磁傳感器的製作方法

2023-12-09 17:10:26

專利名稱：磁傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種設置有磁電阻效應元件和產生加於上述磁電阻效應元件的磁場的線圈的磁傳感器。
背景技術：
此前，眾所周知有採用巨型磁電阻效應元件(GMR元件)、或者磁隧道效應元件(TMR元件)等磁電阻效應元件作為磁場檢測元件的磁傳感器。如圖33所示，這樣的磁傳感器設置有用來把偏置磁場加於磁電阻效應元件100上的線圈110。這種情況下，線圈110形成為渦旋狀，磁電阻效應元件100形成在該線圈110的渦旋周部上方。流經位於該磁電阻效應元件100正下方的線圈110的各導線的電流產生對磁電阻效應元件100的偏置磁場。
但是，按照上述現有技術，線圈110中不直接形成上述偏置磁場的部分多，使得該線圈110的佔有面積大，因此該線圈110成為使磁傳感器小型化的障礙。另外，由於線圈110的全長越長其電阻就越大，所以用來產生偏置磁場的耗電量就大，或者，因電源電壓而引起不能確保所必需的電流，而難以形成所希望的偏置磁場。

發明內容
本發明的目的之一正是要解決上述課題，本發明的磁傳感器設置有薄膜狀的磁電阻效應元件、形成在與上述磁電阻效應元件的膜平面平行的面內來產生施加於該磁電阻效應元件的磁場的線圈；其特徵在於所述線圈由平面看形成渦旋的第一導線和平面看形成渦旋的第二導線構成；所述磁電阻效應元件平面看配置在所述第一導線的渦旋中心和所述第二導線的渦旋中心之間；上述第一導線和所述第二導線相連接，以使大致相同方向的電流流入位於平面上看與所述磁電阻效應元件重疊的部分的所述第一導線的部分和位於平面上看與該磁電阻效應元件重疊的部分的所述第二導線的部分。上述磁電阻效應元件中包括巨型磁電阻效應元件和磁隧道效應元件。
依據該構成，磁電阻效應元件配置在平面上看渦旋狀的第一導線的渦旋中心和平面上看渦旋狀的第二導線的渦旋中心之間，並且大致相同方向的電流流入位於平面上看與所述磁電阻效應元件重疊的部分的所述第一導線的部分和位於平面上看與該磁電阻效應元件重疊的部分的所述第二導線的部分。結果，由於能夠使用形成線圈的導線的大部分來產生施加於磁電阻效應元件的磁場，所以可以減少線圈的佔有面積。
這種情況下，位於平面上看與上述磁電阻效應元件重疊的部分的上述第一導線的部分和位於平面上看與該磁電阻效應元件重疊的部分的上述第二導線的部分最好形成為相互平行的直線狀。
這樣，由於在通過磁電阻效應元件的正下方(平面是看位於與磁電阻效應元件重疊的部分)的各導線中流過平行的電流，各導線內流入的電流所產生的各磁場不會相互抵消。因此，可以有效地產生施加於磁電阻效應元件的磁場(不會無效地耗電)。
另外，最好位於平面上看與上述磁電阻效應元件重疊的部分的上述第一和上述第二導線的寬度相互相等，並且與位於其他部分的該第一和該第二導線的寬度不同。
這樣，在通過磁電阻效應元件的正下方的各導線中流過為產生規定大小的磁場所必要大小的電流的情況下，可降低線圈整體的電阻值，從而能夠降低耗電。
在這樣的磁傳感器中，上述線圈可以用作產生確認上述磁電阻效應元件是否正常發揮作用的磁場的線圈。又，在上述磁電阻效應元件是包含自由層和釘扎層的磁電阻效應元件(例如巨型磁電阻效應元件)的情況下，上述線圈可以用作產生初始化上述自由層的磁化方向的磁場的線圈。進一步，在上述磁電阻效應元件是磁隧道效應元件的情況下，上述線圈也可以用來作為產生上述磁隧道效應元件檢測施加在該元件上的磁場的偏置磁場的線圈。
具有本發明其他特徵的磁傳感器設置有基板、形成在上述基板上的第一磁檢測部、形成在上述基板上的、第一檢查用線圈、第二檢查用線圈、電流供給源、把上述第一檢查用線圈和上述第二檢查用線圈串聯連接在上述電流供給源上的連接導線和通電控制電路；第一方向內的第一指向的磁場大小越大所述第一磁檢測部呈現越大的物理量，同時該第一方向內與該第一指向相反的指向的磁場大小越大呈現越小的物理量；在與上述第一方向相交(例如正交)的第二方向內的第二指向的磁場大小越大所述第二磁檢測部呈現越大的物理量，同時該第二方向內與該第二指向相反的指向的磁場大小越大呈現越小的物理量；所述第一檢查用線圈或配置在上述第一磁檢測部附近或在上述基板內埋設在上述第一磁檢測部的下方，同時根據流入的電流在上述第一方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加在該第一磁檢測部上；所述第二檢查用線圈或配置在上述第二磁檢測部附近或在上述基板內埋設在上述第二磁檢測部的下方，同時根據流入的電流在上述第二方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加在該第二磁檢測部上；所述通電控制電路插入連接在由上述電流供給源、上述第一檢查用線圈、上述第二檢查用線圈以及上述連接導線構成的閉合迴路上，並把該第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈的狀態切換為讓來自該電流供給源的電流流過的通電狀態和關斷該電流的非通電狀態的某一個狀態。
該磁傳感器在基板上至少設置有兩個磁檢測部。這樣的磁檢測部既可以是磁電阻效應元件本身，也可以是將多個磁電阻效應元件連接成例如橋式電路的形狀。在第一方向內的第一指向上的磁場大小越大時，作為該磁檢測部之一的第一磁檢測部呈現越大的物理量，而在第一方向內的與第一指向相反的指向上的磁場越大時呈現越小的物理量。在與上述第一方向相交的第二方向內的第二指向上的磁場大小越大時，作為磁檢測部另一個的第二磁檢測部呈現越大的物理量，而在該第二方向內的與第二指向相反的指向上的磁場越大時呈現越小的物理量。物理量既可以是電阻值，也可以是電壓值。
進一步，該磁傳感器包括在第一方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加到第一磁檢測部上的第一檢查用線圈、在第二方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加到第二磁檢測部上的第二檢查用線圈、電流供給源、連接導線以及通電控制電路，第一檢查用線圈和第二檢查用線圈用連接導線串聯連接在電流供給源上，並且該第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈的狀態由通電控制電路控制成通電狀態和非通電狀態中的某一種狀態。這種情況下，既可以把上述渦旋狀的第一、第二導線連接起來形成第一檢查用線圈和第二檢查用線圈，也可以是圖33所示的形狀。
這樣，由於第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈串聯連接在電流供給源上，流入這些線圈中的電流的大小總是相同，所以第一檢查用線圈向第一磁檢測部施加的磁場的大小就與該第二檢查用線圈向第二磁檢測部施加的磁場的大小之比容易定成預定的值(例如為「1」)。結果，可以判定第一檢測部呈現的物理量和第二檢測部呈現的物理量之比是否為預定的值(例如為「1」)。
舉一具體例來說明這一點，在第一磁檢測部被施加了第一指向的給定大小的磁場時呈現第一大小的物理量，第二磁檢測部被施加了第二指向的與該給定大小相同大小的磁場時就呈現與第一大小相同大小的物理量。並且，第一檢查用線圈在流入(某一方向的)給定大小的電流時，其形狀以及圈數等能使得向第一磁檢測部施加第一指向上的給定大小Hb的磁場，同時第二檢查用線圈在給定指向上流入與上述給定大小相同大小的電流時，其形狀以及圈數等能使得向第二磁檢測部施加第二指向上的給定大小Hb的磁場。
這種情況下，依據上述構成，由於第一檢查用線圈和第二檢查用線圈與電流供給源串聯連接，所以與通電控制電路的特性(例如在該通電控制電路設置有在上述通電狀態和非通電狀態之間切換狀態的開關電晶體的情況下，該開關電晶體的電阻)無關，在該第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈中總是流入相同大小的電流。因此，第一檢查用線圈和第二檢查用線圈在上述各對應的指向上向各對應的磁檢測部施加相同大小Hb的磁場。
這樣，由於可以讓第一、第二磁檢測部呈現相同大小的物理量(即上述比為「1」)，如果該第一、第二磁檢測部所呈現的物理量的差大於規定值，就可以判定該第一、第二磁檢測部失去平衡(均衡)。
即，與上述本發明的特徵不同，在針對第一檢查用線圈的電流供給源和通電控制電路與針對第二檢查用線圈的電流供給源和通電控制電路相互獨立形成的情況下，由於兩個電流供給電路和兩個通電控制電路的特性上的離散，很難使相同大小的電流流經該第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈，會出現該第一檢查用線圈所產生的磁場大小和該第二檢查用線圈所產生的磁場大小不相同的情況，因此，這時即使第一磁檢測部呈現的物理量和第二磁檢測部呈現的物理量不相同，也不一定能判定兩檢測部失去均衡。
對此，依據上述本發明的特徵，由於第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈串聯連接，使用共同的電流供給源和通電控制電路，所以不會發生在這些線圈中流入的電流大小不同的情況，可以確切地判定第一磁檢測部和第二磁檢測部特性的不均衡。第一檢查用線圈和第二檢查用線圈既可以與第一磁檢測部和第二磁檢測部分體構成，也可以與第一磁檢測部和第二磁檢測部形成在同一基板上。特別是，當第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈與第一磁檢測部和第二磁檢測部形成在同一基板內的情況下，可以提供具有檢查部的小型並且價廉的單一晶片所構成的磁傳感器。
