(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサであって、
ＸＹ平面における基板であって、前記ＸＹ平面は、座標軸、即ちＸ軸およびＹ軸によって画定される、基板と、
１つまたは複数の磁気抵抗検出素子より成る少なくとも１つのプッシュアームと、
１つまたは複数の磁気抵抗検出素子より成る少なくとも１つのプルアームと、
前記基板上に配置される複数のプッシュアーム磁束濃縮器および複数のプルアーム磁束濃縮器とを備え、かつ前記複数のプッシュアーム磁束濃縮器のうちの２つのプッシュアーム磁束濃縮器間および前記複数のプルアーム磁束濃縮器のうちの２つのプルアーム磁束濃縮器間毎には所定の隙間が設けられ、前記複数のプッシュアーム磁束濃縮器および前記複数のプルアーム磁束濃縮器の双方は細長いバーのアレイで構成され、前記プッシュアーム磁束濃縮器とＸ軸前方向との内抱角は正であって、前記プルアーム磁束濃縮器と前記Ｘ軸前方向との内抱角は負であり、または、前記プッシュアーム磁束濃縮器と前記Ｘ軸前方向との内抱角は負であって、前記プルアーム磁束濃縮器と前記Ｘ軸前方向との内抱角は正であり、
前記磁気抵抗検出素子の磁気ピニング層の磁化方向は、同一であり、
前記磁気抵抗検出素子は各々、前記プッシュアーム磁束濃縮器と前記プルアーム磁束濃縮器との間のＸ軸方向における磁界成分の差値を検出するために、２つの隣接するプッシュアーム磁束濃縮器間、または２つの隣接するプルアーム磁束濃縮器間の隙間に相応して位置決めされ、かつ、
マイクロ電子接続およびパッケージング方法は、前記磁気抵抗検出素子をプッシュプルブリッジに相互接続して入力および出力接続部を形成するために使用される、シングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項２】
前記磁気抵抗検出素子は、ＧＭＲまたはＴＭＲ検出素子である、請求項１に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項３】
外部磁界が存在しない場合、前記磁気抵抗検出素子の磁化方向は、永久磁石バイアシング、二重交換相互作用、形状異方性またはこれらの任意の組合せの使用を介して、前記磁気ピニング層の前記磁化方向に対して垂直である、請求項１または請求項２に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項４】
前記プッシュアームおよび前記プルアーム上の前記磁気抵抗検出素子の数は同一であり、かつ前記プッシュアームと前記プルアームの相対位置における前記磁気抵抗検出素子は、互いに対して平行である、請求項１に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項５】
前記プッシュアームおよび前記プルアーム上の前記磁気抵抗検出素子の回転角は、同じ大きさにあるが、回転方向は逆である、請求項１に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項６】
前記プッシュアーム磁束濃縮器と前記Ｘ軸前方向との内抱角は、５゜から８５゜までであり、かつ前記プルアーム磁束濃縮器と前記Ｘ軸前方向との内抱角は、−５゜から−８５゜までである、請求項１に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項７】
前記プッシュプルブリッジは、ハーフブリッジ、フルブリッジまたは擬似ブリッジである、請求項１に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項８】
前記プッシュアーム磁束濃縮器および前記プッシュアーム磁束濃縮器の双方は、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏおよびＡｌのうちの１つまたはそれ以上の元素より成る軟強磁性合金から選択される物質で製造されて構成される、請求項１に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項９】
