CN105988092B

CN105988092B - 磁传感器

Info

Publication number: CN105988092B
Application number: CN201610170100.8A
Authority: CN
Inventors: 驹﨑洋亮
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2019-08-13
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: CN105988092A; US20180180685A1; DE102016105325A1; US9921275B2; JP2016176911A; US10613161B2; US20160282144A1

Abstract

磁传感器具备MR元件以及沿第1方向隔开间隔配置并协同地产生偏置磁场的2个偏置磁场产生部。各偏置磁场产生部具有在正交于第1方向的第2方向上层叠的铁磁性层和反铁磁性层。与MR元件交叉且垂直于第2方向的假想平面上，从第2方向看位于2个偏置磁场产生部之间的元件配置区域被形成。元件配置区域包含中央区域和2个端部区域。MR元件被配置为在假想平面上包含于中央区域内。

Description

磁传感器

技术领域

本发明涉及具备磁检测元件、及协同地产生施加于磁检测元件的偏置磁场的两个磁场产生部的磁传感器。

背景技术

近年来，在各种各样的用途中，使用检测与动作体的旋转运动或直线运动相关联的物理量的磁传感系统。一般地，磁传感系统具备尺和磁传感器，根据磁传感器，生成与尺和磁传感器的相对位置关系相关联的信号。

磁传感器包含对检测对象的磁场进行检测的磁检测元件。以下，将检测对象的磁场称作对象磁场。日本专利申请公开2014-209089号公报中，作为磁检测元件，记载了使用所谓自旋阀型的磁阻效应元件(以下，也称为MR元件)的磁传感器。自旋阀型的MR元件具有：具有方向被固定的磁化的磁化固定层、对应于对象磁场而磁化发生变化的自由层、以及配置于磁化固定层和自由层之间的非磁性层。在自旋阀型的MR元件中，包含有非磁性层为隧道势垒(tunnel barrier)的TMR元件和非磁性层为非磁性导电层的GMR元件。

磁传感器中，存在具备相对于磁检测元件施加偏置磁场的单元的磁传感器。偏置磁场例如被用于使磁检测元件相对于对象磁场的强度的变化而线性应答。另外，使用自旋阀型的MR元件的磁传感器中，偏置磁场被用于在没有对象磁场时，使自由层单磁区化，且使自由层的磁化的方向朝向一定的方向。

日本专利申请公开2014-209089号公报中，记载了磁传感器，其具备自旋阀型的MR元件和以夹持MR元件的方式配置并产生偏置磁场的一对永久磁铁。

如日本专利申请公开2014-209089号公报所记载的那样的、使用作为产生偏置磁场的单元的一对永久磁铁的磁传感器中，存在以下的问题。这样的磁传感器通常在对象磁场的强度不超过永久磁铁的矫顽力的条件下使用。但是，磁传感器由于需要能在各种各样的环境下使用，因而有可能发生超过永久磁铁的矫顽力的强度的外部磁场暂时地施加于永久磁铁。如果这样的外界磁场暂时地施加于永久磁铁，则永久磁铁的磁化的方向从当初的方向起发生变化，即使外部磁场消失，也会存在保持从当初的方向起发生变化的方向的情况。该情况下，偏置磁场的方向会从所期望的方向发生变化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种磁传感器，其相对于磁检测元件能够施加稳定的偏置磁场。

本发明的磁传感器具备：检测对象磁场的至少一个磁检测元件、以及协同地产生对至少一个磁检测元件施加的偏置磁场的第1偏置磁场产生部以及第2偏置磁场产生部。第1偏置磁场产生部以及第2偏置磁场产生部沿第1方向隔开规定的间隔而配置。第1及第2偏置磁场产生部分别包含沿正交于第1方向的第2方向层叠的铁磁性层和第1反铁磁性层。铁磁性层具有位于第2方向的两端的第1面和第2面。第1反铁磁性层与铁磁性层的第1面相接并与铁磁性层交换耦合。

第1偏置磁场产生部与第2偏置磁场产生部分别具有位于在与第1方向和第2方向的两者正交的第3方向上互相相反的位置的第1端和第2端。此处，在与至少一个磁检测元件交叉并垂直于第2方向的假想平面上，定义从第2方向看时通过第1及第2偏置磁场产生部的各个的第1端的第1假想直线、和从第2方向看时通过第1及第2偏置磁场产生部的各个的第2端的第2假想直线。本发明的磁传感器中，以在上述假想平面上，从第2方向看时位于第1偏置磁场产生部及第2偏置磁场产生部之间且位于第1假想直线和第2假想直线之间的元件配置区域被形成的方式，配置第1及第2偏置磁场产生部。

元件配置区域包含分别具有面积的第1端部区域、第2端部区域、和中央区域。第1端部区域位于相对于中央区域更靠近第1假想直线的位置。第2端部区域位于相对于中央区域更靠近第2假想直线的位置。中央区域位于第1端部区域和第2端部区域之间，经由与第1假想直线平行的第1边界线而与第1端部区域邻接，并且经由与第2假想直线平行的第2边界线而与第2端部区域邻接。至少一个磁检测元件被配置为，在上述假想平面上至少一个磁检测元件的全体被包含于中央区域内。

本发明的磁传感器中，铁磁性层也可以具有与第1方向平行的方向的磁化，至少一个磁检测元件的位置上的偏置磁场也可以包含与铁磁性层的磁化的方向相同方向的成分。

另外，本发明的磁传感器中，第1假想直线和第1边界线之间的距离与第2假想直线和第2边界线之间的距离均可以为第1偏置磁场产生部和第2磁场产生部的间隔的30％。

另外，本发明的磁传感器中，所述假想平面也可以与第1和第2偏置磁场产生部交叉。

另外，本发明的磁传感器中，至少一个磁检测元件也可以为至少一个磁阻效应元件。至少一个磁阻效应元件也可以具有：具有方向被固定的磁化的磁化固定层、对应于对象磁场而磁化变化的自由层、配置于磁化固定层和自由层之间的非磁性层。磁化固定层、非磁性层、和自由层也可以沿第2方向层叠。所述假想平面也可以与第1及第2偏置磁场产生部的各个的铁磁性层以及至少一个磁阻效应元件的自由层相交叉。

