CN111512457A - 磁场施加偏置膜以及使用其的磁检测元件及磁检测装置 - Google Patents

Abstract

具有强磁场耐性的磁场施加偏置膜(11)具备交换耦合膜(10)，该交换耦合膜(10)具有永久磁石层(3)和在永久磁石层(3)层叠的反强磁性层(4)，反强磁性层(4)具备X(Cr‑Mn)层，该X(Cr‑Mn)层含有从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素X、以及Mn及Cr，X(Cr‑Mn)层具有：距永久磁石层(3)相对较近的第1区域(R1)、和距永久磁石层(3)相对较远的第2区域(R2)，第1区域(R1)中的Mn含有量高于第2区域(R2)中的Mn含有量。

Description

磁场施加偏置膜以及使用其的磁检测元件及磁检测装置

技术领域

本发明涉及一种磁场施加偏置膜以及使用其的磁检测元件及磁检测装置。

背景技术

对于使用具备磁检测部的磁检测元件的磁检测装置(磁传感器)，其中该磁检测部具有包含固定磁性层以及自由磁性层的磁阻效应膜，在未施加外部磁场的状态下，自由磁性层的磁化的朝向是一致的，从提高测定精度的观点来看是优选的。因此，以在未施加外部磁场的状态下使自由磁性层的磁化的朝向一致为目的，磁检测元件有时在磁检测部的周围配置具备永久磁石层的硬偏置膜(参照专利文献1、专利文献2。)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-183614号公报

专利文献2：日本特开2016-130686号公报

发明内容

发明要解决的课题

对于硬偏置膜，通过使由硬磁性材料构成的永久磁石层起磁，能够维持在任意方向上磁化了的状态，因此，能够容易地使自由磁性层的磁化的朝向一致。即，硬偏置膜能够容易地实现使自由磁性层的磁化的朝向一致的功能(偏置功能)。然而，若外部磁场的强度特别高且超过了永久磁石层的顽磁力Hc的磁场被施加，则会向被施加的磁场的朝向起磁，硬偏置膜会丧失偏置功能。最近，磁检测装置有时被配置于大输出马达等强磁场发生源的附近，因此，对于能够作为硬偏置膜发挥功能的磁场施加偏置膜，不断要求即使在施加强磁场的环境下也能够维持偏置功能，即具有强磁场耐性。

本发明的目的在于，提供一种具有强磁场耐性的磁场施加偏置膜以及使用其的磁检测元件及磁检测装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题而提供的本发明在一个方式中，是一种磁场施加偏置膜，具备具有永久磁石层和在所述永久磁石层层叠的反强磁性层的交换耦合膜，其特征在于，所述反强磁性层具备X(Cr-Mn)层，该X(Cr-Mn)层含有从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素X、以及Mn及Cr，所述X(Cr-Mn)层具有：距所述永久磁石层相对较近的第1区域、和距所述永久磁石层相对较远的第2区域，所述第1区域中的Mn含有量高于所述第2区域中的Mn含有量。

图1是说明本发明所涉及的磁场施加偏置膜的磁化曲线的磁滞回线的图。通常，由永久磁石层构成的硬偏置膜的M-H曲线(磁化曲线)所形成的磁滞回线如图1由虚线示出的曲线那样，成为以H轴与M轴的交点(磁场H＝0A/m，磁化M＝0A/m)为中心而对称的形状。此外，磁滞回线的H轴截距成为顽磁力Hc0。该顽磁力Hc0越大，则硬偏置膜的偏置功能变得越高。

对于本发明所涉及的磁场施加偏置膜的磁滞回线，如图1的实线所示那样，由于具有在永久磁石层层叠反强磁性层而得的构造，因此，交换耦合磁场Hex对永久磁石层起作用。因此，磁滞回线成为根据交换耦合磁场Hex的大小而沿着H轴偏移了的形状。因此，即使在未施加外部磁场的状态下，也能够产生强的残留磁化M0，并发挥优异的偏置功能。

此外，通过具有在永久磁石层层叠反强磁性层而得的构造，磁场施加偏置膜的顽磁力Hc变得大于永久磁石层单独的顽磁力Hc0。因此，即使放置于强磁场环境，也会降低永久磁石层在给定的方向以外的方向上起磁而磁场施加偏置膜丧失偏置功能的可能性。即，本发明所涉及的磁场施加偏置膜具有强磁场耐性。

还可以是，在上述磁场施加偏置膜中，所述第1区域与所述强磁性层相接。

还可以是，在上述磁场施加偏置膜中，所述第1区域具有Mn含有量相对于Cr含有量的比即Mn/Cr比为0.3以上的部分。该情况下，优选地，所述第1区域具有所述Mn/Cr比为1以上的部分。

还可以是，作为上述磁场施加偏置膜的具体的一个方式，所述反强磁性层是PtCr层、和与所述PtCr层相比距所述永久磁石层近的X⁰Mn层(其中，X⁰是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素)层叠而构成的。

还可以是，作为上述磁场施加偏置膜的具体例，所述反强磁性层是PtCr层和PtMn层按该顺序以所述PtMn层距所述强磁性层近的方式层叠而构成的。该情况下，还可以与所述PtMn层相比距所述强磁性层近地进一步层叠IrMn层。在该结构中，上述X⁰Mn层由PtMn层和IrMn层构成。

