特表 2022-515027 小さな角度誤差で高磁場を検知する磁気角度センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-17

(54)【発明の名称】小さな角度誤差で高磁場を検知する磁気角度センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20220209BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20220209BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20220209BHJP

【ＦＩ】

G01R33/09

G01R33/02 L

H01L43/08 P

H01L43/08 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021531746

(86)(22)【出願日】2019-11-26

(85)【翻訳文提出日】2021-06-03

(86)【国際出願番号】 IB2019060175

(87)【国際公開番号】W WO2020121095

(87)【国際公開日】2020-06-18

(31)【優先権主張番号】18315049.9

(32)【優先日】2018-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509096201

【氏名又は名称】クロッカス・テクノロジー・ソシエテ・アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100208258

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 友子

(72)【発明者】

【氏名】ティモフィーエフ・アンドレイ

【テーマコード（参考）】

2G017

5F092

【Ｆターム（参考）】

2G017AA01

2G017AA10

2G017AD55

2G017BA09

5F092AA20

5F092AB01

5F092AC12

5F092AD22

5F092BC42

(57)【要約】

【課題】外部磁場の検知においてｎ次の高調波を除去し、角度誤差を減らす。
【解決手段】本開示は、外部磁場６０を検知するように構成された磁気角度センサ装置であり、このセンサ装置が複数の磁気センサ素子２０を備え、各センサ素子２０が、ピニング方向２３１にピニングされた基準磁化２３０を有する強磁性基準層２３、外部磁場６０の方向に配向可能な検知磁化２１０を有する強磁性検知層２１及び基準層２３と検知層２１の間のトンネル障壁スペーサ層２２を備えた磁気トンネル接合部２を有し、複数のセンサ素子２０の中の少なくとも１つの部分の検知層２１は、検知磁化２１０の方向が外部磁場６０に揃った時の角度変位が外部磁場６０の範囲に対して最小となるように、容易軸線２１１がピニング方向２３１に対してほぼ平行な方向に揃った検知用面内一軸磁気異方性を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部磁場（６０）を検知するように構成された磁気角度センサ装置であって、
センサ装置が、複数の磁気センサ素子（２０）を備え、
各センサ素子（２０）が、ピニング方向（２３１）にピニングされた基準磁化（２３０）を有する強磁性基準層（２３）、外部磁場（６０）の方向に配向可能な検知磁化（２１０）を有する強磁性検知層（２１）及び基準層（２３）と検知層（２１）の間のトンネル障壁スペーサ層（２２）を備えた磁気トンネル接合部（２）を有し、
複数のセンサ素子（２０）の中の少なくとも１つの部分の検知層（２１）は、検知磁化（２１０）の方向が外部磁場（６０）に揃った時の角度変位が約２００Ｏｅの外部磁場（６０）の範囲内において０．５°以下となるように、容易軸線（２１１）がピニング方向（２３１）に対してほぼ平行な方向に揃った検知用面内一軸磁気異方性を有する、
センサ装置。

【請求項2】

前記複数のセンサ素子（２０）の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層（２１）がほとんど検知用磁気異方性を有していない、請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記複数のセンサ素子（２０）の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層（２１）が、容易軸線（２１１）がピニング方向（２３１）に対してほぼ直角方向に揃った検知用面内一軸磁気異方性を有する、請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記複数のセンサ素子（２０）の少なくとも１つの部分の検知層（２１）が、長軸線がピニング方向（２３１）に対してほぼ平行な方向に揃った楕円形状を有する、請求項１から３までのいずれか一つに記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記複数のセンサ素子（２０）の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層（２１）が、短軸線がピニング方向（２３１）に対してほぼ平行な方向に揃った楕円形状を有する、請求項３及び４に記載のセンサ装置。

【請求項6】

前記複数のセンサ素子（２０）の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層（２１）が、ほぼ円形の形状を有する、請求項２及び４に記載のセンサ装置。

【請求項7】

角度変位が最小となる外部磁場（６０）の前記範囲が選定されるように、交換バイアス磁場に対する検知用磁気異方性の大きさの比率が選定される、請求項１から６までのいずれか一つに記載のセンサ装置。

