磁传感器及磁性编码器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种磁传感器及磁性编码器，具有被要求各不相同的响应特性的两种磁阻效应元件，能够一同提高各磁阻效应元件所要求的不同的响应特性。磁传感器1具备可检测外部磁场的第一及第二磁阻效应元件(31,41)，第一及第二磁阻效应元件分别至少包含磁化方向随着外部磁场而变化的磁化方向变化层(315,415)，第一磁阻效应元件的磁化方向变化层的初始磁化方向上的磁化方向变化层(315)的宽度W1、和第二磁阻效应元件的磁化方向变化层的初始磁化方向上的磁化方向变化层(415)的宽度W2具有下式(1)的关系，第一磁阻效应元件相对于外部磁场的灵敏度比第二磁阻效应元件相对于外部磁场的灵敏度高。W1＞W2…(1)。
【专利说明】
磁传感器及磁性编码器
技术领域
[0001 ]本发明设及磁传感器及具备该磁传感器的磁性编码器。
【背景技术】
[0002] W来，在工作机械等中，用于检测移动体的旋转移动或直线移动产生的位置的位 置检测装置被使用。作为该位置检测装置，已知的是具备记录有磁信号的介质和磁传感器 的位置检测装置，通过磁传感器，能够将表示介质和磁传感器的相对位置关系的信号输出。
[0003] 作为在运种位置检测装置中使用的磁传感器，已知的是一种具有自由层和磁化固 定层的层叠体，其具备电阻随着外部磁场相应的自由层的磁化方向的变化而变化的磁阻效 应元件(MR元件）。另外，作为在运种位置检测装置中使用的介质，已知的是具有绝对信号用 信号轨道的介质、具有增量信号用信号轨道的介质、具有绝对信号用信号轨道和增量信号 用信号轨道的介质等。
[0004] W往，作为具备具有绝对信号用信号轨道和增量信号用信号轨道的介质的位置检 测装置所使用的磁传感器，提案的是具有用于检测记录于绝对信号用信号轨道的磁信号的 MR元件和用于检测记录于增量信号用信号轨道的磁信号的MR元件运两种MR元件的磁传感 器(参照专利文献1)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:特开2001-264112号公报 [000引发明所要解决的课题
[0009] 在上述磁传感器中，用于检测记录于绝对信号用信号轨道的磁信号的MR元件被要 求具有使输出根据随着介质的相对移动而产生的磁场的变化而急剧变化的特性（响应特 性）。另一方面，用于检测记录于增量信号用信号轨道的磁信号的MR元件被要求具有使输出 根据随着介质的相对移动而产生的磁场的变化而线性变化的特性(响应特性）。
[0010] 运样，关于所要求的响应特性不同的两种MR元件，近年来，进一步的高灵敏度、低 噪音等响应特性的提高被要求。目前，正在尝试通过构成MR元件的自由层等各层的材料、或 该各层的膜厚等的优化等，来提高上述响应特性。但是，通过运些尝试，存在非常难W进一 步提高上述响应特性的问题。
【发明内容】
[0011] 鉴于上述课题，本发明的目的在于，提供一种磁传感器及磁性编码器，其具有被要 求各不相同的响应特性的两种磁阻效应元件，能够一同提高各磁阻效应元件所要求的不同 的响应特性。
[0012] 用于解决课题的技术方案
[0013] 为了解决上述课题，本发明提供的是一种至少具备可检测外部磁场的第一磁阻效 应元件及第二磁阻效应元件的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效 应元件分别至少包含磁化方向随着所述外部磁场而变化的磁化方向变化层，所述第一磁阻 效应元件的所述磁化方向变化层的初始磁化方向上的所述磁化方向变化层的宽度Wl和所 述第二磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的初始磁化方向上的所述磁化方向变化层的 宽度W2具有下述式（1)所示的关系，所述第一磁阻效应元件相对于所述外部磁场的灵敏度 比所述第二磁阻效应元件相对于所述外部磁场的灵敏度高(发明1)。
[0014] W1>W2...(1)
[0015] 根据上述发明（发明1)，通过被要求输出的斜率大(输出变化为急剧）的第一磁阻 效应元件的磁化方向变化层的初始磁化方向上的宽度Wl比被要求输出的斜率比其小(输出 变化为线性）的第二磁阻效应元件的磁化方向变化层的初始磁化方向上的宽度W2大，且第 一磁阻效应元件的灵敏度比第二磁阻效应元件的灵敏度高，能够一同提高第一及第二磁阻 效应元件的各自所要求的不同的响应特性。
[0016] 在上述发明（发明1)中，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的所述宽 度Wl相对于与所述宽度Wl正交的方向上的长度Ll的比W1/L1、和所述第二磁阻效应元件的 所述磁化方向变化层的所述宽度W2相对于与所述宽度W2正交的方向上的长度L2的比W2/L2 均优选为1.2W下(发明2)。
