JP2001345498A - 磁気センサ及び同磁気センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気トンネル効果素子を用いた磁気センサの
温度特性を改善し、外部磁界の検出精度を向上するこ
と。 【解決手段】 磁気センサは、磁気トンネル効果素子３
１，３２を有し、これらの磁気トンネル効果素子の各固
定磁化層の磁化の向きは、総て同一方向（図１に矢印に
て示す方向）とされている。この磁気センサは、磁気ト
ンネル効果素子３１と磁気遮蔽されている磁気トンネル
効果素子３２とを直列接続するとともに、これに直流定
電圧源３３を直列に接続し、磁気トンネル効果素子３２
の両端電圧を出力電圧Ｖoutとして取り出すハーフブリ
ッヂ回路により構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁化の向きが所定
の向きに固定された固定磁化層と、磁化の向きが外部磁
界に応じて変化する自由磁化層と、固定磁化層と自由磁
化層との間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネ
ル効果素子を用いた磁気センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、異方性ＭＲ効果を利用した磁
気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、或いは巨大磁気抵抗効
果を利用した巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）が広く知
られている。一方、最近では、ＡＭＲ素子又はＧＭＲ素
子よりも磁気抵抗変化率が大きく感度が良好な素子とし
て磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）が注目されてお
り、同素子の磁気センサへの応用開発が進められてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気ト
ンネル効果素子は温度特性が良好ではないため、磁気セ
ンサとして使用し難いという問題がある。一例として、
図１７は、環境温度を２５，９０，及び１５０℃に変化
させた場合における、所定の磁気トンネル効果素子の外
部磁界に対する抵抗値（出力）を測定した結果を示して
いる。図１７から理解されるように、外部磁界が大きく
異なっていても、環境温度が変化することにより素子の
示す抵抗値が同じになる場合があることから、このよう
な素子をそのまま磁気センサに用いることは困難であ
る。

【０００４】また、図１８は図１７に示した測定結果を
もとに、横軸に環境温度をとり、縦軸に素子の抵抗値を
とって、各環境温度における抵抗値の最大値と最小値を
破線及び実線にてそれぞれ示したものである。一般に、
磁界の向きが所定の向きであるか、又は同所定の向きと
は反対の向きであるかを検出するためには、磁気センサ
の出力が所定の閾値以上か否かを判断する必要がある
が、図１８から理解されるように、この素子において
は、そのような検出を行うための適切な閾値を２５〜１
５０℃の環境温度範囲において設定することが困難であ
る（図中の一点鎖線を参照）。

【０００５】

【本発明の概要】本発明は、上記課題に対処するために
なされたものであって、その特徴の一つは、磁気遮蔽し
た磁気トンネル効果素子と磁気遮蔽しない磁気トンネル
効果素子とからハーフブリッジ回路を構成し、これによ
り磁気センサを構成したことにある。

【０００６】具体的には、本発明の特徴の一つは、直流
電圧源と、磁化の向きが所定の向きに固定された固定磁
化層と磁化の向きが外部磁界に応じて変化する自由磁化
層と前記固定磁化層及び前記自由磁化層の間に挟まれた
絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子と、を備え
た磁気センサにおいて、前記磁気トンネル効果素子であ
って磁気遮蔽されたものと、前記磁気トンネル効果素子
であって磁気遮蔽されていないものと、前記直流電圧源
とを直列に接続し、前記磁気トンネル効果素子の何れか
の素子の両端電圧を出力するように構成したことにあ
る。この場合において、前記両磁気トンネル効果素子
は、同一基板上に形成してもよく、独立した基板上に形
成してもよい。また、上記「磁気トンネル効果素子」に
は、「固定磁化層の固定された磁化の向きが略同一向き
とされた複数の磁気トンネル効果素子を電気的に直列接
続した磁気トンネル効果素子群」が含まれる。この点に
ついては、本発明の他の特徴においても同様である。

【０００７】上記特徴によれば、図１に示したように、
磁気遮蔽されている磁気トンネル効果素子の両端電圧を
出力電圧Ｖoutとし、直流電圧源の電圧をＶin、前記磁
気トンネル効果素子に外部磁界が加わっていない場合の
同素子の抵抗値をＲ0、十分大きな外部磁界であって、
固定磁化層の磁化の向きと同一向き又は反対向きの磁界
が磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子に加わっ
た場合の抵抗変化分をそれぞれ−ΔＲd，＋ΔＲuとする
とき、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax、最小値Ｖminは下
記数１，数２で表される。

【０００８】

【数１】Ｖmax＝Ｖin／（２−（ΔＲd／Ｒ0））

【０００９】

【数２】Ｖmin＝Ｖin／（２＋（ΔＲu／Ｒ0））

【００１０】ところで、磁気トンネル効果素子は、環境
温度が変化しても上記数１のΔＲd／Ｒ0、及び数２のΔ
Ｒu／Ｒ0の変化量が小さいという特性を有している。例
えば、図１７の測定例では、ΔＲd／Ｒ0（ΔＲu／Ｒ0）
は、環境温度２５，９０，及び１５０℃に対し、それぞ
れ、０．０６５，０．０５６，及び０．０４９程度であ
る。従って、環境温度が変化した場合であっても、上記
磁気センサの出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxは０．５１Ｖ
in程度の略一定値となり、出力電圧Ｖoutの最小値Ｖmin
は、０．４８Ｖin程度の略一定値となる。以上より、上
記特徴を有する磁気センサは、温度特性が良好なものと
なっている。

【００１１】図２は、上述の図１７の測定に用いた磁気
トンネル効果素子により上記ハーフブリッヂ回路を構成
した場合における環境温度に対する出力電圧Ｖoutの最
大値Ｖmax（ラインＡ）と最小値Ｖmin（ラインＢ）を示
している。図２から理解されるように、温度特性が改善
された結果、環境温度の変化があったとしても出力電圧
Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが同一の値をとる
ことがない。これにより、外部磁界の方向の変化を検出
するための閾値（外部磁界が「０」であるときの出力電
圧Ｖoutに相当する値）を、上記環境温度の全域に渡り
設定することができる（ラインＣ参照）。即ち、上記磁
気センサは、環境温度が広い範囲で変化した場合におい
ても、外部磁界の方向の変化を確実に検出し得るものと
なる。

【００１２】また、図１において破線にて示したよう
に、磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の両端
電圧を出力電圧Ｖ´outとして取出すこともできる。こ
の場合には、出力電圧Ｖ´outの最大値Ｖ´max及び最小
値Ｖ´minは、直流電圧源の電圧Ｖinから上記最小値Ｖm
in及び最大値Ｖmaxをそれぞれ減じた値となる。従っ
て、このように出力を取り出した場合においても、温度
特性は改善されており、また、外部磁界の方向の変化を
精度よく検出し得る。

【００１３】本発明の他の特徴は、磁化の向きが所定の
向きに固定された固定磁化層と、磁化の向きが外部磁界
に応じて変化する自由磁化層と、前記固定磁化層及び前
記自由磁化層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気
トンネル効果素子であって磁気遮蔽したものと磁気遮蔽
しないものとからフルブリッジ回路を構成し、これによ
り磁気センサを構成したことにある。

【００１４】具体的には、本発明の他の特徴は、直流電
圧源と、磁化の向きが所定の向きに固定された固定磁化
層と磁化の向きが外部磁界に応じて変化する自由磁化層
と前記固定磁化層及び前記自由磁化層の間に挟まれた絶
縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子と、を備えた
磁気センサにおいて、前記磁気トンネル効果素子であっ
て磁気遮蔽されたものの一端と前記磁気トンネル効果素
子であって磁気遮蔽されていないものの一端とを接続し
てなる回路要素を一対備え、前記一対の回路要素の前記
各磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の固定磁
化層の磁化の向きが略同一となるように同一対の回路要
素を配設するとともに、前記一対の回路要素のうちの一
の回路要素の前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効
果素子の他端と前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素
子の他端とを前記直流電圧源の正極と負極とにそれぞれ
接続し、前記一対の回路要素のうちの他の回路要素の前
記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の他端と
前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子の他端とを前
記直流電圧源の負極と正極とにそれぞれ接続し、前記一
対の回路要素の前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素
子と前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子と
の各接続個所間の電位差を出力するように構成したこと
にある。