另外，本发明的磁传感器中，第1及第2偏置磁场产生部分别也可以进一步包含与铁磁性层的第2面相接并与铁磁性层交换耦合的第2反铁磁性层。

本发明的磁传感器中的第1及第2偏置磁场产生部中，通过第1反铁磁性层和铁磁性层交换耦合，铁磁性层的磁化的方向被规定。该第1及第2偏置磁场产生部中，即使使铁磁性层的磁化的方向反转的程度的大的强度的外部磁场被暂时地施加，只要这样的外部磁场消失，则铁磁性层的磁化的方向仍会回到当初的方向。因此，根据本发明的磁传感器，能够相对于磁检测元件施加稳定化的偏置磁场。

本发明的其他目的、特征以及利益通过以下的说明而能够更加明确。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式中的磁传感系统的概略构成的立体图。

图2是本发明的第1实施方式所涉及的磁传感器的立体图。

图3是本发明的第1实施方式所涉及的磁传感器的电路图。

图4是图2所示的磁传感器的一部分被放大表示的立体图。

图5是图2所示的磁传感器的一部分被放大表示的立体图。

图6是图4和图5所示的MR元件和第1及第2偏置磁场产生部的位置关系的说明图。

图7是表示永久磁铁的磁化曲线的特性图

图8是表示图4至图6所示的第1及第2偏置磁场产生部的各个的磁化曲线的特性图。

图9是表示磁传感器的第1模型的基准平面上的偏置磁场的基准成分的强度分布的特性图。

图10是表示磁传感器的第2模型的基准平面上的偏置磁场的基准成分的强度分布的特性图。

图11是表示磁传感器的第3模型的基准平面上的偏置磁场的基准成分的强度分布的特性图。

图12是表示本发明的第2实施方式中的MR元件和第1及第2偏置磁场产生部的位置关系的说明图。

图13是表示本发明的第3实施方式中的磁传感系统的概略结构的立体图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。首先，参照图1，说明包含本发明的第1实施方式所涉及的磁传感器的磁传感系统的一个例子。图1是表示本实施方式中的磁传感系统的概略构成的立体图。图1所示的磁传感系统包含本实施方式所涉及的磁传感器1、产生磁传感器1所检测的对象磁场的旋转尺(scale)50。旋转尺50与进行旋转动作的未图示的动作体连动，以规定的中心轴C为中心在旋转方向D上旋转。由此，旋转尺50与磁传感器1的相对的位置关系在旋转方向D上变化。磁传感系统检测与旋转尺50与磁传感器1的相对的位置关系相关联的物理量。具体地，磁传感系统，作为上述物理量，检测与旋转尺50连动的上述动作体的旋转位置或旋转速度等。

如图1所示，旋转尺50为具有在圆周方向上交替地排列的多组N极和S极的多极磁化磁铁。如图1所示的例子中，旋转尺50具有6组N极和S极。磁传感器1配置于与旋转尺50的外周面相对的位置。

对象磁场的方向对应于旋转尺50与磁传感器1的相对的位置关系的变化而周期性地变化。本实施方式中，对象磁场的方向伴随于旋转尺50的旋转而变化。图1所示的例子中，如果旋转尺50旋转一周，则对象磁场的方向旋转6次，即作6个周期的变化。

其次，参照图2及图3，说明磁传感器1。图2是磁传感器1的立体图。图3是磁传感器1的电路图。磁传感器1具备：检测对象磁场的至少一个磁检测元件、协同地产生对至少一个磁检测元件施加的偏置磁场的第1偏置磁场产生部以及第2偏置磁场产生部。本实施方式中，至少一个磁检测元件为至少一个磁阻效应元件(以下，称作MR元件)。

本实施方式中，特别是磁传感器1具备作为至少一个MR元件的4个MR元件10A，10B，10C，10D。另外，磁传感器1，作为第1及第2偏置磁场产生部，具备与MR元件10A，10B，10C，10D对应的4组第1及第2偏置磁场产生部(21A，22A)、(21B，22B)、(21C，22C)、(21D，22D)。4组第1及第2偏置磁场产生部(21A，22A)、(21B，22B)、(21C，22C)、(21D，22D)分别产生向对应的MR元件10A，10B，10C，10D施加的偏置磁场。

第1偏置磁场产生部21A与第2偏置磁场产生部22A，以夹持MR元件10A的方式，沿第1方向隔开规定的间隔而配置。此处，如图2所示，定义X方向、Y方向、以及Z方向。X方向、Y方向、以及Z方向互相正交。本实施方式中，将第1方向作为Y方向。

此外，本申请中使用的X方向、Y方向、Z方向均如图2中双方向的箭头所示的那样，被定义为包含特定的一个方向及其相反方向的方向。另一方面，磁场的方向或磁化的方向被定义为仅表示特定的一个方向的方向。

与上述的第1及第2偏置磁场产生部21A，22A和MR元件10A的位置关系同样地，第1偏置磁场产生部21B与第2偏置磁场产生部22B以夹持MR元件10B的方式，沿第1方向(Y方向)，隔开规定的间隔而配置。第1偏置磁场产生部21C与第2偏置磁场产生部22C以夹持MR元件10C的方式，沿第1方向(Y方向)，隔开规定的间隔而配置。第1偏置磁场产生部21D与第2偏置磁场产生部22D以夹持MR元件10D的方式，沿第1方向(Y方向)，隔开规定的间隔而配置。