[0017] 在上述发明（发明1、2)中，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的所述 宽度Wl相对于与所述宽度Wl正交的方向上的长度Ll的比W1/L1、和所述第二磁阻效应元件 的所述磁化方向变化层的所述宽度W2相对于与所述宽度W2正交的方向上的长度L2的比W2/ L2优选具有下述式(2)所示的关系(发明3)。
[001 引 W1/L1 含 W2/L2...(2)
[0019] 在上述发明（发明1~3)中，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的所述 宽度Wl和所述第二磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的所述宽度W2的比优选为1:0.2~ 〇.9(发明 4)。
[0020] 另外，本发明提供的是一种至少具备能够检测外部磁场的第一磁阻效应元件及第 二磁阻效应元件的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件分别 至少包含磁化方向随着所述外部磁场而变化的磁化方向变化层，所述第一磁阻效应元件的 所述磁化方向变化层的初始磁化方向上的所述磁化方向变化层的宽度Wl及与该宽度Wl正 交的方向上的长度LU W及所述第二磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的初始磁化方向 上的所述磁化方向变化层的宽度W2及与该宽度W2正交的方向上的长度L2具有下述式(3)及 (4)所示的关系(发明5)。
[00別]W1=W2...(3)
[0022] Wl/Ll>W2/L2---(4)
[0023] 根据上述发明（发明5)，即使被要求输出的斜率大(输出变化为急剧）的第一磁阻 效应元件的磁化方向变化层的初始磁化方向上的宽度W1、和被要求输出的斜率比其小(输 出变化为线性）的第二磁阻效应元件的磁化方向变化层的初始磁化方向上的宽度W2相同， 也能够通过宽度Wl相对于宽度Wl的正交方向上的长度Ll的比（纵横比）比宽度W2相对于宽 度W2的正交方向的长度L2的比(纵横比)大，来一同提高第一及第二磁阻效应元件的各自被 要求的不同的响应特性。
[0024] 在上述发明（发明1~5)中，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的初始 磁化方向上的所述磁化方向变化层的所述宽度Wl相对于与宽度Wl正交的方向上的长度LI 的比优选为0.8W上(发明6)。
[0025]在上述发明（发明1~6)中，在从层叠方向上方观察所述第一磁阻效应元件及所述 第二磁阻效应元件时，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的形状和所述第二磁 阻效应元件的所述磁化方向变化层的形状优选为同种形状(发明7)。
[00%]在上述发明（发明1~7)中，作为所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元 件，可使用TMR元件、GMR元件或AMR元件(发明8)。
[0027] 在上述发明（发明1~8)中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件优选 依次层叠有磁化固定层、非磁性中间层及所述磁化方向变化层(发明9)，在运种发明（发明 9)中，所述非磁性中间层优选为Mg化(X = O. 1~0.9)(发明10)。
[0028] 进而，本发明提供的是一种磁性编码器，其具备:上述发明（发明1~10)的磁传感 器、具有记录有绝对磁信号的绝对信号轨道及记录有增量磁信号的增量信号轨道且相对于 所述磁传感器可相对移动的刻度部，W所述第一磁阻效应元件和所述绝对信号轨道彼此相 对，且所述第二磁阻效应元件和所述增量信号轨道彼此相对的方式相对地设有所述磁传感 器和所述刻度部(发明11)。
[0029] 在上述发明（发明11)中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件的各自 的所述磁化方向变化层的初始磁化方向优选为与所述刻度部相对移动的方向正交的方向 (发明12)。
[0030] 发明效果
[0031] 根据本发明，能够提供一种磁传感器及磁性编码器，其具有被要求各不相同的响 应特性的两种磁阻效应元件，能够一同提高各磁阻效应元件所要求的不同的响应特性。
【附图说明】
[0032] 图1是表示具备本发明实施方式的磁传感器的磁性编码器的概要构成的立体图；
[0033] 图2是表示本发明实施方式的磁传感器的概要构成的俯视图；
[0034] 图3是表示本发明实施方式的第一磁阻效应元件及第二磁阻效应元件的概要构成 的剖面图；