【００１５】これによれば、図３に示したように、上記
フルブリッヂ回路の出力電圧をＶoutとし、直流電圧源
の電圧をＶin、前記磁気トンネル効果素子に外部磁界が
加わっていない場合の同素子の抵抗値をＲ0、十分大き
な外部磁界であって、固定磁化層の磁化の向きと同一向
き又は反対向きの磁界が磁気遮蔽されていない磁気トン
ネル効果素子に加わった場合の抵抗変化分をそれぞれ−
ΔＲd，ΔＲuとするとき、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖma
x、最小値Ｖminは下記数３，数４で表される。

【００１６】

【数３】Ｖmax＝Ｖin／（１＋２・（Ｒ0／ΔＲu））

【００１７】

【数４】Ｖmin＝Ｖin／（１−２・（Ｒ0／ΔＲd））

【００１８】数３、数４、及び図１７の測定によれば、
環境温度が２５〜１５０℃の範囲で変化するとき、最大
値Ｖmaxは０．０３１７Ｖin〜０．０２３９Ｖinの間で
変化する。一方、最小値Ｖminは、−０．０３３９Ｖin
〜−０．０２３９Ｖinの間で変化する。即ち、上記構成
によれば、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖmin
との差（０．０６５６Ｖin〜０．０４７８Ｖin）に対し
て、同出力電圧Ｖoutの環境温度による変動（例えば、
最大値Ｖmaxの環境温度変化による変動分＝０．０３１
７Ｖin−０．０２３９Ｖin＝０．００７８Ｖin、最小値
Ｖminの環境温度による変動分＝０．０２３９Ｖin−
０．０３３９Ｖin＝０．０１０Ｖin）が十分小さい。ま
た、磁気トンネル効果素子は、一般に図１７に示したよ
うなオーダーの抵抗変化特性を有する。従って、上記構
成の磁気センサは、結果として温度特性が改善されたも
のとなる。

【００１９】図４は、上記図１７の測定に用いた磁気ト
ンネル効果素子により上記フルブリッヂ回路を構成した
場合における環境温度に対する出力電圧Ｖoutの最大値
Ｖmax（ラインＡ）と最小値Ｖmin（ラインＢ）を示した
図である。図４から理解されるように、上記磁気センサ
においては、環境温度の変化があったとしても出力電圧
Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが同一の値となる
ことがない。これにより、外部磁界の方向の変化を検出
するための閾値を、上記環境温度の全域に渡り設定する
ことができる（ラインＣ参照）。即ち、上記フルブリッ
ヂの磁気センサは、環境温度が広い範囲で変化した場合
においても、外部磁界の方向の変化を確実に検出し得る
ものとなる。

【００２０】本発明の他の特徴は、磁気トンネル効果素
子の固定磁化層の固定された磁化の向きが互いに略反対
向きとなるように配設された素子によりハーフブリッジ
回路を構成して磁気センサとしたことにある。

【００２１】具体的には、本発明の他の特徴は、直流電
圧源と、磁化の向きが所定の向きに固定された固定磁化
層と磁化の向きが外部磁界に応じて変化する自由磁化層
と前記固定磁化層及び前記自由磁化層の間に挟まれた絶
縁層とを含んでなる少なくとも二つの磁気トンネル効果
素子と、を備えた磁気センサにおいて、前記磁気トンネ
ル効果素子のうちの一の磁気トンネル効果素子の固定磁
化層の磁化の向きと前記磁気トンネル効果素子のうちの
他の磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きと
が略反対の向きとなるように同両磁気トンネル効果素子
を配設し、前記一の磁気トンネル効果素子と、前記他の
磁気トンネル効果素子と、前記直流電圧源とを直列に接
続し、前記磁気トンネル効果素子の何れかの素子の両端
電圧を出力するように構成したことにある。この場合に
おいて、前記少なくとも二つの磁気トンネル効果素子
は、同一基板上に形成してもよく、独立した基板上に形
成してもよい。

【００２２】これによれば、図５に示したように、直流
電圧源の電圧をＶin、前記磁気トンネル効果素子に外部
磁界が加わっていない場合の同素子の抵抗値をＲ0、十
分大きな外部磁界であって、固定磁化層の磁化の向きと
同一向き又は反対向きの磁界が磁気トンネル効果素子に
加わった場合の同素子の抵抗変化分をそれぞれ−ΔＲ
d，ΔＲuとするとき、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax、最
小値Ｖminは下記数５，数６で表される。

【００２３】

【数５】Ｖmax＝Ｖin・（Ｒ0＋ΔＲu）／（２Ｒ0＋ΔＲ
u−ΔＲd）

【００２４】

【数６】Ｖmin＝Ｖin・（Ｒ0−ΔＲd）／（２Ｒ0＋ΔＲ
u−ΔＲd）

【００２５】一般に、磁気トンネル効果素子において
は、ΔＲu≒ΔＲdであるので、ΔＲ＝ΔＲu＝ΔＲdとお
くと、数５，数６は、それぞれ、以下の数７及び数８に
変形される。

【００２６】

【数７】Ｖmax＝Ｖin・（１＋（ΔＲ／Ｒ0））／２

【００２７】

【数８】Ｖmin＝Ｖin・（１−（ΔＲ／Ｒ0））／２

【００２８】この場合、図１７の測定に用いた磁気トン
ネル効果素子を例にとると、最大値Ｖmaxは、図２のラ
インＤにて示したように０．５３３Ｖin〜０．５２５Ｖ
in程度となり、最小値Ｖminは図２のラインＥにて示し
たように０．４６８Ｖin〜０．４７５Ｖin程度となる。
従って、磁気遮蔽した磁気トンネル効果素子と磁気遮蔽
しない磁気トンネル効果素子とによりハーフブリッヂ回
路を構成した上記の場合と同様に、温度特性が改善され
るととともに、同場合よりも出力特性が向上する。ま
た、この磁気センサにおいても、ラインＣのように、外
部磁界の向きを検出するための閾値を上記環境温度の全
域に渡り設定することができるので、同磁気センサは外
部磁界の方向の変化を確実に検出し得るものとなる。

【００２９】本発明の他の特徴は、磁気トンネル効果素
子によりフルブリッジ回路を構成するものであって、同
フルブリッヂ回路の対向する位置にある磁気トンネル効
果素子については、その固定磁化層の固定された磁化の
向きが略同一向きとなり、且つ隣接する位置にある素子
については、その固定磁化層の固定された磁化の向きが
略反対の向きとなるように各磁気トンネル効果素子を配
設したものである。

【００３０】具体的には、本発明の他の特徴は、直流電
圧源と、磁化の向きが所定の向きに固定された固定磁化
層と磁化の向きが外部磁界に応じて変化する自由磁化層
と前記固定磁化層及び前記自由磁化層の間に挟まれた絶
縁層とを含んでなる第１乃至第４磁気トンネル効果素子
と、を備えた磁気センサにおいて、第１磁気トンネル効
果素子の固定磁化層の磁化の向きと第２磁気トンネル効
果素子の固定磁化層の磁化の向きとが略反対の向きとな
るように同第１及び第２磁気トンネル効果素子を配設す
るとともに同第１磁気トンネル効果素子と同第２磁気ト
ンネル効果素子とを各一端にて接続し、同第１磁気トン
ネル効果素子の他端と同第２磁気トンネル効果素子の他
端とを前記直流電圧源の正極と負極とにそれぞれ接続
し、第３磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向
きと第４磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向
きとが略反対の向きであって、同第３磁気トンネル効果
素子の固定磁化層の磁化の向きと前記第１磁気トンネル
効果素子の固定磁化層の磁化の向きとが略反対の向きと
なるように同第３及び同第４磁気トンネル効果素子を配
設するとともに同第３磁気トンネル効果素子と同第４磁
気トンネル効果素子とを各一端にて接続し、同第３磁気
トンネル効果素子の他端と同第４磁気トンネル効果素子
の他端とを前記直流電圧源の正極と負極とにそれぞれ接
続し、前記第１磁気トンネル効果素子と前記第２磁気ト
ンネル効果素子との接続個所と、前記第３磁気トンネル
効果素子と第４磁気トンネル効果素子との接続個所との
間の電位差を出力するように構成したことにある。