又，這樣的磁傳感器最好設置有根據來自外部的指示信號選擇上述第一磁檢測部和上述第二磁檢測部的某一個同時檢測所選擇的磁檢測部呈現的物理量的檢測電路和產生上述指示信號的控制電路；同時，上述第一磁檢測部在上述第一方向內的第一指向上被施加了給定大小的磁場時呈現第一大小的上述物理量，而在上述第一方向內的與第一指向相反的指向上被施加了給定大小的磁場時呈現與上述第一大小不同的第二大小的上述物理量；上述第二磁檢測部在上述第二方向內的第二指向上被施加了給定大小的磁場時呈現第一大小的上述物理量，而在上述第二方向內的與第二指向相反的指向上被施加了給定大小的磁場時呈現與上述第一大小不同的第二大小的上述物理量；上述第一檢查用線圈和上述第二檢查用線圈在該第一檢查用線圈中沿規定方向流入給定大小的電流時，其第一檢查用線圈向上述第一磁檢測部施加在上述第一指向上的給定大小的磁場，同時該第二檢查用線圈向上述第二磁檢測部施加在與上述第二指向相反的指向上的該給定大小的磁場；在該第一檢查用線圈中沿與該給定方向相反方向流入給定大小的電流時，其第一檢查用線圈向上述第一磁檢測部施加在與上述第一指向相反的指向上的給定大小的磁場，同時該第二檢查用線圈向上述第二磁檢測部施加在上述第二指向上的該給定大小的磁場。
這樣，由於在第一檢查用線圈中沿給定方向流入給定大小的電流時，在上述第一方向內的第一指向上向第一磁檢測部施加給定大小的磁場，所以檢測電路根據來自外部的指示信號選擇第一磁檢測部並檢測該第一磁檢測部呈現的物理量時，只要該檢測電路的選擇功能正常，其檢測結果就應當是第一大小(與第一大小實質上相同的大小)的物理量。
同樣，由於在第一檢查用線圈中沿給定方向流入給定大小的電流時，在與上述第二指向相反的指向上向第二磁檢測部施加給定大小的磁場，所以檢測電路根據來自外部的指示信號選擇第二磁檢測部並檢測該第二磁檢測部呈現的物理量時，只要該檢測電路的選擇功能正常，其檢測結果就應當是與第一大小不同的第二大小(與第二大小實質上相同的大小)的物理量。
對此，如果檢測電路的選擇功能不正常，儘管外部指示信號指示選擇第一磁檢測部，檢測電路選擇第二磁檢測部的情況下，在第一檢查用線圈中沿給定方向流入給定大小的電流時，由第二檢查用線圈向第二磁檢測部在與上述第二指向相反的指向上施加給定大小的磁場，所以檢測電路的檢測結果就為與預測的第一大小不同的第二大小(與第二大小實質上相同大小)的物理量。
同樣，如果檢測電路的選擇功能不正常，儘管外部指示信號指示選擇第二磁檢測部，檢測電路選擇第一磁檢測部的情況下，在第 檢查用線圈中沿給定方向流入給定大小的電流時，由第一檢查用線圈向第一磁檢測部在與上述第一指向上施加給定大小的磁場，所以檢測電路的檢測結果就為與預測的第二大小不同的第一大小(與第一大小實質上相同大小)的物理量。
即，在上述構成的磁傳感器中，如果檢測電路的選擇功能異常，根據在第一檢查用線圈中沿給定方向流入給定大小的電流時的指示信號選擇第一磁檢測部的物理量，檢測結果的檢測量本來預想是第一大小，卻變成第二大小，又，根據在第一檢查用線圈中沿給定方向流入給定大小的電流時的指示信號選擇第二磁檢測部的物理量，檢測結果的檢測量本來預想是第二大小，卻變成第一大小，所以基於這樣的指示信號和檢測結果的組合就可以判定磁傳感器(檢測電路的選擇功能)是否異常。
控制電路在第一檢查用線圈中沿與給定方向相反方向流入給定大小的電流時的情況也一樣，如果檢測電路的選擇功能異常，根據指示信號檢測第一磁檢測部的物理量時，本來預想其檢測量應是第二大小，卻變成第一大小，又，根據指示信號檢測第二磁檢測部的物理量時，本來預想其檢測量應是第一大小，卻變成第二大小，所以基於這樣的指示信號和檢測結果的組合就可以判定磁傳感器(檢測電路的選擇功能)是否異常。
因此，依據具有以上構成的磁傳感器，根據來自外部的指示信號預定的檢測值和實際的檢測值不同時，可以判定檢測電路(磁傳感器)異常。此外，如果具有這樣的構成，如上所述，由於可以容易進行各種異常判斷，所以可以任意選擇是否進行上述的第一磁檢測部和第二磁檢測部之間失去均衡與否的判定。


圖1是按照本發明第一實施例的磁傳感器的概略平面圖。
圖2是圖1所示磁傳感器的磁隧道效應元件(組)和偏置磁場用線圈的部分放大平面圖。
圖3是在沿圖2的1-1線的平面切斷磁隧道效應元件以及偏置磁場用線圈的截面圖。
圖4是在沿圖2的2-2線的平面切斷磁隧道效應元件以及偏置磁場用線圈的截面圖。
圖5是圖1所示磁隧道效應元件的傳感層的磁化曲線圖。
圖6是圖1所示磁隧道效應元件的參照層的磁化曲線圖。
圖7是圖1所示磁隧道效應元件的MR曲線圖(電阻相對於磁場的變化)。
圖8是在圖1所示施加在磁隧道效應元件上的交流偏置磁場的曲線圖。
圖9是在圖1所示磁隧道效應元件上施加圖8所示的交流偏置磁場，讓要檢測的外部磁場變化時的該元件的電阻變化曲線圖。
圖10是圖1所示磁隧道效應元件相對於要檢測的外部磁場的檢測值的變化曲線圖。
圖11是按照本發明第二實施例的磁傳感器的概略平面圖。
圖12是圖11所示磁傳感器的GMR元件和線圈的部分放大平面圖。
圖13是圖12所示GMR元件的平面圖。
圖14是在沿圖12的3-3線的平面切斷GMR元件以及線圈的截面圖。
圖15是圖12所示GMR元件的自旋快門膜的結構圖。
圖16是圖12所示GMR元件電阻值相對於外部磁場的變化曲線圖。
圖17是圖12所示磁傳感器設置的X軸磁傳感器的等效電路圖。
圖18是相對於圖17所示的X軸磁傳感器的X軸方向變化的外部磁場的輸出電壓(實線)和相對於Y軸方向變化的外部磁場的輸出電壓(虛線)的變化曲線圖。
圖19是按照本發明第三實施例的磁傳感器的概略平面圖。
圖20是按照本發明第四實施例的磁傳感器的概略平面圖。
圖21是圖20所示的第一磁檢測部的TMR元件的電阻值特性曲線圖。
圖22是圖20所示的第二磁檢測部的TMR元件的電阻值特性曲線圖。
圖23是圖20所示的磁傳感器正常的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖24是圖20所示的磁傳感器的第一磁檢測部的靈敏度不足的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖25是圖20所示的磁傳感器的第二磁檢測部的靈敏度不足的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖26是圖20所示的磁傳感器的第一磁檢測部的磁滯過大的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖27是圖20所示的磁傳感器的第二磁檢測部的磁滯過大的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖28是在圖20所示的磁傳感器發生測試用線圈中流入的電流不能改變大小(不能切斷檢測用電流)的異常的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖29是在圖20所示的磁傳感器發生測試用線圈中不能流入電流的異常的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖30是在圖20所示的磁傳感器發生測試用線圈中流入的電流不能改變電流方向的異常的情況下控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖31是在圖20所示的磁傳感器中檢測電路一直選擇第一磁檢測部的異常情況發生時控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖32是在圖20所示的磁傳感器中檢測電路一直選擇第二磁檢測部的異常情況發生時控制電路獲取的檢測值的曲線圖。
圖33是現有的磁傳感器的磁隧道效應元件(組)和偏置磁場用線圈的部分放大平面圖。
圖34是按照本發明其他實施例的磁傳感器的概略平面圖。
圖35是沿圖34的4-4線的磁傳感器的部分截面圖。
圖36是沿圖34的5-5線的磁傳感器的部分截面圖。
圖37是按照第四實施例的改型的使用GMR元件的磁傳感器的截面圖。
具體實施例方式
以下參照

依據本發明的磁傳感器的各實施例。概略平面圖的圖1所示的按照第一實施例的磁傳感器10，例如由SiO2/Si、Si3N4/Si、玻璃或者石英構成，設置有具有沿相互垂直的X軸、Y軸的邊呈正方形並在與該X軸和該Y軸垂直的Z軸方向上具有厚度的基板10a、兩個薄膜狀磁隧道效應元件(組)11、12、分別向磁隧道效應元件11、12提供檢測外部磁場(測定)用的偏置磁場並在該磁隧道效應元件(組)11、12的各自下方(基板10a側，即Z軸負方向側)與上述薄膜的膜平面平行的面(即X-Y平面)內形成的偏置磁場用線圈21、22。
磁隧道效應元件(組)11、12和偏置磁場用線圈21、22，除了在基板10a上配置的位置以及朝向以外，相互具有相同的構造。因此，以下參照圖2～圖5，以磁隧道效應元件(組)11和偏置磁場用線圈21為例進行說明。
圖2表示磁隧道效應元件(組)11和偏置磁場用線圈21的形狀以及相對位置的部分放大平面圖。在該圖中，省略了磁隧道效應元件11的後述的上部電極、層間絕緣層等。又，圖3和圖4是在沿圖2的1-1線的平面和沿圖2的2-2線的平面分別切斷磁隧道效應元件11和偏置磁場用線圈21的截面圖。
