磁检测装置
阅读：401发布：2020-05-11
专利汇可以提供磁检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的磁检测装置具备：第一磁检测元件，具有第一 电阻 值，第一电阻值因施加第一方向的第一 磁场 而增大且因施加第二方向的第二磁场而减小；以及第二磁检测元件，具有第二电阻值，第二电阻值因施加第一磁场而减小且因施加第二磁场而增大。第一磁检测元件和第二磁检测元件均包括第一 磁阻效应 膜和第二磁阻效应膜，第一磁阻效应膜具有第一长轴方向，第一长轴方向相对于第一方向以第一倾斜 角 度倾斜；第二磁阻效应膜与第一磁阻效应膜 串联 且具有第二长轴方向，第二长轴方向相对于第一方向以第二倾斜角度倾斜。而且，该磁检测装置满足条件表达式(1)和条件表达式(2)。，下面是磁检测装置专利的具体信息内容。
1.一种磁检测装置，具备：
第一磁检测元件，具有第一电阻值，所述第一电阻值因施加第一方向的第一磁场而增大且因施加与所述第一方向相反的第二方向的第二磁场而减小；以及
第二磁检测元件，具有第二电阻值，所述第二电阻值因施加所述第一磁场而减小且因施加所述第二磁场而增大，
所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件均包括第一磁阻效应膜和第二磁阻效应膜，所述第一磁阻效应膜具有第一长轴方向，所述第一长轴方向相对于所述第一方向以第一倾斜角度倾斜；所述第二磁阻效应膜与所述第一磁阻效应膜串联且具有第二长轴方向，所述第二长轴方向相对于所述第一方向以第二倾斜角度倾斜，
所述磁检测装置满足下列条件表达式(1)和条件表达式(2)，
0°＜θ1＜90°……(1)
-90°＜θ2＜0°……(2)
其中，
θ1：第一长轴方向相对于第一方向的第一倾斜角度；
θ2：第二长轴方向相对于第一方向的第二倾斜角度。
2.根据权利要求1所述的磁检测装置，其中，
满足下列条件表达式(3)和条件表达式(4)，
50°＜θ1＜72°……(3)
-72°＜θ2＜-50°……(4)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的磁检测装置，其中，
所述第一磁阻效应膜具有第一磁化固定层，所述第一磁化固定层具有固定在第一固定方向的磁化，所述第一固定方向实质上与所述第一长轴方向正交，
所述第二磁阻效应膜具有第二磁化固定层，所述第二磁化固定层具有固定在第二固定方向的磁化，所述第二固定方向实质上与所述第二长轴方向正交。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的磁检测装置，其中，
所述第一磁检测元件的所述第一磁阻效应膜和所述第二磁阻效应膜具有第一磁化固定层，所述第一磁化固定层具有固定在所述第一方向的第一磁化，
所述第二磁检测元件的所述第一磁阻效应膜和所述第二磁阻效应膜具有第二磁化固定层，所述第二磁化固定层具有固定在所述第二方向的第二磁化。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的磁检测装置，其中，
进一步具备第一导体，
所述第一导体能够利用第一信号电流生成所述第一磁场，并且能够利用第二信号电流生成所述第二磁场，所述第一信号电流向与所述第一方向和所述第二方向均正交的第一电流方向流动，所述第二信号电流向与所述第一电流方向相反的第二电流方向流动。
6.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的磁检测装置，其中，
进一步具备第二导体，
所述第二导体与所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件的双方保持电气绝缘，并且与所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件的双方对置，
通过向第二导体供给第一反馈电流，能够生成第一反馈磁场，所述第一反馈磁场与所述第一磁场反向且包括赋予所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件双方的分量，通过向第二导体供给第二反馈电流，能够生成第二反馈磁场，所述第二反馈磁场与所述第二磁场反向且包括赋予所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件双方的分量。
7.根据权利要求1至权利要求6中的任一项所述的磁检测装置，其中，
所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件均包括多个所述第一磁阻效应膜和多个所述第二磁阻效应膜，
多个所述第一磁阻效应膜的所述第一长轴方向的所述第一倾斜角度实质上相等，多个所述第二磁阻效应膜的所述第二长轴方向的所述第二倾斜角度实质上相等。
磁检测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种具备磁检测元件的磁检测装置。
背景技术
[0002] 迄今，已经有人提出过一些使用了磁阻效应元件的磁检测装置。例如在专利文献1中公开了一种磁场检测装置，其使沿导体中电流流动方向延伸的中心线方向与沿磁阻效应元件的长度方向延伸的中心线方向不同。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特开2016-1118号公报
发明内容
[0006] 然而，对于这样的磁检测装置，还需要进一步提高检测精度。
[0007] 因此，期望提供一种能够发挥高检测精度的磁检测装置。
