WO2002006844A1

WO2002006844A1 - Anordnung zur signalübertragung mittels magnetoresistiver sensorelemente

Info

Publication number: WO2002006844A1
Application number: PCT/DE2001/002476
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Clemens; Michael Vieth
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2002-01-24
Also published as: DE10034732A1

Abstract

Die Signalübertragungsanordnung weist eine ein magnetisches Signalfeld mittels Stromfluss (I) erzeugende elektrische Leiterbahn (11) sowie mehrere zu einer Voll- oder Teilbrücke (B) mit zwei Brückenzweigen (Z1, Z2) verschaltet magnetoresistive Sensorelemente (7i) mit einer Magnetisierung (mi) auf. Die Leiterbahn (11) soll derart über die Sensorelemente (7i) geführt sein, dass von ihr (11) alternierend ein Sensorelement aus dem ersten Brückenzweig (Z1) und aus dem zweiten Brückenzweig (Z2) erfasst wird und in diagonalen Sensorelementen (71, 74 bzw. 72, 73) dieselbe Stromflussrichtung (I) gegeben ist.

Description

Beschreibung

Anordnung zur Signalübertragung mittels magnetoresistiver Sensorelemente

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Signalübertragung mit wenigstens einer ein magnetisches Signalfeld mittels Stromfluss erzeugenden elektrischen Leiterbahn sowie mehreren zu einer Voll- oder Teilbrücke mit zwei Brückenzwei- gen verschalteten, der Leiterbahn zugeordneten, von dieser galvanisch getrennten magnetoresistiven Sensorelementen.

Auf vielen Gebieten der Technik wie z.B. der digitalen Informationsübertragung oder der Messtechnik wird eine potential- freie Übertragung von elektrischen Signalen gefordert. So werden zur galvanisch getrennten Signalübertragung in der Kommunikations- und Automatisierungstechnik überwiegend sogenannte Optokoppler verwendet. Hierbei wird auf einen Eingang ein elektrisches (primäres) Datensignal gegeben, das mittels einer lichtemittierenden Diode (LED) in ein optisches Strahlungssignal umgewandelt wird. Dieses Strahlungssignal wird durch ein isolierendes, optisch transparentes Medium hindurch auf ein optisches Sensor- oder Detektorelement übertragen, wo es wieder in ein elektrisches (sekundäres) Signal rückverwan- delt wird.

Eine derartige digitale Informationsübertragung mittels Optokopplern ist begrenzt in der Übertragungsrate durch die beschränkte Bandbreite der optischen Elemente (mit etwa 50 MBd entsprechend 25 MHz) und in der Bauform durch die beschränkte Integrierbarkeit der optischen Elemente mit der Siliziumtechnologie. Ferner können die optischen Elemente nur in einem Temperaturbereich bis maximal etwa 85°C und außerdem im allgemeinen nur mit Betriebsspannungen von mindestens 5 V be- trieben werden. Neben einer solchen optoelektrischen Signalübertragung ist auch eine magnetische Übertragung beispielsweise unter Verwendung von Hall-Sonden bekannt. Mit solchen Sonden lassen sich nämlich alle die Signalgrößen erfassen, welche Magnet- feider erzeugen oder beeinflussen. So ist z.B. aus dem Buch von E. Schrüfer „Elektrische Messtechnik", 6. Auflage, 1995, Hanser-Verlag München, Seiten 165 bis 168 eine entsprechende, potentialfreie Messung eines Stromes zu entnehmen.

Darüber hinaus ist auf dem Gebiet der Magnetoelektronik möglich, mit magnetoresistiven Sensorelementen sogenannte Magne- tokoppler aufzubauen, die ebenfalls eine galvanisch getrennte Datenübertragung ermöglichen. Hier lassen sich die aufgezeigten Begrenzungen der Optokoppler deutlich überschreiten, z.B. mit einer deutlich höheren Datenübertragungsrate und der Möglichkeit, entsprechende Bauteile auch noch bei kleineren Spannungen als 5 V zu betreiben. Ferner sind derartige Magne- tσkoppler mit Elektronikbauteilen der Si-Technologie zu integrieren. Selbstverständlich können sie auch nach entspre- chender Anpassung zur analogen Strommessung verwendet werden.

