[发明专利]薄膜磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及测量空间磁场的薄膜磁传感器，涉及采用巨磁阻薄膜、例如纳米颗粒巨磁阻效应薄膜精密测量磁场大小及方向用的薄膜磁传感器。

背景技术

图1所示为日本专利特开平11-87804号公报及特开平11-274599号公报所述的磁传感器。图中写着巨磁阻薄膜的部分是金属-绝缘体纳米颗粒巨磁阻薄膜，它对于所加的10KOe的磁场，显示出约10％的电阻变化，如该例所示，在巨磁阻薄膜的情况下，与一般的磁阻效应材料相比，其电阻值的变化幅度大。但是，如前所述，要使电阻产生变化，所加的磁场要大，因此仅仅单独用巨磁阻薄膜时，不能希望在作为一般磁传感器利用的约1000e左右以下弱磁场情况下产生电阻值变化。

图1的结构是为弥补这一缺点。即软磁性薄膜的作用是集中磁通，通过选定适当的软磁性薄膜的尺寸，原理上能够不管软磁性薄膜周围磁场的大小如何，对巨磁阻薄膜部分无论如何都可以加上软磁性薄膜饱和磁通密度以内的大的磁通密度。另外，若以电阻的观点来看图1的结构，则软磁性薄膜间的电阻值为软磁性薄膜部分与巨磁阻薄膜部分的电阻之和，但由于巨磁阻薄膜的电阻系数的值比软磁性薄膜的电阻系数的值要大100倍以上，因此实质上软磁性薄膜间的电阻值等于巨磁阻薄膜部分的电阻值，即软磁性薄膜间的电阻值中直接表现了巨磁阻薄膜的电阻值。图2所示为这样的图1结构中的电阻变化的例子，在几个Oe的弱磁场中，实现了约6％的电阻值变化，与以往材料的各向异性磁阻效应材料相比，大2倍以上。

但是，在实现根据巨磁阻薄膜的电阻测定值来测量磁场绝对值的磁传感器时，利用图1的结构表明存在很大的问题。这问题是巨磁阻薄膜因温度而引起磁阻值变化。如前所述，在图1结构的情况下，对于想检测的磁场大小有选择的余地。但是，即使如何提高灵敏度，那也是对产生的磁场的选择，要得到巨磁阻薄膜具有的电阻变化以上的变化幅度，在原理上是不可能的。实际上图1结构的情况下的电阻变化值，包含其它因素还要减少，大致为6％左右，对于该6％左右的电阻值变化，若巨磁阻薄膜因温度而变化，则该电阻值变化部分在推测所加的磁场时，成为不确定因素。图3所示的温度特性实例。如该图所知，巨磁阻薄膜因温度产生的电阻值变化，比起因所加磁场产生的电阻变化还要大，若保持图1的结构不变，很难用作测量磁场绝对值的磁传感器。

另外，对于图1所示的以往的薄膜磁传感器，在实现测量所加磁场的绝对值及方向的磁传感器时，表明也存在很大的问题。那是由于巨磁阻薄膜的电阻变化与磁场方向无关，具有各向同性的特性。即如图2所示，利用图1的结构，对于磁场正负两个方向显示相同的电阻变化，不能确定磁场方向。因而，若保持图1的结构不变，虽然可以用作仅检测磁场大小的传感器，但不能用于需要确定磁场方向的传感器，例如读取地磁场方向的方位传感器、读取与充磁的磁性体之间的相对角度的传感器等。

因此，本发明的课题是提供构造简单、具有高的检测灵敏度、减少因温度变化等而引起的测量误差、能够测量磁场强度及方向的薄膜磁传感器。

发明内容

第1，本发明包含薄膜磁传感器，其特征在于，包含第1桥臂及第2桥臂，所述第1桥臂包括利用具有规定气隙长的气隙一分为二并且具有规定膜厚及与气隙接触的规定宽度的软磁性薄膜、埋入该软磁性薄膜的气隙中形成的巨磁阻薄膜、以及与一分为二的各软磁性薄膜电气连接的端子，所述第2桥臂包括利用具有实质上与所述气隙长相等的气隙长的气隙一分为二并且具有实质上与所述膜厚相等的膜厚及实质上与和所述气隙接触的宽度相等的宽度的导体膜、埋入该导体膜的气隙中形成的巨磁阻薄膜、以及与一分为二的各导体膜电气连接的端子，这些桥臂分别形成电桥电路的2个桥臂。

具体来说，在本发明中，在巨磁阻薄膜具有的电阻值变化中，除了因温度、湿度及时效性的原因引起的变化以外，通过仅抽取因磁场引起的变化，以实现高精度的磁传感器。即利用巨磁阻薄膜及结构相同的2套元件形成电桥，其中的一个元件是在巨磁阻薄膜两侧配置软磁性薄膜，通过这样提高对磁场的灵敏度，而另一个元件是只采用巨磁阻薄膜，通过这样对磁场的灵敏度实质上为零。由于电桥的输出电压与这些元件的电阻值之差成正比，结果巨磁阻薄膜具有的温度变化以及其它的湿度和对效变化等变化因素从输出电压中去除，在输出中仅出现因磁场引起的电阻值变化，因此能够实现高精度的磁场绝对值的检测，另外同时也能够检测极弱的磁场。