CN104428913A - 磁传感器 - Google Patents
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Abstract
在磁传感器(10)中，钉扎层(15)具有从相对于布线层(14)与基板(11)相反的一侧覆盖布线层(14)且截面弯曲状的弯曲部(15A)。自由层(17a、17b)被配置在相对于钉扎层(15)与基板(11)相反的一侧。自由层(17a、17b)的面方向的尺寸被设定为比钉扎层(15)的面方向的尺寸小的尺寸。来自钉扎层(15)的泄露磁场能够在基板(11)侧、即相对于钉扎层(15)与自由层(17a、17b)相反的一侧形成闭环。从而，能够抑制来自钉扎层(15)的泄露磁场给予自由层(17a、17b)的影响。
Description
关联申请的交叉引用
本申请基于2012年7月5日申请的日本申请号2012‐151499号以及2013年6月13日申请的日本申请号2013‐124820，在此引用其记载内容。
技术领域
本申请涉及用于测定外部磁场的施加方向的磁传感器。
背景技术
以往，作为TMR元件、GMR元件这样的多层膜磁器件1，存在由磁化方向Ha追随外部磁场H发生变化的自由层1a、磁化方向Hb被固定的钉扎(pin)层1b、以及被插入自由层1a和钉扎层1b之间的中间层1c构成的多层膜磁器件(参照图27)。另外，在TMR元件的情况下，中间层1c为隧道(Tunnel)膜，在GMR元件的情况下，中间层1c为非磁性膜。
在此，若对多层膜磁器件1施加外部磁场H，则根据自由层1a和钉扎层1b的自旋(spin)状态而自由层1a和钉扎层1b之间的电阻值发生变化。即，根据自由层1a的磁化方向Ha和钉扎层1b的磁化方向Hb之间的角度而自由层1a和钉扎层1b之间的电阻值发生变化。因此，通过计测流过自由层1a和钉扎层1b之间的中间层1c的电流值，能够计测外部磁场H的施加方向(施加角度)。
在图27中，在自由层1a的磁化方向Ha与钉扎层1b的磁化方向Hb朝向相互相反方向时，将施加角度设为零度，在磁化方向Ha、Hb朝向相互相同方向时，将施加角度设为+180deg、－180deg。在施加角度为零deg时，电阻值成为最大，在施加角度为+180deg、－180deg时，电阻值成为最小。
多层膜磁器件1的钉扎层1b由于需要磁化方向相对于外部磁场H被固定，所以需要选择顽磁力大的材料。但是，若将例如NdFeB或SmCo等永磁铁材料直接应用于钉扎层1b，则从磁铁端面产生由磁化极化引起的泄露磁场(参照图28中箭头MF1)。若泄露磁场对自由层1a产生影响则自由层1a的磁化方向Ha从理想的方向(虚线箭头的方向、即外部磁场H的方向)偏离(例如向实线箭头Ha的方向)，因此成为检测角度误差(参照图28)。
为了避免该情况，如图29所示，一般(在磁头、磁传感器等中)在钉扎层1b中，使用由反强磁性层3d和层叠亚铁层2构成的构造。层叠亚铁层2设为以两个磁性膜3a、3b夹着非磁性膜3c的构造。因此，在层叠亚铁层2中，产生磁交换相互作用，磁性膜3a、3b的磁化方向Hc1、Hc2以180deg反转的状态稳定。反强磁性体3d具有将膜界面的磁化固定为一个方向的效果。像这样，通过利用反强磁性体3d以及层叠亚铁层2的两个效果，顽磁力被提高，钉扎层1b相对于外部磁场H稳定。此外，已知若使层叠亚铁层2的两个磁性膜3a、3b的磁化为相同程度，则从层叠亚铁层2的端面泄露的磁场被消除(参照箭头MF2)。因此，管理两个磁性膜3a、3b的膜厚，使双方的膜厚成为相同程度是不可欠缺的。
但是，层叠亚铁层2的磁性膜3a、3b的膜厚分别为几nm级，非常薄。此外，已知非磁性膜3c的膜厚为更薄的子nm级。因此，如上述那样，管理磁性膜3a、3b的膜厚而使磁性膜3b、3c的磁化同等、以及控制性好地形成非磁性膜3c的膜厚，在工艺管理上是非常困难的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2009－180604号公报
发明内容
本申请鉴于上述方面，其目的在于，提供一种磁传感器，对磁化固定层的形状进行改进，抑制来自磁化固定层的泄露磁场对强磁性层造成影响。
用于解决课题的手段
根据本申请的第一方式，一种磁传感器的特征在于，具备：磁化固定层，被搭载在基板的一面侧，磁化方向被固定为相对于基板的面方向平行；强磁性层，被配置在相对于磁化固定层与基板相反的一侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及非磁性中间层，被夹在磁化固定层和强磁性层之间，电阻值根据磁化固定层的磁化方向和强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；所述磁传感器基于磁化固定层和强磁性层之间的电阻值来测定外部磁场的施加角度，磁化固定层具有在平面部的面方向上的第一端部以及第二端部分别弯曲的截面弯曲状的弯曲部，所述平面部相对于基板的面方向平行地具有面方向。
根据上述，磁化固定层具有平面部的面方向上的第一端部和第二端部分别弯曲的截面弯曲状的弯曲部。因此，来自磁化固定层的泄露磁场能够避开强磁性层而形成闭环。从而，能够抑制来自磁化固定层的泄露磁场给予强磁性层的影响。
