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CN103314304A - 磁比例式电流传感器 - Google Patents

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CN103314304A
CN103314304A CN2011800630246A CN201180063024A CN103314304A CN 103314304 A CN103314304 A CN 103314304A CN 2011800630246 A CN2011800630246 A CN 2011800630246A CN 201180063024 A CN201180063024 A CN 201180063024A CN 103314304 A CN103314304 A CN 103314304A
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CN
China
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magneto
magnetic
resistance effect
current sensor
magnetization
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CN2011800630246A
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井出洋介
斋藤正路
高桥彰
一户健司
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Alps Green Devices Co Ltd
Original Assignee
Alps Green Devices Co Ltd
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    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
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Abstract

本发明提供一种磁比例式电流传感器，消除元件间的零磁场电阻值(R0)、电阻温度系数(TCR0)的偏差，高精度地进行电流测定。具有由因通过被测定电流产生的感应磁场的施加而电阻值变化的四个磁阻效应元件(122a～122c、123)构成的磁场检测电桥电路(13)，四个磁阻效应元件(122a～122c、123)具有经由反平行结合膜将第一铁磁性膜与第二铁磁性膜反铁磁性地结合而成的铁磁性固定层、非磁性中间层、软磁性自由层，第一铁磁性膜及第二铁磁性膜的居里温度大致相同，磁化量之差实质为零，三个磁阻效应元件(122a～122c)的铁磁性固定层的磁化方向相同，一个磁阻效应元件(123)的铁磁性固定层的磁化方向为与三个磁阻效应元件(122a～122c)的铁磁性固定层的磁化方向相差180°的方向。

Description

磁比例式电流传感器
技术领域
本发明涉及一种采用了磁阻效应元件(TMR元件、GMR元件)的磁比例式电流传感器。
背景技术
在电动机动车中，采用由发动机发电得到的电力来驱动电动机，该电动机驱动用的电流的大小例如由电流传感器来检测。该电流传感器为在导体的周围配置局部具有切口(芯部间隙)的磁芯且在该芯部间隙内配置磁检测元件而成的结构。
作为电流传感器的磁检测元件，采用具备磁化方向固定的固定磁性层、非磁性层及磁化方向相对于外部磁场变动的自由磁性层的层叠结构的磁阻效应元件(GMR元件、TMR元件)等。在采用这样的磁阻效应元件的电流传感器中，由磁阻效应元件和固定电阻元件来构成全电桥电路(专利文献1)。