【請求項8】

前記複数のセンサ素子（２０）が、ハーフブリッジ（１００）又はフルブリッジ（２００）の回路で配置されている、請求項１から７までのいずれか一つに記載のセンサ装置。

【請求項9】

並列に接続された二つのフルブリッジからなる回路（２００）を備えた、請求項８に記載のセンサ装置。

【請求項10】

ハーフブリッジ回路のブランチ部又はフルブリッジに基づく回路（１０、１００、２００）が二つのセンサ素子（２０）を備え、一方のセンサ素子（２０）における基準磁化（２３０）のピニング方向（２３１）が、他方のセンサ素子（２０）における基準磁化（２３０）のピニング方向（２３１）に対してほぼ直交方向に配向されている、請求項８又は９に記載のセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面内において３６０°の計測範囲に渡って磁場の角度を検知する複数の磁場角度センサ素子を備えた磁場角度センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気トンネル接合（ＭＴＪ）に基づく磁気角度センサは、市場に存在する競合技術と比べて、高い感度、広い範囲の出力抵抗、ＣＭＯＳプロセスへのより良い統合及びそれ以外の多くの魅力的な特徴を提供する。

【0003】

そのような磁気角度センサは、典型的には、誘電性トンネル障壁によって分離された二つの磁気的に異なる強磁性層を備えた特別なＭＴＪを必要とする。それらの強磁性層の中の一方（検知層）は、軟磁性であり、外部磁場に容易に揃うとともに、他方（基準層）は、硬磁性であり、その磁化方向をピニングされている。

【0004】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果は、検知層の磁化と基準層の磁化の間の相対的な角度を検知するために、そのため、外部磁場の方向を計測するために用いられている。検知層と基準層の磁化の間の相対的な角度の変化は、ＭＴＪスタックを介した導電率の変化を計測計測することによって決定可能である。ＭＴＪスタックの導電率は、検知層と基準層の正味の磁化方向の間の相対的な角度の余弦関数に従う。

【0005】

図１は、一つの磁気センサ素子２０を備えた単一ブランチ式検知回路１０を示す。図２は、強磁性基準層２３と強磁性検知層２１の間に挟まれたトンネル障壁スペーサ層２２を有する磁気トンネル接合部２を備えた磁気センサ素子２０の断面図を示す。

【0006】

強磁性基準層２３は、ピニング方向２３１にピニングされた基準磁化２３０を有する。強磁性検知層２１は、基準磁化２３０に対して相対的に自由に配向可能な検知磁化２１０を有する。外部磁場６０がセンサ素子２０に対して存在する場合、基準磁化２３０は、ほぼピニング方向２３１に固定されたままである一方、検知磁化２１０は、外部磁場６０の方向に偏向される。基準磁化２３０のピニングは、基準磁化２３０と交換結合する（反強磁性層などの）ピニング層２４によって実現できる。

【0007】

従って、外部磁場６０の方向は、磁気センサ素子２０に検知電流３１（図１を参照）を流して、電圧差（Ｖ_ｏｕｔ－Ｖ_ｉｎ）を計測することによって決定可能である。この電圧差は、磁気センサ素子２０の抵抗Ｒに比例する。この電気コンダクタンス（１／Ｒ）は、磁場６０の方向とピニング方向２３１の間の角度の余弦に従う。

【0008】

二次元（２Ｄ）で磁場を検知する用途では、基準磁化２３０は、通常面内（基準層２３の面内）にある。検知層の磁気状態は異なる場合があり、１）面内、２）面外、３）マイクロ磁気渦状態などに磁化できる。この第一の磁気状態は、検知層の磁化が常に外部磁場によって磁気的に飽和させられるので、磁場の角度の検知だけを（即ち、磁場の強さを伴わない形で）提供する。それ以外の二つの磁気状態は、準線形的であり、そのため、磁場の強さも抽出可能である。２Ｄ磁場センサは、二つのセンサ素子２０の電気信号を計測することよって得られ、その際、一方のセンサ素子２０の基準磁化２３０は、他方のセンサ素子２０のピニングされた基準磁化２３０の方向に対してほぼ直交方向にピニングされている。それらのコンダクタンスの瞬間的な比率の逆正接が磁場の角度を与える。同様に、それらの二つの検知ブランチ部の各々は、即ち、センサ素子２０の各々は、（二つのセンサ素子２０を備えた）ハーフブリッジ又は（四つのセンサ素子２０を備えた）フルブリッジと置換可能であり、その結果、ハーフブリッジ又はフルブリッジの（センサ素子２０の中の一方の基準磁化２３０の方向と一致する）検知軸線は、それに対応するセンサ素子２０に関するピニング方向２３１に対して平行である。

