線の下または上に配置された２本の導電線のみがあるので、対応する磁気トンネル接合線で生成される感度軸の方向に沿った磁場成分Ｂｙの振幅は同じになることは明らかである。
【００６５】
図１８は、直流電流が入力‐出力電極に流れた場合に、図５および図６に示されている並列導電線コイル４（１）および磁気シールド層６（６´）によって生成される磁場ベクトルの分布図である。磁場は導電線を取り囲み、さらに磁気シールド層６（６´）で強度が増大することがわかる。図１９は、磁気トンネル接合部の位置における同一方向の電流の導電線によって生成される磁気感度軸の方向の磁場成分Ｂｙの分布図である。図１９から、磁気シールド層６（６´）がある場合、磁場成分Ｂｙの振幅はより大きくなることがわかる。同様にして、中間部分の導電線における磁場成分Ｂｙの磁場強度の分布は同じであり、両端の導電線の磁場振幅は中間部分の磁場振幅より小さくなる。したがって、磁気トンネル接合線が中間部分に配置された場合のみ、確実に全ての磁気トンネル接合部が同じ磁場成分Ｂｙを感知することができる。
【００６６】
図２０は、図７および図８の直列導電線コイル４（５）に対応して、コイル４（５）の電流密度は両端の導電線の断面寸法を小さくすることによって増加し、その結果、両端の導電線に対応する磁場振幅を改善し、中間部分および両端の導電線に同じ磁場振幅を有する磁場成分Ｂｙを生成させることを示した磁場分布の図である。したがって、磁気トンネル接合線は全ての並列導電線に対応することができる。
【００６７】
図１１および図１４に対応する並列導電線コイル４（２）は、磁気トンネル接合線に対応して共に両端に同一方向の２つの導電線のみを含み、したがって、生成される磁場成分Ｂｙは同じ振幅であり、断面寸法を調整する必要がない。
【００６８】
図１５および図１８で使用されている磁気シールド層６（６´）は、導電線コイル４（４´）によって磁気トンネル接合部の位置で生成される磁場成分Ｂｙの強度を大幅に増大させ、他方では、磁気トンネル接合部を外部磁場による影響から保護することができる。外部磁場の減衰モデルについて図２１を参照することができる。ヘルムホルツコイルで生成された均一磁場Ｂｓにおいて、磁気シールド層６（６´）が無い状態の感度軸の方向の磁場成分の分布は図２２に示されているが、磁気シールド層６（６´）がある場合、対応する磁場Ｂａの分布は図１２に示されている。磁場減衰係数は約９：１であり、すなわち、外部磁場が磁気シールド層６（６´）を通過した後、磁場振幅は元の磁場振幅の９分の１になり、したがって、磁気トンネル接合部を効果的に保護することができる。
【００６９】
磁気抵抗センサ層の抵抗と外部磁場との関係の特性曲線は、磁気抵抗電流制限器において重要な役割を果たす。また、特性曲線は、磁気トンネル接合部の自由層とピン止め層との間の角度関係に依存し、さらに特性曲線の偏位に依存する。図２４に示されている特性曲線を参照すると、前方の磁場範囲では、磁場の増加に伴って、磁気抵抗センサ層の抵抗は増大し、この状況は直流電流回路に相当し、導電線コイル４（４´）によって生成された磁場成分Ｂｙが磁気トンネル接合線に作用し、作動電流が正常値である場合で、磁気抵抗センサ層の抵抗は最大値の位置にあり、回路内の電流が急に減少した場合、コイル４（４´）によって生成された磁場Ｂｙも減少し、磁気抵抗センサ層２（２´）の抵抗が減少して、直流電流回路内の電流の振幅の低下が制限される。作動電流が正常値である場合で、磁気抵抗センサ層の抵抗は最小値の位置にあり、回路内の電流が急に増加した場合、コイル４（４´）によって生成される磁場Ｂｙが増加し、磁気抵抗センサ層２（２´）の抵抗が増加して、直流電流回路内の電流の振幅の増大が制限される。
【００７０】