【先行技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】：日本特开2007-248054号公报
【发明概要】
【发明所要解决的课题】
但是，在由磁阻效应元件和固定电阻元件来构成全电桥电路的情况下，由于磁阻效应元件的膜结构和固定电阻元件的膜结构不同，故零磁场电阻值(R0)、零磁场中的电阻温度系数(TCR0)在磁阻效应元件和固定电阻元件之间不同。因此，由于温度变化，作为电桥电路的输出的中点电位发生变动，在输出中产生误差，从而存在无法高精度地进行电流测定这样的问题。
发明内容
本发明就是鉴于这一方面而作出的，其目的在于，提供一种能够消除元件间的零磁场电阻值(R0)或电阻温度系数(TCR(Temperature CoefficientResistivity)0)的偏差，从而高精度地进行电流测定的磁比例式电流传感器。
【用于解决课题的手段】
本发明的磁比例式电流传感器具备：具备：磁场检测电桥电路，其由因通过被测定电流产生的感应磁场的施加而电阻值变化的四个磁阻效应元件构成，且具备产生与所述感应磁场大致成比例的电压差的两个输出；磁屏蔽件，其使所述感应磁场衰减，所述磁比例式电流传感器利用所述磁场检测电桥电路的电压差来算出所述被测定电流的电流值，所述磁比例式电流传感器的特征在于，所述四个磁阻效应元件具有铁磁性固定层、非磁性中间层和软磁性自由层，所述铁磁性固定层为经由反平行结合膜将第一铁磁性膜与第二铁磁性膜反铁磁性地结合而成的自钉住固定型的铁磁性固定层，所述第一铁磁性膜及所述第二铁磁性膜的居里温度大致相同，且磁化量之差实质为零，所述四个磁阻效应元件中的三个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向相同，剩余一个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向为与所述三个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向相差180°的方向。
根据该结构，由于磁检测电桥电路由膜结构相同的四个磁阻效应元件构成，因此能够消除元件间的零磁场电阻值(R0)、电阻温度系数(TCR0)的偏差。因此，无论环境温度如何均能够减小中点电位的偏差，从而能够高精度地进行电流测定。
在本发明的磁比例式电流传感器中，优选的是，所述磁屏蔽件及所述磁场检测电桥电路形成在同一基板上。
在本发明的磁比例式电流传感器中，所述磁屏蔽件配置在比所述磁场检测电桥电路更靠近所述被测定电流的一侧。
在本发明的磁比例式电流传感器中，优选的是，所述四个磁阻效应元件具有以长度方向相互平行的方式配置的多个带状的长条图案折返而成的形状，所述感应磁场以沿着与所述长度方向正交的方向的方式被施加。
在本发明的磁比例式电流传感器中，优选的是，所述第一铁磁性膜由含有40原子％～80原子％的Fe的CoFe合金构成，所述第二铁磁性膜由含有0原子％～40原子％的Fe的CoFe合金构成。
在本发明的磁比例式电流传感器中，优选的是，所述磁屏蔽件由从包括非晶形磁性材料、坡莫合金系磁性材料及铁系微晶体材料的组中选择出的高导磁率材料构成。
发明效果
在本发明的磁比例式电流传感器中，具有由因通过被测定电流产生的感应磁场的施加而电阻值变化的四个磁阻效应元件构成的磁场检测电桥电路，四个磁阻效应元件具有经由反平行结合膜将第一铁磁性膜与第二铁磁性膜反铁磁性地结合而成的铁磁性固定层、非磁性中间层及软磁性自由层，第一铁磁性膜及第二铁磁性膜的居里温度大致相同，且磁化量之差实质为零，四个磁阻效应元件中的三个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向相同，剩余一个的磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向为与所述三个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向相差180°的方向，因此，能够消除元件间的零磁场电阻值(R0)、电阻温度系数(TCR0)的差异所引起的输出误差，从而高精度地进行电流测定。