(57)【要約】本発明は、Ｘ−Ｙ平面内に位置する基板と、基板上に位置する軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイと、を備える単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサを開示する。軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、いくつかの軟強磁性磁束コンセントレータを含み、それぞれ２つの隣接した軟強磁性磁束コンセントレータの間に間隙がある。＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、それぞれ、間隙内に位置する＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニットを備える。＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニットは、プッシュ・プルＸ軸磁気抵抗センサを形成するように電気的に相互接続されている。同じ磁場感受方向を有する各磁気抵抗感知ユニットは、隣接した位置に配置される。磁気抵抗感知ユニットは、全てＭＴＪ磁気抵抗センサ素子であり、各々は、同じ磁性多層膜構造を有する。レーザ磁気アニーリングは、磁気感知アレイをスキャンおよび準備するために使用される。本発明は、小サイズ、高精度、および低消費電力という利点を有する。【選択図】図１
2020520088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ−Ｙ平面内に位置する基板と、
該基板上に位置する軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイであって、該軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、いくつかの軟強磁性磁束コンセントレータを含み、それぞれ２つの隣接した軟強磁性磁束コンセントレータ間に間隙があり、該間隙の長軸は、Ｙ方向にあるとともに、該間隙の短軸は、Ｘ方向にある、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイと、
該軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイの上方または下方に位置する＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイであって、該＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび該−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、該軟強磁性磁束コンセントレータの該間隙内に位置する＋Ｘ磁気抵抗感知ユニットおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニットをそれぞれ備え、該＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、Ｘプッシュ・アームを形成するように電気的に相互接続され、該−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、Ｘプル・アームを形成するように電気的に相互接続され、該Ｘプッシュ・アームおよび該Ｘプル・アームは、プッシュ・プルＸ軸磁気抵抗センサを形成するように電気的に相互接続されている、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイと
を備えた単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサであって、
同じ磁場感受方向を有する各該磁気抵抗感知ユニットは、隣接した位置に配置され、該磁気抵抗感知ユニットは、下から上にシード層、下側電極層、反強磁性層、ピンニング層、Ｒｕ、参照層、非磁性中間層、自由層、磁気バイアス層、上側電極層、および不活性化層を備えた、または下から上にシード層、下側電極層、反強磁性層、参照層、非磁性中間層、自由層、磁気バイアス層、上側電極層、および不活性化層を備えた同じ磁性多層膜構造をそれぞれ有しており、該非磁性中間層は、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯであり、該磁気バイアス層は、硬質磁性層、別の反強磁性層、または合成反強磁性層構造であり、該不活性化層は、レーザを通す材料であり、該磁気抵抗感知ユニット・アレイは、該間隙の該長軸の該Ｙ方向にレーザ・プログラム式磁気アニーリングを用いてレーザ・スポットによりスキャンされ、該軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイの磁場は、該反強磁性層のＸ方向外部磁場をレーザ・アニーリングするために増幅される、単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項２】
前記＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび前記−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイの磁場感受方向は、それぞれ＋Ｘ方向および−Ｘ方向にあり、前記＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイの前記長軸は、前記Ｙ方向にあり、前記磁気抵抗感知ユニットは全て、楕円形状、または長方形中央部分と該中央部分の２つの対向側部上にそれぞれ位置する２つの三角形端部分もしくは扇形端部分とを有する形状であるＭＴＪ磁気抵抗センサ素子である、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項３】
