磁気検出装置
【課題】 特に、外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成でき、また集積回路の標準化を可能とした磁気検出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 第１直列回路の第１出力取り出し部から得られる第１の出力波形Ａと、第２直列回路の第２出力取り出し部から得られる第２の出力波形Ｂは、（＋）方向の外部磁界Ｈが第１の磁界強度Ｈ１のとき、及び、（−）方向の外部磁界Ｈが第２の磁界強度Ｈ２のときに夫々交わり、前記第１の磁界強度Ｈ１及び前記第２の磁界強度Ｈ２よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形Ａと前記第２の出力波形Ｂとの出力値の大小関係が反転する。これにより外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成できる。
【解決手段】 第１直列回路の第１出力取り出し部から得られる第１の出力波形Ａと、第２直列回路の第２出力取り出し部から得られる第２の出力波形Ｂは、（＋）方向の外部磁界Ｈが第１の磁界強度Ｈ１のとき、及び、（−）方向の外部磁界Ｈが第２の磁界強度Ｈ２のときに夫々交わり、前記第１の磁界強度Ｈ１及び前記第２の磁界強度Ｈ２よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形Ａと前記第２の出力波形Ｂとの出力値の大小関係が反転する。これにより外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を備えた磁気検出装置に係り、特に、磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成でき、また集積回路の標準化を可能とした磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
折畳み式携帯電話等の電子機器や冷蔵庫等の電化製品の開閉検知に磁気抵抗効果素子を用いた磁気検出装置（磁気センサ）を用いることが可能である。
【０００３】
前記磁気抵抗効果素子は、外部磁界の磁界強度に対して電気抵抗値が変化するため、抵抗変化に基づく電圧変化によって磁気検出装置に侵入する外部磁界の磁界強度の強弱を検知することが可能である。
【０００４】
前記磁気検出装置は、磁気抵抗効果素子や固定抵抗素子を備える抵抗素子部と、前記抵抗素子部に接続され、前記電圧変化に基づいて、オン信号あるいはオフ信号（磁界検知信号）を生成し出力するための集積回路（ＩＣ）とで構成される。
【特許文献１】特開平１０−８２７９５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８１８６号公報
【特許文献３】特開２００４−２０４６６号公報
【特許文献４】特開平１０−１６０７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来では、前記集積回路内に、前記磁界検知信号の生成のために必要な基準電圧を設定するために抵抗等を備えた基準電圧設定回路を設けて、基準電圧を調整することが必要であった。
【０００６】
また基準電圧の調整は、例えば抵抗素子部を変更すればその都度、行う必要があり、かかる場合、集積回路自体を交換しなければならず、また抵抗素子部はそのままでも、基準電圧を変更したい場合には別の基準電圧に調整された集積回路に交換することが必要であったため、従来の構成では、集積回路を標準化できず、コスト高になった。
【０００７】
上記に挙げた各特許文献には、上記した従来課題の認識はなく当然、それに対する解決手段も提示されていない。
【０００８】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成でき、また集積回路の標準化を可能とした磁気検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における磁気検出装置は、
複数の抵抗素子にて構成される第１直列回路及び第２直列回路を備える抵抗素子部と、前記第１直列回路の第１出力取り出し部及び前記第２直列回路の第２出力取り出し部から得られる出力値に基づいて磁界検知信号を生成するための制御部を備える集積回路と、を有し、
少なくとも前記第１直列回路には、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１出力取り出し部から得られる第１の出力波形と、前記第２出力取り出し部から得られる第２の出力波形は、（＋）方向の外部磁界が第１の磁界強度のとき、及び、前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界が第２の磁界強度のときに夫々交わり、
前記第１の磁界強度及び前記第２の磁界強度よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度及び第２の磁界強度よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形と前記第２の出力波形との出力値の大小関係が反転しており、
前記制御部では、前記出力値の大小関係に基づいて前記磁界検知信号を生成することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、前記第１の出力波形と前記第２の出力波形との出力値の大小関係に基づいて磁界検知信号を生成しているので、従来のように、わざわざ、集積回路内に基準電圧設定回路を設ける必要がなく、従来に比べて簡単に検知信号を生成できる。また、本発明では、集積回路側を標準化することも可能である。
【００１１】
また本発明では、前記第２直列回路にも前記磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１の出力波形、および、前記第２の出力波形のどちらか一方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる出力上昇領域を備え、
他方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる出力降下領域を備え、
（＋）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第１の磁界強度のときに交わり、（−）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第２の磁界強度のときに交わる構成であることが好ましい。
【００１２】
また本発明では、前記第１直列回路には第１の磁気抵抗効果素子と第１の固定抵抗素子とを備え、前記第２直列回路には第２の磁気抵抗効果素子と第２の固定抵抗素子とを備え、入力端子側あるいはグランド端子側のどちらか一方に前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の固定抵抗素子が、他方に、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第１の固定抵抗素子が夫々接続されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は同じ膜構成であり、前記第１の固定抵抗素子と前記第２の固定抵抗素子は同じ膜構成であることが、上記した出力上昇領域あるいは出力下降領域を備えた第１の出力波形および第２の出力波形を適切に得ることができるとともに、温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを抑制でき好適である。
【００１３】
また本発明では、前記第１の磁界強度、及び、前記第２の磁界強度を調整するための調整用抵抗を接続可能とした端子部が前記第１直列回路、前記第２直列回路の少なくともいずれか一方に接続して設けられていることが好ましい。
【００１４】
これにより、集積回路を標準化しても、所定の抵抗値から成る調整用抵抗を前記端子部に取り付けるだけで簡単且つ自由に前記第１の磁界強度、及び前記第２の磁界強度を調整できる。
【００１５】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲ素子であることが好ましい。これにより、ヒステリシスが小さい出力波形を適切に得ることができ、適切に外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を生成することが可能である。
【００１６】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子には、膜厚方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層と前記固定磁性層と前記フリー磁性層との間に位置する非磁性中間層との積層部分を備え、無磁場状態での前記固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向は、外部磁界の方向に対して直交方向に揃えられていることが好ましい。これにより第１の磁界強度と第２の磁界強度をほぼ同じ強度に設定でき、外部磁界検知のタイミングを双極にてほぼ同じにすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁気検出装置によれば、外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成でき、また集積回路の標準化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本実施形態の磁気検出装置２０の回路構成図である。
