[发明专利]磁传感器及其磁检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁传感器及其磁检测方法，更详细地说，涉及一种具备磁阻元件、不会招致消耗电流的增大而能够在同一基板上检测X、Y和Z轴方向的磁场的磁传感器及其磁检测方法。

背景技术

通常，众所周知一种检测是否存在磁的巨磁阻(Giant Magnet Resistance；GMR)元件。将施加磁场时电阻率增减的现象称为磁阻效应，但是在通常的物质中变化率为百分之几，但是在该GMR元件中达到百分之几十，因此广泛使用于硬盘磁头。

图1是用于说明以往的GMR元件的动作原理的立体图，图2是图1的局部截面图。在图中，附图标记1表示反铁磁性层，附图标记2表示钉扎层(固定层)，附图标记3表示Cu层(分隔层)，附图标记4表示自由层(自由旋转层)。在磁性材料的磁化方向上电子的自旋散射发生变化而电阻发生变化。也就是说，用ΔR＝(R_AP-R_P)R_P(R_AP：为上下磁化方向反平行时，R_P：为上下磁化方向平行时)来表示。

通过与反铁磁性层1之间的磁耦合，固定层2的磁矩的方向被固定。当磁化自由旋转层4的磁矩的方向由于漏磁场而发生变化时，承受流过Cu层3的电流的电阻发生变化而能够读取漏磁场的变化。

图3是用于说明以往的GMR元件的层叠结构的结构图，在图中附图标记11为绝缘膜，12为自由层(自由旋转层)，13为导电层，14为钉扎层(固定层)，15为反铁磁性层，16由绝缘膜构成，自由层(自由旋转层)12为磁化方向自由旋转的层，由NiFe或者CoFe/NiFe构成，导电层13为流过电流而产生自旋散射的层，由Cu构成，钉扎层(固定层)14为磁化方向被固定为固定方向的层，由CoFe或者CoFe/Ru/CoFe构成，反铁磁性层15为用于固定钉扎层14的磁化方向的层，由PtMn或者IrMn构成，绝缘膜11、16由Ta、Cr、NiFeCr或AlO构成。另外，钉扎层也可以不使用反铁磁性层而使用自偏压结构。

例如，专利文献1的记载涉及一种使用了GMR元件的磁记录系统，是具有使自由铁磁性体层的静磁耦合最小的改良的固定铁磁性体层的自旋阀磁阻(MR)传感器，在其图4中记载了具有自由铁磁性体层和固定铁磁性体层的层叠结构。

另外，作为用于检测三维磁矢量的地磁传感器，提出一种使用了霍尔元件的磁传感器。这种霍尔元件能够检测与元件面垂直的方向的磁场，在以平面方式配置元件的情况下能够检测Z方向的磁场。例如在专利文献2中示出了以下内容：在圆形聚磁板的下部，配置相对于对称中心而上下、左右呈十字形状的霍尔元件，利用水平方向的磁场在聚磁板的端被变换为Z轴方向这一情况，不仅检测作为霍尔元件的磁感应方向的Z方向的磁场，还检测水平方向的磁场，由此能够检测同一基板上的X、Y、Z轴方向的磁场。

另外，例如专利文献3的记载涉及一种具有在一个基板上以三维方向交叉的方式配置的磁阻效应元件的磁传感器，是使用了构成为包含钉扎层和自由层的磁阻元件的磁传感器，特别记载了一种对与磁传感器的表面垂直的方向的磁场进行测量的高灵敏度的磁传感器，使用对水平方向的磁场进行检测的磁阻元件，通过在倾斜的斜面上形成来对施加到本来无法检测的垂直方向的Z磁场进行矢量分解，由此能够以同一基板检测X、Y、Z的磁场。

另外，例如专利文献4的记载涉及一种对于方位检测具有高灵敏度、小型且量产性也良好的3轴磁传感器，具备2轴磁传感器部和磁性部件，该2轴磁传感器部在设定成与基板表面平行且相互正交的2轴(X、Y轴)方向上检测地磁场分量，该磁性部件被配置在2轴磁传感器部之上，使与包含上述2轴的面垂直的方向(Z轴)的磁场汇聚，该磁传感器在磁阻元件上形成线圈，通过电流流过线圈而产生的磁场来控制磁化方向，在该状态下通过四次对称的磁性部体使磁场方向变换而能够以同一基板检测X、Y、Z的磁场。

另外，例如专利文献5的记载涉及一种受磁场方向的影响小而能够高精度地检测磁场大小的巨磁阻元件，该GMR元件以相对于GMR芯片上呈一条折线状的图案形成，该GMR芯片安装于基板。

专利文献1：日本特开平7-169026号公报

专利文献2：日本特开2002-71381号公报

专利文献3：日本特开2004-6752号公报

专利文献4：日本特开2006-3116号公报

专利文献5：日本特开2003-282996号公报

发明内容

发明要解决的问题