專利名稱：平面磁性傳感器和用于多維磁場分析的平面磁性傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在測量磁場時所用的磁性傳感器，更具體地，本發明涉及一種適合在大面積上測量磁場的平面磁性傳感器和用于多維磁場分析的平面磁性傳感器。
背景技術：
為了測量待測物體(如永久磁場和內部嵌有磁鐵的電子設備)周圍的磁場，一般使用磁通計、高斯計等，并對諸如孔穴元件的傳感器進行定位以測量待測物體周圍的預定測點，然后人工改變此位置。根據每個測點繪制由高斯計等測量的磁通密度，從而，待測物體周圍的磁場就被處理成視覺可見的。
然而，根據上述測量磁場的常規方法，必須把一個傳感器從一個預定測點移到另一個，這樣浪費時間。因此，它不適于實時檢測待測物體周圍的磁場變化。而且，當人工改變測點時，對于各個測點的定位是困難的。同時，為了消除前述缺點，有可能在同一平面里安排多個傳感器并在大面積上同時測量磁場。由此，可以在不移動傳感器的情況下在短時間內測量位于同一平面里的各個測點的磁場。但是，由于必需把各個傳感器連接到用于提供驅動電壓或驅動電流的引線以及用于檢測輸出電流或輸出電壓的引線，這些大量的引線及其復雜性使得此方法是不切實際的。
發明內容
本發明致力于克服上述缺點，并且本發明的目的在于提供一種平面磁性傳感器和一種用于多維磁場分析的平面磁性傳感器，這些傳感器可在非常短的時間內測量多個測點的磁場，只有少量的引線，并適于實際應用。
根據本發明的一個方面，提供一種平面磁性傳感器。該平面磁性傳感器包括由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層、和在磁電阻效應膜各個表面上層疊的導體層，在所述檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應，所述導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔。進而，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜。
在本發明的優選實施例中，構成導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相不連接而是獨立排列。
在本發明的優選實施例中，構成檢測層的磁電阻效應膜是粒狀膜，此粒狀膜由包含磁性金屬材料微粒的絕緣氧化物制成。
根據本發明的另一方面，提供一種用于多維磁場分析的平面磁性傳感器。此種用于多維磁場分析的平面磁性傳感器包括平面磁性傳感器，該平面磁性傳感器包括由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層以及在磁電阻效應膜各個表面上層疊的導體層，在該檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應，該導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔，其中，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜；以及，至少一個其它的平面磁性傳感器，該平面磁性傳感器包括由任意大小的具有磁各向異性的平面磁電阻效應膜構成的檢測層以及在檢測層各個表面上層疊的導體層，該導體層由多個線狀導體膜形成，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜。進而，平面磁性傳感器通過絕緣元件層疊，從而可多方向地檢測磁電阻變化。
在本發明的優選實施例中，構成導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相不連接而是獨立排列。
在本發明的優選實施例中，構成檢測層的磁電阻效應膜是粒狀膜，此粒狀膜由包含磁性金屬材料微粒的絕緣氧化物制成。
根據本發明的又一方面，提供一種平面磁性傳感器。此平面磁性傳感器包括多個由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層、以及多個在構成檢測層的磁電阻效應膜之間和在構成外側排列的檢測層的磁電阻效應膜的外表面上層疊的導體層，在所述檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應，該導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔。進而，在平面視圖內構成導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜。