前記プッシュアーム磁束濃縮器の数および前記プルアーム磁束濃縮器の数は、同じである、請求項１、請求項４および請求項８の何れか一項に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【請求項１０】
前記マイクロ電子接続およびパッケージング方法は、ボンディングパッド、リードフレーム、フリップチップ、ボール・グリッド・アレイ、ウェーハ・レベル・パッケージングまたはチップオンボード・ダイレクトマウントを含む、請求項１に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ技術の分野に関し、具体的には、シングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）センサは、近年産業分野へ適用され始めている新たな磁気抵抗効果センサである。このセンサは、磁界を検出するために磁気多層膜材料のトンネル磁気抵抗効果を利用するが、これは、主として、磁気多層膜材料内に発現し、磁気多層膜の抵抗は、外部磁界の大きさおよび方向の変化に伴って変わる。これは、既存のＡＭＲ（異方性磁気抵抗）およびＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサより大きい磁気抵抗を有し、かつホールセンサより優れた温度安定性も有する。
【０００３】
一般的なＴＭＲまたはＧＭＲプッシュプルブリッジ型センサは、隣接する２つのブリッジアーム抵抗体における磁気抵抗検出素子のピニング層の磁化方向が反対側へ配向されることを必要とするが、概して、同一基板上に配置されるＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子の場合、磁界の大きさおよび方向が同じであり、かつ同一基板上の磁気抵抗検出素子のピニング層の磁化方向は同じであることから、プッシュプルブリッジ型センサの製造は困難である。現時点で、シングルチップ上にプッシュプルブリッジ型センサを製造するために使用される方法は、幾つか存在する。
【０００４】
（１）アームにおける磁気抵抗検出素子のピニング層の磁化方向を、２ステップ成膜プロセスを用いて、またはレーザ支援局所磁気アニーリングによって反対方向に設定し、シングルチップ・ブリッジ型センサを実現する。２ステップ成膜プロセスは、ピニング層が反対方向になるように、ＴＭＲ素子を各々２ステップで蒸着する。これは、製造プロセスを複雑にし、また第１のステップにおいて蒸着された薄膜は、第２のアニーリングプロセスの間に影響を受けることがある。これは、２ステップで製造される膜の一様性を低下させ、よって、センサの全体的性能に影響が生じる。レーザ加熱局所磁気アニーリング方法は、同じ強磁界における最初のアニーリングに続いて、チップがレーザで局所的にアニーリングされて隣接するアームのピニング層の磁化方向が反対方向に設定され、これにより、シングルチップ・ブリッジ型センサが実現される方法を指す。しかしながら、この方法は、高価な専用のカスタム製造デバイスを必要とし、またプロセスは、全体として多大な時間を要する。
【０００５】
（２）シングルチップ・ブリッジ型センサを、ブリッジアームにおける磁気抵抗検出素子の自由層の磁気モーメント方向を傾けることによって実現する。即ち、各ブリッジアーム内の磁気抵抗検出素子のピニング層の磁化方向は同じであるが、隣接するブリッジアーム内の磁気抵抗検出素子の自由層の磁化方向は異なり、また、各磁気抵抗検出素子の自由層の磁化方向と、そのピニング層の磁化方向との間の絶対角は同じである。この方法の問題点は、磁界に対するセンサ応答が低減し、これにより、センサの感受性が低減することにある。
【０００６】
（３）マルチチップパッケージング技術：同じウェーハまたは異なるウェーハから、２つのよく整合された磁気抵抗体を取り出す。但し、これらの２つの磁気抵抗体のピニング層の磁化方向は同じである。次に、マルチチップパッケージング・プロセスにおいて、そのうちの一方をもう一方の磁気抵抗体に対して１８０゜回転させてプッシュプル・ハーフブリッジを形成する。この方法は、プッシュプル型ハーフブリッジの機能を実現することができ、即ち、この方法は、検出感度を高め、かつ温度補償機能を有するが、一方で、マルチチップパッケージは、パッケージングサイズが大きく、製造コストが高い。さらに、実践において、パッケージ内でチップを正確に１８０゜反転させることは不可能である。その結果、２つの抵抗体の感度方向は、互いに対して正確に１８０度整合されず、これにより、印加される磁界に対する２つの抵抗体の出力特性の変化に相違が生じる。感度におけるこの非対称性の結果、存在するオフセット電圧は大きくなり、現実世界における多くのアプリケーションにとって問題となり得る。