【００３１】この場合、上記フルブリッヂ回路全体を同
一基板上に形成してもよく、前記第１及び第２磁気トン
ネル効果素子からなる回路要素、または前記第３及び第
４磁気トンネル効果素子からなる回路要素を、同回路要
素単位で同一基板上に形成してもよい。また、第１〜第
４磁気トンネル効果素子の各々を異なる基板上に形成す
ることもできる。

【００３２】このように構成された磁気センサにおいて
は、図１３に示したように、第１及び第２磁気トンネル
効果素子の接続点と、第３及び第４磁気トンネル効果素
子の接続点との電位差が出力電圧Ｖoutとして出力さ
れ、前記磁気トンネル効果素子に外部磁界が加わってい
ない場合の同素子の抵抗値をＲ0、十分大きな外部磁界
であって、固定磁化層の磁化の向きと同一向き又は反対
向きの磁界が磁気トンネル効果素子に加わった場合の同
素子の抵抗変化分をそれぞれ−ΔＲd，ΔＲuとすると
き、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax、最小値Ｖminは下記
数９，数１０で表される。

【００３３】

【数９】 Ｖmax＝（ΔＲu＋ΔＲd）／（２Ｒ0＋ΔＲu−ΔＲd）

【００３４】

【数１０】 Ｖmin＝−（ΔＲu＋ΔＲd）／（２Ｒ0＋ΔＲu−ΔＲd）

【００３５】一般に、磁気トンネル効果素子において
は、ΔＲu≒ΔＲdであるので、ΔＲ＝ΔＲu＝ΔＲdとお
くと、数９，数１０は、それぞれ、以下の数１１及び数
１２に変形される。

【００３６】

【数１１】Ｖmax＝２・ΔＲ／Ｒ0

【００３７】

【数１２】Ｖmin＝−２・ΔＲ／Ｒ0

【００３８】図１７の測定例においては、このΔＲ／Ｒ
0の値は０．０６５〜０．０４９であって環境温度の変
化による影響が小さい。また、この傾向は磁気トンネル
効果素子に一般的である。従って、上記フルブリッヂ回
路の磁気センサは、温度特性が改善されたものとなる。
また、最大値Ｖmaxは正の値であり、最小値Ｖminは負の
値であり、それらの中央値は「０」である。従って、値
「０」を閾値とすることにより、外部磁界の向きの変化
を確実に検出しうる磁気センサが提供され得る。

【００３９】また、本発明の他の特徴は、磁化の向きが
所定の向きに固定された磁性層からなる固定磁化層と、
磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁性層からなる
自由磁化層と、前記固定磁化層と前記自由磁化層とに挟
まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子を複
数備えた磁気センサの製造方法において、前記固定磁化
層となるべき磁性層と、前記自由磁化層となるべき磁性
層と、前記両磁性層の間に挟まれた絶縁層とを含む積層
体を単一の基板上に複数形成する工程と、前記積層体の
うちの一つの積層体に対し磁気ヘッドにより磁界を与
え、同積層体の前記固定磁化層となるべき磁性層の磁化
の向きが所定の向きとなるように同磁性層を磁化する工
程と、前記積層体のうちの他の積層体に対し磁気ヘッド
により磁界を与え、同積層体の前記固定磁化層となるべ
き磁性層の磁化の向きが前記所定の向きと略反対の向き
となるように同磁性層を磁化する工程とを含んだことに
ある。

【００４０】この製造方法によれば、固定磁化層の磁化
の向きが反対の向きとなっている上記磁気センサを単一
基板上に容易に製造することができる。

【００４１】また、本発明の他の特徴は、磁化の向きが
所定の向きに固定された磁性層からなる固定磁化層と、
磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁性層からなる
自由磁化層と、前記固定磁化層と前記自由磁化層とに挟
まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子を複
数備えた磁気センサの製造方法において、前記固定磁化
層となるべき磁性層と、前記自由磁化層となるべき磁性
層と、前記両磁性層の間に挟まれた絶縁層とを含む積層
体を単一の基板上に複数形成する工程と、前記複数の積
層体の全体に対して所定の向きの磁界を与えて同複数の
積層体の前記固定磁化層となるべき磁性層を磁化する工
程と、前記積層体のうちの少なくとも一つの積層体を磁
気遮蔽した後に前記複数の積層体の全体に対して前記所
定の向きとは略反対の向きの磁界を与えて前記磁気遮蔽
されていない積層体の前記固定磁化層となるべき磁性層
を再度磁化する工程とを含んだことにある。

【００４２】この製造方法によっても、固定磁化層の磁
化の向きが反対の向きとなっている上記磁気センサを単
一基板上に容易に製造することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による磁気トンネル
効果素子を用いた磁気センサの各実施形態について、同
各実施形態に共通に使用される磁気トンネル効果素子か
ら説明する。図１４は、かかる磁気トンネル効果素子の
一部を示す概略断面図であり、図１５及び図１６は、図
１４に対応した磁気トンネル効果素子の概略平面図であ
る。

【００４４】この磁気トンネル効果素子は、例えばＳｉ
Ｏ₂／Ｓｉ、ガラス又は石英からなる基板１０を備えて
いる。基板１０上には、平面形状を長方形状にした複数
の下部電極１１が横方向に所定の間隔を隔てて一列に配
置されており、下部電極１１は、導電性非磁性金属材料
であるＣｒ（又はＴｉ）により膜厚１０ｎｍ程度に形成
されている。各下部電極１１上には、同下部電極１１と
同一平面形状に形成され、ＣｏＣｒ系金属（例えば、Ｃ
ｏＰｔＣｒ）からなり膜厚３０ｎｍ程度の強磁性膜１２
がそれぞれ積層されている。強磁性膜１２は、図１６の
矢印方向に磁化されている。

【００４５】各強磁性膜１２上には、膜厚５ｎｍ程度の
ＮｉＦｅからなる一対の強磁性膜１３，１３が間隔を隔
てて積層されている。この強磁性膜１３，１３は、平面
視において長方形状（例えば、２０×１２μｍ）を有
し、その各長辺が平行に対向されるとともに、各短辺は
前記強磁性膜１２の磁化方向と同一となるように配置さ
れている。この強磁性膜１３は、強磁性膜１２と協働し
て磁化の向きが固定された硬質磁性の磁性膜である固定
磁化層（固着層）を構成するものであり、強磁性膜１２
の磁化により、図１６に示すように短辺方向に磁化され
ている。

【００４６】各強磁性膜１３の上には、同強磁性膜１３
と同一平面形状を有する絶縁層１４が形成されている。
絶縁層１４は、絶縁材料であるＡｌ₂Ｏ₃からなり、その
膜厚は３〜４ｎｍ程度となるように形成されている。

【００４７】絶縁層１４の上には、同絶縁層１４と同一
平面形状を有する強磁性膜１５が形成されている。この
強磁性膜１５は、絶縁層１４に接する膜厚２ｎｍ程度の
Ｃｏ膜を下層とし、同Ｃｏ膜に接する膜厚６０ｎｍ程度
のＮｉＦｅ膜を上層とする２層構造を有している。強磁
性膜１５は、その磁化の向きが外部磁界の向きに応じて
変化する軟質磁性の磁性膜である自由磁化層を構成し、
前記強磁性膜１２，１３からなる固定磁化層と前記絶縁
層１４とともに磁気トンネル接合構造を形成している。

