(57)【要約】上から見て少なくとも領域毎にストライプ状の、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る磁気抵抗薄膜系（１０）が提案されており、その際、ストライプ状の薄膜系（１０）は、規準薄膜（３５）の上に作用する外部磁場の方向によって近似的に影響されない磁化方向の規準薄膜（３５）を有している。センサ素子（５）は、作動時に測定信号を形成し、この測定信号は、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と、磁化方向との間の測定角度の関数として変化し、この測定信号から、この測定角度を求めることができる。その他に、上から見てストライプ状薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない状態での磁化方向と、ストライプ状薄膜系（１０）の長手方向との間の角度が、所定の作動間隔から選択された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、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る。更に、磁気抵抗センサ素子（５）の角度誤差を低減するための方法が提案されている。
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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、前記磁気抵抗膜システム（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、前記ストライプ状薄膜系（１０）は、当該薄膜系（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規準薄膜（３５）を有しており、センサ素子（５）は、作動時に、前記薄膜系（１０）の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、規準薄膜（３５）の磁化方向との間の測定角度の関数として変化する測定信号を形成し、該測定信号から測定角度を求めることができる磁気抵抗センサ素子において、
上から見てストライプ状薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない状態での規準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系（１０）の長手方向との間の角度が、所定の作動間隔から選択された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系（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、前記ストライプ状薄膜系（１０）の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、無視し得る程度に弱い外部磁場での前記規準薄膜（３５）の磁化方向との間の角度と、測定信号から求めることができる、前記ストライプ状薄膜系（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、前記規準薄膜（３５）の磁化方向との最大偏差として定義されることを特徴とする磁気抵抗センサ素子。
【請求項２】
上から見てストライプ状薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない場合での規準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系（１０）の長手方向との間の角度、並びに、前記ストライプ状薄膜系（１０）の幅とが、所定の作動間隔から選定された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系（１０）の角度誤差が、前記角度、前記磁場強度及び前記ストライプ状薄膜系（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、殊に、８ｋＡ／ｍ〜３０ｋＡ／ｍの作動間隔から選択されており、前記外部磁場がない場合での規準薄膜（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又は２記載の磁気抵抗センサ素子。
【請求項４】
ストライプ状薄膜系（１０）の幅は、１μｍ〜１００μｍ、殊に、２μｍ〜３０μｍの間隔から選定されている請求項１から３迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項５】
ストライプ状薄膜系（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、規準薄膜（３５）は、前記第１の固着薄膜（３５）である請求項１から４迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項６】
第１の固着薄膜（３５）は、第１の強磁性材料製、殊に、ＣｏＦｅ合金製であり、第２の固着薄膜（３３）は、第２の強磁性材料製、殊に、ＣｏＦｅ合金製であり、中間薄膜（３４）は、非磁性材料製、殊に、ルテニウム製である請求項１から５迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項７】
第１の固着薄膜（３５）の厚みは、第２の固着薄膜（３３）の厚みよりも小さく、殊に、０．２ｎｍ〜０．８ｎｍ小さい請求項６記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項８】
第２の固着薄膜（３３）は、反磁性薄膜（３２）、殊に、ＰｔＭｎ合金製薄膜に隣接している請求項１から７迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項９】
第１の固着薄膜（３５）は、殊に、銅製の金属化薄膜（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、該隣接薄膜は、磁化方向が、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を有している請求項１から８迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項１０】
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、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９記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項１１】
反磁性薄膜（３２）は、２０ｎｍ〜４０ｎｍ、殊に、３０ｎｍの厚みを有しており、第２の固着薄膜（３３）は、２ｎｍ〜４ｎｍの厚み、殊に、２．４ｎｍの厚みを有しており、中間薄膜（３４）は、０．６ｎｍ〜０．８ｎｍの厚み、殊に、０．７ｎｍの厚みを有しており、第１の固着薄膜（３５）は、１ｎｍ〜３．５ｎｍの厚み、殊に、２ｎｍの厚みを有しており、金属化薄膜（３６）は、１ｎｍ〜４ｎｍの厚み、殊に、２ｎｍの厚みを有しており、第１の部分薄膜（３７）は、０．５ｎｍ〜２ｎｍの厚み、殊に、１ｎｍを有しており、第２の部分薄膜（３８）は、１．５ｎｍ〜５ｎｍの厚み、殊に、３ｎｍを有している請求項１から１０迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項１２】
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を有するメアンダ状に形成されており、前記ストライプ部分の規準薄膜（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１１迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項１３】
ストライプ状薄膜系（１０）は、領域毎に平行ではなく、殊に、ストライプ部分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）、殊に、アルミニウム製コーティング部が設けられており、前記コーティング部は、殊に、前記ストライプ部分上又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又は橋絡しており、又は、前記ストライプ部分は、良導電性材料、殊に、アルミニウムから形成されている請求項１２記載の磁気抵抗薄膜系。