[0035] 图4是用于对本发明实施方式的第一磁阻效应元件的作用进行说明的立体图（其 1);
[0036] 图5是用于对本发明实施方式的第二磁阻效应元件的作用进行说明的立体图（其 1);
[0037] 图6是用于对本发明实施方式的第一磁阻效应元件的作用进行说明的立体图（其 2);
[0038] 图7是用于对本发明实施方式的第二磁阻效应元件的作用进行说明的立体图（其 2);
[0039] 图8是表示本发明实施方式的第一磁阻效应元件的输出变化的曲线图；
[0040] 图9是表示本发明实施方式的第二磁阻效应元件的输出变化的曲线图；
[0041] 图10是表示具备本发明实施方式的磁传感器的磁性编码器的其他概要构成的立 体图；
[0042] 符号说明 [00创 1…磁传感器
[0044] 2…基板
[0045] 3…第一磁传感器
[0046] 31…第一 MR元件
[0047] 315、415…磁化方向变化层
[004引 32、42…偏置磁场发生部
[0049] 4…第二磁传感器
[0化0] 41…第二MR元件
[00引]10…磁性编码器
[0052] 20…刻度部
【具体实施方式】
[0053] 参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示具备本发明实施方式的 磁传感器的磁性编码器的概要构成的立体图，图2是表示本发明实施方式的磁传感器的概 要构成的俯视图，图3是表示本发明实施方式的磁传感器的其他概要构成的俯视图，图4是 表示本发明实施方式的磁阻效应元件的概要构成的剖面图。
[0054] 如图1所示，本实施方式的磁性编码器10具备:第一实施方式的磁传感器1、相对于 磁传感器1可沿第一方向（W下，有时称为气方向"）相对移动的刻度(scale)部20。
[0055] 在本实施方式中，刻度部20是所谓的线性刻度尺，具有:记录有绝对磁信号的绝对 信号轨道(absolute si即al track)21、记录有增量磁信号的增量信号轨道（incremental signal track)22。绝对磁信号及增量磁信号分别沿第一方向（+X方向）被磁化。此外，在图 1中，绝对磁信号及增量磁信号的磁化方向分别用箭头表示。
[0056] 〔第一实施方式）
[0057] 如图1所示，第一实施方式的磁传感器1具备基板2和设置于基板2上的一个第一磁 传感器部3及两个第二磁传感器部4。第一磁传感器部3是用于检测记录于刻度部20的绝对 信号轨道21的绝对磁信号的磁传感器。第二磁传感器部4是用于检测记录于刻度部20的增 量信号轨道22的增量磁信号的磁传感器。
[005引如图2所示，第一磁传感器部3具备自旋阀式的第一磁阻效应元件（第一MR元件） 31、W夹着第一MR元件31的方式设置于第一MR元件31的第二方向（W下，有时称为Y方向）两 侧的偏置磁场发生部32。第二磁传感器部4分别具备自旋阀式的第二磁阻效应元件(第二MR 元件Ml、W夹着第二MR元件41的方式设置于第二MR元件41的Y方向两侧的偏置磁场发生部 42 O
[0059] 基板2为可一同支承第一磁传感器部3及第二磁传感器部4的矩形状的基板，例如 可由玻璃、娃(Si)、氧化侣(Al2〇3)、AlTiC(Al2〇3-TiC)等构成。
[0060] 在第一实施方式中，检测记录于绝对信号轨道21的绝对磁信号的第一MR元件31， 具有对应于根据该轨道21(刻度部20)的相对移动产生的外部磁场的变化而输出急剧变化 的响应特性。另一方面，检测记录于增量信号轨道22的增量磁信号的第二MR元件41，具有对 应于根据该轨道22(刻度部20)的相对移动产生的外部磁场的变化而输出线性变化的响应 特性。即，第一MR元件31的输出的斜率比第二MR元件41的输出的斜率大。例如，在外部磁场 在-50~500e的范围内进行变化的情况下，第一 MR元件31的输出的斜率为lOmV/Oe W上的程 度。另一方面，第二MR元件41的输出的斜率为2~5mV/0e的程度。换句话说，第一 MR元件31的 相对于外部磁场的灵敏度(mV/mT)比第二MR元件41的相对于外部磁场的灵敏度高。第一 MR 元件31及第二MR元件41通过从它们的层叠方向（Z方向）上方观察时的尺寸（宽度）的差异， 能够有效地发挥各不相同的响应特性。
[0061 ]更具体而言，第一 MR元件31的Y方向的宽度Wl及第二MR元件41的Y方向的宽度W2具 有下述式(1)所示的关系。
[0062] W1>W2...(1)
[0063] 在第一实施方式中，第一MR元件31的Y方向的宽度Wl及第二MR元件41的Y方向的宽 度W2之比(Wl :W2)优选为1:0.2~0.9,特别优选为1:0.2~0.5。通过第一MR元件31的宽度Wl 比第二MR元件41的宽度W2大，可使第一 MR元件31的输出急剧地变化，并且可使第二MR元件 41实现的输出线性地变化。