Mit der nicht-vorveröffentlichten DE-Patentanmeldung 100 17 374.8 vom 7.4.2000 wurde ein entsprechender Magneto- koppler vorgeschlagen. Er enthält gemäß einer besonderen Aus- führungsform mehrere zu einer Voll- oder Teilbrücke mit zwei Brückenzweigen verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente. Diesen Sensorelementen ist wenigstens eine ein magnetisches Signalfeld mittels Stromfluss ' erzeugende elektrische Leiterbahn zugeordnet. Jedes Sensorelement umfasst ein einen erhöhten magnetoresistiven Effekt zeigendes Mehrschichtensystem, das mindestens eine weichmagnetische Messschicht, mindestens eine weitere ferromagnetische Schicht sowie mindestens eine dazwischen angeordnete nicht-magnetische Zwischenschicht enthält, wobei die Magnetisierung der weichmagneti- sehen Messschicht bei fehlendem Signalfeld eine von der Vorzugsachse der Magnetisierung dieser Schicht abhängende vorbestimmte Ausgangslage hat. Die Vorzugsachse der Magnetisierung ist dabei sensorintrinsisch; d.h. ihre Einprägung kann sowohl durch einen besonderen Schichtaufbau z.B. durch Auswahl des Materials und/oder der Schichtdicke, aber auch durch eine bestimmte geometrische Form, z.B. durch ein vorbestimmtes Ver- hältnis von Länge zu Breite, und/oder durch eine durch ein äußeres Magnetfeld eingeprägte Anisotropie geschehen. Eine solche Anisotropie lässt sich entweder während des Herstellungsprozesses oder nachträglich durch einen Temperschritt in einem Magnetfeld erzeugen. Entsprechende Magnetokoppler kön- nen bis etwa 150°C betrieben werden und lassen sich mit Bauteilen der Siliziumtechnologie integrieren bzw. kombinieren.

Die Mehrschichtsysteme des Magnetokopplers können auch als magnetoresistive Tunnelelemente ausgebildet sein, wobei ihre nicht-magnetischen Zwischenschichten dann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.

Auch aus der WO 98/07165 geht ein Magnetokoppler hervor, der zur Stromdetektion vier Sensorelemente besitzt, mit denen ein magnetisches Signalfeld zu detektieren ist, welches mittels Stro fluss ' durch eine Flachspule erzeugt wird. Die Leiterbahnen dieser Flachspule verlaufen dabei orthogonal über die ^'Sensorelemente und sind galvanisch gegenüber diesen getrennt. Auch hier sind die Sensorelemente jeweils als MehrSchichten- Systeme mit zwei ferromagnetischen Schichten aufgebaut, die jeweils durch eine elektrisch leitende, nicht magnetische Zwischenschicht getrennt sind und magnetoresistiv, anisotrop sind. Die Mehrschichtsysteme können insbesondere den sogenannten GMR-Effekt zeigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Anordnung zur Signalübertragung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, dass sie einen besonders einfachen Aufbau ihrer magnetoresistiven Sensorelemente ermög- licht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jedes magnetoresistive Sensorelement bei fehlendem Signalfeld eine Magnetisierung mit einer in dieselbe Richtung weisenden Aus- gangslage besitzt und die Leiterbahn derart über Sensorele- mente aus den beiden Brückenzweigen geführt ist, dass von ihr alternierend ein Sensorelement aus dem ersten Brückenzweig und ein dazu diagonal in der Brücke angeordnetes Sensorelement aus dem zweiten Brückenzweig erfasst wird und in diagonalen Sensorelementen dieselbe Stromflussrichtung gegeben ist.