本发明作为另一个方式，提供一种磁场施加偏置膜，具备具有永久磁石层和在所述永久磁石层层叠的反强磁性层的交换耦合膜，其特征在于，所述反强磁性层具有：X¹Cr层(其中，X¹是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素)和X²Mn层(其中，X²是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素，能够与X¹相同或者不同)交替地层叠而得的三层以上的交替层叠构造。

还可以是，在上述施加偏置膜中，所述X¹是Pt，所述X²是Pt或者Ir。

还可以是，所述反强磁性层具有：由X¹Cr层和X²Mn层构成的单元被层叠多个而得的单元层叠部。该情况下，还可以是，所述单元层叠部中的所述X¹Cr层以及所述X²Mn层分别是相同的膜厚，所述X¹Cr层的膜厚大于所述X²Mn层的膜厚。此时，有时所述X¹Cr层的膜厚与所述X²Mn层的膜厚的比是5∶1～100∶1是优选的。

本发明作为另一个方式，提供一种磁检测元件，具备：磁检测部，其具有包含固定磁性层以及自由磁性层的磁阻效应膜；以及上述的磁场施加偏置膜，所述磁场施加偏置膜被配置于所述磁检测部的周围，以使在未对所述自由磁性层施加外部磁场的状态下的所述自由磁性层的磁化的朝向一致。

本发明作为又一个方式，提供一种磁检测装置，其特征在于，具备上述的磁检测元件。还可以是，该磁检测装置在同一基板上具备多个上述的磁检测元件，在多个所述磁检测元件中包含所述固定磁性层的固定磁化方向不同的磁检测元件。

发明的效果

根据本发明，提供了一种强磁场耐性优异的磁场施加偏置膜。因此，若使用本发明的磁场施加偏置膜，能够设为一种即使放置于强磁场环境也稳定的磁检测装置。

附图说明

图1是说明本发明所涉及的磁场施加偏置膜的磁化曲线的磁滞回线的图。

图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的磁检测元件的结构的说明图，(a)是从Z1-Z2方向观察到的图，以及(b)是从Y1-Y2方向观察到的图。

图3是深度曲线的一例。

图4是将图3的深度曲线的一部分放大而得的曲线。

图5是使横轴的范围与图4相等地表示基于图4而求出的Cr含有量对Mn含有量的比(Mn/Cr比)的图表。

图6是表示本发明的第1实施方式的变形例所涉及的磁检测元件的结构的说明图。

图7是表示本发明的第2实施方式所涉及的磁检测元件的结构的说明图，(a)是从Z1-Z2方向观察到的图，以及(b)是从Y1-Y2方向观察到的图。

图8是表示本发明的第2实施方式的变形例所涉及的磁检测元件的结构的说明图，(a)是从Z1-Z2方向观察到的图，以及(b)是从Y1-Y2方向观察到的图。

图9是本发明的第1实施方式所涉及的磁传感器30的电路框图。

图10是表示在磁传感器30中使用的磁检测元件11的俯视图。

图11是本发明的第2实施方式所涉及的磁传感器31的电路框图。

具体实施方式

<第1实施方式所涉及的磁检测元件>

图2是概念性地表示本发明的第1实施方式所涉及的磁检测元件的构造的说明图。

本实施方式所涉及的磁检测元件11具有：具备磁阻效应膜的磁检测部13，该磁阻效应膜具有沿着图1的Y1-Y2方向的灵敏度轴；相对于磁检测部13位于其周围、具体地位于磁检测部13的与灵敏度轴正交的X1-X2方向X2侧的磁场施加偏置膜12A；以及相对于磁检测部13位于X1-X2方向X1侧的磁场施加偏置膜12B。磁阻效应膜只要具有固定磁性层和自由磁性层，则其种类不受限定。磁阻效应膜可以是巨磁阻效应膜(GMR膜)，也可以是隧道磁阻效应膜(TMR膜)。在其他实施方式中也是同样的。

磁场施加偏置膜12A、12B具有：从Z1-Z2方向Z1侧朝向Z1-Z2方向Z2侧层叠了基底层1、种子膜2、永久磁石层3、反强磁性层4以及保护层5而得的构造。永久磁石层3和反强磁性层4构成交换耦合膜10。

永久磁石层3由所谓的硬磁性材料构成即可，例示了80CoPt(Co_80at％Pt_20at％)等。永久磁石层3的顽磁力Hc比软磁性材料高，若被施加超过顽磁力Hc的外部磁场则进行起磁，即使外部磁场的施加结束也产生给定强度的残留磁化M0。该残留磁化M0能够作用于磁阻效应膜的自由磁性层，来使自由磁性层的磁化的朝向一致。永久磁石层3通过与反强磁性层4交换耦合，不仅交换耦合磁场Hex产生，而且永久磁石层3的顽磁力Hc变得比构成永久磁石层3的材料的层的单独的顽磁力Hc0高。因此，永久磁石层3在外部磁场强的环境下难以通过该磁场而被起磁。因此，本实施方式所涉及的磁场施加偏置膜12A、12B的强磁场耐性优异。

本实施方式所涉及的磁场施加偏置膜12A、12B的反强磁性层4是从距永久磁石层3近的侧起层叠PtMn层4A以及PtCr层4B而构成的。这些各层例如利用溅射工序、CVD工序来成膜。此外，当将磁场施加偏置膜12A、12B的PtMn层4A等合金层成膜时，可以同时供给形成合金的多种金属(在PtMn层4A的情况下，Pt以及Mn)，也可以交替地供给形成合金的多种金属。作为前者的具体例，列举了形成合金的多种金属的同时溅射；作为后者的具体例，列举了不同种类的金属膜的交替层叠。有时，形成合金的多种金属的同时供给相比于交替供给而言，对于提高交换耦合磁场Hex来说是优选的。

