CN111722164A - 磁传感器 - Google Patents

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Abstract

磁传感器(1)具有相互连接的多个MR元件(11A～14A)。多个MR元件(11A～14A)属于在各自由层(26)的磁化方向沿同一方向旋转规定角度时电阻增加的组(G1)和电阻减少的组(G2)中的任一组。一组的电阻元件的电阻的增加所引起的磁传感器(1)的输出的变动和另一组的电阻元件的电阻的减少所引起的磁传感器(1)的输出的变动相抵消。

Description

磁传感器
技术领域
本申请基于2019月3月19日申请的日本申请、即日本特愿2019-51596，并且要求基于该申请的优先权。这些申请其整体作为参考并入本申请中。
本发明涉及一种磁传感器，特别是涉及一种使用磁阻效应元件的磁传感器。
背景技术
具备磁阻效应元件的磁传感器基于通过磁阻效应产生的电阻变化检测外部磁场。与其它磁传感器相比，使用磁阻效应元件的磁传感器对磁场的输出及灵敏度高且容易实现小型化。日本特开2009-162499号公报中公开的磁传感器具有磁化方向根据外部磁场而变化的自由磁性层(下面，称为自由层)、发挥磁阻效应的非磁性层(下面，称为间隔层)、及磁化方向相对于外部磁场固定的固定磁性层(下面，称为参考层)。为了使未施加外部磁场时的自由层的磁化方向稳定，在自由层的侧方设置有施加偏置磁场的永久磁铁层(下面，称为偏置磁铁)。
发明内容
磁传感器在制造中及制造后受到各种应力。在未施加外部磁场时，自由层的磁化方向被偏置磁铁固定于一定的方向，但如果受到应力，则磁化方向根据逆磁致伸缩效应发生变化。磁化方向的变化可能影响到磁阻效应元件的电阻、甚至未施加外部磁场时的磁传感器的输出。但是，很多时候不能预测磁传感器受到的应力，即使在能够预测的情况下，也难以控制应力。因此，为了确保磁传感器的精度，期望未施加外部磁场时的磁传感器的输出不易受到应力的影响。
本发明的目的在于提供一种磁传感器，其未施加外部磁场时的输出不易受到应力的影响。
本发明的磁传感器具有相互连接的多个电阻元件。各电阻元件具有至少一个MR元件，各MR元件具有在未施加外部磁场时沿初始磁化方向进行磁化且在施加外部磁场时磁化方向从初始磁化方向发生变化的自由层。多个电阻元件属于在各自由层的磁化方向沿同一方向旋转规定的角度时电阻增加的组和电阻减少的组中的任一组。两个组配置成一组的电阻元件的电阻的增加引起的磁传感器的输出的变动和另一组的电阻元件的电阻的减少引起的磁传感器的输出的变动相抵消。
根据本发明，能够提供一种磁传感器，其未施加外部磁场时的输出不易受到应力的影响。
上述及其它本申请的目的、特征及优点通过参照例示了本申请的附图的如下详细说明而变得清晰。
附图说明
图1A～1D是本发明的第一实施方式的磁传感器的概略结构图。
图2A、图2B是图1A～1D所示的磁传感器的MR元件的概略结构图。
图3A～3C分别是概念性地表示自由层、参考层及钉扎层在不存在外部磁场的状态下的磁化的俯视图。
图4A～4D是比较例的磁传感器的概略结构图。
图5A～5C是表示各MR传感器的应力施加时的电阻的增减的概念图。
图6A、图6B是表示施加于第一实施方式的磁传感器的自由层的偏置磁场和自由层的磁化的图。
图7A、图7B是本发明的第二实施方式的磁传感器的概略结构图。
图8A、图8B是图7A、图7B所示的磁传感器的MR元件的概略结构图。
图9A～9C是表示施加于第二实施方式的磁传感器的自由层的偏置磁场和自由层的磁化的图。
图10A、图10B是本发明的第三实施方式的磁传感器的概略结构图。
图11A～11D是本发明的第四实施方式的磁传感器的概略结构图。
图12A～12C是说明实施例和比较例中的对磁传感器附加负荷的方法的图。
图13A、图13B分别是表示比较例和实施例中的位移和电压偏移的关系的坐标图。
图14A～14D是本发明的变形例的磁传感器的概略结构图。
图15A、图15B是方位检测器的概略结构图。
图16A、图16B是其它方位检测器的概略结构图。
符号的说明