根据本申请的第二方式，一种磁传感器的特征在于，具备：磁化固定层，被搭载在基板的一面侧，磁化方向被固定为相对于基板的面方向平行；强磁性层，被配置在相对于磁化固定层与基板相反的一侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及非磁性中间层，被夹在磁化固定层和强磁性层之间，电阻值根据磁化固定层的磁化方向和强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；所述磁传感器基于磁化固定层和强磁性层之间的电阻值来测定外部磁场的施加角度，在将具有相互对置的第一边、第二边的长方形的第一边的两侧端部之间的尺寸设为La，且将长方形的第二边的两侧端部之间的尺寸设为Lb时，磁化固定层的截面形状成为对长方形进行变形以满足La＞Lb而得到的形状。
根据上述，在将长方形的第二边的两侧端部之间的尺寸设为Lb时，磁化固定层的截面形状成为对长方形进行变形以满足La＞Lb而得到的形状。因此，来自磁化固定层的泄露磁场能够避开强磁性层而形成闭环。从而，能够抑制来自磁化固定层的泄露磁场给予强磁性层的影响。
根据本申请的第三方式，一种磁传感器的特征在于，具备：圆柱状的基材；磁化固定层，被设置在基材的外周侧，具有截面环状，磁化方向被固定为以基材的轴线为中心的圆周方向；强磁性层，相对于磁化固定层被配置在其外周侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及非磁性中间层，被夹在磁化固定层和强磁性层之间，电阻值根据磁化固定层的磁化方向和强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；基于磁化固定层和强磁性层之间的电阻值来测定外部磁场的施加角度。
根据上述，磁化固定层形成为截面环状。因此，在磁化固定层内磁场能够形成闭环。从而，能够抑制来自磁化固定层的泄露磁场给予强磁性层的影响。
本申请的第三方式，一种磁传感器的特征在于，具备：圆筒状的基材；磁化固定层，被设置在基材的外周侧，具有截面环状，磁化方向被固定为以基材的轴线为中心的圆周方向；强磁性层，相对于磁化固定层被配置在其外周侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及非磁性中间层，被夹在磁化固定层和强磁性层之间，电阻值根据磁化固定层的磁化方向和强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；基于磁化固定层和强磁性层之间的电阻值来测定外部磁场的施加角度。
根据上述，磁化固定层形成为截面环状。因此，在磁化固定层内磁场能够形成闭环。从而，能够抑制来自磁化固定层的泄露磁场给予强磁性层的影响。
附图说明
本申请的上述目的以及其他目的、特征或优点通过一边参照附图一边进行下述的详细记述而变得更为明确。其附图如下：
图1中(a)是表示本申请的第一实施方式中的磁传感器的截面结构的图，(b)是(a)的IB部分的放大截面图。
图2是第一实施方式中的磁传感器的俯视图。
图3是表示第一实施方式中的磁传感器的详细的截面结构的图。
图4是表示第一实施方式中的磁传感器的等价电路的图。
图5中(a)～(e)是表示第一实施方式中的磁传感器的制造工序的图。
图6中(a)～(d)是表示第一实施方式中的磁传感器的制造工序的图。
图7是表示本申请的第二实施方式中的磁传感器的截面结构的图。
图8是第二实施方式中的磁传感器的俯视图。
图9中(a)、(b)是用于说明第二实施方式中的磁传感器的截面形状的图。
图10是表示本申请的第三实施方式中的磁传感器的截面结构的图。
图11中(a)是表示本申请的第四实施方式中的磁传感器的截面结构的图，(b)是(a)的XIB部分的放大截面图。
图12是表示本申请的第五实施方式中的磁传感器的截面结构的图。
图13是表示本申请的第六实施方式中的磁传感器的截面结构的图。
图14是用于说明第六实施方式中的磁传感器的作用的图。
图15是表示本申请的第七实施方式中的磁传感器的截面结构的图。
图16是表示本申请的第八实施方式中的磁传感器的截面结构的图。
图17是表示本申请的第九实施方式中的磁传感器的截面结构的图。
图18中(a)是本申请的第十实施方式中的磁传感器的截面图，(b)是第十实施方式中的磁传感器的俯视图。
图19中(a)是本申请的第十一实施方式中的磁传感器的截面图，(b)是第十一实施方式中的磁传感器的俯视图。
图20中(a)是表示本申请的第十二实施方式中的磁传感器的截面结构的图，(b)是第十二实施方式中的磁传感器的立体图。
图21中(a)是表示本申请的第十三实施方式中的磁传感器的基材没有被卷起的状态下的截面图，(b)是表示(a)的基材诶卷起的状态下的截面图。
图22中(a)～(d)是表示本申请的其他实施方式中的基板以及突起部的图。
图23中(a)～(c)是表示本申请的其他实施方式中的基板以及突起部的图。
图24中(a)～(d)是表示本申请的其他实施方式中的基板的图。
图25中(a)～(d)是表示本申请的其他实施方式中的基板的图。
图26是表示本申请的其他实施方式中的基板以及绝缘层的图。
图27是表示以往的多层膜磁器件的动作的图。
图28是用于说明以往的多层膜磁器件的问题的图。
图29是用于说明以往的多层膜磁器件的问题的图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本申请的实施方式。另外，在以下的各实施方式彼此中，为了实现说明的简化，对相互相同或等同的部分，在图中赋予相同标号。
(第一实施方式)
图1(a)表示本实施方式的磁传感器10的概略截面图。图1(b)是图1(a)中的IB部分的放大图。图2表示本实施方式的磁传感器10的俯视图。图3表示本实施方式的磁传感器10的详细截面图。