在本發明的優選實施例中，構成一對在外側排列的導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相不連接而是獨立排列，構成一對在內側排列的導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相連接并且整體排列，在平面視圖中觀察時，構成一對在外側排列的導體層的線狀導體膜的交叉點與構成一對在內側排列的所述導體層的線狀導體膜的交叉點形成得幾乎互相對應。
在本發明的優選實施例中，構成一對在外側排列的導體層的線狀導體膜的相鄰膜或構成一對在內側排列的導體層的線狀導體膜的相鄰膜都互相不連接，而是獨立排列的，在平面視圖中觀察時，構成一對在外側排列的導體層的線狀導體膜的交叉點與構成一對在內側排列的導體層的線狀導體膜的交叉點形成得幾乎互相對應。
在本發明的優選實施例中，一對排列在外側的導體層連接到用于提供驅動電壓或驅動電流的驅動電路，一對排列在內側的導體層連接到用于檢測輸出電壓或輸出電流的檢測電路。
在本發明的優選實施例中，構成檢測層的磁電阻效應膜是粒狀膜，此粒狀膜由包含磁性金屬材料微粒的絕緣氧化物制成。
根據本發明的再一方面，提供一種用于多維磁場分析的平面磁性傳感器。此用于多維磁場分析的平面磁性傳感器包括平面磁性傳感器，該平面磁性傳感器包括多個由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層、以及多個在構成檢測層的磁電阻效應膜之間和在構成外側檢測層的磁電阻效應膜的外表面上層疊的導體層，在所述檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應，所述導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔，其中，在平面視圖內構成導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜；以及至少一個其它的平面磁性傳感器，該平面磁性傳感器包括由任意大小的具有磁各向異性的平面磁電阻效應膜構成的檢測層以及在檢測層各個表面上層疊的導體層，所述導體層由多個線狀導體膜形成，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜。進而，平面磁性傳感器通過絕緣元件層疊，從而可多方向地檢測磁電阻變化。
附圖簡述
圖1為根據本發明的平面磁性傳感器的第一實施例的平面視圖；圖2為上述實施例的局部橫截面視圖；圖3A和圖3B為解釋粒狀膜特性的視圖，此粒狀膜用于制作上述
具體實施例方式
下面，基于附圖中所示的實施例詳細描述本發明。在圖1和圖2中，示出根據本發明第一實施例的平面磁性傳感器10。平面磁性傳感器10包括導體層12、檢測層11和另一導體層13，這些層以所述順序層疊在玻璃基板10a上。檢測層11包括以平面狀態形成的任意大小的磁電阻效應膜。此磁電阻效應膜表現出巨磁電阻效應(GMR)效應，其最大磁電阻變化率(最大MR率)為百分之幾十。磁場強度隨著從一個測點到另一個測點而改變。因而，當磁電阻效應膜以平面狀態形成以便同時在大面積上檢測磁場時，必需制備其巨磁電阻效應具有大的最大MR率的磁電阻效應膜。
后面將描述，為了減少引線的數量，在本發明中使用線狀導體層12、13。在表現出巨磁電阻效應的磁電阻效應膜中，為了限制傳導范圍，使用具有隧道效應的磁電阻效應膜，亦即具有粒狀膜結構的磁電阻效應膜。隧道效應指僅在電壓達到或超過預定值時才有電流通過。
具有粒狀膜結構的磁電阻效應膜由包含金屬微粒的絕緣氧化物制成，此絕緣氧化物為非磁性物質如SiO2、ZnO、ZrO、Al2O3、MgO，此金屬微粒為磁性材料如Fe、Co、Fe-Co。如圖3A、圖3B和圖4所示，其特征在于，金屬微粒的磁化(磁微粒)是隨機取向的并且在零磁場中是高電阻的。同時，其特征在于，通過施加磁場，磁微粒的磁化以相同的方式取向并且是低電阻的。順便提一下，圖5示出Fe-SiO2粒狀膜的電壓-電流特性曲線，此粒狀膜由包含鐵(Fe)微粒的二氧化硅(SiO2)制成。從附圖明顯看出，Fe-SiO2粒狀膜具有隧道效應并且因而僅在電壓達到或超過預定值時才有電流通過。