磁隧道效應元件11包括在上述基板10a上形成的第一絕緣層10b、在該第一絕緣層10b上形成的第二絕緣層10c。在第一絕緣層10b埋設分別與偏置磁場用線圈21的兩端部連接的由Al(鋁)構成的引線21a、21b，在第二絕緣層10c中埋設Al構成的偏置磁場用線圈21。
在第二絕緣層10c上，形成其平面形狀為具有沿X軸以及Y軸的邊的長方形並在Z軸方向具有厚度的下部電極11a。下部電極11a由導電性非磁性金屬材料Ta(也可以是Cr、Ti)形成，膜厚為30nm左右。在下部電極11a上，形成具有與該下部電極11a相同的平面形狀、膜厚為15nm左右的PtMn構成的反強磁性膜11b。
如圖4所示，在反強磁性膜11b上，在X軸方向上相隔一定間隔積層膜厚20nm左右的NiFe構成的一對強磁性膜11c、11c。該強磁性膜11c、11c的每一個是其平面形狀為具有分別沿X軸以及Y軸的短邊、長邊的長方形並在Z軸方向具有厚度的薄膜，各長邊相互平行對向配置。強磁性膜11c、11c構成由反強磁性膜11b讓磁化指向被弱固定(被弱釘扎)在短邊方向(X軸的正方向)上的被釘扎層。即，強磁性膜11c、11c、反強磁性膜形成一般稱為固定層的層，在本實施例中也稱為傳感層。
在各強磁性膜11c上，分別形成具有和該強磁性膜11c相同平面形狀的絕緣層11d。該絕緣層11d由絕緣材料Al2O3(Al-O)構成，其膜厚為1nm左右。
在各絕緣層11d上，分別形成具有和該絕緣層11d相同平面形狀的、膜厚為80nm左右的NiFe構成的強磁性膜11e。該強磁性膜11e構成其磁化指向隨外部磁場的方向變化的自由層(自由磁化層)，上述強磁性膜11c構成的被釘扎層和上述絕緣層11d一起形成磁隧道結合結構。即，由反強磁性膜11b、強磁性膜11c、絕緣層11d以及強磁性膜11e等構成一個磁隧道效應元件(電極等除外)。此外，在本實施例中，強磁性膜11e也成為參照層。
在各強磁性膜11e上，分別形成具有和該強磁性膜11e相同平面形狀的虛設膜11f。該虛設膜11f，由膜厚為40nm左右的Ta膜構成的導電性非磁性材料構成。
在覆蓋第二絕緣層10c、下部電極11a、反強磁性膜11b、強磁性膜11c、絕緣層11d、強磁性膜11e以及虛設膜11f的區域上，設置層間絕緣層10d。層間絕緣層10d由SiO2構成，其膜厚為250nm左右。
在該層間絕緣層10d上，在各虛設膜11f上分別形成導電孔10d1、10d1。在埋設該導孔10d1的同時，為了讓一對虛設膜11f的每一個與圖中未畫出的IC電路電連接，例如形成膜厚為300nm的由Al構成的上部電極11g、11g。這樣，通過由下部電極11a、上部電極11g、11g將一對磁隧道結合結構的各強磁性膜11e、11e與各強磁性膜11c、11c電連接，使得被釘扎層的磁化指向相同，並且形成多個(一對)磁隧道結合結構串聯連接的磁隧道效應元件(組)11。此外，在上部電極11g、11g上形成由SiO以及SiN構成的保護膜10e。
上述偏置磁場用線圈21向磁隧道效應元件(組)11提供沿Y軸方向變化的交流偏置磁場，如圖2所示，將直線狀的導線在X-Y平面內(與磁隧道效應元件11的各薄膜形成的平面平行的面內)彎曲成直角，平面上看(「平面上看」是指從Z軸方向的位置沿Z軸觀察磁傳感器，以下相同)相互形成形狀略同的一對渦旋。即，偏置磁場用線圈21由平面上看形成反時針(也可以是順時針)轉動的從渦旋中心P1開始逐漸增大直徑的渦旋的第一導線(第一線圈部)21-1和平面上看形成反時針轉動的從渦旋中心P2開始逐漸增大直徑的渦旋的第二導線(第二線圈部)21-2構成。為了與現有的線圈(單渦旋型的線圈)相區別，以下，也把該線圈21稱為雙渦旋型線圈。
又，上述磁隧道效應元件11平面上看配置在上述第一導線21-1的渦旋中心P1和上述第二導線21-2的渦旋中心P2之間。而且，偏置磁場用線圈21的第一導線21-1和第二導線21-2的各最外周部連按成S字狀，以便在上述引線部21a、21b之間施加給定的電位差時平面上看至少在位於與磁隧道效應元件11重疊的部分(通過該部分的)的各導線上流入相同方向的電流。
在此，說明以上構成的磁隧道效應元件11的作用(磁場檢測原理)。如上所述，傳感層的強磁性膜11c的磁化被弱釘扎在短邊方向(X軸正方向)上。對於該強磁性膜11c，如果在沿該強磁性膜11c的長邊方向(即Y軸方向，與被釘扎的磁化指向垂直的方向)上提供大小和方向均變化的磁場，傳感層(強磁性膜11c)的磁化指向就逐漸變化(轉動)，該磁場的變化方向上的該傳感層的磁化如圖5所示那樣變化。即，在上述磁場的大小比飽和磁場H1大以及比飽和磁場H2小的情況下，傳感層的磁化(的大小)略為定值，而該磁場在飽和磁場H2～H1的範圍內時，傳感層的磁化(的大小)與該磁場的大小成正比(略為直線)變化。
另一方面，當向參照層的強磁性膜11e施加上述磁場(在Y軸方向內其大小和方向變化的磁場)時，在該磁場的變化方向上該參照層的磁化如圖6所示那樣變化。即，在上述磁場的大小比飽和磁場H3大以及比飽和磁場H4小的情況下，參照層的磁化(的大小)略為定值，而該磁場的大小與飽和磁場H3、H4一致時呈階躍狀變化。該參照層的磁化特性是由於在長軸方向上磁化指向一致的強磁性膜11e的形狀各向異性所引起。
結果，磁隧道效應元件11的電阻R如圖7所示那樣變化。在圖7中，實線表示上述磁場從負變化到正時的電阻值變化曲線，虛線表示該磁場從正變化到負時的電阻值變化曲線。圖7表明，電阻值相對於磁場的變化為偶函數(當磁場為x軸，電阻值為與該X軸垂直的Y軸時，相對於Y軸對稱)。
在本磁傳感器10中，上述上述線圈21向上述磁隧道效應元件11施加在Y軸方向(強磁性膜11e的長邊方向)上呈如圖8所示的三角波形變化的交流偏置磁場HAC。該交流偏置磁場HAC在周期4T內最大值Hmax(＝Ha＞0)和與該最大值Hmax的絕對值相等符號相反的值(＝-Ha)的最小值Hmin之間呈直線變化(擺動)的磁場。又，該交流偏置磁場HAC的最大值Hmax比參照層的飽和磁場H3大，比傳感層的飽和磁場H1小。同樣，交流偏置磁場的最小值Hmin比參照層的飽和磁場H4小，比傳感層的飽和磁場H2大。
將這樣的交流偏置磁場HAC施加在上述磁隧道效應元件11上，同時在與該交流偏置磁場HAC平行的方向上使要檢測的外部磁場h變化，該磁隧道效應元件11的電阻R就如圖9所示的那樣變化。在圖9中，點劃線A表示要檢測的外部磁場h為「0」情況下的電阻R，實線B表示該外部磁場h為正的給定值時的電阻R，虛線C表示該外部磁場h為負的給定值時的電阻R。
另一方面，磁傳感器10設置有未示出的IC電路，該IC電路計量從磁隧道效應元件11的電阻R由上向下橫穿給定的閥值Th的第一時刻到下一該電阻R由上向下橫穿該閥值Th的第二時刻之間的時間x(或者x1、x2)以及從該第二時刻到該電阻R再由上向下橫穿該閥值Th的第三時刻之間的時間y(或者y1、y2)，並輸出由下式1所示的檢測值D。
式1D＝x/(x+y)如圖10所示，該檢測值(佔空比)D與要檢測的外部磁場h(的大小)成正比，同時隨交流偏置磁場HAC的最大值Ha變化。另一方面，該檢測值D與磁隧道效應元件11的輸出特性的變化無關。因此，即使由於元件溫度變化或時間的推移引起該磁隧道效應元件(組)11的輸出特性變化，磁隧道效應元件11也可以補償特性變化而高精度地檢測Y軸方向極微小的磁場。此外，上述時間x(或者x1、x2)也可以是從電阻R由下向上橫穿該閥值Th的第一時刻到下一該電阻R由下向上橫穿該閥值Th的第二時刻之間的時間，上述時間y(或者y1、y2)是從該第二時刻到該電阻R再由下向上橫切該閥值Th的第三時刻之間的時間。又，檢測值D也可以是D＝y/(x+y)。
再次參照圖1，偏置磁場用線圈21與圖中未畫出的控制電路連接，向磁隧道效應元件11施加上述交流偏置磁場HAC。另一方面，磁隧道效應元件12相當於將上述磁隧道效應元件11左轉90度後在基板10a上形成。而偏置磁場用線圈22與圖中未畫出的控制電路連接，向磁隧道效應元件12施加在X軸方向上變化的上述交流偏置磁場HAC。結果，磁隧道效應元件11、12分別構成檢測Y軸方向上的磁場的Y軸磁傳感器和檢測X軸方向上的磁場的X軸磁傳感器。
由於上述線圈21、22平面上看為形成一對渦旋的雙渦旋型線圈，其佔有面積小，並且耗電量小。以下通過比較圖2所示線圈21和圖33所示的現有技術的線圈110來說明這一點。此外，為了容易比較，在圖2以及圖33中，假定形成各線圈的導線寬度、相鄰導線之間的間距相同，在磁隧道效應元件11、100的正下方部分(平面上看與磁隧道效應元件11、100重疊的部分)均通過9條導線。
首先探討佔有面積，由於線圈21與偏置磁場的產生直接相關的導線部分(通過磁隧道效應元件11的正下方的導線部分)佔整體的比例大，所以比線圈110明顯要小。實際上，當導線寬度為5.6μm、相鄰導線之間的間距為0.7μm、磁隧道效應元件11、100的大小為120×64μm2時，如果製作圖33所示的現有形狀的線圈110，該線圈110的面積為282×332μm2，而製作圖2所示的雙渦旋型線圈21時，其面積為191×286μm2。
當採用現有的線圈110那樣的單渦旋型時，和採用線圈21那樣的雙渦旋型時，假定磁隧道效應元件11、100的大小均為60×120μm2，在該區域產生15Oe的偏置磁場時的各偏置磁場用線圈的電參數進行了測定，其結果如表1所示。
表1