磁传感器1，进一步具备未图示的基板、2个上部电极31，32、以及2个下部电极41，42。下部电极41，42配置于未图示的基板之上。上部电极31具有基部310和从基部310分支成二支的枝部311，312。上部电极32具有基部320和从基部320分支成二支的枝部321，322。下部电极41具有基部410和从基部410分支成二支的枝部411，412。下部电极42具有基部420和从基部420分支成二支的枝部421，422。上部电极31的枝部311与下部电极41的枝部411相对。上部电极31的枝部312与下部电极42的枝部421相对。上部电极32的枝部321与下部电极41的枝部412相对。上部电极32的枝部322与下部电极42的枝部422相对。

MR元件10A与偏置磁场产生部21A，22A配置于下部电极41的枝部411和上部电极31的枝部311之间。上部电极31以及下部电极41相对于MR元件10A位于Z方向的两侧，向MR元件10A供给电流。

MR元件10B与偏置磁场产生部21B，22B配置于下部电极42的枝部421和上部电极31的枝部312之间。上部电极31以及下部电极42相对于MR元件10B位于Z方向的两侧，向MR元件10B供给电流。

MR元件10C与偏置磁场产生部21C，22C配置于下部电极42的枝部422和上部电极32的枝部322之间。上部电极32以及下部电极42相对于MR元件10C位于Z方向的两侧，向MR元件10C供给电流。

MR元件10D与偏置磁场产生部21D，22D配置于下部电极41的枝部412和上部电极32的枝部321之间。上部电极32以及下部电极41相对于MR元件10D位于Z方向的两侧，向MR元件10D供给电流。

如图2所示，上部电极31的基部310包含第1输出端口E1。上部电极32的基部320包含第2输出端口E2。下部电极41的基部410包含电源端口V。下部电极42的基部420包含接地端口G。

MR元件10A和MR元件10B经由上部电极31而串联连接。MR元件10C和MR元件10D经由上部电极32而串联连接。

如图3所示，MR元件10A的一端连接于电源端口V。MR元件10A的另一端连接于第1输出端口E1。MR元件10B的一端连接于第1输出端口E1。MR元件10B的另一端连接于接地端口G。MR元件10A，10B构成半桥电路。MR元件10C的一端连接于第2输出端口E2。MR元件10C的另一端连接于接地端口G。MR元件10D的一端连接于电源端口V。MR元件10D的另一端连接于第2输出端口E2。MR元件10C，10D构成半桥电路。MR元件10A，10B，10C，10D构成惠斯顿电桥电路。

在电源端口V施加规定的大小的电源电压。接地端口G接地。MR元件10A，10B，10C，10D的各个的电阻值对应于对象磁场而变化。MR元件10A，10C的电阻值以相同相位变化。MR元件10B，10D的电阻值以与MR元件10A，10C的电阻值差180°的相位而变化。第1输出端口E1输出与MR元件10A，10B的连接点的电位相对应的第1检测信号。第2输出端口E2输出与MR元件10D，10C的连接点的电位相对应的第2检测信号。第1和第2检测信号对应于对象磁场而变化。第2检测信号和第1检测信号的相位相差180°。磁传感器1的输出信号根据包括求得第1检测信号和第2检测信号的差的运算而生成。例如，磁传感器1的输出信号通过以下运算而生成，即对于从第1检测信号减去第2检测信号而得到的信号加上规定的补偿电压的运算。该磁传感器1的输出信号对应于对象磁场而变化。

其次，参照图4和图5，详细地说明第1及第2偏置磁场产生部。图4是图2所示的磁传感器1的一部分被放大的立体图。图5是图2所示的磁传感器1的一部分被放大的立体图。此外，以下的说明中，关于任意的MR元件、第1偏置磁场产生部、第2偏置磁场产生部、上部电极以及下部电极，分别用符号10，21，22，30，40表示。图4及图5中，示出了任意的MR元件10、产生施加于该MR元件10的偏置磁场的第1及第2偏置磁场产生部21，22、向该MR元件10供给电流的上部电极30以及下部电极40。

如图5所示，第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个，包含沿正交于第1方向(Y方向)的第2方向层叠的铁磁性层24和第1反铁磁性层23。本实施方式中，将第2方向作为Z方向。铁磁性层24具有位于第2方向(Z方向)的两端的第1面24a和第2面24b。第1反铁磁性层23与铁磁性层24的第1面24a相接而与铁磁性层24交换耦合。图5所示的例子中，第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个，进一步包含与铁磁性层24的第2面24b相接而与铁磁性层24交换耦合的第2反铁磁性层25。在该例中，沿第2方向(Z方向)依次层叠有第1反铁磁性层23、铁磁性层24、和第2反铁磁性层25。

本实施方式中，磁传感器1具备介于第1及第2偏置磁场产生部21，22和下部电极40之间的绝缘层20。此外，图2及图4中，省略绝缘层20而示意性地显示了第1及第2偏置磁场产生部21，22的配置。绝缘层20配置于下部电极40的上表面之上。第1反铁磁性层23配置于绝缘层20的上表面之上。第2反铁磁性层25的上表面与上部电极30的下表面相接。绝缘层20具有如下功能，即防止上部电极30和下部电极40经由第1及第2偏置磁场产生部21，22而导通的功能，以及调整第1及第2偏置磁场产生部的Z方向的位置的功能。此外，磁传感器1也可以取代绝缘层20而具备介于第1及第2偏置磁场产生部21，22和上部电极30之间的其他绝缘层。或者，磁传感器1也可以具备绝缘层20和上述其他的绝缘层两者。

铁磁性层24具有与第1方向(Y方向)平行的方向的磁化。铁磁性层24的磁化的方向由第1及第2反铁磁性层23，25和铁磁性层24交换耦合而规定。本实施方式中，第1偏置磁场产生部21的铁磁性层的磁化的方向与第2偏置磁场产生部22的铁磁性层24的磁化的方向为相同的方向。基于铁磁性层24的磁化，第1及第2偏置磁场产生部21，22协同地产生包含向MR元件10施加的偏置磁场Hb的磁场。MR元件10的位置上的偏置磁场Hb，作为主成分，包含与第1方向(Y方向)平行的成分，即包含与铁磁性层24的磁化的方向相同方向的成分。