【請求項１４】
殊に、請求項１から１３迄の何れか１記載の磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法であって、磁気抵抗膜システム（１０）を有しており、該磁気抵抗薄膜システム（１０）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ており、前記ストライプ状薄膜系（１０）は、当該薄膜系（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規準薄膜（３５）を有しており、センサ素子（５）は、作動時に、前記薄膜系（１０）の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、規準薄膜（３５）の磁化方向との間の測定角度の関数として変化する測定信号を形成し、該測定信号から測定角度を求めることができる磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法において、
上から見てストライプ状薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない状態での規準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系（１０）の長手方向との間の角度を、所定の作動間隔から選択された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系（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し、前記角度誤差を、前記ストライプ状薄膜系（１０）の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、無視し得る程度に弱い外部磁場での前記規準薄膜（３５）の磁化方向との間の角度と、測定信号から求めることができる、前記ストライプ状薄膜系（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、前記規準薄膜（３５）の磁化方向との最大偏差として定義す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１５】
上から見てストライプ状薄膜系（１０）に関して、外部磁場がない場合での規準薄膜（３５）の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系（１０）の長手方向との間の角度、並びに、前記ストライプ状薄膜系（１０）の幅とを、所定の作動間隔から選定された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系（１０）の角度誤差が、前記角度、前記磁場強度及び前記ストライプ状薄膜系（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１４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、並びに、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。
【０００２】
従来技術
ＡＭＲ角度センサよりも拡張された３６０°の測定領域及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、所謂スピン−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、又は、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。その際、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、所謂ベア薄膜又は検出薄膜は、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、即ち、所謂規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、更にこの角度の関数であり、その結果、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】
規準薄膜の磁化方向を固定するために、択一的に、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、及び、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、その際、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、且つ、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ことができるために、多数の、その種の薄膜系を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り、その際、一方のブリッジが他方のブリッジに対して、規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の、外部磁場方向への依存性により、「コサイン（”Ｃｏｓｉｎｕｓ”）」ブリッジ及び「サイン（”Ｓｉｎｕｓ”）」ブリッジに相応する。個別ホイートストンブリッジの各々は、更に、対状に、例えば、１８０°の、規準薄膜内の磁化の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形成されている。
【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、世界知的所有権機関特許公開第００／７９２９８Ａ２号公報に概説されている。そこには、そのような磁気抵抗薄膜系の、相互に９０°だけ回転された２つのホイートストンブリッジ回路の形式の接続も、薄膜系の規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、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、検出薄膜又はベア薄膜が、一方では、所定の異方性を有しており、他方では、規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おり、即ち、この薄膜が、外部磁場に、その方向に関して最適でない状態で続く。その他に、外部磁場が規準薄膜に作用する場合に、規準薄膜の磁化方向が全く変わらないわけではないということも観測される。その際、外部磁場の作用時に、規準薄膜の磁化方向が僅かに変化することも屡々生じ、その結果、測定結果の質が低下してしまう。
【０００９】
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、殊に、自動車の、特に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。
【００１０】
発明の利点
本発明の磁気抵抗センサ素子、及び、本発明の、磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減用の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規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、並びに、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。殊に、角度誤差は、０．５°よりも小さく、殊に、０．２°よりも小さくすることができる。
【００１１】
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。
【００１２】
特に有利には、外部磁場がない場合に規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、並びに、角度誤差を更に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し、前述の角度及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、強度が所定の作動間隔から選択された磁場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。