Die magnetoresistiven Sensorelemente können dabei anisotrop magnetoresistiv (sogenannte „AMR-Elemente") , giant- agnetoresistiv (sogenannte „GMR-Elemente") , tunnel- magnetoresistiv (sogenannte „TMR-Elemente") oder kolossal- magnetoresistiv (sogenannte „CMR-Elemente") aufgebaut sein (vgl. z.B. den Band „XMR-Technologien" (Technologieanalyse: Magnetismus, Band 2) des VDI-Technologiezentrums „Physikalische Technologien" , Düsseldorf (DE) 1997, Seiten 11 bis 46) . Der Strompfad der Signalübertragung wird dabei durch mindestens eine Isolationsschicht getrennt so über die Brückenanordnung dieser Elemente geführt, dass man Signale unterschiedlichen Vorzeichens an den einzelnen Sensorelementen enthält und somit eine Brückenanordnung gegeben ist. Eine solche Brückenanordnung zeigt vorteilhaft eine weitgehende

Temperaturstabilität des Signals, da die Widerstände der Einzelsensoren sich in gleicher Weise bei Temperaturschwankungen ändern. Es ist dabei unerheblich, ob man mit den Sensorelementen eine Vollbrücke oder eine Teilbrücke wie z.B. eine Halbbrücke aufbaut (vgl. DE 195 07 303 AI oder

DE 196 19 806 AI) . Durch den Aufbau der Brückenanordnung lässt sich gewährleisten, dass die Sensorelemente, die eine Vorzugsrichtung haben, in dieselbe Richtung aufmagnetisiert werden können und trotzdem an den Einzelsensorelementen Wi- derstandsänderungen mit unterschiedlichem Vorzeichen gemessen werden. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahmen sind somit darin zu sehen, dass ein einfacher Aufbau der Signalüber- tragungsanordnung mit ihren zu einer Voll- oder Teilbrücke verschalteten Magnetokopplern aufgrund der einheitlichen Magnetisierungen der Sensorelemente ermöglicht ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Signalübertragungsanordnung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

So können gemäß einer speziellen Ausführungsform jeweils ihre Sensorelemente jeweils ein einen erhöhten magnetoresistiven Effekt zeigendes Mehrschichtensystem umfassen, das mindestens eine weichmagnetische Messschicht, mindestens eine weitere ferromagnetische Schicht sowie mindestens eine dazwischen angeordnete nicht-magnetische Zwischenschicht enthält. Dabei können diese Mehrschichtensysteme besonders empfindliche gi- ant-magnetoresistive oder tunnel-magnetoresistive Sensorelemente mit einem hart- und einem weichmagnetischen Teil bilden. Der hartmagnetische Sensorteil braucht vorteilhaft nur einmal in der Produktion aufmagnetisiert zu werden, womit die Magnetisierungsrichtung permanent erhalten bleibt. Die weichmagnetische Schicht lässt sich nun durch ein externes Magnetfeld sehr leicht ausrichten. Der elektrische Widerstand der Sensorelemente hängt ab von der relativen Lage der Magnetisierung der hart- und der weichmagnetischen Schicht. Dabei werden vorteilhaft Temperatureinflüsse dadurch vermindert, dass hier eine Brückenanordnung vorgesehen ist, wobei antiparallel vormagnetisierte Sensorelemente miteinander verschaltet werden.

Zur Magnetisierung kann in besonders einfacher Weise die Stromleiterbahn benutzt werden, um die hartmagnetischen Schichten der Sensorelemente durch einen entsprechend großen Stromstoß aufzumagnetisieren und somit auszurichten.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Signalübertragungsanordnung Mittel zu ihrer magnetischen Abschirmung gegen externe magnetische Störfelder auf. Entsprechende Mittel können insbesondere an der den Sensorelementen abgewandten Seite der wenigstens einen Leiterbahn und gegebenenfalls galvanisch getrennt von dieser in Form einer weichmagnetischen Schicht angeordnet sein. Eine solche Schicht kann vorteilhaft auch die Funktion eines magnetischen Spiegels bezüglich des von der mindestens einen Leiterbahn hervorgerufenen magnetischen Feldsignals ausüben und kann somit zu einer entsprechenden Signalverstärkung beitragen.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Signalübertragungsanordnung vorteilhaft als ein Stromsensor verwendet werden. Ein durch deren elektrische Leiterbahn fließender Strom kann nämlich zur Erzeugung eines primären Signalfeldes erzeugt werden, das dann von den magnetoresistiven Sensorele- menten detektiert und in ein sekundäres Signal umgewandelt wird.