【００４８】各強磁性膜１５の上には、同各強磁性膜１
５と同一平面形状のダミー膜１６がそれぞれ形成されて
いる。このダミー膜１６は、膜厚３０ｎｍ程度のＭｏ膜
からなる導電性非磁性金属材料によって構成されてい
る。

【００４９】基板１０、下部電極１１、強磁性膜１２，
１３、絶縁層１４、強磁性膜１５及びダミー膜１６を覆
う領域には、複数の下部電極１１及び強磁性膜１２をそ
れぞれ絶縁分離するとともに、各強磁性膜１２上に設け
た一対の強磁性膜１３、絶縁層１４、強磁性膜１５及び
ダミー膜１６をそれぞれ絶縁分離するための層間絶縁層
１７が設けられている。層間絶縁層１７は、例えばＳｉ
Ｏ₂からなり、その膜厚は２５０ｎｍ程度である。

【００５０】この層間絶縁膜１７には、各ダミー膜１６
上にてコンタクトホール１７ａがそれぞれ形成されてい
る。このコンタクトホール１７ａを埋設するとともに、
異なる下部電極１１及び強磁性膜１２上に設けた一対の
ダミー膜１６，１６の各一方間を互いに電気的に接続す
るように、例えば膜厚３００ｎｍのＡｌからなる上部電
極１８，１８がそれぞれ形成されている。このように、
下部電極１１及び強磁性膜１２と、上部電極１８とによ
り、隣り合う一対の磁気トンネル接合構造の各強磁性膜
１５，１５（各ダミー膜１６，１６）と各強磁性膜１
２，１２とをそれぞれ交互に順次電気的に接続して、固
定磁化層の磁化の向きが同一とされた複数の磁気トンネ
ル接合構造を直列に接続した磁気トンネル効果素子（磁
気トンネル効果素子群）が形成される。

【００５１】図１７は、上記基板１０上の２×２ｍｍ^２
の領域に、上述の磁気トンネル効果素子を５００個（１
個の磁気トンネル効果素子は、一組の固定磁化層、絶縁
層、自由磁化層を有する。従って、図１４では４個の磁
気トンネル効果素子が示されている。）形成し、これら
を電気的に直列接続した試料の温度特性を示す図であ
る。この図において、ラインＡ，Ｂ，Ｃは、環境温度を
それぞれ２５，９０，及び１５０℃に変化させた場合に
おける同試料の外部磁界に対する抵抗値の変化を示して
いる。図１７から理解されるように、外部磁界が大きく
異なっている場合であっても環境温度により試料の示す
抵抗値が同じになる場合があるので、このような試料を
そのまま磁気センサに用いることは困難である。

【００５２】次に、本発明による温度特性が改善された
磁気センサの各実施形態について個別に説明する。

【００５３】（第１実施形態）図１に示した第１実施形
態に係る磁気センサは、図１４における基板１０に相当
する基板３０上に形成された磁気トンネル効果素子３１
と、同基板３０上に形成され磁気遮蔽が施された磁気ト
ンネル効果素子３２とを備えている。磁気トンネル効果
素子３１，３２の各々は、図１４〜図１６に示したよう
に、同一構成からなる複数個（例えば、５００個）の磁
気トンネル効果素子を直列接続したものである。磁気ト
ンネル効果素子３１，３２を構成する前記複数の磁気ト
ンネル効果素子の各固定磁化層の磁化の向きは、総て同
一方向（図１に矢印にて示す方向）とされている。

【００５４】そして、この磁気センサは、磁気遮蔽され
ていない磁気トンネル効果素子３１と磁気遮蔽されてい
る磁気トンネル効果素子３２とを直列接続するととも
に、これに直流定電圧源３３を直列に接続し、磁気トン
ネル効果素子３２の両端電圧を出力電圧Ｖoutとして取
り出すハーフブリッヂ回路により構成されている。

【００５５】この磁気センサは、以下に述べる工程を経
て製造することができる。即ち、図１４に示した各層１
１〜１８に相当する層を有する積層体を基板３０上に形
成し、次いで上記ハーフブリッヂ回路を構成する。その
後、磁気トンネル効果素子３２となるべき積層体を軟磁
性体により被覆して同積層体に対し磁気遮蔽を施す。最
後に、全体に対して前記磁気遮蔽にて遮蔽できない程度
の強い磁場を付与することで前記積層体を磁化（着磁）
し、これにより、磁気トンネル効果素子３１，３２の固
定磁化層の磁化の向きを固定する。

【００５６】このように構成した磁気センサにおいて
は、磁気トンネル効果素子３２が磁気遮蔽されているこ
とから、同素子３２の抵抗値は外部磁界に関わらず一定
値Ｒ0である。一方、磁気トンネル効果素子３１に、同
素子３１の固定磁化層の磁化の向きと同じ向きの十分大
きな外部磁界が加わっている場合には、同素子３１の抵
抗値はＲ0−ΔＲdとなる。また、磁気トンネル効果素子
３１に、同素子３１の固定磁化層の磁化の向きと反対向
きの十分大きな外部磁界が加わっている場合には、同素
子３１の抵抗値はＲ0＋ΔＲuとなる。そこで、直流電圧
源３３の電圧をＶinとすると、出力電圧Ｖoutの最大値
Ｖmaxは、Ｖmax＝Ｖin／（２−（ΔＲd／Ｒ0））…（数
１）で表され、最小値Ｖminは、Ｖmin＝Ｖin／（２＋
（ΔＲu／Ｒ0））…（数２）で表される。

【００５７】ところで、磁気トンネル効果素子は、環境
温度が変化しても上記数１のΔＲd／Ｒ0、及び数２のΔ
Ｒu／Ｒ0の変化量が小さいという特性を有している。例
えば、図１７の測定例では、ΔＲd／Ｒ0、及びΔＲu／
Ｒ0は共に、環境温度２５，９０，及び１５０℃に対
し、それぞれ、０．０６５，０．０５６，及び０．０４
９程度である。従って、環境温度２５，９０，及び１５
０℃に対し、上記磁気センサの出力電圧Ｖoutの最大値
Ｖmaxは、それぞれ略０．５１６Ｖin，０．５１４Ｖi
n，及び０．５１３Ｖinとなる。また、環境温度２５，
９０，及び１５０℃に対し、上記磁気センサの出力電圧
Ｖoutの最小値Ｖminは、それぞれ略０．４８４Ｖin，
０．４８６Ｖin，及び０．４８８Ｖinである。即ち、環
境温度が変化した場合であっても、上記磁気センサの出
力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxは０．５１Ｖin程度の略一定
値となり、出力電圧Ｖoutの最小値Ｖminは、０．４８Ｖ
in程度の略一定値となる。従って、上記特徴を有する磁
気センサは、温度特性が良好なものとなっている。

【００５８】また、この磁気センサの環境温度に対する
出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax、最小値Ｖminを図示した
図２から理解されるように、最大値Ｖmax（ラインＡ）
と最小値Ｖmin（ラインＢ）は、上記環境温度の全域に
渡り同一の値となることがない。これにより、外部磁界
の方向の変化を検出するための閾値（外部磁界が「０」
であるときの出力電圧Ｖoutに相当する値）を、ライン
Ｃにて示したように上記環境温度の全域に渡り設定する
ことができる。従って、上記磁気センサは、環境温度が
広い範囲で変化した場合においても、外部磁界の方向の
変化を確実に検出し得るものとなっている。

【００５９】（第１実施形態の変形例）第１実施形態の
変形例は、図１において破線にて示したように、磁気遮
蔽された磁気トンネル効果素子３２の両端電圧を出力電
圧Ｖoutとする代わりに、磁気トンネル効果素子３１の
両端電圧を出力電圧Ｖ´outとしたものであり、他の部
分については第１実施形態と同一である。