【００１３】
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。
【００１４】
ほぼ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、個別ストライプ状部分からなるメアンダ状の導体路の形状異方性を適切に利用することによって、このストライプ状領域内の薄膜系の規準薄膜のピンニング方向の適切な選択と組み合わせて、並びに、作動時にセンサ素子に作用する外部磁場強度を考慮して最小にすることができる。
【００１５】
従って、上から見た磁気抵抗薄膜系のレイアウトを適切に組み合わせた場合に、特に、個別ストライプ状薄膜系部分の幅、及び、規準薄膜の磁化方向、即ち、これら個別ストライプ状部分での所謂ピンニング方向に関して適切に組み合わせた場合に、並びに、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して、特に角度誤差を小さくすることができる。
【００１６】
殊に、有利には、１μｍ〜２０μｍの領域内での有利な幅を有するストライプ状部分での磁気抵抗薄膜系の構造化によって、ストライプの長手方向と、外部磁場がない場合での規準薄膜のピンニング方向乃至磁化方向との間の所定角度で、又は、無視し得る程弱い外部磁場で、形状異方性のエネルギ寄与は、角度誤差にポジティブな影響を有する。
【００１７】
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°又は９０°又は１８０°又は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、殊に、８ｋＡ／ｍ〜３０ｋＡ／ｍの作動間隔から選択されている。
【００１８】
この関連で、更に有利には、磁気抵抗センサ素子のレイアウトは、上から見て薄膜系のできる限り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の共通の方向を１つだけ有している。
【００１９】
それに対して、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、殊に、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されており、又は、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。
【００２０】
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、その際、平行なストライプ部分の規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おり、その際、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。
【００２１】
特に有利には、更に、規準薄膜の磁化方向の安定化のために、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、規準薄膜の磁化方向を、特に良好且つ安定化することができるようになる。
【００２２】
図面
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。図１は、ストライプ幅の関数として、及び、このストライプの長手方向と第１の磁場での規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し、図２は、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し、図３は、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を示し、図４は、図３の磁気抵抗薄膜系の断面を示す。
【００２３】
実施例
図４は、上から見て少なくとも領域毎に、殊に完全に、ストライプ状に構造化された磁気抵抗薄膜系１０を示す。これに対して、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、薄膜系が、第１の固定薄膜３５、即ち「スピンニング」薄膜又は規準薄膜、中間薄膜３４及び第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。
【００２４】
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、小さく、殊に、０．２ｎｍ〜０．８ｎｍ、有利には、０．２ｎｍ〜０．４ｎｍ、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に対して隣りの、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。
【００２５】
特に有利には、反強磁性薄膜３２は、厚み２０ｎｍ〜４０ｎｍ、殊に、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。
【００２６】
総体的に、図４の薄膜構造によって、磁場が所定の作動間隔から選択されている場合に、規準薄膜３５は、当該規準薄膜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、少なくとも近似的に常に、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有している。
【００２７】
図３は、図４を上から見た図を示し、その際、ストライプ状の薄膜系１０は、殊に、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、その際、この平行に延在している個別ストライプ部分の規準薄膜３５の磁化方向は、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、殊に、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又は橋絡している。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。
【００２８】
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での規準薄膜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。
【００２９】
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（その際、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規準薄膜の磁化方向との間の角度と、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、規準薄膜の磁化方向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。
【００３０】
理想的な場合、角度誤差は、０°であり、即ち、規準薄膜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。
【００３１】
しかし、実際には、検出薄膜４１の異方性、並びに、検出薄膜４１と規準薄膜３５との間の強磁性又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。
【００３２】
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規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。
【００３３】
ストライプ幅及び所定磁場でのストライプの長手方向と規準薄膜の磁化方向との間の角度の変化によって、このエネルギ条件を最適に各々の薄膜系１０に適合させることができる。
【００３４】
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）、殊に、８ｋＡ／ｍ〜３０ｋＡ／ｍの領域内の磁気抵抗センサ素子用の通常の作動期間から選択された所定の外部磁場で算出される。
【００３５】
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及び図２に形状異方性乃至ＡＭＲ誤差を算入して計算される。
【００３６】