[0064] 在第一实施方式中，第一MR元件31的宽度Wl相对于X方向的长度Ll的比（纵横比， W1/L1)和第二MR元件32的宽度W2相对于X方向的长度L2的比（纵横比，W2/L2)优选具有下述 式(2)所示的关系。W1/L1含W2/L2.''（2)
[0065] 通过两者的纵横比(W1/L1，W2/L2)具有上述式(2)所示的关系，可使第一 MR元件31 的输出更急剧地变化，并且可使第二MR元件41的输出更线性地变化。
[0066] 第一 MR元件31及第二MR元件41的纵横比(W1/L1，W2/L2)优选为1.2W下，特别是第 一 MR元件31的纵横比(W1/L1)优选为0.8 W上。当该纵横比(W1/L1 ,W2/L2)超过1.2时，第一 MR元件31及第二MR元件41的磁化方向变化层315、415(参照图3)的初始磁化方向变成该磁 化方向变化层315、415的短边方向，由此可能难W使磁化稳定。另外，当第一MR元件31的纵 横比(W1/L1)低于0.別寸，有可能难W使第一 MR元件31的输出急剧地变化。
[0067] 在第一实施方式中，第一MR元件31及第二MR元件32的从层叠方向上方观察时的形 状没有特别限定，但彼此可设为同种形状。此外，在第一实施方式中，同种形状是指，例如， 在第一MR元件31及第二MR元件32的上述形状为多边形状的情况下，边的数量相同（彼此均 为四边形状、五边形状、六边形状等）。
[0068] 偏置磁场发生部32、42由例如永久磁铁构成，W磁化方向变化层315、415(参照图 3)的初始磁化方向（外部磁场为零(零磁场)时的磁化方向变化层315、415整体的磁化315M、 415M(参照图4、5))朝向规定方向（在第一实施方式中，Y方向）的方式，将偏置磁场施加于磁 化方向变化层315、415。
[0069] 第一 MR元件31和偏置磁场发生部32之间的长度Gl优选比第二MR元件41和偏置磁 场发生部42之间的长度G2大，长度Gl优选为1~扣m程度，更优选为1~2WI1程度。长度G2优选 为0~如m程度，更优选为0~1皿程度。通过长度Gl比长度G2大，施加于第一 MR元件31的偏置 磁场的强度比施加于第二MR元件41的偏置磁场的强度小，所W能够使来自第一 MR元件31的 输出的变化更急剧，另一方面，能够使来自第二MR元件41的输出的变化更线性。此外，第一 MR元件31和偏置磁场发生部32之间的长度Gl是指在磁传感器1的俯视时（从第一 MR元件31 的层叠方向上方观察时)第一 MR元件31和偏置磁场发生部32的Y方向的最短间隔。第二MR元 件41和偏置磁场发生部42之间的长度G2也同样，是指第二MR元件41和偏置磁场发生部42的 Y方向的最短间隔。
[0070] 接着，对第一 MR元件31及第二MR元件41的层叠构造进行说明。
[0071] 如图3所示，第一 MR元件31及第二MR元件41是依次层叠有基底层311、411、反铁磁 性层312、412、磁化固定层313、413、非磁性中间层314、414、磁化方向变化层315、415及罩盖 层316、416的层叠体。在基底层31U411的下层(基板2侧)及罩盖层316、416的上层分别设有 由化膜等构成的下部电极层及上部电极层(均未图示），沿着第一 MR元件31及第二MR元件41 的层叠方向流动感应电流。
[0072] 基底层311、411是为排除基板2的晶轴的影响，且提高层叠形成于基底层311、411 的上方的各层的结晶性及取向性而形成的。作为构成基底层311、411的材料，例如可举出 化、!?!!等。
[0073] 反铁磁性层312、412是发挥固定其上层的磁化固定层313、413的磁化方向的作用 的层。作为构成反铁磁性层312、412的材料，例如可使用含有选自Pt、Ru、化、Pd、Ni、Cu、Ir、 化及Fe中的至少一种元素和Mn的反铁磁性材料。该反铁磁性材料的Mn的含量优选为35~95 原子％。
[0074] 在反铁磁性材料中，具有无需热处理就显示反铁磁性并在与强磁性材料之间诱发 交换禪合磁场的非热处理系反铁磁性材料、和通过热处理而显示反铁磁性的热处理系反铁 磁性材料。在第一实施方式中，作为构成反铁磁性层312、412的材料，也可W使用任一种类 型的反铁磁性材料。作为非热处理系反铁磁性材料，可举出RuRhMn JeMn、I rMn等，作为热处 理系反铁磁性材料，可举出PtMn、化Mn、PtRhMn等。
[0075] 磁化固定层313、413具有在反铁磁性层312、412上依次层叠有第一磁化固定层 313A、413A、中间层313B、413B及第二磁化固定层313C、413C的结构。作为构成第一磁化固定 层313A、413A及第二磁化固定层313C、413C的材料，可例示NiFeXoZWa、铁娃侣磁合金、 NiFeCoXo化Nb、CoFe等，作为构成中间层313B、413B的材料，可例示Ru等。磁化固定层313、 413的厚度可设为3.5~5.5nm的程度。
