磁性检测装置 |
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| 申请号 | CN200780032229.1 | 申请日 | 2007-02-07 | 公开(公告)号 | CN101512369B | 公开(公告)日 | 2012-02-01 |
| 申请人 | 阿尔卑斯电气株式会社; | 发明人 | 佐佐木义人; 菊入胜也; 佐藤清; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 磁性 检测装置，其中，由固定 电阻 元件(31、32)构成第2 串联 电路 (34)的电阻元件，该第2串联电路(34)与具有第1 磁阻效应 元件(23)的第1串联电路(26)以及具有第2磁阻效应元件(27)的第3串联电路(30)双方并联连接，使上述固定电阻元件(31、32)的元件电阻大于构成 传感器 部(21)的各电阻元件(23、24、27、28)的元件电阻。从而，与现有相比能够降低消耗 电流 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁性检测装置，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 磁性检测装置技术领域背景技术[0002] 图17是现有磁性检测装置的电路结构图。磁性检测装置由传感器部S和集成电路(IC)1构成。图17所示的磁性检测装置是双极检测对应型传感器。上述传感器部S具有：第1桥式电路BC1，其具备电阻值相对于正方向外部磁场进行变化的GMR元件等第1磁阻效应元件2；第2桥式电路BC2，其具备电阻值相对于负方向外部磁场进行变化的GMR元件等第2磁阻效应元件3。所谓“正方向外部磁场”是指任意一个方向的外部磁场，不过在图20的形态中是指第1磁阻效应元件2的电阻值变动、第2磁阻效应元件3的电阻值不变动(即，作为固定电阻发挥作用)的方向的外部磁场，所谓“负方向的外部磁场”是与上述正方向外部磁场相反方向的外部磁场，在图20的形态中是指第2磁阻效应元件3的电阻值变动、第1磁阻效应元件2的电阻值不变动(即，作为固定电阻发挥作用)的方向的外部磁场。 [0003] 如图17所示，各第1磁阻效应元件2分别由固定电阻元件4和串联电路构成，并联连接各串联电路，构成第1桥式电路BC1。构成上述第1桥式电路BC1的两条串联电路的各输出取出部与第1差动放大器6连接。另外如图17所示，各第2磁阻效应元件3分别由固定电阻元件5和串联电路构成，并联连接各串联电路，构成第2桥式电路BC2。构成上述第2桥式电路BC2的两条串联电路的各输出取出部与第2差动放大器7连接。 [0005] 在图17所示的磁性检测装置中，当正方向外部磁场作用时，构成第1桥式电路BC1的第1磁阻效应元件2的电阻值变动，因此利用上述第1差动放大器6对输出进行差动放大，由此来生成检测信号，并将上述检测信号从第1外部输出端子10输出。另一方面，在磁性检测装置中，当负方向外部磁场作用时，构成第2桥式电路BC2的第2磁阻效应元件3的电阻值变动，因此利用上述第2差动放大器7对输出进行差动放大，由此来生成检测信号，并将上述检测信号从第2外部输出端子11输出。 [0006] 如上所述，图17所示的磁性检测装置为对正方向以及负方向的哪个方向的外部磁场都能检知的双极检测对应型传感器。 [0008] 专利文献2：日本特开2004-180286号公报 [0009] 专利文献3：日本特开2005-214900号公报 [0010] 专利文献4：日本特开2003-14833号公报 [0011] 专利文献5：日本特开2003-14834号公报 [0012] 专利文献6：日本特开2003-121268号公报 [0013] 专利文献7：日本特开2004-304052号公报 [0014] 但是，在图17所示的现有磁性检测装置的构造中，为了将桥式电路的各输出取出部的电位适当控制在中间电位上，需要使与各磁阻效应元件2、3串联连接的各固定电阻元件4、5的元件电阻接近于上述磁阻效应元件2、3。 [0015] 因为上述磁阻效应元件2、3的元件电阻是数kΩ，所以上述固定电阻元件4、5也同样需要调整为数kΩ左右。 [0016] 这样在现有构造中，不能忽视磁阻效应元件2、3的元件电阻而增大固定电阻元件4、5的元件电阻。尤其，基于磁性检测装置的小型化，而使构成传感器部S的各元件的形成空间变得越来越小，由此，无法充分地增大元件电阻，其结果是导致消耗电流增大。 [0017] 尤其，如图17所示，在双极对应型传感器中需要多个构成传感器部S的元件。即，作成双极检测对应型传感器需要两个桥式电路BC1、BC2，元件数共计需要8个。因此，各元件的形成空间进一步减少，在现有传感器部S的元件结构中，对于增大元件电阻存在限制。 发明内容[0018] 因此，本发明用于解决上述现有的课题，其目的是提供与现有相比可降低消耗电流的磁性检测装置。 [0019] 本发明的磁性检测装置的特征是，具有并联连接第1串联电路和第2串联电路而构成的桥式电路，在构成上述第1串联电路的多个电阻元件的至少任意一个中包含磁阻效应元件，该磁阻效应元件利用了电阻相对于外部磁场发生变化的磁阻效应，构成上述第2串联电路的多个电阻元件由相对于外部磁场电阻不发生变化的固定电阻元件构成，构成上述第2串联电路的上述固定电阻元件的元件电阻大于构成上述第1串联电路的上述电阻元件的元件电阻。 [0020] 在上述的桥式电路的元件结构中，上述第2串联电路上未连接有磁阻效应元件，而仅由固定电阻元件构成。因此在形成上述固定电阻元件的过程中，如与磁阻效应元件串联连接的固定电阻元件那样，可以不使上述固定电阻元件的元件电阻与上述磁阻效应元件的元件电阻相对应。即，与现有相比，材料选择等的自由度增加，将输出取出部的电位控制为中间电位，并且如本发明那样使构成上述第2串联电路的固定电阻元件的元件电阻大于第1串联电路的电阻元件的元件电阻，由此，可一边维持检测精度，一边实现比现有的消耗电流降低。 [0021] 另外，在本发明中优选在基板上具备：具有上述第1串联电路的传感器部；以及与上述传感器部连接并输出磁场检测信号的集成电路，上述第2串联电路被装入上述集成电路内。