図２５に示されているように、磁気抵抗センサの抵抗と外部磁場との特性関係曲線は、軸対称分布特徴を有し、磁場の振幅の増大に伴って、抵抗が増加する。この状況は交流電流回路の電流制限効果に相当する。正常な作動電流では、磁気抵抗センサ層の抵抗は最大値または最小値の位置にあり、正電流の振幅の増大または負電流の振幅の増大に関係なく、磁気抵抗センサ層の抵抗は増加し、交流電流の振幅の増大を制限することができる。抵抗が最大値の位置にあり、電流が正常値未満である場合、磁場の減少に伴って、抵抗が減少し、電流の振幅の低下を制限することができる。
【００７１】
図２６に示されているように、交流電源が整流されてフィルタ処理された後、直流電流が得られ、ＬＥＤランプ２０は磁気抵抗電流制限器２１を介して点灯される。磁気抵抗電流制限器２１は、基板１（１´）、磁気抵抗センサ層２（２´）、コイル４（４´）、磁気シールド層６（６´）、第１の絶縁層３（３´）、第２の絶縁層５（５´）、入力電極７、および出力電極８を含み、コイル４（４´）は、磁気抵抗センサ層２（２´）と磁気シールド層６（６´）との間に配置され、第１の絶縁層３（３´）および第２の絶縁層５（５´）はそれぞれ、磁気抵抗センサ層２（２´）と電流との間、かつ電流層と磁気シールド層６（６´）との間に配置され、コイル４（４´）と磁気抵抗センサ層２（２´）は直列接続され、磁気抵抗センサ層２（２´）およびコイル４（４´）の他のポートは、入力電極７および出力電極８それぞれと接続される。磁気抵抗電流制限器のトロポジ構造は２つの形態を有する。１つの形態は、磁気抵抗センサ層２が基板１上に直接配置され、コイル４が磁気抵抗センサ層２より上方に配置され、磁気シールド層６が最上部に配置される形態であり、他方の形態は、磁気シールド層６´が基板１´上に直接配置され、磁気抵抗センサ層２´が最上部に配置され、コイル４´が磁気抵抗センサ層２´より下に配置される形態である。磁気抵抗センサ層２（２´）は、Ｎ列（Ｎは１より大きい整数）のアレイ型磁気トンネル接合線を含み、各線の磁気トンネル接合部は直列接続され、磁気トンネル接合線は、直列接続または並列接続されて２ポート構造を成し、磁気トンネル接合部の磁気感度軸は磁気トンネル接合線に垂直である。対応コイルは２つの接続形態を有する。１つは、導電線が直列接続され、２×Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝−１または３）の導電線が含まれ、電流は、正方向に磁気トンネル接合線の上または下に配置された導線線へと流入し、負方向に磁気トンネル接合線間の導電線へと流入する形態であり、他方は、導電線が並列接続され、Ｎ＋Ｍ（Ｍ＝０または２）の導電線が含まれ、電流は、同一方向にトンネル接合線の上または下に配置された導電線へと流入する。Ｍ＞０である場合、コイルの導電線は、同じ断面寸法を有することができ、さらに、それぞれの導電線の断面寸法は、導電線の上または下の磁気トンネル接合部において感度軸の方向に沿って同じ磁場成分を生成するように変化する場合がある。
【００７２】
第１の絶縁層３（３´）および第２の絶縁層５（５´）は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、フォトレジストもしくはベンゾシクロブテン、または他の材料から成り、厚さは１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。コイル４（４´）は、高伝導性金属材料、例えば、銅、金、または銀から成り、厚さは１μｍ〜１０μｍである。導電線は、５μｍ〜４０μｍの幅を有し、隣接する導電線間の間隔は１０μｍ〜１００μｍである。磁気シールド層６（６´）は、高透磁率強磁性合金材料、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅＢ、ＦｅＳｉＢ、またはＦｅＳｉＢＮｂＣｒから成り、厚さは１μｍ〜１０μｍである。