[0076] 在磁化固定层313、413中，第一磁化固定层313A、413A的磁化通过反铁磁性层312、 412而牢固地固定，第二磁化固定层313C、413C的磁化经由中间层313B、413B与第一磁化固 定层313A、413A交换禪合，且牢固地固定。在第一实施方式中，第二磁化固定层313C、413C的 磁化方向设定为X方向。
[0077] 磁化方向变化层315、415是磁化方向根据随着刻度部20的相对移动的绝对磁信号 及增量磁信号的信号磁场的变化而变化的软磁性层。作为构成磁化方向变化层315、415的 材料，可例示NiFe、CoFe、Co化B、Co化Ni、CosMnS i、CosMnGe、FeOx (化的氧化物）等。磁化方向 变化层315、415的厚度可设为0.5~Snm的程度。磁化方向变化层315、415的初始磁化方向通 过来自偏置磁场发生部32、42的偏置磁场的施加，而设定为Y方向。
[0078] 非磁性中间层314、414是用于在第一实施方式的第一 MR元件31及第二MR元件41上 体现磁阻效应(MR效应)的必需的膜。在第一实施方式的第一 MR元件31及第二MR元件41是发 挥隧道磁阻效应的TMR元件的情况下，非磁性中间层314、414由绝缘层构成。另一方面，在第 一实施方式的第一MR元件31及第二MR元件41为GMR元件的情况下，非磁性中间层由金属层 构成。作为构成非磁性中间层314、414的材料，例如可举出Cu、Au、Ag、ai、Ga、TiOx、ZnO、InO、 SnO、GaNaTO(IRdium Tin Oxide)、Al2〇3、MgO等。在第一实施方式的第一MR元件31 及第二MR 元件41为TMR元件的情况下，作为构成非磁性中间层314、414的材料，优选使用Mg化(X = 0.1 ~0.9)。通过使用Mg化(X = 0.1~0.9)作为构成非磁性中间层314、414的材料，可得到更高 的MR比。
[0079] 非磁性中间层314、414可优选由两层W上的层叠膜构成。通过非磁性中间层314、 414由两层W上的层叠膜构成，能够容易进行MR元件(第一 MR元件31、第二MR元件41)的电阻 调节。例如，非磁性中间层314、414可由MgO/MgO的两层层叠膜、或Cu/ZnO/Cu、Cu/aiO/ai的 S层层叠膜构成。此外，非磁性中间层314、414的厚度可设为0.5~5nm程度。
[0080] 罩盖层316、416是用于保护第一 MR元件31及第二MR元件41的层。作为罩盖层316、 416，例如可举出：1曰、咖、〇1、4邑、化、化、1'1、1?6、打、]\1〇、胖、1'1等中的一种单层膜或两种^上的 层叠膜。
[0081 ]对具有如上所述的结构的第一实施方式的磁性编码器10的作用进行说明。
[0082] 在第一MR元件31中，就磁化方向变化层315和磁化固定层313(第二磁化固定层 313C)而言，两者的磁化315M、313M彼此实质上正交(参照图4)。该状态是作为第一 MR元件31 的初始状态(initial状态）。在第二MR元件41中，也同样，就磁化方向变化层415和磁化固定 层413(第二磁化固定层413C)而言，两者的磁化415M、413M彼此实质上正交(参照图5)。
[0083] 当第一实施方式的磁传感器1相对于刻度部20沿-X方向相对移动时，由绝对磁信 号轨道21的绝对磁信号产生的外部磁场相对于第一 MR元件31的磁化方向变化层315的磁场 强度就会逐渐变化。例如，随着磁传感器1及刻度部20彼此相对移动，且第一 MR元件31和绝 对磁信号轨道21的绝对磁信号之间的物理距离变小，由此，外部磁场相对于第一 MR元件31 的磁化方向变化层315的磁场强度逐渐增大。第一实施方式的第一 MR元件31的磁化方向变 化层315的宽度Wl比第二MR元件41的磁化方向变化层415的宽度W2大，且第一 MR元件31相对 于外部磁场的灵敏度比第二MR元件41相对于外部磁场的灵敏度高，由此，在外部磁场相对 于磁化方向变化层315的磁场强度超过规定的阔值时，磁化方向变化层315的磁化315M实质 上旋转90°，磁化方向变化层315的磁化315M和磁化固定层313的磁化313M实质上成为反向 平行(或平行）（参照图6)。即，第一磁传感器3(第一 MR元件31)的电阻值急剧增大(或减小）， 第一MR元件31的输出急剧变化(参照图8)。由此，能够实现绝对位置的高精度的检测。
[0084] 另一方面，当第一实施方式的磁传感器1相对于刻度部20沿一X方向相对移动时， 由增量磁信号轨道22的增量磁信号产生的外部磁场相对于第二MR元件41的磁化方向变化 层415的磁场强度就会逐渐变化。第一实施方式的第二MR元件41的磁化方向变化层415的宽 度W2比第一 MR元件31的磁化方向变化层315的宽度Wl小，且第二MR元件41相对于外部磁场 的灵敏度比第一 MR元件31相对于外部磁场的灵敏度低，由此随着外部磁场相对于磁化方向 变化层415的磁场强度的变化，磁化方向变化层415的磁化415M逐渐旋转（参照图7)。即，第 二磁传感器4(第二MR元件41)的电阻值逐渐增大或减小，第二MR元件41的输出线性地变化 (参照图9)。由此，能够实现增量位置的高精度的检测。
