JP2002071775A - Magnetometrioc sensor - Google Patents

Magnetometrioc sensor

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JP2002071775A
JP2002071775A JP2000263630A JP2000263630A JP2002071775A JP 2002071775 A JP2002071775 A JP 2002071775A JP 2000263630 A JP2000263630 A JP 2000263630A JP 2000263630 A JP2000263630 A JP 2000263630A JP 2002071775 A JP2002071775 A JP 2002071775A
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JP
Japan
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tunnel effect
magnetic
magnetic tunnel
effect element
area
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Withdrawn
Application number
JP2000263630A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Sato
秀樹 佐藤
Osamu Mochizuki
修 望月
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the detection accuracy of the direction of an external magnetic field by improving the temperature characteristic of a magnetometric sensor using a magnetic tunnel effect element. SOLUTION: The magnetometric sensor is provided with a first magnetic tunnel effect element 31, a second magnetic tunnel effect element 32 whose area is smaller than the area of the element 31 and whose sensitivity is lowered and a DC constant voltage source 33. The magnetometric sensor is constituted of a half-bridge circuit wherein the element 31 and the element 32 are connected in series, the voltage source 33 is connected in series with them and a voltage across both ends of the element 32 is taken out as an output voltage Vout. Thereby, the output voltage Vout becomes Vin/2 irrespective of an ambient temperature when the external magnetic field is '0', and it becomes a different value even when the ambient temperature is changed as long as the direction of the external magnetic field is different.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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、前記固定磁化層と前
記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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed to a predetermined direction, a free magnetic layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, the fixed magnetic layer and the free magnetic layer. The present invention relates to a magnetic sensor using a magnetic tunnel effect element including an insulating layer interposed between a magnetic layer and a magnetic layer.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Hitherto, a magnetoresistive effect element (AMR element) utilizing an anisotropic MR effect or a giant magnetoresistive element (GMR element) utilizing a giant magnetoresistive effect has been widely known. On the other hand, recently, a magnetic tunnel effect element (TMR element) has attracted attention as an element having a higher magnetoresistance change rate and a higher sensitivity than an AMR element or a GMR element, and application development of the element to a magnetic sensor has been promoted. ing.

【0003】[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、環境温度が25,90,及び150℃の場合
における、ある磁気トンネル効果素子の外部磁界Hに対
する抵抗値Rの変化を、それぞれラインA,B,及びラ
インCにて示している。図17から理解されるように、
外部磁界Hの向きが異なっていても、環境温度が変化す
ることにより素子の示す抵抗値Rが同じになる場合があ
ることから、このような素子を外部磁界の向きを検出す
る磁気センサとして用いることは困難である。
However, there is a problem that the magnetic tunnel effect element is difficult to use as a magnetic sensor because of its poor temperature characteristics. As an example,
FIG. 17 shows changes in the resistance value R with respect to the external magnetic field H of a certain magnetic tunnel effect element when the environmental temperature is 25, 90, and 150 ° C., by lines A, B, and C, respectively. As understood from FIG.
Even if the direction of the external magnetic field H is different, the resistance value R indicated by the element may be the same due to a change in the environmental temperature. Therefore, such an element is used as a magnetic sensor for detecting the direction of the external magnetic field. It is difficult.

【0004】[0004]

【本発明の概要】一般に、磁気トンネル効果素子の感度
は、面積が小さいほど低下する。特に、素子の形状が長
方形である場合には、感度は長辺の長さよりも短辺の長
さ(巾)に支配される傾向にある。本発明は、この特性
を利用して(即ち面積を相違させて)感度の異なる磁気
トンネル効果素子を形成し、これを用いてハーフブリッ
ヂ回路又はフルブリッヂ回路からなる磁気センサを構成
し、以って温度特性が改善された磁気センサを提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Generally, the sensitivity of a magnetic tunnel effect element decreases as the area decreases. In particular, when the element has a rectangular shape, the sensitivity tends to be governed by the length (width) of the short side rather than the length of the long side. According to the present invention, magnetic tunnel effect elements having different sensitivities are formed by utilizing these characteristics (that is, different areas), and a magnetic sensor including a half-bridge circuit or a full-bridge circuit is formed using the elements. To provide a magnetic sensor having improved temperature characteristics.

【0005】具体的に述べると、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
果素子であって第1の面積を有するものと、前記磁気ト
ンネル効果素子であって前記第1の面積より小さい第2
の面積を有するものとを、前記直流電圧源に対して直列
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。
More specifically, one of the features of the present invention is that a DC voltage source, a fixed magnetization layer in which the direction of magnetization is fixed to a predetermined direction, and a direction in which the direction of magnetization changes according to an external magnetic field. A magnetic tunnel effect element comprising: a magnetic layer; and a magnetic tunnel effect element including an insulating layer sandwiched between the fixed magnetic layer and the free magnetic layer. And a second magnetic tunnel effect element, wherein the second element is smaller than the first area.
Are connected in series to the DC voltage source to output a voltage across either of the magnetic tunnel effect elements.

【0006】この場合において、前記第1の面積を有す
る磁気トンネル効果素子と、前記第2の面積を有する磁
気トンネル効果素子の抵抗値は同一でもよく、異なって
いてもよい。また、前記両磁気トンネル効果素子を同一
基板上に形成してもよく、各磁気トンネル効果素子を各
独立した基板上に形成してもよい。なお、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。
[0006] In this case, the magnetic tunnel effect element having the first area and the magnetic tunnel effect element having the second area may have the same or different resistance values. Further, the two magnetic tunnel effect elements may be formed on the same substrate, or each magnetic tunnel effect element may be formed on an independent substrate. The “magnetic tunnel effect element” includes a “magnetic tunnel effect element group in which a plurality of magnetic tunnel effect elements in which the directions of fixed magnetization of the fixed magnetization layers are substantially the same are electrically connected in series”. included.

【0007】上記特徴は、図1に模式的に示される。こ
の図1に示したように、第2の面積を有する磁気トンネ
ル効果素子の両端電圧を出力電圧Vout、直流電圧源の
電圧をVin、前記第1の面積及び第2の面積を有する磁
気トンネル効果素子に外部磁界Hが加わっていない場合
の両素子の抵抗値をそれぞれR1,R2とすると、同外部
磁界Hが加わっていない場合(外部磁界H=0)におけ
る出力電圧Voutは下記数1にて表される。
The above features are shown schematically in FIG. As shown in FIG. 1, the voltage across the magnetic tunnel effect element having the second area is the output voltage Vout, the voltage of the DC voltage source is Vin, and the magnetic tunnel effect having the first area and the second area. Assuming that the resistance values of both elements when the external magnetic field H is not applied to the elements are R1 and R2, the output voltage Vout when the external magnetic field H is not applied (external magnetic field H = 0) is expressed by the following equation (1). expressed.

【0008】[0008]

【数1】Vout=Vin・R2/(R1+R2)## EQU1 ## Vout = Vin.R2 / (R1 + R2)

【0009】一方、前記第1の面積及び第2の面積を有
する磁気トンネル効果素子に外部磁界Hが加わっていな
い場合において、これらの素子の環境温度の変化による
抵抗低下分をそれぞれΔR1,ΔR2とすると、出力電圧
Voutは下記数2にて表される。
On the other hand, when the external magnetic field H is not applied to the magnetic tunnel effect elements having the first area and the second area, the resistance reduction due to the change in the environmental temperature of these elements is represented by ΔR 1 and ΔR 2, respectively. Then, the output voltage Vout is expressed by the following equation (2).

【0010】[0010]

【数2】Vout=Vin・(R2−ΔR2)/(R1−ΔR1+
R2−ΔR2)
Vout = Vin · (R2−ΔR2) / (R1−ΔR1 +
R2-ΔR2)

【0011】また、TMR素子の構成(材質、膜厚等)
が同じであれば、下記数3及び数4が成立する。
The structure (material, thickness, etc.) of the TMR element
Are the same, the following equations 3 and 4 hold.

【0012】[0012]

【数3】ΔR1=k・R1[Expression 3] ΔR1 = k · R1

【0013】[0013]

【数4】ΔR2=k・R2## EQU4 ## ΔR2 = kR2

【0014】数3及び数4から、数2は下記数5に書換
えられる。
From Equations 3 and 4, Equation 2 can be rewritten as Equation 5 below.

【0015】[0015]

【数5】Vout=Vin・(R2−k・R2)/(R1−k・
R1+R2−k・R2)
Vout = Vin = (R2-kR2) / (R1-k *)
R1 + R2-kR2)

【0016】即ち、上記数5と数2とから、環境温度が
変化しても外部磁界が「0」のときの出力電圧Voutは
Vin・R2/(R1+R2)となって変化しないことが理
解される。
That is, from the above equations (5) and (2), it is understood that even when the environmental temperature changes, the output voltage Vout when the external magnetic field is "0" is Vin · R2 / (R1 + R2) and does not change. You.

【0017】以下、説明を簡単にするために、前記第1
及び第2の面積を有する磁気トンネル効果素子の固定磁
化層の磁化の向きが実質的に同一向きであり、且つ上記
抵抗値R1,R2が共にR0となるように両磁気トンネル
効果素子を形成した場合について検討する。このような
素子については、外部磁界Hが加わっていないときの出
力outは、上記数2,数5から環境温度に拘らずVin/
2である。
Hereinafter, in order to simplify the explanation, the first
And the two magnetic tunnel effect elements are formed such that the magnetization directions of the fixed magnetic layers of the magnetic tunnel effect element having the second area are substantially the same, and the resistance values R1 and R2 are both R0. Consider the case. With respect to such an element, the output out when no external magnetic field H is applied becomes Vin /
2.

【0018】また、所定の大きさの外部磁界Hであって
前記固定磁化層の磁化の向きと同一向き又は反対向きの
磁界が第1の面積を有する磁気トンネル効果素子に加わ
った場合の同素子の抵抗値R0からの抵抗変化分をそれ
ぞれ−ΔRd,+ΔRu、同所定の大きさの外部磁界H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
の磁界が第2の面積を有する磁気トンネル効果素子に加
わった場合の同素子の抵抗値R0からの抵抗変化分を−
Δrd,+Δruとするとき、出力電圧Voutの最大値Vm
ax、最小値Vminは下記数6,数7で表される。
Further, when an external magnetic field H having a predetermined magnitude and the same direction as or opposite to the direction of magnetization of the fixed magnetic layer is applied to the magnetic tunnel effect element having the first area, The resistance change from the resistance value R0 is -ΔRd, + ΔRu, respectively, and the external magnetic field H of the same predetermined magnitude, and the magnetic field in the same direction or the opposite direction to the magnetization direction of the fixed magnetization layer has the second area. The resistance change from the resistance value R0 of the element when applied to the magnetic tunnel effect element is-
When Δrd, + Δru, the maximum value Vm of the output voltage Vout
ax and the minimum value Vmin are represented by the following equations (6) and (7).