[0008] 作为本发明的一种实施方式的磁检测装置，具备：第一磁检测元件，具有第一电阻值，第一电阻值因施加第一方向的第一磁场而增大且因施加与第一方向相反的第二方向的第二磁场而减小；以及第二磁检测元件，具有第二电阻值，第二电阻值因施加第一磁场而减小且因施加第二磁场而增大。此处，第一磁检测元件和第二磁检测元件均包括第一磁阻效应膜和第二磁阻效应膜，第一磁阻效应膜具有第一长轴方向，第一长轴方向相对于第一方向以第一倾斜角度倾斜；第二磁阻效应膜与该第一磁阻效应膜串联且具有第二长轴方向，第二长轴方向相对于第一方向以第二倾斜角度倾斜。而且，该磁检测装置满足下列条件表达式(1)和条件表达式(2)。其中，θ1是第一长轴方向相对于第一方向的第一倾斜角度，θ2是第二长轴方向相对于第一方向的第二倾斜角度。
[0009] 0°＜θ1＜90°……(1)
[0011] 图1是立体图，示出本发明的一种实施方式的磁检测装置的整体结构例。
[0012] 图2A是俯视图，示出图1所示的磁检测装置的主要部分的平面结构。
[0013] 图2B是俯视图，示出图1所示的磁检测装置的另一主要部分的平面结构。
[0014] 图3A是特性图，示出图2A和图2B所示的磁阻效应膜的磁化自由层的反转磁场与磁阻效应膜的倾斜角度之间的关系。
[0016] 图4是图1所示的磁检测装置的电路图。
[0017] 图5A是分解立体图，示出图1所示的第一磁检测元件中包括的第一磁阻效应膜的叠层结构。
[0018] 图5B是分解立体图，示出图1所示的第一磁检测元件中包括的第二磁阻效应膜的叠层结构。
[0019] 图5C是分解立体图，示出图1所示的第二磁检测元件中包括的第三磁阻效应膜的叠层结构。
[0020] 图5D是分解立体图，示出图1所示的第二磁检测元件中包括的第四磁阻效应膜的叠层结构。
[0021] 图6A是分解立体图，示出图1所示的第一磁检测元件中包括的第一磁阻效应膜的另一叠层结构。
[0022] 图6B是分解立体图，示出图1所示的第一磁检测元件中包括的第二磁阻效应膜的另一叠层结构。
[0023] 图6C是分解立体图，示出图1所示的第二磁检测元件中包括的第三磁阻效应膜的另一叠层结构。
[0024] 图6D是分解立体图，示出图1所示的第二磁检测元件中包括的第四磁阻效应膜的另一叠层结构。
[0025] 图7A是俯视简图，示出图1所示的磁检测装置中的置位动作。
[0026] 图7B是剖视简图，示出图1所示的磁检测装置中的置位动作。
[0027] 图8A是俯视简图，示出图1所示的磁检测装置中的复位动作。
[0028] 图8B是剖视简图，示出图1所示的磁检测装置中的复位动作。
[0029] 图9A是特性图，示出实施例的磁检测装置中的偏移电流值的偏差。
[0030] 图9B是特性图，示出参考例的磁检测装置中的偏移电流值的偏差。
[0031] 图10A是俯视图，示出本发明的第一变形例的磁检测装置的主要部分的结构。
[0032] 图10B是俯视图，示出本发明的第二变形例的磁检测装置的主要部分的结构。
[0033] 图11是俯视图，示出本发明的第三变形例的磁检测装置的主要部分的结构。
[0034] 图12A是俯视图，示出本发明的第四变形例的磁检测装置的主要部分的结构。
[0035] 图12B是俯视图，示出本发明的第四变形例的磁检测装置的另一主要部分的结构。
[0036] 图13是俯视图，示出参考例的磁检测装置的主要部分的结构。
[0037] 符号说明
[0038] 10 磁检测装置
[0039] 1～4 磁检测元件
[0040] 5 总线
[0041] 6 反馈布线
[0042] 7 桥接电路
[0043] 8 差分检测器
[0044] 9 运算电路
[0045] Hf 反馈磁场
[0046] Hm 检测对象磁场
[0047] If 反馈电流
[0048] Im 检测对象电流
[0049] J1～J4 长轴方向
[0050] MR1～MR4 磁阻效应膜
具体实施方式
[0051] 下面参照附图对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式全都表示本发明所优选的一个具体例子。因此，在以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态等，仅仅是一个例子，并不旨在限定本发明。因此，对以下的实施方式的构成要素中的、在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。再有，各个附图仅是示意图，图示并不一定严密。另外，在各个附图中，对实质上同一的结构附加同一的符号，并且省略或简化重复的说明。再有，说明按以下的顺序进行。
[0052] 1.一种实施方式
[0053] 举出具备桥接电路的磁检测装置的例子，该桥接电路具有四个磁检测元件。
[0054] 2.变形例
[0055] <1.一种实施方式>
[0056] [磁检测装置10的结构]
[0057] 首先，参照图1到图4，说明本发明的一种实施方式的磁检测装置10的结构。图1是立体图，示出磁检测装置10的整体结构例。图2A和图2B是俯视图，示意性地示出磁检测装置10的主要部分的平面结构。图3A是特性图，示出图2A和图2B所示的磁阻效应膜的磁化自由层的±Y方向的反转磁场与磁阻效应膜的倾斜角度之间的关系。图3B是特性图，示出图2A和图2B所示的磁阻效应膜的对信号磁场进行归一化后的输出与磁阻效应膜的倾斜角度之间的关系。图4是电路图，示出磁检测装置10的电路结构。该磁检测装置10例如用作电流传感器，以较高的精度检测在各种电子设备内部流动的电流值。