反强磁性层4在成膜后通过被退火处理而有序化，与永久磁石层3进行交换耦合，在永久磁石层3发生交换耦合磁场Hex，并且永久磁石层3的顽磁力Hc变得比永久磁石层3单独的顽磁力Hc0高。此外，通过上述的退火处理，构成反强磁性层4的各层的原子相互扩散。

本实施方式所涉及的交换耦合膜10所具备的反强磁性层4具有X(Cr-Mn)层，该X(Cr-Mn)层含有：从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素X、以及Mn及Cr。对于从图2中示出的层叠构造得到的反强磁性层4，元素X是Pt，因此，成为Pt(Cr-Mn)层。该Pt(Cr-Mn)层具有：距永久磁石层3相对较近的第1区域、和距永久磁石层3相对较远的第2区域，第1区域中的Mn含有量高于第2区域中的Mn含有量。具有这样的构造的Pt(Cr-Mn)层通过层叠的PtMn层4A以及PtCr层4B受到退火处理来形成。通过进行溅射并进行表面分析，能够得到构成元素的深度方向的含有量分布(深度曲线)。

图3是包含具备与本实施方式所涉及的交换耦合膜10相同的结构的交换耦合膜10的膜的深度曲线的一例。该膜中的交换耦合膜由固定磁性层和反强磁性层构成。图3中示出的深度曲线是，从针对具备以下结构的膜，在15kOe的磁场中在350℃下进行20小时退火处理了的膜而得的。()内的数值表示膜厚

基板/基底层：NiFeCr(40)/非磁性材料层：[Cu(40)/Ru(20)]/固定磁性层：Co_40at％Fe_60at％(20)/反强磁性层[IrMn层：Ir_22at％Mn_78at％(10)/PtMn层：Pt_50at％Mn_50at％(16)/PtCr层：Pt_51at％Cr_49at％(300)]/保护层：Ta(100)

图3的深度曲线具体地是通过从保护层侧进行氩气溅射并通过俄歇电子分光装置进行表面分析而得的，由在深度方向上的Pt、Ir、Cr以及Mn的含有量分布而构成。基于氩气的溅射速度利用SiO₂换算来求取，是1.1nm/分。

图4是将图3的一部分放大了的图。关于图3以及图4的任意一个，为了确认固定磁性层以及非磁性材料层的深度位置，关于Co(固定磁性层的构成元素之一)的含有量分布以及Ru(构成非磁性材料层的反强磁性层侧的元素)的含有量分布均包含在深度曲线中。

如图3所示那样，反强磁性层的厚度是30nm左右，具备X(Cr-Mn)层，该X(Cr-Mn)层含有作为选自由铂族元素以及Ni构成的组一种或者两种以上的元素X的Pt以及Ir、和Mn以及Cr，具体地，由(Pt-Ir)(Cr-Mn)层构成。并且，X(Cr-Mn)层((Pt-Ir)(Cr-Mn)层)具有：距固定磁性层相对较近的第1区域R1、和距固定磁性层相对较远的第2区域R2，以及第1区域R1中的Mn含有量高于第2区域R2中的Mn含有量。这样的构造能够通过将由XCr构成的层以及由XMn构成的层等适当层叠来形成多层层叠体，并对该多层层叠体进行上述那样的退火处理而得到。

图5是使横轴的范围与图4相等地表示根据通过深度曲线而求出的各深度的Mn含有量以及Cr含有量而算出的、Mn含有量相对于Cr含有量的比(Mn/Cr比)的图表。根据图5中示出的结果，在本说明书中，将Mn/Cr比成为0.1的深度设为第1区域R1和第2区域R2的边界。即，在反强磁性层中，在距固定磁性层近的区域中，将Mn/Cr比为0.1以上的区域定义为第1区域R1；将反强磁性层中的除了第1区域以外的区域定义为第2区域。根据该定义，在图3中示出的深度曲线中，第1区域R1和第2区域R2的边界位于深度44.5nm左右。

Mn/Cr比大这一情况不仅会对交换耦合磁场Hex的大小造成影响，而且Mn/Cr比越大，则Hex/Hc的值是正的值且绝对值越容易变大。具体地，优选地，第1区域R1具有Mn/Cr比为0.3以上的部分；更优选地，具有Mn/Cr比为0.7以上的部分；特别优选地，具有Mn/Cr比为1以上的部分。

这样，由于在第1区域R1相对较多地含有Mn，因此，本实施方式所涉及的磁场施加偏置膜12A、12B能够使高的交换耦合磁场Hex发生。另一方面，在第2区域R2中，由于Mn含有量低，相对地Cr含有量高，因此，反强磁性层4具有高的阻隔温度Tb。因此，本实施方式所涉及的磁场施加偏置膜12A、12B即使放置于高温环境，偏置功能也难以丧失。