【0019】[0019]

【数6】Vmax=Vin・(R0−Δrd)/(R0−ΔRd
+R0−Δrd)
Vmax = Vin · (R0−Δrd) / (R0−ΔRd)
+ R0-Δrd)

【0020】[0020]

【数7】Vmin=Vin・(R0+Δru)/(R0+ΔRd
+R0+Δru)
Vmin = Vin · (R0 + Δru) / (R0 + ΔRd)
+ R0 + Δru)

【0021】一方、図2は、個々の面積がS1である磁
気トンネル効果素子を所定個数だけ直列接続して構成し
た上記第1の面積を有する磁気トンネル効果素子(以
下、単に第1磁気トンネル効果素子という。)の外部磁
界Hに対する抵抗値Rの変化特性と、個々の面積が面積
S1より小さいS2である磁気トンネル効果素子を前記
第1磁気トンネル効果素子と同じ抵抗値を呈するように
所定の個数分だけ直列接続して構成した上記第2の面積
を有する磁気トンネル効果素子(以下、単に第2磁気ト
ンネル効果素子という。)の外部磁界Hに対する抵抗値
Rの変化特性とを、それぞれラインL1及びラインL2
にて示している。
On the other hand, FIG. 2 shows a magnetic tunnel effect element having the first area (hereinafter simply referred to as the first magnetic tunnel effect) having a predetermined number of magnetic tunnel effect elements each having an area S1 connected in series. And a magnetic tunnel effect element whose individual area is S2 smaller than the area S1 so as to exhibit the same resistance value as that of the first magnetic tunnel effect element. The change characteristics of the resistance value R with respect to the external magnetic field H of the magnetic tunnel effect element having the second area (hereinafter, simply referred to as the second magnetic tunnel effect element) configured by connecting the series connection by the number are represented by line L1. And line L2
Is indicated by.

【0022】図2から理解されるように、抵抗変化分Δ
Rdと抵抗変化分ΔRuは略等しく、ΔrdとΔruは略等
しい。このため、以下においては、ΔRd,ΔRuをΔR
とおき(ΔRd=ΔRu=ΔR)、Δrd,ΔruをΔrと
おく(Δrd=Δru=Δr)。また、磁気トンネル効果
素子の感度は外部磁界Hの変化量に対する抵抗値Rの変
化量で表される。従って、図2から理解されるように、
第1磁気トンネル効果素子の抵抗値の変化量がΔRu,
ΔRdとなる絶対値が最小の外部磁界Hをそれぞれ磁界
Hu,Hdとするとき、少なくとも磁界Hu〜Hdの範囲に
おいて、第2磁気トンネル効果素子の感度は第1磁気ト
ンネル効果素子の感度より低下していて、ΔrはΔRに
対して十分小さい。このことから、上記数6及び数7は
下記の数8及び数9にそれぞれ書換えられる。
As understood from FIG. 2, the resistance change Δ
Rd and the resistance change ΔRu are substantially equal, and Δrd and Δru are substantially equal. Therefore, in the following, ΔRd and ΔRu are expressed as ΔRd
(ΔRd = ΔRu = ΔR), Δrd and Δru are defined as Δr (Δrd = Δru = Δr). Further, the sensitivity of the magnetic tunnel effect element is represented by a change amount of the resistance value R with respect to a change amount of the external magnetic field H. Therefore, as understood from FIG.
The change amount of the resistance value of the first magnetic tunnel effect element is ΔRu,
When the external magnetic fields H having the minimum absolute value of ΔRd are the magnetic fields Hu and Hd, respectively, the sensitivity of the second magnetic tunnel effect element is lower than the sensitivity of the first magnetic tunnel effect element at least in the range of the magnetic fields Hu to Hd. Δr is sufficiently smaller than ΔR. From this, the above equations 6 and 7 are rewritten to the following equations 8 and 9, respectively.

【0023】[0023]

【数8】Vmax=Vin/(2−(ΔR/R0))Vmax = Vin / (2- (ΔR / R0))

【0024】[0024]

【数9】Vmin=Vin/(2+(ΔR/R0))Vmin = Vin / (2+ (ΔR / R0))

【0025】最大値Vmaxは、固定磁化層の磁化の向き
と同一向きの磁界が加わった場合の値であり、数8から
環境温度に拘らずVin/2より必ず大きくなることが解
る。また、最小値Vminは、固定磁化層の磁化の向きと
反対の向きの磁界が加わった場合の値であり、数9から
環境温度に拘らずVin/2より必ず小さくなることが解
る。
The maximum value Vmax is a value when a magnetic field in the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetization layer is applied, and it can be seen from Expression 8 that the maximum value Vmax always exceeds Vin / 2 regardless of the environmental temperature. Further, the minimum value Vmin is a value when a magnetic field in the direction opposite to the magnetization direction of the fixed magnetic layer is applied, and it can be seen from Expression 9 that the minimum value Vmin is always smaller than Vin / 2 regardless of the environmental temperature.

【0026】即ち、本発明の磁気センサの出力Vout
は、環境温度に拘らず、外部磁界が「0」のときVin/
2であり、外部磁界が固定磁化層の磁化の向きと同一向
きのときVin/2より大きく、外部磁界が固定磁化層の
磁化の向きと反対の向きのときVin/2より小さくな
る。従って、本発明によれば、出力VoutがVin/2よ
り大きいか否かを判定することにより、環境温度に拘ら
ず外部磁界の向きを確実に検出することができる温度特
性が良好な磁気センサが提供され得る。
That is, the output Vout of the magnetic sensor of the present invention
Is Vin / when the external magnetic field is "0" regardless of the ambient temperature.
2, which is larger than Vin / 2 when the external magnetic field is in the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetic layer, and smaller than Vin / 2 when the external magnetic field is in the opposite direction to the magnetization direction of the fixed magnetic layer. Therefore, according to the present invention, a magnetic sensor having good temperature characteristics capable of reliably detecting the direction of an external magnetic field regardless of the environmental temperature by determining whether or not the output Vout is greater than Vin / 2. Can be provided.

【0027】なお、図1において破線にて示したよう
に、第1の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。この場合において
は、出力電圧V´outの最大値V´max及び最小値V´mi
nは、定電圧源の電圧Vinから上記数9の最小値Vmin及
び数8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、環境
温度に拘らず外部磁界の向きを確実に検出することがで
きる温度特性が良好な磁気センサが提供され得る。
Incidentally, as shown by the broken line in FIG. 1, the voltage across the first magnetic tunnel effect element can be taken out as the output voltage V'out. In this case, the maximum value V'max and the minimum value V'mi of the output voltage V'out
n is a value obtained by subtracting the minimum value Vmin of Equation 9 and the maximum value Vmax of Equation 8 from the voltage Vin of the constant voltage source. Therefore, even when the output is taken out in this way, a magnetic sensor with good temperature characteristics that can reliably detect the direction of the external magnetic field regardless of the environmental temperature can be provided.

【0028】ところで、上記数8,数9は、外部磁界が
図2においてHu〜Hdの間で変化し、第2磁気トンネル
効果素子の抵抗変化分Δrが第1磁気トンネル効果素子
の抵抗変化分ΔRに対して十分小さいという条件に基づ
いて導かれている。しかしながら、外部磁界Hの絶対値
がHu〜Hdの範囲を越えて大きくなるとΔrはΔRに近
づき無視できなくなるため、数6,数7から理解される
ように、及び図3に示したように、出力電圧VoutがVi
n/2(以下「中央値」といい、図3では500mVで
ある。)に近づく。この出力電圧Vout(=Vin/2)
は、外部磁界が加わっていない場合の出力電圧Voutと
等しい。即ち、上記特徴を有する磁気センサには、外部
磁界が略Hu〜略Hdを越えて大きく変化する場合に、異
なる向きの外部磁界に対し同一の出力電圧Voutを示す
ものが含まれている。
Equations (8) and (9) indicate that the external magnetic field varies between Hu and Hd in FIG. 2 and the resistance change Δr of the second magnetic tunnel effect element is the resistance change of the first magnetic tunnel effect element. It is derived on the condition that it is sufficiently small with respect to ΔR. However, when the absolute value of the external magnetic field H increases beyond the range of Hu to Hd, Δr approaches ΔR and cannot be ignored, so as understood from Equations 6 and 7, and as shown in FIG. Output voltage Vout is Vi
n / 2 (hereinafter referred to as “median value”, which is 500 mV in FIG. 3). This output voltage Vout (= Vin / 2)
Is equal to the output voltage Vout when no external magnetic field is applied. In other words, the magnetic sensors having the above characteristics include those which show the same output voltage Vout with respect to external magnetic fields in different directions when the external magnetic field greatly changes from substantially Hu to substantially Hd.

【0029】そこで、上記ハーフブリッヂ回路を特徴と
する磁気センサにおいて、前記第2の面積を有する磁気
トンネル効果素子を磁気遮蔽することが好適である。
Therefore, in the magnetic sensor characterized by the half bridge circuit, it is preferable that the magnetic tunnel effect element having the second area is magnetically shielded.

【0030】これによれば、図4に示したように、第2
磁気トンネル効果素子の抵抗値が外部磁界の変化に依ら
ず略一定となり、抵抗変化分Δrは略「0」となる。こ
の結果、外部磁界がHu〜Hdの範囲を越えて変化した場
合であっても、数8,数9は成立し、図5に示したよう
に、出力電圧Voutは中央値に近づくことなく、最大値
Vmax又は最小値Vminとなる。即ち、上記構成とするこ
とで、大きな変化幅を有する外部磁界の下でも外部磁界
の向きを環境温度に拘らず確実に検出し得る磁気センサ
が提供される。
According to this, as shown in FIG.
The resistance value of the magnetic tunnel effect element becomes substantially constant irrespective of the change of the external magnetic field, and the resistance change Δr becomes substantially “0”. As a result, even when the external magnetic field changes beyond the range of Hu to Hd, Equations 8 and 9 hold, and as shown in FIG. 5, the output voltage Vout does not approach the median value. It becomes the maximum value Vmax or the minimum value Vmin. That is, the above configuration provides a magnetic sensor that can reliably detect the direction of the external magnetic field regardless of the ambient temperature even under an external magnetic field having a large change width.

【0031】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第1の面積
を有するものの一端と前記磁気トンネル効果素子であっ
て前記第1の面積より小さい第2の面積を有するものの
一端とを接続してなる回路要素を一対備え、前記一対の
回路要素のうちの一の回路要素の前記第1の面積を有す
る磁気トンネル効果素子の他端と前記第2の面積を有す
る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第2の面積を有する磁気トンネ
ル効果素子の他端と前記第1の面積を有する磁気トンネ
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前記第1の面積
を有する磁気トンネル効果素子と前記第2の面積を有す
る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。
Another feature of the present invention is that a direct current voltage source, a fixed magnetization layer whose magnetization direction is fixed to a predetermined direction, a free magnetization layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, and the fixed magnetization layer And a magnetic tunnel effect element comprising: an insulating layer sandwiched between the free magnetic layers; and a magnetic tunnel effect element having a first area and one end of the magnetic tunnel effect element having a first area. A pair of circuit elements each of which is connected to one end of a tunnel effect element having a second area smaller than the first area, wherein the first element of one of the pair of circuit elements The other end of the magnetic tunnel effect element having an area and the other end of the magnetic tunnel effect element having the second area are respectively connected to the positive electrode and the negative electrode of the DC voltage source, and the other of the pair of circuit elements Circuit elements The other end of the magnetic tunnel effect element having the second area and the other end of the magnetic tunnel effect element having the first area are respectively connected to a positive electrode and a negative electrode of the DC voltage source, and the pair of circuit elements And outputting a potential difference between each connection point of the magnetic tunnel effect element having the first area and the magnetic tunnel effect element having the second area.