[0058] 磁检测装置10具备沿Z轴方向依次层叠的总线5、磁检测元件1～4和多条反馈布线6。
[0059] 此处，磁检测元件1和磁检测元件3是对应于本发明的“第一磁检测元件”的一具体例，磁检测元件2和磁检测元件4是对应于本发明的“第二磁检测元件”的一具体例。
[0060] (总线5)
[0061] 总线5例如是向Y轴方向延伸的导体，信号电流Is供往总线5。其中，信号电流Is是磁检测装置10的检测对象。总线5的主要构成材料例如是Cu(铜)等高导电性材料。总线5的构成材料也可以采用含有Fe(铁)、Ni(镍)的合金或不锈钢。例如通过让信号电流Is1在总线5的内部向+Y方向流动，就能够在总线5周围生成信号磁场Hs1。并且，通过让信号电流Is2在总线5的内部向-Y方向流动，就能够在总线5周围生成信号磁场Hs2。信号磁场Hs1沿+X方向施加于磁检测元件1～4。另一方面，信号磁场Hs2沿-X方向施加于磁检测元件1～4。
[0062] 此处，总线5是对应于本发明的“第一导体”的一具体例。+Y方向是对应于本发明的“第一电流方向”的一具体例，信号电流Is1是对应于本发明的“第一信号电流”的一具体例，信号磁场Hs1是对应于本发明的“第一磁场”的一具体例。而且，-Y方向是对应于本发明的“第二电流方向”的一具体例，信号电流Is2是对应于本发明的“第二信号电流”的一具体例，信号磁场Hs2是对应于本发明的“第二磁场”的一具体例。信号电流Is1和信号电流Is2的流动方向与信号磁场Hs1和信号磁场Hs2相对于磁检测元件1～4的施加方向正交。
[0063] (反馈布线6)
[0064] 多条反馈布线6与磁检测元件1～4中的每一个均保持电气绝缘，且以与磁检测元件1～4中的每一个均相对的方式布置，多条反馈布线6沿总线5向+Y轴方向延伸。与总线5相同，反馈布线6的主要构成材料例如是Cu(铜)等高导电性材料。例如通过让反馈电流If1在反馈布线6内部向+Y方向流动，就能够在反馈布线6周围生成反馈磁场Hf1。并且，通过让反馈电流If2在反馈布线6内部向-Y方向流动，就能够在反馈布线6周围生成反馈磁场Hf2。反馈磁场Hf1沿-X方向施加于磁检测元件1～4。另一方面，反馈磁场Hf2沿+X方向施加于磁检测元件1～4。即，从磁检测元件1～4看反馈磁场Hf1时，反馈磁场Hf1沿与信号磁场Hs1相反的方向施加于磁检测元件1～4，从磁检测元件1～4看反馈磁场Hf2时，反馈磁场Hf2沿与信号磁场Hs2相反的方向施加于磁检测元件1～4。需要说明的是，在本实施方式中示出沿X轴方向排列的五条反馈布线6为例，但反馈布线6的条数不限于此，也可以仅为一条。
[0065] 此处，反馈布线6是对应于本发明的“第二导体”的一具体例。此外，反馈电流If1是本发明的“第一反馈电流”，反馈电流If2是本发明的“第二反馈电流”。而且，反馈磁场Hf1是本发明的“第一反馈磁场”，反馈磁场Hf2是本发明的“第二反馈磁场”。
[0066] (磁检测元件1～4)
[0067] 磁检测元件1、3是第一磁检测元件，它们具有电阻值，该电阻值因施加+X方向的信号磁场Hs1而增大且因施加-X方向的信号磁场Hs2而减小。另一方面，磁检测元件2、4是第二磁检测元件，它们具有电阻值，该电阻值因施加+X方向的信号磁场Hs1而减小且因施加-X方向的信号磁场Hs2而增大。
[0068] 如图2A所示，磁检测元件1、3均包括一个或多个磁阻效应膜MR1和一个或多个磁阻效应膜MR2，上述磁阻效应膜MR1具有长轴方向J1，长轴方向J1相对于+X方向以倾斜角度θ1倾斜，上述磁阻效应膜MR2与该磁阻效应膜MR1串联且具有长轴方向J2，长轴方向J2相对于+X方向以倾斜角度θ2倾斜。需要说明的是，在图2A中，示出在磁检测元件1、3中，磁阻效应膜MR1和磁阻效应膜MR2沿Y轴两两交替排列的情况为例，但本发明不限于此。即，在磁检测元件1、3中，也可以是：磁阻效应膜MR1和磁阻效应膜MR2各设有一个；磁阻效应膜MR1和磁阻效应膜MR2各设有三个以上。并且，例如磁检测元件1中包括的磁阻效应膜MR1的数量与磁阻效应膜MR2的数量可以相等，也可以不等。不过，磁阻效应膜MR1的数量与磁阻效应膜MR2的数量之差优选在20％以内。而且，在磁检测元件1中，磁阻效应膜MR1的数量与磁阻效应膜MR2的数量之和可以是偶数个，也可以是奇数个。因此，例如在磁检测元件1中，可以是：磁阻效应膜MR1的数量为8个，磁阻效应膜MR2的数量为10个；磁阻效应膜MR1的数量为9个，磁阻效应膜MR2的数量为8个。对于磁检测元件3，也与磁检测元件1同样。
[0069] 需要说明的是，磁阻效应膜MR1对应于本发明的“第一磁阻效应膜”的一具体例，磁阻效应膜MR2对应于本发明的“第二磁阻效应膜”的一具体例。
[0070] 而且，磁检测元件1、3中的磁阻效应膜MR1和磁阻效应膜MR2满足下列条件表达式(1)和条件表达式(2)。其中，θ1是长轴方向J1相对于+X方向的倾斜角度，θ2是长轴方向J2相对于+X方向的倾斜角度。在条件表达式(1)和条件表达式(2)中，设+X方向为0°，以正值表示从+X方向向右旋转至-X方向为止的角度范围，以负值表示从+X方向向左旋转至-X方向为止的角度范围。
[0071] 0°＜θ1＜90°……(1)
[0072] -90°＜θ2＜0°……(2)
[0073] 优选地，磁检测元件1、3中的磁阻效应膜MR1和磁阻效应膜MR2还满足下列条件表达式(3)和条件表达式(4)。需要说明的是，在条件表达式(3)和条件表达式(4)中，同样地，设+X方向为0°，以正值表示从+X方向向右旋转至-X方向为止的角度范围，以负值表示从+X方向向左旋转至-X方向为止的角度范围。
[0074] 50°＜θ1＜72°……(3)