基底层1以及保护层5例如由钽(Ta)构成。种子膜2由Cr等构成即可。

在上述的本实施方式所涉及的磁场施加偏置膜12A、12B的反强磁性层4中，层叠PtMn层4A以便与永久磁石层3相接，并在该PtMn层4A层叠PtCr层4B，然而，PtMn层4A是X⁰Mn层(其中，X⁰是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素)的具体一例。即，对于磁场施加偏置膜12A、12B，有时X⁰Mn层是单层构造，X⁰是Pt。X⁰还可以是Pt以外的元素，X⁰Mn层还可以是层叠多个层而构成的。作为这样的X⁰Mn层的具体例，列举了X⁰Mn层由IrMn层构成的情况、从距永久磁石层3近的侧起将IrMn层以及PtMn层按该顺序层叠的情况。此外，作为另一具体例，列举了从距永久磁石层3近的侧起将PtMn层、IrMn层以及PtMn层按该顺序层叠的情况。

在上述本实施方式所涉及的磁场施加偏置膜12A、12B中，具有在永久磁石层3层叠反强磁性层4的构造，然而，还可以具有层叠顺序相反，即在反强磁性层4层叠永久磁石层3的构造。

在上述本实施方式所涉及的磁检测元件11中，两个磁场施加偏置膜12A、12B在与灵敏度轴方向(Y1-Y2方向)正交的X1-X2方向上并排地配置，这些永久磁石层3的起磁方向均与X1-X2方向一致。因此，偏置施加轴的方向设为与磁检测部13的灵敏度轴方向(Y1-Y2方向)正交。如专利文献2中也记载的那样，通过调整磁检测元件11中的磁检测部13和两个磁场施加偏置膜12A、12B的相对位置、两个磁场施加偏置膜12A、12B的永久磁石层3的起磁方向，能够将偏置施加轴设定成任意的方向。

作为通过这样的配置来设定偏置施加轴的具体例，如图6的(a)所示那样，两个磁场施加偏置膜12A、12B的起磁方向均朝向X1-X2方向X1侧，然而将位于磁检测部13的X1-X2方向X2侧的一个磁场施加偏置膜12A配置在Y1-Y2方向Y1侧，将位于磁检测部13的X1-X2方向X1侧的另一个磁场施加偏置膜12B配置在Y1-Y2方向Y2侧，由此，能够将偏置施加方向从X1-X2方向X2侧的朝向向Y1-Y2方向Y2侧倾斜。

或者，如图6的(b)所示那样，两个磁场施加偏置膜12A、12B均相对于磁检测部13而在X1-X2方向上并排配置，并且两个磁场施加偏置膜12A、12B的起磁方向均朝向X1-X2方向X1侧，然而调整各个磁场施加偏置膜12A、12B的形状，将位于磁检测部13的X1-X2方向X2侧的一个磁场施加偏置膜12A配置成越靠近Y1-Y2方向Y2侧则越接近磁检测部13；并将位于磁检测部13的X1-X2方向X1侧的另一个磁场施加偏置膜12B配置成越靠近Y1-Y2方向Y1侧则越接近磁检测部13，由此，能够将偏置施加方向从X1-X2方向X2侧的朝向向Y1-Y2方向Y1侧倾斜。

<第2实施方式所涉及的磁检测元件>

图7是概念性地表示本发明的第2实施方式所涉及的磁检测元件的构造的说明图。在本实施方式中，针对与图2中示出的磁检测元件11功能相同的层，赋予相同的符号，并省略说明。

第2实施方式所涉及的磁检测元件111具有：具有沿着图7的Y1-Y2方向的灵敏度轴的磁检测部13、相对于磁检测部13位于与灵敏度轴正交的X1-X2方向X2侧的磁场施加偏置膜121A、和相对于磁检测部13位于X1-X2方向X1侧的磁场施加偏置膜121B。

磁场施加偏置膜121A、121B具有永久磁石层3和反强磁性层41构成交换耦合膜101等与第1实施方式所涉及的磁检测元件11的磁场施加偏置膜12A、12B共同的基本构造，然而反强磁性层41的构造是不同的。

磁场施加偏置膜121A、121B的反强磁性层41是X¹Cr层41A和X²Mn层41B交替地被层叠三层而得的交替层叠构造(其中，X¹以及X²分别是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素，X¹和X²可以相同，也可以不同)。这些各层例如利用溅射工序、CVD工序来成膜。反强磁性层4在成膜后通过被退火处理而有序化，与永久磁石层3进行交换耦合，在永久磁石层3发生交换耦合磁场Hex，并且永久磁石层3的顽磁力Hc变得比永久磁石层3单独的顽磁力Hc0高。

在图7中，作为X¹Cr层41A和X²Mn层41B层叠三层以上而得的交替层叠构造的一个方式，示出了X¹Cr层41A/X²Mn层41B/X¹Cr层41A的三层构造，即X¹Cr层41A与永久磁石层3相接的反强磁性层41。然而，还可以设为，将X¹Cr层41A和X²Mn层41B替换了的X²Mn层41B/X¹Cr层41A/X²Mn层41B的三层构造。在该三层构造的情况下，X²Mn层41B与永久磁石层3相接。关于反强磁性层41所涉及的层数为4以上的情况的方式，后文描述。

在X¹Cr层41A距永久磁石层3最近的情况下，使保护层5侧的X¹Cr层41A的膜厚D1大于与永久磁石层3相接的X¹Cr层41A的膜厚D3，从提高交换耦合磁场Hex的观点来看是优选的。此外，反强磁性层41的X¹Cr层41A的膜厚D1优选地大于X²Mn层41B的膜厚D2。更优选地，膜厚D1与膜厚D2的比(D1∶D2)是5∶1～100∶1，进一步优选地是10∶1～50∶1。更优选地，膜厚D1与膜厚D3的比(D1∶D3)是5∶1～100∶1，进一步优选地是10∶1～50∶1。