【００７３】
直流電流は、入力電極７を介して磁気抵抗センサ層２（２´）へと流入し、その後、コイル４（４´）へと流入し、最後に、出力電極８から流出する。交流電源電圧が変動して回路の作動電流を増加させると、コイル４（４´）の導電線内の電流は増加して、磁気トンネル接合線において生成された感度軸の方向の磁場成分Ｂｙは増加する。この時点で、磁気抵抗センサ層は、抵抗が一方向に線形増加するという特徴を有し、正常作動電流の場合に抵抗は最小値の位置にあることから、磁場の増加は磁気抵抗センサ層の抵抗の増加をもたらし、電流の振幅の増大が制限され、ＬＥＤランプ２０が保護される。電源電圧が正常に戻ると、電流の振幅は正常に戻り、磁気抵抗センサ層の抵抗および磁場は共に初期値に戻る。別の状況は、以下の通りである。交流電源電圧が変動して回路の作動電流を減少させると、導電線内の電流は減少して、磁気トンネル接合線において生成された感度軸の方向の磁場成分Ｂｙの減少をもたらす。この時点で、磁気抵抗センサ層は依然として磁場抵抗が一方向に線形増加するという特徴を有するように選択され、正常作動電流の場合に抵抗は最大値の位置にある。したがって、磁場の減少は磁気抵抗センサ層の抵抗の減少をもたらし、電流の振幅の低下を制限する。
【００７４】
図２７に示されているように、磁気抵抗電流制限器の構造は、上述した通りである。交流電源はＬＥＤランプ２２〜２３に直接電力を供給し、ＬＥＤランプは順方向および逆方向の並列接続部を介して接続され、交流電源が正の半サイクル範囲内で動作する場合、順方向のＬＥＤランプ２２が作動し、交流電源が負の半サイクル範囲内で動作する場合、逆方向のＬＥＤランプ２３が作動する。磁気抵抗電流制限器２４は、ＬＥＤランプ２２〜２３に直列接続され、作動交流電流は入力電極７を介して磁気抵抗センサ層２（２´）へと流入し、その後、コイル４（４´）へと流入し、出力電極８から流出する。この時点で、対称な抵抗−磁場特徴を有する磁気抵抗センサ層が選択され、抵抗は磁場振幅の増大に伴って増加し、作動電流が正常値である場合、抵抗は最小値の位置にあり、交流電流電源が正方向に変動すると、正方向の磁場成分Ｂｙの振幅が増大し、したがって、磁気抵抗電流制限器の抵抗が増加し、その結果、正電流の振幅が制限され、ＬＥＤランプ２２が保護される。交流電源が負方向に変動すると、負方向の磁場成分Ｂｙの振幅が増大し、磁気抵抗電流制限器の抵抗も増加し、その結果、負電流の振幅が制限され、ＬＥＤランプ２３が保護される。交流電源が正常に戻ると、電流は正常に戻り、この時点で、磁場成分Ｂｙおよび磁気抵抗センサ層の抵抗は正常に戻り、そのことにより、ＬＥＤランプは正常な状態に戻る。別の状況は以下の通りである。交流電源が変動して作動電流を減少させ、この時点で、対称な抵抗‐磁場特徴を有する磁気抵抗センサ層が依然として選択され、交流電源の正および負の半サイクルはそれぞれ磁場‐抵抗の正の半サイクルおよび負の半サイクルに対応し、作動電流が正常である場合、抵抗は対応する最大値の位置にあり、作動電流が減少すると、磁場成分Ｂｙが減少し、その結果、磁気抵抗センサ層の抵抗が減少し、電流の振幅の低下が制限される。
【００７５】
上記説明は、本発明の好適な実施形態に過ぎず、本発明を制限するものではない。当業者は、本発明に種々の修正および変更を加えてよい。本発明の精神および原理の範囲内の任意の修正、同等の代替形態、改良形態などは、本発明の請求される範囲に含まれるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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