[0075] -72°＜θ2＜-50°……(4)
[0076] 通过做到在条件表达式(3)中满足θ1＜72°或在条件表达式(4)中满足-72°＜θ2，就能够例如像图3A所示的那样，利用相对较小的30mT以下的反转磁场使磁化自由层S13等(后述)的磁化JS13等(后述)向±Y方向反转。因此，能够实现减小信号电流Is1、Is2的目的，所以是优选的。需要说明的是，图3A是特性图，示出横轴表示的倾斜角度θ1[°]与纵轴表示的磁化自由层S13的磁化JS13反转所产生的磁场即反转磁场[mT]之间的关系。图3A和图3B所示的特性图是磁阻效应膜MR的一例，该磁阻效应膜MR具有椭圆形的平面形状，该椭圆形在长轴方向上的尺寸为5μm，在短轴方向上的尺寸为0.6μm，并设长轴与+X轴平行的状态为倾斜角度θ1＝0°。需要说明的是，磁阻效应膜MR的平面形状不限于椭圆，还可以是长方形、菱形或将长方形与菱形重叠而成的形状。此处，会对反转磁场产生影响的长轴与短轴的比例，即长宽比优选在4以上20以下。这是由于，如果该长宽比小于4，则会相对于+X轴方向的外部磁场(信号磁场Hs1和信号磁场Hs2)表现出磁滞。而如果长宽比超过20，则使磁化自由层S13等的磁化JS13等反转时所需的反转磁场就会超过30mT。
[0077] 而且，通过做到在条件表达式(3)中满足50°＜θ1或在条件表达式(4)中满足θ2＜-50°，就能够例如像图3B所示的那样，既将输出下降抑制在20％以内，又抑制输出变化。因此，能够维持对信号磁场Hs1、Hs2的良好的灵敏度。需要说明的是，图3B是特性图，示出横轴表示的倾斜角度θ1[°]与纵轴表示的对信号磁场的输出变化[-]之间的关系。纵轴的输出变化以下述数值示出，该数值是设最大值为100并进行归一化后的数值。
[0078] 同样地，如图2B所示，磁检测元件2、4均包括磁阻效应膜MR3和磁阻效应膜MR4，磁阻效应膜MR3具有长轴方向J3，长轴方向J3相对于+X方向以倾斜角度θ3倾斜，磁阻效应膜MR4与该磁阻效应膜MR3串联且具有长轴方向J4，长轴方向J4相对于+X方向以倾斜角度θ4倾斜。需要说明的是，在图2B中，示出在磁检测元件2、4中，磁阻效应膜MR3和磁阻效应膜MR4沿Y轴两两交替排列的情况为例，但本发明不限于此。即，在磁检测元件2、4中，也可以是：磁阻效应膜MR3和磁阻效应膜MR4各设有一个；磁阻效应膜MR3和磁阻效应膜MR4各设有三个以上。并且，例如磁检测元件2中包括的磁阻效应膜MR3的数量与磁阻效应膜MR4的数量可以相等，也可以不等。不过，磁阻效应膜MR3的数量与磁阻效应膜MR4的数量之差优选在20％以内。而且，在磁检测元件2中，磁阻效应膜MR3的数量与磁阻效应膜MR4的数量之和可以是偶数个，也可以是奇数个。因此，例如在磁检测元件2中，可以是：磁阻效应膜MR3的数量为8个，磁阻效应膜MR4的数量为10个；磁阻效应膜MR3的数量为9个，磁阻效应膜MR4的数量为8个。对于磁检测元件4，也与磁检测元件2同样。
[0079] 需要说明的是，磁阻效应膜MR3对应于本发明的“第一磁阻效应膜”的一具体例，磁阻效应膜MR4对应于本发明的“第二磁阻效应膜”的一具体例。
[0080] 而且，磁检测元件2、4的磁阻效应膜MR3和磁阻效应膜MR4满足下列条件表达式(5)和条件表达式(6)。其中，θ3是长轴方向J3相对于+X方向的倾斜角度，θ4是长轴方向J4相对于+X方向的倾斜角度。在条件表达式(5)和条件表达式(6)中，设+X方向为0°，以正值表示从+X方向向右旋转至-X方向为止的角度范围，以负值表示从+X方向向左旋转至-X方向为止的角度范围。
[0081] 0°＜θ3＜90°……(5)
[0082] -90°＜θ4＜0°……(6)
[0083] 优选地，磁检测元件2、4中的磁阻效应膜MR3和磁阻效应膜MR4还满足下列条件表达式(7)和条件表达式(8)。需要说明的是，在条件表达式(7)和条件表达式(8)中，设+X方向为0°，以正值表示从+X方向向右旋转至-X方向为止的角度范围，以负值表示从+X方向向左旋转至-X方向为止的角度范围。
[0084] 50°＜θ3＜72°……(7)
[0085] -72°＜θ4＜-50°……(8)
[0086] 图5A是分解立体图，示出磁检测元件1、3中包括的磁阻效应膜MR1的叠层结构。图5B是分解立体图，示出磁检测元件1、3中包括的磁阻效应膜MR2的叠层结构。图5C是分解立体图，示出磁检测元件2、4中包括的磁阻效应膜MR3的叠层结构。图5D是分解立体图，示出磁检测元件2、4中包括的磁阻效应膜MR4的叠层结构。
[0087] 分别如图5A～图5D所示，磁阻效应膜MR1～MR4为自旋阀结构，由包括磁性层在内的多个功能膜层叠而成。具体而言，如图5A所示，磁阻效应膜MR1由磁化固定层S11、中间层S12、磁化自由层S13沿Z轴方向依次层叠而成。其中，磁化固定层S11具有固定在+X方向的磁化JS11，中间层S12是非磁性体，磁化自由层S13具有根据信号磁场Hs1、Hs2的磁通密度变化而变化的磁化JS13。磁化固定层S11、中间层S12和磁化自由层S13均为在XY面内延伸的薄膜。因此，磁化自由层S13的磁化JS13的方向能够在XY面内旋转。
[0088] 如图5B所示，磁阻效应膜MR2由磁化固定层S21、中间层S22、磁化自由层S23沿Z轴方向依次层叠而成。其中，磁化固定层S21具有固定在+X方向的磁化JS21，中间层S22是非磁性体，磁化自由层S23具有根据信号磁场Hs1、Hs2的磁通密度变化而变化的磁化JS23。磁化固定层S21、中间层S22和磁化自由层S23均为在XY面内延伸的薄膜。因此，磁化自由层S23的磁化JS23的方向能够在XY面内旋转。