導體層12、13在檢測層11的各個表面上層疊，檢測層11以平面狀態形成且有預定的大小。導體層12、13由諸如銅的導電材料制成，并由多個以直線形狀形成的線狀導體膜12a、13a構造。相鄰的線狀導體膜12a和12a或者相鄰的線狀導體膜13a和13a互相不連接，而是以預定的間隔獨立排列，并且粘附在檢測層11的各個表面上。更具體地，制作導體層12的線狀導體膜12a沿同一方向幾乎相互平行地排列，且在相鄰線狀導體膜12a之間有間隔。進而，制作導體層13的線狀導體膜13a沿著幾乎與形成導體層12的線狀導體膜12a正交的方向幾乎相互平行地排列，且在相鄰線狀導體膜13a之間有間隔。由此，當在平面視圖中觀察平面磁性傳感器10時，制作導體層12的線狀導體膜12a布置得與制作導體層13的線狀導體膜13a在兩個以上的點交叉。換言之，它們在平面視圖中以幾乎為格柵的形狀布置。
由線狀導體膜12a制成的導體層12、由磁電阻效應膜制成的檢測層11以及由線狀導體膜13a制成的導體層13，用諸如濺射方法和真空蒸發方法的任何方法在玻璃基板10a上層疊。通過在進行濺射時使用形成有預定圖案的掩模(未示出)，制成導體層12、13的線狀導體膜12a、13a形成為預定的圖案。
驅動電路和檢測電路在導體層12和導體層13之間連接。如圖1和圖2所示，以恒壓提供驅動功率的恒壓電路14作為驅動電路，通過引線14a連接到導體層12的線狀導體膜12a并通過引線14b連接到導體層13的線狀導體膜13a。而且，在它們之間設置電流表15作為檢測電路。
根據此實施例，當用恒壓電路14施加預定的驅動電壓時，電流從導體層12的線狀導體膜12a經檢測層11流到導體層13的線狀導體膜13a。如圖5所示，由于在此實施例中檢測層11的磁電阻效應膜具有上述的隧道效應，在施加到其上的電壓達到或超過預定值之前電流不會通過。如圖2中的局部橫截面視圖所示，在平面視圖中，電流在導體層12的線狀導體膜12a和導體層13的線狀導體膜13a的交叉點容易流動，亦即在最短距離內(如虛線箭頭所示)流動，在此，檢測層11具有最低的電阻。當遠離交叉點時電流就變得難以流動。因此，有可能僅檢測交叉點附近的電流值。
如圖1所示，假定有線狀導體膜12a和線狀導體膜13a的交叉點X1-X16。為了測量其磁場，根據此實施例，例如，切換到在視圖中從底部算起的第一個線狀導體膜12a和在視圖中從左邊算起的第一個線狀導體膜13a，以便電壓施加到其上，由此測量交叉點X1的電流值。相似地，切換到在視圖中從底部算起的第二個線狀導體膜12a和在視圖中從左邊算起的第一個線狀導體膜13a，以便電壓施加到其上，由此測量交叉點X5的電流值。進而，切換到在視圖中從頂部算起的第一個線狀導體膜12a和在視圖中從右邊算起的第一個線狀導體膜13a，以便電壓施加到其上，由此測量交叉點X16的電流值。
因而，根據此實施例，僅通過切換以改變線狀導體膜12a和13a組合，此時其上施加有驅動電壓，可測量多個測點的磁場。順便提一下，此切換可例如通過連接到恒壓電路14的任何種類的控制裝置(未示出)來執行。具體而言，當使用在計算機控制下的控制裝置時，切換序列等可以是軟件控制的，從而可在非常短的時間內實時測量多個測點。
如圖1所示，當測量16個交叉點(X1-X16)時，只需8條引線，其中4條引線14a連接到導體層12的線狀導體膜12a并且4條引線14b連接到導體層13的線狀導體膜13a。假定在16個測點上獨立安排傳感器，那么引線的數量就變成四倍，因為必需為每個測點準備兩條引線，結果總共就有32條引線。當然隨著測點數量的增加難度也增大。因此，由于引線數量極少，傳感器在預定面積上同時測量多個測點的磁場，所以本發明適合于實際應用。
在圖1所示的實例中，導體層12的線狀導體膜12a和導體層13的線狀導體膜13a在平面視圖中互相幾乎正交。然而，并不局限于上述情況，可以排列得以小于直角的角度交叉，如約60°或45°。
圖6和圖7為根據本發明第二實施例的平面磁性傳感器20的平面視圖和局部橫截面視圖。此實施例不同于第一實施例，不同之處為連接到驅動電路的一對導體層和連接到檢測電路的一對導體層互相不同。
根據此實施例的平面磁性傳感器20包括玻璃基板20a和總共為7層的堆層，在堆層中包括三個檢測層21-23、在第一檢測層21和玻璃基板20a之間層疊的第一導體層24、在第一檢測層21和第二檢測層22之間層疊的第二導體層25、在第二檢測層22和第三檢測層23之間層疊的第三導體層26、以及在第三檢測層23外面層疊的第四導體層27。