Vorteilhaft ist auch, dass sich die erfindungsgemäße Signalübertragungsanordnung mit Bauteilen der Siliziumtechnologie integrieren lässt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Signalübertragungseinrichtung gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figuren jeweils schematisch Teile von erfindungsgemäßen Stromübertragungseinrichtungen veranschaulicht sind. So zeigen deren Figur 1 einen Hart-Weich-Aufbau eines magnetoresistiven Sensorelementes, Figur 2 typische Kennlinien von verschiedenen geeigneten Sensorelementen, Figur 3 eine Brückenschal ung gemäß dem Stand der Technik, Figur 4 mit der Brückenschaltung nach Figur 3 sich ergebende Kennlinien, Figur 5 einen Querschnitt durch einen Schichtaufbau eines

Sensorelementes mit zugeordneter Leiterbahn, Figur 6 einen Brückenaufbau einer erfindungsgemäßen Signalübertragungsanordnung, Figur 7 einen Querschnitt durch den Brückenaufbau nach Figur 6, Figur 8 einen geeigneten Brückenaufbau in Form einer Halbbrücke und Figur 9 eine geeignete magnetische Schirmung gegen externe Streufelder. Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Vorteilhaft sind für die erfindungsgemäße Signalübertragungs- anordnung giant-magnetoresistive (GMR) oder tunnel- magnetoresistive (TMR) Sensorelemente im sogenannten Spin- Valve-Aufbau zu verwenden. Ein entsprechender prinzipieller Aufbau eines entsprechenden Sensorelementes mit hart- und weichmagnetischen Schichten geht aus dem Schnittbild der Figur 1 hervor. Dabei sind bezeichnet mit 1 eine hartmagnetische Schicht, mit 2 eine Magnetisierungsrichtung dieser Schicht, mit 3 eine nicht-magnetische Zwischenschicht, mit 4 eine weichmagnetische Schicht, mit 5 eine Magnetisierungs- richtung dieser weichmagnetischen Schicht sowie mit 6 ein externes Magnetfeld H_ex. Die hartmagnetische Schicht 1 des allgemein mit 7 bezeichneten Sensorelementes kann dabei eine einzelne Schicht sein, z.B. aus Co oder einer Co-Legierung, oder auch aus einem Schichtensystem bestehen. Ein solches Schichtensystem kann insbesondere als ein sogenannter künstlicher Antiferromagnet AAF (artificial antiferromagnet) ausgebildet sein (vgl. die WO 94/15223), der sich wie ein Permanentmagnet verhält und auch als ein Biasschichtteil anzusehen ist. Stattdessen kann das Schichtsystem auch einen natürli- chen Antiferromagneten NAF mit einer daran gekoppelten Magnetschicht bilden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination von beiden Schichtsystemtypen möglich. Auch ein Fari- agnet mit angekoppelter Magnetschicht ist statt des NAF- Systems denkbar. Die nicht-magnetische Zwischenschicht 3 kann im Falle eines GMR-Sensorele entes eine metallische Schicht sein. Stattdessen kann sie im Falle eines TMR-Sensorelementes auch aus einem isolierenden Material oder einem halbleitenden Material bestehen. Die weichmagnetische Schicht 4 ist an die hartmagnetische Schicht 1 oder ein entsprechendes Schichtensystem magnetisch nur schwach gekoppelt oder gegenüber dieser Schicht/Schichtsystem entkoppelt. Der weichmagnetischen Schicht kann gegebenenfalls eine Anisotropie aufgeprägt sein oder auch nicht. Es ergeben sich dabei verschiedene Kennlinien. Beide Varianten können für die Sensorelemente ausgenutzt werden. Der gezeigte Aufbau kann natürlich auch mehrfach in einem Schichtsystem wiederholt werden, um so den Sen- soreffekt zu erhöhen (vgl. die genannte WO 94/15223 A) .