前記軟強磁性磁束コンセントレータは細長く、前記軟強磁性磁束コンセントレータの前記長軸は前記Ｙ方向にあり、前記短軸は前記Ｘ方向にあり、長さは５００〜５０００μｍであり、幅は５００〜５０００μｍであり、厚さは５〜３０μｍであり、前記間隙の幅は６．５〜１０μｍであり、前記軟強磁性磁束コンセントレータは、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉの１つまたは複数の元素で構成される高透磁率軟強磁性合金である、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項４】
前記Ｘ方向外部磁場の強度は、Ｈｅｘであり、前記磁気抵抗感知ユニットは、同じＸ方向磁場強度Ｂｒｘを有し、磁場利得係数がＢｒｘ／（μ０＊Ｈｅｘ）であり、μ０は、真空透磁率を示し、該磁場利得係数は、１から１０の間の範囲であり、前記軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、同じ間隙を有し、２つの端部上の前記軟強磁性磁束コンセントレータの幅は、前記２つの端部上の前記軟強磁性磁束コンセントレータ間に位置する前記軟強磁性磁束コンセントレータの幅よりも大きく、それによって前記２つの端部における前記間隙および中間位置内の前記間隙は、同じ磁場利得係数を有する、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項５】
前記軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、Ｎ個の軟強磁性磁束コンセントレータを備え、ただし、Ｎは、０よりも大きい整数であり、
Ｎが奇数であるとき、前記磁気抵抗感知ユニット・アレイは、（Ｎ＋１）／２番目の軟強磁性磁束コンセントレータの２つの側でＮ−１個の間隙内に分散されており、
Ｎが偶数であるとき、前記磁気抵抗感知ユニット・アレイは、１番目からＮ／２番目の軟強磁性磁束コンセントレータとＮ／２＋１番目からＮ番目の軟強磁性磁束コンセントレータとの間隙内に分散されている、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項６】
プッシュ・プル磁気抵抗リニア・センサは、半ブリッジ構造、フル・ブリッジ構造、または準ブリッジ構造である、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項７】
単一列磁気抵抗感知ユニットは、前記軟強磁性磁束コンセントレータの前記間隙内に分散しており、または二重列磁気抵抗感知ユニットは、前記軟強磁性磁束コンセントレータの前記間隙内に分散しており、それぞれは、前記軟強磁性磁束コンセントレータの前記間隙の中心線の２つの側に等距離で分散している、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項８】
前記＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび前記−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、前記軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイのＸ方向中心線の２つの側にまたはＹ方向中心線の２つの側に分散されている、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項９】
プッシュ・プル磁気抵抗センサの２つのプッシュ・アームを構成する前記＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび２つのプル・アームを構成する前記−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、それぞれ空間的に分けられておりまたは空間的に混ぜられており、前記磁気抵抗感知ユニット・アレイ内に備えられる前記磁気抵抗感知ユニットは、２ポート構造を形成するように直列に接続され、並列に接続され、または直列および並列に接続される、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【請求項１０】
前記不活性化層の表面は、反射防止コーティングでコーティングされており、前記不活性化層は、紫外レーザを通す材料または赤外レーザを通す材料であり、該紫外レーザを通す材料は、ＢＣＢ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＬａＦ３、ＭｇＦ２、Ｓｃ２Ｏ３、ＨｆＯ２、およびＳｉＯ２で構成され、該赤外レーザを通す材料は、ダイヤモンドライク・カーボン膜、ＭｇＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｈＦ４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ７、Ｓｉ、およびＧｅで構成される、請求項１記載の単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサの分野に関し、より詳細には、単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