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器的图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器的图。
图3是表示图1所示的磁比例式电流传感器的剖视图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器中的磁检测电桥电路的图。
图5是表示图2所示的磁比例式电流传感器的电流测定状态的图。
图6是表示图5所示的磁比例式电流传感器中的磁检测电桥电路的图。
图7是表示图2所示的磁比例式电流传感器的电流测定状态的图。
图8是表示图7所示的磁比例式电流传感器中的磁检测电桥电路的图。
图9是表示本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器中的磁阻效应元件的R-H曲线的图。
图10(a)～(c)是用于说明本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器中的磁阻效应元件的制造方法的图。
图11(a)～(c)是用于说明本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器中的磁阻效应元件的制造方法的图。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，参考附图进行详细说明。
图1及图2是表示本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器的图。在本实施方式中，图1及图2所示的磁比例式电流传感器配设在流动有被测定电流I的导体11的附近。该磁比例式电流传感器具有对由在导体11中流动的被测定电流I所产生的感应磁场进行检测的磁场检测电桥电路(磁检测电桥电路)13。磁场检测电桥电路13具有四个磁阻效应元件122a～122c、123，该四个磁阻效应元件122a～122c、123通过由被测定电流I产生的感应磁场的施加而使电阻值变化。如此通过采用具有磁阻效应元件的磁场检测电桥电路13，能够实现高灵敏度的磁比例式电流传感器。
该磁场检测电桥电路13具备产生与由被测定电流I产生的感应磁场大致成比例的电压差的两个输出。在图2所示的磁场检测电桥电路13中，在磁阻效应元件122b与磁阻效应元件122c之间的连接点连接有电源Vdd，在磁阻效应元件122a与磁阻效应元件123之间的连接点连接有地线(GND)。进而，在该磁场检测电桥电路13中，从磁阻效应元件122a与磁阻效应元件122b之间的连接点取出一个输出(Out1)，从磁阻效应元件122c与磁阻效应元件123之间的连接点取出另一个输出(Out2)。根据所述两个输出的电压差，磁比例式电流传感器算出被测定电流I。
图3是表示图1所示的磁比例式电流传感器的剖视图。如图3所示，在本实施方式所涉及的磁比例式电流传感器中，磁屏蔽件30及磁场检测电桥电路13形成在同一基板21上。在图3所示的结构中，磁屏蔽件30配置在靠近被测定电流I的一侧。即，从靠近导体11的一侧依次配置磁屏蔽件30、磁阻效应元件122a～122c、123。由此，能够使磁阻效应元件122a～122c、123远离导体11，从而能够减小从被测定电流I对磁阻效应元件122a～122c、123施加的感应磁场。因此，能够实现宽广范围的电流测定。
关于图3所示的层结构进行详细地说明。在图3所示的磁比例式电流传感器中，在基板21上形成有作为绝缘层的热硅氧化膜22。在热硅氧化膜22上形成有铝氧化膜23。铝氧化膜23例如可以通过溅射等方法而成膜。另外，作为基板21可采用硅基板等。