図１に示す本実施形態の磁気検出装置２０は、抵抗素子部２１と集積回路（ＩＣ）２２とを有して構成される。
【００１９】
前記抵抗素子部２１には、第１の磁気抵抗効果素子２３と第１の固定抵抗素子２４とが第１出力取り出し部２５を介して直列接続された第１直列回路２６、第２の磁気抵抗効果素子２７と第２の固定抵抗素子２８とが第２出力取り出し部２９を介して直列接続された第２直列回路３０が設けられる。
【００２０】
図１に示すように前記集積回路２２には、入力端子（電源）３９、グランド端子４２及び外部出力端子４０が設けられている。
【００２１】
また図１に示すように、前記抵抗素子部２１の第１直列回路２６と直列に調整用抵抗（固定抵抗素子）５０を接続するための外付け用端子５１，５２が設けられている。
【００２２】
前記入力端子３９、グランド端子４２および外部出力端子４０は外部に露出しており、夫々図示しない機器側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。また前記外付け用端子５１，５２は、磁気検出装置２０の購入者が、前記磁気検出装置２０の磁気感度を調整すべく、調整用抵抗（固定抵抗）５０を簡単に接続できるように外部に露出していることが望ましい。
【００２３】
図１に示すように集積回路２２内には、差動増幅器３５とコンパレータ３８とを有する制御部３４が設けられている。
【００２４】
前記差動増幅器３５の入力部に、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５及び第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９が夫々、接続されている。
【００２５】
前記コンパレータ３８の入力部は、前記差動増幅器３５の出力部と接続され、前記コンパレータ３８の出力部が前記外部出力端子４０に接続されている。
【００２６】
前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７は、外部磁界の磁界強度変化に基づいて巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を発揮するＧＭＲ素子である。
【００２７】
図１０に示すように、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７は共に、基板７０上に、下から下地層６０，シード層６１、反強磁性層６２、固定磁性層６３、非磁性中間層６４、フリー磁性層６５、及び保護層６６の順で積層されている。前記下地層６０は、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素の非磁性材料で形成される。前記シード層６１は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒで形成される。前記反強磁性層６２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性層６２は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。前記固定磁性層６３及びフリー磁性層６５はＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料で形成される。また前記非磁性中間層６４はＣｕ等で形成される。また前記保護層６６はＴａ等で形成される。前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５は積層フェリ構造（磁性層／非磁性層／磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ２つの磁性層の磁化方向が反平行である構造）であってもよい。また前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。
【００２８】
前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７では、前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記固定磁性層６３の磁化方向は一方向に固定される。図９では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａを矢印方向で示している。第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７において前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａは共に図示Ｘ２方向である。
【００２９】
また、無磁場状態（外部磁界が作用していないとき）での前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７共に、図示Ｘ２方向である。よって無磁場状態では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａと前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは平行状態である。
【００３０】
なお前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは、反平行であってもよいが、以下では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａと前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは平行状態であるとして説明する。
【００３１】
外部磁界Ｈは図示Ｘ方向と直交する図示Ｙ方向に向けて作用する。ここで、Ｙ方向のうち図１０の紙面方向に向う方向を（＋）方向、紙面から離れる方向を（−）方向とする。
【００３２】
図１０のように、固定磁性層６３の磁化方向６３ａとフリー磁性層６５の磁化方向６５ａとが平行状態のとき前記磁気抵抗効果素子２３，２７の電気抵抗値は最も小さくなる。
【００３３】
外部磁界Ｈが前記（＋）方向へ作用すると、前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは、（＋）方向に向けて変化し、（＋）方向の外部磁界Ｈの磁界強度が大きくなるにつれて前記磁気抵抗効果素子２３，２７の電気抵抗値は徐々に大きくなっていく。
【００３４】
また外部磁界Ｈが前記（−）方向へ作用すると、前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは、（−）方向に向けて変化し、（−）方向の外部磁界Ｈの磁界強度が大きくなるにつれて前記磁気抵抗効果素子２３，２７の電気抵抗値は徐々に大きくなっていく。
【００３５】
一方、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８は、いずれも外部磁界Ｈに対して電気抵抗値は変化しない。
【００３６】
図１０に示すように、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８は、前記第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成で形成されるが、前記第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７と異なって、フリー磁性層６５と非磁性中間層６４とが逆積層されている。すなわち、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８は、下から下地層６０、シード層６１、反強磁性層６２、固定磁性層６３、フリー磁性層６５、非磁性中間層６４、及び保護層６６の順に積層される。前記フリー磁性層６５は、前記固定磁性層６３に接して形成されるため、第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７のように外部磁界に対して磁化変動せず、もはやフリー磁性層６５として機能しない（固定磁性層６３と同様に磁化方向が固定された磁性層である）。
【００３７】
このように、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８を、前記第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成で形成することで、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の温度係数（ＴＣＲ）および、各固定抵抗素子２４、２７の温度係数のばらつきを抑制できる。また、図１に示す第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４、及び第２固定抵抗素子２８を、外部磁界Ｈが作用していない無磁場状態（外部磁界ゼロ）において全て同じ電気抵抗値に設定できる。
【００３８】
入力端子３９あるいはグランド端子４２のどちらか一方に、第１磁気抵抗効果素子２３と第２固定抵抗素子２８が、他方に、第２磁気抵抗効果素子２７と第１固定抵抗素子２４が夫々接続されるが、以下では図１のように、第１磁気抵抗効果素子２３と第２固定抵抗素子２８がグランド端子４２側に、第２磁気抵抗効果素子２７と第１固定抵抗素子２４とが入力端子３９側に夫々接続されているものとして説明する。
【００３９】
図１に示す外付け用端子５１，５２に調整用抵抗５０（調整抵抗Ｒ＝０Ω）を接続せず、前記端子部５１，５２間を短絡させると、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５から得られる外部磁界Ｈに対する第１の出力波形Ａと、前記第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９から得られる外部磁界Ｈに対する第２の出力波形Ｂは、図２に示す状態にて現れる。なお、図２は従来技術を示す。