與上述第一實施例相似地，各個檢測層21-23都由具有巨磁電阻效應的磁電阻效應膜制成，這些檢測層以平面形狀形成且有預定的面積。而且，與第一實施例相似地，各個導體層24-27由成直線形狀的線狀導體膜構造，線狀導體膜由諸如銅的導電材料制成。
對于制作層疊在第一檢測層21和玻璃基板20a之間的第一導體層24的線狀導體膜24a以及制作層疊在第三檢測層23外面的第四導體層27的線狀導體膜27a，相鄰的線狀導體膜24a和24a之間或相鄰的線狀導體膜27a和27a之間互相不連接，而是以直線形狀獨立排列。進一步地，第一導體層24的線狀導體膜24a和第四導體層27的線狀導體膜27a安排得在平面視圖中幾乎正交。順便提一下，與上述第一實施例相似地，此交叉角度不局限于上述幾乎為直角的情況。
對于第二導體層25，相鄰的線狀導體膜25a和25a互相連接。具體地，如圖6中虛線所示，當在平面視圖中觀察檢測層21-23時，各個線狀導體膜25a從一端到另一端傾斜排列。線狀導體膜25a從一側到另一側交替成鋸齒形排列，換句話說，排列構成一個基本為整體的線狀導體膜。
如圖6中點線所示，與第二導體層25相似地，第三導體層26的相鄰線狀導體膜26a和26a互相連接，并且排列構成一個基本為整體的線狀導體膜。第二導體層25的相鄰線狀導體膜25a和第三導體層26的相鄰線狀導體膜26a，其中每一個都形成一個基本為整體的線狀導體膜，這些線狀導體膜形成得以任意角度互相交叉，例如在平面視圖為約90°。
如在第一實施例中所述的，在具有隧道效應的磁電阻效應膜中，電流在第二導體層25的線狀導體膜25a和第三導體層26的相鄰線狀導體膜26a的交叉點(最短距離)流動。因而，可通過上述排列檢測預定測點(交叉點)的磁電阻。
而且，第二導體層25的線狀導體膜25a和第三導體層26的線狀導體膜26a的交叉點連接到檢測電路，并且第一導體層24的線狀導體膜24a和第四導體層27的線狀導體膜27a的交叉點連接到驅動電路，當在平面視圖中觀察時這些交叉點形成得幾乎互相對應。因而，制作第四導體層的各個線狀導體膜在平面視圖中在相同的點交叉，由于磁電阻效應膜的隧道效應，這使得有可能測量交叉點的磁電阻。
如圖6所示，當第一導體層24的線狀導體膜24a和第四導體層27的線狀導體膜27a幾乎成正交時，第二導體層25的線狀導體膜25a和第三導體層26的線狀導體膜26a幾乎互相成正交，并且在平面視圖中使得與第一導體層24的線狀導體膜24a和第四導體層27的線狀導體膜27a的角度幾乎為45°，從而只有各個導體層互相對應。
如圖6和圖7所示，在此實施例中，作為驅動電路的恒流電路28提供恒流的驅動功率，此電路通過引線28a連接到第一導體層24的線狀導體膜24a，并通過引線28b連接到第四導體層27的線狀導體膜27a。作為檢測電路的電壓表29在第二導體層25的線狀導體膜25a和第三導體層26的線狀導體膜26a之間通過引線29a、29b連接。由于每個線狀導體膜25a和26a構成一個基本為整體的膜，連接電壓表29總共只需兩條引線，分別用于第二導體層25和第三導體層26。當有如圖6所示的16個交叉點(測點)時，連接恒流電路28需要8條引線，其中引線28a、28b各為4條。因而，在此實施例中總共只需10條引線。
進而，根據此實施例，當電流在第一導體層24和第四導體層27之間流動時，用連接在第二導體層25和第三導體層26之間的電壓表29測量各個測點的電壓值。因而，由于限制電壓測量處的面積，其它電路的影響減弱并且能高準確度地進行測量。順便提一下，與上述第一實施例相似地，可通過切換控制裝置來控制到任何測點的電流通道，此控制裝置未示出。
圖8和圖9為解釋根據本發明第三實施例的平面磁性傳感器30結構的平面視圖和局部橫截面視圖。與第二實施例相似地，根據本實施例的平面磁性傳感器30包括玻璃基板30a和總共為7層的堆層，在堆層中包括三個檢測層31-33、在第一檢測層31和玻璃基板30a之間層疊的第一導體層34、在第一檢測層31和第二檢測層32之間層疊的第二導體層35、在第二檢測層32和第三檢測層33之間層疊的第三導體層36、以及在第三檢測層33外面層疊的第四導體層37。
與上述第二實施例相似地，各個檢測層31-33由具有巨磁電阻效應的磁電阻效應膜制成，這些檢測層以平面形狀形成且有預定的面積。而且，與第二實施例相似地，各個導體層34-37由多個線狀導體膜構造，這些線狀導體膜由諸如銅的導電材料制成。進一步地，制作第一導體層34的線狀導體膜34a和制作第四導體層37的線狀導體膜37a與第二實施例相似地排列。