27C倾斜偏置磁铁。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的几个实施方式的磁传感器进行说明。在以下说明及附图中，X方向与钉扎层及参考层的磁化方向及自由层的短轴方向一致。Y方向为与X方向正交的方向，且与自由层的长轴方向一致。Z方向为与X方向及Y方向正交的方向，且与MR元件(磁阻效应元件)的多层膜的层叠方向一致。此外，有时将各附图中的表示X、Y、Z方向的箭头的朝向称为+X方向、+Y方向、+Z方向，将与箭头的朝向相反的方向称为-X方向、-Y方向、-Z方向。
(第一实施方式)
图1A表示第一实施方式的磁传感器1的概略结构。磁传感器1具有四个电阻元件(下面，称为第一电阻元件11、第二电阻元件12、第三电阻元件13、第四电阻元件14)，这些电阻元件11～14通过桥电路(惠斯顿电桥)相互连接。四个电阻元件11～14被分割成两个组11、12及13、14，各个组的电阻元件11、12及电阻元件13、14串联连接。第一电阻元件11和第四电阻元件14与电源电压Vcc连接，第二电阻元件12和第三电阻元件13接地(GND)。取出第一电阻元件11和第二电阻元件12之间的输出电压作为中点电压V1，取出第三电阻元件13和第四电阻元件14之间的输出电压作为中点电压V2。因此，如果第一～第四电阻元件11～14的电阻分别为R1～R4，则如下式那样分别求出中点电压V1、V2。
(数1)
Figure BDA0002384074930000041
(数2)
Figure BDA0002384074930000042
第一～第四电阻元件11～14分别包含至少一个MR元件。在本实施方式中，第一～第四电阻元件11～14分别由单一的MR元件(下面，称为第一～第四MR元件11A～14A)构成。虽省略图示，但第一～第四电阻元件11～14也可以分别由串联连接的多个MR元件、或由串联连接的多个MR元件构成的MR元件组并联连接的多个MR元件组中的任一者构成。因为第一～第四MR元件11A～14A具有相同的结构，所以在此对第一MR元件11进行说明。图2A表示第一MR元件11A的概略立体图。第一MR元件11A具有多层膜20和沿Y方向夹持多层膜20的一对偏置磁铁27。多层膜20具有一般的自旋阀型的膜结构。从Z方向观察，多层膜20具有X方向为短边且Y方向为长边的大致矩形的平面形状。多层膜20包含反铁磁性层21、钉扎层22、非磁性中间层23、参考层24、间隔层25及自由层26，这些层按该顺序层叠。多层膜20在Z方向上被一对电极层(未图示)夹持，使感测电流沿Z方向从电极层向多层膜20流通。
自由层26是在未施加外部磁场时沿初始磁化方向D1(参照图2B)进行磁化且在施加外部磁场时磁化方向从初始磁化方向D1发生变化(旋转)的磁性层，例如可以由NiFe形成。钉扎层22是磁化方向通过与反铁磁性层21的交换耦合而相对于外部磁场固定的铁磁性层。反铁磁性层21可以由PtMn、IrMn、NiMn等形成。参考层24是夹持于钉扎层22和间隔层25之间的铁磁性层，且经由Ru、Rh等非磁性中间层23与钉扎层22磁耦合，更加具体而言，与钉扎层22反铁磁性耦合。因此，参考层24和钉扎层22的磁化方向均相对于外部磁场固定，其磁化方向被设为相互反平行的方向。由此，能够使参考层24的磁化方向稳定化，并且通过从钉扎层22放出的磁场抵消从参考层24放出的磁场，抑制向外部的漏磁场。间隔层25是位于自由层26和参考层24之间且发挥磁阻效应的非磁性层。间隔层25是由Cu等非磁性金属构成的非磁性导电层、或由Al2O3等非磁性绝缘体构成的隧道势垒层。在间隔层25为非磁性导电层的情况下，第一MR元件11A作为巨磁电阻效应(GMR)元件发挥作用，在间隔层25为隧道势垒层的情况下，第一MR元件11A作为隧道磁阻效应(TMR)元件发挥作用。在MR变化率大且能够使桥电路的输出电压增大这一点上，第一MR元件11A更优选为TMR元件。