【0032】この場合においても、前記第1の面積を有
する磁気トンネル効果素子と、前記第2の面積を有する
磁気トンネル効果素子の抵抗値は同一でもよく、異なっ
ていてもよい。また、全ての磁気トンネル効果素子を同
一基板上に形成してよく、各磁気トンネル効果素子を各
独立した基板上に形成してもよい。なお、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。
Also in this case, the resistance value of the magnetic tunnel effect element having the first area and the resistance value of the magnetic tunnel effect element having the second area may be the same or different. Further, all the magnetic tunnel effect elements may be formed on the same substrate, or each magnetic tunnel effect element may be formed on each independent substrate. The “magnetic tunnel effect element” includes a “magnetic tunnel effect element group in which a plurality of magnetic tunnel effect elements in which the directions of fixed magnetization of the fixed magnetization layers are substantially the same are electrically connected in series”. included.

【0033】上記特徴は、図6に模式的に示される。こ
の図6に示したように、センサの出力電圧(即ち、フル
ブリッヂ回路の出力電圧)をVoutとし、他の変数を上
記図1に示したものと同様に定義するとき、前記出力電
圧Voutの最大値Vmax、最小値Vminはそれぞれ下記数
10,数11で表される。
The above features are schematically shown in FIG. As shown in FIG. 6, when the output voltage of the sensor (that is, the output voltage of the full bridge circuit) is Vout, and other variables are defined in the same manner as shown in FIG. The maximum value Vmax and the minimum value Vmin are represented by the following equations 10 and 11, respectively.

【0034】[0034]

【数10】Vmax=Vin・(ΔRu−Δru)/(2R0+
ΔRu+Δru)
Vmax = Vin = (ΔRu−Δru) / (2R0 +
ΔRu + Δru)

【0035】[0035]

【数11】Vmin=Vin・(Δrd−ΔRd)/(2R0−
ΔRd−Δrd)
Vmin = Vin · (Δrd−ΔRd) / (2R0−
ΔRd-Δrd)

【0036】上述したように、一般に、磁気トンネル効
果素子においては、ΔRdとΔRuは等しく(ΔRd=Δ
Ru=ΔR)、ΔrdとΔruは等しい(Δrd=Δru=
Δr)。また、上記磁界Hu〜Hdの範囲において、Δr
はΔRに対して十分小さい。このことから、上記数10
及び数11は下記の数12及び数13にそれぞれ書換え
られる。
As described above, in a magnetic tunnel effect element, ΔRd and ΔRu are generally equal (ΔRd = ΔRd).
Ru = ΔR), Δrd and Δru are equal (Δrd = Δru =
Δr). In the range of the magnetic fields Hu to Hd, Δr
Is sufficiently small with respect to ΔR. From this, the above equation 10
And Equation 11 can be rewritten as Equations 12 and 13, respectively.

【0037】[0037]

【数12】Vmax=Vin/(1+2・(R0/ΔR))Vmax = Vin / (1 + 2 · (R0 / ΔR))

【0038】[0038]

【数13】Vmin=Vin/(1−2・(R0/ΔR))Vmin = Vin / (1-2 · (R0 / ΔR))

【0039】一方、磁気トンネル効果素子は、上記ΔR
が上記R0に比べ一桁程小さいので値R0/ΔRは1/2
よりも常に大きい。従って、数12及び数13によれ
ば、最大値Vmax,最小値Vminはそれぞれ常に正の値,
負の値となる。即ち、この磁気センサは磁界の方向が決
まるとき出力電圧の正負が一義的に決まる。従って、上
記構成の磁気センサは、環境温度の変化に拘らず磁界の
向きを確実に検出しうる磁気センサとなる。
On the other hand, the magnetic tunnel effect element uses the ΔR
Is about one digit smaller than the above R0, so the value R0 / ΔR is 1/2.
Always bigger than. Therefore, according to Equations 12 and 13, the maximum value Vmax and the minimum value Vmin are always positive values, respectively.
It will be a negative value. That is, in this magnetic sensor, the polarity of the output voltage is uniquely determined when the direction of the magnetic field is determined. Therefore, the magnetic sensor having the above configuration is a magnetic sensor that can reliably detect the direction of the magnetic field regardless of changes in the environmental temperature.

【0040】ところで、上記数12,数13は、上記数
8,数9と同様に、外部磁界が図2に示した磁界Hu〜
Hdの間で変化し、第2の面積を有する磁気トンネル効
果素子の抵抗変化分Δrが第1の面積を有する磁気トン
ネル効果素子の抵抗変化分ΔRに対して十分小さいとい
う条件に基づいて導かれている。しかしながら、外部磁
界の絶対値が磁界Hu〜Hdの範囲を越えて大きくなると
ΔrはΔRに近づくため、同Δrは無視できなくなり、
数10、数11、及び図7に示したように、出力電圧V
outが「0」に近づく。一方、外部磁界が加わっていな
い場合の出力電圧Voutの値も「0」である。即ち、上
記特徴を有する磁気センサには、外部磁界が略Hu〜略
Hdを越えて大きく変化する場合に、異なる外部磁界の
向きに対し同一の出力電圧Voutを示すものが含まれて
いる。
The equations (12) and (13) are similar to the equations (8) and (9) in that the external magnetic field is the magnetic field Hu to the magnetic field shown in FIG.
Hd, and is derived based on the condition that the resistance change Δr of the magnetic tunnel effect element having the second area is sufficiently smaller than the resistance change ΔR of the magnetic tunnel effect element having the first area. ing. However, when the absolute value of the external magnetic field increases beyond the range of the magnetic fields Hu to Hd, Δr approaches ΔR, so that Δr cannot be ignored.
As shown in Equations 10 and 11, and FIG. 7, the output voltage V
out approaches "0". On the other hand, the value of the output voltage Vout when no external magnetic field is applied is also “0”. That is, the magnetic sensors having the above characteristics include ones that show the same output voltage Vout for different directions of the external magnetic field when the external magnetic field largely changes from substantially Hu to substantially Hd.

【0041】そこで、上記フルブリッヂ回路を特徴とす
る磁気センサにおいて、前記第2の面積を有する磁気ト
ンネル効果素子を磁気遮蔽することが好適である。
Therefore, in the magnetic sensor characterized by the full bridge circuit, it is preferable to magnetically shield the magnetic tunnel effect element having the second area.

【0042】これによれば、図4に示したように、第2
磁気トンネル効果素子の抵抗値が外部磁界の変化に依ら
ず略一定となり、抵抗変化分Δrは略「0」となる。こ
の結果、外部磁界がHu〜Hdの範囲を越えて変化した場
合であっても、数12,数13は成立し、図8に示した
ように、出力電圧Voutは「0」に近づくことなく最大
値Vmax又は最小値Vminとなる。即ち、上記構成とする
ことで、大きな変化幅を有する外部磁界の下でも有効に
機能する磁気センサが提供される。
According to this, as shown in FIG.
The resistance value of the magnetic tunnel effect element becomes substantially constant irrespective of the change of the external magnetic field, and the resistance change Δr becomes substantially “0”. As a result, even when the external magnetic field changes beyond the range of Hu to Hd, Equations 12 and 13 hold, and the output voltage Vout does not approach “0” as shown in FIG. It becomes the maximum value Vmax or the minimum value Vmin. That is, the above configuration provides a magnetic sensor that functions effectively even under an external magnetic field having a large change width.

【0043】[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第1〜第4実施形態につ
いて、先ず、各実施形態に共通に使用される磁気トンネ
ル効果素子の構造から説明する。図9は、このような磁
気トンネル効果素子の一部を示す概略断面図であり、図
10及び図11は、図9に対応した磁気トンネル効果素
子の概略平面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, first to fourth embodiments of a magnetic sensor using a magnetic tunnel effect element according to the present invention will be described first from the structure of a magnetic tunnel effect element commonly used in each embodiment. I do. FIG. 9 is a schematic sectional view showing a part of such a magnetic tunnel effect element, and FIGS. 10 and 11 are schematic plan views of the magnetic tunnel effect element corresponding to FIG.

【0044】この磁気トンネル効果素子は、例えばSi
2/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30nm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、PtMnからなり膜厚50n
m程度の反強磁性膜12がそれぞれ積層されている。反
反強磁性膜12は、図11の矢印方向(左方向)に磁化
されている。
The magnetic tunnel effect element is made of, for example, Si
A substrate 10 made of O 2 / Si, glass or quartz is provided. On the substrate 10, a plurality of lower electrodes 11 having a rectangular planar shape are arranged in a row at predetermined intervals in a horizontal direction, and the lower electrodes 11 are made of a conductive non-magnetic metal material of Cr ( Or, it is formed to a thickness of about 30 nm by Ti). On each lower electrode 11, the lower electrode 11 is formed in the same plane shape as that of the lower electrode 11, and is made of PtMn and has a thickness of 50n.
About m of antiferromagnetic films 12 are stacked. The anti-anti-ferromagnetic film 12 is magnetized in the direction of the arrow (left direction) in FIG.

【0045】各反強磁性膜12上には、膜厚10nm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を有し、各長辺が平行に対向さ
れるように配置されている。この強磁性膜13は、反強
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、図11の矢印方向(右向き)に磁化されている。
On each antiferromagnetic film 12, a pair of ferromagnetic films 13, 13 made of NiFe and having a thickness of about 10 nm are laminated at intervals. The ferromagnetic films 13, 13
It has a rectangular shape in plan view, and is arranged such that each long side faces in parallel. The ferromagnetic film 13 constitutes a fixed magnetic layer (fixed layer) which is a hard magnetic film in which the direction of magnetization is fixed in cooperation with the antiferromagnetic film 12. (Right).

【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。
この絶縁層14は、絶縁材料であるAl23(Al−
O)からなり、その膜厚は2〜4nm程度となるように
形成されている。
On each ferromagnetic film 13, the same ferromagnetic film 13
An insulating layer 14 having the same planar shape as that of FIG.
This insulating layer 14 is made of Al 2 O 3 (Al-
O) and has a thickness of about 2 to 4 nm.

【0047】絶縁層14の上には、同絶縁層14と同一
平面形状を有し、膜厚40nm程度のNiFeからなる
強磁性膜15が形成されている。この強磁性膜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、前記磁性膜1
2,13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。
On the insulating layer 14, a ferromagnetic film 15 made of NiFe having the same planar shape as the insulating layer 14 and a thickness of about 40 nm is formed. This ferromagnetic film 15
A free magnetic layer, which is a soft magnetic magnetic film whose magnetization direction changes in accordance with the direction of an external magnetic field, is formed.
A magnetic tunnel junction structure is formed together with the fixed magnetic layers 2 and 13 and the insulating layer 14.

【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40nm程度のMo膜
からなる導電性非磁性金属材料により構成されている。
On each ferromagnetic film 15, each ferromagnetic film 1
Dummy films 16 having the same planar shape as 5 are formed. The dummy film 16 is made of a conductive non-magnetic metal material made of a Mo film having a thickness of about 40 nm.

【0049】基板10、下部電極11、反強磁性膜1
2、強磁性膜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及び反強
磁性膜12をそれぞれ絶縁分離するとともに、各反強磁
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1
7は、例えばSiO2からなり、その膜厚は250nm
程度である。
Substrate 10, lower electrode 11, antiferromagnetic film 1
2. In a region covering the ferromagnetic film 13, the insulating layer 14, the ferromagnetic film 15 and the dummy film 16, the plurality of lower electrodes 11 and the antiferromagnetic film 12 are insulated and separated from each other. , A pair of ferromagnetic films 13, an insulating layer 14,
An interlayer insulating layer 17 for insulating the ferromagnetic film 15 and the dummy film 16 from each other is provided. Interlayer insulating layer 1
7 is made of, for example, SiO 2 and has a thickness of 250 nm.
It is about.