在表1中，圖形A～D是現有的單渦旋型線圈，圖形E、F是按照本發明的雙渦旋型線圈。又，如圖2和圖33所示，表1中的「a」表示通過磁隧道效應元件11、100的各正下方的導線(與偏置磁場的產生直接相關的導線)的寬度，「b」表示與磁隧道效應元件11、100的各長邊平行延伸的導線的寬度(即，磁隧道效應元件11、100的X軸方向兩側的導線的寬度)，「c」表示不在磁隧道效應元件11、100的正下方、並且與該磁隧道效應元件11、100的短邊平行延伸的導線寬度，「N」表示渦旋的圈數，「R」表示各線圈的電阻，「I」表示各線圈的電流，「V」表示各線圈兩端的電壓，「W」表示各線圈的耗電功率。又，無論在各線圈的任何部位，其相鄰導線之間的間距均為0.7μm。
以下簡單說明表1所示各數值的計算方法，首先，為了在線圈上部產生1Oe的磁場，計算構成該線圈的導線的單位寬度所需要的電流i(即電流密度)。然後，考慮電流i與線圈導線寬度a和相鄰導線之間的間距之和(a+0.7)μm，按照下式2計算在線圈上部產生15Oe的磁場所必需的電流I。
式2I＝i·15·(a+0.7)另一方面，線圈的圈數N，由元件的長邊長度(120μm)除以線圈導線寬度和相鄰導線之間的間距之和(a+0.7)μm求出。這樣，由於確定了線圈的形狀，可以根據該線圈的全長、線圈所用材料(這時為Al)的片電阻值、線圈各部的導線寬度「a」、「b」、「c」計算其電阻R，然後，根據電流I和電阻R計算電壓V和耗電功率W。
表1表明，當導線寬度a～c均相同時，圖形A～D所示的現有的單渦旋型線圈隨著導線寬度a～c的增大，電流I增大，圈數N以及電壓V減少。耗電功率W在導線寬度a～c約為4μm時為最小(參見圖形C)。
與現有的線圈相比，圖形E所示的依據本發明的雙渦旋型線圈的電阻R、兩端電壓V以及耗電功率W小。例如，通過比較圖形D和圖形E表明，圖形E的線圈的耗電功率W可以降低到圖形D的現有線圈的大約一半。即使和消耗功率W處於最小值附近的圖形C的線圈相比，圖形E的線圈的耗電功率W也是相當小的。
又，表1表明，依據本發明的線圈可以降低兩端電壓V。因此，依據本發明的線圈，即使在電源電壓低的時候，也可以產生所需要大小的磁場。此外，通過比較圖形E和圖形F表明，在本發明的線圈中調節不在元件正下方的導線寬度b、c，即，使平面上看位於與上述磁電阻效應元件的磁隧道效應元件11重疊部位的上述第一以及上述第二導線的各寬度a相互相等，並且與位於其他部位的該第一以及該第二導線的各寬度b、c不同，就可以更加降低耗電功率W。
如上所述，依據第一實施例，在具有傳感層和參照層的TMR元件上施加偏置磁場而檢測外部磁場的構成，就可以獲得檢測特性變化小的磁傳感器。又，依據第一實施例，由於線圈為雙渦旋型，所以可以提供小型並且低耗電的磁傳感器。此外，上述磁傳感器10的各磁隧道效應元件(組)11、21雖然是分別由一對磁隧道效應元件串聯連接構成，但也可以由更多的磁隧道效應元件串聯連接構成。
以下說明依據本發明的磁傳感器的第二實施例，上述第一實施例的磁傳感器採用了TMR元件，而第二實施例的不同點在於磁傳感器採用由包含被釘扎層的釘扎層和釘住層、隔離層以及自由層構成的GMR元件(巨型磁電阻效應元件)。又，第一實施例的線圈21、22用於產生為檢測外部磁場的偏置磁場，而第二實施例的不同點在於線圈用於產生為初始化GMR元件的自由層的磁化指向的初始化用磁場。
具體講，如圖11所示，按照第二實施例的磁傳感器30包括具有沿相互垂直的X軸、Y軸的邊呈長方形(略正方形)並在與X軸和Y軸垂直的Z軸方向上具有厚度的由石英玻璃(或SiO2/Si或Si3N4/Si)構成的基板30a、在該基板10a上形成合計8個GMR元件31～38、分別向GMR元件31～38施加初始化磁場的初始化用線圈41～48、分別與各線圈41～48連接的在該線圈41～48的每個的兩端上施加給定電位差的控制電路51～58。
第一X軸GMR元件31形成在基板30a的Y軸方向中央部的下方X軸負方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為X軸負方向。第二X軸GMR元件32形成在基板30a的Y軸方向中央部的上方X軸負方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為X軸負方向。第三X軸GMR元件33形成在基板30a的Y軸方向中央部的上方X軸正方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為X軸正方向。第四X軸GMR元件34形成在基板30a的Y軸方向中央部的下方X軸正方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為X軸正方向。
第一Y軸GMR元件35形成在基板30a的X軸方向中央部的左方Y軸正方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為Y軸正方向。第二Y軸GMR元件36形成在基板30a的X軸方向中央部的右方Y軸正方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為Y軸正方向。第三Y軸GMR元件37形成在基板30a的X軸方向中央部的右方Y軸負方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為Y軸負方向。第四Y軸GMR元件38形成在基極30a的X軸方向中央部的左方Y軸負方向的端部附近，被釘扎層的被釘扎的磁化指向為Y軸負方向。
GMR元件31～38y以及線圈41～48除了在基板30a上的配置位置以及方向以外，相互為相同的結構。因此，以下以第一X軸GMR元件31和線圈41為例進行說明。
如放大平面圖的圖13以及沿圖12的3-3線平面切斷第一X軸GMR元件31和線圈41的概略截面圖的圖14所示，在圖12中與線圈41一起表示在平面圖中的第一X軸GMR元件31設置有由自旋快門膜SV構成在Y軸方向上具有長度方向的多個窄帶狀部31a和在各窄帶狀部31a的Y軸方向兩端部的下方形成的CoCrPt等硬質強磁性體即具有高矯頑力、高矩形比的材料構成的偏置鐵磁膜(硬質強磁性體薄膜層)31b…31b。各窄帶狀部31a在各偏置鐵磁膜31b的上面沿X軸方向延伸，與相鄰的窄帶狀部31a連接。
如圖15所示，第一X軸GMR元件31的自旋快門膜SV包括在基板30a上依次積層的自由層(自由層、自由磁化層)F、膜厚為2.4nm(24)的Cu構成的導電性隔離層S、釘扎層(固定層、固定磁化層)P以及膜厚為2.5nm(25)的鈦(Ti)或者鉭(Ta)構成頂蓋層C。
自由層F是隨外部磁場的方向而改變時磁化方向的層，由在基板30a上形成的膜厚為8nm(80)的CoZrNb非晶質磁性層31-1、在CoZrNb非晶質磁性層31-1上形成的膜厚為3.3nm(33)的NiFe磁性層31-2、在NiFe磁性層31-2上形成的膜厚為1～3nm(10～30)的CoFe層31-3構成。CoZrNb非晶質磁性層31-1和NiFe磁性層31-2構成軟質強磁性體薄膜層。CoFe層31-3用來防止NiFe磁性層31-2的Ni以及隔離層S的Cu31-4的擴散。此外，為了維持自由層F的一軸各向異性，上述偏置鐵磁膜31b…31b對該自由層F在Y軸方向(圖12以及圖13的寬箭頭所示的Y軸負方向)上施加偏置磁場。
釘扎層P由膜厚為2.2nm(22)的CoFe層31-5、包含45～55mol％的Pt的PtMn合金構成的膜厚為24nm(240)的反強磁性膜31-6重疊構成。把CoFe層31-5交換結合地貼裡在被磁化的反強磁性膜31-6上，如前所述，使其磁化指向被釘扎(固定)在X軸負方向上。
如圖16的實線所示，這樣構成的第一X軸GMR元件31相對於沿X軸變化的外部磁場，在-Hc～+Hc的範圍內，呈現與該外部磁場大致成正比的電阻值；如圖16的虛線所示，對於沿X軸變化的外部磁場呈現大致為定值的電阻值。
如圖17所示，在該磁傳感器30中，第一～第四X軸GMR元件31～34被連接成全橋而構成檢測X軸方向的磁場的X軸磁傳感器。在圖17中，在各GMR元件31～34中的箭頭表示該GMR元件31～34的釘扎層(被釘扎層)所釘扎的磁化方向。在這樣的構成中，在第二X軸GMR元件32和第三X軸GMR元件33的結合點Va與第一X軸GMR元件31和第四X軸GMR元件34的結合點Vb之間施加一定的電位差，而在第一X軸GMR元件31和第三X軸GMR元件33的結合點Vc與第二X軸GMR元件32和第四X軸GMR元件34的結合點Vd之間的電位差(Vc-Vd)作為磁傳感器輸出Vout被取出來。
結果，如圖18的實線所示，X軸磁傳感器對於沿X軸變化的外部磁場，在-Hc～+Hc的範圍內呈現與該外部磁場大致成正比變化的輸出電壓Vout，而如圖18的虛線所示，對於沿Y軸變化的外部磁場呈現大致為「0」的輸出電壓。
與X軸磁傳感器相同，第一～第四Y軸GMR元件35～38連接成全橋而構成Y軸磁傳感器，對於沿Y軸變化的外部磁場，在-Hc～+Hc的範圍內，呈現與該外部磁場大致成正比變化的輸出電壓Vout，同時，對於沿X軸變化的外部磁場呈現大致為「0」的輸出電壓。如上所述，磁傳感器30不需要象磁傳感器10那樣施加為檢測外部磁場的交流偏置磁場HAC就可以檢測外部磁場。
另一方面，如圖12以及圖13所示，向窄帶狀部31a的自由層F從偏置鐵磁膜31b…31b施加寬箭頭所示方向的偏置磁場，這樣，在沒有施加外部磁場的狀態下讓自由層F的磁化指向成為一定。但是，當施加了強外部磁場時，自由層F離開偏置鐵磁膜31b…31b的位置(圖12、圖13中的Y軸中央部附近)上磁化方向翻轉，其結果使GMR元件的特性發生了變化。