此外，当X²Mn层41B距永久磁石层3最近即X²Mn层41B/X¹Cr层41A/X²Mn层41B的三层构造的情况下，还可以使距永久磁石层3最近的X²Mn层41B的膜厚D1和保护层5侧的X²Mn层41B的膜厚D2相等。

从提高交换耦合磁场Hex的观点来看，优选地，X¹Cr层41A的X¹是Pt；优选地，X²Mn层41B的X²是Pt或者Ir，更优选地是Pt。在将X¹Cr层41A设为PtCr层的情况下，优选地是Pt_xCr_100at％-X(X是45at％以上且62at％以下)，更优选地是X¹ _xCr_100at％-X(X是50at％以上且57at％以下)。从同样的观点来看，优选地，X²Mn层41B是PtMn层。

图8中示出了表示本发明的第2实施方式的变形例所涉及的磁检测元件112的膜结构的说明图。在本例中，针对与图7中示出的磁检测元件111功能相等的层赋予相同符号，并省略说明。在磁检测元件112中，永久磁石层3和反强磁性层42构成交换耦合膜101A。

图8中示出的磁检测元件112与图7的磁检测元件111不同的方面是如下方面：反强磁性层42所涉及的层数是4以上，并具有由X¹Cr层41A和X²Mn层41B(参照图7)构成的单元被层叠多个而得的单元层叠部。在图8中，具有：从由X¹Cr层41A1和X²Mn层41B1构成的单元层叠部U1到由X¹Cr层41An和X²Mn层41Bn构成的单元4Un进行n层层叠而得的单元层叠部4U1～4Un(n为2以上的整数)。

单元层叠部4U1～4Un中的X¹Cr层4A1、···X¹Cr层41An分别是相同的膜厚D1，X²Mn层4B1、···X²Mn层41Bn也分别是相同的膜厚D2。通过将相同结构的单元层叠部4U1～4Un层叠，并对得到的层叠体进行退火处理，实现了使交换耦合膜101A的永久磁石层3发生高的交换耦合磁场Hex以及高的顽磁力Hc，并且提高反强磁性层42的高温稳定性。

此外，图8的反强磁性层42由单元层叠部41U1～41Un和X¹Cr层41A构成，X¹Cr层41A与永久磁石层3相接，然而，也可以仅由单元层叠部41U1～41Un构成。从仅由单元层叠部41U1～41Un构成的层叠体而形成的反强磁性层42的X²Mn层41Bn与永久磁石层3相接。

单元层叠部41U1～41Un的层叠数能够根据反强磁性层42、膜厚D1以及膜厚D2的大小来设定。例如在膜厚D1是

膜厚D1是

的情况下，为了提高高温环境下的交换耦合磁场Hex，优选层叠数为3～15，更优选是5～12。

<第1实施方式所涉及的磁传感器>

接下来，说明第1实施方式所涉及的磁传感器。图9中示出了组合了图2所示的磁检测元件11而得的磁传感器(磁检测装置)30。在图9中，将灵敏度轴方向S(在图9中，通过黑色箭头而示出。)不同的磁检测元件11，分别赋予11Xa、11Xb、11Ya、11Yb的不同符号来区分。在磁传感器30中，多个磁检测元件11Xa、11Xb、11Ya、11Yb被设置于同一基板上。

图9中示出的磁传感器30具有全桥电路32X以及全桥电路32Y。全桥电路32X具备两个磁检测元件11Xa和两个磁检测元件11Xb，全桥电路32Y具备两个磁检测元件11Ya和两个磁检测元件11Yb。磁检测元件11Xa、11Xb、11Ya、11Yb均是图9中示出的磁检测元件11，并具备磁场施加偏置膜12A，12B。在不对它们进行特别区分的情况下，以下，适当记述为磁检测元件11。

全桥电路32X和全桥电路32Y为了使检测磁场方向不同，使用了在图9中利用黑箭头示出的灵敏度轴方向S不同的磁检测元件11，对磁场进行检测的机构是相同的。因此，在以下，说明使用全桥电路32X来对磁场进行检测的机构。

在图9中，如通过白箭头所示的那样，磁检测元件11Xa、11Xb的偏置施加方向B均朝向BYa-BYb方向BYa侧。这是由于磁检测元件11Xa、11Xb以如下那样来构成。即，磁检测元件11Xa、11Xb的每一个所具备的两个磁场施加偏置膜12A、12B的永久磁石层3均在BYa-BYb方向BYa侧的朝向上被起磁，关于磁检测元件11Xa、11Xb的每一个，磁场施加偏置膜12A、磁检测部13以及磁场施加偏置膜12B被配置成在BYa-BYb方向上并排。另一方面，磁检测元件11Ya、11Yb的偏置施加方向B均朝向BXa-BXb方向BXa侧。这是由于磁检测元件11Ya、11Yb以如下那样来构成。即，磁检测元件11Ya、11Yb的每一个所具备的两个磁场施加偏置膜12A、12B的永久磁石层3均在BXa-BXb方向BXa侧的朝向上被起磁，关于磁检测元件11Ya、11Yb的每一个，磁场施加偏置膜12A、磁检测部13以及磁场施加偏置膜12B被配置成在BXa-BXb方向上并排。