【００４０】
図２に示すように外部磁界Ｈがゼロのとき、第１の出力波形Ａの出力値と第２の出力波形Ｂの出力値は同じ値になるが、それ以外のとき、第１の出力波形Ａの出力値は、第２の出力波形Ｂの出力値よりも常に大きい。よって、差動増幅器３５より得られる差動出力は、外部磁界Ｈに対して常に０（Ｖ）以上か、０（Ｖ）以下となる。このため、図２の出力波形の場合、差動増幅器３５より得られる差動出力に対する基準電圧を０（Ｖ）よりも高い位置、あるいは、０（Ｖ）よりも低い位置に設定すべく、図１の集積回路に抵抗等で構成される基準電圧設定用回路を設けることが必要である。
【００４１】
本実施形態では図１に示す外付け用端子５１，５２に調整用抵抗５０を接続する。これにより、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５から得られる中点電位が変化する。図１の形態では、調整用抵抗５０を接続することで、第１出力取り出し部２５から得られる中点電位は小さくなる。
【００４２】
図３は、抵抗値Ｒが９１Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図４は、抵抗値Ｒが２００Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図５は、抵抗値Ｒが３３０Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図６は、抵抗値Ｒが４３０Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図７は、抵抗値Ｒが５６０Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、である。なお図３ないし図７はいずれもシミュレーション結果であり、ここで挙げた調整用抵抗５０の具体的抵抗値は例示であって、調整用抵抗５０の抵抗範囲を規制するものでなく、また後述する磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）の値も例示である。
【００４３】
第２の出力波形Ｂは、図２ないし図７において変わりないが、第１の出力波形Ａは、前記調整用抵抗５０を接続するとともに、調整抵抗を徐々に大きくすることで、全体的に出力値が低下して、図中の縦軸方向に降下し、前記第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂとが２点で交わるとともに、その交点が変動する。
【００４４】
例えば図４を例に詳しく説明すると、第１の出力波形Ａは、外部磁界Ｈの磁界強度が（＋）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる第１の出力上昇領域Ａ１と、外部磁界Ｈの磁界強度が（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる第２の出力上昇領域Ａ２とを備える。
【００４５】
また、第２の出力波形Ｂは、外部磁界Ｈの磁界強度が（＋）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる第１の出力降下領域Ｂ１と、外部磁界Ｈの磁界強度が（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる第２の出力降下領域Ｂ２とを備える。
【００４６】
図４に示すように、前記第１の出力上昇領域Ａ１と前記第１の出力降下領域Ｂ１は、（＋）方向の外部磁界Ｈが第１の磁界強度Ｈ１のときに交わり、前記第２の出力上昇領域Ａ２と前記第２の出力降下領域Ｂ２は、（−）方向の外部磁界Ｈが第２の磁界強度Ｈ２のときに交わる。
【００４７】
よって、図４に示すように、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも大きい磁界強度のとき、前記第１の出力波形Ａの出力値は、第２の出力波形Ｂの出力値よりも常に高く、一方、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも小さい磁界強度のとき、前記第１の出力波形Ａの出力値は、第２の出力波形Ｂの出力値よりも常に低い状態にある。
【００４８】
したがって差動増幅器３５により得られた差動出力は、図８のように、外部磁界Ｈの磁界強度が絶対値で２０Ｏｅよりも大きいとき常に正値となり、前記磁界強度が絶対値で２０Ｏｅより小さいとき常に負値となる。
【００４９】
図１に示すコンパレータ３８にて、例えば、差動出力が正値の場合、オン信号を生成し、差動出力が負値の場合、オフ信号を生成するように設定する。これにより、外部磁界Ｈの磁界強度が絶対値で２０Ｏｅよりも大きくなると差動出力は正値となってオン信号が生成され、外部磁界Ｈの磁界強度が絶対値で２０Ｏｅよりも小さくなると差動出力は負値となってオフ信号が生成される。
【００５０】
このように、本実施形態では、第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂとが第１の磁界強度Ｈ１のときと第２の磁界強度Ｈ２のときで交わり、しかも前記第１の磁界強度Ｈ１及び前記第２の磁界強度Ｈ２よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形Ａと前記第２の出力波形Ｂとの出力値の大小関係が反転するので、前記制御部３４では、外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する磁界検知信号（オン信号、オフ信号）を生成する際、前記第１の出力波形Ａの出力値が前記第２の出力波形Ｂの出力値よりも大きくなるか、あるいは小さくなるか（図８の差動出力が正値となるか負値となるか）を判別することで、前記磁界検知信号の生成が可能である。
【００５１】
よって従来のように、わざわざ、基準電圧設定用回路を集積回路２２内に設けなくてもよく、また抵抗素子部２１が変更されてもその都度、基準電圧の調整を行う必要がなく、従来に比べて簡単に磁界検知信号を生成できる。
【００５２】
図４では、オン信号とオフ信号が切り換わる外部磁界Ｈの磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は±２０Ｏｅであったが、前記調整用抵抗５０の抵抗値Ｒを変えれば、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）の大きさも変化する。
【００５３】
図３では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±１０Ｏｅ、図５では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±３０Ｏｅ、図６では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±４０Ｏｅ、図７では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±５０Ｏｅである。
【００５４】
よって集積回路２２側を標準化しても、調整用抵抗５０の抵抗値Ｒを変えることで、簡単且つ自由に前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）を変化させることが可能である。このように集積回路２２を標準化して製造できるため製造コストを低減することが可能である。
【００５５】
なお前記コンパレータ３８では、図８に示すように、オン信号生成のための閾値（スレッショルドレベルＬＶ１）を、差動出力０（Ｖ）よりもやや大きい値にて設定し、オフ信号生成の閾値（スレッショルドレベルＬＶ２）を差動出力０（Ｖ）よりもやや小さい値にて設定する（シュミット・トリガー入力）。これにより、チャタリングを防止できる。
【００５６】
図１に示す構成では、第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４、第２固定抵抗素子２８の各抵抗値が同じになるように調整していたが、例えば、磁気抵抗効果素子２３，２７と固定抵抗素子２４，２８の抵抗値を異ならせることで、前記調整用抵抗５０を設けずとも（外付け用端子５１，５２間を短絡）、図３ないし図７に示すように第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを第１の磁界強度Ｈ１と第２の磁界強度Ｈ２にて、交差させることが出来る。
【００５７】
ただし上記の構成の場合でも、図１のように外付け用端子５１，５２を設けて、調整用抵抗５０の接続を可能にすれば、集積回路２２側を標準化しても、簡単且つ自由に前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）を変化させることが可能となる。
【００５８】
また、第１磁気抵抗効果素子２３、および第２磁気抵抗効果素子２７は同じ膜構成であることで温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを小さくできる。また第１固定抵抗素子２４および第２固定抵抗素子２８も同じ膜構成であることで温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを小さくできる。このとき、前記第１固定抵抗素子２４および第２固定抵抗素子２８は前記第１磁気抵抗効果素子２３、および第２磁気抵抗効果素子２７と異なる材料構成であってもよいが、図１０で説明したように材料構成を同じにすることで、簡単に全ての抵抗素子の無磁場状態での抵抗値を一定にでき、しかもより効果的に温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを小さくできる。そして、図１のように外付け用端子５１，５２を設けて、調整用抵抗５０の接続を可能にすることで、安定した温度係数（ＴＣＲ）を有するとともに、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）を簡単且つ自由に変化させることが可能な磁気検出装置を得ることができ、より好適である。