[0085] 在第一实施方式的磁性编码器10中，通过第一MR元件31的磁化方向变化层315的 宽度Wl比第二MR元件41的磁化方向变化层415的宽度W2大，能够使第一 MR元件31的输出急 剧变化，另一方面，能够使第二MR元件41的输出线性地变化。
[0086] 运样，根据第一实施方式的磁传感器1，通过用于检测绝对磁信号的第一 MR元件31 的磁化方向变化层315的宽度Wl和用于检测增量磁信号的第二MR元件41的磁化方向变化层 415的宽度W2具有所期望的关系(W1>W2)，能够有效地发挥各自被要求的响应特性(输出的 急剧变化、输出的线性变化）。由此，根据具备该磁传感器1的磁性编码器10,能够比W往更 高精度地检测绝对磁信号的绝对位置及增量磁信号的增量位置。
[0087] 〔第二实施方式）
[0088] 对第二实施方式的磁传感器进行说明。
[0089] 就第二实施方式的磁传感器1而言，第一MR元件31的宽度Wl及与其正交的方向（X 方向）的长度Ll、W及第二MR元件41的宽度W2及与其正交的方向(X方向）的长度L2具有下述 式(3)及(4)所示的关系。
[0090] W1=W2...(3)
[0091] Wl/Ll>W2/L2---(4)
[0092] 此外，第二实施方式的磁传感器I除第一 MR元件31及第二MR元件41的宽度Wl、W2及 长度L1、L2具有上述式(3)及(4)所示的关系W外，还具有与上述的第一实施方式的磁传感 器1同样的结构。因此，在各结构上附带同一符号，省略其详细说明。
[0093] 在具备第二实施方式的磁传感器1的磁性编码器10中，当磁传感器1相对于刻度部 20沿一X方向相对移动时，由绝对磁信号轨道21的绝对磁信号产生的外部磁场相对于第一 MR元件31的磁化方向变化层315的磁场强度就逐渐变化。例如，随着磁传感器1及刻度部20 彼此相对移动，且第一 MR元件31和绝对磁信号轨道21的绝对磁信号之间的物理距离变小， 外部磁场相对于第一 MR元件31的磁化方向变化层315的磁场强度逐渐增大。通过第二实施 方式的第一 MR元件31的磁化方向变化层315的宽度Wl和第二MR元件41的磁化方向变化层 415的宽度W2相同，且第一 MR元件31的磁化方向变化层315的纵横比(W1/L1)比第二MR元件 41的磁化方向变化层415的纵横比(W2/L2)大，第一 MR元件31比第二MR元件41相对于外部磁 场的灵敏度高。其结果是，在外部磁场相对于磁化方向变化层315的磁场强度超过规定阔值 时，磁化方向变化层315的磁化315M实质上旋转90°，磁化方向变化层315的磁化315M和磁化 固定层313的磁化313M实质上成为反向平行(或平行）（参照图6)。即，第一磁传感器3(第一 MR元件31)的电阻值急剧增大(或减小），第一MR元件31的输出急剧变化(参照图8)。由此，能 够实现绝对位置的高精度的检测。
[0094] 另一方面，当第二实施方式的磁传感器1相对于刻度部20沿-X方向相对移动时，由 增量磁信号轨道22的增量磁信号产生的外部磁场相对于第二MR元件41的磁化方向变化层 415的磁场强度就逐渐变化。通过第二实施方式的第一 MR元件31的磁化方向变化层315的宽 度Wl和第二MR元件41的磁化方向变化层415的宽度W2相同，且第二MR元件41的磁化方向变 化层415的纵横比(W2/L2)比第一 MR元件31的磁化方向变化层315的纵横比(W1/L1)小，而第 二MR元件41比第一 MR元件31相对于外部磁场的灵敏度低。其结果是，随着外部磁场相对于 磁化方向变化层415的磁场强度的变化，磁化方向变化层415的磁化415M逐渐旋转（参照图 7)。即，第二磁传感器4(第二MR元件41)的电阻值逐渐增大或减小，第二MR元件41实现的输 出线性地变化(参照图9)。由此，能够实现增量位置的高精度的检测。
[00M]运样，根据第二实施方式的磁传感器1，通过用于检测绝对磁信号的第一 MR元件31 的磁化方向变化层315的宽度Wl及长度LU W及用于检测增量磁信号的第二MR元件41的磁 化方向变化层415的宽度W2及长度L2具有所期望的关系(W1=W2，W1/L1>W2/L2)，能够有效 地发挥各自被要求的响应特性(输出的急剧变化，输出的线性变化）。由此，根据具备该磁传 感器I的磁性编码器10,能够比W往更高精度地检测绝对磁信号实现的绝对位置及增量磁 信号实现的增量位置。
[0096] W上说明的实施方式是为便于理解本发明而记载的，不是为限定本发明而记载 的。因此，宗旨是上述实施方式公开的各元件也包含属于本发明的技术范围的全部设计变 更或均等物。
