JP6617156B2 - Magnetic field detector - Google Patents
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Description
本発明は、フィードバック磁界を与えるコイルを使用したいわゆる磁界平衡式の磁気検知装置に関する。 The present invention relates to a so-called magnetic field balance type magnetic sensing device using a coil for providing a feedback magnetic field.
特許文献１に、磁気検知装置としていわゆる磁界平衡式の電流センサに関する発明が記載されている。 Patent Document 1 discloses an invention relating to a so-called magnetic field balance type current sensor as a magnetic detection device.
この電流センサは、被測定電流が通過する導体に磁気抵抗効果素子とフィードバックコイルとが対向している。導体に流れる被測定電流で励起された電流磁界は磁気抵抗効果素子で検知され、その検知出力の大きさに対応したフィードバック電流が前記フィードバックコイルに与えられるように制御される。フィードバックコイルから磁気抵抗効果素子へは、前記電流磁界とは逆向きのフィードバック磁界（キャンセル磁界）が与えられ、電流磁界とフィードバック磁界とが平衡状態となったときに、フィードバックコイルに流れている電流が検知され、電流の検知出力が被測定電流の測定値となる。 In this current sensor, a magnetoresistive element and a feedback coil are opposed to a conductor through which a current to be measured passes. The magnetic field excited by the current to be measured flowing through the conductor is detected by the magnetoresistive effect element, and a feedback current corresponding to the magnitude of the detected output is controlled to be applied to the feedback coil. A feedback magnetic field (cancellation magnetic field) opposite to the current magnetic field is applied from the feedback coil to the magnetoresistive effect element, and the current flowing in the feedback coil when the current magnetic field and the feedback magnetic field are in an equilibrium state. Is detected, and the current detection output becomes the measured value of the current to be measured.
前記電流センサでは、導体に流れる被測定電流の方向に沿って４個の磁気抵抗効果素子が配列している。４個の磁気抵抗効果素子は、強磁性固定層と軟磁性自由層とが非磁性中間層を挟んで積層されたＧＭＲ素子である。２個の磁気抵抗効果素子の強磁性固定層の磁化方向であるＰｉｎ方向と、他の２個の磁気抵抗効果素子の強磁性固定層のＰｉｎ方向は、互いに１８０度逆向きであり、それぞれが、被測定電流の方向と直交する向きに設定されている。 In the current sensor, four magnetoresistive elements are arranged along the direction of the current to be measured flowing through the conductor. The four magnetoresistive elements are GMR elements in which a ferromagnetic pinned layer and a soft magnetic free layer are stacked with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween. The Pin direction, which is the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layers of the two magnetoresistive effect elements, and the Pin direction of the ferromagnetic pinned layers of the other two magnetoresistive effect elements are opposite to each other by 180 degrees. The direction is perpendicular to the direction of the current to be measured.
そして、Ｐｉｎ方向が逆向きとなる２個の磁気抵抗効果素子が直列に接続され、この直列部の２組が並列に接続されてブリッジ回路が構成されている。このブリッジ回路では、電流磁界が与えられたときに、Ｐｉｎ方向が相違する磁気抵抗効果素子の抵抗値が逆極性で変化する。よって、一方の直列部での２個の磁気抵抗効果素子の中点の出力Ｏｕｔ１と、他方の直列部での２個の磁気抵抗効果素子の中点の出力Ｏｕｔ２との差を求めることで、電流磁界の強度を検知することができる。 Then, two magnetoresistive effect elements whose Pin directions are opposite to each other are connected in series, and two sets of the series parts are connected in parallel to form a bridge circuit. In this bridge circuit, when a current magnetic field is applied, the resistance values of magnetoresistive elements having different Pin directions change in reverse polarity. Therefore, by obtaining the difference between the output Out1 of the midpoint of the two magnetoresistive elements in one series part and the output Out2 of the midpoint of the two magnetoresistive elements in the other series part, The intensity of the current magnetic field can be detected.
特許文献２に記載された磁気平衡式電流センサは、被測定電流が通過する導体を挟んで２個のセンサ素子Ａ，Ｂが設けられている。２個のセンサ素子Ａ，Ｂのそれぞれは、特許文献１に記載された電流センサと構造が同じであり、２個のセンサ素子Ａ，Ｂのそれぞれは、４個の磁気抵抗効果素子とフィードバックコイルを有している。 The magnetic balance type current sensor described in Patent Document 2 is provided with two sensor elements A and B across a conductor through which a current to be measured passes. Each of the two sensor elements A and B has the same structure as the current sensor described in Patent Document 1, and each of the two sensor elements A and B includes four magnetoresistive elements and a feedback coil. have.
特許文献２に記載された磁気平衡式電流センサは、２個のセンサ素子Ａ，Ｂの出力の差動をとることで、温度上昇による誤差をキャンセルし、線形性を高く保つ、というものである。 The magnetic balance type current sensor described in Patent Document 2 is designed to cancel an error due to a temperature rise and maintain high linearity by taking a differential of outputs of two sensor elements A and B. .
特許文献１に記載された電流センサと、特許文献２に記載された２個のセンサ素子Ａ，Ｂのそれぞれは、いずれも４個の磁気抵抗効果素子が、導体において被測定電流が流れる方向に沿って一列に並んで配置されており、この４個の磁気抵抗効果素子がそれぞれのキャンセルコイルに対向している。 Each of the current sensor described in Patent Document 1 and the two sensor elements A and B described in Patent Document 2 has four magnetoresistive elements in the direction in which the current to be measured flows in the conductor. The four magnetoresistive elements are arranged opposite to each cancel coil.
前述のように、４個の磁気抵抗効果素子でブリッジ回路を構成するためには、強磁性固定層のＰｉｎ方向を、２個の磁気抵抗効果素子と他の２個の磁気抵抗効果素子とで、互いに１８０度逆向きとすることが必要である。 As described above, in order to configure a bridge circuit with four magnetoresistive elements, the pinned direction of the ferromagnetic pinned layer is changed between the two magnetoresistive elements and the other two magnetoresistive elements. , They need to be 180 degrees opposite to each other.
強磁性固定層のＰｉｎ方向を、反強磁性層を使用した反強磁性結合で決めようとすると、強磁性固定層と反強磁性層を積層した後に磁場中でアニール処理することが必要になる。そのため、同じ基板上に形成した複数の磁気抵抗効果素子で強磁性固定層のＰｉｎ方向を逆向きに設定することは難しい。そこで、１つの電流センサに並んで設けられる４個の磁気抵抗効果素子の固定磁性層のＰｉｎ方向を反強磁性結合で決めたものにするには、Ｐｉｎ方向が相違する磁気抵抗効果素子を異なる基板上に２個ずつ形成し、２個ずつの磁気抵抗効果素子を電流センサに別々に組み込むことが必要となる。ただし、この場合には、１つの電流センサに２種類の基板を組み込むことになるため、組立工程や配線工程が煩雑になる。 If the pinned direction of the ferromagnetic pinned layer is determined by antiferromagnetic coupling using the antiferromagnetic layer, it is necessary to anneal the magnetic pinned layer and the antiferromagnetic layer in a magnetic field after being laminated. . Therefore, it is difficult to set the pinned direction of the ferromagnetic fixed layer in the reverse direction with a plurality of magnetoresistive elements formed on the same substrate. Therefore, in order to make the pin direction of the pinned magnetic layer of the four magnetoresistive elements provided side by side in one current sensor determined by antiferromagnetic coupling, magnetoresistive elements having different Pin directions are different. It is necessary to form two each on the substrate and separately incorporate two magnetoresistive elements into the current sensor. However, in this case, since two types of boards are incorporated in one current sensor, the assembly process and the wiring process become complicated.
この点に関し、特許文献１と特許文献２に記載された磁気抵抗効果素子は第１の強磁性層と第２の強磁性層を反平行結合膜を介して積層した、いわゆるセルフ止め型の強磁性固定層が使用されている。この強磁性固定層は、磁場中成膜工程で形成でき、アニール処理が不要であるため、Ｐｉｎ方向が逆方向となる磁気抵抗効果素子を共通の基板上に形成することが可能になる。 In this regard, the magnetoresistive effect element described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is a so-called self-locking type strong element in which a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer are stacked via an antiparallel coupling film. A magnetic pinned layer is used. This ferromagnetic pinned layer can be formed by a film-forming process in a magnetic field and does not require an annealing process. Therefore, it is possible to form a magnetoresistive element having a reverse Pin direction on a common substrate.
ところが、セルフ止め型の強磁性固定層は、強い外部磁化が作用するとＰｉｎ方向が変化する欠点があり、強磁場中で使用していると、感度低下や、検知出力にオフセット出力が重畳し、しかもオフセット出力が変動するなどの問題が生じやすくなる。 However, the self-stopping ferromagnetic pinned layer has a drawback that the Pin direction changes when strong external magnetization acts. If it is used in a strong magnetic field, the sensitivity is reduced and the offset output is superimposed on the detection output. In addition, problems such as fluctuations in offset output are likely to occur.