【０００７】
さらに、プッシュプルブリッジ型センサは、単一抵抗体参照ブリッジ型センサより高い感度を有し、かつより優れた温度補償を有し、よって、温度ドリフトの効果を低減することができる。しかしながら、先行技術によるプッシュプルブリッジ型磁界センサは、永久磁石を用いて磁気抵抗素子の磁化方向をバイアスし、またこのセンサは、より高いコストおよびより大きいオフセットを有し、よってこれは、高強度磁界には不適である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、先行技術に存在する上述の問題点を克服するために、小型サイズでコストが低く、高感度で線形性に優れかつ製造が単純なシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサを提供することにある。
【０００９】
前述の技術的目的を達成し、かつ前述の技術的効果を実現するために、本発明は、下記の技術的スキームを介して実装される：
【００１０】
シングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサであって、前記センサは、ＸＹ平面における基板と、１つまたは複数の磁気抵抗検出素子より成る少なくとも１つのプッシュアームと、１つまたは複数の磁気抵抗検出素子より成る少なくとも１つのプルアームと、基板上に配置される複数のプッシュアーム磁束濃縮器およびプルアーム磁束濃縮器とを含み、複数のプッシュアーム磁束濃縮器のうちの２つのプッシュアーム磁束濃縮器間および複数のプルアーム磁束濃縮器のうちの２つのプルアーム磁束濃縮器間毎には所定の隙間が設けられる。ＸＹ平面は、座標軸、即ちＸ軸およびＹ軸によって画定される。プッシュアーム磁束濃縮器とＸ軸前方向との内抱角は正であって、プルアーム磁束濃縮器とＸ軸前方向との内抱角は負であり、または、プッシュアーム磁束濃縮器とＸ軸前方向との内抱角は負であって、プルアーム磁束濃縮器とＸ軸前方向との内抱角は正である。磁気抵抗検出素子の磁気ピニング層の磁化方向は、同一であり、磁気抵抗検出素子は各々、プッシュアーム磁束濃縮器とプルアーム磁束濃縮器との間の磁界の反対に配向された異なるＸ軸成分を検出するために、２つの隣接するプッシュアーム磁束濃縮器間、または２つの隣接するプルアーム磁束濃縮器間の隙間に相応して位置決めされ、かつ磁気抵抗検出素子は、入力および出力接続部を形成するために追加的に使用される、半導体パッケージングにおいて使用される典型的な電気的相互接続方法を介してプッシュプルブリッジを形成する。
【００１１】
好ましくは、磁気抵抗検出素子は、ＧＭＲまたはＴＭＲ検出素子である。
【００１２】
好ましくは、外部磁界が存在しない場合、磁気抵抗検出素子の自由層磁化方向は、永久磁石バイアシング、二重交換相互作用、形状異方性またはこれらの任意の組合せを用いて実現される磁気ピニング層の磁化方向に対して垂直である。
【００１３】
好ましくは、プッシュアームおよびプルアームにおける磁気抵抗検出素子の数は同一であり、かつプッシュアームとプルアームの相対位置における磁気抵抗検出素子は、互いに対して平行である。
【００１４】
好ましくは、プッシュアームおよびプルアーム上の磁気抵抗検出素子の回転角は、同じ大きさにあるが、極性は逆である。
【００１５】
好ましくは、プッシュアーム磁束濃縮器とＸ軸前方向との内抱角は、５゜から８５゜までであり、かつプルアーム磁束濃縮器とＸ軸前方向との内抱角は、−５゜から−８５゜までである。
【００１６】
好ましくは、プッシュプルブリッジは、ハーフブリッジ、フルブリッジまたは擬似ブリッジである。
【００１７】