【００６０】この場合においては、出力電圧Ｖ´outの
最大値Ｖ´max及び最小値Ｖ´minは、直流定電圧源３３
の電圧Ｖinから上記数２の最小値Ｖmin及び数１の最大
値Ｖmaxをそれぞれ減じた値となる。従って、このよう
に出力を取り出した場合においても、出力電圧Ｖ´out
の最大値Ｖ´max及び最小値Ｖ´minは環境温度に関わら
ず略一定値となる。即ち、この磁気センサは、温度特性
が改善されており、また、外部磁界の方向の変化を精度
よく検出し得る。

【００６１】（第２実施形態）図３に示した第２実施形
態に係る磁気センサは、図１４における基板１０に相当
する基板４０上に形成された磁気トンネル効果素子４
１，４４と、同基板４０上に形成され磁気遮蔽が施され
た磁気トンネル効果素子４２，４３とを備えている。磁
気トンネル効果素子４１〜４４の各々は、図１４〜図１
６に示したように、同一構成からなる複数個（例えば、
５００個）の磁気トンネル効果素子を直列接続したもの
であり、磁気トンネル効果素子４１〜４４の各々を構成
する前記複数の磁気トンネル効果素子の各固定磁化層の
磁化の向きは、総て同一方向（図３に矢印にて示す方
向）に固定されている。

【００６２】そして、この磁気センサにおいては、磁気
遮蔽されていない磁気トンネル効果素子４１の一端と磁
気遮蔽されている磁気トンネル効果素子４２の一端とが
接続されて一の回路要素が構成され、磁気遮蔽されてい
る磁気トンネル効果素子４３の一端と磁気遮蔽されてい
ない磁気トンネル効果素子４４の一端とが接続されて他
の回路要素が構成され、この一対の回路要素が直流定電
圧源４５に接続されてフルブリッジ回路を構成してい
る。

【００６３】即ち、磁気トンネル効果素子４１の他端と
磁気トンネル効果素子４２の他端は、直流定電圧源４５
の正極と負極とにそれぞれ接続され、磁気トンネル効果
素子４３の他端と磁気トンネル効果素子４４の他端は、
直流定電圧源４５の正極と負極とにそれぞれ接続されて
いる。また、磁気トンネル効果素子４１の固定磁化層の
固定された磁化の向きと磁気トンネル効果素子４４の固
定磁化層の固定された磁化の向きとが略同一となるよう
に、磁気トンネル効果素子４１，４４が配設されてい
る。そして、磁気トンネル効果素子４１と磁気トンネル
効果素子４２との接続点の電位と、磁気トンネル効果素
子４３と磁気トンネル効果素子４４との接続点の電位と
が取出され、これらの接続点の電位差が磁気センサの出
力電圧Ｖoutとなるように構成されている。

【００６４】この磁気センサは、図１４に示した各層１
１〜１８に相当する層を有する積層体を基板４０上に形
成し、これらの積層体を上述のように接続してフルブリ
ッヂ回路を構成し、その後、磁気トンネル効果素子４
２，４３となるべき積層体を軟磁性体により被覆して磁
気遮蔽を施し、最後に全体に対して前記磁気遮蔽にて遮
蔽できない程度の強い磁場を付与することで前記積層体
を磁化し、これにより、磁気トンネル効果素子４１〜４
４の固定磁化層の磁化の向きを固定することで製造す
る。

【００６５】このように構成した磁気センサにおいて
は、磁気トンネル効果素子４２，４３が磁気遮蔽されて
いることから、同素子４２，４３の抵抗値は外部磁界に
関わらず一定値Ｒ0である。一方、磁気トンネル効果素
子４１，４４に外部磁界が加わっていない場合には、同
素子４１，４４の抵抗値もＲ0となる。また、磁気トン
ネル効果素子４１，４４に、これらの素子の固定磁化層
の磁化の向きと同一又は反対向きの十分大きな外部磁界
が加わると、同素子４１，４４の抵抗値は、それぞれＲ
0−Ｒd又はＲ0＋Ｒuとなる。このとき、出力電圧Ｖout
の最大値Ｖmaxは、Ｖmax＝Ｖin／（１＋２・（Ｒ0／Δ
Ｒu））…（数３）、最小値Ｖminは、Ｖmin＝Ｖin／
（１−２・（Ｒ0／ΔＲd））…（数４）で表される。

【００６６】数３、数４、及び図１７の測定によれば、
環境温度が２５〜１５０℃の範囲で変化するとき、最大
値Ｖmaxは０．０３１７Ｖin〜０．０２３９Ｖinの間で
変化する。一方、最小値Ｖminは、−０．０３３９Ｖin
〜−０．０２３９Ｖinの間で変化する。即ち、上記構成
によれば、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖmin
との差（０．０６５６Ｖin〜０．０４７８Ｖin）に対し
て、同出力電圧Ｖoutの環境温度による変動（例えば、
最大値Ｖmaxの環境温度変化による変動分＝０．０３１
７Ｖin−０．０２３９Ｖin＝０．００７８Ｖin、最小値
Ｖminの環境温度による変動分＝０．０２３９Ｖin−
０．０３３９Ｖin＝０．０１０Ｖin）が十分小さい。こ
れに対し、図１７の測定に用いた試料の抵抗値の最大値
Ｒmaxと最小値Ｒminとの差ΔＲmm（略０．１５〜０．２
０Ω）は、環境温度による抵抗値の変動分（０．１３〜
０．２０Ω）と同程度である。以上から、第２実施形態
に係る磁気センサは温度特性が改善されたものとなって
いることが理解される。また、磁気トンネル効果素子
は、一般に図１７に示したようなオーダーの抵抗変化特
性を有する。従って、上記構成の磁気センサは、結果と
して温度特性が改善されたものとなる。

【００６７】図４は、上記図１７の測定に用いた磁気ト
ンネル効果素子により上記フルブリッヂ回路を構成した
場合における環境温度に対する出力電圧Ｖoutの最大値
Ｖmax（ラインＡ）と最小値Ｖmin（ラインＢ）を示した
図である。図４から理解されるように、温度特性が改善
された結果、環境温度の変化があったとしても出力電圧
Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが同一の値をとる
ことがない。これにより、外部磁界の方向の変化を検出
するための閾値を、上記環境温度の全域に渡り設定する
ことができる（ラインＣ参照）。即ち、上記フルブリッ
ヂの磁気センサは、環境温度が広い範囲で変化した場合
においても、外部磁界の方向の変化を確実に検出し得る
ものとなっている。

【００６８】（第３実施形態）図５に示した第３実施形
態に係る磁気センサは、図１４における基板１０に相当
する基板５０上に形成された磁気トンネル効果素子５
１，５２を備えている。磁気トンネル効果素子５１，５
２の各々は、図１４〜図１６に示したように、同一構成
からなる複数個（例えば、５００個）の磁気トンネル効
果素子を直列接続したものである。各磁気トンネル効果
素子５１，５２を構成する前記複数の磁気トンネル効果
素子の各固定磁化層の磁化の向きは、素子５１，５２の
各々において総て同一方向（図５に矢印にて示す方向）
とされている。また、磁気トンネル効果素子５１の固定
磁化層の磁化の向きと、磁気トンネル効果素子５２の固
定磁化層の磁化の向きとは互いに反対向きとなるよう
に、同素子５１，５２が配設されている。

【００６９】そして、この磁気センサは、磁気トンネル
効果素子５１と磁気トンネル効果素子５２とを直列接続
するとともに、これに直流定電圧源５３を直列に接続
し、磁気トンネル効果素子５２の両端電圧を出力電圧Ｖ
outとして取出すハーフブリッヂ回路により構成されて
いる。