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、１つのコイルに対向する磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向を揃えるように構成できる磁界検知装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a magnetic field detection device that can be configured to align the magnetization directions of the pinned magnetic layers of the magnetoresistive effect element facing one coil.
また、本発明は、２個のコイルを使用することで、感度を高めたり、ダイナミックレンジを広げることが可能な磁界検知装置を提供することを目的としている。 Another object of the present invention is to provide a magnetic field detection device that can increase sensitivity and expand a dynamic range by using two coils.
本発明は、測定磁場の強度に応じて検知出力が変化する磁気検知部と、前記磁気検知部に前記測定磁場と逆向きのフィードバック磁界を与えるコイルと、前記磁気検知部の検知出力に応じて前記コイルに対して前記フィードバック磁界を誘導するフィードバック電流を供給するコイル通電部と、前記コイルに流れる電流量を検知する検知部、とが設けられた磁界検知装置において、
第１の検知ユニットと第２の検知ユニットが設けられ、前記第１の検知ユニットに、第１の磁気検知部と、前記第１の磁気検知部に前記フィードバック磁界を与える第１のコイルとが設けられ、前記第２の検知ユニットに、第２の磁気検知部と、前記第２の磁気検知部に前記フィードバック磁界を与える第２のコイルが設けられており、
前記第１の磁気検知部と前記第２の磁気検知部は、自由磁性層と固定磁性層との磁化方向に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を少なくとも２個ずつ備えており、
前記第１の磁気検知部に設けられた少なくとも２個の前記磁気抵抗効果素子は前記固定磁性層の固定磁化の向きが互いに同じで、前記第２の磁気検知部に設けられた少なくとも２個の前記磁気抵抗効果素子は前記固定磁性層の固定磁化の向きが互いに同じで、
前記第１の磁気検知部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の前記固定磁化の方向と、前記第２の磁気検知部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の前記固定磁化の方向のうちの一方は、前記フィードバック磁界に沿う方向に向けられ、他方が前記フィードバック磁界と逆方向に向けられており、
前記第１の磁気検知部に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記第２の磁気検知部に設けられた磁気抵抗効果素子とが直列に接続された直列部が２組設けられ、この２組の直列部でブリッジ回路が構成されて、前記ブリッジ回路からの出力に応じて前記フィードバック電流が決められることを特徴とするものである。The present invention relates to a magnetic detection unit whose detection output changes according to the intensity of the measurement magnetic field, a coil that applies a feedback magnetic field opposite to the measurement magnetic field to the magnetic detection unit, and a detection output of the magnetic detection unit In the magnetic field detection device provided with a coil energization unit that supplies a feedback current for inducing the feedback magnetic field to the coil, and a detection unit that detects an amount of current flowing in the coil,
A first detection unit and a second detection unit are provided, and the first detection unit includes a first magnetic detection unit and a first coil that applies the feedback magnetic field to the first magnetic detection unit. Provided, the second detection unit is provided with a second magnetic detection unit, and a second coil that applies the feedback magnetic field to the second magnetic detection unit,
The first magnetic detection unit and the second magnetic detection unit each include at least two magnetoresistive effect elements whose resistance values change according to the magnetization directions of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer,
The at least two magnetoresistive elements provided in the first magnetic detection unit have the same fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer, and at least two magnetoresistive elements provided in the second magnetic detection unit. The magnetoresistive element has the same fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer,
One of the fixed magnetization direction of the magnetoresistive effect element provided in the first magnetic detection unit and the fixed magnetization direction of the magnetoresistive effect element provided in the second magnetic detection unit Is directed in a direction along the feedback magnetic field, and the other is directed in a direction opposite to the feedback magnetic field,
Two series units are provided in which the magnetoresistive effect element provided in the first magnetic detection unit and the magnetoresistive effect element provided in the second magnetic detection unit are connected in series. A bridge circuit is formed by the series part of the circuit, and the feedback current is determined according to the output from the bridge circuit.
本発明の磁界検知装置は、前記第１のコイルと前記第２のコイルが直列に接続されているものとして構成できる。あるいは、前記第１のコイルと前記第２のコイルが並列に接続されているものとして構成できる。 The magnetic field detection apparatus of the present invention can be configured as the first coil and the second coil connected in series. Alternatively, the first coil and the second coil can be connected in parallel.
さらに、本発明の磁界検知装置は、前記第１のコイルと前記第２のコイルの接続を直列と並列とに切替える切替え部が設けられているものとすることが可能である。 Furthermore, the magnetic field detection apparatus of the present invention can be provided with a switching unit that switches the connection between the first coil and the second coil between series and parallel.
本発明の磁界検知装置は、前記磁気抵抗効果素子の前記固定磁化の方向と交差する電流路が設けられ、前記電流路に流れる被測定電流によって前記測定磁場が誘導されるものとして構成できる。すなわち電流検知装置（電流センサ）として構成することが可能である。 The magnetic field detection device of the present invention can be configured such that a current path intersecting the direction of the fixed magnetization of the magnetoresistive effect element is provided, and the measurement magnetic field is induced by a current to be measured flowing in the current path. That is, it can be configured as a current detection device (current sensor).
本発明の磁界検知装置は、前記第１の検知ユニットと前記第２の検知ユニットが、前記電流路に対して同じ側に配置されており、
前記第１の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向と、前記第２の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向とが、逆向きである。In the magnetic field detection device of the present invention, the first detection unit and the second detection unit are arranged on the same side with respect to the current path,
The direction of fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided in the first detection unit is opposite to the direction of fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided in the second detection unit.
または、本発明の磁界検知装置は、前記第１の検知ユニットと前記第２の検知ユニットが、前記電流路を挟む位置に配置されており、
前記第１の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向と、前記第２の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向とが、同じ向きである。Alternatively, in the magnetic field detection device of the present invention, the first detection unit and the second detection unit are arranged at a position sandwiching the current path,
The direction of fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided in the first detection unit is the same as the direction of fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided in the second detection unit.
本発明の磁界検知装置での前記磁気抵抗効果素子は、前記固定磁性層の磁化の向きが、前記固定磁性層と反強磁性層との反強磁性結合により設定されているものが好ましい。 In the magnetoresistive effect element in the magnetic field detection device of the present invention, it is preferable that the magnetization direction of the pinned magnetic layer is set by antiferromagnetic coupling between the pinned magnetic layer and the antiferromagnetic layer.
さらに、本発明の磁界検知装置での前記磁気抵抗効果素子は、前記自由磁性層の磁化がＩｒ−Ｍｎ合金との反強磁性結合により、前記固定磁化の方向と直交する向きに設定されているものが好ましい。 Further, in the magnetoresistive effect element in the magnetic field detection device of the present invention, the magnetization of the free magnetic layer is set in a direction orthogonal to the direction of the fixed magnetization by antiferromagnetic coupling with an Ir-Mn alloy. Those are preferred.
本発明の磁界検知装置は、第１の検知ユニットと第２の検知ユニットが設けられ、それぞれがコイルを有している。それぞれの検知ユニットでは、同じコイルに対向する少なくとも２個の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化の方向が同じ向きに揃えられている。そのため、同じ検知ユニット内において、共通の基板上に複数の磁気抵抗効果素子を容易に形成することができる。 The magnetic field detection apparatus of the present invention is provided with a first detection unit and a second detection unit, each having a coil. In each detection unit, the magnetization directions of the pinned magnetic layers of at least two magnetoresistive elements facing the same coil are aligned in the same direction. Therefore, a plurality of magnetoresistive elements can be easily formed on a common substrate in the same detection unit.
本発明は、磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化の向きを反強磁性層との反強磁性結合で固定することが可能となるため、強磁場が与えられても検知出力にバイアス出力が重畳するなどの問題が生じなくなる。 In the present invention, the magnetization direction of the pinned magnetic layer of the magnetoresistive effect element can be pinned by antiferromagnetic coupling with the antiferromagnetic layer. Problems such as overlapping do not occur.
また、第１の検知ユニットのコイルと第２の検知ユニットのコイルを直列に接続したり並列に接続することで、検知感度を向上させたり、ダイナミックレンジを広げることなどが可能になる。 Further, by connecting the coil of the first detection unit and the coil of the second detection unit in series or in parallel, it is possible to improve detection sensitivity, widen the dynamic range, and the like.
図１と図２に本発明の第１の実施の形態の磁界検知装置１０が平面図で示されている。
この磁界検知装置１０は、例えば図６（Ａ）に示すように、電流センサＩＳ１として使用される。この電流センサＩＳ１では、Ｘ方向に延びる電流路３０が設けられており、電流路３０に被測定電流Ｉ０がＸ方向に流れる。被測定電流Ｉ０は交流電流または直流電流である。1 and 2 show a plan view of a magnetic field detection apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention.
The magnetic field detection device 10 is used as a current sensor IS1, for example, as shown in FIG. In the current sensor IS1, a current path 30 extending in the X direction is provided, and the current to be measured I0 flows in the X direction in the current path 30. The measured current I0 is an alternating current or a direct current.