在铝氧化膜23上形成有磁阻效应元件122a～122c、123，且嵌入有前述的磁场检测电桥电路13。作为磁阻效应元件122a～122c、123，可以采用TMR元件(隧道型磁阻效应元件)、GMR元件(巨大磁阻效应元件)等。关于在本发明所涉及的磁比例式电流传感器中采用的磁阻效应元件的膜结构在后叙述。
如图2的放大图所示，优选的是，磁阻效应元件为具有以其长度方向相互平行的方式配置的多个带状的长条图案(条纹)折返而成的形状(曲流形状)的GMR元件。在该曲流形状中，灵敏度轴方向(Pin方向)为与长条图案的长度方向(条纹长度方向)正交的方向(条纹宽度方向)。在该曲流形状中，以沿着与条纹长度方向正交的方向(条纹宽度方向)的方式来施加感应磁场。
在该曲流形状中，若考虑线性度，优选钉住(Pin)方向的宽度为1μm～10μm。在这种情况下，若考虑线性度，优选长度方向相对于感应磁场的方向垂直。通过设为这样的曲流形状，能够利用比霍尔元件少的端子数(两端子)来获得磁阻效应元件的输出。
另外，在铝氧化膜23上形成有电极24。电极24可以在对电极材料进行成膜之后，利用光刻法及蚀刻法来形成。
在形成有磁阻效应元件122a～122c、123及电极24的铝氧化膜23上形成有作为绝缘层的聚酰亚胺层25。聚酰亚胺层25可以通过涂布聚酰亚胺材料并使其固化来形成。
在聚酰亚胺层25上形成有磁屏蔽件30。作为构成磁屏蔽件30的材料，可以采用非晶形磁性材料、坡莫合金系磁性材料、或者铁系微晶体材料等的高导磁率材料。需要说明的是，磁屏蔽件30可以适当地省略。
另外，在聚酰亚胺层25上形成有硅氧化膜31。硅氧化膜31例如可以通过溅射等的方法来成膜。在聚酰亚胺层25及硅氧化膜31的规定的区域(电极24存在的区域)形成有接触孔，在该接触孔中形成有电极焊盘26。在接触孔的形成中可以采用光刻法及蚀刻法等。电极焊盘26可以在对电极材料进行成膜之后，利用光刻法及镀敷法来形成。
在具有这样的结构的磁比例式电流传感器中，如图3所示，利用磁阻效应元件来承受由被测定电流I产生的感应磁场A，并输出与该电阻变化相应的电压。
在本发明的磁比例式电流传感器中，如图3所示具有磁屏蔽件30。磁屏蔽件30能够使由被测定电流I产生并对磁阻效应元件施加的感应磁场衰减。因而，即便在感应磁场A较大的情况下也能够实现电流测定。也就是说，能够实现宽广范围的电流测定。另外，能够通过该磁屏蔽件30使外部磁场的影响降低。
具有上述结构的磁比例式电流传感器采用具有磁阻效应元件、尤其是GMR元件或TMR元件作为磁检测元件的磁场检测电桥电路13。由此，能够实现高灵敏度的磁比例式电流传感器。另外，该磁比例式电流传感器中，由于磁检测电桥电路13由膜结构相同的四个磁阻效应元件构成，故能够消除元件间的零磁场电阻值(R0)、电阻温度系数(TCR0)的偏差。因此，无论环境温度如何均能够减小中点电位的偏差，从而能够高精度地进行电流测定。另外，具有上述结构的磁比例式电流传感器由于磁屏蔽件30及磁场检测电桥电路13形成在同一基板上，故能够实现小型化。进而，该磁比例式电流传感器由于为不具有磁芯的结构，故能够实现小型化、低成本化。
本发明中使用的磁阻效应元件的膜结构为例如如图10(a)所示的结构。即，如图10(a)所示，磁阻效应元件具有设于基板41上的层叠结构。需要说明的是，在图10(a)中，为了使说明简单化，基板41中省略了磁阻效应元件以外的基底层等而进行图示。磁阻效应元件包括晶种层42a、第一铁磁性膜43a、反平行结合膜44a、第二铁磁性膜45a、非磁性中间层46a、软磁性自由层(自由磁性层)47a、48a及保护层49a。
晶种层42a由NiFeCr或者Cr等构成。保护层49a由Ta等构成。需要说明的是，在上述层叠结构中，在基板41与晶种层42a之间例如也可以设置由包括Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W中至少一个元素的非磁性材料等构成的基底层。