【００５９】
前記磁気抵抗効果素子２３，２７は、例えばＡＭＲ素子でもよいが、図１０に示すように、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲ素子であることが、ヒステリシスが小さい出力波形を適切に得ることができ、適切に外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する検知信号を生成することができ好適である。
【００６０】
また図１０に示すようにＧＭＲ素子で形成された前記磁気抵抗効果素子２３，２７には、膜厚方向に磁化方向が固定された固定磁性層６３と、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層６５と前記固定磁性層６３と前記フリー磁性層６５との間に位置する非磁性中間層６４との積層部分を備え、無磁場状態（外部磁界Ｈがゼロ）での前記固定磁性層６３及びフリー磁性層６５の磁化方向は、外部磁界Ｈの方向（図示Ｙ方向）に対して直交方向（図示Ｘ方向）に揃えられていることが好ましい。なおＧＭＲ素子以外にＴＭＲ素子を用いることも可能である。
【００６１】
これにより図４に示すように、第１の出力波形Ａ及び第２の出力波形Ｂを略Ｖ字形か、あるいは逆略Ｖ字形にできる。しかも、図３ないし図７に示すように、第１の磁界強度Ｈ１と第２の磁界強度Ｈ２をほぼ同じ強度に設定できる。したがって、（＋）方向に外部磁界Ｈが作用した場合、（−）方向に外部磁界Ｈが作用した場合の双方において、同じタイミングで検知信号の生成・出力を行うことが可能である。
【００６２】
本実施形態の磁気検出装置２０は折畳み式携帯電話等の携帯機器や冷蔵庫等の電化製品の例えば開閉検知に使用されるが、かかる場合、磁気検出装置２０には（＋）方向あるいは（−）方向からのどちらかの方向からのみの外部磁界Ｈが作用する。本実施形態の磁気検出装置２０は双極検知が可能なので、磁気検出装置２０に（＋）方向の外部磁界Ｈおよび（−）方向の外部磁界のどちらが作用しても外部磁界Ｈを検知でき、しかもその検知を双極にて同じタイミングで行うことが可能である。よって前記磁気検出装置および磁石の予め定められた取り付け方向に対してどちらか一方を逆に取り付けてしまっても外部磁界Ｈの検知は可能であり、したがって、取り付けの作業性を向上できる。
また本実施形態の磁気検出装置であれば双極検知が必要な用途にも適用できる。
【００６３】
図１の実施形態では、第１直列回路２６に外付け用端子５１，５２が接続して設けられているが、第２直列回路３０に接続して設けられていてもよく、また前記第１直列回路２６及び第２直列回路３０の双方に接続して設けられていてもよい。
【００６４】
また本実施形態では、磁気抵抗効果素子２３，２７は、第１直列回路２６及び第２直列回路３０の双方に設けられているが、例えば第２直列回路３０を構成する２つの抵抗素子を共に固定抵抗素子としてもよい。このとき第２の出力波形Ｂは図９のように出力値が一定の直線状となるが、前記第１の出力波形Ａは略Ｖ字形であり、前記第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂは、（＋）方向及び（−）方向の外部磁界Ｈの対してそれぞれ前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）にて交わるので、図４及び図８にて説明したのと同様に、外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する検知信号を生成する際、前記第１の出力波形Ａの出力値が前記第２の出力波形Ｂとの出力値よりも大きくなるか、あるいは小さくなるか（差動出力が正値となるか負値となるか）を判別することで、前記検知信号の生成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施形態の磁気検出装置の回路構成図、
【図２】調整抵抗Ｒが０Ωのときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図３】調整抵抗Ｒを図２より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図４】調整抵抗Ｒを図３より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図５】調整抵抗Ｒを図４より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図６】調整抵抗Ｒを図５より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図７】調整抵抗Ｒを図６より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図８】差動出力と外部磁界Ｈとの関係を示すグラフ、
【図９】図３ないし図７とは異なる、第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図１０】本実施形態の磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子との断面図、
【符号の説明】
【００６６】
２０ 磁気検出素装置
２１ 抵抗素子部
２２ 集積回路（ＩＣ）
２３ 第１磁気抵抗効果素子
２４ 第１固定抵抗素子
２５ 第１出力取り出し部
２６ 第１直列回路
２７ 第２磁気抵抗効果素子
２８ 第２固定抵抗素子
２９ 第２出力取り出し部
３０ 第２直列回路
３４ 制御部
３５ 差動増幅器
３８ コンパレータ
３９ 入力端子
４０ 外部出力端子
４２ グランド端子
５０ 調整用抵抗
５１、５２ 外付け用端子
６２ 反強磁性層
６３ 固定磁性層
６４ 非磁性中間層
６５ フリー磁性層
６６ 保護層
７０ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を備えた磁気検出装置に係り、特に、磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成でき、また集積回路の標準化を可能とした磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
折畳み式携帯電話等の電子機器や冷蔵庫等の電化製品の開閉検知に磁気抵抗効果素子を用いた磁気検出装置（磁気センサ）を用いることが可能である。
【０００３】
前記磁気抵抗効果素子は、外部磁界の磁界強度に対して電気抵抗値が変化するため、抵抗変化に基づく電圧変化によって磁気検出装置に侵入する外部磁界の磁界強度の強弱を検知することが可能である。
【０００４】
前記磁気検出装置は、磁気抵抗効果素子や固定抵抗素子を備える抵抗素子部と、前記抵抗素子部に接続され、前記電圧変化に基づいて、オン信号あるいはオフ信号（磁界検知信号）を生成し出力するための集積回路（ＩＣ）とで構成される。
【特許文献１】特開平１０−８２７９５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８１８６号公報
【特許文献３】特開２００４−２０４６６号公報
【特許文献４】特開平１０−１６０７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来では、前記集積回路内に、前記磁界検知信号の生成のために必要な基準電圧を設定するために抵抗等を備えた基準電圧設定回路を設けて、基準電圧を調整することが必要であった。
【０００６】
また基準電圧の調整は、例えば抵抗素子部を変更すればその都度、行う必要があり、かかる場合、集積回路自体を交換しなければならず、また抵抗素子部はそのままでも、基準電圧を変更したい場合には別の基準電圧に調整された集積回路に交換することが必要であったため、従来の構成では、集積回路を標準化できず、コスト高になった。
【０００７】
上記に挙げた各特許文献には、上記した従来課題の認識はなく当然、それに対する解決手段も提示されていない。
【０００８】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成でき、また集積回路の標準化を可能とした磁気検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における磁気検出装置は、
複数の抵抗素子にて構成される第１直列回路及び第２直列回路を備える抵抗素子部と、前記第１直列回路の第１出力取り出し部及び前記第２直列回路の第２出力取り出し部から得られる出力値に基づいて磁界検知信号を生成するための制御部を備える集積回路と、を有し、
少なくとも前記第１直列回路には、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１出力取り出し部から得られる第１の出力波形と、前記第２出力取り出し部から得られる第２の出力波形は、（＋）方向の外部磁界が第１の磁界強度のとき、及び、前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界が第２の磁界強度のときに夫々交わり、