【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及び反強磁性膜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及び反強磁性膜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)と各反強磁
性膜12,12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、且つ、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。
Each dummy film 16 is formed on the interlayer insulating film 17.
Above, contact holes 17a are respectively formed. While burying this contact hole 17a,
Upper electrodes 18 made of, for example, 300 nm-thickness Al are respectively connected so as to electrically connect one of the pair of dummy films 16 provided on the different lower electrode 11 and antiferromagnetic film 12 to each other. Is formed. Thus, the lower electrode 11 and the antiferromagnetic film 12 and the upper electrode 18
Thus, the ferromagnetic films 15 and 15 (dummy films 16 and 16) and the antiferromagnetic films 12 and 12 of the pair of magnetic tunnel junctions adjacent to each other are electrically connected alternately and sequentially and fixed. A magnetic tunnel effect element (magnetic tunnel effect element group) in which the magnetization directions of the magnetization layers are the same and a plurality of magnetic tunnel junction structures are connected in series is formed.

【0051】なお、一つの下部電極11及び反強磁性膜
12と、これらの上に形成された一対の磁気トンネル効
果素子(各一対の強磁性膜13,13、絶縁層14,1
4、強磁性膜15,15及びダミー膜16,16)とを
有する上記長方形の一組の磁気トンネル効果素子を、以
下「一組の磁気トンネル効果素子」という。
Note that one lower electrode 11 and antiferromagnetic film 12 and a pair of magnetic tunnel effect elements formed thereon (each pair of ferromagnetic films 13 and 13 and insulating layers 14 and 1).
4, a pair of the above-described rectangular magnetic tunnel effect elements having the ferromagnetic films 15, 15 and the dummy films 16, 16) is hereinafter referred to as a “one set of magnetic tunnel effect elements”.

【0052】ここで、磁気トンネル効果素子の感度と面
積(平面視における絶縁層14及び自由磁化層である強
磁性膜15の面積)との関係について説明しておく。磁
気トンネル効果素子の感度は、外部磁界Hの変化量に対
する同素子の抵抗値Rの変化量で表される。従って、図
12のように、横軸及び縦軸をそれぞれ外部磁界H及び
抵抗値Rとするグラフ上に磁気トンネル効果素子の特性
曲線を示すと、同素子の感度は同曲線の傾きθで表され
ることになる。この場合、傾きθが大きいほど感度は良
好である。
Here, the relationship between the sensitivity of the magnetic tunnel effect element and the area (the area of the insulating layer 14 and the ferromagnetic film 15 as the free magnetic layer in plan view) will be described. The sensitivity of the magnetic tunnel effect element is represented by the change in the resistance value R of the element with respect to the change in the external magnetic field H. Therefore, as shown in FIG. 12, when the characteristic curve of the magnetic tunnel effect element is shown on a graph where the horizontal axis and the vertical axis are the external magnetic field H and the resistance value R, respectively, the sensitivity of the element is expressed by the slope θ of the curve. Will be done. In this case, the larger the inclination θ, the better the sensitivity.

【0053】一方、磁気トンネル効果素子の抵抗値R
は、絶対値が互いに等しい正の外部磁界及び負の外部磁
界が加わるとき、外部磁界が加わっていない(外部磁界
H=「0」)場合の抵抗値から略同一の抵抗値分だけ変
化する。また、磁気トンネル効果素子を構成する各層の
材料が決まると、磁界変化に伴う抵抗値Rの最大変化量
ΔRmax(=Rmax−Rmin)が一義的に定まる。従っ
て、抵抗値が最大値Rmaxとなる磁界Hs、即ち飽和磁界
Hsが決まれば上記特性曲線の傾きθが決まる。即ち、
飽和磁界Hsは磁気トンネル効果素子の感度を表し、同
飽和磁界Hsが小さいほど磁気トンネル効果素子の感度
は良好ということになる。
On the other hand, the resistance value R of the magnetic tunnel effect element
When a positive external magnetic field and a negative external magnetic field whose absolute values are equal to each other are applied, the resistance changes when the external magnetic field is not applied (external magnetic field H = “0”) by substantially the same resistance. Further, when the material of each layer constituting the magnetic tunnel effect element is determined, the maximum change amount ΔRmax (= Rmax−Rmin) of the resistance value R due to the magnetic field change is uniquely determined. Therefore, if the magnetic field Hs at which the resistance value reaches the maximum value Rmax, that is, the saturation magnetic field Hs is determined, the slope θ of the characteristic curve is determined. That is,
The saturation magnetic field Hs indicates the sensitivity of the magnetic tunnel effect element, and the smaller the saturation magnetic field Hs, the better the sensitivity of the magnetic tunnel effect element.

【0054】そこで、磁気トンネル効果素子の感度と面
積との関係を知るために、面積の異なる複数種類の磁気
トンネル効果素子の飽和磁界Hsを測定した。測定に
は、図13に示したように、長辺L×短辺(巾)Wの長
方形状を有してしていて、アスペクト比が「6」及び
「3」のものを使用した。なお、アスペクト比とは短辺
Wに対する長辺Lの比(L/W)である。
Therefore, in order to know the relationship between the sensitivity and the area of the magnetic tunnel effect element, the saturation magnetic fields Hs of a plurality of types of magnetic tunnel effect elements having different areas were measured. For the measurement, as shown in FIG. 13, a rectangular shape having a long side L × short side (width) W and an aspect ratio of “6” or “3” was used. The aspect ratio is a ratio (L / W) of the long side L to the short side W.

【0055】この測定結果を示す図14から明らかなよ
うに、磁気トンネル効果素子の飽和磁界Hsは、素子の
面積Sが小さいほど(巾Wが小さいほど)大きくなっ
た。換言すると、磁気トンネル効果素子の感度は面積S
(特に、巾W)を小さくするほど低下することが解っ
た。
As is apparent from FIG. 14 showing the measurement results, the saturation magnetic field Hs of the magnetic tunnel effect element increased as the area S of the element decreased (as the width W decreased). In other words, the sensitivity of the magnetic tunnel effect element is equal to the area S
It was found that the lower the width (in particular, the width W), the lower.

【0056】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。
Next, each embodiment of the magnetic sensor with improved temperature characteristics according to the present invention will be described individually.

【0057】(第1実施形態)図1に概念的に示した第
1実施形態に係る磁気センサは、第1磁気トンネル効果
素子(群)31と、第2磁気トンネル効果素子(群)3
2と、発生電圧がVinである直流定電圧源33とを備
え、第1磁気トンネル効果素子31と第2磁気トンネル
効果素子32とを直流定電圧源33に対して直列接続
し、第2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。
(First Embodiment) A magnetic sensor according to a first embodiment conceptually shown in FIG. 1 includes a first magnetic tunnel effect element (group) 31 and a second magnetic tunnel effect element (group) 3.
2 and a DC constant voltage source 33 whose generated voltage is Vin. The first magnetic tunnel effect element 31 and the second magnetic tunnel effect element 32 are connected in series to the DC constant voltage It is constituted by a half bridge circuit for taking out the voltage between both ends of the tunnel effect element 32 as an output voltage Vout.

【0058】第1磁気トンネル効果素子31は、図15
に示したように、図9の基板10に相当する単一の基板
31a上に一組の第1磁気トンネル効果素子31bを1
0行×11列のマトリクス状に配列したものである。一
組の第1磁気トンネル効果素子31bの各々の短辺及び
長辺は、行方向(図15の左右方向)及び列方向(図1
5の上下方向)にそれぞれ沿うように形成され、固定磁
化層の磁化の向きは、全て同一向き(ここでは、図15
の左右方向左向き)となるように形成されている。
The first magnetic tunnel effect element 31 corresponds to FIG.
As shown in FIG. 9, a pair of first magnetic tunnel effect elements 31b is formed on a single substrate 31a corresponding to the substrate 10 of FIG.
They are arranged in a matrix of 0 rows × 11 columns. The short side and the long side of each of the pair of first magnetic tunnel effect elements 31b are aligned in the row direction (the horizontal direction in FIG. 15) and the column direction (FIG. 1).
5 (in the vertical direction), and the magnetization directions of the fixed magnetic layer are all the same (here, FIG. 15).
Left and right).

【0059】これらの一組の磁気トンネル効果素子31
bは電気的に直列に接続され、一つの抵抗値(この例で
は略3kΩ)を呈するように形成されている。即ち、行
方向(左右方向)端部に位置する一組の磁気トンネル効
果素子31bを除く素子については、行方向に隣り合う
一組の磁気トンネル効果素子31bの各強磁性膜15,
15(各ダミー膜16,16)同士が図9にて説明した
構造により上部電極18をもって接続されている。行方
向端部に位置する一組の磁気トンネル効果素子31bに
ついては、列方向(上下方向)に隣り合う一組の磁気ト
ンネル効果素子31bの端部側の各強磁性膜15,15
同士が図9にて説明した構造と同様な構造をもって上部
電極18により接続されている。また、図15において
右上端部に位置する一組の磁気トンネル効果素子31b
の右側の強磁性膜15は、直流定電圧源33の正極側に
接続され、右下端部に位置する一組の磁気トンネル効果
素子31bの右側の強磁性膜15は第2の磁気トンネル
効果素子32の右上端部に位置する一組の磁気トンネル
効果素子32bの右側の強磁性膜15と接続されてい
る。
A set of these magnetic tunnel effect elements 31
b is electrically connected in series and formed to have one resistance value (about 3 kΩ in this example). That is, for the elements except for the set of magnetic tunnel effect elements 31b located at the ends in the row direction (left-right direction), each ferromagnetic film 15,
15 (each dummy film 16, 16) are connected with the upper electrode 18 by the structure described in FIG. 9. Regarding the set of magnetic tunnel effect elements 31b located at the end in the row direction, each ferromagnetic film 15, 15 on the end side of the set of magnetic tunnel effect elements 31b adjacent in the column direction (vertical direction).
These are connected by the upper electrode 18 with a structure similar to the structure described in FIG. A set of magnetic tunnel effect elements 31b located at the upper right end in FIG.
The right ferromagnetic film 15 is connected to the positive electrode side of the DC constant voltage source 33, and the right ferromagnetic film 15 of the pair of magnetic tunnel effect elements 31b located at the lower right end is the second magnetic tunnel effect element. It is connected to the ferromagnetic film 15 on the right side of a pair of magnetic tunnel effect elements 32b located at the upper right end of the reference numeral 32.

【0060】ここで、一組の第1磁気トンネル効果素子
31bの大きさについて、その概略平面図である図16
を参照して説明すると、図9に示した下部電極11及び
反強磁性膜12にそれぞれ相当する下部電極31c及び
反強磁性膜31dの短辺×長辺は52μm×68μmと
なっている。また、反強磁性膜31dの上に形成された
図9の強磁性膜15に対応する各強磁性膜31e,31
eの短辺×長辺は、20μm×60μmとなっている。
従って、一つの磁気トンネル効果素子の平面視における
面積S1は1.20×10−9である。各強磁性膜
31eの周縁部と下部電極31c及び反強磁性膜31d
の周縁部とは4μmだけ隔たり、一対の強磁性膜31
e,31e間も4μmだけ隔たるように形成されてい
る。
FIG. 16 is a schematic plan view showing the size of a set of first magnetic tunnel effect elements 31b.
The lower electrode 31c and the antiferromagnetic film 31d respectively corresponding to the lower electrode 11 and the antiferromagnetic film 12 shown in FIG. 9 have a short side × long side of 52 μm × 68 μm. Also, the ferromagnetic films 31e and 31e formed on the antiferromagnetic film 31d and corresponding to the ferromagnetic film 15 of FIG.
The short side x long side of e is 20 μm × 60 μm.
Therefore, the area S1 of one magnetic tunnel effect element in plan view is 1.20 × 10 −9 m 2 . Peripheral portion of each ferromagnetic film 31e, lower electrode 31c and antiferromagnetic film 31d
Is separated by 4 μm from the periphery of the pair of ferromagnetic films 31.
e and 31e are also formed so as to be separated by 4 μm.