磁传感器10如图1(a)、图2以及图3所示那样，由基板11、绝缘层12、突起部13、布线层14、钉扎层15、隧道层16以及自由层17a、17b构成。在磁传感器10中，如图3所示那样设置了保护膜18、布线层19a、19b。
基板11例如是由硅晶片(Silicon wafer)等构成的薄板部件。绝缘层12由SiO2、SiN等电绝缘材料构成，且被配置在基板11的一面11a侧。
突起部13被配置在相对于绝缘层12与基板11相反的一侧，形成为向其板厚方向突出的截面凸状。具体而言，突起部13由第一突起层13a、第二突起层13b构成。突起层13a形成为相对于绝缘层12向其板厚方向突出的截面凸状。突起层13b形成为从相对于绝缘层12与基板11相反的一侧覆盖突起层13a的截面弯曲状。即，突起部13的截面之中的与基板11相反的一侧的轮廓形成为弯曲状。
本实施方式的突起层13a、13b由SiO2、SiN等电绝缘材料或Cu等导电性金属材料构成。
布线层14被配置在相对于绝缘层12与基板11相反的一侧，成为具备弯曲部14a以及突起部14b、14c的形状。
弯曲部14a形成为从相对于突起部13与基板11相反的一侧覆盖突起部13的截面弯曲状。突起部14b形成为从弯曲部14a沿绝缘层12向基板11的面方向P上的一方侧P1突出。突起部14c形成为从弯曲部14a沿绝缘层12向与面方向P上的一方侧P1相反的一侧P2(即，面方向另一方侧)突出。本实施方式的布线层14由Cu、Al等导电性金属材料构成。
钉扎层15是其磁化方向被固定的磁化固定层。钉扎层15的磁化方向被设定为与基板11的面方向P平行的方向。基板11的面方向P是指基板11延伸的方向，相当于与基板11的表面平行的方向。此外，板厚方向相当于与基板11的面方向P正交的方向。钉扎层15被配置在相对于绝缘层12与基板11相反的一侧，成为具备弯曲部15A以及突起部15b、15c的形状。
弯曲部15A形成为从相对于布线层14与基板11相反的一侧覆盖布线层14的截面弯曲状。关于弯曲部15A，相对于基板11的面方向P平行地形成面方向的平面部15a的面方向一方侧的部分(第一端部)以及另一方侧的部分(第二端部)分别向基板11侧(即，与自由层17a、17b相反的一侧)弯曲。突起部15b形成为从弯曲部15A沿布线层14的突起部13b向面方向上的一方侧P1突出。突起部15c形成为从弯曲部15A沿布线层14的突起部14c向与面方向一方侧P1相反的一侧P2(即，面方向另一方侧)突出。
本实施方式的钉扎层15如图1(b)所示那样，由反强磁性层15d以及层叠亚铁层15e构成。反强磁性层15d由反强磁性材料构成，且被配置在布线层14侧。层叠亚铁层15e由被配置在反强磁性层15d侧的磁性层15g、被配置在相对于磁性层15g与反强磁性层15d相反的一侧的磁性层15f、以及被配置在磁性层15f、15g之间的非磁性层15h构成。
隧道层16是形成为从相对于钉扎层15与基板11相反的一侧覆盖钉扎层15的非磁性中间层。
自由层17a、17b分别是磁化方向追随外部磁场发生变化的强磁性层。自由层17a的面方向P的尺寸被设定为比钉扎层15的面方向P的尺寸小的尺寸。同样，自由层17b的面方向P的尺寸被设定为比钉扎层15的面方向P的尺寸小的尺寸。
本实施方式的自由层17a、17b被搭载在隧道层16之中的与钉扎层15的平面部15a对应的部位上。
图3的保护膜18形成为从与基板11相反的一侧覆盖绝缘层12、突起部13、布线层14、钉扎层15、隧道层16以及自由层17a、17b。布线层19a、19b形成为从与基板11相反的一侧覆盖保护膜18。布线层19a被配置在面方向一方侧P1，与自由层17a连接。布线层19b被配置在面方向另一方侧P2，与自由层17b连接。本实施方式的布线层19a、19b由Cu、Al等导电性金属材料构成。
接着，说明本实施方式的磁传感器10的电路结构。图4表示本实施方式的磁传感器10的等价电路。
自由层17a与电源Vcc连接。自由层17b接地。因此，由自由层17a、钉扎层15以及隧道层16构成TMR元件(隧道磁阻，Tunneling MagnetoResistance)20，由自由层17b、钉扎层15以及隧道层16构成TMR元件21。由此，TMR元件20、21被串联连接在电源Vcc与地之间。
接着，参照图5(a)～(e)、图6(a)～(d)说明本实施方式的磁传感器10的制造过程。图5(a)～(e)、图6(a)～(d)是表示磁传感器10的制造过程的图。
首先，在第一工序中，在基板11的一面11a侧，对绝缘层12进行成膜(参照图5(a))。绝缘层12的制法使用热氧化、CVD或溅射(spttering)等。
在之后的第二工序中，在绝缘层12的上对突起层13A进行成膜(参照图5(b))。突起层13A的制法使用热氧化、CVD或溅射等。
在之后的第三工序中，对突起层13A实施光刻法以及蚀刻(例如铣切(milling)、RIE)等，去除突起层13A之中的多余的区域而对突起层13a进行成形(参照图5(c))。
在之后的第四工序中，以覆盖绝缘层12以及突起层13a的方式形成突起层13B(参照图5(d))。
在之后的第五工序中，对突起层13B实施光刻法以及蚀刻(例如铣切、RIE)等，去除突起层13B之中多余的区域而对突起层13b进行成形(参照图5(e))。
在之后的第六工序中，以覆盖突起层13b以及绝缘层12的方式形成布线层14(参照图6(a))。在此基础上，在相对于布线层14与基板11相反的一侧，分别对钉扎层15、隧道层16以及自由层17A进行成膜。