前記第１の磁界強度及び前記第２の磁界強度よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度及び第２の磁界強度よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形と前記第２の出力波形との出力値の大小関係が反転しており、
前記制御部では、前記出力値の大小関係に基づいて前記磁界検知信号を生成することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、前記第１の出力波形と前記第２の出力波形との出力値の大小関係に基づいて磁界検知信号を生成しているので、従来のように、わざわざ、集積回路内に基準電圧設定回路を設ける必要がなく、従来に比べて簡単に検知信号を生成できる。また、本発明では、集積回路側を標準化することも可能である。
【００１１】
また本発明では、前記第２直列回路にも前記磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１の出力波形、および、前記第２の出力波形のどちらか一方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる出力上昇領域を備え、
他方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる出力降下領域を備え、
（＋）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第１の磁界強度のときに交わり、（−）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第２の磁界強度のときに交わる構成であることが好ましい。
【００１２】
また本発明では、前記第１直列回路には第１の磁気抵抗効果素子と第１の固定抵抗素子とを備え、前記第２直列回路には第２の磁気抵抗効果素子と第２の固定抵抗素子とを備え、入力端子側あるいはグランド端子側のどちらか一方に前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の固定抵抗素子が、他方に、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第１の固定抵抗素子が夫々接続されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は同じ膜構成であり、前記第１の固定抵抗素子と前記第２の固定抵抗素子は同じ膜構成であることが、上記した出力上昇領域あるいは出力下降領域を備えた第１の出力波形および第２の出力波形を適切に得ることができるとともに、温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを抑制でき好適である。
【００１３】
また本発明では、前記第１の磁界強度、及び、前記第２の磁界強度を調整するための調整用抵抗を接続可能とした端子部が前記第１直列回路、前記第２直列回路の少なくともいずれか一方に接続して設けられていることが好ましい。
【００１４】
これにより、集積回路を標準化しても、所定の抵抗値から成る調整用抵抗を前記端子部に取り付けるだけで簡単且つ自由に前記第１の磁界強度、及び前記第２の磁界強度を調整できる。
【００１５】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲ素子であることが好ましい。これにより、ヒステリシスが小さい出力波形を適切に得ることができ、適切に外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を生成することが可能である。
【００１６】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子には、膜厚方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層と前記固定磁性層と前記フリー磁性層との間に位置する非磁性中間層との積層部分を備え、無磁場状態での前記固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向は、外部磁界の方向に対して直交方向に揃えられていることが好ましい。これにより第１の磁界強度と第２の磁界強度をほぼ同じ強度に設定でき、外部磁界検知のタイミングを双極にてほぼ同じにすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁気検出装置によれば、外部磁界の磁界強度変化に対する磁界検知信号を従来に比べて簡単に生成でき、また集積回路の標準化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本実施形態の磁気検出装置２０の回路構成図である。
図１に示す本実施形態の磁気検出装置２０は、抵抗素子部２１と集積回路（ＩＣ）２２とを有して構成される。
【００１９】
前記抵抗素子部２１には、第１の磁気抵抗効果素子２３と第１の固定抵抗素子２４とが第１出力取り出し部２５を介して直列接続された第１直列回路２６、第２の磁気抵抗効果素子２７と第２の固定抵抗素子２８とが第２出力取り出し部２９を介して直列接続された第２直列回路３０が設けられる。
【００２０】
図１に示すように前記集積回路２２には、入力端子（電源）３９、グランド端子４２及び外部出力端子４０が設けられている。
【００２１】
また図１に示すように、前記抵抗素子部２１の第１直列回路２６と直列に調整用抵抗（固定抵抗素子）５０を接続するための外付け用端子５１，５２が設けられている。
【００２２】
前記入力端子３９、グランド端子４２および外部出力端子４０は外部に露出しており、夫々図示しない機器側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。また前記外付け用端子５１，５２は、磁気検出装置２０の購入者が、前記磁気検出装置２０の磁気感度を調整すべく、調整用抵抗（固定抵抗）５０を簡単に接続できるように外部に露出していることが望ましい。
【００２３】
図１に示すように集積回路２２内には、差動増幅器３５とコンパレータ３８とを有する制御部３４が設けられている。
【００２４】
前記差動増幅器３５の入力部に、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５及び第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９が夫々、接続されている。
【００２５】
前記コンパレータ３８の入力部は、前記差動増幅器３５の出力部と接続され、前記コンパレータ３８の出力部が前記外部出力端子４０に接続されている。
【００２６】
前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７は、外部磁界の磁界強度変化に基づいて巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を発揮するＧＭＲ素子である。
【００２７】
図１０に示すように、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７は共に、基板７０上に、下から下地層６０，シード層６１、反強磁性層６２、固定磁性層６３、非磁性中間層６４、フリー磁性層６５、及び保護層６６の順で積層されている。前記下地層６０は、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素の非磁性材料で形成される。前記シード層６１は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒで形成される。前記反強磁性層６２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性層６２は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。前記固定磁性層６３及びフリー磁性層６５はＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料で形成される。また前記非磁性中間層６４はＣｕ等で形成される。また前記保護層６６はＴａ等で形成される。前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５は積層フェリ構造（磁性層／非磁性層／磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ２つの磁性層の磁化方向が反平行である構造）であってもよい。また前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。
【００２８】
前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７では、前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記固定磁性層６３の磁化方向は一方向に固定される。図９では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａを矢印方向で示している。第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７において前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａは共に図示Ｘ２方向である。
【００２９】
また、無磁場状態（外部磁界が作用していないとき）での前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは、第１磁気抵抗効果素子２３と第２磁気抵抗効果素子２７共に、図示Ｘ２方向である。よって無磁場状態では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａと前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは平行状態である。