在该磁阻效应元件中，经由反平行结合膜44a将第一铁磁性膜43a与第二铁磁性膜45a反铁磁性地结合，从而构成所谓的自钉住固定型(self-pinfixed type)的铁磁性固定层(SFP层：Synthetic Ferri Pinned层)。
在该铁磁性固定层中，通过将反平行结合膜44a的厚度设为0.3nm～0.45nm、或者0.75nm～0.95nm，能够给第一铁磁性膜43a与第二铁磁性膜45a之间带来较强的反铁磁性结合。
另外，第一铁磁性膜43a的磁化量(Ms·t)和第二铁磁性膜45a的磁化量(Ms·t)实质相同。即，在第一铁磁性膜43a和第二铁磁性膜45a之间磁化量的差实质为零。因此，SFP层的有效的各向异性磁场较大。因而，即便不采用反铁磁性材料，也能够充分地确保铁磁性固定层(Pin层)的磁化稳定性。这是因为，当将第一铁磁性膜的膜厚设为t1、第二铁磁性膜的膜厚设为t2、两层的每单位体积的磁化及感应磁性各向异性常数分别设为Ms、K时，SFP层的有效的各向异性磁场由下式(1)表示。因而，用于本发明的磁比例式电流传感器的磁阻效应元件具备不具有反铁磁性层的膜结构。
eff Hk＝2(K·t1+K·t2)/(Ms·t1-Ms·t2)    式(1)
第一铁磁性膜43a的居里温度(Tc)和第二铁磁性膜45a的居里温度(Tc)大致相同。由此，在高温环境下两膜43a、45a的磁化量(Ms·t)差也大致为零，能够维持较高的磁化稳定性。
第一铁磁性膜43a优选由含有40原子％～80原子％的Fe的CoFe合金构成。这是因为，该组成范围的CoFe合金具有较大的保磁力，能够相对于外部磁场稳定地维持磁化。另外，第二铁磁性膜45a优选由含有0原子％～40原子％的Fe的CoFe合金构成。这是因为，该组成范围的CoFe合金具有较小的保磁力，且容易在相对于第一铁磁性膜43a优先磁化的方向呈反平行的反平行方向(相差180°的方向)磁化。其结果是，能够使由上述式(1)表示的Hk进一步地变大。另外，通过将第二铁磁性膜45a限定在该组成范围之内，能够增大磁阻效应元件的电阻变化率。
第一铁磁性膜43a及第二铁磁性膜45a优选在其成膜中沿着曲流形状的条纹宽度方向施加磁场，从而对成膜后的第一铁磁性膜43a及第二铁磁性膜45a赋予感应磁性各向异性。由此，两膜43a、45a沿着条纹宽度方向反平行地磁化。另外，第一铁磁性膜43a及第二铁磁性膜45a的磁化方向由第一铁磁性膜43a的成膜时的磁场施加方向来确定，因此，通过改变第一铁磁性膜43a的成膜时的磁场施加方向，能够形成在同一基板上具有磁化方向不同的铁磁性固定层的多个磁阻效应元件。
铁磁性固定层的反平行结合膜44a由Ru等构成。另外，软磁性自由层(自由层)47a、48a由CoFe合金、NiFe合金、CoFeNi合金等磁性材料构成。另外，非磁性中间层46a由Cu等构成。另外，软磁性自由层47a、48a优选在其成膜中沿着曲流形状的条纹长度方向施加磁场，从而对成膜后的软磁性自由层47a、48a赋予感应磁性各向异性。由此，在磁阻效应元件中，相对于条纹宽度方向的外部磁场(由被测定电流产生的磁场)而呈线形地产生电阻变化，从而能够减小磁滞。在这样的磁阻效应元件中，通过铁磁性固定层、非磁性中间层及软磁性自由层来得到自旋阀结构。
作为在本发明的磁比例式电流传感器中采用的磁阻效应元件的膜结构的例子，例如为NiFeCr(晶种层：5nm)/Fe70Co30(第一铁磁性膜：1.65nm)/Ru(反平行结合膜：0.4nm)/Co90Fe10(第二铁磁性膜：2nm)/Cu(非磁性中间层：2.2nm)/Co90Fe10(软磁性自由层：1nm)/NiFe(软磁性自由层：7nm)/Ta(保护层：5nm)。关于这样的膜结构的磁阻效应元件，对R-H波形进行了调查之后可知，如图9所示那样，获得了与由反铁磁性膜对固定磁性层的磁化加以固定的类型的磁阻效应元件的R-H波形相同的特性。需要说明的是，关于图9所示的R-H波形，通过通常测定的条件来求出。