為此，在本實施例中，由上述線圈41～48施加用來初始化自由層F的磁化方向的偏置磁場。以下，對於這一點以第一X軸GMR元件31和線圈41為例進行詳細說明。如圖12所示，線圈41是與上述第一實施例的偏置磁場用線圈21相同構成的雙渦旋型線圈，由形成一對渦旋的導線(即第一導線41-4、第二導線41-2)構成。又，第一X軸GMR元件31平面上看(從Z軸正方向觀察)被配置在一對渦旋中心P1、P2之間。進一步，平面上看與第一X軸GMR元件31重疊的部分(通過第一X軸GMR元件31正下方的部分)的第一導線41-4和第二導線41-2的部分是相互平行的直線狀，該部的各導線流入相同方向的電流，並且該部分的各導線的長度方向平面上看與窄帶狀部31a的長度方向垂直。又，圖11所示的控制電路51在外部磁場測定開始前的給定條件下在線圈41的兩端施加電位差，這樣，就在線圈41中流入給定的電流。
即，該實施例的磁傳感器是包含GMR元件以及TMR元件等的自由層和釘扎層的磁隧道效應元件的所構成的磁傳感器，包括在沒有施加外部磁場的狀態下為了讓自由層的磁化方向穩定而配置在該自由層的兩端並且向該自由層產生給定方向(與釘扎層的被釘扎的磁化指向垂直的方向)的偏置磁場的偏置鐵磁膜31b…31b、設置在該自由層的下方(接近該自由層)按給定條件(例如磁場檢測開始之前)通電產生與上述偏置磁場相同方向的磁場並且將該磁場施加到自由層上的初始化用線圈41～48。
依據以上的構成，線圈41在給定條件下產生讓自由層F的磁化指向回到所設計的方向(偏置鐵磁膜31b…31b的偏置磁場的方向)的初始化磁場，即使由於強磁場施加到磁傳感器等某種理由引起自由層F的磁化指向擾亂的情況下(即，即使在磁疇不穩定的情況下)，也可以對此進行修正，提供可靠性高的磁傳感器。
這樣，在第二實施例中，由於可以初始化自由層F的磁化方向，所以可以讓GMR元件的特性保持在初始特性上。又，由於各線圈41～48為雙渦旋型線圈，該線圈的佔有面積小，可以將磁傳感器30小型化，同時可以降低初始化的耗電。又，在第二實施例中，由於針對各線圈41～48，分別設置了流入用來產生初始化磁場的電流的控制電路51～58，因此，與將各線圈41～48串聯連接後由一個控制電路驅動電流時的構成情況相比較，可以縮短電連接的長度，降低整體的電阻值，從而降低耗電。
以下說明本發明的磁傳感器的第三實施例，圖19表示按照第三實施例的磁傳感器60的平面圖，與按照上述第二實施例的磁傳感器30相比，該磁傳感器60在線圈71～78的方向和該線圈71～78之間的連接方法上不同。另外，磁傳感器30的線圈41～48用來產生初始化磁場，而磁傳感器60的線圈71～78的不同點在於是用來產生為判定各GMR元件是否正常發揮作用(正常檢測外部磁場)的測試用磁場。
具體講，磁傳感器60設置有在基板60a上的8個GMR元件61～68、在各GMR元件61～68下方與GMR元件61～68的各膜而平行的面內分別形成的8個線圈71～78和一個控制電路79。
GMR元件61～68與上述第二實施例的GMR元件31～38在基板上的位置以及構成均相同。即，GMR元件61～64橋式連接而構成檢測X軸方向的磁場的X軸磁傳感器，同樣，GMR元件65～68橋式連接而構成檢測Y軸方向的磁場的Y軸磁傳感器。進一步，GMR元件61～68的每一個均與圖中未畫出的檢測電路(磁場檢測用控制LSI)連接，檢測該GMR元件61～68呈現的電阻值。
與上述第一實施例的線圈21、22以及上述第二實施例的線圈41～48相同，線圈71～78是雙渦旋型線圈。如圖19的寬箭頭所示，線圈71～74在連接各渦旋中心的線附近產生X軸正方向的磁場，線圈75～78在連接各渦旋中心的線附近產生Y軸負方向的磁場。又，控制電路79的一端和線圈76的一端連接，同時按照線圈76、75、72、71、78、77、74、73的順序串聯連接，最後線圈73的沒有與線圈74連接的端部與控制電路79的另一端連接。進一步，與第一、第二實施例相同，GMR元件61～68平面上看被配置在線圈71～78的各對應的各一對渦旋中心之間。
在這樣的構成中，當由磁傳感器60檢測外部磁場的開始等規定條件成立時，控制電路79在上述兩端產生電位差，這樣，在各線圈71～78中流入電流，由該線圈71～78向GMR元件61～68施加測試用磁場。磁傳感器60由圖中未畫出的上述檢測電路監視在該狀態下的GMR元件61～68的輸出，根據是否檢測到預定的輸出來判定各GMR元件61～68的有無異常，進行有無異常的判定是例如判定各GMR元件61～68有無開路故障、有無短路故障、是否靈敏度不足以及控制用電晶體是否異常等。
這樣，在第三實施例中，由於可以產生用來判定各GMR元件61～68有無異常的磁場，因而可以進行磁傳感器60的自診斷。又，由於各線圈71～78是雙渦旋型線圈，該線圈的佔有面積小，因此可以讓磁傳感器60小型化，同時可以降低為產生測試用磁場的耗電功率。進一步，由於各線圈71～78串聯，由一個控制電路同時提供電流，可以向各GMR元件61～68的每一個都產生相同大小的測試用磁場，可以更高精度地判定各GMR元件61～68有無異常。
又，在具有獨立選擇各GMR元件61～68中的一個GMR元件的功能的情況下，上述檢測電路可以簡單地檢測出該選擇功能有無異常。這是因為由於測試用磁場同時施加於所有GMR元件61～68，當檢測電路的選擇功能異常時，例如儘管選擇了檢測X軸方向的磁場的GMR元件61～68，也能夠卻獲得對應於Y軸方向磁場的輸出。
以下說明有關本發明的磁傳感器的第四實施例，圖20表示按照第四實施例的磁傳感器80的平面圖，該磁傳感器80包括形成在基板80a上的兩個TMR元件81、82、分別形成在各TMR元件81、82的下方基板80a內與該TMR元件81、82的各膜平面平行的面內的兩個檢查用(測試用)線圈91、92。又，磁傳感器80包括分別形成在基板80a上的檢測電路93、電流供給電路94和控制電路95。
構成第一磁檢測部(X軸磁檢測部)的TMR元件81和第一實施例中說明的TMR元件具有相同的膜構造(參見圖3、圖4)。但是，TMR元件81的被釘扎層將磁化方向強固定(釘扎)在X軸負方向上，對於要檢測的外部磁場，該磁化指向不發生變化。另外，TMR元件81的自由層根據要檢測的外部磁場的X軸方向分量的指向和大小，其磁化方向和大小線性變化。
結果，TMR元件81具有圖20中空心箭頭所示檢測方向。即，如圖21所示，TMR元件81在第一方向(即X軸方向)內的第一指向(即X軸正方向)的磁場大小在達到給定值之前的範圍內如果越大，則所呈現的物理量的電阻值就越大，而在該第一方向內的與該第一指向相反的指向(即X軸負方向)上的磁場大小在達到給定值之前的範圍內如果越大，則所呈現的物理量的電阻值就越小。
又，如果TMR元件81的特性正常，由第一檢查用線圈91在上述第一方向內的第一指向(即X軸正方向)上施加給定大小Hb的磁場時，TMR元件81就呈現第一大小的電阻值Sx1，而第一檢查用線圈91不施加磁場時，呈現電阻值Sx2，第一檢查用線圈91在上述第一方向內的與該第一指向相反的指向(即X軸負方向)上施加給定大小Hb的磁場時，呈現第二大小的電阻值Sx3。
構成第二磁檢測部(Y軸磁檢測部)的TMR元件82和TMR元件81具有相同的膜構造，TMR元件82的被釘扎層將磁化指向強固定(釘扎)在Y軸負方向上，對於要檢測的外部磁場，該磁化指向不發生變化。又，TMR元件82的自由層根據要檢測的外部磁場的Y軸方向分量的指向和大小，其磁化方向和大小線性變化。
結果，TMR元件82具有圖20中空心箭頭所示檢測方向。即，如圖22所示，TMR元件82在與上述第一方向(即X軸方向)相交(在此為垂直)的第二方向(即Y軸方向)內的第二指向(即Y軸正方向)的磁場大小在達到給定值之前的範圍內如果越大，則所呈現的物理量的電阻值就越大，而在該第二方向內的與該第二指向相反的指向(即Y軸負方向)上的磁場大小在達到給定值之前的範圍內如果越大，則所呈現的物理量的電阻值就越小。
又，如果TMR元件82的特性正常，由第二檢查用線圈92在上述第二方向內的第二指向(即Y軸正方向)上施加給定大小Hb的磁場時，TMR元件82就呈現第一大小的與上述物理量的電阻值Sx1大小相同的電阻值Sy1，而第二檢查用線圈92不施加磁場時，呈現與電阻值Sx2大小相同的電阻值Sy2，第二檢查用線圈92在上述第二方向內的與該第二指向相反的指向(即Y軸負方向)上施加給定大小Hb的磁場時，呈現第二大小的與上述物理量的電阻值Sx3大小相同的電阻值Sy3。
第一檢查用線圈91與磁傳感器10的線圈22同樣，形成為雙渦旋型線圈，其一端通過連接導線96a與電流供給電路94的一端P1連接，而另一端通過連接導線96b與第二檢查用線圈92的一端連接，向TMR元件81施加在X軸方向上其指向和大小均變化的磁場。第二檢查用線圈92與磁傳感器10的線圈22同樣，形成為雙渦旋型線圈，其另一端通過連接導線96c與電流供給電路94的另一端P2連接，向TMR元件82施加在Y軸方向上其指向和大小均變化的磁場。
這樣，由於第一檢查用線圈91和第二檢查用線圈92用連接導線96a～96c串聯連接在電流供給電路94上，在第一檢查用線圈91和第二檢查用線圈92就流入大小相同的電流。又，如圖20中黑箭頭所示，當在第一檢查用線圈91中流入給定指向和給定大小的電流時，該第一檢查用線圈91向TMR元件81施加在X軸正方向的給定大小Hb的磁場，第二檢查用線圈92向TMR元件82施加在Y軸負方向的給定大小Hb的磁場，當在第一檢查用線圈91中流入與該給定指向相反的指向和給定大小的電流時，該第一檢查用線圈91向TMR元件81施加在X軸負方向的給定大小Hb的磁場，第二檢查用線圈92向TMR元件82施加在Y軸正方向的給定大小Hb的磁場。