图2B表示从图2A的A方向观察到的第一MR元件11A的概略俯视图。图3A～3C概念表示自由层26、参考层24及钉扎层22在不存在外部磁场的状态下的磁化。图3A～3C中的箭头示意性地表示磁化方向。自由层26通过偏置磁铁27的偏置磁场，沿大致与长轴方向(Y方向)平行的初始磁化方向D1进行磁化。自由层26的初始磁化方向D1与偏置磁铁27的磁化方向D2大致平行。将自由层26的Y方向的长轴称为中心轴C1。参考层24沿大致与短轴方向(X方向)平行的磁化方向D3进行磁化。如果沿自由层26的感磁方向即X方向施加外部磁场，则自由层26的磁化方向根据外部磁场的方向和强度在图2B中进行顺时针或逆时针旋转。由此，参考层24的磁化方向D3和自由层26的磁化方向之间的相对角度发生变化，相对于感测电流的电阻发生变化。
图4A是表示比较例的磁传感器101的结构的与图1A同样的图。第一～第四MR元件11A～14A的自由层26的初始磁化方向朝向相同的方向。第一～第四MR元件11A～14A的参考层24的磁化方向朝向图中的箭头方向。因此，如果沿+X方向施加外部磁场，则第一及第三MR元件11A、13A的电阻减少且第二及第四MR元件12A、14A的电阻增加。由此，如图4B所示，中点电压V1增加且中点电压V2降低。在沿-X方向施加外部磁场的情况下，与此相反，中点电压V1降低且中点电压V2增加。通过检测中点电压V1、V2的差值V1-V2，可得到与检测中点电压V1、V2的情况相比二倍的灵敏度。另外，即使在图4B中中点电压V1、V2向同一方向偏移(例如，即使向上侧偏移)，也能够通过检测差值来消除该影响。
如果第一～第四MR元件11A～14A沿同一方向受到应力，则自由层26的初始磁化方向D1根据逆磁致伸缩效应而进行旋转。图4C表示以与X轴及Y轴呈45°的角度对第一～第四MR元件11A～14A施加拉伸应力S的状态。逆磁致伸缩效应根据磁致伸缩常数的正负及应力为拉伸应力S还是压缩应力，而作用于不同的方向。在施加拉伸应力且自由层26的磁致伸缩常数为正的情况、及施加压缩应力且自由层26的磁致伸缩常数为负的情况下，自由层26的初始磁化方向D1向与应力平行的方向旋转。在施加拉伸应力且自由层26的磁致伸缩常数为负的情况、及施加压缩应力且自由层26的磁致伸缩常数为正的情况下，自由层26的初始磁化方向D1向与应力正交的方向旋转。如果在图4C中以45°的角度施加拉伸应力S，则第一及第三MR元件11A、13A的自由层26的初始磁化方向D1向参考层24的磁化方向D3的朝向旋转，因此第一及第三MR元件11A、13A的电阻减少。第二及第四MR元件12A、14A的自由层26的初始磁化方向D1向与参考层24的磁化方向相反方向旋转，因此第二及第四MR元件12A、14A的电阻增加。由此，如图4D所示，中点电压V1增加且中点电压V2降低，V1-V2增加。即，通过外部应力，未施加外部磁场时的磁传感器101的输出V1-V2从零偏移。输出V1-V2的偏移会影响到外部磁场的测定精度。
外部应力例如在将磁传感器封入到封装体内时，通过从密封用树脂等接受到的力而产生。将封入到封装体的磁传感器安装于基板等而进行模块化时(例如，焊接工序)也产生应力。即使在将模块组装到制品时的工序(例如，螺钉紧固)中有时也产生应力，即使在作为制品使用时，有时也产生例如温度变化引起的热应力。这些应力难以预测及测定，也难以控制。因此，实质上期望输出V1-V2不易受到外部应力的影响。
在本实施方式中，第一～第四电阻元件11～14(第一～第四MR元件11A～14A)属于在全部的自由层26的初始磁化方向D1通过外部应力而沿同一方向旋转规定的角度(图示的例子中为45°)时电阻增加或减少的第一组G1、和在第一组G1的电阻元件的电阻增加时电阻减少且在第一组G1的电阻元件的电阻减少时电阻增加的第二组G2中的任一组。将属于第一组G1的MR元件称为第一组MR元件，将属于第二组G2的MR元件称为第二组MR元件。在此，为了便于说明，设为属于第一组G1的MR元件的电阻增加，属于第二组G2的MR元件的电阻减少。第二及第三MR元件12A、13A属于第一组G1，第一及第四MR元件11A、14A属于第二组G2。如图1A所示，第一组MR元件(第二及第三MR元件12A、13A)的自由层26的初始磁化方向D1相对于参考层24的磁化方向D3沿顺时针方向(第一旋转方向)旋转第一角度θ1(0°＜θ1＜180°、本实施方式中约为90°)。第二组MR元件(第一及第四MR元件11A、14A)的自由层26的初始磁化方向D1相对于参考层24的磁化方向沿逆时针方向(与第一旋转方向相反方向的第二旋转方向)旋转第二角度θ2(0°＜θ2＜180°、本实施方式中约为90°)。换言之，在第一组MR元件和第二组MR元件中，在以表示自由层26的初始磁化方向D1的向量为F、且以表示参考层24的磁化方向D3的向量为R时，向量积F×R的朝向成为彼此相反方向。