【0009】

理想的には、基準磁化２３０は、その方向が、少なくとも外部磁場６０の有効計測範囲内において外部磁場６０によって影響されないように、無限の硬磁性を持つべきである。それに対して、検知磁化２１０は、その方向が外部磁場６０の方向に完全に磁化されるように、完全に軟磁性であるべきである。

【0010】

しかし、実際には、検知層２１は有限の磁気異方性を有する。その検知磁化２１０は、基準層２３からの有限の漂遊磁場にさらされる可能性がある。それは、検知磁化２１０が外部磁場６０に揃った場合に、そのため、磁気センサ素子２０の期待される抵抗Ｒにおいて、外部磁場６０の所与の向きに関して角度誤差を引き起こす。それらの角度誤差は、外部磁場６０の強さが低下した時に角度誤差が増大するので、外部磁場の強さが小さい時の動作マージンを制限する。

【0011】

更に、基準磁化２３０は有限の硬磁性を有し、そのため、外部磁場６０によって（ほんのわずかでも）偏向される可能性がある。そのことも、検知磁化２１０が揃った時に角度誤差を生じさせる。それらの角度誤差は、外部磁場６０の強さに応じて増大し、そのため、磁気センサ素子２０の高磁場での動作マージンを制限する。

【0012】

図３は、外部磁場Ｈ_ｅｘｔの強さの関数として全体的な角度誤差の変化状況を示す。その全体的な角度誤差は、外部磁場（Ｈ_ｅｘｔ）が印加された場合に検知磁化２１０と基準磁化２３０の方向の間における計測された相対的な角度θ（図５を参照）と、「理想的な」相対的な角度、即ち、検知磁化２１０が外部磁場Ｈ_ｅｘｔの方向に完全に揃うとともに、基準磁化２３０が外部磁場Ｈ_ｅｘｔによって偏向されない場合の相対的な角度との間の差に相当する。その全体的な角度誤差ＡＥＴの変化状況は、検知層２１における異方性、バイアス磁場等に起因する検知磁化２１０の向きにおける角度誤差の合計ＡＥＳと、基準層２３の有限なピニング強度に起因する基準磁化２３０の向きにおける角度誤差ＡＥＲとに相当する。

【0013】

図５は、ハーフブリッジ式検知回路構成１００で配置された二つの磁気センサ素子２０を備えた検知回路を示す。そのハーフブリッジ式検知回路１００は、入力電圧Ｖ_ｉｎの分数である出力電圧Ｖ_ｏｕｔを二つのセンサ素子２０の間に発生する。二つの磁気センサ素子２０の中の一方は、他方の磁気センサ素子２０の検知磁化２１０と逆の方向にピニングされた基準磁化２３０を有する。

【0014】

ハーフブリッジ回路１００の検知軸線２５０は、磁気センサ２０の中の一方のピニング方向と、即ち、その磁気センサ２０の基準磁化２３０の方向と一致できる。図５の例では、ハーフブリッジ回路１００の検知軸線２５０は、上部の磁気センサ２０のピニング方向と一致する。

【0015】

上で考察した通り、二つの磁気センサ素子２０における基準磁化２３０は、（図５の傾いた矢印で表示された）印加される外部磁場６０の方向に偏向する可能性がある。その偏向は、基準磁化２３０を検知磁化２１０に対して一層平行にして、二つの磁気センサ素子２０の各々における抵抗を低下させる傾向にある。しかし、そのハーフブリッジ式検知回路１００の構成は、分圧器の比率Ｖ_ｏｕｔ／Ｖ_ｉｎにおける相対的な変化を各磁気センサ素子２０で別個に計測された抵抗の相対的な変化よりも小さくする。それは、二つの磁気センサ素子２０におけるピニングされた基準磁化２３０の方向が反対であることにより達成される。従って、ハーフブリッジ式検知回路１００は、基準磁化２３０の偏向に起因する角度誤差ＡＥＲ（従って、全体的な角度誤差ＡＥＴ）を部分的な補正を可能にする。