关于本发明的磁比例式电流传感器，如图4所示，四个磁阻效应元件122a～122c、123中的三个磁阻效应元件122a～122c的铁磁性固定层的磁化方向(第二铁磁性膜的磁化方向：Pin2)相同，剩余一个磁阻效应元件123的铁磁性固定层的磁化方向(第二铁磁性膜的磁化方向：Pin2)为与三个磁阻效应元件122a～122c的铁磁性固定层的磁化方向相差180°的方向。
具有如此配置的四个磁阻效应元件的磁比例式电流传感器通过对磁检测电桥电路13的两个输出(OUT1、OUT2)的电压差进行检测来测定被测定电流。在此，四个磁阻效应元件的零磁场电阻值大致相同(R0)。另外，四个磁阻效应元件的电阻变化与磁场的强度大致成比例，电阻变化率也大致相同。
如图5所示，当面对图5的纸面而从左侧流动被测定电流时，如图6所示，对四个磁阻效应元件122a～122c、123沿着相同的方向施加感应磁场A。
两个磁阻效应元件122a、122b(OUT1侧)的铁磁性固定层的磁化方向相同，因此，无论感应磁场A的强度如何，磁阻效应元件122a的电阻值和磁阻效应元件122b的电阻值始终示出相同的值。因而，OUT1的输出始终恒定(Vdd/2)。因此，磁阻效应元件122a、122b发挥与固定电阻元件相同的作用。
另一方面，两个磁阻效应元件122c、123(OUT2侧)的铁磁性固定层的磁化方向相互反平行，因此，基于感应磁场A的强度而使磁阻效应元件122c、123沿着不同的方向产生电阻变化。若将基于感应磁场产生的磁阻效应元件122c的电阻变化设为-ΔR，则磁阻效应元件122c的电阻值为R0-ΔR，磁阻效应元件123的电阻值为R0+ΔR。也就是说，磁阻效应元件122c、123的合成电阻值无论感应磁场A的强度如何均为2R0。因而，OUT2的输出成为
VOUT2＝Vdd·(R0+ΔR)/2R0＝Vdd/2+Vdd·ΔR/2R0。也就是说，电阻变化ΔR和OUT2的输出呈大致线形的关系。OUT1的输出始终为Vdd/2，故OUT1和OUT2的电压差成为Vdd·ΔR/2R0(或者-Vdd·ΔR/2R0)而与电阻变化ΔR大致成比例。ΔR与磁场的强度大致成比例，故可获得呈与感应磁场大致成比例的关系的电压差。
另外，如图7所示，当面对图7的纸面而从右侧流动被测定电流时，对两个磁阻效应元件122a、122b(OUT1侧)及两个磁阻效应元件122c、123(OUT2侧)分别如图8所示那样施加有感应磁场A。此时的动作也与图5及图6的情况同样。
如此，本发明的磁比例式电流传感器中，由具有相同的膜结构的四个磁阻效应元件来构成磁检测电桥电路，并使一个磁阻效应元件的第一铁磁性膜(第二铁磁性膜)的磁化方向与其他三个磁阻效应元件的第一铁磁性膜(第二铁磁性膜)的磁化方向成为反平行方向。因此，能够使四个磁阻效应元件的零磁场电阻值(R0)、电阻温度系数(TCR0)一致，不会因温度变化而使中点电位产生偏差，从而能够实现高精度的电流传感器。
采用了上述那样的四个磁阻效应元件的磁比例式电流传感器也可以采用由反铁磁性膜对固定磁性层的磁化加以固定的类型的磁阻效应元件进行制作。在这种情况下，为了使四个磁阻效应元件中的一个磁阻效应元件的固定磁性层(Pin层)的交换结合方向与其他三个磁阻效应元件的固定磁性层的交换结合方向成为反平行方向，需要适用激光局部退火、或者与磁阻效应元件邻接地设置磁场施加用线圈。这样的方法可以适用在制作磁阻效应元件位于芯片最表面附近的传感器或器件的情况下，但不适用于如本发明的磁比例式电流传感器那样，在磁阻效应元件上设置了较厚的有机绝缘膜或较厚的磁屏蔽膜等的器件的制作之中。因此，在本发明所涉及的磁比例式电流传感器中，不具有上述的反铁磁性膜的磁阻效应元件特别有用。