應該指出，制作第二導體層35的線狀導體膜35a和制作第三導體層36的線狀導體膜36a與第二實施例中的不同。在第二實施例中，第二導體層25的線狀導體膜25a和第三導體層26的線狀導體膜26a分別排列以形成一個基本為整體的線狀導體膜，但在第三實施例中，相鄰的線狀導體膜35a和35a之間或相鄰的線狀導體膜36a和36a之間互相不連接，而是獨立排列。
更具體地，如圖8中虛線所示，第二導體層35的線狀導體膜35a的排列方向與第一導體層34的線狀導體膜34a的排列方向傾斜成約45°，且有第一檢測層31在它們之間。進而，如圖8中的點線所示，第三導體層36的線狀導體膜36a的排列方向幾乎與第二導體層35的線狀導體膜35a的排列方向正交，并且第四導體層37的線狀導體膜37a的排列方向幾乎與第一導體層34的線狀導體膜34a的排列方向成正交。而且，第一導體層34的線狀導體膜34a和第四導體層37的線狀導體膜37a的交叉點連接到驅動電路，第二導體層35的線狀導體膜35a和第三導體層36的線狀導體膜36a的交叉點連接到檢測電路，在平面視圖中這些交叉點形成得幾乎互相對應。
因此，當電流例如依靠作為驅動電路的恒流電路38來通過第一導體層34的線狀導體膜34a和第四導體層37的線狀導體膜37a的交叉點時，可用電壓表39測量第二導體層35的線狀導體膜35a和第三導體層36的線狀導體膜36a交叉點的電壓。與第二實施例相似地，由于限制電壓測量處的面積，在此實施例中可進行高準確度的測量。
應該指出，在此實施例中，必需把恒流電路38分別通過引線38a和38b連接到第一導體層34的線狀導體膜34a和第四導體層37的線狀導體膜37a，并且把電壓表39分別通過引線39a和39b連接到第二導體層35的線狀導體膜35a和第三導體層36的線狀導體膜36a。為此，當有如圖8所示的16個測點時，總共需要16條引線，其中8條用于連接驅動電路的引線38a、38b，8條用于連接檢測電路的引線39a、39b。(順便提一下，在圖8中部分地示出引線)。在此實施例中，引線數量比第二實施例中的多。然而，必需在16個測點上獨立布置傳感器的引線數量減半。順便提一下，與上述第一和第二實施例相似地，可通過切換控制裝置來控制電流通道，此控制裝置未示出。
本發明的磁性傳感器并不局限于上述實施例。例如，第一實施例中的恒壓操作與第二和第三實施例中的恒流操作可倒過來使用。而且，在各個實施例中都設置16個測點，但這只是一個實例。測點可以多于或少于16個點，只要檢測層以平面狀態形成和有可能在兩個以上的點測量就行了。進一步地，檢測層的面積和制作各層的線狀導體膜之間的間隔不受限制。被層疊的檢測層和導體層的數量不受各個實施例中所述數量的限制。
本發明提供用于多維磁場分析的平面磁性傳感器(未示出)。在用于多維磁場分析的平面磁性傳感器中，一個或多個具有磁各向異性的平面磁性傳感器在上述平面磁性傳感器10-30上通過絕緣元件來層疊，從而可檢測二維方向上的磁場和三維方向上的磁場。
包括檢測層和導體層的平面磁性傳感器可用作具有磁各向異性的平面磁性傳感器，在此種平面磁性傳感器中，檢測層由任意大小的具有磁各向異性的平面磁電阻效應膜制成，導體層在檢測層的各個表面上層疊并且由多個線狀導體膜形成，這些線狀導體膜沿著各表面的方向以預定的直線形狀形成并在它們之間有預定的間隔，其中，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在其間有磁電阻效應膜。換句話說，不是具有磁電阻變化且不依賴電流和磁場方向的磁電阻效應膜，而是垂直磁化膜或面內各向異性膜用于形成檢測層。順便提一下，與上述實施例相似地，由線狀導體膜制成的導體層可以各種方式排列。
當使用因此構造的用于多維磁場分析的平面磁性傳感器時，可測量二維方向和三維方向上的多個測點的磁場而不需要移動傳感器。由此，可以在非常短的時間內在大面積上進行磁場分析，此磁場分析不但包括磁場強度還包括磁力線方向。
(試驗)如圖10所示，兩個永久磁鐵40和41互相分開放置并且它們的相同極性互相面對，垂直測量這兩個永久磁鐵之間的磁場。平面磁性傳感器與圖1所示的相同。厚度為8000的Fe-SiO2膜用作檢測層11，厚度為2000的銅(Cu)用作層疊其上的導體層12、13。