Figur 2 zeigt typische Kennlinien von Einzelsensorelementen vom Spin-Valve-Typ ohne und mit Anisotropie. Dabei zeigt das obere Diagramm a) die Kennlinie (Widerstand R als Funktion der Feldstärke des externen Feldes H_ex) für ein ungekoppeltes Spin-Valve-System. Es zeigt sich eine Hysterese der Kennlinie mit einer remanenten Magnetisierung ohne äußeres Feld. Die in dem- unteren Diagramm b) gezeigte Kennlinie ergibt sich für ein ungekoppeltes Spin-Valve-System, wobei die weichmagneti- sehe Schicht (Messschicht) eine eingeprägte Anisotropie hat. Eine solche Anisotropie kann in an sich bekannter Weise durch vielfältige Maßnahmen erzeugt werden. Gezeigt ist die Kennlinie für den Fall, dass diese Anisotropie senkrecht zur Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht ausgerichtet ist. An- dere Ausrichtungen sind selbstverständlich auch möglich.

In bekannter Weise sind auch andere Methoden möglich, eine Vorzugsrichtung in der weichmagnetischen Schicht anzubringen, z.B. durch ein externes Feld oder durch eine leichte Kopplung zur hartmagnetischen Schicht. Aus Figur 3 geht eine bekannte Wheatstone-Brückenanordnung von Sensorelementen 7ι hervor. Dabei sind vier Sensorelemente 7i (mit i = 1....4) in zwei Brückenzweigen ZI bzw. Z2 zusammen geschaltet, wobei die zu einem Brückenzweig gehörenden Sensorelemente eine antiparallele Ausrichtung der hartmagnetischen Schicht zueinander haben. Die entsprechenden Magnetisierungsrichtungen der Sensorelemente 7ι sind mit im (mit i = 1....4). Selbstverständlich ist auch ein sogenannter Halbbrückenaufbau oder Teilbrückenaufbau möglich (vgl. die genannte DE 196 19 806 AI) . In der Figur sind ferner mit GND ein elektrisches Grundpotential, mit U ein demgegenüber erhöhtes Spannungspotential, auf das die beiden Brückenzweige Zl und Z2 gelegt sind, sowie mit VI und V2 die Spannungspotentiale an den entsprechenden Abgriffen für die Brückenspan- nung V = V1-V2 bezeichnet.

In Figur 4 sind typische Kennlinien bei einer Brückenanordnung der Sensorelemente nach Figur 3 wiedergegeben, und zwar für den Fall der Kennlinien der Einzelelemente gemäß Figur 2 : a) = ohne Anisotropie der weichmagnetischen Schicht, b) = mit Anisotropie der weichmagnetischen Schicht. Im Idealfall gibt es nun keinen Offset mehr.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen strukturierten integrierten Schichtaufbau für einen Stromsensor oder einen Magnetokoppler 9 aus einer Brückenschaltung einer erfindungsgemäßen Signalübertragungsanordnung. Stellvertretend für die magnetoresistiven Sensorelemente dieser Anordnung ist hier nur ein einziges Sensorelement 7ι als gesamtes Schichtpaket dargestellt. Die Sensorelemente werden vorteilhaft durch