[0089] 如图5C所示，磁阻效应膜MR3由磁化固定层S31、中间层S32、磁化自由层S33沿Z轴方向依次层叠而成。其中，磁化固定层S31具有固定在-X方向的磁化JS31，中间层S32是非磁性体，磁化自由层S33具有根据信号磁场Hs1、Hs2的磁通密度变化而变化的磁化JS33。磁化固定层S31、中间层S32和磁化自由层S33均为在XY面内延伸的薄膜。因此，磁化自由层S33的磁化JS33的方向能够在XY面内旋转。
[0090] 如图5D所示，磁阻效应膜MR4由磁化固定层S41、中间层S42、磁化自由层S43沿Z轴方向依次层叠而成。其中，磁化固定层S41具有固定在-X方向的磁化JS41，中间层S42是非磁性体，磁化自由层S43具有随信号磁场Hs1、Hs2的磁通密度变化而变化的磁化JS43。磁化固定层S41、中间层S42和磁化自由层S43均为在XY面内延伸的薄膜。因此，磁化自由层S43的磁化JS43的方向能够在XY面内旋转。
[0091] 像这样，磁阻效应膜MR1、MR2中的磁化固定层S11、S21分别具有固定在+X方向的磁化JS11、J21，相对于此，磁阻效应膜MR3、MR4中的磁化固定层S31、S41分别具有固定在-X方向的磁化JS31、J41。
[0092] 需要说明的是，磁化JS11、JS21是对应于本发明的“第一磁化”的一具体例，磁化固定层S11、S21是对应于本发明的“第一磁化固定层”的一具体例。并且，磁化JS31、JS41是对应于本发明的“第二磁化”的一具体例，磁化固定层S31、S41是对应于本发明的“第二磁化固定层”的一具体例。
[0093] 需要说明的是，在磁阻效应膜MR1～MR4中，磁化固定层S11、S21、S31、S41、中间层S12、S22、S32、S42和磁化自由层S13、S23、S33、S43可以均为单层结构，也可以均为由多层构成的多层结构。例如，分别如图6A～图6D所示，在磁阻效应膜MR1～MR4中，磁化固定层S11、S21、S31、S41还可以包括叠层铁磁结构。具体而言，如图6A所示，磁阻效应膜MR1的磁化固定层S11可以是包括磁化固定膜S11A和磁化固定膜S11B的双层结构，磁化固定膜S11A具有磁化JS11A，磁化固定膜S11B具有磁化JS11B。磁化JS11A的方向与磁化JS11B的方向相反。具体而言，磁化JS11A固定在+X方向，磁化JS11B固定在-X方向。同样地，如图6B所示，磁阻效应膜MR2的磁化固定层S21可以是包括磁化固定膜S21A和磁化固定膜S21B的双层结构，磁化固定膜S21A具有磁化JS21A，磁化固定膜S21B具有磁化JS21B。磁化JS21A的方向与磁化JS21B的方向相反。具体而言，磁化JS21A固定在+X方向，磁化JS21B固定在-X方向。如图6C所示，磁阻效应膜MR3的磁化固定层S31可以是包括磁化固定膜S31A和磁化固定膜S31B的双层结构，磁化固定膜S31A具有磁化JS31A，磁化固定膜S31B具有磁化JS31B。磁化JS31A的方向与磁化JS31B的方向相反。具体而言，磁化JS31A固定在-X方向，磁化JS31B固定在+X方向。而且，如图6D所示，磁阻效应膜MR4的磁化固定层S41可以是包括磁化固定膜S41A和磁化固定膜S41B的双层结构，磁化固定膜S41A具有磁化JS41A，磁化固定膜S41B具有磁化JS41B。磁化JS41A的方向与磁化JS41B的方向相反。具体而言，磁化JS41A固定在-X方向，磁化JS41B固定在+X方向。
[0094] 磁化固定层S11、S21、S31、S41例如由钴(Co)、钴铁合金(CoFe)、钴铁硼合金(CoFeB)等强磁性材料构成。需要说明的是，在磁阻效应膜MR1～MR4中，可以在分别与磁化固定层S11、S21、S31、S41相邻且与中间层S12、S22、S32、S42相反的一侧设置反强磁性层(未图示)。上述反强磁性层由铂锰合金(PtMn)、铱锰合金(IrMn)等反强磁性材料构成。反强磁性层在磁阻效应膜MR1～MR4中，处于+X方向的自旋磁矩与-X方向的自旋磁矩完全抵消的状态，且发挥下述作用：将相邻的磁化固定层S11、S21的磁化JS11、JS21的方向固定到+X方向，或将相邻的磁化固定层S31、S41的磁化JS31、JS41的方向固定到-X方向。
[0095] 如果自旋阀结构作为磁隧道结(MTJ：Magnetic Tunnel Junction)膜发挥作用，则中间层S12、S22、S32、S42例如是由氧化镁(MgO)构成的非磁性隧道势垒层，其厚度薄到基于量子力学的隧穿电流可穿过的程度。由MgO构成的隧道势垒层例如可以通过下述等处理得到：溅射由MgO构成的靶材的溅射处理；镁(Mg)薄膜的氧化处理；在氧气环境中溅射镁的反应溅射处理。此外，除了MgO以外，还可以用铝(Al)、钽(Ta)、铪(Hf)的各种氧化物或氮化物构成中间层S12、S22、S32、S42。需要说明的是，中间层S12、S22、S32、S42还可以例如由钌(Ru)等铂族元素、金(Au),铜(Cu)等非磁性金属构成。在此情况下，自旋阀构造作为巨磁阻效应(GMR：Giant Magneto Resistive effect)膜发挥作用。
[0096] 磁化自由层S13、S23、S33、S43是软质强磁性层，由实质上相同的材料形成。磁化自由层S13、S23、S33、S43例如由钴铁合金(CoFe)、镍铁合金(NiFe)或钴铁硼合金(CoFeB)等构成。
[0097] (桥接电路7)