如圖10所示，用計算機處理結果，該計算機處理用不同層次的顏色顯示磁場強度。附圖中的顏色最深部分是磁場最強的部分，隨著磁場減弱顏色也變亮。因而，通過使用平面磁性傳感器10肯定可以測量磁場強度。
當平面磁性傳感器10一旦垂直布置在永久磁鐵40、41之間時，就根本不需要再移動它。通過簡單切換以改變線狀導體膜12a和13a組合，此時在其上施加有驅動電壓，作為控制裝置的計算機可從一個測點改變到另一個。因此，與通過移動由孔穴元件制成的常規傳感器等來測量區域的情況相比，本測量可在非常短的時間內進行。
平面磁性傳感器和用于多維磁場分析的平面磁性傳感器包括檢測層和導體層，此檢測層由以平面狀態形成的任意大小的磁電阻效應膜制成，此導體層在磁電阻效應膜的各個表面上層疊，并且在平面視圖中一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜。檢測層僅在電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時此檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應。此導體層由多個線狀導體膜制成，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向的直線形狀且在它們之間有預定的間隔。
因而，可在非常短的時間內測量多個點的磁場特性，并能實時檢測待測物體周圍的磁場變化。進而，由于導體層由線狀導體膜制成，因引線數量少而適于實際應用。
盡管已結合附圖描述本發明的具有一定程度特殊性的優選實施例，但是，根據前面的敘述可以做當然的修改和變化。本發明的范圍由后附權利要求確定。
權利要求
1.一種平面磁性傳感器，包括由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層，在該檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應；以及在磁電阻效應膜各個表面上層疊的導體層，該導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的，且在它們之間有預定的間隔；其中，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列為相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜。
2.如權利要求1所述的平面磁性傳感器，其中，構成所述導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相不連接而是獨立排列。
3.如權利要求1所述的平面磁性傳感器，其中，構成所述檢測層的磁電阻效應膜是粒狀膜，此粒狀膜由包含磁性金屬材料微粒的絕緣氧化物制成。
4.一種用于多維磁場分析的平面磁性傳感器，包括平面磁性傳感器，其包括由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層、以及在磁電阻效應膜各個表面上層疊的導體層，在所述檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應，所述導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔，其中，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列為相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜；以及至少一個其它的平面磁性傳感器，其包括由任意大小的具有磁各向異性的平面磁電阻效應膜構成的檢測層、以及在檢測層各個表面上層疊的導體層，該導體層由多個線狀導體膜形成，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的，且在它們之間有預定的間隔，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列為相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜，其中，平面磁性傳感器通過絕緣元件層疊，從而可多方向地檢測磁電阻變化。