【００７０】この磁気センサは以下に述べる工程を経て
製造することができる。即ち、図６に平面図を、図７に
正面図を示したように、図１４に示した各層１１〜１８
に相当する層を有する一対の積層体５１ａ，５２ａを基
板５０上に形成し、ハーフブリッヂ回路を構成するべく
導電膜５４により同一対の積層体５１ａ，５２ａを接続
するとともに、前記直流定電圧源５３と接続するための
電極５５，５６を形成する。次いで、図８に示したよう
に、積層体５１ａに対し磁気ヘッドＭＨを用いて磁場を
付与し、同積層体５１ａの固定磁化層を磁化し、同磁化
の向きを所定の向き（図８においては右向き）に固定す
る。次いで、図９に示したように、積層体５２ａに対し
磁気ヘッドＭＨを用いて図８に示した磁場とは反対の向
きの磁場を付与し、同積層体５２ａの固定磁化層を磁化
し、同磁化の向きを前記所定の向きとは反対の向き（図
８においては左向き）に固定する。

【００７１】また、この磁気センサは、以下に述べる工
程を経て製造することも可能である。即ち、先ず図１０
（Ａ）に示したように、単一の基板５０上に図１４に示
した各層からなる一対の積層体５１ａ，５２ａを形成す
る。次いで、図１０（Ｂ）に示したように、全体に一様
な磁場を付与して、積層体５１ａ，５２ａの固定磁化層
を同一向き（図１０（Ｂ）において右向き）に磁化し、
その後、図１０（Ｃ）に示したように、積層体５２ａを
軟磁性体Ｓにより被覆して磁気遮蔽する。そして、図１
０（Ｄ）に示したように、全体に対し図１０（Ｂ）に矢
印にて示した磁場とは反対向きの磁場（上記磁気遮蔽に
より遮蔽される程度の強さの磁場）を付与する。この結
果、磁気遮蔽されていない積層体５１ａの固定磁化層の
磁化の向きが磁気遮蔽された積層体５２ａの固定磁化層
の磁化の向きと反対向きとなる。最後に、図１０（Ｅ）
に示したように磁気遮蔽Ｓを除去する。これにより、互
いに固定磁化層の磁化の向きが反対向きである磁気トン
ネル効果素子５１，５２を得て、その後これらを電気的
に直列接続する。

【００７２】上記第３実施形態の磁気センサにおいて
は、外部磁界の大きさが「０」のときは、両磁気トンネ
ル効果素子５１，５２の抵抗値は共にＲ0となる。ま
た、外部磁界の向きが磁気トンネル効果素子５２の固定
磁化層の磁化の向きと同一（図５において下向き）であ
るときは、磁気トンネル効果素子５１，５２の抵抗値
は、それぞれＲ0＋ΔＲu，Ｒ0−ΔＲdとなる。他方、外
部磁界の向きが磁気トンネル効果素子５１の固定磁化層
の磁化の向きと同一（図５において上向き）であるとき
は、磁気トンネル効果素子５１，５２の抵抗値は、それ
ぞれＲ0−ΔＲd，Ｒ0＋ΔＲuとなる。従って、出力電圧
Ｖoutの最大値Ｖmaxは、Ｖmax＝Ｖin・（Ｒ0＋ΔＲu）
／（２Ｒ0＋ΔＲu−ΔＲd）…（数５）となり、出力電
圧Ｖoutの最小値Ｖminは、Ｖmin＝Ｖin・（Ｒ0−ΔＲ
d）／（２Ｒ0＋ΔＲu−ΔＲd）…（数６）となる。ま
た、一般に、磁気トンネル効果素子においては、ΔＲu
≒ΔＲdであるので、ΔＲ＝ΔＲu＝ΔＲdとおくと、数
５，数６は、それぞれ、Ｖmax＝Ｖin・（１＋（ΔＲ／
Ｒ0））／２…（数７）、Ｖmin＝Ｖin・（１−（ΔＲ／
Ｒ0））／２…（数８）と変形される。

【００７３】この場合、図１７の測定に用いた磁気トン
ネル効果素子を例にとると、最大値Ｖmaxは、図２のラ
インＤにて示したように０．５３３Ｖin〜０．５２５Ｖ
in程度となり、最小値Ｖminは図２のラインＥにて示し
たように０．４６８Ｖin〜０．４７５Ｖin程度となる。
従って、磁気遮蔽した磁気トンネル効果素子と磁気遮蔽
しない磁気トンネル効果素子とによりハーフブリッヂ回
路を構成した第１実施形態の場合と同様に、温度特性が
改善されるととともに、同場合よりも出力特性が向上す
る。また、この磁気センサにおいても、ラインＣのよう
に、外部磁界の向きを検出するための閾値を上記環境温
度の全域に渡り設定することができるので、同磁気セン
サは外部磁界の方向の変化を確実に検出し得るものとな
っている。

【００７４】図１９は、図１７の測定に用いた試料（以
下、試料Ｘ）と同一構成の試料Ｙを試料Ｘと同一の基板
上に形成し、上述の磁気ヘッドＭＨを用いた方法で試料
Ｘ，Ｙの固定磁化層の着磁を行い、試料Ｙの固定磁化層
の磁化の向きを試料Ｘのそれとは反対の向きに磁化した
試料Ｙの外部磁界に対する抵抗値の変化を示している。
この場合、試料Ｘ，試料Ｙの各固定磁化層の着磁が理想
的に行われれば、両者の特性は同一（同一の大きさの外
部磁界で方向が反対の磁界が加わったときの抵抗値が同
一）となるはずであるが、図１７，図１９から解るよう
に、試料Ｘ，Ｙの特性は異なっている。このことは、磁
気トンネル効果素子そのものを磁気センサとして利用す
ると、製造誤差により検出精度が低下することを意味し
ている。

【００７５】図２０は、上記試料Ｘ，Ｙを上記第３実施
形態の磁気トンネル効果素子５１，５２にそれぞれ採用
し、直流定電圧源５３の電圧を１Ｖとした場合における
環境温度２５，９０及び１５０℃での磁気センサの出力
特性を示している。図２０から解るように、外部磁界
「０」における出力電圧Ｖoutは一定である。即ち、こ
のように構成した磁気センサは、試料Ｘ，Ｙのバランス
が崩れている場合であっても、精度良く外部磁界「０」
（即ち、磁界の方向）を検出することができる。また、
外部磁界の絶対値が大きい場合であっても、その出力電
圧の環境温度による変動は小さいことが解る。即ち、第
３実施形態に係る磁気センサは、温度特性が改善された
ものとなっている。

【００７６】（第３実施形態の変形例）図１１に示した
第３実施形態に係る磁気センサの変形例は、磁気トンネ
ル効果素子５１，５２が、それぞれ別の基板５０ａ，５
０ｂの上に形成されてなるものである。この磁気センサ
の特性は第３実施形態と同じである。

【００７７】この変形例に係る磁気センサは、以下に述
べる工程を経て製造する。即ち、図１２（Ａ）に示した
ように、まず同一基板５０ａ上に図１４に示した各層か
らなる一対の積層体５１ａ，５２ａを形成する。このと
き、積層体５１ａ，５２ａの電極５１ｂ，５２ｂを互い
に対向する位置に設けておく。即ち、積層体５１ａ，５
２ａの向きが反対となるように、同積層体を形成する。
そして、全体に対して一様な外部磁界を付与して積層体
５１ａ，５２ａの固定磁化層を磁化する。この時点で、
磁気トンネル効果素子５１，５２が得られる。次に、図
１２（Ｂ）に示したように、基板５０ａを基板５０ｂと
基板５０ｃに切断して磁気トンネル効果素子５１，５２
を分離する。最後に、図１２（Ｃ）に示したように、回
路基板５０ｄ上に電極５１ｂ，５２ｂの向きが同じ向き
となるように磁気トンネル効果素子５１，５２を配設し
て固定し、最後に各電極５１ｂ，５２ｂを図示したよう
にワイヤにより接続して上記ハーフブリッヂ回路を構成
する。

【００７８】なお、第３実施形態及びその変形例におい
ても、第１実施形態の場合と同様に、磁気トンネル効果
素子群５２の両端電圧を出力電圧Ｖoutとする代わり
に、磁気トンネル効果素子５１の両端電圧を出力電圧Ｖ
´outとすることもできる。