磁界検知装置１０は、第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂとを有している。第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂは、共に電流路３０に対して同じ側で対向している。図６（Ａ）に示す配置例では、第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂが、電流路３０の下側（Ｚ１側）に対向し、第１の検知ユニット１ＡがＹ２側に位置し、第２の検知ユニット１ＢがＹ１側に位置している。 The magnetic field detection device 10 includes a first detection unit 1A and a second detection unit 1B. Both the first detection unit 1A and the second detection unit 1B are opposed to the current path 30 on the same side. In the arrangement example shown in FIG. 6A, the first detection unit 1A and the second detection unit 1B are opposed to the lower side (Z1 side) of the current path 30, and the first detection unit 1A is on the Y2 side. The second detection unit 1B is located on the Y1 side.
図１に示すように、第１の検知ユニット１Ａは基板２Ａを有しており、第２の検知ユニット１Ｂは基板２Ｂを有している。 As shown in FIG. 1, the first detection unit 1A has a substrate 2A, and the second detection unit 1B has a substrate 2B.
図５に、第１の検知ユニット１Ａの第１の磁気検知部３Ａが設けられた部分をＹ１−Ｙ２方向に延びる切断面で切断した拡大断面図が示されている。 FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional view in which a portion where the first magnetic detection unit 3A of the first detection unit 1A is provided is cut by a cut surface extending in the Y1-Y2 direction.
図５に示すように、基板２ＡのＺ２側に向けられる表面に第１の磁気検知部３Ａが設けられ、第１の磁気検知部３Ａが下部絶縁層４で覆われている。下部絶縁層４の上に第１のコイル（フィードバックコイル）Ｃ１を構成する導体層５が形成されている。図１と図２に示すように、第１のコイルＣ１の導体層５は基板２Ａの表面に沿ってＸ−Ｙ平面と平行な平面パターンで螺旋軌跡に形成されている。導体層５は金や銅などの低抵抗金属材料をメッキすることで形成されている。 As shown in FIG. 5, the first magnetic detector 3 </ b> A is provided on the surface of the substrate 2 </ b> A facing the Z <b> 2 side, and the first magnetic detector 3 </ b> A is covered with the lower insulating layer 4. A conductor layer 5 constituting the first coil (feedback coil) C1 is formed on the lower insulating layer 4. As shown in FIGS. 1 and 2, the conductor layer 5 of the first coil C1 is formed in a spiral locus in a plane pattern parallel to the XY plane along the surface of the substrate 2A. The conductor layer 5 is formed by plating a low resistance metal material such as gold or copper.
図５に示すように、第１のコイルＣ１を構成する導体層５は上部絶縁層６に覆われており、上部絶縁層６の上にシールド層７が形成されている。シールド層７はＮｉ−Ｆｅ合金（ニッケルー鉄合金）などの軟磁性金属材料で形成されたメッキ層である。このメッキ層７を設けることで、被測定電流Ｉ０で誘導される測定磁場が、第１の磁気検知部３Ａに減衰して与えられ、その結果、測定値のダイナミックレンジを広げることが可能になる。 As shown in FIG. 5, the conductor layer 5 constituting the first coil C <b> 1 is covered with the upper insulating layer 6, and the shield layer 7 is formed on the upper insulating layer 6. The shield layer 7 is a plating layer formed of a soft magnetic metal material such as a Ni—Fe alloy (nickel-iron alloy). By providing the plating layer 7, the measurement magnetic field induced by the current I0 to be measured is attenuated and applied to the first magnetic detection unit 3A, and as a result, the dynamic range of the measurement value can be expanded. .
第２の検知ユニット１Ｂの積層構造は第１の検知ユニット１Ａと同じであり、基板２Ｂの表面に第２の磁気検知部３Ｂが形成されている。第２の検知ユニット１Ｂにおいても、第２の磁気検知部３Ｂが下部絶縁層４で覆われ、下部絶縁層４の上に第２のコイル（フィードバックコイル）Ｃ２を構成する導体層５が平面パターンで螺旋軌跡に形成されている。そして、第２のコイルＣ２を覆う上部絶縁層６が形成され、上部絶縁層６の上にシールド層７が形成されている。 The laminated structure of the second detection unit 1B is the same as that of the first detection unit 1A, and the second magnetic detection unit 3B is formed on the surface of the substrate 2B. Also in the second detection unit 1B, the second magnetic detection unit 3B is covered with the lower insulating layer 4, and the conductor layer 5 constituting the second coil (feedback coil) C2 is formed on the lower insulating layer 4 in a plane pattern. It is formed in a spiral locus. An upper insulating layer 6 that covers the second coil C <b> 2 is formed, and a shield layer 7 is formed on the upper insulating layer 6.
図１と図２に示すように、第１の検知ユニット１Ａに設けられた第１の磁気検知部３Ａに２個の磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３が設けられている。磁気抵抗効果素子Ｒ２と磁気抵抗効果素子Ｒ３は、被測定電流Ｉ０が流れる方向であるＸ方向に間隔を空けて配置されている。第２の検知ユニット１Ｂに設けられた第２の磁気検知部３Ｂに２個の磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４が設けられている。磁気抵抗効果素子Ｒ１と磁気抵抗効果素子Ｒ４は、被測定電流Ｉ０が流れる方向であるＸ方向に間隔を空けて配置されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, two magnetoresistive elements R <b> 2 and R <b> 3 are provided in the first magnetic detection unit 3 </ b> A provided in the first detection unit 1 </ b> A. The magnetoresistive effect element R2 and the magnetoresistive effect element R3 are arranged at an interval in the X direction, which is the direction in which the measured current I0 flows. Two magnetoresistive elements R1 and R4 are provided in the second magnetic detection unit 3B provided in the second detection unit 1B. The magnetoresistive effect element R1 and the magnetoresistive effect element R4 are arranged at an interval in the X direction, which is the direction in which the measured current I0 flows.
それぞれの磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、Ｙ方向の幅寸法よりもＸ方向の長手寸法が大きいストライプ形状の複数本のＧＭＲ素子により構成されている。複数本のストライプ形状のＧＭＲ素子がいわゆるミアンダパターンで配列されて直列に接続されている。 Each magnetoresistive effect element R1, R2, R3, R4 is composed of a plurality of stripe-shaped GMR elements having a longitudinal dimension in the X direction larger than a width dimension in the Y direction. A plurality of stripe-shaped GMR elements are arranged in a so-called meander pattern and connected in series.
図１と図５に示すように、第１の検知ユニット１Ａに設けられた第１のコイルＣ１のうちのＸ方向に延びる直線部Ｃａが、磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３の真上に位置しており、ストライプ形状のＧＭＲ素子の長手方向と直線部Ｃａでの導体層５とがＸ方向に向けて平行に対向している。同様に、第２の検知ユニット１Ｂに設けられた第２のコイルＣ２のうちのＸ方向に延びる直線部Ｃｂが、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４の真上に位置しており、ストライプ形状のＧＭＲ素子の長手方向と直線部Ｃｂでの導体層５とがＸ方向に向けて平行に対向している。 As shown in FIGS. 1 and 5, the straight portion Ca extending in the X direction of the first coil C1 provided in the first detection unit 1A is located immediately above the magnetoresistive elements R2 and R3. The longitudinal direction of the stripe-shaped GMR element and the conductor layer 5 at the straight line portion Ca are parallel to each other in the X direction. Similarly, the straight line portion Cb extending in the X direction of the second coil C2 provided in the second detection unit 1B is located immediately above the magnetoresistive elements R1 and R4, and has a stripe-shaped GMR. The longitudinal direction of the element and the conductor layer 5 at the straight line portion Cb are opposed in parallel in the X direction.
磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を構成するＧＭＲ素子は、巨大磁気抵抗効果を発揮する巨大磁気抵抗効果素子である。ＧＭＲ素子の積層構造は図８と図９に基づき後に詳細に説明するが、ＧＭＲ素子は、固定磁性層と非磁性層と自由磁性層とが順に積層されている。 The GMR elements that constitute the magnetoresistive elements R1, R2, R3, and R4 are giant magnetoresistive elements that exhibit a giant magnetoresistive effect. The laminated structure of the GMR element will be described in detail later with reference to FIGS. 8 and 9, and the GMR element has a pinned magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a free magnetic layer laminated in order.
固定磁性層の磁化はＹ方向に向けて固定されている。すなわち、固定磁性層の固定磁化は被測定電流Ｉ０の方向と直交する向きである。第１の検知ユニット１Ａに設けられた第１の磁気検知部３Ａを構成する磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３は、固定磁性層の磁化の固定方向ＰａがＹ２方向である。また、磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３は、自由磁性層が単磁区に近い状態に制御され、後に説明する反強磁性結合のバイアス磁界により、磁化の向きＦａがＸ２方向に揃えられている。 The magnetization of the pinned magnetic layer is pinned in the Y direction. That is, the fixed magnetization of the fixed magnetic layer is in a direction orthogonal to the direction of the measured current I0. In the magnetoresistive effect elements R2 and R3 constituting the first magnetic detection unit 3A provided in the first detection unit 1A, the fixed direction Pa of the magnetization of the fixed magnetic layer is the Y2 direction. In the magnetoresistive effect elements R2 and R3, the free magnetic layer is controlled to be close to a single magnetic domain, and the magnetization direction Fa is aligned in the X2 direction by a bias magnetic field of antiferromagnetic coupling described later.