将第1串联部32Xa和第2串联部32Xb并联连接来构成全桥电路32X。第1串联部32Xa是将磁检测元件11Xa和磁检测元件11Xb串联连接而构成的，第2串联部32Xb是将磁检测元件11Xb和磁检测元件11Xa串联连接而构成的。

对构成第1串联部32Xa的磁检测元件11Xa、和构成第2串联部32Xb的磁检测元件11Xb共用的电源端子33，施加电源电压Vdd。构成第1串联部32Xa的磁检测元件11Xb、和构成第2串联部32Xb的磁检测元件11Xa共用的接地端子34被设定为接地电位GND。

将构成全桥电路32X的第1串联部32Xa的中点35Xa的输出电位(OutX1)、和第2串联部32Xb的中点35Xb的输出电位(OutX2)的差动输出(OutX1)-(OutX2)，设为X方向的检知输出(检知输出电压)VXs来得到。

全桥电路32Y也与全桥电路32X同样地起作用，由此，将第1串联部32Ya的中点35Ya的输出电位(OutY1)、和第2串联部32Yb的中点35Yb的输出电位(OutY2)的差动输出(0utY1)-(OutY2)设为Y方向的检知输出(检知输出电压)VYs来得到。

如图9中利用黑箭头所示的那样，构成全桥电路32X的磁检测元件11Xa以及磁检测元件11Xb的灵敏度轴方向S与构成全桥电路32Y的磁检测元件11Ya以及各磁检测元件11Yb的灵敏度轴方向S相互正交。

在图9中示出的磁传感器30中，磁检测元件11的自由磁性层在未被施加外部磁场H的状态下，处于在沿着偏置施加方向B的方向上被磁化的状态。若施加外部磁场H，则各个磁检测元件11的自由磁性层的磁化的朝向以模仿外部磁场H的方向的方式发生变化。此时，在永久磁石层3的固定磁化方向(灵敏度轴方向S)和自由磁性层的磁化方向的向量的关系下，电阻值发生变化。

例如，若设为外部磁场H在图9所示的方向上起作用，则在构成全桥电路32X的磁检测元件11Xa中，外部磁场H的方向与灵敏度轴方向S一致，因此电阻值变小；另一方面，在磁检测元件11Xb中，外部磁场H的方向与灵敏度轴方向是相反朝向，因此电阻值变大。通过该电阻值的变化，检知输出电压VXs＝(OutX1)-(OutX2)成为极大。随着外部磁场H相对于纸面变化成向右(BXa-BXb方向BXb侧的朝向)，检知输出电压VXs不断变低。并且，若外部磁场H相对于图9的纸面而变得向上(BYa-BYb方向BYa侧的朝向)或者向下(BYa-BYb方向BYb侧的朝向)，则检知输出电压VXs成为零。

另一方面，在全桥电路32Y中，当外部磁场H如图9所示那样相对于纸面向左(BXa-BXb方向BXa侧的朝向)时，在全部的磁检测元件11中，自由磁性层的磁化的朝向(成为模仿偏置施加方向B的朝向)与灵敏度轴方向S(固定磁化方向)正交，因此，磁检测元件11Ya以及磁检测元件11Xb的电阻值是相同的。因此，检知输出电压VYs是零。在图9中，若外部磁场H相对于纸面向下(BYa-BYb方向BYb侧的朝向)起作用，则全桥电路32Y的检知输出电压VYs＝(OutY1)-(OutY2)成为极大，随着外部磁场H相对于纸面变化成向上(BYa-BYb方向BYa侧的朝向)，检知输出电压VYs不断变低。

这样，若外部磁场H的方向变化，则随之全桥电路32X以及全桥电路32Y的检知输出电压VXs以及VYs也发生变动。因此，能够根据从全桥电路32X以及全桥电路32Y得到的检知输出电压VXs以及VYs，来检知作为检知对象的移动方向、移动量(相对位置)。

在图9中示出了被构成为能够检测X方向和与X方向正交的Y方向的磁场的磁传感器30。然而，还可以设为仅具备仅检测X方向或者Y方向的磁场的全桥电路32X或者全桥电路32Y的结构。

在图10中示出了磁检测元件11Xa和磁检测元件11Xb的平面构造。图9和图10的BXa-BXb方向是X方向。在图10的(A)(B)中，利用箭头示出了磁检测元件11Xa、11Xb的固定磁化方向P。在磁检测元件11Xa和磁检测元件11Xb中，固定磁化方向P是X方向，是相互相反的朝向。该固定磁化方向P是与灵敏度轴方向S相等的朝向。

如图10所示那样，磁检测元件11Xa以及磁检测元件11Xb的磁检测部13具有条纹形状的元件部102。各元件部102层叠多个金属层(合金层)而构成巨磁阻效应(GMR)膜。元件部102的长边方向朝向BYa-BYb方向。元件部102被配置成多条平行，相邻的元件部102的图示右端部(BYa-BYb方向BYa侧的端部)经由导电部103a而连接，相邻的元件部102的图示左端部(BYa-BYb方向BYa侧的端部)经由导电部103b而连接。在元件部102的图示右端部(BYa-BYb方向BYa侧的端部)和图示左端部(BYa-BYb方向BYa侧的端部)，导电部103a、103b彼此不同地连接，元件部102被连结成所谓的弯曲(ミァンダ)形状。磁检测元件11Xa、11Xb的、图示右下部的导电部103a与连接端子104a一体化，图示左上部的导电部103b与连接端子104b一体化。