在之后的第七工序中，实施光刻法以及蚀刻(例如铣切、RIE)等，将钉扎层15、隧道层16以及自由层17A分别构图(patterning)(参照图6(b))。
在之后的第八工序中，对该构图后的自由层17A，实施光刻法以及蚀刻(例如铣切、RIE)等，去除自由层17A之中的多余的区域而分别对自由层17a、17b进行成形(参照图6(c))。
在之后的第九工序中，以覆盖布线层14、隧道层16以及自由层17a、17b的每一个的方式，通过喷溅等对保护膜18进行成膜(图6(d))。在此基础上，通过干法蚀刻、湿法蚀刻等，对保护膜18形成接触孔18a、18b。接触孔18a、18b朝向自由层17a、17b形成。进而，在接触孔18a、18内填充导电性材料而分别形成布线层19a、19b。通过以上，能够形成TMR元件20、21。之后，对TMR元件22、21的公共的钉扎层15进行着磁而设定磁化方向。
根据以上说明的本实施方式，钉扎层15具备从相对于布线层14与基板11相反的一侧覆盖布线层14的截面弯曲状的弯曲部15A。自由层17a、17b被配置在相对于钉扎层15与基板11相反的一侧。自由层17a、17b的面方向P的尺寸被设定为比钉扎层15的面方向P的尺寸小的尺寸。因此，来自钉扎层15的泄露磁场(参照图1中的粗线的箭头)能够在基板11侧(即，相对于钉扎层15与自由层17a、17b相反的一侧)形成闭环。从而，能够抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。因此，自由层17a、17b的磁化方向追随外部磁场发生变化。
在此，根据自由层17a的磁化方向和钉扎层15的磁化方向之间的角度而自由层17a和钉扎层15之间的电阻值发生变化。根据自由层17b的磁化方向和钉扎层15的磁化方向之间的角度而自由层17b和钉扎层15之间的电阻值发生变化。因此，通过计测在电源Vcc和地面之间流过TMR元件20、21的电流，能够测定对磁传感器10施加的外部磁化的方向。
(第二实施方式)
在上述第一实施方式中，说明了使钉扎层15的截面形状成为具备从弯曲部15A向面方向一方侧P1以及另一方侧P2突出的突起部15b、15c的形状的例子，但取而代之，如图7、图8所示那样，在本实施方式中，不使用突起部15b、15c，而是使钉扎层15的截面形状成为从相对于布线层14与基板11相反的一侧覆盖布线层14的弯曲状。即，钉扎层15仅由弯曲部15A构成。由此，与上述第一实施方式相同，来自钉扎层15的泄露磁场(参照图7中的粗线的箭头)能够在基板11侧形成闭环。图7表示本实施方式的磁传感器10的概略截面图。图7中，与图1(a)相同的标号表示相同的部分。图8表示本实施方式的磁传感器10的俯视图。
在这样构成的本实施方式中，也可以将钉扎层15的截面形状如下定义。
即，如图9(a)所示，在将具有相互对置的第一边101和第二边102的长方形100的第一边101的两侧端部之间的尺寸设为La，且将长方形100的第二边102的两侧端部之间的尺寸设为Lb时，将对长方形100进行变形以满足La＞Lb而得到的形状(参照图9(b))设为钉扎层15的截面形状。图9(b)表示设为使长方形100的两侧端部侧弯曲而成的コ字状的图。
(第三实施方式)
在上述第一、二的实施方式中，说明了构成了磁传感器10中TMR元件20、21的例子，但取而代之，在本实施方式中，说明构成第一、第二GMR元件(巨磁阻，Giant Magneto Resistance；GMR)的例子。
图10表示本实施方式的磁传感器10的截面图。在图10中，与图7相同的标号表示相同的部分。
在图10中，使用代替图7中隧道层16的非磁性层16a。因此，由自由层17a、非磁性层16a以及钉扎层15构成第一GMR元件，且由自由层17b、非磁性层16a以及钉扎层15构成第二GMR元件。
(第四实施方式)
在上述的第一～三实施方式中，说明了使用了由反强磁性层15d以及层叠亚铁层15e构成的钉扎层15的例子，但取而代之，说明如图11(a)、(b)所示那样使用由高顽磁力材料构成的钉扎层15X的例子。
图11(a)表示本实施方式的磁传感器10的概略截面图。图11(b)是图11(a)中的XIB部分的放大图。在图11(a)中，与图7相同的标号表示相同的部分。构成本实施方式的钉扎层15X的高顽磁力材料是具有比自由层17a、17b高的顽磁力的材料，例如使用永磁铁。
在本实施方式中，如上述那样，能够通过由高顽磁力材料构成的单一层构成钉扎层15X。因此，磁传感器的制作变得容易，能够实现成膜成本的降低以及生产能力的提高。
在此，在为了提高传感器灵敏度而实施热处理的情况下，如上述第一实施方式那样使用层叠亚铁层15e以及反强磁性层15d作为钉扎层15的情况下，有可能在钉扎层15内产生相互扩散。
取而代之，在本实施方式中，如上述那样，能够通过由高顽磁力材料构成的单一层构成钉扎层15X。因此，即使实施热处理，也没有在钉扎层15内产生相互扩散的可能性，能够以较高的温度实施热处理。
(第五实施方式)
在上述第四实施方式中，说明了使钉扎层15X形成为截面弯曲状的例子，但取而代之，在本实施方式中，如图12所示那样，作为钉扎层15X，也可以与上述第一实施方式相同，使其成为具备弯曲部15A以及突起部15b、15c的形状。图12表示本实施方式的磁传感器10的概略截面图。在图12中，与图7相同的标号表示相同的部分。
(第六实施方式)