如果在图1C中以45°的角度施加拉伸应力S，则第一及第四MR元件11A、14A的自由层26的初始磁化方向D1沿参考层24的磁化方向D3的朝向进行旋转，第一及第四MR元件11A、14A的电阻减少。第二及第三MR元件12A、13A的自由层26的初始磁化方向D1沿与参考层24的磁化方向D3相反方向进行旋转，第二及第三MR元件12A、13A的电阻增加。如图1D所示，中点电压V1和中点电压V2均增加，抑制V1-V2的变化。即，在施加外部应力的状态下，与比较例相比能够降低磁传感器的输出V1-V2的偏移。
存在从所有方向施加外部应力的可能性。另外，如上所述，存在外部应力为拉伸应力的情况，也存在外部应力为压缩应力的情况。在自由层26的磁致伸缩常数为正且沿图1C的方向施加拉伸应力S的情况下，如上所述，第二及第三MR元件12A、13A属于第一组MR元件，第一及第四MR元件11A、14A属于第二组MR元件。但是，例如，在自由层26的磁致伸缩常数为正且沿与图1C所示的方向正交的方向施加拉伸应力的情况下，第一及第四MR元件11A、14A属于第一组MR元件，第二及第三MR元件12A、13A属于第二组MR元件。这样，不会唯一确定哪个MR元件属于哪一组。但应注意的是，第一及第四MR元件11A、14A一直属于相同的组，第二及第三MR元件12A、13A一直属于其它的组。
图5A～5C示意性地表示第一～第四MR元件11A～14A的电阻的增减，图5A与图1C对应。如果参照图5A，则第二及第三MR元件12A、13A(第一组G1)的电阻增加，第一及第四MR元件11A、14A(第二组G2)的电阻减少，中点电压V1、V2均增加。如果参照图5B，则第二及第三MR元件12A、13A(第二组G2)的电阻减少，第一及第四MR元件11A、14A(第一组G1)的电阻增加，中点电压V1、V2均减少。磁传感器处于图5A的状态还是处于图5B的状态依赖于外部应力或自由层26的磁致伸缩常数，但本实施方式的磁传感器1一直处于图5A和图5B的任一状态。于是，即使在任一情况下，磁传感器的输出V1-V2的偏移均降低。其原因在于，第一组G1和第二组G2被配置成第一组G1的电阻元件的电阻的增减所引起的磁传感器的输出的变动和第二组G2的电阻元件的电阻的增减所引起的磁传感器的输出的变动相抵消。与此相对，如果参照与图4C所示的比较例对应的图5C，则第一组G1的电阻元件(第二及第四MR元件12A、14A)和第二组G2的电阻元件(第一及第三MR元件11A、13A)未如上述那样配置。因此，成为磁传感器的输出V1-V2的偏移增加的趋势。
在本实施方式中，一对偏置磁铁27与自由层26的初始磁化方向D1上的两侧端部26A、26B(参照图2B)相对，偏置磁铁27的中心轴C2与自由层26的中心轴C1大致正交。在本说明书中，将这种偏置磁铁27称为端部偏置磁铁27A。一部分的MR元件(第一及第二MR元件11A、12A)的自由层26和其它的MR元件(第三及第四MR元件13A、14A)的自由层26以相互大致反平行的方向进行磁化。即，一部分的MR元件(第一及第二MR元件11A、12A)的端部偏置磁铁27A和其它的MR元件(第三及第四MR元件13A、14A)的端部偏置磁铁27A以相互大致反平行的朝向进行磁化。反平行是指方向在160°～200°的范围内不同。
因为针对每一MR元件改变端部偏置磁铁27A的磁化方向，所以一部分的端部偏置磁铁27A和其它的端部偏置磁铁27A由矫顽力不同的材料形成。例如，第一及第二MR元件11A、12A的端部偏置磁铁27A由CoPt、或将Cr、B、Ta中的至少任一种添加于CoPt的材料形成，第三及第四MR元件13A、14A的端部偏置磁铁27A由FePt、或将Ni、Nb、Cu、Ag、Mo、Ti中的至少任一种添加于FePt的材料形成。前者的矫顽力为1500～5000Oe，后者的矫顽力为5000～13000Oe。首先，在超过全部的端部偏置磁铁27A的矫顽力的磁场(例如，15000Oe以上的磁场)内将全部的端部偏置磁铁27A进行磁化。由此，全部的端部偏置磁铁27A沿同一方向进行磁化。接着，沿相反方向施加前者的矫顽力和后者的矫顽力的中间磁场(例如，7500Oe左右的磁场)。第一及第二MR元件11A、12A的端部偏置磁铁27A由新施加的磁场沿相反方向进行磁化，但第三及第四MR元件13A、14A的端部偏置磁铁27A的磁化方向不变。由此，能够针对每一MR元件改变端部偏置磁铁27A的磁化方向。