5.如權利要求4所述的用于多維磁場分析的平面磁性傳感器，其中，構成所述導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相不連接而是獨立排列。
6.如權利要求4所述的用于多維磁場分析的平面磁性傳感器，其中，構成所述檢測層的磁電阻效應膜是粒狀膜，此粒狀膜由包含磁性金屬材料微粒的絕緣氧化物制成。
7.一種平面磁性傳感器，包括多個由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層，在所述檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應；以及在構成所述檢測層的磁電阻效應膜之間和在構成外側排列的所述檢測層的磁電阻效應膜的外表面上層疊的多個導體層，該導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的，且在它們之間有預定的間隔；其中，在平面視圖內構成所述導體層的線狀導體膜排列為相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜。
8.如權利要求7所述的平面磁性傳感器，其中，構成一對在外側排列的所述導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相不連接而是獨立排列，構成一對在內側排列的所述導體層的線狀導體膜的相鄰膜互相連接并且整體排列，在平面視圖中觀察時，構成一對在外側排列的所述導體層的線狀導體膜的交叉點與構成一對在內側排列的所述導體層的線狀導體膜的交叉點形成得幾乎互相對應。
9.如權利要求7所述的平面磁性傳感器，其中，構成一對在外側排列的所述導體層的線狀導體膜的相鄰膜和構成一對在內側排列的所述導體層的線狀導體膜的相鄰膜都是互相不連接而是獨立排列，在平面視圖中觀察時，構成一對在外側排列的所述導體層的線狀導體膜的交叉點與構成一對在內側排列的所述導體層的線狀導體膜的交叉點形成得幾乎互相對應。
10.如權利要求7所述的平面磁性傳感器，其中，一對排列在外側的所述導體層連接到用于提供驅動電壓或驅動電流的驅動電路，一對排列在內側的所述導體層連接到用于檢測輸出電壓或輸出電流的檢測電路。
11.如權利要求7所述的平面磁性傳感器，其中，構成所述檢測層的磁電阻效應膜是粒狀膜，此粒狀膜由包含磁性金屬材料微粒的絕緣氧化物制成。
12.一種用于多維磁場分析的平面磁性傳感器，包括平面磁性傳感器，其包括多個由任意大小的平面磁電阻效應膜構成的檢測層、以及多個在構成所述檢測層的磁電阻效應膜之間和在構成所述外側檢測層的磁電阻效應膜的外表面上層疊的導體層，在所述檢測層中僅當電壓達到或超過預定值時因隧道效應才有電流通過，并且在磁粒的磁化方向隨磁場強度發生改變時該檢測層改變其電阻值以表現出巨磁電阻效應，所述導體層包括多個線狀導體膜，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔，其中，在平面視圖內構成所述導體層的線狀導體膜排列為相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜；以及至少一個其它的平面磁性傳感器，其包括由任意大小的具有磁各向異性的平面磁電阻效應膜構成的檢測層以及在檢測層各個表面上層疊的導體層，所述導體層由多個線狀導體膜形成，這些線狀導體膜是沿著各個表面方向以直線形狀形成的且在它們之間有預定的間隔，在平面視圖內一個導體層的線狀導體膜和另一導體層的線狀導體膜排列得相互交叉，且在它們之間有磁電阻效應膜，其中平面磁性傳感器通過絕緣元件層疊，從而可多方向地檢測磁電阻變化。
全文摘要
提供平面磁性傳感器和用于多維磁場分析的平面磁性傳感器,可在短時間內在大面積上測量磁場。平面磁性傳感器10包括由磁電阻效應膜制成的檢測層11以及在磁電阻效應膜各個表面上層疊的導體層12、13,導體層12、13由多個線狀導體膜12a、13a制成,線狀導體膜12a、13a沿著各表面以直線狀形成且在它們之間有預定的間隔。在平面視圖內導體層12的線狀導體膜12a和導體層13的線狀導體膜13a排列為相互交叉,且在它們之間有磁電阻效應膜。
文檔編號H01L43/08GK1335515SQ0112322
公開日2002年2月13日 申請日期2001年7月20日 優先權日2000年7月21日
發明者本多茂男, 山根秀之, 榎芳美, 我田茂樹 申請人:株式會社三角工具加工