在上述第一～四实施方式中，说明了在基板11和钉扎层15(15X)之间配置了突起部13和布线层14的例子，但取而代之，在本实施方式中，说明由突起部13构成布线层的例子。图13表示本实施方式的磁传感器10的概略截面图。在图13中，与图7相同的标号表示相同的部分。
在本实施方式中，如图13、图14所示那样，使用由导电性材料构成的突起部13。因此，突起部13能够起到布线层的功能。从而，通过由于针对突起部13向图14中的纸面垂直方向流过电流I而产生的磁场，能够对钉扎层15设定磁化方向Hd。
(第七实施方式)
在本实施方式中，说明如图15所示那样构成为将由高导磁率材料构成的高导磁率部件嵌入基板11的例子。图15表示本实施方式的磁传感器10的概略截面图。在图15中，与图14相同的标号表示相同的部分。
在本实施方式的基板11之中的与布线层14、钉扎层15、隧道层16对应的部位形成凹部11c。凹部11c形成为向布线层14侧开口。在凹部11c内，配置了由高导磁率材料构成的高导磁率部件11d。高导磁率部件11d构成供从钉扎层15泄露的磁场通过的磁场路径(图15，参照实线箭头)。因此，从而能够更进一步抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。
(第八实施方式)
在上述第一～七实施方式中，说明了使用了其平面部15a的面方向P上的一方侧的部分(第一端部)以及另一方侧的部分(第二端部)分别向基板11侧弯曲的形状的钉扎层作为钉扎层15(15X)的例子，取而代之，在本实施方式中，说明使用其平面部15a的面方向P上的一方侧的部分(第一端部)以及另一方侧的部分(第二端部)向自由层17a、17b侧弯曲的截面弯曲状的钉扎层作为钉扎层15(15X)的例子。
图16表示本实施方式的磁传感器10的概略截面图。在图16中，与图14相同的标号表示相同的部分。
在本实施方式的基板11的一面11a形成凹部11e。凹部11e的内面的截面的轮廓形成为弯曲状。布线层14沿基板11的凹部11e的内面形成为薄膜状。钉扎层15沿布线层14形成为薄膜状。由此，钉扎层15的平面部15a的面方向P上的一方侧的部分以及另一方侧的部分分别形成为向与基板11相反的一侧弯曲的截面弯曲状。隧道层16沿钉扎层15形成为薄膜状。在相对于隧道层16与钉扎层15相反的一侧，配置了自由层17a、17b。
在这样构成的本实施方式中，自由层17a、17b被配置在凹部11e内。钉扎层15的面方向P上的一方侧的部分和另一方侧的部分分别朝向基板11的板厚方向T的一方侧T1。板厚方向T的一方侧T1是基板11的板厚方向之中的从基板11朝向自由层17a、17b侧的朝向。因此，从钉扎层15泄露的磁场能够相对于自由层17a、17b在板厚方向T上的一方侧(图中上侧)构成路径。从而，与上述第一实施方式相同，能够抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。在图16中，T2表示与板厚方向T上的一方侧T1相反的一侧。
(第九实施方式)
在上述第八实施方式中，说明了作为钉扎层15(15X)形成为截面弯曲状的例子，但取而代之，在本实施方式中，说明如图17所示那样形成钉扎层15(15X)的例子。
图17是本实施方式的磁传感器10的截面图。在图17中，与图16相同的标号表示相同的部分。
本实施方式的布线层14由沿基板11的凹部11e的内面形成为截面弯曲状的弯曲部14a、从弯曲部14a沿基板11向面方向P的一方侧P1突出的突起部14b、以及从弯曲部14a沿基板11向面方向P的另一方侧P2突出的突起部14c构成。
钉扎层15具备弯曲部15A，以及突起部15b、15c。弯曲部15A形成为从相对于布线层14与基板11相反的一侧覆盖布线层14的截面弯曲状。弯曲部15A的相对于基板11的面方向P平行地形成面方向的平面部15a的面方向P上的一方侧的部分(第一端部)以及另一方侧的部分(第二端部)分别向基板11的一面11a侧弯曲。突起部15b形成为从弯曲部15A沿布线层14的突起部14b向面方向P上的一方侧P1突出。突起部15c形成为从弯曲部15A沿布线层14的突起部14c向面方向P上的另一方侧P2突出。隧道层16沿钉扎层15形成为弯曲状。自由层17a、17b与上述第一实施方式相同，在凹部11e内被配置在相对于隧道层16与钉扎层15相反的一侧。
根据以上说明的本实施方式，钉扎层15具备形成为从相对于布线层14与基板11相反的一侧覆盖布线层14的截面弯曲状的弯曲部15A。因此，与上述第一实施方式相同，从钉扎层15泄露的磁场能够相对于自由层17a、17b在板厚方向T上的一方侧T1(图中上侧)构成路径。从而，能够抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。
(第十实施方式)
在上述第一～九实施方式中，说明了使磁传感器10的钉扎层15的截面形状成为向基板11的厚度方向(相对于面方向的正交方向)弯曲的形状的例子，但取而代之，说明使钉扎层15的截面形状成为在基板11的面方向上弯曲的形状的例子。
图18(a)表示本实施方式的磁传感器10的截面图。图18(b)表示本实施方式的磁传感器10的俯视图。关于图18(a)、(b)，与图1相同的标号表示相同的部分。
磁传感器10如图18(a)、(b)所示那样，由基板11、绝缘层12、布线层14、钉扎层15、隧道层16以及自由层17a、17b构成。
本实施方式的布线层14在相对于绝缘层12与基板11相反的一侧层叠。钉扎层15在布线层14上层叠。隧道层16在钉扎层15上层叠。自由层17a、17b在隧道层16上排列。