[0098] 如图4所示，四个磁检测元件1～4桥接而形成桥接电路7。磁检测元件1～4可对检测对象即信号磁场Hs1或信号磁场Hs2的变化进行检测。如上所述，磁检测元件1、3的电阻值因施加+X方向的信号磁场Hs1而增大，且因施加-X方向的信号磁场Hs2而减小。另一方面，磁检测元件2、4的电阻值因施加+X方向的信号磁场Hs1而减小，且因施加-X方向的信号磁场Hs2而增大。因此，磁检测元件1、3和磁检测元件2、4根据信号磁场Hs1(或信号磁场Hs2)的变化而输出例如彼此相位相差180°的不同信号。
[0099] 如图4所示，串联的磁检测元件1和磁检测元件2、串联的磁检测元件3和磁检测元件4互相并联而构成桥接电路7。更具体而言，在桥接电路7中，磁检测元件1的一端与磁检测元件2的一端在连接点P1处相连，磁检测元件3的一端与磁检测元件4的一端在连接点P2处相连，磁检测元件1的另一端与磁检测元件4的另一端在连接点P3处相连，磁检测元件2的另一端与磁检测元件3的另一端在连接点P4处相连。此处，连接点P3与电源端子Vcc相连，连接点P4与接地端子GND相连。连接点P1与输出端子Vout1相连，连接点P2与输出端子Vout2相连。输出端子Vout1和输出端子Vout2分别与例如差分检测器8的输入侧端子相连。该差分检测器8检测下述电位差，并将其作为差分信号S向运算电路9输出。其中，该电位差是当连接点P3与连接点P4之间施加有电压时，连接点P1与连接点P2之间的电位差(磁检测元件1和磁检测元件4各自产生的电压下降的差值)。
[0100] 需要说明的是，在图4中标有符号JS11、JS21的箭头示意性地示出磁检测元件1、3各自的磁化固定层S11、S21(图5A、5B)的磁化JS11、JS21(图5A、5B)的方向。并且，在图4中标有符号JS31、JS41的箭头示意性地示出磁检测元件2、4各自的磁化固定层S31、S41(图5C、5D)的磁化JS31、JS41(图5C、5D)的方向。如图4所示，磁化JS11、JS21的方向与磁化JS31、JS41的方向相反。即，图4示出：磁检测元件1的电阻值和磁检测元件3的电阻值根据信号磁场Hs1、Hs2的变化而向相同的方向发生变化(例如增大或减小)的情况。而且，图4还示出：磁检测元件2的电阻值和磁检测元件4的电阻值均根据信号磁场Hs1、Hs2的变化而向与磁检测元件1、3的各电阻值的变化相反的方向发生变化(减小或增大)的情况。
[0101] 来自电源端子Vcc的电流I10在连接点P3处分流出电流I1和电流I2，电流I1或电流I2分别供往构成桥接电路7的磁检测元件1～4。分别从桥接电路7的连接点P1、P2取出的信号e1、e2流入差分检测器8。
[0102] [磁检测装置10的动作和作用]
[0103] 在本实施方式的磁检测装置10中，能够对总线5中流动的信号电流Is1、Is2所生成的信号磁场Hs1、Hs2的变化进行检测。
[0104] (检测动作)
[0105] 在该磁检测装置10中，首先考虑未施加信号磁场Hs1、Hs2的状态。此处，使电流I10流入桥接电路7，将此时的磁检测元件1～4的各电阻值设为r1～r4。来自电源端子Vcc的电流I10在连接点P3处分流出电流I1和电流I2这两条电流。其中，流过磁检测元件1和磁检测元件2后的电流I1与流过磁检测元件4和磁检测元件3后的电流I2在连接点P4处汇合。此时，连接点P3与连接点P4之间的电位差V可用下式表示。
[0106] V＝I1×r1+I1×r2＝I2×r4+I2×r3
[0107] ＝I1×(r1+r2)＝I2×(r4+r3)………(9)
[0108] 并且，连接点P1处的电位V1和连接点P2处的电位V2可分别用下式表示。
[0109] V1＝V-I1×r1
[0110] V2＝V-I2×r4
[0111] 因此，连接点P1与连接点P2的电位差V0即：
[0112] V0＝V2-V1
[0113] ＝(V-I2×r4)-(V-I1×r1)
[0114] ＝I1×r1-I2×r4……(10)。
[0115] 此处，根据式(9)，可得到：
[0116] V0＝r1/(r1+r2)×V-r4/(r4+r3)×V
[0117] ＝{r1/(r1+r2)-r4/(r4+r3)}×V……(11)。
[0118] 在该桥接电路7中，施加信号磁场Hs1、Hs2后，通过测量上述式(11)所示的连接点P2与连接点P1的电位差V0，即可得到电阻变化量。此处，如果设施加信号磁场Hs1、Hs2后，磁检测元件1～4的各自的电阻值R1～R4分别以变化量ΔR1～ΔR4发生变化，即，如果施加信号磁场Hs1、Hs2后的电阻值R1～R4分别设为：
[0119] R1＝r1+ΔR1
[0120] R2＝r2+ΔR2
[0121] R3＝r3+ΔR3
[0122] R4＝r4+ΔR4
[0123] 则根据式(11)，施加信号磁场Hs1、Hs2时的电位差V0即：
[0124] V0＝{(r1+ΔR1)/(r1+ΔR1+r2+ΔR2)-(r4+ΔR4)/(r4+ΔR4+r3+ΔR3)}×V……(12)。
[0125] 因为该磁检测装置10构成为磁检测元件1、3的电阻值R1、R3与磁检测元件2、4的电阻值R2、R4表现出逆向的变化，所以变化量ΔR4与变化量ΔR1互相抵消，且变化量ΔR3与变化量ΔR2互相抵消。因此，比较施加信号磁场Hs1、Hs2前后的情况可知，式(12)的各项中分母几乎没有增大。另一方面，关于各项中的分子，因为变化量ΔR1和变化量ΔR4的符号必定相反，所以没有增减。
[0126] 假设磁检测元件1～4全部具有相同特性，即，r1＝r2＝r3＝r4＝R，且，ΔR1＝-ΔR2＝ΔR3＝-ΔR4＝ΔR，则式(12)为：
[0127] V0＝{(R+ΔR)/(2×R)-(R-ΔR)/(2×R)}×V
[0128] ＝(ΔR/R)×V。