图6A将自由层26的长边方向Y上的偏置磁场的分布标准化而表示。图6B表示自由层26的初始磁化的分布，箭头表示自由层26在各位置上的初始磁化方向。一般而言，磁化方向在自由层26的长边方向端部容易朝向长边方向Y以外的方向，但在本实施方式中自由层26的磁化方向遍及长边方向Y全长而与长边方向Y一致。其原因在于，偏置磁铁27位于自由层26的长边方向Y两端，因而对自由层26的长边方向Y两端施加特别强的偏置磁场。另外，如图2B所示，在本实施方式中，在与初始磁化方向D1正交的方向X上，端部偏置磁铁27A的尺寸L1比自由层26的尺寸L2大。由此，对自由层26的长边方向Y两端施加强的偏置磁场，自由层26的磁化方向在自由层26的长边方向Y两端容易朝向长边方向Y。
(第二实施方式)
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。除了偏置磁铁27的结构，本实施方式与第一实施方式同样。图7A表示第二实施方式的磁传感器1A的概略结构。图8A、图8B是表示第一MR元件11A的结构的与图2A、图2B同样的图。在本实施方式中，一对偏置磁铁27与自由层26的初始磁化方向D1上的两侧部26C、26D相对，其中心轴C2与自由层26的中心轴C1大致相互平行。在本说明书中，将这种偏置磁铁27称为侧偏置磁铁27B。在与初始磁化方向D1平行的方向(Y方向)上，侧偏置磁铁27的尺寸L3比自由层26的尺寸L4大。因为侧偏置磁铁27B的偏置磁场如图8B所示绕入到侧偏置磁铁27B的侧方，所以在本实施方式中侧偏置磁铁27B的磁化方向D2和自由层26的初始磁化方向D1为大致反平行的关系。另一方面，自由层26的初始磁化方向D1和参考层24的磁化方向D3的关系与第一实施方式相同。因此，如图7B所示，本实施方式的磁传感器1A按照与第一实施方式的磁传感器1相同的原理进行动作。
图9A将本实施方式中的偏置磁场的自由层26的长边方向上的分布标准化而表示。如上所述，因为在本实施方式中侧偏置磁铁27B的磁化方向D2和施加于自由层26的偏置磁场的方向为反平行，所以偏置磁场为负。此外，图6A的纵轴和图9A的纵轴根据相同的基准值进行标注化。在实施例1中，在与初始磁化方向D1平行的方向(Y方向)上，侧偏置磁铁27B的尺寸与自由层26的尺寸一致。在实施例2中，在与初始磁化方向D1平行的方向(Y方向)上，侧偏置磁铁27B的尺寸比自由层26的尺寸大。图9B表示实施例1的自由层26的初始磁化的分布，图9C表示实施例2的自由层26的初始磁化的分布。箭头表示自由层26的各位置上的初始磁化方向。即使在任一实施例中，初始磁化方向在自由层26的几乎所有区域中也朝向自由层26的长边方向Y。在实施例1中，因为偏置磁场在自由层26的长边方向端部(部位A)略弱，所以磁化方向容易朝向长边方向以外的方向一些。在实施例2中，因为在长边方向端部也对自由层26施加较大的偏置磁场，所以磁化方向遍及长边方向全长而进一步与长边方向一致。
在本实施方式中，一部分的MR元件(第一及第二MR元件11A、12A)的自由层26和其它的MR元件(第三及第四MR元件13A、14A)的自由层26以相互大致反平行的朝向进行磁化。即，第一及第二MR元件11A、12A的侧偏置磁铁27B和第三及第四MR元件13A、14A的侧偏置磁铁27B以相互大致反平行的朝向进行磁化。侧偏置磁铁27B的磁化方向与第一实施方式同样，可以针对每一MR元件而进行改变。
(第三实施方式)