高感度単軸磁気抵抗リニア・センサでは、外部磁場は、信号出力を強化するためのプッシュ・プル・ブリッジ構造と共に、軟強磁性磁束コンセントレータを用いて増幅される。これは、高感度リニア低ノイズ・リニア磁気抵抗センサのための基本設計である。
【０００３】
ＴＭＲ磁気抵抗センサについては、Ｘ軸プッシュ磁気抵抗感知ユニット・チップおおよびＸ軸プル磁気抵抗感知ユニット・チップは、プッシュ・プル・ブリッジを形成するために、磁場がＸ軸感受方向を有する磁気抵抗感知ユニット・チップの一方を、他方に対して１８０度だけ裏返すことによって一般に得られる。これは、製造方法が簡単であり、たった１つのタイプのチップ構造が要求され、プロセスがプッシュ・プル・ブリッジを形成するように構造の強磁性参照層を設定することに対応するという点で有利である。２つのチップが同じ平面内に正確に配置される必要があるという点で不利であり、これは、位置合わせ不良によって引き起こされるセンサの測定精度の損失の可能性を高める。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多層膜構造内の強磁性参照層の設計の修正を通じて、対向した強磁性参照層を有するプッシュおよびプル磁気抵抗感知ユニットは、反強磁性層に交換結合された強磁性層および金属スペース層で構成される多層膜の層数を変更することによって製造することができ、一方の多層膜は、奇数の層を有し、他方の層は、偶数の層を有する。この手法は、少なくとも２つの種類の多層膜構造が多層膜の堆積中に導入される必要があるので、プロセスの複雑さが増すという点で不利である。
【０００５】
レーザ・プログラム式加熱を用いた磁場をアニーリングする方法では、中国特許出願ＣＮ２０１６１０８２１６１０．７に開示されるように、磁気抵抗感知ユニットはスキャンされ、反強磁性層はブロッキング温度よりも上の温度まで急速に加熱され、一方では、磁気抵抗感知ユニットの磁場感受方向の向きを任意方向に設定するために、それらを１つずつまたはさらにはチップずつスキャンすることによって、冷却プロセス中に任意方向に磁場が印加されてもよい。単一チップおよびそれらのアレイ上の二軸磁気抵抗感知ユニットの４種類の直交向き磁気抵抗感知ユニットは、この方法を用いて製造することができ、それによって、裏返したチップの精確な位置決めの困難性、および様々な磁性多層膜構造を堆積させる微細加工プロセスの複雑さを克服することができ、単一チップ二軸磁気抵抗角度センサを数回に分けて製造することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術的課題を解決するために、単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサが、本発明において提案され、磁気抵抗感知ユニットの磁場感受方向は、レーザ支援式磁場アニーリングによって設定される。
【０００７】
本発明において提案される単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサは、
Ｘ−Ｙ平面内に位置する基板と、
基板上に位置する軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイであって、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、いくつかの軟強磁性磁束コンセントレータを含み、それぞれ２つの隣接した軟強磁性磁束コンセントレータ間に間隙があり、間隙の長軸は、Ｙ方向にあり、間隙の短軸は、Ｘ方向にある、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイと、
軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイの上方または下方に位置する＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイであって、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、軟強磁性磁束コンセントレータの間隙内に位置する＋Ｘ磁気抵抗感知ユニットおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニットをそれぞれ備え、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、Ｘプッシュ・アームを形成するように電気的に相互接続され、−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、Ｘプル・アームを形成するように電気的に相互接続され、Ｘプッシュ・アームおよびＸプル・アームは、プッシュ・プルＸ軸磁気抵抗センサを形成するように電気的に相互接続されている、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイと、を備え、
同じ磁場感受方向を有する各磁気抵抗感知ユニットは、隣接した位置に配置され、磁気抵抗感知ユニットは、下から上にシード層、下側電極層、反強磁性層、ピンニング層、Ｒｕ、参照層、非磁性中間層、自由層、磁気バイアス層、上側電極層、および不活性化層を備えた、または下から上にシード層、下側電極層、反強磁性層、参照層、非磁性中間層、自由層、磁気バイアス層、上側電極層、および不活性化層を備えた同じ磁性多層膜構造をそれぞれ有しており、非磁性中間層は、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯであり、磁気バイアス層は、硬質磁性層、別の反強磁性層、または合成反強磁性層構造であり、不活性化層は、レーザを通す材料であり、磁気抵抗感知ユニット・アレイは、間隙の長軸のＹ方向にレーザ・プログラム式磁気アニーリングを用いてレーザ・スポットによりスキャンされ、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイの磁場は、反強磁性層のＸ方向外部磁場をレーザ・アニーリングするために増幅される。