【００３０】
なお前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは、反平行であってもよいが、以下では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａと前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは平行状態であるとして説明する。
【００３１】
外部磁界Ｈは図示Ｘ方向と直交する図示Ｙ方向に向けて作用する。ここで、Ｙ方向のうち図１０の紙面方向に向う方向を（＋）方向、紙面から離れる方向を（−）方向とする。
【００３２】
図１０のように、固定磁性層６３の磁化方向６３ａとフリー磁性層６５の磁化方向６５ａとが平行状態のとき前記磁気抵抗効果素子２３，２７の電気抵抗値は最も小さくなる。
【００３３】
外部磁界Ｈが前記（＋）方向へ作用すると、前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは、（＋）方向に向けて変化し、（＋）方向の外部磁界Ｈの磁界強度が大きくなるにつれて前記磁気抵抗効果素子２３，２７の電気抵抗値は徐々に大きくなっていく。
【００３４】
また外部磁界Ｈが前記（−）方向へ作用すると、前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは、（−）方向に向けて変化し、（−）方向の外部磁界Ｈの磁界強度が大きくなるにつれて前記磁気抵抗効果素子２３，２７の電気抵抗値は徐々に大きくなっていく。
【００３５】
一方、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８は、いずれも外部磁界Ｈに対して電気抵抗値は変化しない。
【００３６】
図１０に示すように、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８は、前記第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成で形成されるが、前記第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７と異なって、フリー磁性層６５と非磁性中間層６４とが逆積層されている。すなわち、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８は、下から下地層６０、シード層６１、反強磁性層６２、固定磁性層６３、フリー磁性層６５、非磁性中間層６４、及び保護層６６の順に積層される。前記フリー磁性層６５は、前記固定磁性層６３に接して形成されるため、第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７のように外部磁界に対して磁化変動せず、もはやフリー磁性層６５として機能しない（固定磁性層６３と同様に磁化方向が固定された磁性層である）。
【００３７】
このように、第１固定抵抗素子２４、及び、第２固定抵抗素子２８を、前記第１磁気抵抗効果素子２３や第２磁気抵抗効果素子２７と同じ材料構成で形成することで、前記第１磁気抵抗効果素子２３及び第２磁気抵抗効果素子２７の温度係数（ＴＣＲ）および、各固定抵抗素子２４、２７の温度係数のばらつきを抑制できる。また、図１に示す第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４、及び第２固定抵抗素子２８を、外部磁界Ｈが作用していない無磁場状態（外部磁界ゼロ）において全て同じ電気抵抗値に設定できる。
【００３８】
入力端子３９あるいはグランド端子４２のどちらか一方に、第１磁気抵抗効果素子２３と第２固定抵抗素子２８が、他方に、第２磁気抵抗効果素子２７と第１固定抵抗素子２４が夫々接続されるが、以下では図１のように、第１磁気抵抗効果素子２３と第２固定抵抗素子２８がグランド端子４２側に、第２磁気抵抗効果素子２７と第１固定抵抗素子２４とが入力端子３９側に夫々接続されているものとして説明する。
【００３９】
図１に示す外付け用端子５１，５２に調整用抵抗５０（調整抵抗Ｒ＝０Ω）を接続せず、前記端子部５１，５２間を短絡させると、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５から得られる外部磁界Ｈに対する第１の出力波形Ａと、前記第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９から得られる外部磁界Ｈに対する第２の出力波形Ｂは、図２に示す状態にて現れる。なお、図２は従来技術を示す。
【００４０】
図２に示すように外部磁界Ｈがゼロのとき、第１の出力波形Ａの出力値と第２の出力波形Ｂの出力値は同じ値になるが、それ以外のとき、第１の出力波形Ａの出力値は、第２の出力波形Ｂの出力値よりも常に大きい。よって、差動増幅器３５より得られる差動出力は、外部磁界Ｈに対して常に０（Ｖ）以上か、０（Ｖ）以下となる。このため、図２の出力波形の場合、差動増幅器３５より得られる差動出力に対する基準電圧を０（Ｖ）よりも高い位置、あるいは、０（Ｖ）よりも低い位置に設定すべく、図１の集積回路に抵抗等で構成される基準電圧設定用回路を設けることが必要である。
【００４１】
本実施形態では図１に示す外付け用端子５１，５２に調整用抵抗５０を接続する。これにより、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５から得られる中点電位が変化する。図１の形態では、調整用抵抗５０を接続することで、第１出力取り出し部２５から得られる中点電位は小さくなる。
【００４２】
図３は、抵抗値Ｒが９１Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図４は、抵抗値Ｒが２００Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図５は、抵抗値Ｒが３３０Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図６は、抵抗値Ｒが４３０Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、図７は、抵抗値Ｒが５６０Ωの調整用抵抗５０を接続した場合の第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを示すグラフ、である。なお図３ないし図７はいずれもシミュレーション結果であり、ここで挙げた調整用抵抗５０の具体的抵抗値は例示であって、調整用抵抗５０の抵抗範囲を規制するものでなく、また後述する磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）の値も例示である。
【００４３】
第２の出力波形Ｂは、図２ないし図７において変わりないが、第１の出力波形Ａは、前記調整用抵抗５０を接続するとともに、調整抵抗を徐々に大きくすることで、全体的に出力値が低下して、図中の縦軸方向に降下し、前記第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂとが２点で交わるとともに、その交点が変動する。
【００４４】
例えば図４を例に詳しく説明すると、第１の出力波形Ａは、外部磁界Ｈの磁界強度が（＋）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる第１の出力上昇領域Ａ１と、外部磁界Ｈの磁界強度が（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる第２の出力上昇領域Ａ２とを備える。
【００４５】
また、第２の出力波形Ｂは、外部磁界Ｈの磁界強度が（＋）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる第１の出力降下領域Ｂ１と、外部磁界Ｈの磁界強度が（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる第２の出力降下領域Ｂ２とを備える。
【００４６】
図４に示すように、前記第１の出力上昇領域Ａ１と前記第１の出力降下領域Ｂ１は、（＋）方向の外部磁界Ｈが第１の磁界強度Ｈ１のときに交わり、前記第２の出力上昇領域Ａ２と前記第２の出力降下領域Ｂ２は、（−）方向の外部磁界Ｈが第２の磁界強度Ｈ２のときに交わる。
【００４７】
よって、図４に示すように、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも大きい磁界強度のとき、前記第１の出力波形Ａの出力値は、第２の出力波形Ｂの出力値よりも常に高く、一方、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも小さい磁界強度のとき、前記第１の出力波形Ａの出力値は、第２の出力波形Ｂの出力値よりも常に低い状態にある。
【００４８】
したがって差動増幅器３５により得られた差動出力は、図８のように、外部磁界Ｈの磁界強度が絶対値で２０Ｏｅよりも大きいとき常に正値となり、前記磁界強度が絶対値で２０Ｏｅより小さいとき常に負値となる。
【００４９】
図１に示すコンパレータ３８にて、例えば、差動出力が正値の場合、オン信号を生成し、差動出力が負値の場合、オフ信号を生成するように設定する。これにより、外部磁界Ｈの磁界強度が絶対値で２０Ｏｅよりも大きくなると差動出力は正値となってオン信号が生成され、外部磁界Ｈの磁界強度が絶対値で２０Ｏｅよりも小さくなると差動出力は負値となってオフ信号が生成される。
【００５０】