好ましくは、プッシュアーム磁束濃縮器およびプッシュアーム磁束濃縮器の双方は、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏおよびＡｌのうちの１つまたはそれ以上の元素より成る軟強磁性合金から選択される物質で製造されるアレイまたはナローバーである。
【００１８】
好ましくは、プッシュアーム磁束濃縮器の数およびプルアーム磁束濃縮器の数は、同じである。
【００１９】
好ましくは、マイクロ電子接続およびパッケージング方法は、ボンディングパッド、リードフレーム、フリップチップ、ボール・グリッド・アレイ、ウェーハ・レベル・パッケージングまたはチップオンボード・ダイレクトマウントを含む。
【００２０】
先行技術に比較して、本発明は、次のような有益な効果を有する：
【００２１】
（１）ブリッジのブリッジアームにおける磁気抵抗検出素子のピニング層の磁化方向は同一であり、よって、シングルチップ上の製造は、２ステップ成膜またはアニーリング等のプロセスを用いることなく実現されることが可能である。
【００２２】
（２）複数の細長い磁束濃縮器の使用により、センサは、優れた線形性および高い感度を有することができ、かつセンサ出力も、さらに飽和しにくくなり得ることから、センサの動作ダイナミックレンジが増大され、さらに、細長い磁束濃縮器の隙間により多くの磁気抵抗検出素子を置くことができ、よってノイズが減少される。
【００２３】
（３）先行技術におけるプッシュプルブリッジ型磁気センサに比較して、本発明におけるプッシュプルブリッジ型磁界センサは、永久磁石ではなく磁束濃縮器を使用し、よってコストが下がり、さらに、この設計によるプッシュプルブリッジ型磁界センサは、異なる方向に回転する必要がなく、よって、ブリッジアームのマッチングが遙かに容易であって、オフセットがより小さくなり、さらに、使用される磁気抵抗検出素子のサイズが極小（例えば、０．１×１０μｍ）であることから、設計は、高強度磁界により適合する。
【００２４】
（４）参照される既存のブリッジ型磁界センサに比べて、本発明によるプッシュプルブリッジ型磁界センサは、より優れた線形性、より高い感度およびより広範な動作ダイナミックレンジを有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の技術的実施形態に使用される技術的解法をさらに明瞭に例示するために、以下、本発明の技術的実施形態を記述するために使用されるべき添付の図面について簡単に述べる。明らかに、以下の記述における添付の図面は、本発明の可能な実施形態の幾つかであるに過ぎず、当業者であれば、創造的な努力を行うことなく、本発明の精神を逸脱しない他の図面を考案することができる。
【００２６】
【図１】先行技術におけるシングルチップ・ブリッジ型磁界センサを示す構造略図である。
【図２】本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサを示す構造略図である。
【図３】本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサを示す別の構造略図である。
【図４】Ｙ軸方向磁界が存在している、本発明のシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの磁界分布を示す図である。
【図５】Ｘ軸方向磁界が存在している、本発明のシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの磁界分布を示す図である。
【図６】本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサおよびシングルチップ参照ブリッジ型磁界センサの応答曲線を示す。
【図７】本発明のフルブリッジ回路図である。
【図８】本発明のハーフブリッジ回路図である。