在本发明所涉及的磁比例式电流传感器中，由聚酰亚胺膜等有机绝缘膜对磁阻效应元件或其配线等进行绝缘分离。有机绝缘膜通常通过利用自旋涂法等对有机材料进行涂布之后，实施200℃以上的加热处理来形成。该有机绝缘膜在磁检测电桥电路形成的后工序中形成，故磁阻效应元件也一同被加热。在由反铁磁性膜对固定磁性层的磁化加以固定的类型的磁阻效应元件的制造工序中，需要一边施加磁场一边进行加热处理，以免由于该有机绝缘膜的形成工序的热履历而导致固定磁性层的特性的劣化。在本发明所涉及的磁比例式电流传感器中，由于未采用反铁磁性膜，因此即便不一边施加磁场一边进行加热处理，也能够维持固定磁性层的特性。因而，能够抑制磁化容易轴与加热处理中的磁场方向正交的软磁性自由层的磁滞的劣化。
另外，在采用由反铁磁性膜对固定磁性层的磁化加以固定的类型的磁阻效应元件的情况下，反铁磁性材料的阻塞温度(交换结合磁场消失的温度)大概为300℃～400℃，随着朝向该温度而交换结合磁场逐渐减小，故越成为高温，则固定磁性层的特性越不稳定。在本发明所涉及的磁比例式电流传感器中，由于未使用反铁磁性膜，故固定磁性层的特性主要依赖于构成固定磁性层的铁磁性材料的居里温度。通常情况下，CoFe等铁磁性材料的居里温度远高于反铁磁性材料的阻塞温度。因而，通过使第一铁磁性膜和第二铁磁性膜的铁磁性材料的居里温度一致而在高温区域中也将磁化量(Ms·t)差保持为零，由此能够维持较高的磁化稳定性。
另外，在采用由反铁磁性膜对固定磁性层的磁化加以固定的类型的磁阻效应元件的情况下，由于在退火时的施加磁场方向上产生交换结合磁场，故需要有意地在第一铁磁性膜的磁化量(Ms·t)和第二铁磁性膜的磁化量(Ms·t)之间产生差。这是因为，在磁化量差为零时，第一铁磁性膜及第二铁磁性膜均饱和的磁场超过在退火时可施加的磁场(～15kOe(×103/4πA/m))，其结果是，退火后的第一铁磁性膜及第二铁磁性膜的磁化分散变大，引发ΔR/R的劣化。另外，为了使ΔR/R进一步变大，使第二铁磁性膜的膜厚比第一铁磁性膜变厚(使磁化量变大)的情况较多。通常而言，在第二铁磁性膜的磁化量比第一铁磁性膜的磁化量多的情况下，在元件侧壁中从第二铁磁性膜向软磁性自由层施加的回流磁场变大，对输出的不对称造成的影响变大。另外，由于该回流磁场的温度依赖性大，故不对称的温度依赖性也变大。在本发明所涉及的磁比例式电流传感器中，磁阻效应元件的第一铁磁性膜和第二铁磁性膜的磁化量差为零，故也能够解决这样的问题。
另外，本发明所涉及的磁比例式电流传感器的磁阻效应元件未包含反铁磁性材料，故还能够抑制材料成本和制造成本。
图10(a)～(c)及图11(a)～(c)是用于对本发明的实施方式所涉及的磁比例式电流传感器中的磁阻效应元件的制造方法进行说明的图。首先，如图10(a)所示，在基板41上依次形成晶种层42a、第一铁磁性膜43a、反平行结合膜44a、第二铁磁性膜45a、非磁性中间层46a、软磁性自由层(自由磁性层)47a、48a及保护层49a。在第一铁磁性膜43a及第二铁磁性膜45a的成膜中，沿着曲流形状的条纹宽度方向施加磁场。在图10中，第一铁磁性膜43a、第二铁磁性膜45a的施加磁场方向均为从纸面里侧朝向眼前侧的方向。在成膜后，第一铁磁性膜43a沿着施加磁场方向优先磁化，第二铁磁性膜45a沿着与第一铁磁性膜43a的磁化方向呈反平行的反平行方向(相差180°的方向)磁化。另外，在软磁性自由层(自由磁性层)47a、48a的成膜中，沿着曲流形状的条纹长度方向施加磁场。
接着，如图10(b)所示，在保护层49a上形成抗蚀剂层50，并通过光刻法及蚀刻法，在磁阻效应元件122a～122c侧的区域上残存抗蚀剂层50。接着，如图10(c)所示，通过离子铣削法等，将露出的层叠膜除去，从而使设有磁阻效应元件123的区域的基板41露出。