【0061】図17は、このように構成した第1磁気ト
ンネル効果素子31の温度特性を示すものであり、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、外部磁界が反対向きと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外部磁界の向
きを検出する磁気センサとして用いることは困難であ
る。
FIG. 17 shows the temperature characteristics of the first magnetic tunnel effect element 31 constructed as described above. Lines A, B and C change the ambient temperature to 25, 90 and 150 ° C., respectively. 3 shows a change in resistance value of the same sample with respect to an external magnetic field in the case where. As can be understood from FIG. 17, even when the external magnetic field is in the opposite direction, the resistance indicated by the sample may be the same depending on the environmental temperature. It is difficult to use it as a magnetic sensor for detecting the direction.

【0062】第2磁気トンネル効果素子32は、図15
に示したように、図9に示した基板10に相当する単一
の基板32a上に長方形状の一組の第2磁気トンネル効
果素子32bを2行×11列のマトリクス状に配列した
ものである。各一組の第1磁気トンネル効果素子32b
の短辺及び長辺は、行方向(図15の左右方向)及び列
方向(図15の上下方向)にそれぞれ沿うように形成さ
れ、各固定磁化層の磁化の向きは、全て前記第1磁気ト
ンネル効果素子31の各固定磁化層の磁化の向きと同一
向きとなるように形成されている。
The second magnetic tunnel effect element 32 corresponds to FIG.
As shown in FIG. 9, a pair of rectangular second magnetic tunnel effect elements 32b are arranged in a matrix of 2 rows × 11 columns on a single substrate 32a corresponding to the substrate 10 shown in FIG. is there. Each set of first magnetic tunnel effect elements 32b
Are formed along the row direction (horizontal direction in FIG. 15) and the column direction (vertical direction in FIG. 15), and the magnetization directions of the fixed magnetic layers are all the first magnetic field. The tunnel effect element 31 is formed so as to be in the same direction as the magnetization direction of each fixed magnetization layer.

【0063】これらの一組の第2磁気トンネル効果素子
32bは、第1磁気トンネル効果素子31の一組の第1
磁気トンネル効果素子31bと同様に電気的に直列に接
続され、第2磁気トンネル効果素子32の抵抗値と第1
磁気トンネル効果素子31の抵抗値とは同一とされてい
る。即ち、行方向端部に位置する一組の磁気トンネル効
果素子32bを除く素子については、行方向に隣り合う
一組の磁気トンネル効果素子32bの各強磁性膜15,
15(各ダミー膜16,16)同士が図9にて説明した
構造により上部電極18をもって接続されている。行方
向左端部に位置する一組の磁気トンネル効果素子32b
については、第1行と第2行の行方向端部に位置する一
組の磁気トンネル効果素子32bの左側の各強磁性膜1
5,15同士が図9にて説明した構造と同様な構造をも
って上部電極18により接続されている。また、図15
において右下端部に位置する一組の磁気トンネル効果素
子32bの右側の強磁性膜15は、直流定電圧源33の
負極側に接続されている。
The set of second magnetic tunnel effect elements 32 b is formed of the first magnetic tunnel effect element 31
Like the magnetic tunnel effect element 31b, they are electrically connected in series, and the resistance of the second magnetic tunnel effect element 32 and the first
The resistance value of the magnetic tunnel effect element 31 is the same. That is, for the elements other than the pair of magnetic tunnel effect elements 32b located at the ends in the row direction, the ferromagnetic films 15 of the pair of magnetic tunnel effect elements 32b adjacent in the row direction,
15 (each dummy film 16, 16) are connected with the upper electrode 18 by the structure described in FIG. 9. A set of magnetic tunnel effect elements 32b located at the left end in the row direction
For each of the ferromagnetic films 1 on the left side of the pair of magnetic tunnel effect elements 32b located at the row direction ends of the first row and the second row.
The upper and lower electrodes 5 and 15 are connected to each other by a structure similar to the structure described with reference to FIG. FIG.
, The ferromagnetic film 15 on the right side of the pair of magnetic tunnel effect elements 32b located at the lower right end is connected to the negative electrode side of the DC constant voltage source 33.

【0064】ここで、一組の第2磁気トンネル効果素子
32bの大きさについて、その概略平面図である図18
を参照して説明すると、図9に示した下部電極11及び
反強磁性膜12にそれぞれ相当する下部電極32c及び
反強磁性膜32dの短辺×長辺は24μm×48μmで
ある。また、下部電極32c及び反強磁性膜32dの上
に形成された図9の強磁性膜15に対応する各強磁性膜
32eの短辺×長辺は、6μm×40μmである。従っ
て、一組の第2磁気トンネル効果素子32bを構成する
一つの磁気トンネル効果素子の平面視における面積S2
は0.24×10−9である。なお、各強磁性膜3
2eの周縁部と、下部電極32c及び反強磁性膜32d
の周縁部とは4μmだけ隔たり、一対の強磁性膜32
e,32e間も4μmだけ隔たるように形成されてい
る。
FIG. 18 is a schematic plan view showing the size of a set of second magnetic tunnel effect elements 32b.
The lower electrode 32c and the antiferromagnetic film 32d respectively corresponding to the lower electrode 11 and the antiferromagnetic film 12 shown in FIG. 9 have a short side × long side of 24 μm × 48 μm. The short side x long side of each ferromagnetic film 32e corresponding to the ferromagnetic film 15 of FIG. 9 formed on the lower electrode 32c and the antiferromagnetic film 32d is 6 μm × 40 μm. Accordingly, the area S2 of one magnetic tunnel effect element constituting the set of second magnetic tunnel effect elements 32b in plan view
Is 0.24 × 10 −9 m 2 . Each ferromagnetic film 3
2e, lower electrode 32c and antiferromagnetic film 32d
A distance of 4 μm from the periphery of the pair of ferromagnetic films 32.
e and 32e are also formed to be separated by 4 μm.

【0065】以上のように、一組の第2磁気トンネル効
果素子32bの一つの素子の面積S2は、一組の第1磁
気トンネル効果素子31bの一つの素子の面積S1の1
/5となっている。従って、外部磁界が加わっていない
場合、一組の第2磁気トンネル効果素子32bの一つの
素子の抵抗値は、一組の第1磁気トンネル効果素子31
bの一つの素子の抵抗値の5倍となる。このため、一組
の第1磁気トンネル効果素子31bを全部で110個
(=10×11)だけ直列接続した第1磁気トンネル効
果素子31の抵抗値と、一組の第1磁気トンネル効果素
子32bを全部で22個(=2×11)だけ直列接続し
た第2磁気トンネル効果素子32の抵抗値とは等しくR
0=3(kΩ)となっている。
As described above, the area S2 of one element of the set of second magnetic tunnel effect elements 32b is one of the area S1 of one element of the set of first magnetic tunnel effect elements 31b.
/ 5. Therefore, when no external magnetic field is applied, the resistance value of one element of the set of second magnetic tunnel effect elements 32b becomes one set of the first magnetic tunnel effect element 31b.
It becomes five times the resistance value of one element of b. For this reason, the resistance value of the first magnetic tunnel effect element 31 in which a total of 110 (= 10 × 11) sets of the first magnetic tunnel effect elements 31b are connected in series, and the set of the first magnetic tunnel effect elements 32b Are equal to the resistance value of the second magnetic tunnel effect element 32 in which a total of 22 (= 2 × 11) are connected in series.
0 = 3 (kΩ).

【0066】次に、このように構成した磁気センサの特
性について説明する。いま、直流電圧源の電圧をVin、
前記第1,第2磁気トンネル効果素子31,32に外部
磁界Hが加わっていない場合の両素子の抵抗値をR0と
すると、同外部磁界Hが加わっていない場合(外部磁界
H=0)における出力電圧Voutは、Vout=Vin/2と
なる。これは、環境温度に拘らず成立する。
Next, the characteristics of the magnetic sensor thus configured will be described. Now, the voltage of the DC voltage source is Vin,
Assuming that the resistance value of both elements when no external magnetic field H is applied to the first and second magnetic tunnel effect elements 31 and 32 is R0, when the external magnetic field H is not applied (external magnetic field H = 0). The output voltage Vout is Vout = Vin / 2. This is true regardless of the ambient temperature.

【0067】また、図2は、第1磁気トンネル効果素子
31及び第2磁気トンネル効果素子32の外部磁界Hに
対する抵抗値Rの変化をそれぞれ曲線L1,L2にて示
したものである。図2において、正の値を有する外部磁
界Hはその向きと第1,第2磁気トンネル効果素子3
1,32の固定磁化層の磁化の向きとが一致している磁
界であり、負の値を有する外部磁界Hはその向きと第
1,第2磁気トンネル効果素子31,32の固定磁化層
の磁化の向きとが180°異なる磁界(即ち、逆向きの
磁界)である。
FIG. 2 shows changes in the resistance value R of the first magnetic tunnel effect element 31 and the second magnetic tunnel effect element 32 with respect to the external magnetic field H by curves L1 and L2, respectively. In FIG. 2, the external magnetic field H having a positive value depends on its direction and the first and second magnetic tunnel effect elements 3.
The external magnetic field H having a negative value is a magnetic field in which the magnetization directions of the fixed magnetization layers of the first and second fixed magnetic layers 31 and 32 are fixed. This is a magnetic field in which the direction of magnetization differs by 180 ° (that is, a magnetic field in the opposite direction).

【0068】図2からも明かなように、第1磁気トンネ
ル効果素子31の抵抗値は、外部磁界Hが加わっていな
い(H=0(Oe))とき抵抗値R0となり、外部磁界
Hが磁界Hu(Hu≒−20(Oe))以下の領域及び磁
界Hd(Hd≒20(Oe))以上の領域にて、それぞれ
最大値Rmax(=R0+ΔRu)及び最小値Rmin(=R0
−ΔRd)となる。
As is clear from FIG. 2, the resistance value of the first magnetic tunnel effect element 31 becomes the resistance value R0 when no external magnetic field H is applied (H = 0 (Oe)). The maximum value Rmax (= R0 + ΔRu) and the minimum value Rmin (= R0) in a region equal to or smaller than Hu (Hu ≒ −20 (Oe)) and a region equal to or larger than the magnetic field Hd (Hd ≒ 20 (Oe)).
−ΔRd).