此外，在图9以及图10所示的磁传感器30中，能够将构成磁检测部13的磁阻效应膜置换成隧道磁阻效应(TMR)膜。

<第2实施方式所涉及的磁传感器>

图11是概念性地表示本发明的第2实施方式所涉及的磁传感器的结构的说明图。在本实施方式中，针对与图9中示出的磁传感器30功能相同的层，赋予相同的符号，并省略说明。

图11中示出的磁传感器31的灵敏度轴方向S以及偏置施加方向B与图9中示出的磁传感器30不同。在磁传感器31中，磁检测元件11Xa以及磁检测元件11Xb的灵敏度轴方向S均朝向BXa-BXb方向BXa侧。磁检测元件11Xa的偏置施加方向B成为从BXa-BXb方向BXa侧的朝向向BYa-BYb方向BYa侧倾斜的朝向。这是由于，如图6的(a)所示那样，将磁场施加偏置膜12A以及磁场施加偏置膜12B相对于磁检测部13的相对位置，在与起磁方向(BXa-BXb方向)正交的方向(BYa-BYb方向)上相互相反朝向地配置。另一方面，磁检测元件11Xb的偏置施加方向B成为从BXa-BXb方向BXa侧的朝向向BYa-BYb方向BYb侧倾斜的朝向。这通过将磁检测元件11Xb中的磁场施加偏置膜12A以及磁场施加偏置膜12B相对于磁检测部13的相对位置与磁检测元件11Xb的情况相反朝向地设定来实现。

同样地，磁检测元件11Ya以及磁检测元件11Yb的灵敏度轴方向S均朝向BYa-BYb方向BYa侧，然而，通过使各个磁场施加偏置膜12A以及磁场施加偏置膜12B相对于磁检测部13的相对位置不同，将磁检测元件11Ya的偏置施加方向B和磁检测元件11Yb的偏置施加方向B设定为不同的朝向。

这样，通过使磁检测元件11Xa以及磁检测元件11Xb的灵敏度轴方向S一致，并使磁检测元件11Ya以及磁检测元件11Yb的灵敏度轴方向S一致，制造磁传感器31时的磁场中制膜的次数变少，因此容易提高磁传感器31的偏移特性。

此外，在本例中，使用图6的(a)中示出的结构设定了磁传感器31的偏置施加方向B，然而，还可以通过如图6的(b)所示那样调整磁场施加偏置膜12A以及磁场施加偏置膜12B相对于磁检测部13的相对位置，来设定磁传感器31的偏置施加方向B。

以上说明的实施方式是为了使本发明的理解容易而记载的，并不是为了限定本发明而记载的。因此，上述实施方式中公开的各要素是也包含属于本发明的技术性范围的全部设计变更、等价物的主旨。例如，在上述的交换耦合膜中，PtMn层4A与永久磁石层3相接，即在层叠的永久磁石层3上直接层叠PtMn层4A，然而还可以在PtMn层4A和永久磁石层3之间层叠含有Mn的其他层(例示了Mn层以及IrMn层。)。此外，在上述实施方式中，以相比于反强磁性层4、41、42，永久磁石层3位于距基底层1近的位置的方式来层叠，然而还可以以相比于永久磁石层3，反强磁性层4、41、42位于距基底层1近的位置的方式来层叠(参照实施例1)。

实施例

以下，通过实施例等，进一步具体地说明本发明，然而本发明的范围并不受限定于这些实施例等。

(实施例1)

制造了具备以下膜结构的磁场施加偏置膜12A。在以下的实施例以及比较例中，()内的数值表示膜厚

将磁场施加偏置膜12A在350℃下进行20小时退火处理，使在永久磁石层3和反强磁性层4之间产生交换耦合。

基板/基底层1：Ta(40)/种子膜2：Cr(40)/永久磁石层3：Co_80at％Pt_20at％(30)/反强磁性层4：[PtMn层4A：Pt_50at％Mn_50at％(20)/PtCr层4B：Pt_50at％Cr_50at％(280)]/保护层6：Ta(40)

(比较例1)

制造了在图2中示出的磁场施加偏置膜12A中，未层叠反强磁性层4，偏置功能仅通过永久磁石层3来发挥的磁场施加偏置膜。

使用VSM(振动样品型磁力计)，测定实施例1以及比较例1所涉及的磁场施加偏置膜12A的磁化曲线，根据得到的磁滞回线，求出交换耦合磁场Hex(单位：Oe)以及顽磁力Hc(单位：Oe)。关于实施例1，在退火前的状态下也进行同样的测定。在表1中表示结果。

[表1]

	Hex(Oe)	He(Oe)
			比较例1	0	1500
实施例1(退火前)	0	1600
			实施例1	2600	2200

如表1中示出的那样，确认了，通过进行退火处理，不仅在永久磁石层3产生交换耦合磁场Hex，在比较例1的情况下，即还产生了比仅基于永久磁石层3的顽磁力Hc0高的顽磁力Hc。