檢測電路93選擇TMR元件81和TMR元件82中的某一個，將所選擇的TMR元件的電阻值作為數字值輸出，把所檢測到的數字值輸出到控制電路95，檢測電路93包括單通道模數轉換器93a(以下簡稱「ADC93a」)和實際上由電晶體構成的開關元件93b。
ADC93a的一個輸入端與TMR元件81和TMR元件82的兩元件的各一端連接，另一個輸入端與開關元件93b的固定端子連接。開關元件93b從控制電路95輸入指示信號，根據該指示信號使固定端子與TMR元件81的另一端或者TMR元件82的另一端連接，這樣，ADC93a將其輸出的電阻值進行AD轉換。
電流供給電路94包括開關元件MS、構成電流方向切換電路的開關元件S1～S4(開關元件MS和開關元件S1～S4構成通電控制電路)以及供給恆定電流的恆流源(電流供給源)IS。開關元件MS、S1～S4實際上由電晶體構成，根據來自控制電路95的指示信號切換成「接通」狀態(導通狀態)或者「斷開」狀態(非導通狀態)。
開關元件MS作為主開關，其一端與上述恆流源lS的輸出側連接，另端與電流方向切換電路的開關元件S1、S3的各一端連接。開關元件S1的另一端與開關元件S2的一端連接，該開關元件S2的另一端與恆流源IS的另一端連接。同樣，開關元件S3的另一端與開關元件S4的一端連接，該開關元件S4的另一端與恆流源IS的另一端連接。又，與第一檢查用線圈91連接的電流供給電路94的端子P1連接在開關元件S3和S4之間，與第二檢查用線圈92連接的電流供給電路94的端子P2連接在開關元件S1和S2之間。
控制電路95向開關元件MS、S1～S4送出使開關元件MS和電流方向切換電路的開關元件S1～S4處於常「斷開」狀態的指示信號，同時每經過給定時間向開關元件93b提供指示信號，來選擇將其電阻值由ADC93a進行AD轉換的TMR元件，並獲取AD轉換後的TMR元件81、82的某一方的電阻值作為數字值。
又，在圖中未畫出的開關投入等給定條件(檢查條件)成立時，控制電路95向該主開關元件MS提供使該開關元件MS成「按通」狀態的指示信號，同時向開關元件S1～S4提供使電流方向切換電路的開關元件S1、S4成「接通」狀態和開關元件S3、S2成「斷開」狀態的指示信號，或者供給使電流方向切換電路的開關元件S3、S2成「接通」狀態和開關元件S1、S4成「斷開」狀態的指示信號。
然後，說明上述那樣構成的磁傳感器80的動作。如上所述，由於開關元件MS以及電流方向切換電路的開關元件S1～S4處於常「斷開」狀態，第一、第二檢查用線圈91、92不產生任何磁場。又，由於每經過給定時間切換開關元件93b，所以TMR元件81的電阻值或者TMR元件82的電阻值由ADC93a交互變換成(檢測出)數字值，該變換過的值用於由控制電路檢測地磁等。
然後，說明在上述給定條件成立並進行磁傳感器80的檢查時的動作。在該磁傳感器80中，除檢查TMR元件81、82的特性不良(是否靈敏度不良、磁滯是否過大)之外，還判定第一、第二測試用線圈91、92是否產生了預定的測試用磁場(檢測電路93和電流供給電路94是否正常發揮作用)。以下，以磁傳感器80的TMR元件81、82、檢測電路93以及電流供給電路94均正常動作的情況為例說明檢查的步驟。
(第一步)首先，控制電路95向各對應的開關元件提供使主開關MS成「接通」狀態的指示信號，使電流方向切換電路的開關元件S1、S4成「接通」狀態以及開關元件S3、S2成「斷開」狀態的指示信號，和讓開關元件93b選擇TMR元件81的指示信號。
這時，由於所有均正常動作，所以開關元件MS被切換成「接通」狀態，同時電流方向切換電路的開關元件S1、S4被切換成「接通」狀態，開關元件S2、S3被切換成「斷開」狀態。這樣，恆流源IS的電流按照開關元件MS、開關元件S1、第二檢查用線圈92、第一檢查用線圈91、開關元件S4以及該恆流源IS的順序流動。此外，在本說明書中，這樣的狀態是指把對第一、第二檢查用線圈91、92的指示電流取為給定大小的正電流的狀態。
這種情況下，第二檢查用線圈92在Y軸負方向上向TMR元件82施加大小為Hb的磁場，第一檢查用線圈91在X軸正方向上向TMR元件81施加大小為Hb的磁場。這時，TMR元件81呈現電阻值Sx1的電阻，ADC93a將TMR元件81的電阻值變換成數字值。因此，如圖23(A)所示，控制電路95從ADC93a獲得電阻值Sx1作為值X1。
(第二步)然後，控制電路95向開關元件MS提供使該開關元件MS成「斷開」狀態的指示信號。結果，由於開關元件MS從「接通」狀態切換到「斷開」狀態，第一檢查用線圈91以及第二檢查用線圈92成為切斷了來自恆流源IS的電流的非通電狀態。因此，第一、第二檢查用線圈91、92不產生任何磁場。
這時，因為TMR元件81呈現電阻值Sx2大小的電阻，ADC93a將TMR元件81的電阻值變換成數字值，所以，如圖23(A)所示，控制電路95從ADC93a獲得比電阻值Sx1小的電阻值Sx2作為值X2。
(第三步)然後，控制電路95向各對應的開關元件提供使主開關MS再次成「接通」狀態的指示信號以及使電流方向切換電路的開關元件S1、S4成「斷開」狀態和使開關元件S3、S2成「接通」狀態的指示信號。
結果，開關元件MS切換成「接通」狀態，同時電流方向切換電路的開關元件S1、S4切換成「斷開」狀態以及開關元件S2、S3切換成「接通」狀態。這樣，恆流源IS的電流按照開關元件MS、開關元件S3、第一檢查用線圈91、第二檢查用線圈92、開關元件S2以及該恆流源IS的順序流動。此外，在本說明書中，這樣的狀態是指對第一、第二檢查用線圈91、92的指示電流取為給定大小的負電流的狀態。
結果，第一檢查用線圈91在X軸負方向上向TMR元件81施加大小為Hb的磁場，第二檢查用線圈92在Y軸正方向上向TMR元件82施加大小為Hb的磁場。這時，因為TMR元件81呈現電阻值Sx3大小的電阻，ADC93a將TMR元件81的電阻值變換成數字值，所以，如圖23(A)所示，控制電路95從ADC93a獲得電阻值Sx3作為值X3。
(第四步)然後，控制電路95向開關元件MS供給使該開關元件MS成「斷開」狀態的指示信號。結果，由於開關元件MS從「接通」狀態切換到「斷開」狀態，所以第一檢查用線圈91以及第二檢查用線圈92成為切斷了來自恆流源IS的電流的非通電狀態。因此，第一、第二檢查用線圈91、92不產生任何磁場。
這時，因為TMR元件81呈現電阻值Sx2附近的大小為Sx4的電阻，ADC93a將TMR元件81的電阻值變換成數字值，所以，如圖23(A)所示，控制電路95從ADC93a獲得電阻值Sx4作為值X4。
(第5步)然後，控制電路95向各對應的開關元件供給使主開關MS成「接通」狀態的指示信號，使電流方向切換電路的開關元件S1、S4成「接通」狀態以及開關元件S3、S2成「斷開」狀態的指示信號，和使開關元件93b選擇TMR元件82的指示信號。
這樣，恆流源IS的電流按照開關元件MS、開關元件S1、第二檢查用線圈92、第一檢查用線圈91、開關元件S4以及該恆流源IS的順序流動。其結果，由於第二檢查用線圈92在Y軸負方向上向TMR元件82施加大小為Hb的磁場，第一檢查用線圈91在X軸正方向上向TMR元件81施加大小為Hb的磁場，所以TMR元件82呈現電阻值Sy3的電阻，ADC93a將TMR元件82的電阻值變換成數字值。因此，如圖23(B)所示，控制電路95從ADC93a獲得電阻值Sy3作為值Y1。
(第6步)然後，控制電路95向開關元件MS供給使該開關元件MS成「斷開」狀態的指示信號。結果，由於開關元件MS從「接通」狀態切換到「斷開」狀態，所以第一檢查用線圈91以及第二檢查用線圈92成為切斷了來自恆流源IS的電流的非通電狀態。因此，第一、第二檢查用線圈91、92不產生任何磁場。
這時，由於ADC93a將TMR元件82的電阻值變換成數字值，所以，如圖23(B)所示，控制電路95從ADC93a獲得比電阻值Sy3大的電阻值Sy2作為值Y2。
(第7步)然後，控制電路95向各對應的開關元件提供使主開關MS再次成「接通」狀態的指示信號，使電流方向切換電路的開關元件S1、S4成「斷開」狀態以及開關元件S3、S2成「接通」狀態的指示信號。
其結果，開關元件MS切換成「接通」狀態，同時電流方向切換電路的開關元件S1、S4切換成「斷開」狀態以及開關元件S2、S3切換成「接通」狀態。這樣，第二檢查用線圈92在Y軸正方向上向TMR元件82施加大小為Hb的磁場。這時，TMR元件82呈現電阻值Sy1大小的電阻，ADC93a將TMR元件82的電阻值變換成數字值，所以，如圖23(B)所示，控制電路95從ADC93a獲得電阻值Sy1作為值Y3。
(第8步)然後，控制電路95向開關元件MS發出讓該開關元件MS成「斷開」狀態的指示信號。其結果，由於開關元件MS從「接通」狀態切換到「斷開」狀態，第一檢查用線圈91以及第二檢查用線圈92成為且斷了來自恆流源IS的電流的非通電狀態。因此，第一、第二檢查用線圈91、92不產生任何磁場。
這時，TMR元件82呈現電阻值Sy2附近的大小為Sy4的電阻，ADC93a將TMR元件82的電阻值變換成數字值，所以，如圖23(B)所示，控制電路95從ADC93a獲得電阻值Sy4作為值Y4。
(第9步異常判定步驟)控制電路95由以上的第1～第8步獲得值X1～X4以及值Y1～Y4時，判定以下的式3～式6是否成立。