【0069】一方、第2磁気トンネル効果素子32の抵
抗値は、外部磁界Hが加わっていないとき抵抗値R0、
外部磁界Hが磁界Hu及び磁界Hdのときそれぞれ値R0
+Δru及び値R0−Δrd、磁界Hu,Hdの絶対値より
も十分大きい絶対値の正及び負の磁界(この例では略±
90(Oe))が加わったときに、それぞれ上記最大値
Rmax、及び上記最小値Rminとなる。従って、上記ハー
フブリッヂ回路からなる磁気センサの出力電圧Voutの
最大値Vmaxは、Vmax=Vin・(R0−Δrd)/(R0
−ΔRd+R0−Δrd)…(数6)となり、最小値Vmin
は、Vmin=Vin・(R0+Δru)/(R0+ΔRd+R0
+Δru)…(数7)となる。この場合、ΔRdとΔRu
は略等しいので、これをΔRと置くことができる。同様
に、ΔrdとΔruは略等しいので、これをΔrと置くこ
とができる。
On the other hand, when the external magnetic field H is not applied, the resistance value of the second magnetic tunnel effect element 32 is equal to the resistance value R0,
When the external magnetic field H is the magnetic field Hu and the magnetic field Hd, the value R0
+ Δru and values R0−Δrd, positive and negative magnetic fields having absolute values sufficiently larger than the absolute values of the magnetic fields Hu and Hd (in this example, approximately ±
90 (Oe)) are the maximum value Rmax and the minimum value Rmin, respectively. Therefore, the maximum value Vmax of the output voltage Vout of the magnetic sensor including the half bridge circuit is as follows: Vmax = Vin · (R0−Δrd) / (R0)
−ΔRd + R0−Δrd) (Equation 6) and the minimum value Vmin
Is as follows: Vmin = Vin · (R0 + Δru) / (R0 + ΔRd + R0)
+ Δru) (Equation 7). In this case, ΔRd and ΔRu
Are approximately equal, so this can be placed as ΔR. Similarly, since Δrd and Δru are substantially equal, this can be set as Δr.

【0070】ところで、上述したように、磁気トンネル
効果素子の感度(最大感度)は、同素子の面積Sが小さ
いほど低下する。このことは、図2に示した測定例にお
いても同様であり、第2磁気トンネル効果素子32の感
度は第1磁気トンネル効果素子31の感度より低く、Δ
rはΔRに対して十分小さくなる。従って、上記数1及
び数2から、Vmax=Vin/(2−(ΔR/R0))…
(数8)、最小値Vminは、Vmin=Vin/(2+(ΔR
/R0))…(数9)が導かれる。この数8,数9によ
れば、最大値Vmax及び最小値VminはΔR/R0ととも
に変化することが理解される。
By the way, as described above, the sensitivity (maximum sensitivity) of the magnetic tunnel effect element decreases as the area S of the element decreases. This is the same in the measurement example shown in FIG. 2. The sensitivity of the second magnetic tunnel effect element 32 is lower than the sensitivity of the first magnetic tunnel effect element 31,
r becomes sufficiently smaller than ΔR. Therefore, from the above equations (1) and (2), Vmax = Vin / (2- (ΔR / R0))
(Equation 8), the minimum value Vmin is Vmin = Vin / (2+ (ΔR
/ R0)) (Equation 9) is derived. According to Equations 8 and 9, it is understood that the maximum value Vmax and the minimum value Vmin change with ΔR / R0.

【0071】この場合、最大値Vmaxは、固定磁化層の
磁化の向きと同一向きの磁界が加わった場合の値であ
り、数8から環境温度に拘らずVin/2より必ず大きく
なることが解る。また、最小値Vminは、固定磁化層の
磁化の向きと反対の向きの磁界が加わった場合の値であ
り、数9から環境温度に拘らずVin/2より必ず小さく
なることが解る。
In this case, the maximum value Vmax is a value when a magnetic field having the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetization layer is applied, and it can be seen from Expression 8 that the maximum value Vmax is always larger than Vin / 2 regardless of the environmental temperature. . Further, the minimum value Vmin is a value when a magnetic field in the direction opposite to the magnetization direction of the fixed magnetic layer is applied, and it can be seen from Expression 9 that the minimum value Vmin is always smaller than Vin / 2 regardless of the environmental temperature.

【0072】このように、上記第1実施形態に係る磁気
センサは、環境温度に拘らず、外部磁界が「0」のとき
Vin/2であり、外部磁界が固定磁化層の磁化の向きと
同一向きのときVin/2より大きく、外部磁界が固定磁
化層の磁化の向きと反対の向きのときVin/2より小さ
くなる。即ち、上記第1実施形態に係る磁気センサは、
出力VoutがVin/2より大きいか否かを判定すること
により、環境温度に拘らず外部磁界の向きを確実に検出
することができるものとなっている。
As described above, in the magnetic sensor according to the first embodiment, the external magnetic field is Vin / 2 when the external magnetic field is “0” regardless of the environmental temperature, and the external magnetic field is the same as the magnetization direction of the fixed magnetic layer. In the case of the direction, it is larger than Vin / 2, and when the external magnetic field is in the direction opposite to the direction of magnetization of the fixed magnetic layer, it becomes smaller than Vin / 2. That is, the magnetic sensor according to the first embodiment includes:
By determining whether or not the output Vout is greater than Vin / 2, the direction of the external magnetic field can be reliably detected regardless of the environmental temperature.

【0073】図3は、このような磁気センサの出力特性
を常温において測定した結果の一例を示したものであ
り、同図3より、外部磁界が略Hu〜略Hdの範囲で変化
する限り、上記磁気センサは感度の非常によい磁気セン
サとなっていることが確認される。
FIG. 3 shows an example of the result of measuring the output characteristics of such a magnetic sensor at room temperature. From FIG. 3, as long as the external magnetic field changes in the range of approximately Hu to approximately Hd, It is confirmed that the magnetic sensor is a magnetic sensor with very good sensitivity.

【0074】なお、図1及び図15において破線にて示
したように、第1の面積を有する磁気トンネル効果素子
31の両端電圧を出力電圧V´outとして取出すことも
できる。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9の最小値Vmin及び数8の最大値Vm
ax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、最大値V´max及び最小
値V´minは環境温度に関わらず同一の値となることが
なく、環境温度に拘らず外部磁界の向きを確実に検出す
ることができるものとなっている。
As shown by the broken lines in FIGS. 1 and 15, the voltage across the magnetic tunnel effect element 31 having the first area can be taken out as the output voltage V'out. In this case, the maximum value V'max and the minimum value V'min of the output voltage V'out are calculated from the voltage Vin of the DC constant voltage source 33 by the minimum value Vmin of Equation 9 and the maximum value Vm of Equation 8 above.
ax is subtracted from each other. Therefore, even when the output is taken out in this way, the maximum value V'max and the minimum value V'min do not become the same regardless of the environmental temperature, and the direction of the external magnetic field is ensured regardless of the environmental temperature. Can be detected.

【0075】(第2実施形態)上記数8,数9は、外部
磁界Hが図2に示した磁界Hu〜Hd(飽和磁界Hsの範
囲内)で変化し、第2磁気トンネル効果素子32の抵抗
変化分Δrが第1磁気トンネル効果素子31の抵抗変化
分ΔRに対して十分小さいという条件に基づいて導かれ
ている。しかしながら、外部磁界Hの絶対値が磁界Hu
〜Hdの範囲を越えて大きくなるとΔrはΔRに近づき
無視することができない。このため、上記数6,数7か
ら理解されるように、素子に加わる外部磁界Hの絶対値
が大きくなると、出力電圧Voutの最大値Vmax,最小値
Vminは共にVin/2に近づく。この出力電圧Vout(=
Vin/2)は、外部磁界が加わっていない場合の出力電
圧Voutと等しい。これは、実際の測定結果を示す図3
においても認められ、外部磁界Hが「0」の場合と、外
部磁界Hの絶対値が十分大きな場合とで、出力電圧Vou
tは共に500mVとなった。
(Embodiment 2) Equations (8) and (9) indicate that the external magnetic field H changes in the magnetic fields Hu to Hd (within the range of the saturation magnetic field Hs) shown in FIG. It is derived based on a condition that the resistance change Δr is sufficiently smaller than the resistance change ΔR of the first magnetic tunnel effect element 31. However, the absolute value of the external magnetic field H is
If it becomes larger than the range of Hd, Δr approaches ΔR and cannot be ignored. Therefore, as can be understood from Equations 6 and 7, when the absolute value of the external magnetic field H applied to the element increases, both the maximum value Vmax and the minimum value Vmin of the output voltage Vout approach Vin / 2. This output voltage Vout (=
Vin / 2) is equal to the output voltage Vout when no external magnetic field is applied. FIG. 3 shows an actual measurement result.
In the case where the external magnetic field H is “0” and the case where the absolute value of the external magnetic field H is sufficiently large, the output voltage Vou
Both t became 500 mV.

【0076】このことは、第1実施形態に係る磁気セン
サは、外部磁界がHu〜Hdの間で変化する場合には高感
度の磁気センサとして機能するが、外部磁界がHu〜Hd
を越えて変化する場合には磁気センサとして好適ではな
い場合があり得ることを意味する。
This means that the magnetic sensor according to the first embodiment functions as a high-sensitivity magnetic sensor when the external magnetic field changes between Hu and Hd.
If it changes beyond, it means that it may not be suitable as a magnetic sensor.

【0077】第2実施形態は、第1実施形態のかかる不
都合を改善しようとするものであり、図19に示したよ
うに、第1実施形態の第2磁気トンネル効果素子32
を、例えばNiFe(Ni:Fe=81:19)からな
る軟磁性体32fにより被覆し、これにより第2磁気ト
ンネル効果素子32に磁気遮蔽を施した点においてのみ
第1実施形態と異なっている。
The second embodiment is to solve such a disadvantage of the first embodiment, and as shown in FIG. 19, the second magnetic tunnel effect element 32 of the first embodiment is used.
Is covered with a soft magnetic material 32f made of, for example, NiFe (Ni: Fe = 81: 19), and thus the second magnetic tunnel effect element 32 is magnetically shielded from the first embodiment.

【0078】上述したように、第2磁気トンネル効果素
子32の感度は、第1磁気トンネル効果素子31よりも
低下していて、外部磁界の変化に対し抵抗値Rが変化し
難くなっている。従って、更に磁気遮蔽がなされること
により、第2磁気トンネル効果素子32の抵抗値は外部
磁界Hに対して殆ど変化しなくなる。実際にこの磁気遮
蔽された第2磁気トンネル効果素子32の特性を測定し
てみると、図4に示したように、その抵抗値Rが外部磁
界Hの影響を殆ど受けず略一定値となっていた。
As described above, the sensitivity of the second magnetic tunnel effect element 32 is lower than that of the first magnetic tunnel effect element 31, and the resistance value R hardly changes in response to a change in the external magnetic field. Therefore, the resistance value of the second magnetic tunnel effect element 32 hardly changes with respect to the external magnetic field H due to further magnetic shielding. When the characteristics of the magnetically shielded second magnetic tunnel effect element 32 are actually measured, as shown in FIG. 4, the resistance value R becomes substantially constant without being affected by the external magnetic field H. I was

【0079】従って、このように構成した磁気センサに
おいては、外部磁界Hが磁界Hu〜Hdよりも広い範囲で
変化した場合にも、上記数8,数9が成立することにな
る。即ち、出力電圧Voutは前記磁界Hu〜Hd近傍でそ
れぞれ最大値Vmax,最小値Vminをとり、それよりも大
きい絶対値を有する外部磁界Hが加わっても中央値Vin
/2に近づくことはなく、最大値Vmax,最小値Vminを
維持する。このことは、常温(25℃)において第2実
施形態に係る磁気センサの出力電圧Voutを測定した結
果を示す図5によっても確認される。
Therefore, in the magnetic sensor configured as described above, even when the external magnetic field H changes in a wider range than the magnetic fields Hu to Hd, the above Expressions 8 and 9 hold. That is, the output voltage Vout takes the maximum value Vmax and the minimum value Vmin in the vicinity of the magnetic fields Hu to Hd, respectively, and even when the external magnetic field H having an absolute value larger than the maximum value is applied, the median value Vin is obtained.
/ 2 is maintained, and the maximum value Vmax and the minimum value Vmin are maintained. This is confirmed by FIG. 5 showing the result of measuring the output voltage Vout of the magnetic sensor according to the second embodiment at normal temperature (25 ° C.).