第２の検知ユニット１Ｂに設けられた第２の磁気検知部３Ｂを構成する磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４は、固定磁性層の磁化の固定方向ＰｂがＹ１方向である。また、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４では、自由磁性層が単磁区に近い状態に制御され、後に説明する反強磁性結合のバイアス磁界により、磁化の向きＦｂがＸ１方向に揃えられている。 In the magnetoresistive effect elements R1 and R4 constituting the second magnetic detection unit 3B provided in the second detection unit 1B, the fixed direction Pb of the magnetization of the fixed magnetic layer is the Y1 direction. In the magnetoresistive elements R1 and R4, the free magnetic layer is controlled to a state close to a single magnetic domain, and the magnetization direction Fb is aligned in the X1 direction by a bias magnetic field of antiferromagnetic coupling described later.
磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、固定磁性層の磁化の固定方向Ｐａ，Ｐｂが感度軸方向である。 In the magnetoresistive effect elements R1, R2, R3, and R4, the fixed directions Pa and Pb of the magnetization of the fixed magnetic layer are the sensitivity axis directions.
前記磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に、感度軸（ＰａまたはＰｂ）方向に沿う向きの測定磁場が与えられると、自由磁性層においてＸ方向に単磁区化されている磁化ＦａまたはＦｂがＹ方向へ傾けられる。自由磁性層の磁化のベクトル（ＦａまたはＦｂ）と固定磁性層の磁化の固定方向ＰａまたはＰｂとの角度が小さくなると、磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が低下し、前記角度が大きくなると、磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が大きくなる。 When a magnetoresistive element R1, R2, R3, R4 is given a measurement magnetic field oriented along the direction of the sensitivity axis (Pa or Pb), the magnetization Fa or Fb that is single-domained in the X direction in the free magnetic layer Is tilted in the Y direction. When the angle between the magnetization vector (Fa or Fb) of the free magnetic layer and the fixed direction Pa or Pb of the magnetization of the pinned magnetic layer decreases, the electrical resistance value of the magnetoresistive effect element decreases. The electrical resistance value of the resistive element increases.
図１と図２に示すように、第１の検知ユニット１Ａでは、基板２Ａの表面に、電源パッド１１Ａ、接地パッド１２Ａ、出力パッド１３Ａおよび中継パッド１４Ａが形成されている。これら各パッド１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、１４Ａと、磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３は、破線で示す複数本の配線層１５Ａによって接続されている。各パッド１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、１４Ａと複数本の配線層１５Ａは、基板２Ａの表面において、銅箔層や銀ペーストなどで形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the first detection unit 1A, the power supply pad 11A, the ground pad 12A, the output pad 13A, and the relay pad 14A are formed on the surface of the substrate 2A. Each of these pads 11A, 12A, 13A, 14A and the magnetoresistive effect elements R2, R3 are connected by a plurality of wiring layers 15A indicated by broken lines. Each pad 11A, 12A, 13A, 14A and a plurality of wiring layers 15A are formed of a copper foil layer, a silver paste, or the like on the surface of the substrate 2A.
同様にして、第２の検知ユニット１Ｂでは、基板２Ｂの表面に、電源パッド１１Ｂ、接地パッド１２Ｂ、出力パッド１３Ｂおよび中継パッド１４Ｂが形成されている。これら各パッド１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂと、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４は、破線で示す複数本の配線層１５Ｂによって接続されている。 Similarly, in the second detection unit 1B, the power supply pad 11B, the ground pad 12B, the output pad 13B, and the relay pad 14B are formed on the surface of the substrate 2B. These pads 11B, 12B, 13B, and 14B and the magnetoresistive elements R1 and R4 are connected by a plurality of wiring layers 15B indicated by broken lines.
図１と図２に示すように、第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂは、前述した各要素から成る基本構造と基本形状が互いに同じであり、第２の検知ユニット１Ｂは、第１の検知ユニット１ＡをＹ方向に向けて１８０度回転させたものである。よって、同じ構造の検知ユニットの向きを変えて配置することで、第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂを組み合わせた磁界検知装置１０を構成することができる。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the first detection unit 1A and the second detection unit 1B have the same basic structure and basic shape composed of the elements described above, and the second detection unit 1B The first detection unit 1A is rotated 180 degrees in the Y direction. Therefore, the magnetic field detection apparatus 10 which combined the 1st detection unit 1A and the 2nd detection unit 1B can be comprised by changing and arrange | positioning the direction of the detection unit of the same structure.
図１と図２に示すように、第１の検知ユニット１Ａの各パッド１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａと、第２の検知ユニット１Ｂの各パッド１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂは、外部配線１６によって接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, each pad 11A, 12A, 13A, 14A of the first detection unit 1A and each pad 11B, 12B, 13B, 14B of the second detection unit 1B are connected by an external wiring 16. It is connected.
図７（Ａ）（Ｂ）の回路図に示すように、電源パッド１１Ａ，１１Ｂに電源電圧Ｖｄｄが印加されている。第２の検知ユニット１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１と第１の検知ユニット１Ａに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ２は直列に接続されており、この直列部では、磁気抵抗効果素子Ｒ１と磁気抵抗効果素子Ｒ２の中点に出力パッド（Ｏｕｔ１）１３Ｂが設けられている。第１の検知ユニット１Ａに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ３と第２の検知ユニット１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ４は直列に接続されており、この直列部では、磁気抵抗効果素子Ｒ３と磁気抵抗効果素子Ｒ４の中点に出力パッド（Ｏｕｔ２）１３Ａが設けられている。 As shown in the circuit diagrams of FIGS. 7A and 7B, the power supply voltage Vdd is applied to the power supply pads 11A and 11B. The magnetoresistive effect element R1 provided in the second detection unit 1B and the magnetoresistive effect element R2 provided in the first detection unit 1A are connected in series. In this series part, the magnetoresistive effect element R1 and An output pad (Out1) 13B is provided at the midpoint of the magnetoresistive element R2. The magnetoresistive effect element R3 provided in the first detection unit 1A and the magnetoresistive effect element R4 provided in the second detection unit 1B are connected in series. In this series part, the magnetoresistive effect element R3 and An output pad (Out2) 13A is provided at the midpoint of the magnetoresistive element R4.
磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の直列部と、磁気抵抗効果素子Ｒ３，Ｒ４の直列部とが並列に接続されてブリッジ回路が構成されており、このブリッジ回路に電源電圧Ｖｄｄが印加されている。そして、２つの直列部は接地パッド１２Ａ，１２Ｂによって接地電位に設定されている。 A series circuit of the magnetoresistive effect elements R1 and R2 and a series part of the magnetoresistive effect elements R3 and R4 are connected in parallel to form a bridge circuit, and a power supply voltage Vdd is applied to the bridge circuit. The two series parts are set to the ground potential by the ground pads 12A and 12B.
図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、外部配線１６によって、出力パッド（Ｏｕｔ１）１３Ｂからの検知出力と、出力パッド（Ｏｕｔ２）１３Ａからの検知出力がコイル通電部１７に与えられている。コイル通電部１７は、差動増幅部１８と補償回路１９とを有している。差動増幅部１８はオペアンプを主体として構成されており、入力された２つの検知出力の差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２）が検出電圧Ｖｄとして求められる。この検出電圧Ｖｄが補償回路１９に与えられてフィードバック電流Ｉｄが生成され、フィードバック電流Ｉｄが、第１の検知ユニット１Ａに設けられた第１のコイルＣ１と第２の検知ユニット１Ｂに設けられた第２のコイルＣ２に与えられる。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the detection output from the output pad (Out 1) 13 B and the detection output from the output pad (Out 2) 13 A are given to the coil energization unit 17 by the external wiring 16. . The coil energization unit 17 includes a differential amplification unit 18 and a compensation circuit 19. The differential amplifier 18 is mainly composed of an operational amplifier, and a difference (Out1-Out2) between two input detection outputs is obtained as a detection voltage Vd. This detection voltage Vd is applied to the compensation circuit 19 to generate a feedback current Id, and the feedback current Id is provided to the first coil C1 and the second detection unit 1B provided in the first detection unit 1A. It is given to the second coil C2.
なお、差動増幅部１８と補償回路１９とが一体となったものが、補償型の差動増幅部と呼ばれることがある。 A unit in which the differential amplifier 18 and the compensation circuit 19 are integrated may be called a compensation type differential amplifier.
図１と図２に示すように、外部配線１６を介して接続されるコイル通電部１７と第１のコイルＣ１ならびに第２のコイルＣ２との間に、第１の切替え部ＳＷ１と第２の切替え部ＳＷ２が設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the first switching unit SW1 and the second coil C2 are connected between the coil energization unit 17 connected via the external wiring 16, the first coil C1, and the second coil C2. A switching unit SW2 is provided.