【０００８】
好ましくは、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイの磁場感受方向は、それぞれ＋Ｘ方向および−Ｘ方向にあり、＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイの長軸は、Ｙ方向にあり、磁気抵抗感知ユニットは全て、楕円形状、または長方形中央部分と中央部分の２つの対向側部上にそれぞれ位置する２つの三角形端部分もしくは扇形端部分とを有する形状であるＭＴＪ磁気抵抗センサ素子である。
【０００９】
さらに、軟強磁性磁束コンセントレータは細長く、軟強磁性磁束コンセントレータの長軸はＹ方向にあり、短軸はＸ方向にあり、長さは５００〜５０００μｍであり、幅は５００〜５０００μｍであり、厚さは５〜３０μｍであり、間隙の幅は６．５〜１０μｍであり、軟強磁性磁束コンセントレータは、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉの１つまたは複数の元素で構成される高透磁率軟強磁性合金である。
【００１０】
さらに、Ｘ方向外部磁場の強度は、Ｈｅｘであり、磁気抵抗感知ユニットは、同じＸ方向磁場強度Ｂｒｘを有し、磁場利得係数がＢｒｘ／（μ０＊Ｈｅｘ）であり、μ０は、真空透磁率を示し、磁場利得係数は、１から１０の間の範囲であり、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、同じ間隙を有し、２つの端部上の軟強磁性磁束コンセントレータの幅は、２つの端部上の軟強磁性磁束コンセントレータ間に位置する軟強磁性磁束コンセントレータの幅よりも大きく、それによって２つの端部における間隙および中間位置内の間隙は、同じ磁場利得係数を有する。
【００１１】
さらに、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、Ｎ個の軟強磁性磁束コンセントレータを備え、ただし、Ｎは、０よりも大きい整数であり、
Ｎが奇数であるとき、磁気抵抗感知ユニット・アレイは、（Ｎ＋１）／２番目の軟強磁性磁束コンセントレータの２つの側でＮ−１個の間隙内に分散されており、
Ｎが偶数であるとき、磁気抵抗感知ユニット・アレイは、１番目からＮ／２番目の軟強磁性磁束コンセントレータとＮ／２＋１番目からＮ番目の軟強磁性磁束コンセントレータとの間隙内に分散されている。
【００１２】
さらに、プッシュ・プル磁気抵抗リニア・センサは、半ブリッジ構造、フル・ブリッジ構造、または準ブリッジ構造である。
【００１３】
さらに、単一列磁気抵抗感知ユニットは、軟強磁性磁束コンセントレータの間隙内に分散しており、二重列磁気抵抗感知ユニットは、軟強磁性磁束コンセントレータの間隙内に分散しており、それぞれは、軟強磁性磁束コンセントレータの間隙の中心線の２つの側に等距離で分散している。
【００１４】
さらに、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイのＸ方向中心線の２つの側にまたはＹ方向中心線の２つの側に分散されている。
【００１５】
さらに、プッシュ・プル磁気抵抗センサの２つのプッシュ・アームを構成する＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイおよび２つのプル・アームを構成する−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、それぞれ空間的に分けられておりまたは空間的に混ぜられており、磁気抵抗感知ユニット・アレイ内に備えられる磁気抵抗感知ユニットは、２ポート構造を形成するように直列に接続され、並列に接続され、または直列および並列に接続される。
【００１６】
さらに、不活性化層は、紫外レーザを通す材料または赤外レーザを通す材料であり、紫外レーザを通す材料は、ＢＣＢ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＬａＦ３、ＭｇＦ２、Ｓｃ２Ｏ３、ＨｆＯ２、およびＳｉＯ２で構成され、赤外レーザを通す材料は、ダイヤモンドライク・カーボン膜、ＭｇＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｈＦ４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ７、Ｓｉ、およびＧｅで構成される。
【００１７】
さらに、不活性化層の表面は、反射防止コーティングでコーティングされている。
【００１８】
先行技術と比較して、本発明は、小サイズ、高精度、および低消費電力において有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサの構造図である。
【図２】軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイおよび磁気抵抗感知ユニット・アレイの位置図である。
【図３】外部磁場の作用下の軟磁束コンセントレータの磁気抵抗感知ユニットの位置における磁場利得を示す図である。
【図４】ＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の多層膜構造を示す図である。