Sputtern auf ein Substrat 8, z.B. einen thermisch isolierten Si-Wafer aufgebracht. Durch Strukturierungsschritte werden die einzelnen Sensorelemente hergestellt. Darauf kommt min- destens eine Passivierungsschicht 10, um das Sensorelement insbesondere vor Umwelteinflüssen zu schützen. Diese Passivierungsschicht dient auch als Isolationsschicht. Es kann auch eine Kombination aus Passivierungs- und Isolations- Schicht aufgebaut werden. Darauf werden die erforderlichen Stromleiterbahnen 11 aufgebracht, die so strukturiert werden, wie z.B. in den Figuren 6 und 8 nachfolgend veranschaulicht ist. Durch die Stromleiterbahnen wird ein Strom I geschickt, dessen Stromführungsrichtung mit dem üblicherweise verwendeten Zeichen veranschaulicht ist. Mittels dieses Stromes soll die gewünschte Information übertragen werden. Um die Stromleiterbahnen bildet sich ein Magnetfeld 12 aus, das nun von den Sensorelementen 1 erfasst wird. Damit ist eine galva- nisch getrennte Signalübertragung möglich. Es hängt nun vom verwendeten Schichtsystem und der anschließenden Auswerteelektronik ab, ob das Signal analog oder digital übertragen wird. Im ersteren Fall ergibt sich ein analoger Stromsensor, im zweiten Fall z.B. ein Magnetokoppler.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften Verlaufes des Pfades für einen Strom I über eine Leiterbahn 11 für eine Signalübertragungsanordnung nach der Erfindung in Aufsicht. Die Sensorelemente 7χ bis 7 sind zu einer Brücken- anordnung B verschaltet. Sie können vorteilhaft auf einer gemeinsamen Ebene eines Substrates ausgebildet werden. Jedoch ist im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Figur 3 bei allen Sensorelementen die hartmagnetische Schicht in dieselbe Richtung aufmagnetisiert . Die Magnetisierungen m_,l bis m4 weisen deshalb alle in dieselbe Richtung. Dies ist ein großer Vorteil, da bei der Herstellung der gesamte Wafer homogen aufmagnetisiert werden kann. Außerdem kann man Schichtaufbauten nehmen wie z.B. Exchange-Bias-Systeme, bei denen die Magnetisierung verhältnismäßig komplex z.B. mit einem bestimmten Temperaturzyklus durchgeführt werden muss. Hierbei wird die Stromlei erbahn 11 so über die einzelnen Sensorelemente geführt, dass zueinander benachbarte Elemente innerhalb eines Stromzweiges ZI oder Z2 und in den beiden Stromzweigen Sensorelemente ein antiparalleles Magnetfeld sehen. D.h., jedes magnetoresistive Sensorelement 7j. besitzt bei fehlendem Signalfeld der Stromleiterbahn eine Magnetisierung mit einer in dieselbe Richtung weisenden Ausgangslage. Dabei soll die Lei- terbahn 11 derart über die Sensorelemente aus den beiden Brückenzweigen ZI und Z2 geführt sein, dass von ihr alternierend ein Sensorelement aus dem ersten Brückenzweig ZI und aus dem zweiten Brückenzweig Z2 erfasst wird und somit in diagonalen Sensorelementen der Brückenordnung B jeweils dieselbe Stromflussrichtung gegeben ist. Folglich ist die Stromflussrichtung über den Sensorelementpaaren < lχ-li und 7₂-7₃ jeweils gleich. Dann ist vorteilhaft durch die jeweiligen Kennlinien ebenfalls ein Brückensignal wie in Figur 4 dargestellt zu er- reichen. Der gezeigte Aufbau ist wesentlich einfacher als andere Alternativen, wie sie z.B. als Kompensationsschaltungen von Stromsensoren bekannt sind. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen als der in Figur β gezeigte Aufbau möglich; es ist nämlich nur wichtig, dass die Stromleiterbahn 11 so über die einzelnen Sensorelemente 7i geführt wird, dass von der elektrischen Seite her gesehen eine Brückenanordnung entsteht, die eine Differenzmessung ermöglicht.

Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch den Schichtaufbau für einen Magnetokoppler ' mit einer Brückenanordnung nach Figur 6 in Figur 5 entsprechender Darstellung. Wie aus der Figur hervorgeht, ist das Magnetfeld 12 zweier nebeneinander liegender Teile der Stromleiterbahn 11, durch die derselbe Strom I fließt, jedoch in entgegengesetzter Richtung, antiparallel zueinander. Somit spiegeln sich die Kennlinien der jeweils darunterliegenden Sensorelemente 7 , wodurch sich ein Brückensignal ergibt.

Figur 8 zeigt die Auslegung des Strompfades durch eine Strom- leiterbahn 11 für einen Halbbrückenaufbau, wobei eine Figur 6 entsprechende Darstellung gewählt ist. Es kann nämlich sein, dass bei bestimmten Sensorstrukturen eine Vollbrückenschal- tung nicht möglich oder nur mit großem Aufwand zu realisieren ist. Hier ist auch eine Halbbrückenanordnung wie in Figur 8 gezeigt geeignet. Dabei liegen nur zwei Sensorelemente wie z.B. die Elemente 7₂ und 7₃ unter der Stromleiterbahn 11, während die anderen nicht von deren Signalfeld beeinflusst werden. Die zwei nicht beeinflussten Sensorelemente 7χ und 7₄ können gegebenenfalls auch durch normale Widerstände ersetzt sein (vgl. z.B. die genannte DE 195 07 303 AI); im Hinblick auf eine Temperaturstabilität des Signals ist es jedoch von Vorteil, auch für die Elemente lχ und 7₄ Sensorstrukturen wie für die anderen Sensorelemente 7₂ und 7₃ zu wählen.