【図９】本発明の擬似ブリッジ回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、先行技術におけるシングルチップ・ブリッジ型磁界センサを示す構造略図である。本構造体は、基板１と、２つのシールド層２と、検出素子３と、参照素子４とを含み、２つのシールド層２は、間に隙間５を有する。入力および出力用の４つのボンディングパッド６−９は、順に各々、電源端Ｖｂｉａｓ、接地端ＧＮＤおよび電圧出力端Ｖ＋およびＶ−として使用され、これらの検出軸方向は、１１０である。参照素子４は、シールド層２の下に位置決めされ、検出素子３は、２つのシールド層２間の隙間５に位置決めされ、かつシールド層２の形状は、四角形である。検出素子３は、検出アームを形成するように接続され、かつ参照素子４は、参照アームを形成するように接続される。基板１は、検出軸方向１１０に沿ってかなり長い長さを有し、かつ検出素子３および参照素子４は、互いからかなり離れて存在し、即ち、検出アームと参照アームとの間のスペーシングが大きく、かつ間に有する隙間５は１つのみであって、結果的に、チップ上に無駄なスペースが生じる場合があり、かつチップのサイズが大きくなり、設計上のチップサイズは、約２ｍｍ×０．５ｍｍになる。さらに、検出アームと参照アームとの間のスペーシングが大きくなることから、ブリッジの平衡は困難である場合があり、かつ２つのアーム上の温度が異なる場合もあって、その温度補償機能の低減に繋がる。さらに、四角形のシールド層２の使用に起因して、センサは、磁界の飽和状態にはるかに容易に到達する場合があり、シールド層２の中心付近では、不均一な飽和磁界の生成が始まる場合があり、かつ隙間５の近傍でヒステリシスが発生されてセンサの線形性が低減される。
【００２８】
この先行技術には、前述の問題点を解決する方法も存在しているが、さほど完全なものではない。例えば、中国特許出願第２０１３１０２０３３１１．３号明細書は、シングルチップ参照ブリッジ型磁界センサを開示していて、このセンサは、互い違いに配置される参照素子ストリングおよび検出素子ストリングと、細長いシールド構造体とを含み、参照素子ストリングは、シールド構造体の下に位置決めされ、かつ検出素子ストリングは、２つのシールド構造体間の隙間に位置決めされる。このような構造のセンサは、前述の問題点を解決できるものではあるが、本発明に比べると、その線形性はさほど優れたものではなく、検出される信号もさほど強いものではなく、かつそのオフセットの制御は、極めて困難である。
【００２９】
以下、添付の図面および実施形態を参照して、さらに、本発明による発明の概要について述べる。
【００３０】
実施形態１
図２は、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサを示す構造略図である。本センサは、基板１と、入力および出力用ボンディングパッド６−９と、基板１上へ斜めに配置される複数のプッシュアーム磁束濃縮器１２およびプルアーム磁束濃縮器１３と、各々２つの隣接するプッシュアーム磁束濃縮器間の隙間１４および２つの隣接するプルアーム磁束濃縮器間の隙間１５に位置決めされる磁気抵抗検出素子１０および１１とを含む。磁気抵抗検出素子１０および１１は、ＧＭＲまたはＴＭＲ磁気抵抗検出素子であり、これらの形状は、四角形、菱形または楕円形であってもよく、磁気抵抗検出素子１０の数と磁気抵抗検出素子１１の数は、同じであり、互いに対応する磁気抵抗検出素子１０および１１は、互いに対して平行であり、かつ磁気抵抗検出素子の磁気ピニング層の磁化方向は同じであって、共に１１０である。外部磁界が不在の場合、磁気抵抗検出素子１０および１１は、Ｘ軸方向のプッシュアーム磁束濃縮器とプルアーム磁束濃縮器との間の磁界成分の差値を検出するために、永久磁石のバイアシング、二重交換相互作用、形状異方性またはこれらの任意の組合せを介して、磁気自由層の磁化方向を磁気ピニング層の磁化方向に対して垂直にする。磁気抵抗検出素子１０および１１は、ボンディングパッド６−９と電気接続されてフルブリッジを形成し、かつフルブリッジは、２つのプッシュアームと２つのプッシュアームとを含み、磁気抵抗検出素子１０で形成されるブリッジアームは、プッシュアームであり、かつ磁気抵抗検出素子１１で形成されるブリッジアームは、プルアームである。プッシュアーム磁束濃縮器１２およびプルアーム磁束濃縮器１３は、細長いアレイであって、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏおよびＡｌ、但しこれらに限定されない元素のうちの１つまたはそれ以上より成る軟強磁性合金から選択される物質で製造される。