【0080】以上説明したように、第2実施形態に係る
磁気センサは、磁界Hu〜Hdを越えて大きく変化する外
部磁界Hの下で使用された場合であっても、異なる外部
磁界Hに対して同一の出力電圧Voutを示すことがない
良好な特性を有するとともに、第1実施形態の磁気セン
サと同じ理由から、温度特性が良好なものとなってい
る。
As described above, even when the magnetic sensor according to the second embodiment is used under the external magnetic field H which greatly changes beyond the magnetic fields Hu to Hd, the magnetic sensor according to the second embodiment does The magnetic sensor according to the first embodiment has good characteristics without exhibiting the same output voltage Vout, and has good temperature characteristics for the same reason as the magnetic sensor of the first embodiment.

【0081】(第3実施形態)次に、図6に概念的に示
した第3実施形態に係る磁気センサについて説明する。
この磁気センサは、第1磁気トンネル効果素子31と同
様に構成された第1磁気トンネル効果素子41,42
と、第2磁気トンネル効果素子32と同様に構成された
第2磁気トンネル効果素子43,44と、直流定電圧源
45とを備えている。磁気トンネル効果素子41〜44
は、固定磁化層の固定された磁化の向きが全て略同一と
なるように形成されている。
(Third Embodiment) Next, a magnetic sensor according to a third embodiment conceptually shown in FIG. 6 will be described.
This magnetic sensor includes first magnetic tunnel effect elements 41 and 42 configured similarly to the first magnetic tunnel effect element 31.
And second magnetic tunnel effect elements 43 and 44 configured similarly to the second magnetic tunnel effect element 32, and a DC constant voltage source 45. Magnetic tunnel effect elements 41 to 44
Are formed such that the fixed magnetization directions of the fixed magnetic layer are all substantially the same.

【0082】この磁気センサにおいては、第1磁気トン
ネル効果素子41の一端と第2磁気トンネル効果素子4
3の一端とが接続されて一の回路要素が構成され、第2
磁気トンネル効果素子44の一端と第1磁気トンネル効
果素子42の一端とが接続された他の回路要素が構成さ
れ、第1磁気トンネル効果素子41の他端と第2磁気ト
ンネル効果素子43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、第2磁気トンネル効果素子
44の他端と第1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、以
上によりフルブリッヂ回路が構成されている。そして、
第1磁気トンネル効果素子41と第2磁気トンネル効果
素子43との接続点との電位と、第2磁気トンネル効果
素子44と第1磁気トンネル効果素子42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出力電圧
Voutとなるように構成されている。
In this magnetic sensor, one end of the first magnetic tunnel effect element 41 and the second magnetic tunnel effect element 4
3 are connected to one end to form one circuit element.
Another circuit element in which one end of the magnetic tunnel effect element 44 and one end of the first magnetic tunnel effect element 42 are connected is formed, and the other end of the first magnetic tunnel effect element 41 and the other The ends are connected to the positive and negative electrodes of the DC constant voltage source 45, respectively, and the other end of the second magnetic tunnel effect element 44 and the other end of the first magnetic tunnel effect element 42 are connected to the positive and negative electrodes of the DC constant voltage source 45, respectively. These are connected to each other to form a full bridge circuit. And
The potential at the connection point between the first magnetic tunnel effect element 41 and the second magnetic tunnel effect element 43 and the potential at the connection point between the second magnetic tunnel effect element 44 and the first magnetic tunnel effect element 42 are taken out. The configuration is such that the potential difference between these connection points becomes the output voltage Vout.

【0083】図20は、この磁気センサの概略平面図で
あり、第1磁気トンネル効果素子41,42は、上述し
た第1磁気トンネル効果素子31と同様に構成されてい
て、各基板41a,42aの上面に10行×11列のマ
トリクス状に形成され、それらが電気的に直列接続され
る一組の磁気トンネル効果素子41b,42bをそれぞ
れ有している。一組の磁気トンネル効果素子41b,4
2bの各構造及び大きさについては、図9〜図11、及
び図16により説明した一組の磁気トンネル効果素子3
1bと同一である。
FIG. 20 is a schematic plan view of this magnetic sensor. The first magnetic tunnel effect elements 41 and 42 have the same configuration as the above-described first magnetic tunnel effect element 31, and each of the substrates 41a and 42a Have a set of magnetic tunnel effect elements 41b and 42b, which are formed in a matrix of 10 rows × 11 columns and electrically connected in series. One set of magnetic tunnel effect elements 41b, 4
Each structure and size of the magnetic tunnel effect element 3b described with reference to FIGS. 9 to 11 and FIG.
Same as 1b.

【0084】第2磁気トンネル効果素子43,44は、
上述した第2磁気トンネル効果素子32と同様に構成さ
れていて、各基板43a,44aの上面に2行×11列
のマトリクス状に形成され、それらが電気的に直列接続
される一組の磁気トンネル効果素子43b,44bをそ
れぞれ有している。一組の磁気トンネル効果素子43
b,44bの各構造及び大きさについては、図9〜図1
1、及び図18により説明した一組の磁気トンネル効果
素子32bと同一である。
The second magnetic tunnel effect elements 43 and 44 are
It is configured similarly to the above-described second magnetic tunnel effect element 32, is formed in a matrix of 2 rows × 11 columns on the upper surface of each of the substrates 43a and 44a, and is a set of magnetic elements electrically connected in series. It has tunnel effect elements 43b and 44b, respectively. One set of magnetic tunnel effect element 43
b and 44b are shown in FIGS.
1 and a set of the magnetic tunnel effect element 32b described with reference to FIG.

【0085】次に、このように構成した第3実施形態に
係る磁気センサの特性について説明すると、同磁気セン
サの出力電圧Voutの最大値VmaxについてはVmax=Vi
n・(ΔRu−Δru)/(2R0+ΔRu+Δru)…(数
10)、最小値VminについてはVmin=Vin・(Δrd
−ΔRd)/(2R0−ΔRd−Δrd)…(数11)なる
式が成立する。また、上述したように、上記数10,数
11におけるΔRdとΔrdは等しくΔRと置くことがで
き、ΔRuとΔruは等しくΔrと置くことができる。更
に、外部磁界Hが上記磁界Hu〜Hdの範囲にあるとき、
前記Δrは前記ΔRに対して十分小さいとして扱うこと
ができる。従って、上記数10からVmax=Vin/(1
+2・(R0/ΔR))…(数12)、上記数11から
Vmin=Vin/(1−2・(R0/ΔR))…(数13)
が導き出される。
Next, the characteristics of the magnetic sensor according to the third embodiment will be described. The maximum value Vmax of the output voltage Vout of the magnetic sensor is as follows: Vmax = Vi
n · (ΔRu−Δru) / (2R0 + ΔRu + Δru) (Equation 10), and for the minimum value Vmin, Vmin = Vin · (Δrd)
−ΔRd) / (2R0−ΔRd−Δrd) (Equation 11) is established. Further, as described above, ΔRd and Δrd in Equations 10 and 11 can be set equal to ΔR, and ΔRu and Δru can be set equal to Δr. Further, when the external magnetic field H is in the range of the magnetic fields Hu to Hd,
The Δr can be treated as sufficiently smaller than the ΔR. Therefore, from the above equation 10, Vmax = Vin / (1
+ 2 · (R0 / ΔR)) (Equation 12) From the above Equation 11, Vmin = Vin / (1-2 · (R0 / ΔR)) (Equation 13)
Is derived.

【0086】一方、磁気トンネル効果素子は、上記ΔR
が上記R0に比べ一桁程小さいので値R0/ΔRは1/2
よりも常に大きい。従って、数12及び数13によれ
ば、最大値Vmax,最小値Vminはそれぞれ常に正の値,
負の値となる。即ち、この磁気センサは磁界の方向が決
まるとき出力電圧の正負が一義的に決まる。従って、上
記構成の磁気センサは、環境温度の変動によらず外部磁
界の向きを確実に検出しうる磁気センサとなる。
On the other hand, the magnetic tunnel effect element uses the ΔR
Is about one digit smaller than the above R0, so the value R0 / ΔR is 1/2.
Always bigger than. Therefore, according to Equations 12 and 13, the maximum value Vmax and the minimum value Vmin are always positive values, respectively.
It will be a negative value. That is, in this magnetic sensor, the polarity of the output voltage is uniquely determined when the direction of the magnetic field is determined. Therefore, the magnetic sensor having the above-described configuration is a magnetic sensor that can reliably detect the direction of the external magnetic field irrespective of changes in the environmental temperature.

【0087】このように、上記第3実施形態に係る磁気
センサは、温度特性が良好なものとなっている。図7
は、この磁気センサの出力電圧Voutを常温において測
定した結果の一例を示したものであり、同図7より、外
部磁界が略Hu〜略Hdの範囲で変化する限り、上記磁気
センサは感度の非常によい磁気センサとなっていること
が確認された。
As described above, the magnetic sensor according to the third embodiment has good temperature characteristics. FIG.
FIG. 7 shows an example of the result of measuring the output voltage Vout of this magnetic sensor at room temperature. From FIG. 7, as long as the external magnetic field changes in a range of approximately Hu to approximately Hd, the magnetic sensor has a high sensitivity. It was confirmed that it was a very good magnetic sensor.

【0088】(第4実施形態)上記数12,数13は、
外部磁界が図2に示した磁界Hu〜Hdの間で変化し、第
2磁気トンネル効果素子43,44の抵抗変化分Δr
が、第1磁気トンネル効果素子41,42の抵抗変化分
ΔRに対して十分小さいという条件に基づいて導かれて
いる。しかしながら、外部磁界Hの絶対値が磁界Hu〜
Hdの範囲を越えて大きくなるとΔrはΔRに近づき無
視することができない。このため、上記数10,数11
から理解されるように、素子に加わる外部磁界Hの絶対
値が大きくなると、出力電圧Voutの最大値Vmax,最小
値Vminは共に「0」に近づく。一方、外部磁界が加わ
っていない場合の出力電圧Voutの値も「0」である。
これは、実際の測定結果を示す図7においても認めら
れ、その出力電圧Voutは、外部磁界Hの絶対値が大き
くなるにしたがって徐々に「0」に近づいていた。
(Fourth Embodiment) The above equations (12) and (13) are
The external magnetic field changes between the magnetic fields Hu to Hd shown in FIG. 2 and the resistance change Δr of the second magnetic tunnel effect elements 43 and 44.
Is derived on the condition that the resistance change ΔR of the first magnetic tunnel effect elements 41 and 42 is sufficiently small. However, the absolute value of the external magnetic field H is
If it becomes larger than the range of Hd, Δr approaches ΔR and cannot be ignored. Therefore, the above equations (10) and (11)
As can be understood from the above, when the absolute value of the external magnetic field H applied to the element increases, both the maximum value Vmax and the minimum value Vmin of the output voltage Vout approach "0". On the other hand, the value of the output voltage Vout when no external magnetic field is applied is also “0”.
This is also observed in FIG. 7 showing the actual measurement results, and the output voltage Vout gradually approaches “0” as the absolute value of the external magnetic field H increases.