接下来，对本发明的第三实施方式进行说明。除了偏置磁铁27的结构，本实施方式的磁传感器1B与第一实施方式同样。图10A表示第三实施方式的磁传感器1B的概略结构。在本实施方式中，一部分的偏置磁铁27(第一及第二MR元件11A、12A的偏置磁铁27)为端部偏置磁铁27A，其它的偏置磁铁27(第三及第四MR元件13A、14A的偏置磁铁27)为侧偏置磁铁27B。即，在本实施方式中，设置端部偏置磁铁27A和侧偏置磁铁27B这两者。端部偏置磁铁27A和侧偏置磁铁27B的结构如第一及第二实施方式中所说明的那样。在本实施方式中，端部偏置磁铁27A和侧偏置磁铁27B沿相同的方向进行磁化。因此，本实施方式能够简化制造工艺。另外，因为无需以高电压将矫顽力高的材料进行磁化，所以也能够简化用于磁化的设备。第一～第四MR元件11A～14A的自由层26的初始磁化方向D1与第一实施方式相同，自由层26的初始磁化方向D1和参考层24的磁化方向D3的关系也与第一实施方式相同。因此，如图10B所示，本实施方式的磁传感器1B与第一实施方式的磁传感器1同样地进行动作。
(第四实施方式)
接下来，对本发明的第四实施方式进行说明。除了偏置磁铁27的结构，本实施方式的磁传感器1C与第一实施方式同样。图11A表示第四实施方式的磁传感器1C的概略结构。在本实施方式中，一对偏置磁铁27是与自由层26的初始磁化方向D1上的两侧端部26A、26B相对的端部偏置磁铁。但是，与第一实施方式不同，从MR元件的层叠方向Z观察，至少一个MR元件的自由层26和一对偏置磁铁27均为彼此相邻的两边呈45°或135°角的平行四边形。于是，偏置磁铁27的中心轴C2相对于自由层26的中心轴C1倾斜45°。在本说明书中，将这种偏置磁铁27称为倾斜偏置磁铁27C。自由层26和倾斜偏置磁铁27C的形状不限于上述，只要为彼此相邻的两边呈90°以外的角度的大致平行四边形即可。另外，如图11C所示，倾斜偏置磁铁27C的中心轴C2相对于自由层26的中心轴C1以25°～65°的角度θ的范围倾斜即可。第一及第二MR元件11A、12A的倾斜偏置磁铁27C的中心轴C2和第三及第四MR元件13A、14A的倾斜偏置磁铁27C的中心轴C2关于位于第一及第二MR元件11A、12A和第三及第四MR元件13A、14A之间且与自由层26的中心轴C1平行的线C4线对称、即向彼此相反方向倾斜。全部的自由层26的中心轴C1朝向相同的方向，全部的倾斜偏置磁铁27C沿相同的方向进行磁化。
图11C示意性地表示倾斜偏置磁铁27C的磁化。图中，倾斜偏置磁铁27C沿磁化方向D2进行磁化。因此，如果将倾斜偏置磁铁27C分割成微小磁区，则各微小磁区以左侧为S极、右侧为N极的方式进行磁化。因为倾斜偏置磁铁27C相对于线C4以镜对称倾斜，所以左侧的倾斜偏置磁铁27C沿着面向自由层26的斜面呈现S极，右侧的倾斜偏置磁铁27C沿着面向自由层26的斜面呈现N极。因此，在左侧的倾斜偏置磁铁27C中，产生倾斜向上的偏置磁场，在右侧的倾斜偏置磁铁27C中，产生倾斜向下的偏置磁场。因此，可以对第一及第二MR元件11A、12A的自由层26和第三及第四MR元件13A、14A的自由层26施加具有相互反平行的分量(+Y方向或-Y方向)的偏置磁场。在本实施方式中，第一～第四MR元件11A～14A的自由层26的初始磁化方向与第一实施方式类似，自由层26的初始磁化方向D1和参考层24的磁化方向D3的关系也与第一实施方式类似。因此，如图11B所示，本实施方式的磁传感器1C与第一实施方式的磁传感器1同样地进行动作。
(实施例)
对第一实施方式的磁传感器1施加模拟应力而测量输出V1、V2、V1-V2。如图12A所示，将磁传感器1经由引线32固定于基板31。接着，如图12B所示，通过板33将基板31从基板31的里侧向+Z方向进行按压。因为基板31朝上弯曲，所以引线32以向外侧扩展的方式发生变形。由此，能够经由引线32对磁传感器1施加拉伸应力。图12C是从图12B的A方向观察到的上视图，如同图所示，通过板33将基板31向外部应力的影响最大的45°方向进行按压。由此，模拟图1B所示的拉伸应力S。使基板31的+Z方向位移量D变化而测量输出V1、V2、V1-V2的变化。对图4B所示的比较例的磁传感器101也实施同样的试验。