このように、本実施形態では、第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂとが第１の磁界強度Ｈ１のときと第２の磁界強度Ｈ２のときで交わり、しかも前記第１の磁界強度Ｈ１及び前記第２の磁界強度Ｈ２よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度Ｈ１及び第２の磁界強度Ｈ２よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形Ａと前記第２の出力波形Ｂとの出力値の大小関係が反転するので、前記制御部３４では、外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する磁界検知信号（オン信号、オフ信号）を生成する際、前記第１の出力波形Ａの出力値が前記第２の出力波形Ｂの出力値よりも大きくなるか、あるいは小さくなるか（図８の差動出力が正値となるか負値となるか）を判別することで、前記磁界検知信号の生成が可能である。
【００５１】
よって従来のように、わざわざ、基準電圧設定用回路を集積回路２２内に設けなくてもよく、また抵抗素子部２１が変更されてもその都度、基準電圧の調整を行う必要がなく、従来に比べて簡単に磁界検知信号を生成できる。
【００５２】
図４では、オン信号とオフ信号が切り換わる外部磁界Ｈの磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は±２０Ｏｅであったが、前記調整用抵抗５０の抵抗値Ｒを変えれば、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）の大きさも変化する。
【００５３】
図３では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±１０Ｏｅ、図５では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±３０Ｏｅ、図６では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±４０Ｏｅ、図７では、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）は、±５０Ｏｅである。
【００５４】
よって集積回路２２側を標準化しても、調整用抵抗５０の抵抗値Ｒを変えることで、簡単且つ自由に前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）を変化させることが可能である。このように集積回路２２を標準化して製造できるため製造コストを低減することが可能である。
【００５５】
なお前記コンパレータ３８では、図８に示すように、オン信号生成のための閾値（スレッショルドレベルＬＶ１）を、差動出力０（Ｖ）よりもやや大きい値にて設定し、オフ信号生成の閾値（スレッショルドレベルＬＶ２）を差動出力０（Ｖ）よりもやや小さい値にて設定する（シュミット・トリガー入力）。これにより、チャタリングを防止できる。
【００５６】
図１に示す構成では、第１磁気抵抗効果素子２３、第２磁気抵抗効果素子２７、第１固定抵抗素子２４、第２固定抵抗素子２８の各抵抗値が同じになるように調整していたが、例えば、磁気抵抗効果素子２３，２７と固定抵抗素子２４，２８の抵抗値を異ならせることで、前記調整用抵抗５０を設けずとも（外付け用端子５１，５２間を短絡）、図３ないし図７に示すように第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂを第１の磁界強度Ｈ１と第２の磁界強度Ｈ２にて、交差させることが出来る。
【００５７】
ただし上記の構成の場合でも、図１のように外付け用端子５１，５２を設けて、調整用抵抗５０の接続を可能にすれば、集積回路２２側を標準化しても、簡単且つ自由に前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）を変化させることが可能となる。
【００５８】
また、第１磁気抵抗効果素子２３、および第２磁気抵抗効果素子２７は同じ膜構成であることで温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを小さくできる。また第１固定抵抗素子２４および第２固定抵抗素子２８も同じ膜構成であることで温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを小さくできる。このとき、前記第１固定抵抗素子２４および第２固定抵抗素子２８は前記第１磁気抵抗効果素子２３、および第２磁気抵抗効果素子２７と異なる材料構成であってもよいが、図１０で説明したように材料構成を同じにすることで、簡単に全ての抵抗素子の無磁場状態での抵抗値を一定にでき、しかもより効果的に温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを小さくできる。そして、図１のように外付け用端子５１，５２を設けて、調整用抵抗５０の接続を可能にすることで、安定した温度係数（ＴＣＲ）を有するとともに、前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）を簡単且つ自由に変化させることが可能な磁気検出装置を得ることができ、より好適である。
【００５９】
前記磁気抵抗効果素子２３，２７は、例えばＡＭＲ素子でもよいが、図１０に示すように、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲ素子であることが、ヒステリシスが小さい出力波形を適切に得ることができ、適切に外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する検知信号を生成することができ好適である。
【００６０】
また図１０に示すようにＧＭＲ素子で形成された前記磁気抵抗効果素子２３，２７には、膜厚方向に磁化方向が固定された固定磁性層６３と、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層６５と前記固定磁性層６３と前記フリー磁性層６５との間に位置する非磁性中間層６４との積層部分を備え、無磁場状態（外部磁界Ｈがゼロ）での前記固定磁性層６３及びフリー磁性層６５の磁化方向は、外部磁界Ｈの方向（図示Ｙ方向）に対して直交方向（図示Ｘ方向）に揃えられていることが好ましい。なおＧＭＲ素子以外にＴＭＲ素子を用いることも可能である。
【００６１】
これにより図４に示すように、第１の出力波形Ａ及び第２の出力波形Ｂを略Ｖ字形か、あるいは逆略Ｖ字形にできる。しかも、図３ないし図７に示すように、第１の磁界強度Ｈ１と第２の磁界強度Ｈ２をほぼ同じ強度に設定できる。したがって、（＋）方向に外部磁界Ｈが作用した場合、（−）方向に外部磁界Ｈが作用した場合の双方において、同じタイミングで検知信号の生成・出力を行うことが可能である。
【００６２】
本実施形態の磁気検出装置２０は折畳み式携帯電話等の携帯機器や冷蔵庫等の電化製品の例えば開閉検知に使用されるが、かかる場合、磁気検出装置２０には（＋）方向あるいは（−）方向からのどちらかの方向からのみの外部磁界Ｈが作用する。本実施形態の磁気検出装置２０は双極検知が可能なので、磁気検出装置２０に（＋）方向の外部磁界Ｈおよび（−）方向の外部磁界のどちらが作用しても外部磁界Ｈを検知でき、しかもその検知を双極にて同じタイミングで行うことが可能である。よって前記磁気検出装置および磁石の予め定められた取り付け方向に対してどちらか一方を逆に取り付けてしまっても外部磁界Ｈの検知は可能であり、したがって、取り付けの作業性を向上できる。
また本実施形態の磁気検出装置であれば双極検知が必要な用途にも適用できる。
【００６３】
図１の実施形態では、第１直列回路２６に外付け用端子５１，５２が接続して設けられているが、第２直列回路３０に接続して設けられていてもよく、また前記第１直列回路２６及び第２直列回路３０の双方に接続して設けられていてもよい。
【００６４】
また本実施形態では、磁気抵抗効果素子２３，２７は、第１直列回路２６及び第２直列回路３０の双方に設けられているが、例えば第２直列回路３０を構成する２つの抵抗素子を共に固定抵抗素子としてもよい。このとき第２の出力波形Ｂは図９のように出力値が一定の直線状となるが、前記第１の出力波形Ａは略Ｖ字形であり、前記第１の出力波形Ａと第２の出力波形Ｂは、（＋）方向及び（−）方向の外部磁界Ｈの対してそれぞれ前記磁界強度Ｈ１，Ｈ２（感度磁界）にて交わるので、図４及び図８にて説明したのと同様に、外部磁界Ｈの磁界強度変化に対する検知信号を生成する際、前記第１の出力波形Ａの出力値が前記第２の出力波形Ｂとの出力値よりも大きくなるか、あるいは小さくなるか（差動出力が正値となるか負値となるか）を判別することで、前記検知信号の生成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施形態の磁気検出装置の回路構成図、
【図２】調整抵抗Ｒが０Ωのときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図３】調整抵抗Ｒを図２より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図４】調整抵抗Ｒを図３より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図５】調整抵抗Ｒを図４より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図６】調整抵抗Ｒを図５より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図７】調整抵抗Ｒを図６より大きくしたときの外部磁界Ｈと第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図８】差動出力と外部磁界Ｈとの関係を示すグラフ、