プッシュアーム磁束濃縮器１２とＸ軸前方向との内抱角は１６で示され、かつ好ましくは、その値は、５゜から８５゜までの範囲内であって、本実施形態では４５゜であり、プルアーム磁束濃縮器１３とＸ軸前方向との内抱角１７は、−５゜から−８５゜までの範囲内であって、本実施形態では−４５゜である。好ましくは、本発明によるチップのサイズは、０．５ｍｍ×０．５ｍｍである。さらに、異なるアプリケーションの要望に従って、チップのサイズは、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ未満であってもよい。本実施形態において、隙間１４および隙間１５のサイズは、２０μｍであり、プッシュアーム磁束濃縮器１２およびプルアーム磁束濃縮器１３は共に、幅２０μｍおよび厚さ１０μｍを有し、かつ磁気抵抗検出素子（１０、１１）のサイズは、１５μｍ×１．５μｍである。
【００３１】
本実施形態において、ボンディングパッドは、入力および出力接続部を作成するために使用され、また、フリップチップ、ボール・グリッド・アレイ、ウェーハ・レベル・パッケージングおよびチップオンボード・ダイレクトマウント等のマイクロ電子接続およびパッケージング方法を用いることも実現可能である。
【００３２】
図３は、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサを示す別の構造略図である。本図に示されている構造は、図２における磁気抵抗検出素子１０および１１を各々＋４５゜および−４５゜回転させて達成されたものであるが、図３に示されている構造は、磁気抵抗検出素子１０および１１が各々プッシュアーム磁束濃縮器１２およびプルアーム磁束濃縮器１３に対して水平であることが、図２に示されている構造とは異なる。
【００３３】
先行技術による四角形に比べて、本発明は、細長い構造の磁束濃縮器を使用していて、この細長い構造は、スペースをより効果的に利用し、より低いヒステリシスを有し、センサが優れた線形性および高い感度を有することを可能にし、かつまたセンサ出力が容易には飽和状態に到達しないようにし、よってセンサの動作ダイナミックレンジが増大され、さらには、隙間により多くの磁気抵抗検出素子を置くことができ、よってノイズが低減される。
【００３４】
実施形態２
図４は、Ｙ軸方向磁界における、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの磁界分布を示す図である。本図において、外部磁界の方向１００は、Ｙ軸に対して水平であり、かつ測定方向１０１は、Ｘ軸に対して水平である。本図から、センサへ進入する外部磁界は、プッシュアーム磁束濃縮器１２およびプルアーム磁束濃縮器１３によってバイアスされ、プッシュアーム磁束濃縮器１２間の隙間１４における磁界方向は１０２であり、かつプルアーム磁束濃縮器１３間の隙間１５における磁界方向は１０３であることが分かる。磁界方向１０２および１０３は、Ｙ軸を中心にして対称である。本実施形態において、外部磁界は、Ｂｙ＝１００Ｇであり、測定されたＸ軸磁界の大きさは、ＢＸ＋＝９０ＧおよびＢＸ−＝−９０Ｇであり、よって利得係数は、Ａｘｙ＝Ｂｘ／Ｂｙ＝（ＢＸ＋−ＢＸ−）／Ｂｙ＝１８０／１００＝１．８であって、先行技術におけるシングルチップ参照ブリッジ型磁界センサの利得係数より大きく、かつ取得される利得係数は、プッシュアーム磁束濃縮器１２およびプルアーム磁束濃縮器１３のサイズおよび隙間のサイズに関連する。
【００３５】
図５は、Ｘ軸方向磁界における、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの磁界分布を示す図である。本図において、外部磁界の方向および測定方向は共に、Ｘ軸に平行する方向１０１である。プッシュアーム磁束濃縮器１２間の隙間１４における磁界方向は、１０４であり、かつプルアーム磁束濃縮器１３間の隙間１５における磁界方向は、１０５である。磁界方向１０４および１０５は、Ｘ軸を中心にして対称である。本実施形態において、外部磁界は、Ｂｘ＝１００Ｇであり、測定されたＸ軸磁界の大きさは、ＢＸ＋＝１０１ＧおよびＢＸ−＝−１０１Ｇであり、よって利得係数は、Ａｘｘ＝（ＢＸ＋−ＢＸ−）／Ｂｘ＝（１０１−１０１）／１００＝０となり、よって、Ｘ軸における２つのブリッジアーム上の磁界の成分は互いに相殺し、Ｘ軸磁界信号の検出は不可能であることが明らかである。