【0016】

図４は、図１の単一ブランチ式検知回路１０（三角形による線）と図５のハーフブリッジ式検知回路１００（単線）とに関して計算された、外部磁場の強さＨ_ｅｘｔの関数としての全体的な角度誤差ＡＥＴの変化状況を比較している。それらの計算は、検知層２１における異方性（Ｈ_ｕａ）の異なる大きさと基準層２３のピニング強度（Ｈ_ｕｄ）に関する異なる大きさに対して行った。ハーフブリッジ式検知回路１００は、図１の単一ブランチ式検知回路１０と比べて、より小さな全体的な角度誤差ＡＥＴを示している（図３を参照）。ハーフブリッジ式の回路構成を使用することでは、基準層の有限なピニング強度の補正は完全には達成されない。そのため、角度誤差は、高い磁場で増大し続ける。

【0017】

従って、広い範囲の磁場（１００～１０００Ｏｅ）で動作する２Ｄ角度センサは、超硬磁性（有効ピニング磁場Ｈ_ｕｄ＞１０ｋＯｅ）の基準層と超軟磁性（Ｈ_ｋ＜３Ｏｅ）の検知層とを有する磁気センサ素子２０を必要とする。しかし、そのような磁気センサ素子をフルシートレベルで得ることは技術的に難しく、センサレイアウトによって起こる様々な異なる機械強度にさらされる現実のパターン化された磁気センサ素子の場合には殆ど不可能である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0018】

本開示は、複数の磁気センサ素子を備えた２Ｄ磁気角度センサ装置であって、
各センサ素子が、ピニング方向にピニングされた基準磁化を有する強磁性基準層と、外部磁場の方向に配向可能な検知磁化を有する強磁性検知層と、基準層と検知層の間のトンネル障壁スペーサ層とを備えた磁気トンネル接合部を有し、
これらの複数のセンサ素子の検知層は、検知磁化の方向が外部磁場に揃った時の角度変位が外部磁場の範囲内において最小となるように、容易軸線がピニング方向に対してほぼ平行な方向に揃った検知用面内一軸磁気異方性を有する、
センサ装置を記載している。

【0019】

各検知層における磁気異方性の大きさは、全てのセンサ素子に関してほぼ等しく、容易軸線は、常に基準層のピニング方向に沿った方向を向く。

【0020】

ここで記載した磁気角度センサ装置は、通常の基準層のピニング強度と検知層における有限の異方性を有する通常のＭＴＪスタックを使用可能であり、それでも面内における外部磁場の角度を計測することを可能にし、その際、外部磁場が大きな強さを有し、計測が小さな角度誤差で実行される。

【0021】

本発明は、例として挙げられ、図面に図示された実施形態の記述の助けを借りて、より良く理解される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】複数の磁気センサ素子を備えた磁気角度センサ装置の模式図である。

【図2】ＭＴＪ多層スタックから成る磁気センサ素子の側面図である。

【図3】検知層における有限の異方性によって、小さな磁場で大きくなると同時に、基準層の有限のピニング強度によって、大きな磁場で大きくなる、２Ｄセンサの角度誤差の通常の依存性を示す。