第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个中，铁磁性层24由包含Co、Fe、Ni中的一种以上的元素的铁磁性材料形成。作为这样的铁磁性材料的例子，可以列举CoFe、CoFeB、或CoNiFe。铁磁性层24也可为多层的层叠体，邻接的两层可以通过由互不相同的铁磁性材料所构成的层叠体来构成。作为这样的铁磁性层24的例子，可以列举Co层和CoFe层和Co层的层叠体，或Co₇₀Fe₃₀层和Co₃₀Fe₇₀层和Co₇₀Fe₃₀层的层叠体。此外，Co₇₀Fe₃₀表示由70原子％的Co和30原子％的Fe构成的合金，Co₃₀Fe₇₀表示由30原子％的Co和70原子％的Fe构成的合金。第1及第2反铁磁性层23，25由IrMn、PtMn等的反铁磁性材料形成。铁磁性层24的厚度，优选为8nm以上。如果将铁磁性层24的材料设为CoFe，铁磁性层24的厚度设为8nm左右，则由第1及第2偏置磁场产生部21，22，能够生成10Oe(10Oe＝79.6A/m)左右的强度的偏置磁场Hb。

此外，第2反铁磁性层25并非是第1及第2偏置磁场产生部21，22的必要的构成要素，也可以不设置。

另外，如图4所示，第1偏置磁场产生部21和第2偏置磁场产生部22的各个具有位于在X方向上互相相反的位置的第1端和第2端。X方向为正交于第1方向(Y方向)和第2方向(Z方向)两者的方向，对应于本发明的第3方向。以下，将第1偏置磁场产生部21的第1端以及第2端分别用符号E11，E12表示，将第2偏置磁场产生部22的第1端以及第2端分别用符号E21，E22表示。第1端E11，E21，从MR元件10看，位于第3方向(X方向)上的相同侧。

如图4所示的例子中，第1偏置磁场产生部21具有朝向第2偏置磁场产生部22的第1端面21a。第2偏置磁场产生部22具有与第1端面21a相对的第2端面22a。

此外，如图4所示的例子中，第1及第2偏置磁场产生部21，22，均具有长方体形状，从第2方向(Z方向)看到的第1及第2偏置磁场产生部21，22的形状，均为矩形。但是，从第2方向(Z方向)看到的第1及第2偏置磁场产生部21，22的形状，也可以为矩形以外的多边形或外缘的至少一部分由曲线构成的形状。另外，如图4所示的例子中，第1端E11，E21以及第2端E12，E22，均为面的形态。但是，也可以是第1端E11，E21以及第2端E12，E22中的至少一个为线或者点的形态。

其次，参照图5，说明MR元件10的构成的一个例子。本实施方式中，作为MR元件10，使用自旋阀型的MR元件。MR元件至少具有：具有方向被固定的磁化的磁化固定层13、对应于对象磁场而磁化发生变化的自由层15、以及配置于磁化固定层13和自由层15之间的非磁性层14。

如图5所示的例子中，MR元件10进一步具有基底层11、反铁磁性层12以及保护层16。该例中，基底层11、反铁磁性层12、磁化固定层13、非磁性层14、自由层15以及保护层16，依序从下部电极40侧沿第2方向(Z方向)层叠。基底层11和保护层16具有导电性。基底层11用于排除未图示的基板的结晶轴的影响，并使形成于基底层11之上的各层的结晶性或取向性提高。作为基底层11的材料，例如使用Ta或Ru。反铁磁性层12是通过与磁化固定层13的交换耦合而固定磁化固定层13中的磁化的方向的层。反铁磁性层12由IrMn、PtMn等的反铁磁性材料形成。

磁化固定层13中，通过与反铁磁性层12的交换耦合，磁化的方向被固定。如图5所示的例子中，磁化固定层13具有在反铁磁性层12之上依次层叠的外层131、非磁性中间层132以及内层133，形成所谓合成(synthetic)固定层。外层131和内层133例如由CoFe、CoFeB、CoNiFe等的强磁性材料形成。外层131通过与反铁磁性层12的交换耦合，磁化的方向被固定。外层131和内层133进行反铁磁性地耦合，磁化的方向以互相相反的方向被固定。非磁性中间层132在外层131和内层133之间产生反铁磁性交换耦合，从而以互相相反的方向固定外层131的磁化的方向和内层133的磁化的方向。非磁性中间层132由Ru等的非磁性材料形成。磁化固定层13具有外层131、非磁性中间层132和内层133的情况下，磁化固定层13的磁化的方向，是指内层133的磁化的方向。

MR元件10为TMR元件的情况下，非磁性层14为隧道势垒层。隧道势垒层，例如是使镁层的一部分或者全部氧化而形成的。MR元件10为GMR元件的情况下，非磁性层14为非磁性导电层。自由层15，例如由CoFe、CoFeB、NiFe、CoNiFe等的软磁性材料形成。保护层16为用于保护其下的各层的层。作为保护层16的材料，可以使用Ta、Ru、W、Ti等。

基底层11与下部电极40连接，保护层16连接于上部电极30。由下部电极40和上部电极30向MR元件10供给电流。该电流在与构成MR元件10的各层的面交叉的方向，例如相对于构成MR元件10的各层的面垂直的方向即第2方向(Z)方向上流动。

MR元件10中，对应于施加于自由层15的磁场，自由层15的磁化发生变化。如果更详细地说明，则对应于施加于自由层15的磁场的方向和大小，自由层15的磁化的方向和大小发生变化。MR元件10的电阻值根据自由层15的磁化的方向以及大小而变化。例如，自由层15的磁化的大小为一定的情况下，自由层15的磁化的方向与磁化固定层13的磁化的方向相同时，MR元件10的电阻值成为最小值；自由层15的磁化的方向为与磁化固定层13的磁化的方向相反的方向时，MR元件10的电阻值成为最大值。