[0097] 在上述实施方式中，作为第一MR元件31及第二MR元件41，W具有层叠膜构造的TMR 元件、GMR元件为例进行了说明，但本发明不局限于运种方式，例如，也可W为具有强磁性材 料的单层膜构造的AMR元件。
[009引在上述实施方式中，举出第一MR元件31及第二MR元件41的形状(从层叠方向上方 观察时的形状)彼此为同种形状的例子进行了说明，但本发明不局限于运种方式。例如，可 至少将磁化方向变化层315、415设为该同种形状，其他各层(磁化固定层313、413等）的形状 没有限制。在该方式中，宽度W1、W2及长度L1、L2是指磁化方向变化层315、415的宽度W1、W2 及长度L1、L2,其他各层(磁化固定层313、413等)的宽度及长度没有特别限制，可适当设定。
[0099] 在上述实施方式中，作为磁性编码器10, W具有与磁传感器1相对的磁信号轨道 (绝对磁信号轨道21及增量磁信号轨道22)的线性传感器为例进行了说明，但本发明不局限 于运种方式。本发明的磁性编码器也可W为旋转角度传感器。在运种情况下，如图10所示， 只要是具备在鼓状旋转体50的外周面51设有绝对磁信号轨道21'及增量磁信号轨道22'的 刻度部20'和上述实施方式的磁传感器1的结构即可。
[0100] 在上述实施方式中，磁传感器1具备一个第一MR元件31及两个第二MR元件41，但本 发明不局限于运种方式，例如，第一磁传感器部3也可W包含多个第一 MR元件31，第二磁传 感器部4也可W包含=个W上的第二MR元件41。
[0101] 【实施例】
[0102] 下面，举出实施例等进一步对本发明进行详细说明，但本发明不受下述实施例等 任何限定。
[0103] 〔实施例1)
[0104] 在Si基板2上形成具有图3及表1所示的层结构的第一 MR元件31及作为偏置磁场发 生部32的永久磁铁。将第一 MR元件31的磁化方向变化层315的宽度Wl设为2.Own,将长度Ll 设为2. Own(试样1，纵横比(W1/L1) = 1)。同样地制作如表2那样变更了磁化方向变化层315 的宽度Wl及长度Ll的第一 MR元件31 (试样2~7)。
[0105] 【表1】
[0106]
[0107] 然后，一边对试样I~4的第一MR元件31施加电压IV的恒定电流，一边使外部磁场 强度在-10~IOOe的范围内变化并使该外部磁场作用于第一MR元件31，求出第一MR元件31 的灵敏度(mV/mT)。将结果表示在表2中。
[0108] 接下来，使用试样1~7的第一 MR元件，使外部磁场强度在-50~500e的范围内变 化，求出第一MR元件的各自的输出变化量(最大输出和最小输出之差，mV)。然后，根据使外 部磁场强度在-10~1 OOe的范围内变化时的第一MR元件的输出变化量MP1 (mV)和在-50~ 500e的范围内使外部磁场变化时的第一MR元件的输出变化量MP2(mV)，通过下述式，计算出 与直线性相关的指标IL。将结果表示在表2中。
[0109] IL=MP2/MP1
[0110] 【表2】
[0111]
观巧2所不，佛认Y万同的觉巧W1禮天，巧敬巧禮局，即，禮W便输出急剧雙化。方 夕h确认即使在Y方向的宽度Wl相同的情况下，也是纵横比(W1/L1)越大，灵敏度越高，越可 使输出急剧地变化。
[0113] 由上述结果确认，通过第一 MR元件31的宽度Wl和第二MR元件41的宽度W2具有下述 式（1)所示的关系，可使第一 MR元件31的输出急剧变化，并且可使第二MR元件41的输出线性 变化。在运种情况下，确认通过第一 MR元件31的纵横比（W1/L1)和第二MR元件41的纵横比 (W2/L2)具有下述式（2)所示的关系，可使第一MR元件31的输出更急剧地变化，并且可使第 二MR元件41的输出更线性地变化。
[0114] W1>W2...(1)
[0115] Wl/Ll^W2/L2---(2)
[0116] 另外，由上述结果确认，通过第一 MR元件31的宽度Wl及第二MR元件41的宽度W2、W 及第一 MR元件31的纵横比(W1/L1)和第二MR元件41的纵横比(W2/L2)具有下述式(3)及(4) 所示的关系，可使第一 MR元件31的输出急剧变化，并且可使第二MR元件41的输出线性变化。
[0117] W1=W2...(3)
[011 引 W1/L1>W2/L2...(4)。
【主权项】