由此可扩展上述传感器部的形成空间，使设计自由度增大，构成上述第1串联电路的电阻元件的元件电阻也可以增大，所以能够使构成传感器部的各电阻元件的元件电阻大于现有的原件电阻，从而能够更有效地实现消耗电流的降低。另外，通过将上述第2串联电路装入集成电路内，可与在上述集成电路内设置的其他电阻体同样，适合利用贴片电阻(sheet resistance)高的高电阻材料来形成构成上述第2串联电路的固定电阻元件。 [0022] 另外，在本发明中优选该磁性检测装置还具有第3串联电路，在上述第1串联电路中设置的上述磁阻效应元件是利用了电阻根据某一个方向的外部磁场的磁场强度变化而发生变化的磁阻效应的元件，在构成上述第3串联电路的多个电阻元件的至少任意一个中包含磁阻效应元件，该磁阻效应元件的电阻相对于与上述一个方向相反的方向的外部磁场发生变化，并联连接上述第1串联电路和上述第2串联电路，构成上述一个方向的外部磁场检测用的第1桥式电路，并且并联连接上述第2串联电路和上述第3串联电路，构成上述相反方向的外部磁场检测用的第2桥式电路。由此可作成双极检测对应传感器。此外在本发明中，将上述第3串联电路作为第1桥式电路以及第2桥式电路的共用电路，所以与现有的相比，可减少形成两个桥式结构所需的元件数。由此，可使各电阻元件的元件形成空间比现有的大，设计自由度增加，从而可较大地形成各电阻元件的元件电阻，并有效地降低消耗电流。 [0023] 在本发明中，构成上述第3串联电路的多个电阻元件全部由相同的材料层形成，由此可使各电阻元件的元件电阻等同，将输出取出部的电位保持在中间电位，而且可抑制温度系数(TCR)的偏差，其结果是适合针对温度变化来抑制上述中间电位的偏差，并能够使动作稳定性提高。 [0024] 另外，在本发明中优选在基板上具备：具有上述第1串联电路和上述第3串联电路的传感器部；以及与上述传感器部连接并输出磁场检测信号的集成电路，上述第2串联电路被装入上述集成电路内。由此可扩展上述传感器部的形成空间，设计自由度增大，构成上述第1串联电路以及第3串联电路的电阻元件的元件电阻也可增大，所以可使构成传感器部的各电阻元件的元件电阻比现有的大，从而能够更有效地实现消耗电流的降低。另外，通过将上述第2串联电路装入集成电路内，可与在上述集成电路内设置的其他电阻体同样，适合利用贴片电阻高的高电阻材料来形成构成上述第2串联电路的固定电阻元件。 [0025] 此外在本发明中更优选在上述基板上形成上述集成电路，在上述集成电路上经由绝缘层形成上述传感器部。通过制成这样的层叠构造，可进一步扩展上述传感器部的元件形成空间，设计自由度增加，并能够提高构成传感器部的各电阻元件的元件电阻，能够有效地降低消耗电流。 [0026] 另外在本发明中，构成上述第1串联电路的多个电阻元件全部由相同的材料层形成，由此可将输出取出部的电位适当地控制在中间电位，此外还能抑制温度系数(TCR)的偏差，其结果是适合针对温度变化来抑制上述中间电位的偏差，并能够提高动作稳定性。 [0027] 另外在本发明中，构成上述第2串联电路的多个固定电阻元件全部由相同的材料层形成，由此可将输出取出部的电位适当地控制在中间电位，此外还能够抑制温度系数(TCR)的偏差，其结果是适合针对温度变化来抑制上述中间电位的偏差，并能够提高动作稳定性。 [0028] 在本发明中上述固定电阻元件由硅(Si)形成的情况是更有效的。尤其，通过将上述固定电阻元件装入集成电路内，可与形成在上述集成电路中的其他电阻体等同样采用硅来形成上述固定电阻元件，尤其通过以硅来形成上述固定电阻元件，可以将元件电阻增大到数十kΩ左右。从而能够选择比在图17所示的现有构造中使用的固定电阻元件的元件电阻高出数十倍的元件电阻，这样能够更有效地降低消耗电流。 [0029] (发明效果) [0031] 图1是表示本实施方式的磁性检测装置正方向的外部磁场检测电路状态的电路结构图， [0032] 图2是表示本实施方式的磁性检测装置负方向的外部磁场检测电路状态的电路构成图， [0033] 图3是用于说明第1磁阻效应元件的磁滞特性的曲线图(R-H曲线)， [0034] 图4是用于说明第2磁阻效应元件的磁滞特性的曲线图(R-H曲线)， [0035] 图5是表示本实施方式的磁性检测装置的传感器部的电阻元件形状的磁性检测装置20的部分放大斜视图， [0036] 图6是根据图5所示的A-A线在厚度方向上切断上述磁性检测装置、并沿箭头方向观察的上述磁性检测装置的部分剖视图， [0037] 图7是表示第1磁阻效应元件以及第2磁阻效应元件的层构造的部分剖视图，[0038] 图8是主要用于说明固定电阻元件的层构造的部分剖视图， [0039] 图9是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例(是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的部分示意图，表示关闭上述电话的状态)， [0040] 图10是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例(是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的部分示意图，表示打开上述电话的状态)， [0042] 图12是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例(是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的部分示意图，使磁铁的配置与图10所示的相反，表示打开上述电话的状态)， [0043] 图13是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例(是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的部分示意图，表示打开上述电话的状态)， [0044] 图14是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例(是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的部分示意图，表示翻转第1部件的状态)， [0045] 图15是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例(是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的图13的部分俯视图)， [0046] 图16是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例(是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的图15的部分俯视图)， [0047] 图17是现有磁性检测装置的电路结构图。 [0048] 符号说明： [0049] 20磁性检测装置；21传感器部；22集成电路(IC)；23第1磁阻效应元件(第1电阻元件)；24固定电阻元件(第2电阻元件)；25第1输出取出部；26第1串联电路；27第2磁阻效应元件(第5电阻元件)；28固定电阻元件(第6电阻元件)；29第3输出取出部； 30第3串联电路；31固定电阻元件(第3电阻元件)；32固定电阻元件(第4电阻元件)； 33第2输出取出部；34第2串联电路；35差动放大器；36第1开关电路(第1连接切换 部)；38比较器；39输入端子；40第1外部输出端子；41第2外部输出端子；42接地端子； 43第2开关电路；46、47锁存器电路；48第3开关电路；53时钟电路；62反铁磁性层；63固定磁层(第1磁层)；64非磁性中间层；65、67自由磁层(第2磁层)；78、80绝缘层；81铸型(mold)树脂；90、100翻盖式移动电话；91、102第1部件；92第2部件；94、101磁铁。 具体实施方式[0050] 图1、图2是本实施方式的磁性检测装置20的电路结构图，图3是用于说明第1磁阻效应元件的磁滞特性的曲线图(R-H曲线)，图4是用于说明第2磁阻效应元件的磁滞特性的曲线图(R-H曲线)，图5是表示本实施方式的磁性检测装置20的传感器部的电阻元件形状的磁性检测装置20的部分放大斜视图，图6是根据图5所示的A-A线在厚度方向上切断上述磁性检测装置、并沿箭头方向观察的上述磁性检测装置的部分剖视图，图7是表示第1磁阻效应元件以及第2磁阻效应元件的层构造的部分剖视图，图8是主要用于说明固定电阻元件的层构造的部分剖视图，图9～图16是用于说明本实施方式的磁性检测装置用途的一例，是内置有上述磁性检测装置的翻盖式移动电话的部分示意图及部分俯视图。 [0051] 图1所示的本实施方式的磁性检测装置20的结构为具有传感器部21和集成电路(IC)22。 [0052] 在上述传感器部21中设有第1串联电路26，其经由第1输出取出部(连接部)25串联连接第1电阻元件(第1磁阻效应元件)23和第2电阻元件(在本实施方式中为固定电阻元件)24；以及第3串联电路30，其经由第3输出取出部(连接部)29串联连接第5电阻元件(第2磁阻效应元件)27和第6电阻元件(在本实施方式中为固定电阻元件)28。 [0053] 另外，在上述集成电路22内设有第2串联电路34，其经由第2输出取出部33串联连接第3电阻元件(固定电阻元件)31和第4电阻元件(固定电阻元件)32。 [0054] 此外如上所述，“电阻元件”的表述为第1～第6的通用编号。另外以下，将各电阻元件主要表述为“磁阻效应元件”以及“固定电阻元件”，关于不需要区别为“磁阻效应元件”以及“固定电阻元件”的说明之处使用“电阻元件”的表述。 [0055] 上述第2串联电路34作为共用电路与上述第1串联电路26以及上述第3串联电路30分别构成桥式电路。以下，将并联连接上述第1串联电路26和上述第2串联电路34的桥式电路称为第1桥式电路BC3，将并联连接上述第3串联电路30和上述第2串联电路34的桥式电路称为第2桥式电路BC4。 [0056] 如图1所示，在上述第1桥式电路BC3中，并联连接上述第1电阻元件23和上述第4电阻元件32，并且并联连接上述第2电阻元件24和上述第3电阻元件31。另外，在上述第2桥式电路BC4中并联连接上述第5电阻元件27和上述第3电阻元件31，并且并联连接上述第6电阻元件28和上述第4电阻元件32。 [0057] 如图1所示，在上述集成电路22中设有输入端子(电源)39、接地端子42以及两个外部输出端子40、41。上述输入端子39、接地端子42以及外部输出端子40、41分别利用引线键合(wire bonding)或芯片键合(die bonding)等与未图示的设备侧的端子部电连接。 [0059] 如图1所示在集成电路22内设置有一个差动放大器35，在上述差动放大器35的正输入部、负输入部的某个上连接有上述第2串联电路34的第2输出取出部33。 [0060] 上述第1串联电路26的第1输出取出部25以及第3串联电路30的第3输出取出部29分别与第1开关电路(第1连接切换部)36的输入部连接，上述第1开关电路36 的输出部与上述差动放大器35的负输入部、正输入部的某个(未连接上述第2输出取出部 33的一侧的输入部)连接。 [0061] 如图1所示，上述差动放大器35的输出部与施密特触发器型的比较器38连接，上述比较器38的输出部与第2开关电路(第2连接切换部)43的输入部连接，而且上述第2开关电路43的输出部侧经由两个锁存器电路46、47以及FET电路54、55与第1外部输出端子40以及第2外部输出端子41分别连接。此外，FET电路54、55构成逻辑电路。 [0062] 此外如图1所示，在上述集成电路22内设置有第3开关电路48。上述第3开关电路48的输出部和与上述接地端子42连接的信号线51连接，在上述第3开关电路48的输入部上连接有第1串联电路26以及第3串联电路30的一端部。 [0063] 另外如图1所示，在上述集成电路22内设置有间歇开关(intervalswitch)电路52以及时钟电路53。当断开上述间歇开关电路52的开关时，停止向集成电路22内的通电。 上述间歇开关电路52的开关的导通/断开与来自上述时钟电路53的时钟信号联动，上述间歇开关电路52具有间歇地进行通电状态的省电功能。 [0064] 来自上述时钟电路53的时钟信号还输出到第1开关电路36、第2开关电路43以及第3开关电路48。在上述第1开关电路36、第2开关电路43以及第3开关电路48中当接收上述时钟信号时，分割该时钟信号并控制为以非常短的周期进行开关动作。例如在1脉冲的时钟信号为数十msec时，按照数十μmsec进行开关动作。 [0065] 上述第1磁阻效应元件23是根据正方向外部磁场(+H)的强度变化发挥磁阻效应的磁阻效应元件，另一方面，上述第2磁阻效应元件27是根据与上述正方向相反方向的负方向外部磁场(-H)的磁场强度变化发挥磁阻效应的磁阻效应元件。 [0066] 这里，正方向外部磁场(+H)表示某一方向，在本实施方式中是朝着图示X1方向的方向，负方向的外部磁场(-H)是与上述正方向相反方向的外部磁场，是朝着图示X2方向的方向。 [0067] 以下，对上述第1磁阻效应元件23以及第2磁阻效应元件27的层构造以及磁滞特性进行详细说明。 [0068] 如图7所示，上述第1磁阻效应元件23以及第2磁阻效应元件27都从下向上顺次层叠有基础层60、种子层61、反铁磁性层62、固定磁层63、非磁性中间层64、自由磁层65、67(设第2磁阻效应元件27的自由磁层为符号37)以及保护层66。上述基础层60例如由Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W中的1种或2种以上元素等的非磁性材料形成。上述种子层61由NiFeCr或Cr等形成。上述反铁磁性层62由含有元素α(其中，α是Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os中的1种或2种以上的元素)和Mn的反铁磁性材料、或者含有元素α、元素α′(其 中，元素α′是Ne、Ar、Kr、Xe、Be、B、C、N、Mg、Al、Si、P、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、N b、Mo、Ag、Cd、Sn、Hf、Ta、W、Re、Au、Pb以及稀土类元素中的1种或2种以上的元素)和Mn的反铁磁性材料形成。例如，上述反铁磁性层62由IrMn及PtMn形成。上述固定磁层63以及自由磁层65、67由CoFe合金、NiFe合金、CoFeNi合金等磁性材料形成。另外，上述非磁性中间层64由Cu等形成。上述保护层66由Ta等形成。上述固定磁层63及自由磁层65、67可以是层叠费里构造(是磁层/非磁层/磁层的层叠构造，即夹着非磁层的两个磁层的磁化方向为反平行的构造)。另外，上述固定磁层63及自由磁层65、67可以是材质不同的多个磁层的层叠构造。 [0069] 在上述第1磁阻效应元件23以及第2磁阻效应元件27中，为了形成上述反铁磁性层62和上述固定磁层63连接而实施磁场中热处理，由此在上述反铁磁性层62和上述固定磁层63的表面上产生交换结合磁场(Hex)，上述固定磁层63的磁化方向固定为一个方向。在图5以及图7中，以箭头方向表示上述固定磁层63的磁化方向63a。在第1磁阻效应元件23以及第2磁阻效应元件27中上述固定磁层63的磁化方向63a都是图示X1方向(正方向)。 [0070] 另一方面，上述自由磁层65、67的磁化方向在第1磁阻效应元件23和第2磁阻效应元件27中不同。如图7所示在上述第1磁阻效应元件23中上述自由磁层65的磁化方向65a为图示X2方向(负方向)，与固定磁层63的磁化方向63a是相同方向，不过在上述第2磁阻效应元件27中上述自由磁层67的磁化方向67a为图示X1方向(正方向)，与上 述固定磁层63的磁化方向63a反平行。 [0071] 当正方向的外部磁场(+H)作用时，第2磁阻效应元件27的自由磁层67的磁化67a不变动，第1磁阻效应元件23的自由磁层65的磁化65a变动，从而上述第1磁阻效应元件23的电阻值发生变化。图3是表示第1磁阻效应元件23的磁滞特性的R-H曲线。此外在图的曲线图中纵轴是电阻值R，不过也可以是电阻变化率(％)。如图3所示，当外部磁场从无磁场状态(零)向正方向缓缓增加时，自由磁层65的磁化65a和固定磁层63的磁化63a的平行状态崩溃而接近于反平行状态，所以上述第1磁阻效应元件23的电阻值R在曲线HR1上缓缓变大，当使正方向的外部磁场(+H)向零缓缓变小时，上述第1磁阻效应元件23的电阻值R在曲线HR2上缓缓变小。 [0072] 这样，在第1磁阻效应元件23中针对正方向外部磁场(+H)的磁场强度变化，而形成以曲线HR1和曲线HR2围成的磁滞环HR。作为上述第1磁阻效应元件23的最大电阻值和最低电阻值的中间值，上述磁滞环HR的宽幅的中心值是磁滞环HR的“中点”。然后，根据从上述磁滞环HR的中点到外部磁场H＝0(Oe)线的磁场强度来确定第1层间结合磁场Hin1的大小。如图3所示，在第1磁阻效应元件23中，上述第1层间结合磁场Hin1向正磁场方向移动。 [0073] 另一方面，当波及负方向外部磁场(-H)时，上述第1磁阻效应元件23的自由磁层65的磁化65a不变动，第2磁阻效应元件27的自由磁层67的磁化67a变动，从而上述第2磁阻效应元件27的电阻值发生变动。 [0074] 图4是表示第2磁阻效应元件27的磁滞特性的R-H曲线。如图4所示，当外部磁场从无磁场状态(零)向负方向缓缓增加时，自由磁层67的磁化67a和固定磁层63的磁化63a的反平行状态崩溃而接近于平行状态，上述第2磁阻效应元件27的电阻值R在曲线HR3上缓缓变小，另一方面，当使负方向外部磁场(-H)缓缓向零变化时，上述第2磁阻效应元件27的电阻值R在曲线HR4上缓缓变大。 [0075] 这样，在第2磁阻效应元件27中针对负方向外部磁场(-H)的磁场强度变化，而形成以曲线HR3和曲线HR4围成的磁滞环HR。作为上述第2磁阻效应元件27的最大电阻值和最低电阻值的中间值，上述磁滞环HR的宽幅的中心值是磁滞环HR的“中点”。然后根据从上述磁滞环HR的中点到外部磁场H＝0(Oe)线的磁场强度来确定第2层间结合磁场Hin2的大小。如图4所示，在第2磁阻效应元件27中，上述第2层间结合磁场Hin2向负磁场方向移动。 [0076] 这样，在本实施方式中，上述第1磁阻效应元件23的第1层间结合磁场Hin1向正磁场方向移动，另一方面，上述第2磁阻效应元件27的第2层间结合磁场Hin2向负磁场方向移动。 [0077] 为了取得在图3、图4中说明的互逆符号的层间结合磁场Hin1、Hin2，例如，可适当调节对上述非磁性中间层64表面的等离子处理(PT)时的气体流量(气压)及功率值。根据气体流量(气压)的大小以及功率值的大小，可知层间结合磁场Hin发生变化。随着上述气体流量(气压)及功率值变大，可使层间结合磁场Hin从正值向负值变化。另外，上述层间结合磁场Hin的大小也根据上述非磁性中间层64的膜厚而发生变化。或者，当从下向上以反铁磁性层/固定磁层/非磁性中间层/自由磁层的顺序进行层叠时，即使改变上述反铁磁性层的膜厚也能够调节上述层间结合磁场Hin的大小。 [0078] 在第1磁阻效应元件23中第1上述层间结合磁场Hin1是正值，在此情况下，在上述固定磁层63和上述自由磁层65之间发生使磁化相互平行的相互作用。另外，在第2磁阻效应元件27中第2上述层间结合磁场Hin2是负值，在此情况下在上述固定磁层63和上述自由磁层67之间发生使磁化相互反平行的相互作用。并且，在各磁阻效应元件23、27的反铁磁性层62和固定磁层63之间经由磁场中热处理而产生同一方向的交换结合磁场(Hex)，因此各磁阻效应元件23、27的固定磁层63的磁化63a可固定在同一方向上，另外在固定磁层63和自由磁层65、67之间发生上述的相互作用，成为图7的磁化状态。 [0079] 上述的第1磁阻效应元件23以及第2磁阻效应元件27利用了巨大磁阻效应(GMR效果)，不过除了GMR元件以外，还可以是利用了各向异性磁阻效应(AMR)的AMR元件或利用了穿隧磁阻效应(TMR)的TMR元件。 [0080] 另一方面，和第1磁阻效应元件23串联连接的固定电阻元件24与上述第1磁阻效应元件23层叠顺序不同，而且由与上述第1磁阻效应元件23相同的材料层来形成。即，如图8所示，上述固定电阻元件24从下向上按照基础层60、种子层61、反铁磁性层62、第1磁层63、第2磁层65、非磁性中间层64以及保护层66的顺序进行层叠。上述第1磁层63相当于构成第1磁阻效应元件23的固定磁层63，上述第2磁层65相当于构成上述第1磁阻效应元件23的自由磁层65。如图8所示，上述第1固定电阻元件24在上述反铁磁性层62上连续地层叠第1磁层63以及第2磁层65，第1磁层63以及第2磁层65的磁化都通 过在反铁磁性层62之间产生的交换结合磁场(Hex)来固定，上述第2磁层65如上述第1磁阻效应元件23的自由磁层65那样相对于外部磁场没有磁化变动。 [0081] 如图8所示，将上述固定电阻元件24的各层和与上述第1磁阻效应元件23对应的各层以相同的材料来构成，因此可使上述第1磁阻效应元件23和上述固定电阻元件24的元件电阻大致相同，可将在无磁场状态下的上述第1输出取出部25的电位适当控制为中间电位。另外，还能够抑制上述第1磁阻效应元件23的温度系数(TCR)和上述固定电阻元件24的温度系数的偏差，其结果是，即使针对温度变化也能够抑制上述中间电位的偏差，能够提高动作稳定性。此外更理想的是不仅材料、与第1磁阻效应元件23对应的各层的膜厚也和上述第1磁阻效应元件23的各层相等。 [0082] 另外虽然未图示但与上述相同，和上述第2磁阻效应元件27串联连接的固定电阻元件28与上述第2磁阻效应元件27层叠顺序不同，而且由与上述第2磁阻效应元件27相同的材料层来形成。 [0083] 另一方面，构成第2串联电路34的电阻元件仅由固定电阻元件构成，不包含磁阻效应元件，所以不需要利用与上述磁阻效应元件相同的材料层来形成装入上述集成电路22内的固定电阻元件31、32。 [0084] 即，固定电阻元件31、32只要是以相互相同的材料层形成的、元件电阻大致相同的固定电阻元件，就没有特别地限定层构造。 [0085] 由此，在形成上述固定电阻元件31、32的过程中，相比于构成第1串联电路26的固定电阻元件24和构成第3串联电路30的固定电阻元件28，材料选择的自由度较宽。 [0086] 在本实施方式中，上述固定电阻元件31、32被装入集成电路22内。上述固定电阻元件31、32如磁阻效应元件那样不是检知外部磁场的元件，在本实施方式中是将上述第2串联电路34的中间电位作为上述第1桥式电路BC3以及上述第2桥式电路BC4双方的基准电位使用的元件，所以在将上述固定电阻元件31、32装入集成电路22内方面没有任何问题。 [0087] 并且在本实施方式中，使上述固定电阻元件31、32与设置在上述集成电路22内的其他电阻体同样，可利用贴片电阻非常高的硅(Si)来形成。上述固定电阻元件31、32的元件电阻可大到数十kΩ左右。 [0088] 接着，采用图6对本实施方式的磁性检测装置20的剖面形状进行说明。如图6所示，上述磁性检测装置20例如在由硅(Si)形成的基板70上，以一定的厚度来形成未图示的硅石(SiO2)的基础膜。 [0090] 如图6所示，在上述基板70上以及集成电路22上覆盖由阻抗层等构成的绝缘层78。关于上述绝缘层78，在上述布线层77上的一部分中形成孔部78b，从上述孔部78b中露出上述布线层78的上表面。 [0091] 上述绝缘层78的表面78a由平坦化面形成，在已平坦化的上述绝缘层78的表面78a上以图5所示的蛇曲(meander)形状来形成第1电阻元件23、第2电阻元件24、第5电阻元件27以及第6电阻元件28。由此，可增大各元件的元件电阻。 [0092] 如图5所示，在各元件的两侧端部形成有电极23a、23b、24a、24b、27a、27b、28a、28b，上述第1电阻元件23的电极23b和上述第2电阻元件24的电极24b之间经由第1输 出取出部25进行连接，上述第1输出取出部25如图6所示在上述布线层77上电连接。同样，第5电阻元件27的电极27b和第6电阻元件28的电极28b之间经由第3输出取出部 29进行连接，并与未图示的布线层电连接。 [0094] 在本实施方式中，如图6所示在基板70上经由绝缘层78层叠集成电路22和传感器部21，由此可将上述绝缘层78表面78a的宽的空间作为上述传感器部21的形成空间使用。