在这样构成的本实施方式中，分别从面直方向观看布线层14、钉扎层15、隧道层16时，形成为在基板11的面方向P上弯曲的弯曲状。面直方向是与基板11的面方向P正交的方向，相当于板厚方向T。
也就是说，在布线层14、钉扎层15、隧道层16中，分别具有基板11的面方向P的截面形状形成为弯曲状的弯曲部。
本实施方式的隧道层16为：相对于基板11的面方向P平行地形成面方向的平面部160的面方向P上的一方侧的部分(第一端部)161以及另一方侧的部分(第二端部)162形成为与面方向P平行地弯曲的コ字状。因此，同样，布线层14、钉扎层15形成为コ字状。从而，来自钉扎层15的泄露磁场(参照图18(b)中的粗线的箭头)能够避开自由层17a、17b而形成闭环。从而，与上述第一实施方式相同，能够抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。因此，自由层17a、17b的磁化方向追随外部磁场发生变化。
(第十一实施方式)
在上述第十实施方式中，说明了使磁传感器10的钉扎层15的面方向的截面形状成为コ字状的例子，但取而代之，说明使钉扎层15的面方向的截面形状成为C字状的例子。
图19(a)表示本实施方式的磁传感器10的截面图。图19(b)表示本实施方式的磁传感器10的俯视图。关于图19(a)、(b)，与图1相同的标号表示相同的部分。
磁传感器10如图19(a)、(b)所示那样，由基板11、绝缘层12、布线层14、钉扎层15、隧道层16以及自由层17a、17b构成。
在本实施方式中，分别从面直方向观看布线层14、钉扎层15、隧道层16时，形成为在基板11的面方向P上弯曲的C字状。也就是说，在布线层14、钉扎层15、隧道层16中，基板11的面方向P的截面形状分别形成为C字状。此时，与上述第十实施方式同样，钉扎层15具有第一端部以及第二端部相对于中央部分别与基板11的面方向P平行地弯曲的截面弯曲状的弯曲部。从而，来自钉扎层15的泄露磁场(图18中的粗线的箭头参照)能够避开自由层17a、17b而形成闭环。与上述第十实施方式相同，能够抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。
(第十二实施方式)
在上述第一～九实施方式中，说明了使用薄板状的基板11构成磁传感器10的例子，但取而代之，在本实施方式中，说明使用形成为圆柱状的基材构成磁传感器10的例子。
图20(a)是本实施方式的磁传感器10的截面图。图20(b)是本实施方式的磁传感器10的立体图。
磁传感器10如图20(a)以及图20(b)所示那样，由基材11A、布线层14、钉扎层15、隧道层16以及自由层17a、17b构成。
基材11A是由电绝缘材料形成为圆柱状的部件。布线层14由Cu、Al等导电性金属材料构成，且在基材11A的外周侧形成为截面环状。
钉扎层15在布线层14的外周侧形成为截面环状，是磁化方向被固定为以基材11A的轴线为中心的圆周方向的磁化固定层。隧道层16在钉扎层15的外周侧形成为截面环状。自由层17a、17b相对于隧道层16被配置在其外周侧，是磁化方向追随外部磁场发生变化的强磁性层。即，隧道层16被夹在钉扎层15以及自由层17a、17b之间，构成电阻值根据钉扎层15的磁化方向和自由层17a、17b的磁化方向之间的角度发生变化的非磁性中间层。
在这样构成的本实施方式中，由自由层17a、钉扎层15以及隧道层16构成TMR元件20，由自由层17b、钉扎层15以及隧道层16构成TMR元件21。
根据以上说明的本实施方式，钉扎层15在布线层14的外周侧形成为截面环状。因此，在钉扎层15内磁场(即，泄露磁场)在以基材11A的轴线为中心的圆周方向上构成闭环(在图20(a)中，参照实线箭头)。自由层17a、17b被配置在钉扎层15的外周侧。从而，与上述第一实施方式相同，能够抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。
(第十三实施方式)
在上述第十二实施方式中，说明了使用形成为圆柱状的基材来构成磁传感器10的例子，但取而代之，在本实施方式中，说明使用形成为圆筒状的基材来构成磁传感器10的例子。
图21(a)是本实施方式的磁传感器10的基材11B没有被卷起的状态下的截面图。图21(b)是本实施方式的磁传感器10的基材11B诶卷起的状态下的截面图。
本实施方式的基材11B形成为圆筒状。具体而言，使用柔性印刷基板作为基材11B。
本实施方式的磁传感器10如图21(b)所示，是将对作为基材11B的柔性印刷基板层叠了布线层14、钉扎层15、隧道层16以及自由层17a、17b的构造卷起而变形为圆筒状的构造。因此，在钉扎层15内磁场在以基材11A的轴线为中心的圆周方向上构成闭环(在图21(b)中，参照实线箭头)。自由层17a、17b被配置在钉扎层15的外周侧。从而，与上述第十二实施方式相同，能够抑制来自钉扎层15的泄露磁场给予自由层17a、17b的影响。
(其他实施方式)
在上述第一～五实施方式中，说明了突起部13的截面之中的与基板11相反的一侧的轮廓形成为弯曲状的例子，但取而代之，也可以设为之后的(1)、(2)、(3)、(4)。
(1)如图22(a)、(b)所示，在突起部13的截面中与基板11相反的一侧的轮廓形成为圆弧状。图22(a)是表示基板11和突起部13的截面图。图22(b)是表示基板11和突起部13的立体图。