前記切替え部ＳＷ１，ＳＷ２が図１の状態に切替えられると、図７（Ａ）に示すように、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２とが直列に接続され、さらに検出抵抗Ｒが直列に接続されて接地される。前記切替え部ＳＷ１，ＳＷ２が図２の状態に切替えられると、図７（Ｂ）に示すように、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２とが並列に接続され、さらに検出抵抗Ｒが直列に接続されて接地される。 When the switching units SW1 and SW2 are switched to the state shown in FIG. 1, as shown in FIG. 7A, the first coil C1 and the second coil C2 are connected in series, and the detection resistor R is connected in series. Connected to ground. When the switching units SW1 and SW2 are switched to the state shown in FIG. 2, as shown in FIG. 7B, the first coil C1 and the second coil C2 are connected in parallel, and the detection resistor R is connected in series. Connected to ground.
切替え部ＳＷ１，ＳＷ２はトランジスタなどのスイッチング素子で構成され、図示しない制御部からの切替え信号によって、図１および図７（Ａ）の直列構成と、図２および図７（Ｂ）に示す並列構成とに切替えられる。あるいは、切替え部ＳＷ１，ＳＷ２が手動式のスイッチ機構で構成されていてもよい。または、切替え部ＳＷ１，ＳＷ２は、図１の状態または図２の状態となるように半田付けなどで配線を固定することで、機器に応じて図７（Ａ）の直列構成と、図７（Ｂ）に示す並列構成とを選択して固定してもよい。 The switching units SW1 and SW2 are configured by switching elements such as transistors, and in accordance with a switching signal from a control unit (not shown), the series configuration shown in FIGS. 1 and 7A and the parallel configuration shown in FIGS. 2 and 7B are provided. It is switched to. Alternatively, the switching units SW1 and SW2 may be configured with a manual switch mechanism. Alternatively, the switching units SW1 and SW2 fix the wiring by soldering or the like so as to be in the state of FIG. 1 or the state of FIG. 2, so that the series configuration of FIG. The parallel configuration shown in B) may be selected and fixed.
図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、磁界検知装置１０には、検出抵抗Ｒを含む電流検出部（電圧検出部）２１が設けられている。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the magnetic field detection device 10 is provided with a current detection unit (voltage detection unit) 21 including a detection resistor R.
次に、磁界検知装置１０の動作を説明する。
図６（Ａ）に示すように、第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂは、共に電流路３０の下側（Ｚ１側）に並んで配置されている。電流路３０に被測定電流Ｉ０がＸ方向に流れると、電流路３０の回りに測定用の電流磁界Ｈ０が誘導される。図１と図２に示すように、この電流磁界Ｈ０によって、第１の検知ユニット１Ａに測定磁場Ｈａが作用し、第２の検知ユニット１Ｂに測定磁場Ｈｂが作用する。測定磁場Ｈａと測定磁場Ｈｂは、交流磁界であっても直流磁界であってもその方向が互いに同じ向きである。Next, the operation of the magnetic field detection device 10 will be described.
As shown in FIG. 6A, both the first detection unit 1A and the second detection unit 1B are arranged side by side below the current path 30 (Z1 side). When the measured current I0 flows in the current path 30 in the X direction, a measurement current magnetic field H0 is induced around the current path 30. As shown in FIGS. 1 and 2, the measurement magnetic field Ha acts on the first detection unit 1A and the measurement magnetic field Hb acts on the second detection unit 1B by the current magnetic field H0. The directions of the measurement magnetic field Ha and the measurement magnetic field Hb are the same regardless of whether they are an alternating magnetic field or a direct magnetic field.
第１のコイルＣ１の直線部Ｃａの下に対向している磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３と、第２のコイルＣ２の直線部Ｃｂの下に対向している磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４とでは、固定磁性層の固定磁場の向きＰａとＰｂが１８０度相違しており、自由磁性層で単磁区化された磁化の向きＦａとＦｂが１８０度相違している。 The magnetoresistive effect elements R2 and R3 facing below the straight line portion Ca of the first coil C1 and the magnetoresistive effect elements R1 and R4 facing below the straight line portion Cb of the second coil C2 are: The directions Pa and Pb of the fixed magnetic layer of the fixed magnetic layer are 180 degrees different from each other, and the directions of magnetization Fa and Fb that are single-domained by the free magnetic layer are 180 degrees different from each other.
例えば、測定磁場Ｈａで、磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３の自由磁性層の磁化の向きＦａがＹ２方向へ傾けられて、磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗値が下がると、測定磁場Ｈｂで、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４の自由磁性層の向きＦｂが同じＹ２方向へ傾けられるので、磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗値が高くなる。測定磁場Ｈａ，Ｈｂの向きが変ると、抵抗値の変化は前記と逆になる。いずれにせよ、磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３と磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４とで、抵抗値が逆極性となるように変化する。 For example, when the magnetization direction Fa of the free magnetic layer of the magnetoresistive effect elements R2 and R3 is tilted in the Y2 direction by the measurement magnetic field Ha and the resistance values of the magnetoresistive effect elements R2 and R3 decrease, the measurement magnetic field Hb Since the direction Fb of the free magnetic layer of the magnetoresistive elements R1 and R4 is tilted in the same Y2 direction, the resistance values of the magnetoresistive elements R1 and R4 are increased. When the directions of the measurement magnetic fields Ha and Hb change, the change in resistance value is opposite to the above. In any case, the resistance values of the magnetoresistive elements R2 and R3 and the magnetoresistive elements R1 and R4 change so as to have opposite polarities.
そのため、図７（Ａ）（Ｂ）に示すブリッジ回路では、測定磁場Ｈａ，Ｈｂの大きさと向きに応じて、出力パッド（Ｏｕｔ１）１３Ｂと出力パッド（Ｏｕｔ２）１３Ａの電位が変化し、一方の電位が高くなると他方の電位が低くなり、これに応じて差動増幅部１５ａの出力値である検出電圧Ｖｄが変化する。検出電圧Ｖｄは被測定電流Ｉ０が大きくなって誘導される電流磁界Ｈ０が大きくなるにしたがって増大していく。 Therefore, in the bridge circuit shown in FIGS. 7A and 7B, the potentials of the output pad (Out1) 13B and the output pad (Out2) 13A change according to the magnitude and direction of the measurement magnetic fields Ha and Hb, When the potential increases, the other potential decreases, and the detection voltage Vd, which is the output value of the differential amplifier 15a, changes accordingly. The detection voltage Vd increases as the measured current I0 increases and the induced current magnetic field H0 increases.
検出電圧Ｖｄの増減に応じて補償回路１９から、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２にフィードバック電流（キャンセル電流）Ｉｄが与えられる。 A feedback current (cancellation current) Id is applied from the compensation circuit 19 to the first coil C1 and the second coil C2 according to the increase or decrease of the detection voltage Vd.
第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２が図１のように直列に接続されているときと、図２に示すように並列に接続されているときのいずれにおいても、第１のコイルＣ１の直線部Ｃａと第２のコイルＣ２の直線部Ｃｂに、フィードバック電流Ｉｄが同じ向きに流れる。したがって、直線部Ｃａに流れるフィードバック電流Ｉｄで誘導されて第１の磁気検知部３Ａに作用するフィードバック磁界Ｈｄと、直線部Ｃｂに流れるフィードバック電流Ｉｄで誘導されて第２の磁気検知部３Ｂに作用するフィードバック磁界Ｈｅは同じ向きである。 The first coil C1 and the second coil C2 are connected in series as shown in FIG. 1 and when the first coil C1 and the second coil C2 are connected in parallel as shown in FIG. The feedback current Id flows in the same direction through the straight line portion Ca and the straight line portion Cb of the second coil C2. Accordingly, the feedback magnetic field Hd that is induced by the feedback current Id that flows through the straight line portion Ca and acts on the first magnetic detection unit 3A, and the feedback magnetic field Id that is induced by the feedback current Id that flows through the straight line portion Cb acts on the second magnetic detection unit 3B. The feedback magnetic field He is in the same direction.
第１の磁気検知部３Ａと第２の磁気検知部３Ｂに対しては、フィードバック磁界ＨｄとＨｅが、電流磁界Ｈ０による測定磁場Ｈａ，Ｈｂを打ち消す方向に作用する。被測定電流Ｉ０で誘導される測定磁場Ｈａ，Ｈｂが、フィードバック磁界Ｈｄ，Ｈｅよりも大きいときは、検出電圧Ｖｄの絶対値が大きくなり、補償回路１９で、フィードバック電流Ｉｄが増大させられ、フィードバック磁界Ｈｄ，Ｈｅが大きくなって測定磁場Ｈａ，Ｈｂをキャンセルするように作用する。第１の磁気検知部３Ａと第２の磁気検知部３Ｂに作用する測定磁場Ｈａ，Ｈｂとフィードバック磁界Ｈｄと，Ｈｅとが平衡状態となったときに、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２に流れるフィードバック電流Ｉｄの電流値が、図７（Ａ）（Ｂ）に示す電流検知部２１で検知され、これが被測定電流Ｉ０の電流測定値となる。 For the first magnetic detection unit 3A and the second magnetic detection unit 3B, the feedback magnetic fields Hd and He act in a direction to cancel the measurement magnetic fields Ha and Hb by the current magnetic field H0. When the measurement magnetic fields Ha and Hb induced by the current to be measured I0 are larger than the feedback magnetic fields Hd and He, the absolute value of the detection voltage Vd is increased, and the feedback current Id is increased by the compensation circuit 19 for feedback. The magnetic fields Hd and He increase so that the measurement magnetic fields Ha and Hb are canceled. When the measurement magnetic fields Ha, Hb, the feedback magnetic field Hd, and He acting on the first magnetic detection unit 3A and the second magnetic detection unit 3B are in an equilibrium state, the first coil C1 and the second coil The current value of the feedback current Id flowing through C2 is detected by the current detector 21 shown in FIGS. 7A and 7B, and this becomes the current measurement value of the measured current I0.