Darüber hinaus kann gemäß dem in Figur 9 gezeigten Querschnitt eine weichmagnetische Schicht 15 bzw. ein weichmagne- tischer Schichtaufbau in die Struktur eingebaut sein, der den Einfluss externer Streufelder verringert/abschirmt. Dies ist im allgemeinen von Vorteil, da die Sensorelemente 7_. sehr empfindlich ausgelegt werden müssen für eine effektive Datenübertragung. Ein solcher weichmagnetischer Schichtaufbau bzw. die weichmagnetische Schirmungsschicht 15 kann auch dazu genutzt werden, um das Magnetfeld der Stromleiterbahn effektiver an die zugeordneten Sensorelemente zu koppeln bzw. um die Feldstärke an den Sensorelementen zu erhöhen. Die weichmagnetische Schicht bzw. Schichtstruktur kann auch in einer be- stimmten Weise geformt sein, um entweder eine bessere Schirmung der externen Streufelder H_st oder eine bessere Kopplung des von der Stromleiterbahn 11 erzeugten Feldes zu erreichen. Die weichmagnetische Schirmungsschicht muss gegenüber den einzelnen Windungen der Stromleiterbahn 11 selbstverständlich elektrisch isoliert sein. Hierzu dient eine in der Figur gezeigte Isolationsschicht 14.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Signalübertragung mit wenigstens einer ein magnetisches Signalfeld mittels Stromfluss ^λ erzeugenden e- lektrischen Leiterbahn sowie mehreren zu einer Voll- oder

Teilbrücke mit zwei Brückenzweigen verschalteten, der Leiterbahn zugeordneten, von dieser galvanisch getrennten, magnetoresistiven Sensorelementen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedes magnetoresistive Sensorelement (7ι) bei fehlendem Signalfeld (12) eine Magnetisierung (im) mit einer in dieselbe Richtung weisenden Ausgangslage besitzt und die Leiterbahn (11) derart über die Sensorelemente (7- aus den beiden Brückenzweigen (ZI, Z2) geführt ist, dass von ihr (11) alternierend ein Sensorelement aus dem ersten Brü- ckenzweig (ZI) und aus dem zweiten Brückenzweig (Z2) erfasst wird und in diagonalen Sensorelementen (lχ, 7 bzw. 7₂, 7₃) dieselbe Stromflussrichtung gegeben ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e nn - z e i c h n e t , dass die Sensorelemente (7) jeweils ein einen erhöhten magnetoresistiven Effekt zeigendes Mehrschichtensystem umfassen, das mindestens eine weichmagnetische Schicht (4) , mindestens eine weitere ferromagnetische Schicht (1) sowie mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht- magnetische Zwischenschicht (3) enthält .

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Mehrschichtensystem mit einer gegenüber der mindestens einen weichmagnetischen Schicht (4) magnetisch härteren, von dieser durch die nicht-magnetische Zwischenschicht (3) beabstandeten Magnetschicht (1) oder ein entsprechendes Schichtsystem.

4. Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass das magnetisch härtere

Schichtsystem als ein mehrschichtiger künstlicher Antiferromagnet (AAF) und/oder ein natürlicher Antiferromagnet (NAF) oder ein Ferrimagnet mit gekoppelter Magnetschicht ausgebildet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a - du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mehrschichtensystem als ein magnetoresistives Tunnelelement mit einer isolierenden oder halbleitenden Zwischenschicht (3) ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Ausbildung der Sensorelemente (7ι) zumindest weitgehend auf einer gemeinsamen Ebene eines Substrates (8) .

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch Mittel zu deren magnetischer Abschirmung gegen externe magnetische Störfelder (H_sc) .

8. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass mindestens eine weichmagnetische

Schicht (15) als Abschirmungsmittel an der den Sensorelementen (7i) abgewandten Seite der wenigstens einen Leiterbahn (11) isoliert gegenüber dieser angeordnet ist.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Verwendung als ein Stromsensor oder ein Magnetokoppler.

10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e - k e n n z e i c h n e t durch eine Integration mit Bauteilen der Siliziumtechnologie.