因此，各电阻元件23、24、27、28的形成空间变宽，在将各电阻元件23、24、27、28作成图5所示的蛇曲形状时，可延长元件长度，增大各电阻元件的元件电阻。 [0095] 尤其在本实施方式中，将构成上述第2串联电路34的第3电阻元件31以及第4电阻元件32装入集成电路22内，所以能够减少构成上述传感器部21的元件数，此外还能够扩展构成上述传感器部21的各电阻元件23、24、27、28的形成空间。 [0096] 而且在本实施方式中在上述第1桥式电路BC3和上述第2桥式电路BC4双方将上述第2串联电路34作为共用电路进行使用，并将上述第2串联电路34的中间电位作为上述第1桥式电路BC3以及上述第2桥式电路BC4双方的基准电位。 [0097] 由此，在现有的采用了磁阻效应元件的双极检测对应型传感器中，元件数一共至少需要8个，不过在本实施方式中如图1、图2所示，可一共由6个来构成，从而可减少元件数。在现有技术中需要将该8个元件全部作为传感器部21形成在图6所示的绝缘层78的表面78a上，在本实施方式中，与如上所述能够将第2串联电路34装入集成电路22内的情况相对应，可减少构成上述传感器部21的元件的总数，这样即使在小型化的磁性检测装置20中，也能够使各电阻元件23、24、27、28的形成空间比现有的宽。 [0098] 接着，对外部磁场的检测原理进行说明。 [0099] 首先，对在本实施方式的磁性检测装置20中没有作用外部磁场的情况进行说明。在此情况下，上述第1磁阻效应元件23以及第2磁阻效应元件27的电阻值都没有变化。 当第1开关电路36、第2开关电路43以及第3开关电路48分别接收来自上述时钟电路53的时钟信号时，按照数十μsec进行切换正方向外部磁场(+H)检测电路状态和负方向外部磁场(-H)检测电路状态，该正方向外部磁场(+H)检测电路状态如图1所示，第1开关电路 36连接在上述第1串联电路26的第1输出取出部25和差动放大器35之间、第2开关电 路43连接在上述比较器38和第1外部输出端子40之间、以及第3开关电路48连接在第 1串联电路26和接地端子42之间该负方向外部磁场(-H)检测电路状态如图2所示，第1开关电路36连接在上述第3串联电路30的第3输出取出部29和差动放大器35之间、第 2开关电路43连接在上述比较器38和第2外部输出端子41之间以及第3开关电路48连 接在第2串联电路30和接地端子42之间。 [0100] 当没有波及外部磁场时，在图1的正方向外部磁场(+H)检测电路状态下第1桥式电路BC3的第1输出取出部25和第2输出取出部33之间的差动电位、以及在图2的负方向外部磁场(-H)检测电路状态下第2桥式电路BC4的第3输出取出部29和第2输出取出 部33之间的差动电位都近似为0。当从差动放大器35向比较器38输出差动电位为0的输出时，在上述比较器38中通过施密特触发器输入控制为，经由上述锁存器电路46、47、FET电路54从第1外部输出端子40以及第2外部输出端子41输出例如高电平信号。 [0101] 接着，当在本实施方式的磁性检测装置20中没有波及正方向外部磁场(+H)时，第1磁阻效应元件23的电阻值变动，上述第1串联电路26的第1输出取出部25中的电位从中间电位开始变动(在图1的电路结构中当具有图3所示的磁滞特性时，具体地说电位变大)。 [0102] 当前，在图1所示的正方向外部磁场(+H)检测电路状态下，将上述第2串联电路34的第2输出取出部33的中间电位作为基准电位，利用上述差动放大器35来生成由上述第1串联电路26和第2串联电路34构成的第1桥式电路BC3的第1输出取出部25与第 2输出取出部33的差动电位，并向比较器38输出。在上述比较器38中将上述差动电位利用施密特触发器输入来整形为脉冲波形的信号，并经由锁存器电路46以及FET电路54从第1外部输出端子40输出整形后的检测信号。此时，当正方向外部磁场(+H)为规定以上的大小时，控制上述检测信号从上述第1外部输出端子40作为低电平信号输出。此外，当上述正方向外部磁场(+H)的大小比某一固定值小时，在上述比较器38中控制为生成高电平信号，与外部磁场没有作用的情况没有变化。 [0103] 另一方面，在正方向外部磁场(+H)发生作用的情况下，即使切换为图2的负方向外部磁场(-H)检测电路状态，第2磁阻效应元件27也不电阻变化，所以与外部磁场没有作用的情况同样，控制为从上述第2外部输出端子41输出高电平信号。 [0104] 这样，在第1外部输出端子40中，当某一固定值以上的正方向外部磁场(+H)作用时，信号电平从高电平信号向低电平信号(或者可以是其相反方向)变化，所以根据该信号电平的变化，可以检知某一固定值以上的大小的正方向外部磁场(+H)进行作用。 [0105] 同样，当在本实施方式的磁性检测装置20中波及负方向外部磁场(-H)时，第2磁阻效应元件23的电阻值变动，上述第3串联电路30的第2输出取出部29中的电位从中间电位开始变动(具体地说电位变大)。 [0106] 当前，在图2所示的负方向外部磁场(-H)检测电路状态下，将上述第2串联电路34的第2输出取出部33的中间电位作为基准电位，利用上述差动放大器35生成由上述第 3串联电路30和第2串联电路34构成的第2桥式电路BC4的第3输出取出部29与第2输 出取出部33之间的差动电位，并将该差动电位向比较器38输出。在上述比较器38中，将上述差动电位通过施密特触发器输入来整形为脉冲波形的信号，并经由锁存器电路46以及FET电路54从第2外部输出端子41输出整形后的检测信号。此时，当负方向外部磁场(-H)为规定以上的大小时，控制上述上述检测信号从上述第2外部输出端子41作为低电平信号输出。此外，当上述负方向外部磁场(-H)的大小比某一固定值小时，在上述比较器38中控制为生成高电平信号，所以与外部磁场没有作用的情况没有变化。 [0107] 另一方面，在负方向外部磁场(-H)作用的情况下，即使切换为图1的正方向外部磁场(+H)检测电路状态，第1磁阻效应元件23也不电阻变化，所以与外部磁场没有作用的情况同样，控制为从上述第1外部输出端子40输出高电平信号。 [0108] 这样，在第2外部输出端子41中，当某一固定值以上的负方向外部磁场(-H)作用时，信号电平从高电平信号向低电平信号(或者可以是其相反方向)变化，所以根据该信号电平的变化，能够检知某一固定值以上的大小的负方向外部磁场进行作用。 [0109] 然后，利用未图示的设备侧的处理电路等，将从上述第1外部输出端子40或者上述第2外部输出端子41输出的检测信号作为例如后述的翻盖式移动电话的开闭检知信号进行使用。 [0110] 本实施方式的磁性检测装置20的特征部分在于以下的点，由固定电阻元件31、32形成了构成第2串联电路34的电阻元件，该第2串联电路34与具有第1磁阻效应元件23的第1串联电路26以及具有第2磁阻效应元件27的第3串联电路30双方并联连接，与构成传感器部21的各电阻元件23、24、27、28的元件电阻相比增大了上述固定电阻元件31、32的元件电阻。 [0111] 在本实施方式中，在构成上述第2串联电路34的电阻元件内不含有磁阻效应元件而仅由固定电阻元件31、32构成，因此没有如下的制约，即，如与上述磁阻效应元件串联连接的第1串联电路26的固定电阻元件24和第3串联电路30的固定电阻元件28那样，为了适当调节中间电位而由与上述磁阻效应元件相同的材料层来形成。 [0112] 由此，针对上述固定电阻元件31、32的材料选择自由度增加，可适当地使上述固定电阻元件31、32的元件电阻比构成第1串联电路26以及第2串联电路30的各电阻元件23、24、27、28的元件电阻大，从而能够降低消耗电流。 [0113] 在本实施方式中，将构成上述第2串联电路34的固定电阻元件31、32装入集成电路22内。将上述固定电阻元件31、32装入传感器部21内也是本实施方式的一个形态，通过将上述固定电阻元件31、32装入集成电路22内，可在与形成了构成上述集成电路22的其他电阻体相同的工序内，由贴片电阻非常高的硅(Si)来形成上述固定电阻元件31、32。当以如图5所示的蛇曲形状来形成上述固定电阻元件31、32时，适合在有限的面积内形成充分长的元件长度，且有效地增大元件电阻，不过即使假设在集成电路22内没有这样的空间的情况下，也能够由贴片电阻高的硅(Si)来形成电子元件，由此可有效地增大上述固定电阻元件31、32的元件电阻。作为表示元件电阻的一例，构成传感器部21的各电阻元件23、24、27、28的元件电阻大致为2～3kΩ，构成第2串联电路34的各固定电阻元件31、32的元件电阻可大到30kΩ左右。 [0114] 另外，由于在集成电路22内仅装入上述固定电阻元件31、32，所以电路构成不那么复杂，此外如后所述在本实施方式中，即使是双极检测对应型传感器，也仅有一个差动放大器35和一个比较器38就足够了，因此与其说能够使电路结构简单，倒不如说能以一个集成电路22来实现小的电路。 [0116] 此外，为了将上述第2串联电路34的第2输出取出部33中的电位适当控制为中间电位，而最好以相同的材料层来形成上述固定电阻元件31、32。另外，通过以相同的材料层来形成上述固定电阻元件31、32，可抑制温度系数(TCR)的偏差，其结果是，可针对温度变化来抑制上述中间电位的偏差，可提高动作稳定性。 [0117] 如本实施方式那样，当将上述固定电阻元件31、32装入上述集成电路22内时，可减少构成上述传感器部21的元件数。即，如图1、图2、图5、图6所示，因为传感器部21的元件数一共为4个，所以可扩展构成传感器部21的各电阻元件的形成空间。尤其，在本实施方式中，将集成电路22和传感器部21经由绝缘层78层叠在基板70上。在平面上并排地形成上述集成电路22和传感器部21的形态也是本实施方式的一个形态，通过将集成电路22和传感器部21经由绝缘层78层叠在基板70上，可将上述绝缘层78表面78a的宽的范围作为上述传感器部21的形成空间进行使用。此外，本实施方式的磁性检测装置20是双极检测对应型传感器，利用上述第1桥式电路BC3和上述第2桥式电路BC4双方，将上述第2串联电路34作为共用电路进行使用，由此，在现有的使用了磁阻效应元件的双极检测对应型传感器中，元件数一共至少需要8个，不过在本实施方式中如图1、图2所示可一共由6个来构成，从而能够减少元件数。 [0118] 以上能够有效地增大构成传感器部21的各元件的形成空间，所以与现有的相比，能够延长构成传感器部21的各电阻元件23、24、27、28的元件长度，能够增大各电阻元件23、24、27、28的元件电阻。当将各电阻元件23、24、27、28如图5那样作成蛇曲形状时，适合在有限的形成空间内延长元件长度、增大元件电阻。 [0119] 另外在本实施方式中，将串联连接有固定电阻元件31、32的第2串联电路34的中间电位作为上述第1桥式电路BC3和上述第2桥式电路BC4的基准电位共用，而且，还设有第1开关电路36，该第1开关电路36交互地切换构成上述第1桥式电路BC3的第1串联电路26的第1输出取出部25和差动放大器35之间的连接、以及构成上述第2桥式电路BC4的第3串联电路30的第3输出取出部29和差动放大器35之间的连接。 [0120] 如上所述，如果设有第1开关电路36，则仅设有一个差动放大器35就能够交互地取得连接着第1桥式电路BC3和差动放大器35的正方向外部磁场检测状态(图1)、和连接着第2桥式电路BC4和差动放大器35的负方向外部磁场检测状态(图2)这两个检测状态，这样可利用简单的电路结构，通过上述差动放大器35适当地从第1桥式电路BC3以及第2桥式电路BC4双方取得差动电位。 [0121] 即，在现有技术(图17)中，每个桥式电路上都设有差动放大器等，不过在本实施方式中，将两个桥式电路BC3、BC4经由第1开关电路36与共用的差动放大器35连接，可通过第1开关电路36的开关动作，来形成连接着第1桥式电路BC3和差动放大器35的正方向外部磁场检测状态(图1)、和连接着第2桥式电路BC4和差动放大器35的负方向外部磁场检测状态(图2)这两个检测状态，所以只要准备一个差动放大器35等就能够充分地减少信号线的数量，从而能够电路结构简单，且能够形成小型的电路。 [0122] 另外，在本实施方式中还设有第3开关电路48，该第3开关电路可切换接地端子42和第1串联电路26之间的连接以及上述接地端子42和上述第3串联电路30之间的连 接。 [0123] 并且，在通过上述第1开关电路36连接了上述第1桥式电路BC3和上述差动放大器35部之间时，通过上述第3开关电路48来连接上述第1串联电路26和上述接地端子42之间，在通过上述第1开关电路36连接了上述第2桥式电路BC4和上述差动放大器35之间时，通过上述第3开关电路48来连接上述第2串联电路30和上述接地端子42之间。从而，在连接了上述第1桥式电路BC3和上述差动放大器35部之间时，电流未流过第2串联电路30，另外在连接了上述第2桥式电路BC4和上述差动放大器35部之间时，电流未流过第1串联电路26，所以能够更有效地实现消耗电流的降低。 [0124] 对本实施方式的双极检测对应型的磁性检测装置20的用途进行说明。本实施方式的磁性检测装置20例如可使用于翻盖式移动电话的开闭检知。 [0125] 图9所示的翻盖式移动电话90具有第1部件91和第2部件92。上述第1部件91是画面显示侧，上述第2部件92是操作体侧。在上述第1部件91的与上述第2部件92对置的面上设置有液晶显示器及受话器等。在上述第2部件92的与上述第1部件91对置的面上设置有各种钮以及麦克风等。图9是关闭了翻盖式移动电话90的状态，如图9所示在上述第1部件91中内置磁铁94，在上述第2部件92中内置本实施方式的磁性检测装置 20。如图9所示在关闭的状态下，上述磁铁94和磁性检测装置20被配置在相互对置的位置上。或者上述磁性检测装置20可配置在和上述磁铁94对置的位置相比向与外部磁场的进入方向平行的方向偏移的位置上。 [0126] 在图9中，从上述磁铁94放出的正方向外部磁场(+H)传递到上述磁性检测装置20，上述磁性检测装置20检测上述外部磁场(+H)，由此，检测出翻盖式移动电话90处于已关闭的状态。 [0127] 另一方面，如图10所示当打开翻盖式移动电话90时，随着上述第1部件91从上述第2部件92分离，传递到上述磁性检测装置20的外部磁场(+H)的大小缓缓变小，不久传递到上述磁性检测装置20的外部磁场(+H)为零。当传递到上述磁性检测装置20的外部磁场(+H)的大小为某一规定的大小以下时，检测出上述翻盖式移动电话90处于打开的状态，例如，利用内置于上述移动电话90内的控制部来进行控制，以使位于液晶显示器及操作钮里侧的背景灯发光。 [0128] 本实施方式的磁性检测装置20是双极对应型传感器。即，在图9中，磁铁94的N极位于图示左侧，S极位于图示右侧，不过在如图11所示使极性相反的情况下(N极为图示右侧，S极为图示左侧)，波及上述磁性检测装置20的外部磁场(-H)方向(以下，称为负方向)与图1的外部磁场(+H)方向反向。在本实施方式中，即使是这样的情况，在从如图11所示关闭了翻盖式移动电话90的状态到如图12所示打开上述移动电话90时，也能够适当地检知打开的情况。 [0129] 由此，可与外部磁场的极性无关联地配置磁铁94，所以对上述磁铁94的配置没有限制，使安装变得容易。 [0130] 在上述的开闭检知方法中，即使不能识别到外部磁场的方向，也可以利用双极来检知外部磁场的变化，所以例如图1、图2所示的外部输出端子40、41可设成其中的任意一个。 [0131] 即，例如当消除图1、图2所示的第2开关电路43、形成一条从比较器38经由锁存器电路46、FET电路54到外部输出端子40的信号线时，从上述外部输出端子40可获得正方向外部磁场(+H)检知信号、负方向外部磁场(-H)检知信号双方的信号。此时，双方的检知信号例如如上所述是低电平信号，所以无法判别到哪个是外部磁场检知信号，不过在开闭检知中有不能识别到外部磁场方向的需要，因此，能够仅将外部输出端子设为一个，而且能够使电路结构简单。 [0132] 或者，如以下说明，如翻转类型的翻盖移动电话100那样，当启动根据外部磁场方向而不同的功能时，还是如图1、图2所示将外部输出端子40、41设为两个、从而能够检知到外部磁场方向这样的情况为好。 [0133] 如图13所示当打开翻盖移动电话100时，如图10、图12所说明的那样，根据波及到磁性检测装置20的外部磁场的强度变化，而检知移动电话100已打开。图13时的磁铁101的配置如图15的俯视图所示，以旋转轴为中心使上述移动电话100的第1部件102旋转180度，在图13的状态中，如图14、图16所示将作为上述第1部件102内面的画面显示面102a朝向外面。此时如图16所示，磁铁101的朝向从图15的配置状态开始偏转。例如，当通过翻转第1部件102来启动照相机功能时，磁性检测装置20除了如图13那样检知打开或关闭了移动电话100的情况的开闭检知功能之外，还可以检知磁铁101的朝向偏转的情况，不过在本实施方式的磁性检测装置20中可利用图1、图2所示的电路结构，通过具有两个外部输出端子40、41来检知正方向外部磁场(+H)检知信号或负方向外部磁场(-H)检知信号。 [0134] 本实施方式中的传感器部21的元件结构仅作为一例，而不限于此。例如，与图1、图2所示的第1串联电路26连接的第2电阻元件24以及与第3串联电路30连接的第6电阻元件28是针对外部磁场电阻没有变化的固定电阻元件，不过例如当第2电阻元件24的电阻针对正方向外部磁场(+H)发生变化时，与外部磁场的磁场强度变化相对的电阻值的增减由表示与上述第1磁阻效应元件23逆倾向的磁阻效应元件形成，另外，当第6电阻元件28的电阻针对负方向外部磁场(-H)发生变化时，与外部磁场的磁场强度变化相对的电阻值的增减由表示与上述第2磁阻效应元件27逆倾向的磁阻效应元件形成，在此情况下，可增大差动电位，可使检测灵敏度良好。 [0135] 另外，是否对磁阻效应元件给予偏置磁场是任意的。可以不对构成上述磁阻效应元件的自由磁层供给偏置磁场，不过在供给上述偏置磁场的情况下，例如将固定磁层和自由磁层的磁化控制为在无磁场状态下正交的关系。 [0136] 另外，本实施方式的磁性检测装置20除了翻盖式移动电话的开闭检知以外，还可以用于游戏机等便携式电子设备的开闭检知等。本形态除了上述开闭检知以外，还可以使用于需要双极检测对应的磁性检测装置20的用途中。 |
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