式3X1-X3≥C式4|X2-X4|＜C式5Y3-Y1≥C式6|Y2-Y4|＜C2在上述式3和式5的值C1被選擇為比TMR元件81的靈敏度不足時的值(X1-X3)的最大值和TMR元件82的靈敏度不足時的值(Y3-Y1)的最大值都大的值。在上述式4和式6的值C2被選擇為比TMR元件81的磁滯過大時的值|X2-X4|和TMR元件82的磁滯過大時的值|Y2-Y4|的最小值還小的值。在此，值C1、C2均為正值。
在現時刻，磁傳感器的TMR元件81、82、檢測電路93以及電流供給電路94均在正常動作，則X1-X3＝Sx1-Sx3≥C1、|X2-X4|＝|Sx2-Sx4|＜C2、Y3-Y1＝Sy3-Sy1≥C1、|Y2-Y4|＝|Sy2-Sy4|＜C2。即，上述式3～式6均成立。因此，控制電路95判定磁傳感器的TMR元件81、82、檢測電路93以及電流供給電路94均正常。
然後說明TMR元件81的靈敏度不足而其他均正常動作的情況。這種情況下，TMR元件81被施加了X軸正方向的大小為Hb的磁場時，呈現出比電阻值Sx1小而比電阻值Sx2大的值，在施加了X軸負方向的大小為Hb的磁場時，呈現出比電阻值Sx3大而比電阻值Sx2小的值。因此，控制電路95通過進行上述第1～第8步獲得圖24(A)所示的值X1～X4以及圖24(B)所示的值Y1～Y4。
這時，雖然上述式4～式6成立，由於TMR元件81的靈敏度不足，值(X1-X3)變小，因而上述式3不成立。控制電路95根據該結果判定發生了TMR元件81的靈敏度不足的異常情況。
然後說明TMR元件82的靈敏度不足，而其他均正常動作時的情況。這時，TMR元件82在被施加了Y軸正方向的大小為Hb的磁場時，呈現出比電阻值Sy1小而比電阻值Sy2大的值，在被施加了Y軸負方向的大小為Hb的磁場時，呈現出比電阻值Sy3大而比電阻值Sy2小的值。為此，控制電路95通過進行上述第1～第8步獲得圖25(A)所示的值X1～X4以及圖25(B)所示的值Y1～Y4。
這時，雖然上述式3、式4、式6成立，由於TMR元件82的靈敏度不是，值(Y3-Y1)變小，因而上述式5不成立。控制電路95根據該結果判定發生了TMR元件82的靈敏度不足的異常情況。
然後說明TMR元件81的磁滯過大，而其他均正常動作時的情況。這樣的TMR元件81在被施加了X軸正方向的大小為Hb的磁場後，使得該磁場消失時，呈現出比電阻值Sx2大許多而比電阻值Sx1小的值，在被施加了X軸負方向的大小為Hb的磁場後，使得該磁場消失時，呈現出比電阻值Sx2小許多而比電阻值Sx3大的值。為此，控制電路95通過進行上述第1～第8步獲得圖26(A)所示的值X1～X4以及圖26(B)所示的值Y1～Y4。
這時，雖然上述式3、式5、式6成立，由於TMR元件81的磁滯過大，值|X2-X4|變大，因而上述式4不成立。控制電路95根據該結果判定發生了TMR元件81的磁滯過大的異常情況。
然後說明TMR元件82的磁滯過大，而其他均正常動作時的情況。這樣的TMR元件82在被施加了Y軸正方向的大小為Hb的磁場後，使得該磁場消失時，呈現出比電阻值Sy2小許多而比電阻值Sy3大的值，在被施加了X軸負方向的大小為Hb的磁場後，使得該磁場消失時，呈現出比電阻值Sy2大許多而比電阻值Sy1小的值。為此，控制電路95通過進行上述第1～第8步，獲得圖27(A)所示的值X1～X4，以及圖27(B)所示的值Y1～Y4。
這時，雖然上述式3～式5成立，由於TMR元件82的磁滯過大，值|Y2-Y4|變大，因而上述式6不成立。控制電路95根據該結果判定發生了TMR元件82的磁滯過大的異常情況。
然後說明發生了起主開關作用的開關元件MS處於常「接通」的狀態而不變化為「斷開」狀態下第一、第二檢查用線圈91、92中持續流入電流(但可以切換流入到第一、第二檢查用線圈91、92中的電流的方向)的異常情況而其他均正常動作的情況。
這時，控制電路也進行上述第1～第8步。當發生這樣的異常狀態時，在第1和第2步中，由於由第一檢查用線圈91向TMR元件81施加X軸正方向的給定大小Hb的磁場，TMR元件81呈現電阻值Sx1。又，在第三和第四步中，由於由第一檢查用線圈91向TMR元件81施加X軸負方向的給定大小Hb的磁場，TMR元件81呈現電阻值Sx3。同樣，在第5和第6步中，由於由第二檢查用線圈92向TMR元件82施加Y軸正方向的給定大小Hb的磁場，TMR元件82呈現電阻值Sy1。又，在第7和第8步中，由於由第二檢查用線圈92向TMR元件82施加Y軸負方向的給定大小Hb的磁場，TMR元件82呈現電阻值Sy3。為此，控制電路95通過進行上述第1～第8步，獲得圖28(A)所示的值X1～X4以及圖28(B)所示的值Y1～Y4。
其結果，雖然上述式3、式5成立，由於值X2變成和值X1相同的電阻值Sx1，同時值X4變成和值X3相同的電阻值Sx3，上述式4不成立。同樣，由於值Y2變成和值Y1相同的電阻值Sy1，同時值Y4變成和值Y3相同的電阻值Sy3，上述式6不成立。控制電路95獲得這樣的結果時，判定磁傳感器80發生了異常情況。
然後說明起主開關作用的開關元件MS處於常「斷開」的狀態而不變化到「接通」狀態的情況下第一、第二檢查用線圈91、92斷線或者連接導線96a～96c斷線時發生第一、第二檢查用線圈91、92中不能流入電流的異常情況。
這時，控制電路進行上述第1～第8步。當發生這樣的異常狀態時，在第1～第8步中的所有情況下，第一、第二檢查用線圈91、92不產生任何磁場。因此，如圖29(A)所示，值X1～X4均為相同的值的電阻值Sx2，如圖29(B)所示，值Y1～Y4均為相同的值的電阻值Sy2。因此，雖然上述式4、式6成立，但上述式3、式5不成立。控制電路95獲得這樣的結果時判定磁傳感器80發生了異常情況。
然後說明當發生了電流方向切換電路的開關元件S1、S4處於常「接通」的狀態而不變化到「斷開」狀態、並且開關元件S2、S3處於常「斷開」的狀態而不變化到「接通」狀態、不能變更第一、第二檢查用線圈91、92中流入的電流的方向的異常情況。
這種情況下，控制電路也進行上述第1～第8步。當發生這樣的異常狀態時，在第1和第3步中，由於在第一檢查用線圈91流入方向相同大小相同的電流，所以向TMR元件81施加X軸正方向的大小Hb的磁場。因此，如圖30(A)的實線所示，控制電路95獲取的值X1和值X3為相同的電阻值Sx1，雖然上述式4成立，但上述式3不成立。
同樣，在第5和第7步中，由於在第二檢查用線圈92流入方向相同大小相同的電流，向TMR元件82施加Y軸正方向的大小Hb的磁場。因此，如圖30(B)的實線所示，值Y1和值Y3為相同的電阻值Sy3，雖然上述式6成立，但上述式5不成立。控制電路95獲得這樣的結果時，判定磁傳感器80發生了異常情況。
此外，在電流方向切換電路的開關元件S2、S3處於常「接通」的狀態而不變化到「斷開」狀態、並且開關元件S1、S4處於常「斷開」的狀態而不變化到「接通」狀態的情況下，如圖30(A)、(B)的虛線所示，值X1和值X3為相同的電阻值Sx3，Y1和值Y3為相同的電阻值Sy1，上述式3、式5仍然不成立。控制電路95獲得這樣的結果時，也判定磁傳感器80發生了異常情況。
然後說明發生了檢測電路93的開關元件93b一直選擇TMR元件81而不能選擇TMR元件82的異常情況。
在這樣的異常狀態下，由於一直檢測的是TMR元件81的電阻值，第5～第8步的結果和第1～第4步的結果實質上是相同的，如圖31(A)、(B)所示，值X1～X4和值Y1～Y4的各值實質上分別相同。即，值Y1是與X1相同的電阻值Sx1，值Y3是和X3相同的電阻值Sx3，值(Y3-Y1)是和(X3-X1)相同的為負值。因此，雖然上述式3、式4、式6成立，但上述式5不成立。控制電路95獲得這樣的結果時，判定磁傳感器80(檢測電路93)發生了異常情況。
同樣，說明發生了檢測電路93的開關元件93b一直選擇TMR元件82而不選擇TMR元件81的異常情況。
在這樣的異常狀態下，由於一直檢測的是TMR元件82的電阻值，第1～第4步的結果和第5～第8步的結果實質上是相同的，如圖32(A)、(B)所示，值X1～X4和值Y1～Y4的各值實質上分別相同。即，值X1是和Y1相同的電阻值Sy3，值X3是和Y3相同的電阻值Sy1，值(X1-X3)是和(Y1-Y3)相同的負值。因此，雖然上述式4～式6成立，但上述式3不成立。控制電路95獲得這樣的結果時，判定磁傳感器80(檢測電路93)發生了異常情況。
(第10步平衡判定步驟)最後，控制電路95在這之前的步驟中判定沒有發生異常之後，為了判定TMR元件81和TMR元件82在特性上是否平衡，判定下式7、式8是否成立。值C3為正的給定值。
式7|X1-Y3|＜C式8|X3-Y1|＜C3當上述式7和式8的任一個不成立時，控制電路95判定發生了TMR元件81和TMR元件82的輸出失去了均衡(平衡)的異常情況。
如上所述，依據第四實施例的磁傳感器80，第一檢查用線圈91和第二檢查用線圈92被設置在晶片(基板80a)內，能夠向TMR元件81、82施加檢查用磁場，所以在磁傳感器80的檢查裝置中不必要設置磁場發生功能。
又，依據有關的磁傳感器80，第一檢查用線圈91和第二檢查用線圈92串聯連接在電流供給源的恆流源IS上，把起通電控制電路作用的開關元件MS和開關元件S1～S4插入安裝在其閉合迴路中，所以即使開關元件MS、S1～S4的電阻值等特性存在離散，也可以在第一、第二檢查用線圈91、92中流入相同大小的電流。因此，可以向TMR元件81、82施加相同大小的磁場，例如，通過進行上述式7、式8的判定，即根據TMR元件81、82呈現的電阻值，就可以判定兩元件的輸出是否均衡。