【図５（ａ１）】図４のＡにおいて使用できる６つの異なるシチュエーションの部分拡大図である。
【図５（ａ２）】図４のＡにおいて使用できる６つの異なるシチュエーションの部分拡大図である。
【図５（ａ３）】図４のＡにおいて使用できる６つの異なるシチュエーションの部分拡大図である。
【図５（ｂ１）】図４のＡにおいて使用できる６つの異なるシチュエーションの部分拡大図である。
【図５（ｂ２）】図４のＡにおいて使用できる６つの異なるシチュエーションの部分拡大図である。
【図５（ｂ３）】図４のＡにおいて使用できる６つの異なるシチュエーションの部分拡大図である。
【図６ａ】ＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の形状図である。
【図６ｂ】ＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の形状図である。
【図７】プッシュ−プル磁気抵抗センサ・フル・ブリッジの構造図である。
【図８】＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイならびに磁束コンセントレータの第１の配置図である。
【図９】＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイならびに磁束コンセントレータの第２の配置図である。
【図１０】＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイならびに磁束コンセントレータの第３の配置図である。
【図１１】＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイならびに磁束コンセントレータの第４の配置図である。
【図１２】＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット二重列アレイならびに磁束コンセントレータの第１の配置図である。
【図１３】＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット二重列アレイならびに磁束コンセントレータの第２の配置図である。
【図１４】＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイの典型的なレーザ磁気アニーリング・スキャン方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の各実施形態におけるまたは先行技術における技術的解決手段をより明確に示すために、各実施形態または先行技術について説明するのに使用されることを必要とする添付図面が、以下簡単に紹介される。以下の説明における添付図面は、本発明のいくつかの実施形態にすぎないことが明らかである。当業者は、創作的努力なしで添付図面に従って他の添付図面を得ることもできる。
【００２１】
図１は、単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサの構造図であり、この単一チップ高感度磁気抵抗リニア・センサは、
Ｘ−Ｙ平面内に位置する基板１と、
基板１上に位置する軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイ２であって、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイが、Ｎ個の細長い軟強磁性磁束コンセントレータ２１，２２，．．．，２Ｎを含み、それぞれ２つの隣接した軟強磁性磁束コンセントレータ２ｉと２（ｉ＋１）の間に対応した間隙があり、ただし、ｉは、Ｎ未満の正の整数であり、間隙の長軸はＹ方向にあり、間隙の短軸はＸ方向にある、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイ２と、
＋Ｘおよび−Ｙに磁場感受方向をそれぞれ有する＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイ３および−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイ４と、を備え、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイ３は、＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット３１，３２，．．．，３ｊ，．．．，３Ｍを備え、−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイ４は、−Ｘ磁気抵抗感知ユニット４１，４２，．．．，４ｊ，．．．，４Ｍを備え、ただし、ｊは、Ｍ未満の正の整数である。＋Ｘ磁気抵抗感知ユニットおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニットは、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイ２によって形成された間隙内にそれぞれ位置する。＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイは、それぞれ＋Ｘプッシュ・アーム５およびーＸプル・アーム６を形成するように電気的に相互接続されている。図１は、２つの＋Ｘプッシュ・アーム５１および５２、ならびに２つの−Ｘプル・アーム６１および６２を含むフル・ブリッジ構造を示し、プッシュ・アーム５およびプル・アーム６は、プッシュ・プルＸ軸磁気抵抗センサ７を形成するように電気的に相互接続されている。