【図4】単一ブランチ式検知回路とハーフブリッジ式検知回路に関する外部磁場の強さの関数としての全体的な角度誤差の変化状況の比較を示す。

【図5】ハーフブリッジ式回路構成で配置された二つの磁気センサ素子を備え、ハーフブリッジの検知軸線が上部の検知素子のピニング方向と一致する検知回路の模式図である。

【図6】一つの変化形態による図５のハーフブリッジ式検知回路の出力電圧の歪を示す。

【図7】別の変化形態による図５のハーフブリッジ式検知回路の出力電圧の歪を示す。

【図8】更に別の変化形態による図５のハーフブリッジ式検知回路の出力電圧の歪を示す。

【図9】一つの実施形態による磁気センサ素子の平面図である。

【図10a】検知層の磁気異方性の強さが２０Ｏｅに等しい場合の外部磁場の関数として角度変位をシミュレーションした結果を示す。

【図10b】検知層の磁気異方性の強さが４０Ｏｅに等しい場合の外部磁場の関数として角度変位をシミュレーションした結果を示す。

【図10c】検知層の磁気異方性の強さが６０Ｏｅに等しい場合の外部磁場の関数として角度変位をシミュレーションした結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図６は、外部磁場６０の強さが５０Ｏｅ、５００Ｏｅ及び８００Ｏｅの場合の外部磁場６０の向きの関数として図５のハーフブリッジ式検知回路１００の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの歪を示す。

【0024】

外部磁場６０の大きな（少なくとも５０Ｏｅよりも大きな）強さに関して、基準磁化２３０の有限の硬磁性が出力電圧Ｖ_ｏｕｔの特徴的な「三角」歪を引き起こしている。この歪が、外部磁場６０の向きに対して相対的な検知磁化２１０の向きに角度誤差を生じさせる。５０Ｏｅの外部磁場に関して、出力電圧Ｖ_ｏｕｔに対応するシミュレーション曲線は、ほぼ正弦形状を有し、角度誤差が最小となっている。５００Ｏｅと６００Ｏｅの外部磁場６０に関して、歪は、より目立つようになって、出力電圧Ｖ_ｏｕｔのシミュレーション曲線の形状をより三角形にしている。角度誤差も増大している。

【0025】

図７は、検知層２１における面内一軸異方性の容易軸線と基準磁化２３０のピニング方向２３１の間の角度に関して、外部磁場６０の向きの関数としての図５のハーフブリッジ式検知回路１００の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの歪を示す。

【0026】

このタイプの歪の形状は、異方性の容易軸線がピニング方向２３１に対してどのような方向を向いているのかに依存する。特に、容易軸線がピニング方向２３１に対してほぼ平行な方向を向いている場合（９０°）、ハーフブリッジの出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、特徴的な「四角形」の形状となる。容易軸線がピニング方向２３１に対してほぼ直角な方向を向いている場合（０°）、ハーフブリッジの出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、特徴的な「三角形」の形状となる。

【0027】

図８は、１３０Ｏｅ、２３０Ｏｅ及び７８０Ｏｅの外部磁場６０の強さに関して、外部磁場６０の向きの関数としての図５のハーフブリッジ式検知回路１００の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの歪を示す。検知層２１における磁気異方性の容易軸線が基準層のピニング方向２３１に揃っている。この場合、歪は、検知層２１０の有限な面内一軸磁気異方性に起因する。この歪は、外部磁場６０の強さが低下すると、より目立つようになる。

【0028】

一つの実施形態では、基準磁化２３０の有限な硬磁性による出力電圧Ｖ_ｏｕｔの「三角」歪を、検知磁化２１０の容易軸線が基準磁化２３０のピニング方向２３１に対してほぼ平行な方向を向いている場合の「四角」歪と組み合わせることによって、「補正」効果を得られる。この補正効果は、互いに打ち消し合って、ハーフブリッジの出力Ｖ_ｏｕｔのより良好な正弦形状を提供する二つの歪に対応する。

【0029】

これらの二つのタイプの歪が外部磁場６０に対して逆の依存性を有するので、この補正効果は、外部磁場６０の或る強さ範囲内で実現される。

【0030】

図９に図示された実施形態では、検知層２１は、検知磁化２１０の方向が外部磁場６０に揃った時の角度変位が外部磁場６０の範囲に対して最小となるように、容易軸線２１１がピニング方向２３１に対してほぼ平行である検知用面内一軸磁気異方性を有する。

【0031】

図９の例では、検知層２１の検知用面内一軸磁気異方性は、センサ素子２０の楕円形状によって提供され、その際、容易軸線２１１が、ピニング方向２３１に対してほぼ平行に揃った、楕円形状の長軸線と一致する。