【００７９】（第４実施形態）図１３に示した第４実施
形態に係る磁気センサは、図１４における基板１０に相
当する基板６０上に形成された第１〜第４磁気トンネル
効果素子６１〜６４を備えている。第１〜第４磁気トン
ネル効果素子６１〜６４の各々は、図１４〜図１６に示
したように、同一構成からなる複数個（例えば、５００
個）の磁気トンネル効果素子を直列接続したものであ
り、第１〜第４磁気トンネル効果素子６１〜６４の各々
を構成する前記直列接続された複数の磁気トンネル効果
素子の固定磁化層の磁化の向きは、同第１〜第４磁気ト
ンネル効果素子６１〜６４の各々において総て同一向き
に固定されている。また、第１磁気トンネル効果素子６
１の固定磁化層の磁化の向きと、第２磁気トンネル効果
素子６２の固定磁化層の磁化の向きは反対向きとなって
おり、第３磁気トンネル効果素子６３の固定磁化層の磁
化の向きと、第４磁気トンネル効果素子６４の固定磁化
層の磁化の向きは反対向きとなっている。さらに、第１
磁気トンネル効果素子６１の固定磁化層の磁化の向き
と、第４磁気トンネル効果素子６４の固定磁化層の磁化
の向きは同一向きとなっており、第２磁気トンネル効果
素子６２の固定磁化層の磁化の向きと、第３磁気トンネ
ル効果素子６３の固定磁化層の磁化の向きは同一向きと
なっている。

【００８０】そして、この第４実施形態に係る磁気セン
サにおいては、第１〜第４磁気トンネル効果素子６１〜
６４によりフルブリッヂ回路が構成されている。具体的
には、第１磁気トンネル効果素子６１の一端と第２磁気
トンネル効果素子６２の一端とが接続され、同第１磁気
トンネル効果素子６１の他端と同第２磁気トンネル効果
素子６２の他端とが直流定電圧源６５の正極と負極とに
それぞれ接続されている。また、第３磁気トンネル効果
素子６３の一端と第４磁気トンネル効果素子６４の一端
とが接続され、同第３磁気トンネル効果素子６３の他端
と同第４磁気トンネル効果素子６４の他端とが直流定電
圧源６５の正極と負極とにそれぞれ接続されている。ま
た、第１磁気トンネル効果素子６１と第２磁気トンネル
効果素子６２との接続点の電位と、第３磁気トンネル効
果素子６３と第４磁気トンネル効果素子６４との接続点
の電位とが取出され、これらの接続点の電位差が磁気セ
ンサの出力電圧Ｖoutとなるように構成されている。

【００８１】この磁気センサは、上記第３実施形態にお
いて説明した方法と同様な方法により製造することが可
能である。即ち、同一基板６０上に後に上記第１〜第４
磁気トンネル効果素子６１〜６４とされる積層体を形成
し、これらを上記フルブリッヂ回路とすべく電気的に接
続し、次いで、図８，図９に示した方法と同様に、各積
層体に対し磁気ヘッドを用いて磁場を付与し、同積層体
の各固定磁化層を磁化する。なお、固定磁化層の磁化に
ついては、図１９に示した方法と同様な方法を採用する
こともできる。

【００８２】上記第４実施形態の磁気センサにおいて
は、外部磁界の大きさが「０」のときは、両磁気トンネ
ル効果素子６１〜６４の抵抗値は総てＲ0となる。ま
た、外部磁界の向きが第１，第４磁気トンネル効果素子
６１，６４の固定磁化層の磁化の向きと反対向き（図１
３において下向き）であるときは、第１，第４磁気トン
ネル効果素子６１，６４の抵抗値はＲ0＋ΔＲuとなり、
第２，第３磁気トンネル効果素子６２，６３の抵抗値は
Ｒ0−ΔＲdとなる。他方、外部磁界の向きが第１，第４
磁気トンネル効果素子６１，６４の固定磁化層の磁化の
向きと同一向き（図１３において上向き）であるとき
は、第１，第４磁気トンネル効果素子６１，６４の抵抗
値はＲ0−ΔＲdとなり、第２，第３磁気トンネル効果素
子６２，６３の抵抗値はＲ0＋ΔＲuとなる。また、一般
に、磁気トンネル効果素子においては、ΔＲu≒ΔＲdで
あるので、ΔＲ＝ΔＲu＝ΔＲdとおくと、出力電圧Ｖou
tの最大値Ｖmaxは、Ｖmax＝２・ΔＲ／Ｒ0…（数１
１）、最小値Ｖminは、Ｖmin＝−２・ΔＲ／Ｒ0…（数
１２）となる。

【００８３】図１７の測定例においては、ΔＲ／Ｒ0の
値は０．０６５〜０．０４９であり、環境温度の変化に
よる影響が小さい。また、この特性は磁気トンネル効果
素子に共通するものである。従って、上記第４実施形態
の磁気センサは温度特性が改善されたものとなってい
る。また、最大値Ｖmaxは正の値であり、最小値Ｖminは
負の値であり、それらの中央値は「０」である。従っ
て、値「０」を閾値とすることにより、温度が大きく変
わる環境において、外部磁界の向きの変化を確実に検出
し得る磁気センサが提供される。

【００８４】以上に説明したように、本発明の各実施形
態（及び変形例）によれば、単一の磁気トンネル効果素
子群の抵抗変化を検出する場合に比べて、温度特性が改
善された磁気センサが提供される。また、出力電圧Ｖou
tの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが環境温度の変化しう
る全域において同一の値をとることがないので、外部磁
界の方向を検出するための一定の閾値をこれらの間に設
定することができる。この結果、外部磁界をメディア
（磁気媒体）や磁石ロータなどで変化させて磁気情報、
或いは物体の回転を検出するセンサに好適なセンサが提
供された。

【００８５】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用
することができる。例えば、上記各実施形態の多くにお
いては、同一基板上に総ての磁気トンネル効果素子を形
成したが、第３実施形態の変形例と同様に、個別の基板
上に各磁気トンネル効果素子群を形成し、これらをワイ
ヤにより接続して各ブリッヂ回路を構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る磁気センサの概
略平面図である。

【図２】 第１実施形態及び第３実施形態に係る磁気セ
ンサの外部磁界に対する出力電圧を環境温度に対して示
した図である。

【図３】 本発明の第２実施形態に係る磁気センサの概
略平面図である。

【図４】 図３に示した磁気センサの外部磁界に対する
出力電圧を環境温度に対して示した図である。

【図５】 本発明の第３実施形態に係る磁気センサの概
略平面図である。

【図６】 図５に示した磁気センサの一製造方法の工程
を示す図である。

【図７】 図５に示した磁気センサの一製造方法の工程
を示す図である。

【図８】 図５に示した磁気センサの一製造方法の工程
を示す図である。

【図９】 図５に示した磁気センサの一製造方法の工程
を示す図である。

【図１０】 図５に示した磁気センサの他の製造方法を
工程順に示す図である。

【図１１】 本発明の第３実施形態の変形例に係る磁気
センサの概略平面図である。

【図１２】 図１１に示した磁気センサの製造方法を工
程順に示す図である。

【図１３】 本発明の第４実施形態に係る磁気センサの
概略平面図である。

【図１４】 本発明の各実施形態において使用される磁
気トンネル効果素子の一部を示す概略断面図である。

【図１５】 図１４に示した磁気トンネル効果素子の層
間絶縁膜及び基板を省略した同素子の概略平面図であ
る。

【図１６】 図１４に示した磁気トンネル効果素子の固
定磁化層を形成する強磁性膜の概略平面図である。

【図１７】 ある磁気トンネル効果素子の外部磁界に対
する抵抗変化を環境温度別に示す図である。

【図１８】 図１７の結果を得た磁気トンネル効果素子
の抵抗値の最大値及び最小値の環境温度に対する変化を
示す図である。

【図１９】 図１７の結果を得た磁気トンネル効果素子
と同一基板上に形成した磁気トンネル効果素子の外部磁
界に対する抵抗変化を環境温度別に示す図である。

【図２０】 図１７，図１８の結果を得た磁気トンネル
効果素子群により図５に示した磁気センサを構成した場
合における、同磁気センサの外部磁界に対する出力電圧
を環境温度別に示した図である。