【図９】図３ないし図７とは異なる、第１の出力波形Ａおよび第２の出力波形Ｂとの関係を示すグラフ、
【図１０】本実施形態の磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子との断面図、
【符号の説明】
【００６６】
２０ 磁気検出素装置
２１ 抵抗素子部
２２ 集積回路（ＩＣ）
２３ 第１磁気抵抗効果素子
２４ 第１固定抵抗素子
２５ 第１出力取り出し部
２６ 第１直列回路
２７ 第２磁気抵抗効果素子
２８ 第２固定抵抗素子
２９ 第２出力取り出し部
３０ 第２直列回路
３４ 制御部
３５ 差動増幅器
３８ コンパレータ
３９ 入力端子
４０ 外部出力端子
４２ グランド端子
５０ 調整用抵抗
５１、５２ 外付け用端子
６２ 反強磁性層
６３ 固定磁性層
６４ 非磁性中間層
６５ フリー磁性層
６６ 保護層
７０ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の抵抗素子にて構成される第１直列回路及び第２直列回路を備える抵抗素子部と、前記第１直列回路の第１出力取り出し部及び前記第２直列回路の第２出力取り出し部から得られる出力値に基づいて磁界検知信号を生成するための制御部を備える集積回路と、を有し、
少なくとも前記第１直列回路には、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１出力取り出し部から得られる第１の出力波形と、前記第２出力取り出し部から得られる第２の出力波形は、（＋）方向の外部磁界が第１の磁界強度のとき、及び、前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界が第２の磁界強度のときに夫々交わり、
前記第１の磁界強度及び前記第２の磁界強度よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度及び第２の磁界強度よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形と前記第２の出力波形との出力値の大小関係が反転しており、
前記制御部では、前記出力値の大小関係に基づいて前記磁界検知信号を生成することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記第２直列回路にも前記磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１の出力波形、および、前記第２の出力波形のどちらか一方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる出力上昇領域を備え、
他方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる出力降下領域を備え、
（＋）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第１の磁界強度のときに交わり、（−）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第２の磁界強度のときに交わる請求項１記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記第１直列回路には第１の磁気抵抗効果素子と第１の固定抵抗素子とを備え、前記第２直列回路には第２の磁気抵抗効果素子と第２の固定抵抗素子とを備え、入力端子側あるいはグランド端子側のどちらか一方に前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の固定抵抗素子が、他方に、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第１の固定抵抗素子が夫々接続されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は同じ膜構成であり、前記第１の固定抵抗素子と前記第２の固定抵抗素子は同じ膜構成である請求項２記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記第１の磁界強度、及び、前記第２の磁界強度を調整するための調整用抵抗を接続可能とした端子部が前記第１直列回路、前記第２直列回路の少なくともいずれか一方に接続して設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲ素子である請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果素子には、膜厚方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層と前記固定磁性層と前記フリー磁性層との間に位置する非磁性中間層との積層部分を備え、無磁場状態での前記固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向は、外部磁界の方向に対して直交方向に揃えられている請求項５記載の磁気検出装置。
【請求項１】
複数の抵抗素子にて構成される第１直列回路及び第２直列回路を備える抵抗素子部と、前記第１直列回路の第１出力取り出し部及び前記第２直列回路の第２出力取り出し部から得られる出力値に基づいて磁界検知信号を生成するための制御部を備える集積回路と、を有し、
少なくとも前記第１直列回路には、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１出力取り出し部から得られる第１の出力波形と、前記第２出力取り出し部から得られる第２の出力波形は、（＋）方向の外部磁界が第１の磁界強度のとき、及び、前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界が第２の磁界強度のときに夫々交わり、
前記第１の磁界強度及び前記第２の磁界強度よりも大きい磁界強度のときと、前記第１の磁界強度及び第２の磁界強度よりも小さい磁界強度のときとで、前記第１の出力波形と前記第２の出力波形との出力値の大小関係が反転しており、
前記制御部では、前記出力値の大小関係に基づいて前記磁界検知信号を生成することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記第２直列回路にも前記磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１の出力波形、および、前記第２の出力波形のどちらか一方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に大きくなる出力上昇領域を備え、
他方は、外部磁界の磁界強度が（＋）方向および（−）方向に大きくなるにつれて、出力値が徐々に小さくなる出力降下領域を備え、
（＋）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第１の磁界強度のときに交わり、（−）方向の外部磁界側に現れる出力上昇領域と出力降下領域は、前記第２の磁界強度のときに交わる請求項１記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記第１直列回路には第１の磁気抵抗効果素子と第１の固定抵抗素子とを備え、前記第２直列回路には第２の磁気抵抗効果素子と第２の固定抵抗素子とを備え、入力端子側あるいはグランド端子側のどちらか一方に前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の固定抵抗素子が、他方に、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第１の固定抵抗素子が夫々接続されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は同じ膜構成であり、前記第１の固定抵抗素子と前記第２の固定抵抗素子は同じ膜構成である請求項２記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記第１の磁界強度、及び、前記第２の磁界強度を調整するための調整用抵抗を接続可能とした端子部が前記第１直列回路、前記第２直列回路の少なくともいずれか一方に接続して設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用したＧＭＲ素子である請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果素子には、膜厚方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層と前記固定磁性層と前記フリー磁性層との間に位置する非磁性中間層との積層部分を備え、無磁場状態での前記固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向は、外部磁界の方向に対して直交方向に揃えられている請求項５記載の磁気検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９０５７１（Ｐ２０１０−１９０５７１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４４６８６（Ｐ２００７−１４４６８６）
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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