進一步，依據第四實施例的磁傳感器80，檢測電路93選擇TMR元件81、82的任一個進行AD轉換，ADC93a可以採用價廉並且小型的單通道ADC，同時也可以判定該檢測電路93(的開關元件93b)的選擇功能是否正常，可以提供可靠性高的磁傳感器80。
又，如上所述，依據本發明的各實施例的磁傳感器，由於採用雙渦旋線圈，小型且耗電低，而且可以產生所需要的磁場。
此外，本發明並不限定於上述實施例，在本發明的範圍內可以進行各種變形。例如，如果需要的話，除初始化線圈、偏置磁場線圈和測試線圈之外，還可以堆加兩個或多個線圈並配置在每個磁傳感器的基板上，如圖34～36所示。
圖34是按照本發明其他實施例的磁傳感器的概略平面圖。圖35是沿圖34的4-4線的磁傳感器的部分截面圖。圖36是沿圖34的5-5線的磁傳感器的部分截面圖。
這樣的磁傳感器包括TMR元件11、12、初始化線圈201、202、測試線圈21′、22′和控制流經線圈11、12、21′和22′等的電流的電晶體203。TMR元件11、12以及測試線圈21′、22′與上述的實施例一樣。
初始化線圈201產生用來初始化包含在TMR元件11內的自由層的磁場；初始化線圈202產生用來初始化包含在TMR元件12內的自由層的磁場。初始化線圈201和202形成在基板10a上的疊堆的隔離層204之內，分別處在在TMR元件11和12的正下方、測試線圈21′、22′的上方。如上所述，按照本發明的磁傳感器在單片晶片內可以有初始化線圈和測試線圈。
另外，第三實施例中的磁傳感器60雖然採用了GMR元件，但是也可以採用TMR元件替代該GMR元件。又，第四實施例的磁傳感器80雖然採用了TMR元件81、82，但是，如圖37所示，也可以採用GMR元件等其他磁電阻效應元件替代TMR元件81、82，或者也可以採用把這些磁電阻效應元件分散配置在基板上同時用連接導線連接成橋式電路構成的磁檢測器。
圖37是按照上述的第四實施例的改型的使用GMR的磁傳感器的截面圖。該磁傳感器在單片晶片內也包括初始化線圈和測試線圈。在基板10a的上方按順序層疊(堆疊)有場氧化層80a1、第一隔離層80a2、第二隔離層80a4、第三隔離層80a6和第一鈍化層80a7；在這些層和包括自旋快門膜SV及偏置鐵磁膜31b的GMR元件的頂上形成有第二鈍化層。對應於圖20所示的線圈91和92的測試線圈80a3形成在第二隔離層80a4內；初始化線圈80a9形成在第一鈍化層80a7內。電晶體80a10形成在第一隔離層80a2內。
在上述各實施例中，初始化用線圈、偏置磁場用線圈、檢查用線圈雖然是在與形成TMR元件和GMR元件的基板相同的基板內(同一晶片內)形成，但也可以在與形成這些元件的基板不同的另外的基板內形成這些線圈，同時也可以把形成這些元件的基板和形成線圈的基板緊密附著在一起。
這裡詳細描述了本發明的說明性的優選實施例，但是應理解的是在本發明的宗旨內可以實施其他各種變形方案，並且所附屬的權利要求書應包含這些變形，除非被現有技術所限制。
權利要求
1.一種磁傳感器包括薄膜狀的磁電阻效應元件、形成在與所述磁電阻效應元件的膜平面平行的面內的產生向該磁電阻效應元件施加的磁場的線圈，其特徵在於所述線圈由平面上看形成渦旋的第一導線和平面上看形成渦旋的第二導線構成；所述磁電阻效應元件平面上看配置在所述第一導線的渦旋中心和所述第二導線的渦旋中心之間；第一和第二導線由位於平面上看與磁隧道效應元件重疊的部分的第一導線的部分和位於平面上看與磁隧道效應元件重疊的部分的第二導線的部分相連接。
2.根據權利要求1所述的磁傳感器，其特徵在於位於平面上看與所述磁電阻效應元件重疊的部分的所述第一導線的部分和位於平面上看與該磁電阻效應元件重疊的部分的所述第二導線的部分被形成為相互平行的直線狀。
3.根據權利要求2所述的磁傳感器，其特徵在於位於平面上看與所述磁電阻效應元件重疊的部分的所述第一及所述第二導線的各自的寬度相互相等，而與位於其他部分的該第一及該第二導線的各自的寬度不同。
4.根據權利要求1～3任一項所述的磁傳感器，其特徵在於所述線圈是產生用來確認所述磁電阻效應元件是否正常發揮作用的磁場的線圈。
5.根據權利要求1～3任一項所述的磁傳感器，其特徵在於所述磁電阻效應元件是包含自由層和釘扎層的磁電阻效應元件；所述線圈是產生初始化所述自由層的磁化方向的磁場的線圈。
6.根據權利要求1～3任一項所述的磁傳感器，其特徵在於所述磁電阻效應元件是磁隧道效應元件；所述線圈是產生所述磁隧道效應元件用來檢測施加在該元件上的外部磁場的偏置磁場的線圈。
7.一種磁傳感器，其特徵是包括基板、當第一方向內的第一指向上的磁場大小越大呈現越大的物理量而當該第一方向內的與該第一指向相反的指向上的磁場大小越大呈現越小的物理量的形成在所述基板上的第一磁檢測部、當與所述第一方向相交的第二方向內的第二指向上的磁場大小越大呈現越大的物理量而當該第二方向內的與該第二指向相反的指向上的磁場大小越大呈現越小的物理量的形成在所述基板上的第二磁檢測部、配置在所述第一磁檢測部附近同時根據流入的電流在所述第一方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加在該第一磁檢測部上的第一檢查用線圈、配置在所述第二磁檢測部附近同時根據流入的電流在所述第二方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加在該第二磁檢測部上的第二檢查用線圈、電流供給源、將所述第一檢查用線圈和所述第二檢查用線圈串聯連接在所述電流供給源上的連接導線、插入安裝在由所述電流供給源、所述第一檢查用線圈、所述第二檢查用線圈以及所述連接導線構成的閉合迴路中、使該第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈的狀態切換到來自該電流供給源的電流流動的通電狀態和切斷該電流的非通電狀態的某任一狀態的通電控制電路。
8.一種磁傳感器，其特徵是包括基板、當第一方向內的第一指向上的磁場大小越大呈現越大的物理量而當該第一方向內的與該第一指向相反的指向上的磁場大小越大呈現越小的物理量的形成在所述基板上的第一磁檢測部、當與所述第一方向相交的第二方向內的第二指向上的磁場大小越大呈現越大的物理量而當該第二方向內的與該第二指向相反的指向上的磁場大小越大呈現越小的物理量的形成在所述基板上的第二磁檢測部、在所述基板內埋設在所述第一磁檢測部的下方同時根據流入的電流在所述第一方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加在該第一磁檢測部上的第一檢查用線圈、在所述基板內埋設在所述第二磁檢測部的下方同時根據流入的電流在所述第二方向內產生大小和指向變化的磁場並且將所產生的磁場施加在該第二磁檢測部上的第二檢查用線圈、電流供給源、將所述第一檢查用線圈和所述第二檢查用線圈串聯連接在所述電流供給源上的連接導線、插入安裝在由所述電流供給源、所述第一檢查用線圈、所述第二檢查用線圈以及所述連接導線構成的閉合迴路中、使該第一檢查用線圈和該第二檢查用線圈的狀態切換到來自該電流供給源的電流流動的通電狀態和切斷該電流的非通電狀態的某任一狀態的通電控制電路。
9.根據權利要求7或8所述的磁傳感器，其特徵在於包括根據來自外部的指示信號選擇所述第一磁檢測部和所述第二磁檢測部的某一方並且檢測所選擇的磁檢測部呈現的物理量的檢測電路、產生所述指示信號的控制電路；同時所述第一磁檢測部在所述第一方向內的第一指向上被施加了給定大小的磁場時呈現第一大小的所述物理量、在所述第一方向內的與第一指向相反的指向上被施加了給定大小的磁場時呈現與所述第一大小不同的第二大小的所述物理量；所述第二磁檢測部在所述第二方向內的第二指向上被施加了給定大小的磁場時呈現第一大小的所述物理量、在所述第二方向內的與第二指向相反的指向上被施加了給定大小的磁場時呈現與所述第一大小不同的第二大小的所述物理量；在該第一檢查用線圈中流入給定方向的給定大小的電流時該第一檢查用線圈向所述第一磁檢測部施加所述第一指向上的給定大小的磁場而該第二檢查用線圈向所述第二磁檢測部施加與所述第二指向相反的指向上的該給定大小的磁場，當在該第一檢查用線圈中流入與該給定方向相反方向的給定大小的電流時該第一檢查用線圈向所述第一磁檢測部施加與所述第一指向相反的指向上的給定大小的磁場而該第二檢查用線圈向所述第二磁檢測部施加所述第二指向上的該給定大小的磁場。
全文摘要
提供一種磁傳感器，設置有用來產生施加在磁電阻效應元件的偏置磁場的節省空間且耗電低的線圈。磁傳感器設置有薄膜狀的磁隧道效應元件(磁電阻效應元件)11。線圈21被配置在磁隧道效應元件11的下方平行於該元件的薄膜面的面內，並且是由渦旋狀的第一導線部21－1和渦旋狀的第二導線部21－2構成的雙渦旋型的線圈。平面上看，磁隧道效應元件11被配置在第一導線部21－1的渦旋中心P1和第二導線部21－2的渦旋中心P2之間。平面上看第一導線部21－1與磁隧道效應元件11重疊的部分和同一平面上看第二導線部21－2與磁隧道效應元件11重疊的部分把第一、第二導線部21－1、21－2連接起來，以便流過同一方向的電流。
文檔編號H01L43/08GK1417872SQ0214698
公開日2003年5月14日 申請日期2002年10月29日 優先權日2001年10月29日
發明者鈴木利尚, 佐藤秀樹, 金子誠 申請人:山葉株式會社