关于实施例1所涉及的磁场施加偏置膜12A，使环境温度变化并测定磁化曲线，测定了交换耦合磁场Hex的强度。根据该结果，求出了阻隔温度Tb(单位：℃)、交换耦合磁场Hex的强度成为室温时的1/2的温度Th(单位：℃)、以及测定温度为300℃的情况下的交换耦合磁场Hex的强度对室温时的强度的比(300℃/室温)R。其结果，阻隔温度Tb是500℃，Th是410℃，R是0.81。从这些结果确认出，实施例1所涉及的磁场施加偏置膜12A的阻隔温度Tb是500℃，与回流工序的设想温度即300℃相比足够高。因此，即使在300℃下，也能够维持室温时的80％左右或者其以上的交换耦合磁场Hex。因此，本发明所涉及的磁场施加偏置膜即使放置于高温环境，偏置功能也难以丧失，并且具有强磁场耐性。

符号说明

Hex 交换耦合磁场

Hc、Hc0 顽磁力

M0 残留磁化

11、11Xa、11Xb、11Ya、11Yb、111、112 磁检测元件

12A、12B、121A、121B、122A、122B 磁场施加偏置膜

13 磁检测部

1 基底层

2 种子膜

3 永久磁石层

4、41、42 反强磁性层

4A PtMn层

4B PtCr层

41A、41A1、41An X¹Cr层

41B、41B1、41Bn X²Mn层

4U1、4Un 单元层叠部

5 保护层

10、101、101A 交换耦合膜

R1 第1区域

R2 第2区域

D1、D3 X¹Cr层41A的膜厚

D2 X²Mn层41B的膜厚

30、31 磁传感器(磁检测装置)

32X、32Y 全桥电路

33 电源端子

Vdd 电源电压

34 接地端子

GND 接地电位

32Xa 全桥电路32X的第1串联部

35Xa 第1串联部32Xa的中点

OutX1 第1串联部32Xa的中点35Xa的输出电位

32Xb 全桥电路32X的第2串联部

35Xb 第2串联部32Xb的中点

OutX2 第2串联部32Xb的中点35Xb的输出电位

VXs X方向的检知输出(检知输出电压)

32Ya 全桥电路32Y的第1串联部

35Ya 第1串联部32Ya的中点

OutY1 第1串联部32Ya的中点35Ya的输出电位

32Yb 全桥电路32Y第2串联部

35Yb 第2串联部32Yb的中点

OutY2 第2串联部32Yb的中点35Yb的输出电位

VYs Y方向的检知输出(检知输出电压)

H 外部磁场

S 灵敏度轴方向

B 偏置施加方向

102 元件部

103a、103b 导电部

104a、104b 连接端子。

Claims (15)

1.一种磁场施加偏置膜，具备交换耦合膜，该交换耦合膜具有永久磁石层和在所述永久磁石层层叠的反强磁性层，该磁场施加偏置膜的特征在于，

所述反强磁性层具备X(Cr-Mn)层，该X(Cr-Mn)层含有从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素X、以及Mn及Cr，

所述X(Cr-Mn)层具有：距所述永久磁石层相对较近的第1区域、和距所述永久磁石层相对较远的第2区域，

所述第1区域中的Mn含有量高于所述第2区域中的Mn含有量。

2.根据权利要求1所述的交换耦合膜，其中，

所述第1区域与所述永久磁石层相接。

3.根据权利要求1或2所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述第1区域具有Mn含有量相对于Cr含有量的比即Mn/Cr比是0.3以上的部分。

4.根据权利要求3所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述第1区域具有所述Mn/Cr比为1以上的部分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述反强磁性层构成为层叠PtCr层、和与所述PtCr层相比距所述永久磁石层近的X⁰Mn层，其中，X⁰是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述反强磁性层构成为PtCr层和PtMn层按该顺序被层叠以使得所述PtMn层距所述永久磁石层近。

7.根据权利要求6所述的磁场施加偏置膜，其中，

与所述PtMn层相比距所述永久磁石层近地进一步层叠IrMn层。

8.一种磁场施加偏置膜，具备交换耦合膜，该交换耦合膜具有永久磁石层和在所述永久磁石层层叠的反强磁性层，其中，

所述反强磁性层具有X¹Cr层和X²Mn层交替地被层叠而得到的三层以上的交替层叠构造，其中，X¹是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素，X²是从由铂族元素以及Ni构成的组中选择的一种或者两种以上的元素且能够与X¹相同或者不同。

9.根据权利要求8所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述X¹是Pt，所述X²是Pt或者Ir。

10.根据权利要求9或10所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述反强磁性层具有单元层叠部，该单元层叠部层叠多个由X¹Cr层和X²Mn层构成的单元。

11.根据权利要求10所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述单元层叠部中的所述X¹Cr层以及所述X²Mn层分别是相同的膜厚，所述X¹Cr层的膜厚大于所述X²Mn层的膜厚。

12.根据权利要求11所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述X¹Cr层的膜厚与所述X²Mn层的膜厚的比是5∶1～100∶1。

13.一种磁检测元件，具备：磁检测部，其具有包含固定磁性层以及自由磁性层的磁阻效应膜；以及权利要求1至12中任一项所述的磁场施加偏置膜，其中，

所述磁场施加偏置膜被配置于所述磁检测部的周围，以使在未对所述自由磁性层施加外部磁场的状态下的所述自由磁性层的磁化的朝向一致。

14.一种磁检测装置，其中，

具备权利要求13所述的磁检测元件。

15.根据权利要求14所述的磁检测装置，其中，

在同一基板上具备多个权利要求13所述的磁检测元件，

在多个所述磁检测元件中包含所述固定磁性层的固定磁化方向不同的磁检测元件。

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