【符号の説明】

１０，３０，４０，５０，６０…基板、１１…下部電
極、１２…強磁性膜、１３…強磁性膜、１４…絶縁層、
１５…強磁性膜、１６…ダミー膜、１７…層間絶縁膜、
１８…上部電極、３１，３２，４１〜４４，５１，５
２，６１〜６４…磁気トンネル効果素子、３３，４５，
５３，６５…直流定電圧源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 明 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 飯島 健三郎 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 望月 修 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA03 AB05 AC01 AC04 AD55 AD63 AD65 BA09 5D034 BA04 BB02 BB14 CA03 CA08 DA07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電圧源と、磁化の向きが所定の向きに
   固定された固定磁化層と磁化の向きが外部磁界に応じて
   変化する自由磁化層と前記固定磁化層及び前記自由磁化
   層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効
   果素子と、を備えた磁気センサにおいて、 前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽されたもの
   と、前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽されて
   いないものと、前記直流電圧源とを直列に接続し、前記
   磁気トンネル効果素子の何れかの素子の両端電圧を出力
   するように構成したことを特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】直流電圧源と、磁化の向きが所定の向きに
   固定された固定磁化層と磁化の向きが外部磁界に応じて
   変化する自由磁化層と前記固定磁化層及び前記自由磁化
   層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効
   果素子と、を備えた磁気センサにおいて、 前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽されたもの
   の一端と前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽さ
   れていないものの一端とを接続してなる回路要素を一対
   備え、前記一対の回路要素の前記各磁気遮蔽されていな
   い磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きが略
   同一となるように同一対の回路要素を配設するととも
   に、前記一対の回路要素のうちの一の回路要素の前記磁
   気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の他端と前記
   磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子の他端とを前記直
   流電圧源の正極と負極とにそれぞれ接続し、前記一対の
   回路要素のうちの他の回路要素の前記磁気遮蔽されてい
   ない磁気トンネル効果素子の他端と前記磁気遮蔽された
   磁気トンネル効果素子の他端とを前記直流電圧源の負極
   と正極とにそれぞれ接続し、前記一対の回路要素の前記
   磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子と前記磁気遮蔽さ
   れていない磁気トンネル効果素子との各接続個所間の電
   位差を出力するように構成したことを特徴とする磁気セ
   ンサ。
3. 【請求項３】直流電圧源と、磁化の向きが所定の向きに
   固定された固定磁化層と磁化の向きが外部磁界に応じて
   変化する自由磁化層と前記固定磁化層及び前記自由磁化
   層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる少なくとも二つ
   の磁気トンネル効果素子と、を備えた磁気センサにおい
   て、 前記磁気トンネル効果素子のうちの一の磁気トンネル効
   果素子の固定磁化層の磁化の向きと前記磁気トンネル効
   果素子のうちの他の磁気トンネル効果素子の固定磁化層
   の磁化の向きとが略反対の向きとなるように同両磁気ト
   ンネル効果素子を配設し、前記一の磁気トンネル効果素
   子と、前記他の磁気トンネル効果素子と、前記直流電圧
   源とを直列に接続し、前記磁気トンネル効果素子の何れ
   かの素子の両端電圧を出力するように構成したことを特
   徴とする磁気センサ。
4. 【請求項４】請求項３に記載の磁気センサにおいて、 前記一の磁気トンネル効果素子と前記他の磁気トンネル
   効果素子とが同一基板上に形成されてなることを特徴と
   する磁気センサ。
5. 【請求項５】直流電圧源と、磁化の向きが所定の向きに
   固定された固定磁化層と磁化の向きが外部磁界に応じて
   変化する自由磁化層と前記固定磁化層及び前記自由磁化
   層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる第１乃至第４磁
   気トンネル効果素子と、を備えた磁気センサにおいて、 第１磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きと
   第２磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きと
   が略反対の向きとなるように同第１及び第２磁気トンネ
   ル効果素子を配設するとともに同第１磁気トンネル効果
   素子と同第２磁気トンネル効果素子とを各一端にて接続
   し、同第１磁気トンネル効果素子の他端と同第２磁気ト
   ンネル効果素子の他端とを前記直流電圧源の正極と負極
   とにそれぞれ接続し、 第３磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きと
   第４磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きと
   が略反対の向きであって、同第３磁気トンネル効果素子
   の固定磁化層の磁化の向きと前記第１磁気トンネル効果
   素子の固定磁化層の磁化の向きとが略反対の向きとなる
   ように同第３及び同第４磁気トンネル効果素子を配設す
   るとともに同第３磁気トンネル効果素子と同第４磁気ト
   ンネル効果素子とを各一端にて接続し、同第３磁気トン
   ネル効果素子の他端と同第４磁気トンネル効果素子の他
   端とを前記直流電圧源の正極と負極とにそれぞれ接続
   し、前記第１磁気トンネル効果素子と前記第２磁気トン
   ネル効果素子との接続個所と、前記第３磁気トンネル効
   果素子と第４磁気トンネル効果素子との接続個所との間
   の電位差を出力するように構成したことを特徴とする磁
   気センサ。
6. 【請求項６】請求項５に記載の磁気センサにおいて、 前記第１及び第２磁気トンネル効果素子からなる回路要
   素、または前記第３及び第４磁気トンネル効果素子から
   なる回路要素の少なくとも一つの回路要素が同一基板上
   に形成されてなることを特徴とする磁気センサ。
7. 【請求項７】磁化の向きが所定の向きに固定された磁性
   層からなる固定磁化層と、磁化の向きが外部磁界に応じ
   て変化する磁性層からなる自由磁化層と、前記固定磁化
   層と前記自由磁化層とに挟まれた絶縁層とを含んでなる
   磁気トンネル効果素子を複数備えた磁気センサの製造方
   法において、 前記固定磁化層となるべき磁性層と、前記自由磁化層と
   なるべき磁性層と、前記両磁性層の間に挟まれた絶縁層
   とを含む積層体を単一の基板上に複数形成する工程と、 前記積層体のうちの一つの積層体に対し磁気ヘッドによ
   り磁界を与え、同積層体の前記固定磁化層となるべき磁
   性層の磁化の向きが所定の向きとなるように同磁性層を
   磁化する工程と、 前記積層体のうちの他の積層体に対し磁気ヘッドにより
   磁界を与え、同積層体の前記固定磁化層となるべき磁性
   層の磁化の向きが前記所定の向きと略反対の向きとなる
   ように同磁性層を磁化する工程とを含んだことを特徴と
   する磁気センサの製造方法。
8. 【請求項８】磁化の向きが所定の向きに固定された磁性
   層からなる固定磁化層と、磁化の向きが外部磁界に応じ
   て変化する磁性層からなる自由磁化層と、前記固定磁化
   層と前記自由磁化層とに挟まれた絶縁層とを含んでなる
   磁気トンネル効果素子を複数備えた磁気センサの製造方
   法において、 前記固定磁化層となるべき磁性層と、前記自由磁化層と
   なるべき磁性層と、前記両磁性層の間に挟まれた絶縁層
   とを含む積層体を単一の基板上に複数形成する工程と、 前記複数の積層体の全体に対して所定の向きの磁界を与
   えて同複数の積層体の前記固定磁化層となるべき磁性層
   を磁化する工程と、 前記積層体のうちの少なくとも一つの積層体を磁気遮蔽
   した後に前記複数の積層体の全体に対して前記所定の向
   きとは略反対の向きの磁界を与えて前記磁気遮蔽されて
   いない積層体の前記固定磁化層となるべき磁性層を再度
   磁化する工程とを含んだことを特徴とする磁気センサの
   製造方法。