【0032】

一つの実施形態では、ピニング方向２３１における基準磁化２３０のピニング強度に対する検知層２１の検知用磁気異方性の大きさの比率は、外部磁場６０の範囲を調整して、その範囲に対して補正効果が得られるように、即ち、その範囲に対して角度変位が最小となるように選定される。そのような調整の例が図１０に示される。

【0033】

例えば、そのような比率は、外部磁場６０の所定の範囲内において最小となる角度変位（角度誤差）に対応する補正効果が得られるように選定してよい。例えば、その比率は、中心作用点が８００Ｏｅである外部磁場６０の約２００Ｏｅの範囲内において、角度変位が０．５°以下となるように選定してよい（図１０ｃ）。

【0034】

シミュレーションは、基準磁化２３０の硬磁性の典型的な値に対して、約２００Ｏｅの大きさの外部磁場６０の範囲内において、そのような補正効果を得らえることを示す（図１０を参照）。この大きさの外部磁場６０の範囲内において、角度誤差を０．５°の低さにできる。

【0035】

従って、検知層２１の異方性の容易軸線を基準磁化２３０のピニング方向２３１に対してほぼ平行な方向に揃えることは、所望の中心作用点での約２００Ｏｅの大きさの外部磁場Ｈ_ｅｘｔの範囲内において、小さな角度誤差、例えば、０．５°以下の角度誤差を得られる。

【0036】

角度誤差が小さくなる、外部磁場６０の所望の中心作用点は、基準磁化２３０のピニング強度に対して検知層２１の異方性の強さを調整することによって選定可能である。

【0037】

検知層２１の異方性の強さは、検知層２１の検知用磁気異方性が磁気センサ素子２０の楕円形状によって提供される場合に、磁気センサ素子２０の楕円度を調整することによって調整できる。この楕円度は、検知層２１における磁気異方性のそれ以外の源（例えば、成長誘導による異方性、応力誘導による異方性等）を考慮して修正可能である。

【0038】

図１０ａから図１０ｃは、２０Ｏｅ（図１０ａ）、４０Ｏｅ（図１０ｂ）及び６０Ｏｅ（図１０ｃ）に等しい、検知層２１の磁気異方性の強さＨ_ｋに関して、外部磁場の関数としての角度変位のシミュレーション結果を示す。

【0039】

図１０ａから図１０ｃは、検知層２１の磁気異方性の強さＨ_ｋが２０Ｏｅに等しい場合には約４００Ｏｅから７００Ｏｅの外部磁場Ｈ_ｅｘｔに対して、検知層２１の磁気異方性の強さＨ_ｋが４０Ｏｅに等しい場合には約５００Ｏｅから８００Ｏｅの外部磁場Ｈ_ｅｘｔに対して、並びに検知層２１の磁気異方性の強さＨ_ｋが６０Ｏｅに等しい場合には約７００Ｏｅから９００Ｏｅの外部磁場Ｈ_ｅｘｔに対して、０．５°以下の角度誤差が得られることを示す。

【0040】

好ましい実施形態では、複数のセンサ素子２０は、図５に図示されたハーフブリッジ式検知回路１００などのハーフブリッジ回路で、あるいは図１１に図示されたフルブリッジ式検知回路２００で配置される。このフルブリッジ回路２００は、それぞれが二つのセンサ素子２０の間に出力電圧Ｖ_ｏｕｔを発生する二つのハーフブリッジ回路１００を備えている。図１２は、二つのフルブリッジ回路２００及び２００’を備えたフル２Ｄセンサ装置回路３００の例を示す。一方のフルブリッジ回路２００の検知軸線２５０は、他方のフルブリッジ回路２００’の検知軸線２５０に対してほぼ直交方向に配向されている。一方のフルブリッジ回路２００は、各ハーフブリッジの二つのセンサ素子２０の間に第一の出力電圧Ｖ_ｏｕｔ１を発生する。他方のフルブリッジ回路２００’は、各ハーフブリッジの二つのセンサ素子２０の間に第一の出力電圧Ｖ_ｏｕｔ２を発生する。磁場の角度は、計測された電圧の比率Ｖ_ｏｕｔ１／Ｖ_ｏｕｔ２に逆正接関数を適用することによって計算できる。このフル２Ｄセンサ装置回路３００の構成は、面内の全ての向きにおいて外部磁場６０（例えば、図１２のページ内において水平成分及び垂直成分を有する外部磁場６０）を検知可能にする。