図１１は、被測定電流Ｉ０で誘導される電流磁界Ｈ０と、電流検知部２１で検知されるフィードバック電流Ｉｄの関係を示している。図１と図７（Ａ）に示すように第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２が直列に接続されたときの電流磁界Ｈ０とフィードバック電流Ｉｄの関係が直線αで示されている。図２と図７（Ｂ）に示すように第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２が並列に接続されたときの電流磁界Ｈ０とフィードバック電流Ｉｄの関係が直線βで示されている。 FIG. 11 shows the relationship between the current magnetic field H0 induced by the measured current I0 and the feedback current Id detected by the current detector 21. As shown in FIGS. 1 and 7A, the relationship between the current magnetic field H0 and the feedback current Id when the first coil C1 and the second coil C2 are connected in series is indicated by a straight line α. As shown in FIGS. 2 and 7B, the relationship between the current magnetic field H0 and the feedback current Id when the first coil C1 and the second coil C2 are connected in parallel is shown by a straight line β.
図２と図７（Ｂ）に示すように第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２が並列に接続されているときは、測定磁場Ｈａ，Ｈｂをキャンセルするのに必要なフィードバック電流Ｉｄが、直列に接続されているときの２倍必要になる。これは、電流磁界Ｈ０が所定の幅で変化したときに電流検知部２１で検知されるフィードバック電流Ｉｄの変化幅が、直列のときに比べて並列のときが２倍になることを意味している。よって、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２を並列に接続することで、被測定電流Ｉ０で誘導される電流磁界Ｈ０を検知する検知感度が高くなる。 As shown in FIGS. 2 and 7B, when the first coil C1 and the second coil C2 are connected in parallel, the feedback current Id required to cancel the measurement magnetic fields Ha and Hb is Twice as much as when connected in series. This means that the change width of the feedback current Id detected by the current detector 21 when the current magnetic field H0 changes with a predetermined width is doubled when the current magnetic field H0 is parallel compared to when the current magnetic field H0 is serial. Yes. Therefore, by connecting the first coil C1 and the second coil C2 in parallel, the detection sensitivity for detecting the current magnetic field H0 induced by the measured current I0 is increased.
一方で、フィードバック電流Ｉｄが所定の幅で変化するときの、電流磁界Ｈ０の変化幅は、コイルが並列のときよりも直列のときの方が広くなる。よって、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２を直列に接続することで、被測定電流Ｉ０の検知幅が広がり測定のダイナミックレンジを広げることが可能になる。 On the other hand, the change width of the current magnetic field H0 when the feedback current Id changes with a predetermined width is wider when the coils are in series than when they are parallel. Therefore, by connecting the first coil C1 and the second coil C2 in series, the detection width of the current I0 to be measured can be widened and the dynamic range of measurement can be expanded.
図３と図４に本発明の第２の実施の形態の磁界検知装置２０が示されている。図６（Ｂ）に示すように、磁界検知装置２０は、電流センサＩＳ２として使用される。この電流センサＩＳ２は、第１の検知ユニット１Ａが電流路３０よりも下側（Ｚ１側）に対向し、第２の検知ユニット１Ｂが電流路３０よりも上側（Ｚ２側）に対向している。 3 and 4 show a magnetic field detector 20 according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6B, the magnetic field detection device 20 is used as a current sensor IS2. In the current sensor IS2, the first detection unit 1A is opposed to the lower side (Z1 side) than the current path 30, and the second detection unit 1B is opposed to the upper side (Z2 side) than the current path 30. .
図３と図４に示す第２の実施の形態の磁界検知装置２０における第１の検知ユニット１Ａは、図１と図２に示した第１の検知ユニット１Ａと構造が同じである。図３と図４に示す第２の検知ユニット１Ｂは、図１と図２に示した第２の検知ユニット１Ｂと同じである。ただし、図３と図４に示す第２の検知ユニット１Ｂは、図１と図２に示す第１の検知ユニットをＹ１−Ｙ２方向へ１８０度回転させたものである。すなわち、図３と図４に示す第２の実施の形態では、第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂが、同じ構造で同じ向きで使用されていることになる。 The first detection unit 1A in the magnetic field detection device 20 of the second embodiment shown in FIGS. 3 and 4 has the same structure as the first detection unit 1A shown in FIGS. The second detection unit 1B shown in FIGS. 3 and 4 is the same as the second detection unit 1B shown in FIGS. However, the second detection unit 1B shown in FIGS. 3 and 4 is obtained by rotating the first detection unit shown in FIGS. 1 and 2 180 degrees in the Y1-Y2 direction. That is, in the second embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the first detection unit 1A and the second detection unit 1B are used in the same direction with the same structure.
したがって、この磁界検知装置２０では、第１の検知ユニット１Ａに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３での固定磁性層の磁化の固定方向Ｐａおよび自由磁性層の磁化の向きＦａと、第２の検知ユニット１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４での固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｂおよび自由磁性層の磁化の向きＦｂとが、同じである。 Therefore, in the magnetic field detection device 20, the fixed direction Pa of the magnetization of the fixed magnetic layer and the magnetization direction Fa of the free magnetic layer in the magnetoresistive effect elements R2 and R3 provided in the first detection unit 1A, and the second The fixed direction Pb of the magnetization of the fixed magnetic layer and the magnetization direction Fb of the free magnetic layer in the magnetoresistive effect elements R1 and R4 provided in the first detection unit 1B are the same.
ただし、図６（Ｂ）に示すように、被測定電流Ｉ０で誘導される電流磁界Ｈ０によって、第１の検知ユニット１Ａに作用する測定磁場Ｈａと第２の検知ユニット１Ｂに作用する測定磁場Ｈｃは逆向きである。 However, as shown in FIG. 6B, the measurement magnetic field Ha acting on the first detection unit 1A and the measurement magnetic field Hc acting on the second detection unit 1B by the current magnetic field H0 induced by the measured current I0. Is the opposite.
図３と図４に示すように、第１の検知ユニット１Ａと第２の検知ユニット１Ｂは外部配線２６によってコイル通電部１７と接続されている。また、外部配線２６には、第３の切替え部ＳＷ３と第４の切替え部ＳＷ４が設けられている。図３では、切替え部ＳＷ３とＳＷ４の切替え動作によって、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２が直列に接続されている。このときの回路図は図７（Ａ）と同じである。図４では、切替え部ＳＷ３とＳＷ４の切替え動作によって、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２が並列に接続されている。このときの回路図は図７（Ｂ）と同じである。 As shown in FIGS. 3 and 4, the first detection unit 1 </ b> A and the second detection unit 1 </ b> B are connected to the coil energization unit 17 by an external wiring 26. The external wiring 26 is provided with a third switching unit SW3 and a fourth switching unit SW4. In FIG. 3, the first coil C1 and the second coil C2 are connected in series by the switching operation of the switching units SW3 and SW4. The circuit diagram at this time is the same as FIG. In FIG. 4, the first coil C1 and the second coil C2 are connected in parallel by the switching operation of the switching units SW3 and SW4. The circuit diagram at this time is the same as FIG.
図３の直列接続と図４の並列接続の双方において、第１のコイルＣ１の直線部Ｃａと第２のコイルＣ２の直線部Ｃｂでは、フィードバック電流ＩｄはＸ方向において互いに逆向きに流れる。直線部ＣａとＣｂの一方でフィードバック電流Ｉ０がＸ１方向に流れるとき、他方ではＸ２方向に流れる。 In both the series connection of FIG. 3 and the parallel connection of FIG. 4, the feedback currents Id flow in opposite directions in the X direction at the straight line portion Ca of the first coil C1 and the straight line portion Cb of the second coil C2. When the feedback current I0 flows in the X1 direction on one side of the linear portions Ca and Cb, it flows in the X2 direction on the other side.