其次，参照图2，关于MR元件10A～10D的各个的磁化固定层13的磁化的方向进行说明。在图2中，附有符号10AP、10BP、10CP、10DP的箭头，分别表示MR元件10A，10B，10C，10D中的磁化固定层的磁化的方向。如图2所示，MR元件10A中的磁化固定层13的磁化的方向10AP为与X方向平行的方向(图2中朝向左侧的方向)，MR元件10B中的磁化固定层13的磁化的方向10BP为与方向10AP相反侧的方向(图2中朝向右侧的方向)。该情况下，对应于关于与方向10AP，10BP平行的方向即X方向的对象磁场的成分的强度，MR元件10A，10B的连接点的电位发生变化。第1输出端口E1输出对应于MR元件10A，10B的连接点的电位的第1检测信号。第1检测信号表示关于X方向的对象磁场的成分的强度。

另外，如图2所示，MR元件10C中的磁化固定层13的磁化的方向10CP为与方向10AP相同的方向，MR元件10D中的磁化固定层13的磁化的方向10DP为与方向10BP相同的方向。该情况下，对应于关于与方向10CP，10DP平行的方向(与平行于方向10AP，10BP的方向相同)即X方向的对象磁场的成分的强度，MR元件10C，10D的连接点的电位发生变化。第2输出端口E2输出对应于MR元件10C，10D的连接点的电位的第2检测信号。第2检测信号表示关于X方向的对象磁场的成分的强度。

MR元件10A和MR元件10D中，包含于它们的磁化固定层13的磁化的方向为互相相反的方向。另外，MR元件10B和MR元件10C中，包含于它们的磁化固定层13的磁化的方向为互相相反的方向。因此，第2检测信号相对于第1检测信号的相位差成为180°。

此外，MR元件10A～10D中的磁化固定层13的磁化的方向，从MR元件10A～10D的制作的精度等观点出发，也可以从上述的方向稍微偏差一点。

其次，参照图2，说明4组的第1及第2偏置磁场产生部(21A，22A)、(21B，22B)、(21C，22C)、(21D，22D)所产生的偏置磁场Hb。图2中附有记号Hb的箭头，表示位于距离该箭头最近的位置的MR元件10的位置上的偏置磁场Hb的方向。如图2所示，偏置磁场Hb，在MR元件10A～10D的位置上，含有平行于Y方向(第1方向)的方向(图2中朝向右上侧的方向)的成分。偏置磁场Hb被用于在关于与磁化固定层13的磁化的方向平行的方向(X方向)的对象磁场的成分的强度为0时，使自由层15单磁区化，并且使自由层15的磁化的方向朝向一定的方向。

图1所示的磁传感系统中，磁传感器1，以Z方向相对于连结配置有磁传感器1的位置和中心轴C的直线平行或大致平行，X方向相对于垂直于中心轴C的假想平面平行或大致平行的姿势，配置于与旋转尺50的外周面相对的位置。该情况下，MR元件10的位置上的偏置磁场Hb的主成分的方向(与Y方向平行的方向)，相对于图1所示的中心轴C平行或大致平行。

其次，参照图2、图4至图6，说明磁检测元件(MR元件10)和第1及第2偏置磁场产生部21，22的位置关系。图6是图4和图5所示的MR元件10和第1及第2偏置磁场产生部21，22的位置关系的说明图。图5及图6中，记号P表示与至少一个磁检测元件交叉并垂直于的第2方向(Z方向)的假想平面。假想平面P可以与第1及第2偏置磁场产生部21，22的两者相交叉，也可以与两者不交叉。在后者的情况下，第1及第2偏置磁场产生部21，22的第2方向(Z方向)的位置可以一致，也可以不同。或者，假想平面P也可以与第1及第2偏置磁场产生部21，22中的一方相交叉，与另一方不交叉。

图2、图4以及图5中，表示假想平面P与第1及第2偏置磁场产生部21，22的两者相交叉的情况的例子。该情况下，如图5所示，假想平面P也可以与第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个的铁磁性层24以及MR元件10的自由层15相交叉。

此处，如图6所示，假想平面P上，定义第1假想直线L1和第2假想直线L2。第1假想直线L1是从第2方向(Z方向)看时通过第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个的第1端E11，E21的直线。第2假想直线L2是从第2方向(Z方向)看时通过第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个的第2端E12，E22的直线。图6中，第1及第2假想直线L1，L2用虚线表示。第1及第2偏置磁场产生部21，22，优选为以第1及第2假想直线L1、L2平行于第1方向(Y方向)的方式，来规定形状和位置。

第1端E11的至少一部分位于假想平面P上的情况下，第1假想直线L1通过假想平面P上的第1端E11的位置。第1端E11位于从假想平面P分离的位置的情况下，第1假想直线L1通过将第1端E11垂直投影于假想平面P的位置。

第1端E21的至少一部分位于假想平面P上的情况下，第1假想直线L1通过假想平面P上的第1端E21的位置。第1端E21位于从假想平面P分离的位置的情况下，第1假想直线L1通过将第1端E21垂直投影于假想平面P的位置。

第2端E12的至少一部分位于假想平面P上的情况下，第2假想直线L2通过假想平面P上的第2端E12的位置。第2端E12位于从假想平面P分离的位置的情况下，第2假想直线L2通过将第2端E12垂直投影于假想平面P的位置。

第2端E22的至少一部分位于假想平面P上的情况下，第2假想直线L2通过假想平面P上的第2端E22的位置。第2端E22位于从假想平面P分离的位置的情况下，第2假想直线L2通过将第2端E22垂直投影于假想平面P的位置。

如图5以及图6所示的例子中，假想平面P与均为面的形态的第1端E11，E21以及第2端E12，E22交叉。该情况下，第1假想直线L1通过假想平面P上的第1端E11，E21的位置，第2假想直线L2通过假想平面P上的第2端E12，E22的位置。