图13A表示比较例的磁传感器101的相对于位移量D的输出V1、V2、V1-V2的变化。输出V1、V2的偏移随着位移量D的增加而增加，但由于上述的原因，输出V1的偏移在正方向上增加，输出V2的偏移在负方向上增加。因此，V1-V2随着位移量D的增加而增加。图13B表示第一实施方式的磁传感器1的相对于位移量D的输出V1、V2、V1-V2的变化。因为输出V1、V2的偏移均在正方向上增加，所以即使位移量D增加V1-V2也几乎不发生变化，几乎可完全抑制偏移。
图14A～14D分别表示第一～第四实施方式的磁传感器1、1A、1B、1C的变形例。这些图中仅表示第一电阻元件11。第一电阻元件11具有串联连接的多个MR传感器11A。具体而言，彼此相邻的两个MR传感器11A经由与上部电极层(未图示)连接的上部引线28或与下部电极层(未图示)连接的下部引线29相互连接。通过上部引线28连接的两个MR传感器11A和通过下部引线29连接的两个MR传感器11A串联连接。上部引线28和下部引线29从偏置磁铁27隔开。虽省略图示，但第二～第四电阻元件12～14也同样。在构成第一电阻元件11的一部分的MR传感器11A中，自由层26的初始磁化方向D1朝向+Y方向(或大致+Y方向)，在其它的MR传感器11A中，自由层26的初始磁化方向D1朝向-Y方向(或大致-Y方向)。只要一个电阻元件的电阻在某特定应力下增加或减少，自由层26的初始磁化方向D1朝向相互相反方向的多个MR元件11A也可以混在一个电阻元件中。
以上说明的磁传感器例如可以用作检测自由层26的面内两方向(X方向及Y方向)的磁场的方位检测器或罗盘仪。图15A表示具备磁传感器1的方位检测器2A的概略结构图。磁传感器1具有四个电阻元件11～14，各电阻元件11～14具有可检测X方向及Y方向的磁场的至少一个MR传感器。只要能检测X方向及Y方向的磁场，各电阻元件11～14的结构就没有限定。例如，可以将在X方向上具有感磁轴的MR传感器和在Y方向上具有感磁轴的MR传感器串联排列，也可以设置具有相对于X方向及Y方向倾斜的方向的感磁轴的至少一个MR传感器。各电阻元件11～14的内部所示的箭头表示各电阻元件11～14可检测的磁场的方向。图15B表示V2-V1相对于磁场的角度θ(参照图15A)的变化。因为V2-V1通过方位检测器2A在X-Y面内进行旋转而变化，所以能够基于V2-V1的最大值和最小值检测θ＝90°的方向和θ＝-90°的方向。
图16A表示具备磁传感器的其它的方位检测器2B的概略结构图。在本实施方式中，将两个磁传感器1D、1E进行组合。第一磁传感器1D表示与图14A～14D所示的磁传感器相同的特性，第二磁传感器1E成为将第一传感器1D整体上沿顺时针旋转90°的结构。图16B表示V2-V1相对于磁场的角度θ(参照图16A)的变化。相对于第一磁传感器1D，第二磁传感器1E的输出V3-V4的特性偏移90°。因此，能够通过切换地读取第一磁传感器1D和第二磁传感器1E的输出而知晓X方向及Y方向的磁场强度以及磁场的角度θ。如果将第一磁传感器1D的输出设为(V2-V1)1、且将第二磁传感器1E的输出设为(V2-V1)2，则磁场的角度θ能够作为θ＝arctan((V2-V1)1/(V2-V1)2)而求出。本实施方式的方位检测器例如能够将第一～第三实施方式的磁传感器1、1A、1B进行组合而实现。
再有，虽省略详细说明，但本发明的磁传感器不仅可以应用于上述方位检测器，还可以应用于磁性编码器用传感器、位置检测传感器、旋转角度检测传感器、电流传感器、磁开关及将它们组装而成的模块或装置。
详细表示并说明了本发明的几个优选实施方式，但应理解的是，在不脱离权利要求的主旨或范围的情况下，可以进行各种变更及修正。

Claims (16)

1.一种磁传感器，其中，
具有相互连接的多个电阻元件，各电阻元件包含至少一个MR元件，各MR元件具有在未施加外部磁场时沿初始磁化方向进行磁化且在施加外部磁场时磁化方向从所述初始磁化方向发生变化的自由层，所述多个电阻元件属于在各自由层的磁化方向沿同一方向旋转规定的角度时电阻增加的组和电阻减少的组中的任一组，
两个所述组被配置成一组的电阻元件的电阻的增加所引起的所述磁传感器的输出的变动和另一组的电阻元件的电阻的减少所引起的所述磁传感器的输出的变动相抵消。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，