【００３６】
図６は、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサおよびシングルチップ参照ブリッジ型磁界センサの応答曲線を示す。曲線２０は、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの応答曲線であり、かつ曲線２１は、シングルチップ参照ブリッジ型磁界センサの応答曲線である。本図から、曲線２０は、原点を中心に対称であるが、曲線２１は、対称ではなく、センサの線形範囲を制限することが分かる。さらに、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサは、より優れた線形性、より高い検出信号強度、より高い感度およびより広範な動作ダイナミックレンジを有する。
【００３７】
実施形態３
図７は、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの略回路図である。幾つかの磁気抵抗検出素子１０が電気接続されて等価的な磁気抵抗体Ｒ１８およびＲ１８’を形成し、幾つかの磁気抵抗検出素子１１が電気接続されて等価的な磁気抵抗体Ｒ１９およびＲ１９’を形成し、かつ４つの磁気抵抗体が接続されてフルブリッジを形成している。これらの磁気ピニング層の磁化方向は同じであり、相対位置にある磁気抵抗体（Ｒ１８とＲ１８’、Ｒ１９とＲ１９’）の磁気自由層の磁化方向は同じであり、かつ隣接位置にある磁気抵抗体（Ｒ１８とＲ１９、Ｒ１８とＲ１９’、Ｒ１８’とＲ１９およびＲ１８’とＲ１９’）の磁気自由層の磁化方向は異なる。磁気抵抗検出素子１０および１１の検出方向に沿って外部磁界が印加されると、磁気抵抗体Ｒ１８およびＲ１８’の抵抗の変化は、磁気抵抗体Ｒ１９およびＲ１９’のそれの逆であってもよく、よって、プッシュプル出力が形成される。フルブリッジの出力電圧は、
0006426178.tif 000002
である。
【００３８】
標準的な状況下では、Ｒ１８＝Ｒ１８’、Ｒ１９＝Ｒ１９’であり、かつ上記公式は、次式のように単純化されてもよい。
0006426178.tif 000003
【００３９】
本発明におけるプッシュプルブリッジは、ハーフブリッジまたは擬似ブリッジであってもよく、かつこのような２つの構造等の略回路図は、各々図８および図９に示されている通りである。２つの構造の動作原理は、フルブリッジのそれと同じであり、フルブリッジ構造のセンサの出力電圧は、
0006426178.tif 000004
である。
【００４０】
擬似ブリッジ構造のセンサは、２つの等価的な電流源Ｉ１  ２２およびＩ２  ２２’をさらに含み、２つの電流源の大きさは等しく、共にＩＢｉａｓであり、かつ本構造のセンサの出力電圧は、
0006426178.tif 000005
である。
【００４１】
これまでの説明は、単に本発明の好適な実施形態に関するものであって、本発明を限定するためのものではない。当業者にとって、本発明は、様々な変更および変形を有し得る。本発明の精神および原理の範囲内で行われる変更、等価的置換、改良およびこれらに類似するものは、全て、本発明の保護の範囲に含まれるものとする。
【図１】
0006426178.tif 000006
【図２】
0006426178.tif 000007
【図３】
0006426178.tif 000008
【図４】
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【図５】
0006426178.tif 000010
【図６】
0006426178.tif 000011
【図７】
0006426178.tif 000012
【図８】
0006426178.tif 000013
【図９】
0006426178.tif 000014