[0129] 像这样，关于ΔR/R等特性值，如果采用已知的磁检测元件1～4，就能够测量信号磁场Hs1、Hs2的大小，从而能够推算出产生该信号磁场Hs1、Hs2的信号电流Is1、Is2的大小。
[0130] (置位与复位动作)
[0131] 在这类磁检测装置中，优选地，在进行对信号磁场的检测动作之前，使各磁检测元件中的磁化自由层的磁化先沿规定的方向对齐。这是为了更准确地进行对信号磁场的检测动作。具体而言，沿规定的方向和与其相反的方向交替地施加大小已知的外部磁场。这就叫做磁化自由层的磁化的置位与复位动作。
[0132] 在本实施方式的磁检测装置10中，例如像图7A和图7B所示的那样，通过对多条反馈布线6中的每一条供给+Y方向的反馈电流If1来完成置位动作。如图7B所示，通过供给+Y方向的反馈电流If1，就能够将-X方向的反馈磁场Hf1施加给各磁检测元件1～4的磁阻效应膜MR1～MR4。这样一来，磁阻效应膜MR1～MR4中的磁化自由层S13、S23、S33、S43就朝向图7A所示的各箭头的方向，从而完成置位动作。另一方面，例如像图8A和图8B所示的那样，通过对多条反馈布线6中的每一条供给-Y方向的反馈电流If2来完成复位动作。如图8B所示，通过供给-Y方向的反馈电流If2，就能够将+X方向的反馈磁场Hf2施加给各磁检测元件1～4的磁阻效应膜MR1～MR4。这样一来，磁阻效应膜MR1～MR4中的磁化自由层S13、S23、S33、S43就朝向图8A所示的各箭头的方向，从而完成复位动作。
[0133] 本来例如在常温下且外部磁场为零时，各磁检测元件的输出优选为零，但实际上，磁化自由层的磁化履历会导致外部磁场为零时各磁检测元件也会产生极少量的输出。将该极少量的输出称为偏移值。例如由于受湿度、热量、应力变化或施加于磁阻效应膜MR1～MR4的长轴方向的扰动磁场等外部因素影响，磁化自由层的磁化的方向有时会反转，结果造成偏移值产生变化。对磁化自由层的置位动作和复位动作是如下述的方法，其能够有效且高再现性地将因上述外部因素而发生非预期性变化的偏移值恢复为原偏移值。需要说明的是，置位动作后的偏移值的绝对值和复位动作后的偏移值的绝对值优选为尽可能地小。
[0134] 关于这一点，在本实施方式的磁检测装置10中，能够充分减小置位动作后的偏移值和复位动作后的偏移值之间的偏差。这是由于，磁检测元件1、3均包括磁阻效应膜MR1和磁阻效应膜MR2，磁检测元件2、4均包括磁阻效应膜MR3和磁阻效应膜MR4。此处，磁阻效应膜MR1具有长轴方向J1且长轴方向J1相对于信号磁场Hs1、Hs2成倾斜角度θ1，磁阻效应膜MR2具有长轴方向J2且长轴方向J2相对于信号磁场Hs1、Hs2成倾斜角度θ2。磁阻效应膜MR3具有长轴方向J3且长轴方向J3相对于信号磁场Hs1、Hs2成倾斜角度θ3，磁阻效应膜MR4具有长轴方向J4且长轴方向J4相对于信号磁场Hs1、Hs2成倾斜角度θ4。
[0135] [磁检测装置10的效果]
[0136] 像这样，根据本实施方式的磁检测装置10，能够发挥较高的检测精度。
[0137] [实验例]
[0138] 下面说明本发明的实施例。
[0139] (实施例)
[0140] 为图1等示出的磁检测装置10制备32个试样，并针对各试样，分别测量出参照图7A和图7B说明的置位动作后的偏移值和参照图8A和图8B说明的复位动作后的偏移值。将其结果示于图9A。在图9A中，横轴表示试样编号，纵轴表示偏移值。并且，置位动作后的偏移值用图例●表示，复位动作后的偏移值用图例△表示。
[0141] (参考例)
[0142] 参考例用于与磁检测装置10作比较，如图13所示，为仅具有磁检测元件的磁检测装置制备32个试样，并针对各试样分别测量出置位动作后的偏移值和复位动作后的偏移值。其中，该磁检测元件具有多个磁阻效应膜MR1，该多个磁阻效应膜MR1具有相对于信号磁场Hs1、Hs2向同一方向倾斜的长轴方向。将其结果示于图9B。在图9B中，横轴表示试样编号，纵轴表示偏移值。并且，置位动作后的偏移值用图例●表示，复位动作后的偏移值用图例△表示。
[0143] 比较图9A和图9B可知，不管是置位动作后还是复位动作后，很明显实施例(图9A)的偏移值偏差都小于参考例(图9B)的偏移值偏差。
[0144] <2.变形例>
[0145] 以上举出实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变形。例如，在上述实施方式中，用四个磁检测元件作为传感部来形成全桥电路，但在本发明中，还可以例如用两个磁检测元件来形成半桥电路。此外，多个磁阻效应膜的形状和尺寸可以相同，也可以不同。此外，各构成要素的尺寸和各构成要素的布局等仅为示例，并不限于此。
[0146] 此外，在上述实施方式中，示出磁检测元件1～4中的多个磁阻效应膜沿总线5和反馈布线6的延伸方向即Y轴方向排列的情况为例，但本发明不限于此。例如，还可以像图10A所示的第一变形例或图10B所示的第二变形例那样，多个磁阻效应膜以与信号磁场Hs1、Hs2平行的方式沿X轴方向排列。
[0147] 此外，在上述实施方式中，示出在磁检测元件1～4中磁阻效应膜MR1(MR3)和磁阻效应膜MR2(MR4)交替排列的情况为例，但本发明不限于此。例如，还可以像图11所示的第三变形例那样，向同一方向倾斜的多个磁阻效应膜彼此相邻地排列。
[0148] 此外，在上述实施方式中，将磁化固定层S11、S21的磁化JS11、JS21的方向设为+X方向，并将磁化固定层S31、S41的磁化JS31、JS41的方向设为-X方向，但本发明不限于此。例如，还可以像图12A和图12B所示的第四变形例那样，将磁化JS11、JS21、JS31、JS41的方向设为分别与磁阻效应膜MR1～MR4的长轴方向J1～J4正交的方向。