【００２２】
図２は、外部磁場内の磁気抵抗感知ユニットおよび軟強磁性磁束コンセントレータの位置図である。＋Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイ３および−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイ４は、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイ２の上方または下方に位置し、２つの隣接した軟強磁性磁束コンセントレータの間隙内で中央に置かれる。外部磁場Ｈｅｘの作用によって、磁気抵抗感知ユニットにおけるＸ方向磁場強度は、Ｂｒｘであり、磁場利得係数は、Ｂｒｘ／（μ０＊Ｈｅｘ）であり、μ０は、真空透磁率を示し、磁場利得係数は、１と１０の間の範囲である。分布曲線が、図３に示されている。軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイは、同じ間隙を有し、同じ磁気抵抗感知ユニットは、同じ磁場利得係数を有する。２つの端部上の軟強磁性磁束コンセントレータの幅は増加し、それによって２つの端部における間隙および中央位置における間隙は、同じ磁場利得係数を有する。
【００２３】
軟強磁性磁束コンセントレータは細長く、そこで長軸および短軸はそれぞれＹ方向およびＸ方向にあり、長さは５００〜５０００μｍであり、幅は５００〜５０００μｍであり、厚さは５〜３０μｍであり、間隙の幅は６．５〜１０μｍであり、軟強磁性磁束コンセントレータは、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉの１つまたは複数の元素で構成される高透磁率軟強磁性合金である。
【００２４】
図４は、磁気抵抗感知ユニットの磁性多層膜構造の概略図である。図５（ａ１）から図５（ａ３）および図５（ｂ１）から図５（ｂ３）を参照すると、磁気抵抗感知ユニットは、上側電極９１、下側電極８２、およびシード層８１を含み、さらに、強磁性参照層８６、非磁性絶縁層８７、および強磁性自由層８８を含むＭＴＪ素子である。非磁性絶縁層は、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯである。強磁性参照層８７および強磁性自由層８８は、直交磁化方向を伴って構成される。強磁性参照層８６の磁化方向は、反強磁性層８３との交換結合によって決定される。２つの交換結合構造がある。一方は、反強磁性層８３／ピンニング層８４／Ｒｕ／強磁性参照層の交換結合であり、ピンニング層８４の磁化方向は、反強磁性層８３によって決定され、ピンニング層８４および強磁性参照層８６は、反対の磁化方向を有する。他方のものは、反強磁性層８３と強磁性参照層８６の間の直接結合であり、その磁化方向は、８３によって決定される。強磁性自由層８８の磁化方向は、３つのやり方で決定される。第１のやり方は、図５（ａ１）に示される別の反強磁性層８９の直接結合であり、第２のやり方は、図５（ａ２）に示された反強磁性層／別のピンニング層８９／Ｒｕ／強磁性自由層８８による交換結合であり、第３のやり方は、図５（ａ３）に示された硬質磁性層９４の磁場バイアスである。これらの３つの場合において、反強磁性層８９および硬質磁性層９４の磁化方向は、自由層と強磁性参照層の磁化方向の直交性を得るために、反強磁性層８３の磁化方向と共に直交している。したがって、自由層をピン止めする３つのやり方、および参照層をピン止めする２つのやり方があり、したがって合計で６つの組み合わせがある。
【００２５】
不活性化層は、ＢＣＢ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＬａＦ３、ＭｇＦ２、Ｓｃ２Ｏ３、ＨｆＯ２、およびＳｉＯ２を含む紫外レーザを通す材料であり、またはダイヤモンドライク・カーボン膜、ＭｇＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｈＦ４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ７、Ｓｉ、およびＧｅを含む赤外レーザを通す材料である。不活性化層の表面は、反射防止コーティングでコーティングされている。
【００２６】
＋Ｘ磁気抵抗感知ユニットおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニットは、ＭＴＪ磁気抵抗センサ素子とすることができる。図６は、ＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の形状図である。それらは、２つの形状にあり、一方は、楕円形状であり、他方は、長方形中央部分とこの中央部分の２つの対向側部上にそれぞれ位置する２つの三角形端部分もしくは扇形端部分とを有する形状である。自由層の磁化方向は、形状異方性により長軸の方向へ傾けられ、それによってそれは、短軸の方向にピンニング層の磁化方向へ直交している。
【００２７】
プッシュ・アームおよびプル・アームは、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジを形成するように接続され得る。図７は、磁気抵抗フル・ブリッジの概略構造図である。
【００２８】