(2)如图22(c)、(d)所示，突起部13的截面形成为矩形。图22(c)是表示基板11和突起部13的截面图。图22(d)是表示基板11和突起部13的立体图。
(3)如图23(a)、(b)所示，突起部13的截面形成为梯形。图23(a)是表示基板11和突起部13的截面图。图23(b)是表示基板11和突起部13的立体图。
(4)如图23(c)所示，突起部13形成为鱼糕状。图23(c)是表示基板11和突起部13的截面图。
在上述第一～五实施方式中，说明了在基板11上设置了突起部13的例子，但取而代之，也可以如之后的(5)、(6)、(7)、(8)那样将基板11的一面11a侧形成为突起状，通过基板11来形成突起部。
(5)如图24(a)所示，通过基板11形成截面半圆状的突起部。
(6)如图24(b)所示，通过基板11形成截面矩形的突起部。
(7)如图24(c)所示，通过基板11形成截面梯形的突起部。
(8)如图24(d)所示，通过基板11形成截面鱼糕状的突起部。
在上述第八实施方式中，说明了在基板11中形成了内面的轮廓被形成为截面弯曲状的凹部11e的例子，但取而代之，也可以如之后的(9)、(10)、(11)、(12)那样形成凹部11e。
(9)如图25(a)所示，在基板11中形成截面半圆状的凹部11e。
(10)如图25(b)所示，在基板11中形成截面矩形的凹部11e。
(11)如图25(c)所示，在基板11中形成截面梯形的凹部11e。
(12)如图25(d)所示，在基板11中形成截面鱼糕的凹部11e。
在上述第八实施方式中，说明了在基板11中形成了凹部11e的例子，但取而代之，如图26所示，也可以在绝缘层12中形成凹部12a。此时，沿绝缘层12的凹部12a的内面形成布线层14。并且，沿布线层14形成钉扎层15。即，能够隔着布线层14沿绝缘层12的凹部12a的内面形成钉扎层15。由此，与上述第八实施方式相同，能够使钉扎层15(15X)的形状形成为截面弯曲状(参照图16)。
在上述第一～七实施方式中，说明了将自由层17a、17b的面方向P的尺寸分别设定为比钉扎层15的面方向P的尺寸小的尺寸的例子，但取而代之，也可以将自由层17a、17b的面方向P的尺寸设定为与钉扎层15的面方向P的尺寸相同的尺寸。
在上述第八实施方式中，说明了在磁传感器10中构成两个TMR元件21的例子，但取而代之，也可以在磁传感器10中构成两个GMR元件21。
在上述第一～十一实施方式中，说明了在磁传感器10中构成两个TMR元件(或者两个GMR元件)的例子，但取而代之，也可以在磁传感器10中构成一个TMR元件(或者一个GMR元件)。或者，也可以构成三个以上的TMR元件(或者三个以上的GMR元件)。
本申请遵照实施例而记述，但应该理解为本申请不限定于该实施例或构造。本申请还包含各种变形例或等同范围内的变形。此外，各种组合和方式、进而包含这些之中仅一个要素、其以上或其以下的其他组合和方式也包含于本申请的范畴和思想范围。
Claims (22)
1.一种磁传感器，其特征在于，具备：
磁化固定层(15、15X)，被设置在基板(11)的一面侧，磁化方向被固定为相对于所述基板的面方向平行；
强磁性层(17a、17b)，被配置在相对于所述磁化固定层与所述基板相反的一侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及
非磁性中间层(16)，被夹在所述磁化固定层和所述强磁性层之间，电阻值根据所述磁化固定层的磁化方向和所述强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；
所述磁传感器基于所述磁化固定层和所述强磁性层之间的电阻值来测定所述外部磁场的施加角度，
所述磁化固定层具有在平面部(15a)的面方向上的第一端部以及第二端部分别弯曲的截面弯曲状的弯曲部，该平面部相对于所述基板的面方向平行地具有面方向。
2.一种磁传感器，其特征在于，具备：
磁化固定层(15、15X)，被设置在基板(11)的一面侧，磁化方向被固定为相对于所述基板的面方向平行；
强磁性层(17a、17b)，被配置在相对于所述磁化固定层与所述基板相反的一侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及
非磁性中间层(16)，被夹在所述磁化固定层和所述强磁性层之间，电阻值根据所述磁化固定层的磁化方向和所述强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；
所述磁传感器基于所述磁化固定层和所述强磁性层之间的电阻值来测定所述外部磁场的施加角度，
在将具有相互对置的第一边、第二边(101、102)的长方形的所述第一边的两侧端部之间的尺寸设为La，且将所述长方形的所述第二边的两侧端部之间的尺寸设为Lb时，所述磁化固定层具有对所述长方形进行变形以满足La＞Lb而得到的形状的截面形状。
3.如权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述强磁性层的面方向的尺寸被设定为与所述磁化固定层的该面方向的尺寸相同的尺寸、或比所述磁化固定层的该面方向的尺寸小的尺寸。
4.如权利要求1至3的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁化固定层具备：
层叠亚铁构造(15e)，具备第一、第二磁性体层(15f、15g)和被夹在所述第一、第二磁性体层之间的非磁性体层(15h)；以及