[0149] 此外，在上述实施方式中，对作为第一导体的总线5和作为第二导体的反馈布线6互相平行延伸的情况进行了说明，但本发明不限于此。例如第二导体还可以相对于第一导体略微倾斜。在此情况下，只要在第二导体中流动的反馈电流会形成下述反馈磁场即可，该反馈磁场包括与信号磁场反向的分量，且该信号磁场由第一导体中流动的信号电流形成。
[0150] 此外，在上述实施方式中，所说明的磁检测装置用作对导体中流动的信号电流的变化进行检测的电流传感器，但本发明的磁检测装置的用途不限于此。例如还适合用作：用作角度检测传感器的磁检测装置，该角度检测传感器用于检测旋转体的旋转角度；检测地磁的电子罗盘等。
[0151] 根据本发明的一种实施方式的磁检测装置，能够发挥高的检测精度。
[0152] 再有，本技术也能够采用以下结构。
[0153] (1)
[0154] 一种磁检测装置，具备：
[0155] 第一磁检测元件，具有第一电阻值，所述第一电阻值因施加第一方向的第一磁场而增大且因施加与所述第一方向相反的第二方向的第二磁场而减小；以及
[0156] 第二磁检测元件，具有第二电阻值，所述第二电阻值因施加所述第一磁场而减小且因施加所述第二磁场而增大，
[0157] 所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件均包括第一磁阻效应膜和第二磁阻效应膜，所述第一磁阻效应膜具有第一长轴方向，所述第一长轴方向相对于所述第一方向以第一倾斜角度倾斜；所述第二磁阻效应膜与所述第一磁阻效应膜串联且具有第二长轴方向，所述第二长轴方向相对于所述第一方向以第二倾斜角度倾斜，
[0158] 所述磁检测装置满足下列条件表达式(1)和条件表达式(2)，
[0159] 0°＜θ1＜90°……(1)
[0160] -90°＜θ2＜0°……(2)
[0161] 其中，
[0162] θ1：第一长轴方向相对于第一方向的第一倾斜角度；
[0163] θ2：第二长轴方向相对于第一方向的第二倾斜角度。
[0164] (2)
[0165] 所述(1)所述的磁检测装置，其中，
[0166] 满足下列条件表达式(3)和条件表达式(4)，
[0167] 50°＜θ1＜72°……(3)
[0168] -72°＜θ2＜-50°……(4)。
[0169] (3)
[0170] 所述(1)或所述(2)所述的磁检测装置，其中，
[0171] 所述第一磁阻效应膜具有第一磁化固定层，所述第一磁化固定层具有固定在第一固定方向的磁化，所述第一固定方向实质上与所述第一长轴方向正交，
[0172] 所述第二磁阻效应膜具有第二磁化固定层，所述第二磁化固定层具有固定在第二固定方向的磁化，所述第二固定方向实质上与所述第二长轴方向正交。
[0173] (4)
[0174] 所述(1)或所述(2)所述的磁检测装置，其中，
[0175] 所述第一磁检测元件的所述第一磁阻效应膜和所述第二磁阻效应膜具有第一磁化固定层，所述第一磁化固定层具有固定在所述第一方向的第一磁化，
[0176] 所述第二磁检测元件的所述第一磁阻效应膜和所述第二磁阻效应膜具有第二磁化固定层，所述第二磁化固定层具有固定在所述第二方向的第二磁化。
[0177] (5)
[0178] 所述(1)至所述(4)中的任一项所述的磁检测装置，其中，
[0179] 进一步具备第一导体，
[0180] 所述第一导体能够利用第一信号电流生成所述第一磁场，并且能够利用第二信号电流生成所述第二磁场，所述第一信号电流向与所述第一方向和所述第二方向均正交的第一电流方向流动，所述第二信号电流向与所述第一电流方向相反的第二电流方向流动。
[0181] (6)
[0182] 所述(1)至所述(4)中的任一项所述的磁检测装置，其中，
[0183] 进一步具备第二导体，
[0184] 所述第二导体与所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件的双方保持电气绝缘，并且与所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件的双方对置，
[0185] 通过向第二导体供给第一反馈电流，能够生成第一反馈磁场，所述第一反馈磁场与所述第一磁场反向且包括赋予所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件双方的分量，[0186] 通过向第二导体供给第二反馈电流，能够生成第二反馈磁场，所述第二反馈磁场与所述第二磁场反向且包括赋予所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件双方的分量。
[0187] (7)
[0188] 所述(1)至所述(6)中的任一项所述的磁检测装置，其中，
[0189] 所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件均包括多个所述第一磁阻效应膜和多个所述第二磁阻效应膜，
[0190] 多个所述第一磁阻效应膜的所述第一长轴方向的所述第一倾斜角度实质上相等，[0191] 多个所述第二磁阻效应膜的所述第二长轴方向的所述第二倾斜角度实质上相等。
[0192] 本公开含有涉及在2018年6月8日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2018-110081中公开的主旨，其全部内容包含在此，以供参考。
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