第１の検知ユニット１Ａに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３と第２の検知ユニット１Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４とで構成されるブリッジ回路は、図７（Ａ）（Ｂ）と同じである。よって、第２の実施の形態の磁界検知装置２０では、被測定電流Ｉ０に対して第１の実施の形態の磁界検知装置１０と同じ検知出力を得ることができる。 A bridge circuit including the magnetoresistive effect elements R2 and R3 provided in the first detection unit 1A and the magnetoresistive effect elements R1 and R4 provided in the second detection unit 1B is shown in FIG. Same as B). Therefore, in the magnetic field detection device 20 of the second embodiment, the same detection output as that of the magnetic field detection device 10 of the first embodiment can be obtained for the current I0 to be measured.
すなわち、第１の実施の形態と第２の実施の形態の双方において、第１の磁気検知部３Ａに設けられた２個の磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３は、固定磁性層の固定磁化Ｐａの向きが互いに同じで、第２の磁気検知部３Ｂに設けられた２個の磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４も固定磁性層の固定磁化Ｐｂの向きが互いに同じである。また、第１の磁気検知部３Ａに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３の固定磁化Ｐａの方向と、第２の磁気検知部３Ｂに設けられた磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４の固定磁化Ｐｂの方向のうちの一方は、フィードバック磁界Ｈｅに沿う方向に向けられ、他方が前記フィードバック磁界Ｈｄと逆方向に向けられている。 That is, in both the first embodiment and the second embodiment, the two magnetoresistive elements R2 and R3 provided in the first magnetic detection unit 3A have the fixed magnetization Pa of the fixed magnetic layer. The directions are the same, and the two magnetoresistive elements R1 and R4 provided in the second magnetic detection unit 3B have the same direction of the fixed magnetization Pb of the fixed magnetic layer. Further, the direction of the fixed magnetization Pa of the magnetoresistive effect elements R2 and R3 provided in the first magnetic detection unit 3A and the fixed magnetization Pb of the magnetoresistive effect elements R1 and R4 provided in the second magnetic detection unit 3B. One of the directions is directed in a direction along the feedback magnetic field He, and the other is directed in a direction opposite to the feedback magnetic field Hd.
第１の検知ユニット１Ａに設けられた第１の磁気検知部３Ａでは、２個の磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３において、固定磁性層の磁化の固定方向Ｐａと自由磁性層の磁化の方向Ｆａが同じであるため、同じ基板上に少なくとも２個の磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ３を一緒に形成することができる。これは、第２の検知ユニット１Ｂに設けられた第２の磁気検知部３Ｂにおける少なくとも２個の磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ４においても同じである。ここで、少なくとも２個の磁気抵抗効果素子とは、それぞれの検知ユニット１Ａ，１Ｂに例えば４個の磁気抵抗効果素子を、固定磁性層の固定磁化の方向と自由磁性層の磁化の方向と同じ向きに揃えて形成することが可能であることを意味している。 In the first magnetic detection unit 3A provided in the first detection unit 1A, the magnetization direction Fa of the magnetization of the fixed magnetic layer and the magnetization direction Fa of the free magnetic layer in the two magnetoresistive elements R2 and R3 are Since they are the same, at least two magnetoresistive elements R2 and R3 can be formed together on the same substrate. This also applies to at least two magnetoresistive elements R1 and R4 in the second magnetic detection unit 3B provided in the second detection unit 1B. Here, the at least two magnetoresistive elements are, for example, four magnetoresistive elements in each of the detection units 1A and 1B, and have the same fixed magnetization direction as the fixed magnetic layer and the same magnetization direction as the free magnetic layer. This means that it can be formed in the same direction.
それぞれの検知ユニット１Ａ，１Ｂにおいて、磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化の方向を同じ向きにできるため、固定磁性層と反強磁性層を積層して、固定磁性層の固定磁化を反強磁性結合で決めることが可能になる。すなわち、同じ検知ユニット内で同じ基板上に形成される磁気抵抗効果素子は、固定磁性層の固定磁化の向きが同じであるため、磁場中アニール処理によって固定磁化の向きを一緒に揃えることが可能になる。 In each of the detection units 1A and 1B, the fixed magnetization direction of the pinned magnetic layer of the magnetoresistive effect element can be made the same direction. Therefore, the pinned magnetic layer and the antiferromagnetic layer are stacked so that the pinned magnetization of the pinned magnetic layer is depolarized. It can be determined by ferromagnetic coupling. That is, magnetoresistive elements formed on the same substrate in the same sensing unit have the same fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer, so that the fixed magnetization directions can be aligned together by annealing in a magnetic field. become.
図８と図９には、反強磁性結合を利用したＧＭＲ素子の製造方法が示されている。
図８（Ａ）では、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒのシード層４１の上に、Ｉｒ−Ｍｎの反強磁性層４２を成膜し、その上にＣｏ−Ｆｅの第１の強磁性層４３とＲｕの中間層４４とＣｏ−Ｆｅの第２の強磁性層４５の３層構造の固定磁性層を形成する。固定磁性層を構成する第２の強磁性層４５の上にＣｕの非磁性中間層４６を形成し、その上にＣｏ−Ｆｅ層とＮｉ−Ｆｅ層の２層構造の自由磁性層４７を形成し、さらにＲｕの酸化防止層４８を形成する。8 and 9 show a method for manufacturing a GMR element using antiferromagnetic coupling.
In FIG. 8A, an Ir—Mn antiferromagnetic layer 42 is formed on a Ni—Fe—Cr seed layer 41, and a Co—Fe first ferromagnetic layer 43 and Ru are formed thereon. A pinned magnetic layer having a three-layer structure of the intermediate layer 44 and the second ferromagnetic layer 45 of Co—Fe is formed. A Cu nonmagnetic intermediate layer 46 is formed on the second ferromagnetic layer 45 constituting the pinned magnetic layer, and a free magnetic layer 47 having a two-layer structure of a Co—Fe layer and a Ni—Fe layer is formed thereon. Then, an antioxidation layer 48 of Ru is formed.
図８（Ｂ）では、磁場中のアニール処理を行う。このアニール処理の結果、反強磁性層４２と第１の強磁性層４３との間の反強磁性結合により第１の強磁性層４３の磁化が決められる。Ｒｕの中間層４４の厚さを適正に設定することで、第２の強磁性層４５の磁化を第１の強磁性層４３と逆向きに固定することが可能になる。このようにして、固定磁性層の固定磁化（Ｐｉｎ）が決められる。 In FIG. 8B, annealing in a magnetic field is performed. As a result of this annealing treatment, the magnetization of the first ferromagnetic layer 43 is determined by antiferromagnetic coupling between the antiferromagnetic layer 42 and the first ferromagnetic layer 43. By appropriately setting the thickness of the Ru intermediate layer 44, the magnetization of the second ferromagnetic layer 45 can be fixed in the direction opposite to that of the first ferromagnetic layer 43. In this way, the fixed magnetization (Pin) of the fixed magnetic layer is determined.
図８（Ｃ）では、エッチング処理によって、酸化防止層４８を完全に除去し、自由磁性層４７のＮｉ−Ｆｅ層の上方の一部まで除去する。その後、図８（Ｄ）に示すように、連続して自由磁性層の一部であるＣｏ−Ｆｅの強磁性層４９と、Ｉｒ−Ｍｎの反強磁性層５１を磁場中で成膜する。さらにＴａのキャップ層５２を形成する。Ｉｒ−Ｍｎの反強磁性層５１を磁場中で成膜することで、アニール処理を経ることなく、層４７と層４９とが重ねられた自由磁性層にバイアス磁界を与えることができ、自由磁性層を単磁区化しその磁化の向きを固定磁性層の固定磁化の方向と直交する向きに揃えることができる。 In FIG. 8C, the oxidation preventing layer 48 is completely removed by etching, and the free magnetic layer 47 is partially removed above the Ni—Fe layer. Then, as shown in FIG. 8D, a Co—Fe ferromagnetic layer 49 and an Ir—Mn antiferromagnetic layer 51, which are part of the free magnetic layer, are continuously formed in a magnetic field. Further, a Ta cap layer 52 is formed. By forming the Ir—Mn antiferromagnetic layer 51 in a magnetic field, a bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer in which the layer 47 and the layer 49 are overlapped without undergoing an annealing process. The layer can be made into a single magnetic domain, and the direction of magnetization thereof can be aligned with the direction perpendicular to the direction of fixed magnetization of the fixed magnetic layer.
次に、図９に示す製造方法は、（Ａ）においてシード層４１、反強磁性層４２、第１の強磁性層４３、中間層４４、第２の強磁性層４５、非磁性中間層４６、自由磁性層４７を形成し、その後に、酸化防止層５３としてＲｕ層ではなくＰｔ層を形成する。図９（Ｂ）では、磁場中アニールを行って、反強磁性結合により第１の強磁性層４３と第２の強磁性層４５の磁化を固定し、固定磁性層の固定磁化（Ｐｉｎ）が決められる。 Next, in the manufacturing method shown in FIG. 9, the seed layer 41, the antiferromagnetic layer 42, the first ferromagnetic layer 43, the intermediate layer 44, the second ferromagnetic layer 45, and the nonmagnetic intermediate layer 46 in FIG. Then, the free magnetic layer 47 is formed, and then the Pt layer is formed as the antioxidant layer 53 instead of the Ru layer. In FIG. 9B, annealing in a magnetic field is performed, the magnetization of the first ferromagnetic layer 43 and the second ferromagnetic layer 45 is fixed by antiferromagnetic coupling, and the fixed magnetization (Pin) of the fixed magnetic layer is It is decided.