所述多个电阻元件具有串联连接的第一及第二电阻元件、和串联连接的第三及第四电阻元件，对所述第一及第四电阻元件施加电源电压，所述第二及第三电阻元件接地，从所述第一电阻元件和所述第二电阻元件之间、及所述第三电阻元件和所述第四电阻元件之间分别取出输出电压，
所述第一及第四电阻元件属于相同的组，所述第二及第三电阻元件属于其它的组。
3.根据权利要求2所述的磁传感器，其中，
各MR元件具有磁化方向相对于外部磁场固定的参考层，所述一组的所述MR元件的所述自由层的所述初始磁化方向相对于所述参考层的磁化方向沿第一旋转方向旋转第一角度θ1，所述另一组的所述MR元件的所述自由层的所述初始磁化方向相对于所述参考层的磁化方向沿与所述第一旋转方向相反方向的第二旋转方向旋转第二角度θ2，其中，0°＜θ1＜180°，0°＜θ2＜180°。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的磁传感器，其中，
一部分的所述MR元件的所述自由层和其它的所述MR元件的所述自由层以相互大致反平行的朝向进行磁化。
5.根据权利要求4所述的磁传感器，其中，
各MR元件具有分别对所述自由层施加偏置磁场的一对偏置磁铁，
所述一对偏置磁铁为与所述自由层的所述初始磁化方向上的两侧端部相对且其中心轴与所述自由层的中心轴大致正交的一对端部偏置磁铁、或与所述自由层的所述初始磁化方向上的两侧部相对且其中心轴与所述自由层的中心轴大致相互平行的一对侧偏置磁铁。
6.根据权利要求5所述的磁传感器，其中，
所述一对偏置磁铁为所述一对端部偏置磁铁，在与所述初始磁化方向正交的方向上，所述端部偏置磁铁的尺寸比所述自由层的尺寸大。
7.根据权利要求5所述的磁传感器，其中，
所述一对偏置磁铁为所述一对侧偏置磁铁，在与所述初始磁化方向平行的方向上，所述侧偏置磁铁的尺寸比所述自由层的尺寸大。
8.根据权利要求5所述的磁传感器，其中，
所述一部分的MR元件的所述一对偏置磁铁和所述其它的MR元件的所述一对偏置磁铁由矫顽力彼此不同的材料形成。
9.根据权利要求8所述的磁传感器，其中，
所述一部分的MR元件的所述一对偏置磁铁由CoPt、或将Cr、B、Ta中的至少任一种添加于CoPt的材料构成，所述其它的MR元件的所述一对偏置磁铁由FePt、或将Ni、Nb、Cu、Ag、Mo、Ti中的至少任一种添加于FePt的材料构成。
10.根据权利要求5所述的磁传感器，其中，
所述一部分的MR元件的所述一对偏置磁铁为所述端部偏置磁铁，所述其它的MR元件的所述一对偏置磁铁为所述侧偏置磁铁，所述端部偏置磁铁和所述侧偏置磁铁沿相同的方向进行磁化。
11.根据权利要求1～3中任一项所述的磁传感器，其中，
所述MR元件具有分别对所述自由层施加偏置磁场的一对偏置磁铁，至少一个所述MR元件的所述一对偏置磁铁与所述自由层的所述初始磁化方向上的两侧端部相对，所述偏置磁铁的中心轴相对于所述自由层的中心轴以25°～65°的范围倾斜。
12.根据权利要求11所述的磁传感器，其中，
从所述MR元件的层叠方向观察，所述自由层和所述偏置磁铁均为彼此相邻的两边呈90°以外的角度的大致平行四边形。
13.根据权利要求11所述的磁传感器，其中，
所述至少一个MR元件包含至少两个MR元件，所述至少两个MR元件的所述自由层的中心轴彼此平行，一部分的所述MR元件的所述偏置磁铁的中心轴相对于其它的所述MR元件的所述偏置磁铁的中心轴向相反方向倾斜。
14.根据权利要求13所述的磁传感器，其中，
全部的所述偏置磁铁沿相同的方向进行磁化。
15.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，
所述多个电阻元件分别由单一的MR元件、串联连接的多个MR元件、或由串联连接的多个MR元件构成的MR元件组并联连接的多个MR元件组中的任一者构成。
16.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，
检测所述自由层的面内两方向的磁场。
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