図８および図９は、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイに含まれるＮ個の軟強磁性磁束コンセントレータが奇数または偶数であるときの磁気抵抗感知ユニットの配置図である。軟強磁性磁束コンセントレータの個数が奇数であるとき、磁気抵抗感知ユニットは、図８に示されるように、（Ｎ＋１）／２番目の軟強磁性磁束コンセントレータの２つの側の間隙内に分散させられる。言い換えれば、各間隙は、それぞれ磁気抵抗感知ユニットの列に対応する。軟強磁性磁束コンセントレータの個数が偶数であるとき、磁気抵抗感知ユニット・アレイは、図９に示されるように、１番目からＮ／２番目の軟強磁性磁束コンセントレータとＮ／２＋１番目からＮ番目の軟強磁性磁束コンセントレータとの間隙内に分散されている。言い換えれば、真ん中にある間隙（すなわち、Ｎ／２番目とＮ／２＋１番目の軟強磁性磁束コンセントレータの間に形成された間隙）を除いて、他の間隙は、磁気抵抗感知ユニットの列にそれぞれ対応する。
【００２９】
図８から図１１は、プッシュ−プル磁気抵抗感知ユニット・アレイの４つの配置のやり方を示す。図８および図９では、プッシュ磁気抵抗感知ユニット・アレイ１０３および１０４は、それぞれ軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイのＹ軸中心線１００に対してプル磁気抵抗感知ユニット・アレイ１０５および１０６と対称的である。加えて、同じ種類の磁気抵抗感知ユニット・アレイ、例えば、１０３および１０４、ならびに１０５および１０６は、それぞれＸ軸中心線１０１に対して互いに対称的である。図１０では、プッシュ磁気抵抗感知ユニット・アレイ１０３および１０４は、それぞれＸ軸中心線に対してプル磁気抵抗感知ユニット・アレイ１０５および１０６と対称的であり、２つの同一プッシュ磁気抵抗感知ユニット・アレイ１０３および１０４ならびに２つの同一のプル磁気抵抗感知ユニット・アレイ１０５および１０６は、それぞれＹ軸中心線に対して互いに対称的である。図１１は、２つの同一のプッシュまたはプル磁気抵抗感知ユニット・アレイがアレイ１０３’または１０６’に混ぜられ、次いでＹ軸中心線１００またはＸ軸中心線１０１を中心に対称的に配置される第３の配置のやり方を示す。
【００３０】
図１２および図１３は、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイの間隙内の磁気抵抗感知ユニットの二重列配置のやり方を示す。磁気抵抗感知ユニット列３１１および３１２は、それらが同じ磁場利得係数を有することを確実にするように間隙中線４００および４０１に対して同じ間隙かつ同じ距離に位置する。図１２は、同じタイプの２つの磁気抵抗感知ユニット・アレイがＸ軸中心線に対して対称である配置のやり方を示す。図１３は、同じタイプの２つの磁気抵抗感知ユニット・アレイが混ぜられている配置のやり方を示す。磁気抵抗感知ユニット・アレイに含まれた磁気抵抗感知ユニットは、２ポート構造を形成するように直列に接続され、並列に接続され、または直列および並列に接続される。
【００３１】
図１４は、＋Ｘおよび−Ｘ磁気抵抗感知ユニット・アレイの典型的なレーザ磁気アニーリング・スキャンのやり方を示す。１０３および１０４は、＋Ｘ磁場感受方向の磁気抵抗感知ユニット・アレイを示し、１０５および１０６は、−Ｘ磁場感受方向の磁気抵抗感知ユニット・アレイを示し、それらは、軟強磁性磁束コンセントレータのＹ軸中心線に対して間隙内に対称的に分散されている。スキャン中、磁気抵抗感知ユニット・アレイは、それぞれレーザ・スポット経路７００および８００に沿って間隙方向にスキャンされ、したがってスキャンによって必要とされる時間を節約する。５００および６００は、磁場アニーリングのために印加される外部磁場の方向を示し、ており、これは、軟強磁性磁束コンセントレータ・アレイの利得効果によって強化され得る。
【００３２】
本発明の各実施形態に基づいて、創作的努力なしで当業者によって得られる全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲内に含まれる。本発明は、好適な実施の観点で図示および説明されているが、変更および修正が本発明の特許請求の範囲によって定められる範囲を超えない限り、様々な変更および修正が本発明になされてもよいことが当業者によって理解されるはずである。
【図１】
2020520088.tif 000003
【図２】
2020520088.tif 000004
【図３】
2020520088.tif 000005
【図４】
2020520088.tif 000006
【図５（ａ１）】
2020520088.tif 000007
【図５（ａ２）】
2020520088.tif 000008
【図５（ａ３）】
2020520088.tif 000009
【図５（ｂ１）】
2020520088.tif 000010
【図５（ｂ２）】
2020520088.tif 000011
【図５（ｂ３）】
2020520088.tif 000012
【図６ａ】
2020520088.tif 000013
【図６ｂ】
2020520088.tif 000014
【図７】
2020520088.tif 000015
【図８】
2020520088.tif 000016
【図９】
2020520088.tif 000017
【図１０】
2020520088.tif 000018
【図１１】
2020520088.tif 000019
【図１２】
2020520088.tif 000020
【図１３】
2020520088.tif 000021
【図１４】
2020520088.tif 000022
【国際調査報告】
2020520088.tif 000023
2020520088.tif 000024
2020520088.tif 000025
2020520088.tif 000026
2020520088.tif 000027
2020520088.tif 000028
2020520088.tif 000029