第1及第2偏置磁场产生部21，22以假想平面P上形成有元件配置区域R的方式配置。元件配置区域R从第2方向(Z方向)看时位于第1偏置磁场产生部21与第2偏置磁场产生部22之间，且位于第1假想直线L1和第2假想直线L2之间的区域。

元件配置区域R由从第2方向(Z方向)看时的第1偏置磁场产生部21的外缘的一部分，从第2方向(Z方向)看时的第2偏置磁场产生部22的外缘的一部分，第1假想直线L1，第2假想直线L2所围成。

在图5以及图6所示的例子中，第1偏置磁场产生部21的第1端面21a，第2偏置磁场产生部22的第2端面22a，相对于第2方向(Z方向)平行。于是，假想平面P与第1端面21a和第2端面22a交叉。该情况下，元件配置区域R是由第1端面21a、第2端面22a、第1假想直线L1、第2假想直线L2所围成的区域。

如图6所示，元件配置区域R包含分别具有面积的第1端部区域R1、第2端部区域R2、和中央区域R3。第1端部区域R1相对于中央区域R3位于更靠近第1假想直线L1的位置。第2端部区域R2相对于中央区域R3位于更靠近第2假想直线L2的位置。中央区域R3，位于第1端部区域R1与第2端部区域R2之间的位置，经由平行于第1假想直线L1的第1边界线B1而邻接于第1端部区域R1，并且经由平行于第2假想直线L2的第2边界线B2而邻接于第2端部区域R2。图6中，用点线表示第1及第2边界线B1，B2。

至少一个磁检测元件以假想平面P上至少一个磁检测元件的全体包含于中央区域R3内的方式配置。本实施方式中，作为至少一个磁检测元件的一个MR元件10以假想平面P上其全体包含于中央区域R3内的方式配置。

如图6所示，用记号D1表示第1假想直线L1和第1边界线B1之间的距离，用记号D2表示第2假想直线L2和第2边界线B2之间的距离，用记号G1表示第1偏置磁场产生部21和第2偏置磁场产生部22的间隔。优选地，距离D1，D2均为间隔G1的30％。其理由在下文详细说明。

在图2、图4至图6中，显示了以仅1个MR元件10被包含于中央区域R3内的方式配置的例子。但是，如后面在第2实施方式说明的那样，也可以以多个MR元件10包含于中央区域R3内的方式配置。

其次，说明本实施方式所涉及的磁传感器1以及磁传感系统的作用和效果。本实施方式中，第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个，包含铁磁性层24和第1反铁磁性层23，第1反铁磁性层23与铁磁性层24交换耦合。由此，铁磁性层24的磁化的方向被规定。第1及第2偏置磁场产生部21，22基于各个的铁磁性层24的磁化，协同地产生施加于MR元件10的偏置磁场Hb。

此处，作为产生偏置磁场的单元，替代第1及第2偏置磁场产生部21，22而使用一对永久磁铁的比较例的磁传感器被用来作比较，从而说明本实施方式的磁传感器1的效果。首先，参照图7、图8，比较永久磁铁的磁化曲线和第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个的磁化曲线。图7是表示永久磁铁的磁化曲线的特性图。图8是表示第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个的磁化曲线的特性图。此处，第1及第2偏置磁场产生部21，22的磁化曲线一致。图7及图8中，横轴表示磁场，纵轴表示磁化。关于磁场与磁化的任意一者，有关规定方向的大小用正的值表示，有关规定方向的相反方向的大小用负的值表示。另外，磁化曲线中的箭头，表示磁场的变化的方向。另外，符号HS所表示的磁场的范围，表示对象磁场的范围。

比较例的磁传感器，是在对象磁场的强度不超过永久磁铁的矫顽力的条件下来使用的。但是，磁传感器由于需要能在各种各样的环境下使用，有可能发生超过永久磁铁的矫顽力的强度的外部磁场暂时地施加于永久磁铁。如果超过永久磁铁的矫顽力的强度的外界磁场暂时地施加于永久磁铁，则永久磁铁的磁化的方向从当初的方向起发生变化，即使外部磁场消失也会保持从当初的方向起发生变化的方向。例如，如图7所示，在超过对象磁场的范围HS的正的值的外部磁场暂时地施加于永久磁铁的情况下，外部磁场消失后，永久磁铁的磁化的方向被固定为正的方向。另一方面，在超过对象磁场的范围HS的负的值的外部磁场暂时地施加于永久磁铁的情况下，外部磁场消失后，永久磁铁的磁化的方向被固定为负的方向。这样，比较例的磁传感器中，如果超过永久磁铁的矫顽力的强度的外部磁场暂时地施加于永久磁铁，则偏置磁场的方向会从所希望的方向起发生变化。

相对于此，本实施方式的第1及第2偏置磁场产生部21，22中，从图8可以理解，即使暂时地施加使铁磁性层24的磁化的方向反转的程度的大的强度的外部磁场，如果这样的外部磁场消失，则铁磁性层24的磁化的方向会回到当初的方向。因此，根据本实施方式，能够相对于MR元件10施加稳定的偏置磁场Hb。该效果通过第1及第2偏置磁场产生部21，22的各个包含第2反铁磁性层25而更加增强。

另外，本实施方式中，如图6所示，至少一个MR元件10以假想平面P上至少一个MR元件的全体包含于中央区域R3内的方式配置。由此，根据本实施方式，能够相对于MR元件10施加均匀性高的偏置磁场Hb，并且能够抑制相对于第1及第2偏置磁场产生部21，22和MR元件10的相对位置关系的变动而产生的偏置磁场Hb的变动。以下，详细说明该效果。