【0041】

検知層２１の磁気異方性は、センサ素子２０の楕円度によって調整される。

【0042】

２Ｄセンサ１００、２００、３００に配備される検知素子２０は、検知層２１における検知用磁気異方性の強さが等しい。各検知素子２０において、検知層２１の異方性の容易軸線２１１が基準層２３０のピニング方向と一致する。ハーフブリッジ回路１００、フルブリッジ回路２００又は図１２に図示されている通りの二つのフルブリッジ２００を備えた回路３００の各ブランチ部は、二つのセンサ素子２０を備え、一方のセンサ素子２０における基準磁化２３０のピニング方向２３１は、他方のセンサ素子２０における基準磁化２３０のピニング方向２３１に対してほぼ直交方向に配向されている。

【符号の説明】

【0043】

１０ 磁気角度センサ装置、検知回路
１００ ハーフブリッジ式検知回路
２００ フルブリッジ式検知回路
３００ フルブリッジ式センサ回路
２０ 磁気センサ素子
２１ 強磁性検知層
２１０ 検知磁化
２１１ 検知用磁気異方性の容易軸線
２２ トンネル障壁層
２３ 強磁性基準層
２３０ 基準磁化
２３１ ピニング方向
２４ ピニング層
６０、Ｈ_ｅｘｔ 外部磁場
Ｈ_ｋ 磁気異方性の強さ
Ｈ_ｕｄ 基準層のピニング強度
Ｖ_ｉｎ 入力電圧
Ｖ_ｏｕｔ 出力電圧
θ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10a】

【図10b】

【図10c】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2021-06-14

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部磁場を検知するように構成された磁気角度センサ装置であって、
センサ装置が、複数の磁気センサ素子を備え、
各センサ素子が、ピニング方向にピニングされた基準磁化を有する強磁性基準層、外部磁場の方向に配向可能な検知磁化を有する強磁性検知層及び基準層と検知層の間のトンネル障壁スペーサー層を備えた磁気トンネル接合部を有し、
複数のセンサ素子の中の少なくとも１つの部分の検知層は、検知磁化の方向が外部磁場に揃った時の角度変位が約２００Ｏｅの外部磁場の範囲内において０．５°以下となるように、容易軸線がピニング方向に対してほぼ平行な方向に揃った検知用面内一軸磁気異方性を有する、
センサ装置。

【請求項2】

前記複数のセンサ素子の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層がほとんど検知用磁気異方性を有していない、請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記複数のセンサ素子の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層が、容易軸線がピニング方向に対してほぼ直角の方向に揃った検知用面内一軸磁気異方性を有する、請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記複数のセンサ素子の少なくとも１つの部分の検知層が、長軸線がピニング方向に対してほぼ平行な方向に揃った楕円形状を有する、請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記複数のセンサ素子の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層が、短軸線がピニング方向に対してほぼ平行な方向に揃った楕円形状を有する、請求項３及び４に記載のセンサ装置。

【請求項6】

前記複数のセンサ素子の前記少なくとも１つの部分以外の部分の検知層が、ほぼ円形の形状を有する、請求項２及び４に記載のセンサ装置。

【請求項7】

角度変位が最小となる外部磁場の前記範囲が選定されるように、交換バイアス磁場に対する検知用磁気異方性の大きさの比率が選定される、請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項8】

前記複数のセンサ素子が、ハーフブリッジ又はフルブリッジの回路で配置される、請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項9】

並列に接続された二つのフルブリッジからなる回路を備えた、請求項８に記載のセンサ装置。

【請求項10】

ハーフブリッジ回路のブランチ部又はフルブリッジに基づく回路が二つのセンサ素子を備え、一方のセンサ素子における基準磁化のピニング方向が、他方のセンサ素子における基準磁化のピニング方向に対してほぼ直交方向に配向されている、請求項８に記載のセンサ装置。

【国際調査報告】