図９（Ｄ）では、Ｐｔ層の酸化防止層５３を除去することなく、その上にＮｉ−Ｆｅ層５４と強磁性層４９とＩｒ−Ｍｎの反強磁性層５１を磁場中で成膜する。Ｐｔ層は強磁性結合を行うため、４７，５４，４９の各層から成る自由磁性層の磁化が、固定磁性層の固定磁化（Ｐｉｎ）と直交する向きに決められる。 In FIG. 9D, the Ni—Fe layer 54, the ferromagnetic layer 49, and the Ir—Mn antiferromagnetic layer 51 are formed in a magnetic field on the Pt layer without removing the antioxidant layer 53. . Since the Pt layer performs ferromagnetic coupling, the magnetization of the free magnetic layer composed of the layers 47, 54, and 49 is determined in a direction orthogonal to the fixed magnetization (Pin) of the fixed magnetic layer.
図１０（Ａ）は、特許文献１や特許文献２に示すセルフ止め型の強磁性固定層を使用したＧＭＲ素子を使用した磁界検知装置を比較例として示し、図１０（Ｂ）は、図８や図９に示すように、磁場中アニール処理を行って反強磁性結合により固定磁性層の磁化方向を固定した実施例を示している。 FIG. 10A shows, as a comparative example, a magnetic field detection device using a GMR element using a self-locking ferromagnetic pinned layer shown in Patent Documents 1 and 2, and FIG. FIG. 9 shows an embodiment in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer is fixed by antiferromagnetic coupling by annealing in a magnetic field.
図１０（Ａ）（Ｂ）は、横軸に測定磁場の強度を示し、縦軸に電流センサでの検知出力（電圧出力）を示している。比較例と実施例において実線は初期の動作特性を示しており、破線は、５００ｍＴの強磁場に晒した後の動作特性を示している。図１０（Ａ）に示す比較例では、強磁場に晒されると、固定磁性層の磁化の固定が不安定になり、出力にバイアス値が重畳する。一方で、図１０（Ｂ）に示す実施例では、固定磁性層の磁化の固定が安定し、バイアスによるノイズが重畳しない出力を得ることができる。 10A and 10B, the horizontal axis represents the intensity of the measured magnetic field, and the vertical axis represents the detection output (voltage output) of the current sensor. In the comparative example and the example, the solid line indicates the initial operating characteristics, and the broken line indicates the operating characteristics after exposure to a strong magnetic field of 500 mT. In the comparative example shown in FIG. 10A, when exposed to a strong magnetic field, the pinned magnetization of the pinned magnetic layer becomes unstable, and a bias value is superimposed on the output. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 10B, the magnetization of the fixed magnetic layer is stably fixed, and an output in which noise due to bias is not superimposed can be obtained.
１Ａ 第１の検知ユニット
１Ｂ 第２の検知ユニット
２Ａ，２Ｂ 基板
３Ａ 第１の磁気検知部
３Ｂ 第２の磁気検知部
１０ 磁界検知装置
１７ コイル通電部
２０ 磁界検知装置
２１ 電流検知部
３０ 電流路
４２ 反強磁性層
４３ 第１の強磁性層
４４ 中間層
４５ 第２の強磁性層
４６ 非磁性中間層
４７ 自由磁性層
５１ 反強磁性層
Ｃ１ 第１のコイル
Ｃ２ 第２のコイル
Ｃａ，Ｃｂ 直線部
Ｆａ，Ｆｂ 自由磁性層の磁化の向き
Ｈ０ 電流磁界
Ｈａ，Ｈｂ 測定磁場
Ｈｄ，Ｈｅ フィードバック磁界
Ｉ０ 被測定電流
ＩＳ１，ＩＳ２ 電流センサ
Ｉｄ フィードバック電流
Ｐａ，Ｐｂ 固定磁性層の磁化の固定方向
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 磁気抵抗効果素子
Ｒ 検出抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４ 切替え部
Ｖｄ 検出電圧DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A 1st detection unit 1B 2nd detection unit 2A, 2B Board | substrate 3A 1st magnetic detection part 3B 2nd magnetic detection part 10 Magnetic field detection apparatus 17 Coil current supply part 20 Magnetic field detection apparatus 21 Current detection part 30 Current path 42 Antiferromagnetic layer 43 First ferromagnetic layer 44 Intermediate layer 45 Second ferromagnetic layer 46 Nonmagnetic intermediate layer 47 Free magnetic layer 51 Antiferromagnetic layer C1 First coil C2 Second coils Ca, Cb Linear portion Fa, Fb Magnetization direction of free magnetic layer H0 Current magnetic field Ha, Hb Measurement magnetic field Hd, He Feedback magnetic field I0 Current to be measured IS1, IS2 Current sensor Id Feedback current Pa, Pb Fixed direction of magnetization R1, R2, fixed magnetic layer R3, R4 magnetoresistive effect element R detection resistance SW1, SW2, SW3, SW4 switching part Vd detection voltage
Claims (9)
第１の検知ユニットと第２の検知ユニットが設けられ、前記第１の検知ユニットに、第１の磁気検知部と、前記第１の磁気検知部に前記フィードバック磁界を与える第１のコイルとが設けられ、前記第２の検知ユニットに、第２の磁気検知部と、前記第２の磁気検知部に前記フィードバック磁界を与える第２のコイルが設けられており、
前記第１の磁気検知部と前記第２の磁気検知部は、自由磁性層と固定磁性層との磁化方向に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を少なくとも２個ずつ備えており、
前記第１の磁気検知部に設けられた少なくとも２個の前記磁気抵抗効果素子は前記固定磁性層の固定磁化の向きが互いに同じで、前記第２の磁気検知部に設けられた少なくとも２個の前記磁気抵抗効果素子は前記固定磁性層の固定磁化の向きが互いに同じで、
前記第１の磁気検知部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の前記固定磁化の方向と、前記第２の磁気検知部に設けられた前記磁気抵抗効果素子の前記固定磁化の方向のうちの一方は、前記フィードバック磁界に沿う方向に向けられ、他方が前記フィードバック磁界と逆方向に向けられており、
前記第１の磁気検知部に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記第２の磁気検知部に設けられた磁気抵抗効果素子とが直列に接続された直列部が２組設けられ、この２組の直列部でブリッジ回路が構成されて、前記ブリッジ回路からの出力に応じて前記フィードバック電流が決められることを特徴とする磁界検知装置。A magnetic detection unit whose detection output changes according to the strength of the measurement magnetic field, a coil that gives the magnetic detection unit a feedback magnetic field opposite to the measurement magnetic field, and a coil that responds to the detection output of the magnetic detection unit In a magnetic field detection device provided with a coil energization unit for supplying a feedback current for inducing the feedback magnetic field and a detection unit for detecting the amount of current flowing in the coil,
A first detection unit and a second detection unit are provided, and the first detection unit includes a first magnetic detection unit and a first coil that applies the feedback magnetic field to the first magnetic detection unit. Provided, the second detection unit is provided with a second magnetic detection unit, and a second coil that applies the feedback magnetic field to the second magnetic detection unit,
The first magnetic detection unit and the second magnetic detection unit each include at least two magnetoresistive effect elements whose resistance values change according to the magnetization directions of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer,
The at least two magnetoresistive elements provided in the first magnetic detection unit have the same fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer, and at least two magnetoresistive elements provided in the second magnetic detection unit. The magnetoresistive element has the same fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer,
One of the fixed magnetization direction of the magnetoresistive effect element provided in the first magnetic detection unit and the fixed magnetization direction of the magnetoresistive effect element provided in the second magnetic detection unit Is directed in a direction along the feedback magnetic field, and the other is directed in a direction opposite to the feedback magnetic field,
Two series units are provided in which the magnetoresistive effect element provided in the first magnetic detection unit and the magnetoresistive effect element provided in the second magnetic detection unit are connected in series. A magnetic field detector according to claim 1, wherein a bridge circuit is formed by the serial portion of the first and second feedback circuits, and the feedback current is determined in accordance with an output from the bridge circuit.
前記第１の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向と、前記第２の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向とが、逆向きである請求項５記載の磁界検知装置。The first detection unit and the second detection unit are disposed on the same side with respect to the current path;
The direction of fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided in the first detection unit is opposite to the direction of fixed magnetization of the magnetoresistive effect element provided in the second detection unit. Item 6. The magnetic field detection device according to Item 5.
前記第１の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向と、前記第２の検知ユニットに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁化の方向とが、同じ向きである請求項５記載の磁界検知装置。The first detection unit and the second detection unit are arranged at positions sandwiching the current path,
The fixed magnetization direction of the magnetoresistive effect element provided in the first detection unit and the fixed magnetization direction of the magnetoresistive effect element provided in the second detection unit are in the same direction. Item 6. The magnetic field detection device according to Item 5.
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