接着，如图11(a)所示，在露出的基板41上依次形成晶种层42b、第一铁磁性膜43b、反平行结合膜44b、第二铁磁性膜45b、非磁性中间层46b、软磁性自由层(自由磁性层)47b、48b及保护层49b。在第一铁磁性膜43b及第二铁磁性膜45b的成膜中，沿着曲流形状的条纹宽度方向施加磁场。在图11中，第一铁磁性膜43b、第二铁磁性膜45a的施加磁场方向均为从纸面眼前侧朝向里侧的方向。通过与上述相同的原理，第一铁磁性膜43a和第二铁磁性膜45a沿着反平行方向(相差180°的方向)磁化。另外，在软磁性自由层(自由磁性层)47b、48b的成膜中，沿着曲流形状的条纹长度方向施加磁场。
接着，如图11(b)所示，在保护层49a、49b上形成抗蚀剂层50，并通过光刻法及蚀刻法，在磁阻效应元件122a～122c、123的形成区域上残存抗蚀剂层50。接着，如图11(c)所示，通过离子铣削法等，将露出的层叠膜除去，从而形成磁阻效应元件122a～122c、123。
如此，根据本发明的磁比例式电流传感器，磁检测电桥电路由膜结构相同的四个磁阻效应元件构成，因此能够消除元件间的零磁场电阻值(R0)、电阻温度系数(TCR0)的偏差。因此，无论环境温度如何均能够减小中点电位的偏差，高精度地进行电流测定。
本发明不局限于上述实施方式，能够各种各样地变更来实施。例如，上述实施方式中的材料、各元件的连接关系、厚度、大小、制法等可以适当地变更来实施。除此以外，本发明可以在不超出本发明的范围的情况下适当地变更来实施。
【工业方面可利用性】
本发明能够适用于对电动机动车的电动机驱动用的电流的大小进行检测的电流传感器之中。
本申请基于2010年12月27日申请的特愿2010-289629。其内用全部包含于此。

Claims (6)

1.一种磁比例式电流传感器，具备：磁场检测电桥电路，其由因通过被测定电流产生的感应磁场的施加而电阻值变化的四个磁阻效应元件构成，且具备产生与所述感应磁场大致成比例的电压差的两个输出；磁屏蔽件，其使所述感应磁场衰减，所述磁比例式电流传感器利用所述磁场检测电桥电路的电压差来算出所述被测定电流的电流值，
所述磁比例式电流传感器的特征在于，
所述四个磁阻效应元件具有铁磁性固定层、非磁性中间层和软磁性自由层，所述铁磁性固定层为经由反平行结合膜将第一铁磁性膜与第二铁磁性膜反铁磁性地结合而成的自钉住固定型的铁磁性固定层，所述第一铁磁性膜及所述第二铁磁性膜的居里温度大致相同，且磁化量之差实质为零，所述四个磁阻效应元件中的三个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向相同，剩余一个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向为与所述三个磁阻效应元件的铁磁性固定层的磁化方向相差180°的方向。
2.如权利要求1所述的磁比例式电流传感器，其特征在于，
所述磁屏蔽件及所述磁场检测电桥电路形成在同一基板上。
3.如权利要求1或2所述的磁比例式电流传感器，其特征在于，
所述磁屏蔽件配置在比所述磁场检测电桥电路更靠近所述被测定电流的一侧。
4.如权利要求1～3中任一项所述的磁比例式电流传感器，其特征在于，
所述四个磁阻效应元件具有以长度方向相互平行的方式配置的多个带状的长条图案折返而成的形状，所述感应磁场以沿着与所述长度方向正交的方向的方式被施加。
5.如权利要求1～4中任一项所述的磁比例式电流传感器，其特征在于，
所述第一铁磁性膜由含有40原子％～80原子％的Fe的CoFe合金构成，所述第二铁磁性膜由含有0原子％～40原子％的Fe的CoFe合金构成。
6.如权利要求1～5中任一项所述的磁比例式电流传感器，其特征在于，
所述磁屏蔽件由从包括非晶形磁性材料、坡莫合金系磁性材料及铁系微晶体材料的组中选择出的高导磁率材料构成。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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