反强磁性体层(15d)，被配置在所述基板和所述层叠亚铁构造之间。
5.如权利要求1至3的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁化固定层(15X)由具有比所述强磁性层高的顽磁力的材料构成。
6.如权利要求1至5的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
在所述基板，形成了向其板厚方向凹陷的凹部(11e)，
所述磁化固定层的所述弯曲部沿所述凹部的内面被设置。
7.如权利要求1至5的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
在所述基板的一面侧，形成了具有向其板厚方向凹陷的凹部(12a)的绝缘层(12)，
所述磁化固定层的所述弯曲部沿所述凹部的内面被设置。
8.如权利要求1至5的任一项所述的磁传感器，
在所述基板的一面侧，设置了形成为向其板厚方向突出的截面凸状的突起部(13)，
所述磁化固定层的所述弯曲部沿所述突起部被设置。
9.如权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，
所述突起部由从所述基板侧向与基板的面方向正交的方向突出为截面凸形状的第一突起层(13a)、以及被设置为从与所述基板相反的一侧覆盖所述第一突起层的第二突起层(13b)构成。
10.如权利要求9所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一突起层由电绝缘材料构成。
11.如权利要求9或者10所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二突起层由电绝缘材料构成。
12.如权利要求9所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一突起层由导电性材料构成。
13.如权利要求9或者10所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二突起层由导电性材料构成。
14.如权利要求8至13的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一突起层(13a)是通过蚀刻去除沿所述基板的一面成形的第一膜(13A)之中的所述第一突起层以外的多余的部位而形成的。
15.如权利要求9至14的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二突起层(13b)是通过蚀刻去除以分别覆盖所述基板以及所述第一膜的方式成形的第二膜(13B)之中的所述第二突起层以外的多余的部位而形成的。
16.如权利要求1至15的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
在所述基板和所述磁化固定层之间设置了高导磁率部件(11d)，该高导磁率部件(11d)由导磁率比所述基板高的材料构成，且构成供从所述磁化固定层泄露的磁场通过的磁场路径。
17.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁化固定层的所述弯曲部与所述基板的面方向平行地被设置，从所述平面部(15a)弯曲的所述第一端部和所述第二端部与基板的面方向平行地被设置。
18.一种磁传感器，其特征在于，具备：
圆柱状的基材(11A)；
磁化固定层(15)，被设置在所述基材的外周侧，具有截面环状，磁化方向被固定为以所述基材的轴线为中心的圆周方向；
强磁性层(17a、17b)，相对于所述磁化固定层被配置在其外周侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及
非磁性中间层(16)，被夹在所述磁化固定层和所述强磁性层之间，电阻值根据所述磁化固定层的磁化方向和所述强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；
所述磁传感器基于所述磁化固定层和所述强磁性层之间的电阻值来测定所述外部磁场的施加角度。
19.一种磁传感器，其特征在于，具备：
圆筒状的基材(11B)；
磁化固定层(15)，被设置在所述基材的外周侧，具有截面环状，磁化方向被固定为以所述基材的轴线为中心的圆周方向；
强磁性层(17a、17b)，相对于所述磁化固定层被配置在其外周侧，磁化方向追随外部磁场发生变化；以及
非磁性中间层(16)，被夹在所述磁化固定层和所述强磁性层之间，电阻值根据所述磁化固定层的磁化方向和所述强磁性层的磁化方向之间的角度发生变化；
所述磁传感器基于所述磁化固定层和所述强磁性层之间的电阻值来测定所述外部磁场的施加角度。
20.如权利要求19所述的磁传感器，其特征在于，
所述基材是柔性印刷基板被变形为圆筒状而成的基材。
21.如权利要求1至20的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁化固定层、所述强磁性层以及所述非磁性中间层构成隧道磁阻元件即TMR元件。
22.如权利要求1至20的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁化固定层、所述强磁性层以及所述非磁性中间层构成巨磁阻元件即GMR元件。
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