首先，在假想平面P上，将与铁磁性层24的磁化的方向相同的方向的偏置磁场Hb的成分定义为基准成分。基准成分为施加于MR元件10的偏置磁场Hb的主成分。

其次，根据仿真，说明关于磁传感器1的第1至第3模型的假想平面P上的偏置磁场Hb的基准成分的强度分布的调查结果。第1模型是，图6所示的第1及第2偏置磁场产生部21，22的X方向的长度为8.8μm、第1偏置磁场产生部21和第2偏置磁场产生部22的间隔G1为2μm的模型。第2模型是，上述X方向的长度为8.8μm、上述间隔G1为3μm的模型。第3模型是，上述X方向的长度为18.8μm、上述间隔G1为2μm的模型。第1至第3模型中，假想平面P与第1及第2偏置磁场产生部21，22相交叉。

图9至图11是表示磁传感器的第1至第3模型的假想平面P上的偏置磁场Hb的基准分布的强度分布的特性图。图9至图11中，横轴表示在图6所示的假想平面P上通过中央区域R3的中心点并与X方向平行的直线上的位置。中央区域R3的中心点，是相对于第1端面21a和第2端面22a等距离，并且相对于第1边界线B1和第2边界线B2也为等距离的点。图9至图11的横轴中，中央区域R3的中心点的位置为0μm，相对于中央区域R3的中心点的第1假想直线L1的位置以负的值表示，相对于中央区域R3的中心点的第2假想直线L2的位置以正的值表示。图9至图11中，纵轴表示假想平面P上的偏置磁场Hb的基准成分的强度。此外，图9至图11中，以假想平面P上的偏置磁场Hb的基准成分的强度的最大值成为100％的方式进行归一化。

图9至图11中，附有记号L1，L2的2根虚线的直线表示图6所示的第1及第2假想直线L1，L2的位置。附有记号B1的点线的直线表示图6所示的第1假想直线L1和第1边界线B1间的距离D1为间隔G1的30％的情况下的第1边界线B1的位置。附有记号B2的点线的直线表示图6所示的第2假想直线L2和第2边界线B2间的距离D2为间隔G1的30％的情况下的第2边界线B2的位置。

图9至图11中，直线B1和直线B2间的基准成分的强度分布，表示将距离D1，D2均设为间隔G1的30％时的中央区域R3中的基准成分的强度分布。直线L1和直线B1之间的基准成分的强度分布表示第1端部区域R1中的基准成分的强度分布。直线L2和直线B2之间的基准成分的强度分布表示第2端部区域R2中的基准成分的强度分布。

如图9至图11所示，第1端部区域R1和第2端部区域R2中，随着远离中央区域R3的中心点，基准成分的强度急剧减少。因此，在第1端部区域R1和第2端部区域R2中，与中央区域R3相比，相对于有关第3方向(X方向)的位置的变化的基准成分的强度的变化的梯度明显较大。因此，从第2方向(Z方向)看时，与以MR元件10的至少一部分包含于第1端部区域R1或第2端部区域R2的方式来配置MR元件10的情况相比，以MR元件10的全体包含于中央区域R3内的方式来配置的情况更加能够相对于MR元件10施加均匀性高的偏置磁场Hb，并且能够抑制相对于第1及第2偏置磁场产生部21，22和MR元件10的相对位置关系的变动而产生的偏置磁场的变动。

从图9至图11可知，将距离D1，D2均设为间隔G1的30％时，中央区域R3中，基准成分的强度收敛于假想平面P上的基准成分的强度的最大值的80％～100％的范围内。从MR元件10所配置的中央区域R3中的基准成分的强度的变动小的观点出发，优选距离D1，D2均为间隔G1的30％。

距离D1，D2均为间隔G1的30％时，为了设置成假想平面P上MR元件10的全体包含于中央区域R3内，作为图6所示的第1假想直线L1和第2假想直线L2的间隔，最小限度，可以确保对间隔G1的60％加上关于X方向的MR元件10的宽度的大小。为了满足该条件，通过使第1假想直线L1和第2假想直线L2的间隔尽可能小，从而能够尽可能减小磁传感器1全体的大小，能够相对于MR元件10施加均匀性高的偏置磁场Hb。

此外，假想平面P与第1及第2偏置磁场产生部21，22不交叉的情况下，第1及第2偏置磁场产生部21，22与假想平面P的间隔越大，则中央区域R3的基准成分的强度越减少。此处，将假定为假想平面P与第1及第2偏置磁场产生部21，22交叉的情况下的中央区域R3的中心点的基准成分的强度定义为基准强度。假想平面P与第1及第2偏置磁场产生部21，22不交叉的情况下，为了减少中央区域R3的基准成分的强度的减少量，第1及第2偏置磁场产生部21，22与假想平面P的位置关系优选为成为中央区域R3的中心点的基准成分的强度为基准强度的80％以上的位置关系。

但是，用于磁盘装置的磁头的再生头部中存在下述构成，即具备MR元件及以夹持该MR元件的方式配置的一对偏置磁场产生部。但是，该再生头部中，MR元件与一对偏置磁场产生部的各自的一个端部的位置，在与记录介质相对的磁头的面即介质相对面上对齐。本实施方式中，MR元件10和第1及第2偏置磁场产生部21，22的配置中，MR元件10和第1及第2偏置磁场产生部21，22的各自的一个端部的位置不对齐。因此，磁头中的再生头部，不满足本实施方式中的MR元件10和第1及第2偏置磁场产生部21，22的配置所相关的要件。另外，磁头中的再生头部中，以满足本实施方式中的MR元件10和第1及第2偏置磁场产生部21，22的配置所相关的要件的方式配置MR元件，由于MR元件的一个端部远离介质相对面而使MR元件的灵敏度降低，因而不考虑。

(第2实施方式)

其次，参照图12，说明本发明的第2实施方式。图12是本实施方式所涉及的磁传感器1中的MR元件10和第1及第2偏置磁场产生部21，22的位置关系的说明图。本实施方式所涉及的磁传感器1，具备8个MR元件10、4个第1偏置磁场产生部21、4个第2偏置磁场产生部22、未图示的基板、2个上部电极30和2个下部电极40。本实施方式中，第1实施方式所说明的MR元件10A，10B，10C，10D的各个的位置上，配置有由上部电极30以及下部电极40而并列连接的2个MR元件10。