詳細には、図１には、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°、即ち、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。
【００３７】
図１は、先ず、図３乃至図４の薄膜系１０に基づいて行なわれた第１のシミュレーション２０を示す。その際、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。
【００３８】
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。
【００３９】
シミュレーション２０では、外部磁場がない場合に、規準薄膜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、即ち、相応の角度は、９０°又は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、即ち、特に、所謂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又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。
【００４０】
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約７μｍのストライプ幅で、既述のように、ストライプ状の薄膜系１０の長手方向と、規準薄膜３５の磁化方向との間の角度を調整した場合に、殆ど０°に位置している最小角度誤差を生じることが分かる。
【００４１】
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２１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。
【００４２】
その限りで、この場合でも、所定の磁場及びストライプ状薄膜系の長手方向に対して垂直方向の規準薄膜３５の磁化方向の所定の配向で、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。
【００４３】
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が示されており、その際、しかし、所定の磁場での規準薄膜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、即ち、０°、又は、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。
【００４４】
シミュレーション２２，２３から、ストライプ幅の関数として、最大角度誤差の最小値は生じないことが分かる。
【００４５】
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、規準薄膜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、その際、最大角度誤差は、０°〜１８０°の角度選択の場合よりも常に小さくすることができるからである。殊に、外部磁場がない場合の規準薄膜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、９０°乃至２７０°角度の選択により、別の角度よりも小さな最大角度誤差にすることが常にできる。
【００４６】
更に、図１から分かるように、この角度に合わせる他に、その都度の外部磁場で定義される磁場強度により、最大角度誤差を更に小さくする最適なストライプ幅も得られる。この効果は、規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。
【００４７】
図２は、図１とほぼ同様状況を示しているが、但し、その際、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のストライプの幅の関数として図１に相応してμｍで示されている。
【００４８】
その際、最大角度誤差とは、外部磁場の回転時に３６０°だけ薄膜系１０の面内に新たに生起する、前述の定義に相応する最大角度誤差のことである。
【００４９】
図２には、先ず、図１と同様の図３又は図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が示されており、その際、外部磁場２４ｋＡ／ｍ、外部磁場がない場合での規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９０°乃至２７０°との仮定のもとで行なわれた。第５のシミュレーション２４では、ＧＭＲ誤差並びにＡＭＲ誤差（形状異方性によって生じる）が考慮されている。第５のシミュレーション、さもなければ、相応の第６のシミュレーション２５の１つは、このＡＭＲ誤差を無視することができる。
【００５０】
図２と図１との比較の際に、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、最大角度誤差の最大値を示さず、しかも、絶対的に見ると大きくもあることが分かる。
【００５１】
図２には、第８のシミュレーション２７が示されており、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、規準薄膜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、即ち、角度０°又は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誤差も考慮されており、第７のシミュレーション２６では、このＡＭＲ誤差を、無視することができ、その他の点では第８のシミュレーション２７に較べて同じシミュレーション条件である。
【００５２】
この場合には、一方では、外部磁場がない場合での規準薄膜の磁化方向と、ストライプ状薄膜１０の長手方向との間の０°又は１８０°の角度での前述の磁場での最大角度誤差は、９０°又は２７０°の相応の角度に対して明らかに低減された角度誤差となる。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、その際分かるように、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ようにして更に低減することができる。
【００５３】
従って、図１又は図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、作動時にセンサ素子に印加される所定作動間隔の外部磁場が生じる。その後、外部磁場がない場合での規準薄膜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求められる。ストライプ幅は、更に低減した最大角度誤差が得られるように更に最適化され、即ち、殊に、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るようにされる。
【００５４】
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規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°乃至１８０°又は９０°乃至２７０°に選定する途有利である。ＡＭＲ誤差を算入しても更に、最小角度誤差を見つける際に結果は著しく変化しない。
【００５５】
最後に、図３の短絡バーの形式に導体薄膜１１を設けると、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、即ち、規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及び薄膜厚は、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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ストライプ幅の関数として、及び、このストライプの長手方向と第１の磁場での規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を示す図
【図４】図３の磁気抵抗薄膜系の断面を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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