1. 一种磁传感器，其特征在于， 至少具备可检测外部磁场的第一磁阻效应元件及第二磁阻效应元件， 所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件分别至少包含磁化方向随着所述外 部磁场而变化的磁化方向变化层， 所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的初始磁化方向上的所述磁化方向变 化层的宽度W1和所述第二磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的初始磁化方向上的所述 磁化方向变化层的宽度W2具有下述式(1)所示的关系， ffl>W2---(l) 所述第一磁阻效应元件相对于所述外部磁场的灵敏度比所述第二磁阻效应元件相对 于所述外部磁场的灵敏度高。2. 根据权利要求1所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化 层的所述宽度W1相对于与所述宽度W1正交的方向上的长度L1的比W1/L1、和所述第二磁阻 效应元件的所述磁化方向变化层的所述宽度W2相对于与所述宽度W2正交的方向上的长度 L2的比W2/L2均为1.2以下。3. 根据权利要求1或2所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向 变化层的所述宽度W1相对于与所述宽度W1正交的方向上的长度L1的比W1/L1、和所述第二 磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的所述宽度W2相对于与所述宽度W2正交的方向上的 长度L2的比W2/L2具有下述式(2)所示的关系， Wl/LlgW2/L2...(2)。4. 根据权利要求1或2所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向 变化层的所述宽度W1和所述第二磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的所述宽度W2的比 为1:0.2~0.9 〇5. -种磁传感器，其特征在于， 至少具备能够检测外部磁场的第一磁阻效应元件及第二磁阻效应元件， 所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件分别至少包含磁化方向随着所述外 部磁场而变化的磁化方向变化层， 所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的初始磁化方向上的所述磁化方向变 化层的宽度W1及与该宽度W1正交的方向上的长度L1、以及所述第二磁阻效应元件的所述磁 化方向变化层的初始磁化方向上的所述磁化方向变化层的宽度W2及与该宽度W2正交的方 向上的长度L2具有下述式(3)及(4)所示的关系， ffl=W2---(3), W1/L1>W2/L2...(4)。6. 根据权利要求1、2或5中任一项所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件的所 述磁化方向变化层的初始磁化方向上的所述磁化方向变化层的所述宽度W1相对于与宽度 W1正交的方向上的长度L1的比为0.8以上。7. 根据权利要求1、2或5中任一项所述的磁传感器，其中，在从层叠方向上方观察所述 第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件 时，所述第一磁阻效应元件的所述磁化方向变化层的形状和所述第二磁阻效应元件的 所述磁化方向变化层的形状为同种形状。8. 根据权利要求1、2或5中任一项所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件及所 述第二磁阻效应元件包括TMR元件、GMR元件或AMR元件中的一种。9. 根据权利要求1、2或5中任一项所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件及所 述第二磁阻效应元件是依次层叠磁化固定层、非磁性中间层及所述磁化方向变化层而成 的。10. 根据权利要求9所述的磁传感器，其中，所述非磁性中间层为MgOx，其中，X = 0.1~ 0 · 9 〇11. 一种磁性编码器，其特征在于， 具备： 权利要求1、2、5或10中任一项所述的磁传感器；以及 具有记录有绝对磁信号的绝对信号轨道及记录有增量磁信号的增量信号轨道且相对 于所述磁传感器能够相对移动的刻度部， 以所述第一磁阻效应元件和所述绝对信号轨道彼此相对，且所述第二磁阻效应元件和 所述增量信号轨道彼此相对的方式相对地设有所述磁传感器和所述刻度部。12. 根据权利要求11所述的磁性编码器，其中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻 效应元件的各自的所述磁化方向变化层的初始磁化方向为与所述刻度部相对移动的方向 正交的方向。
【文档编号】G01R33/09GK106019182SQ201610108432
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】上田国博, 沟口义之, 山崎宽史, 渡边克
【申请人】Tdk株式会社