本实施方式中，以假想平面P上2个MR元件10的全体包含于第1实施方式所说明的元件配置区域R的中央区域R3内的方式配置2个MR元件10。2个MR元件10中的磁化固定层13的磁化的方向相同。根据本实施方式，能够相对于2个MR元件10施加均匀性高的偏置磁场Hb，并且能够减小施加于2个MR元件10上的偏置磁场Hb的强度差。

本实施方式中的其他结构、作用、以及效果与第1实施方式相同。

(第3实施方式)

其次，参照图13，说明本发明的第3实施方式。图13是表示本实施方式中的磁传感系统的概略结构的立体图。本实施方式中的磁传感系统在以下几点与第1实施方式不同。本实施方式的磁传感系统取代旋转尺50而具备线性尺150。线性尺150具有交替地直线状排列的多组N极和S极。线性尺150具有与N极和S极所排列的方向相平行的侧面。磁传感器1配置于与线性尺150的侧面相对的位置。

线性尺150与磁传感器1中的一方，与未图示的动作体连动，沿规定的方向D直线移动。由此，线性尺150相对于磁传感器1的相对位置在方向D上变化。方向D为线性尺150的N极和S极排列的方向。磁传感系统，作为与线性尺150和磁传感器1的相对位置关系关联的物理量，检测例如与线性尺150和磁传感器1的一方连动的上述动作体的位置或速度。

本实施方式中，对象磁场由线性尺150产生，且对象磁场的方向，伴随于线性尺150相对于磁传感器1的相对位置的变化而变化。

磁传感器1的结构，可以为与第1实施方式相同的结构，也可以为与第2实施方式相同的结构。本实施方式中的其他结构、作用及效果与第1或第2实施方式相同。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种各样的变更。例如，只要满足权利要求的要件，第1及第2偏置磁场产生部21，22的形状以及配置，以及MR元件10的数量、形状及配置并不限定于各实施方式所示的例子，可以为任意。

另外，MR元件10，也可以从下部电极40侧，按基底层11、自由层15、非磁性层14、磁化固定层13、反铁磁性层12、以及保护层16的顺序层叠来构成。

根据以上的说明，可以明白能够实施本发明的各种各样的方式或变形例。因此，在权利要求的均等的范围内，即使在上述最优的方式以外也能够实施本发明。

Claims

1.一种磁传感器，其特征在于，

是具备检测检测对象的磁场的至少一个磁检测元件、以及协同地产生对所述至少一个磁检测元件施加的偏置磁场的第1偏置磁场产生部和第2偏置磁场产生部的磁传感器，

所述第1偏置磁场产生部与所述第2偏置磁场产生部沿第1方向隔开规定的间隔而配置，

所述第1偏置磁场产生部以及所述第2偏置磁场产生部分别包含沿正交于所述第1方向的第2方向层叠的铁磁性层和第1反铁磁性层，

所述铁磁性层具有位于所述第2方向的两端的第1面和第2面，

所述第1反铁磁性层与所述铁磁性层的所述第1面相接并与所述铁磁性层交换耦合，

所述第1偏置磁场产生部与所述第2偏置磁场产生部分别具有位于在与所述第1方向和所述第2方向的两者正交的第3方向上互相相反的位置的第1端和第2端，

在与所述至少一个磁检测元件交叉并垂直于所述第2方向的假想平面上，在定义从所述第2方向看时通过所述第1偏置磁场产生部以及所述第2偏置磁场产生部的各个的所述第1端的第1假想直线、和从所述第2方向看时通过所述第1偏置磁场产生部以及所述第2偏置磁场产生部的各个的所述第2端的第2假想直线时，以在所述假想平面上，从所述第2方向看时位于所述第1偏置磁场产生部与所述第2偏置磁场产生部之间并且位于所述第1假想直线和所述第2假想直线之间的元件配置区域被形成的方式，配置所述第1偏置磁场产生部以及所述第2偏置磁场产生部，

所述元件配置区域包含分别具有面积的第1端部区域、第2端部区域和中央区域，

所述第1端部区域位于相对于所述中央区域更靠近所述第1假想直线的位置，

所述第2端部区域位于相对于所述中央区域更靠近所述第2假想直线的位置，

所述中央区域位于所述第1端部区域和所述第2端部区域之间，经由与所述第1假想直线平行的第1边界线而与所述第1端部区域邻接，并且经由与所述第2假想直线平行的第2边界线而与所述第2端部区域邻接，

所述至少一个磁检测元件被配置为，在所述假想平面上所述至少一个磁检测元件的全体被包含于所述中央区域内，

所述第1假想直线和所述第1边界线之间的距离与所述第2假想直线和所述第2边界线之间的距离均为所述第1偏置磁场产生部和所述第2偏置磁场产生部的间隔的30%。

2.一种磁传感器，其特征在于，

所述铁磁性层具有位于所述第2方向的两端的第1面和第2面，

所述至少一个磁检测元件为至少一个磁阻效应元件，

所述至少一个磁阻效应元件具有：具有方向被固定的磁化的磁化固定层、对应于所述检测对象的磁场而磁化发生变化的自由层、和配置于所述磁化固定层和所述自由层之间的非磁性层，

所述磁化固定层、所述非磁性层和所述自由层沿所述第2方向层叠，

所述假想平面与所述第1偏置磁场产生部以及所述第2偏置磁场产生部的各个的所述铁磁性层以及所述至少一个磁阻效应元件的所述自由层相交叉。

3.一种磁传感器，其特征在于，

所述铁磁性层具有位于所述第2方向的两端的第1面和第2面，

所述第1偏置磁场产生部以及所述第2偏置磁场产生部分别还包含与所述铁磁性层的所述第2面相接并与所述铁磁性层交换耦合的第2反铁磁性层。