【0089】このことは、第3実施形態に係る磁気セン
サは、外部磁界がHu〜Hdの間で変化する場合には高感
度の磁気センサとして機能するが、外部磁界がHu〜Hd
を越えて変化する場合には磁気センサとして好適ではな
い場合があり得ることを意味する。
This means that the magnetic sensor according to the third embodiment functions as a high-sensitivity magnetic sensor when the external magnetic field changes between Hu and Hd.
If it changes beyond, it means that it may not be suitable as a magnetic sensor.

【0090】第4実施形態は、第3実施形態のかかる不
都合を改善しようとするものであり、図21に示したよ
うに、第3実施形態の第2磁気トンネル効果素子43,
44を、例えばNiFe(Ni:Fe=81:19)か
らなる軟磁性体43c,44cによりそれぞれ被覆し、
これにより第2磁気トンネル効果素子43,44に対し
て磁気遮蔽を施した点においてのみ第3実施形態と異な
っている。
The fourth embodiment is to solve such a disadvantage of the third embodiment, and as shown in FIG. 21, the second magnetic tunnel effect element 43, 43 of the third embodiment is used.
44 is coated with soft magnetic bodies 43c and 44c made of, for example, NiFe (Ni: Fe = 81: 19),
This is different from the third embodiment only in that the second magnetic tunnel effect elements 43 and 44 are magnetically shielded.

【0091】面積S(巾W)が小さくされることにより
感度の低下した第2磁気トンネル効果素子43,44に
磁気遮蔽を施すと、第2磁気トンネル効果素子32に磁
気遮蔽を施した場合と同様、その抵抗値は外部磁界Hの
変化に対して殆ど変化しなくなる。この結果、外部磁界
Hが磁界Hu〜Hdよりも広い範囲で変化した場合にも、
上記数12,数13が成立することになり、出力電圧V
outは外部磁界Hが磁界Hu〜Hd越えて変化した場合で
あっても「0」には近づかず、最大値Vmax又は最小値
Vminを維持する。このことは、常温において第4実施
形態に係る磁気センサの出力電圧Voutを測定した結果
を示す図8によっても確認された。
When the magnetic shielding is applied to the second magnetic tunnel effect elements 43 and 44 whose sensitivity has been reduced by reducing the area S (width W), the case where the magnetic shielding is applied to the second magnetic tunnel effect element 32 is different from the case where the magnetic shielding is applied to the second magnetic tunnel effect element 32. Similarly, the resistance value hardly changes with a change in the external magnetic field H. As a result, even when the external magnetic field H changes in a wider range than the magnetic fields Hu to Hd,
Equations (12) and (13) hold, and the output voltage V
out does not approach "0" and maintains the maximum value Vmax or the minimum value Vmin even when the external magnetic field H changes beyond the magnetic fields Hu to Hd. This was also confirmed from FIG. 8 showing the result of measuring the output voltage Vout of the magnetic sensor according to the fourth embodiment at normal temperature.

【0092】このように、第4実施形態に係る磁気セン
サは、磁界Hu〜Hdを越えて大きく変化する外部磁界H
の下で使用された場合であっても、異なる外部磁界Hに
対して同一の出力電圧Voutを示すことがない良好な特
性を有するとともに、第3実施形態の磁気センサと同じ
理由から、温度特性が良好なものとなっている。
As described above, in the magnetic sensor according to the fourth embodiment, the external magnetic field H that greatly changes beyond the magnetic fields Hu to Hd is used.
Even when the magnetic sensor is used under the following conditions, it has good characteristics that it does not exhibit the same output voltage Vout with respect to different external magnetic fields H, and has the same temperature characteristics as the magnetic sensor of the third embodiment. Is good.

【0093】以上説明したように、本発明による磁気セ
ンサの各実施形態は、磁気トンネル効果素子そのものの
抵抗値を検出する場合に比べて、温度特性が改善されて
いる。また、第1,第3実施形態に係る磁気センサは、
第2,第4実施形態の磁気センサのように、磁気遮蔽を
必要としないので、一般にめっき工程により行われる磁
気遮蔽工程を省略でき、製造工程を簡素化することがで
きる。
As described above, each embodiment of the magnetic sensor according to the present invention has improved temperature characteristics as compared with the case where the resistance value of the magnetic tunnel effect element itself is detected. Further, the magnetic sensors according to the first and third embodiments include:
Unlike the magnetic sensors of the second and fourth embodiments, magnetic shielding is not required, so that a magnetic shielding step generally performed by a plating step can be omitted, and the manufacturing process can be simplified.

【0094】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことはなく、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、上記各実施形態において
は、第1磁気トンネル効果素子31(41,42)と、
第2磁気トンネル効果素子32(43,44)を別個の
基板上に形成していたが、これらを同一基板上に形成す
ることもできる。また、第1〜第4実施形態について
は、それぞれ図22〜図25に示したように各磁気トン
ネル効果素子を配設してもよい。また、上記各実施形態
の固定磁化層にはPtMnからなる反強磁性膜が使用さ
れていたが、これをCоCr系金属(例えば、CoPt
Cr)等の強磁性膜に代えることもできる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be adopted within the scope of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the first magnetic tunnel effect element 31 (41, 42)
Although the second magnetic tunnel effect element 32 (43, 44) is formed on a separate substrate, they may be formed on the same substrate. In the first to fourth embodiments, each magnetic tunnel effect element may be provided as shown in FIGS. Further, although an antiferromagnetic film made of PtMn is used for the fixed magnetic layer in each of the above embodiments, this is replaced with a CoCr-based metal (for example, CoPt).
It can be replaced with a ferromagnetic film such as Cr).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施形態に係る磁気センサの概
念的な平面図である。
FIG. 1 is a conceptual plan view of a magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示した面積の異なる各磁気トンネル効
果素子についての外部磁界に対する抵抗値の変化を示し
たグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a change in resistance value with respect to an external magnetic field for each magnetic tunnel effect element having a different area shown in FIG.

【図3】 本発明の第1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の変化を示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a change in an output voltage with respect to an external magnetic field of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第2実施形態において使用される磁
気遮蔽された磁気トンネル効果素子の外部磁界に対する
抵抗値の変化を示したグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change in resistance value of a magnetically shielded magnetic tunnel effect element used in a second embodiment of the present invention with respect to an external magnetic field.

【図5】 本発明の第2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の変化を示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a change in an output voltage with respect to an external magnetic field of a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第3実施形態に係る磁気センサの概
念的な平面図である。
FIG. 6 is a conceptual plan view of a magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第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の変化を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a change in output voltage with respect to an external magnetic field of a magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第4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の変化を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a change in output voltage with respect to an external magnetic field of a magnetic sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の各実施形態に係る磁気センサにおい
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。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a part of a magnetic tunnel effect element used in the magnetic sensor according to each embodiment of the present invention.

【図10】 図9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。
10 is a schematic plan view of the magnetic tunnel effect element shown in FIG. 9 from which an interlayer insulating film and a substrate are omitted.

【図11】 図9に示した磁気トンネル効果素子の固定
磁化層を形成する反強磁性膜の概略平面図である。
11 is a schematic plan view of an antiferromagnetic film forming a fixed magnetization layer of the magnetic tunnel effect element shown in FIG.

【図12】 磁気トンネル効果素子の感度と飽和磁界と
の関係を説明するために同磁気トンネル効果素子の外部
磁界に対する抵抗値の変化を模式的に示したグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph schematically showing a change in resistance value of the magnetic tunnel effect element with respect to an external magnetic field in order to explain the relationship between the sensitivity of the magnetic tunnel effect element and a saturation magnetic field.

【図13】 磁気トンネル効果素子の大きさについて説
明するための同素子の自由磁化層の平面図である。
FIG. 13 is a plan view of a free magnetic layer of the magnetic tunnel effect element for explaining the size of the element.

【図14】 磁気トンネル効果素子の巾に対する飽和磁
界を測定した結果を示したグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the results of measuring the saturation magnetic field with respect to the width of the magnetic tunnel effect element.

【図15】 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。
FIG. 15 is a schematic plan view of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図16】 図15に示した第1磁気トンネル効果素子
の大きさについて説明するための、同素子の基板(固定
磁化層)と自由磁化層の平面図である。
FIG. 16 is a plan view of a substrate (fixed magnetic layer) and a free magnetic layer of the first magnetic tunnel effect element shown in FIG. 15 for describing the size of the element.

【図17】 図1及び図15に示した第1磁気トンネル
効果素子(第1の面積を有する磁気トンネル効果素子)
の外部磁界に対する抵抗値の変化を環境温度別に示した
図である。
17 is a first magnetic tunnel effect element (a magnetic tunnel effect element having a first area) shown in FIGS. 1 and 15;
FIG. 7 is a diagram showing a change in resistance value with respect to an external magnetic field for each environmental temperature.

【図18】 図15に示した第2磁気トンネル効果素子
の大きさについて説明するための、同素子の基板(固定
磁化層)と自由磁化層の平面図である。
18 is a plan view of a substrate (fixed magnetic layer) and a free magnetic layer of the second magnetic tunnel effect element shown in FIG. 15 for describing the size of the element.

【図19】 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。
FIG. 19 is a schematic plan view of a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図20】 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。
FIG. 20 is a schematic plan view of a magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図21】 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。
FIG. 21 is a schematic plan view of a magnetic sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図22】 本発明の第1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。
FIG. 22 is a schematic plan view of a magnetic sensor according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図23】 本発明の第2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。
FIG. 23 is a schematic plan view of a magnetic sensor according to a modification of the second embodiment of the present invention.

【図24】 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。
FIG. 24 is a schematic plan view of a magnetic sensor according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図25】 本発明の第4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。
FIG. 25 is a schematic plan view of a magnetic sensor according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…下部電極、12…反強磁性膜、13…強磁性膜、
14…絶縁層、15…強磁性膜、16…ダミー膜、17
…層間絶縁層、18…上部電極、31…第1磁気トンネ
ル効果素子、31a…基板、31b…一組の第1磁気ト
ンネル効果素子、31c…下部電極、31d…反強磁性
膜、31e…強磁性膜、32…第2磁気トンネル効果素
子、32a…基板、32b…一組の第2磁気トンネル効
果素子、32c…下部電極、32d…反強磁性膜、32
e…強磁性膜、32f…軟磁性体、33…直流定電圧
源、41,42…第1磁気トンネル効果素子、41a,
42a…基板、41b,42b…一組の第1磁気トンネ
ル効果素子、43,44…第2磁気トンネル効果素子、
43a,44a…基板、43b,44b…一組の第2磁
気トンネル効果素子、43c,44c…軟磁性体、45
…直流定電圧源。
11 lower electrode, 12 antiferromagnetic film, 13 ferromagnetic film,
14 ... insulating layer, 15 ... ferromagnetic film, 16 ... dummy film, 17
... interlayer insulating layer, 18 ... upper electrode, 31 ... first magnetic tunnel effect element, 31a ... substrate, 31b ... one set of first magnetic tunnel effect element, 31c ... lower electrode, 31d ... antiferromagnetic film, 31e ... strong Magnetic film, 32: second magnetic tunnel effect element, 32a: substrate, 32b: one set of second magnetic tunnel effect element, 32c: lower electrode, 32d: antiferromagnetic film, 32
e: ferromagnetic film, 32f: soft magnetic material, 33: DC constant voltage source, 41, 42: first magnetic tunnel effect element, 41a,
42a: substrate; 41b, 42b: a set of first magnetic tunnel effect elements; 43, 44: second magnetic tunnel effect elements;
43a, 44a ... substrate, 43b, 44b ... one set of second magnetic tunnel effect elements, 43c, 44c ... soft magnetic material, 45
... DC constant voltage source.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G017 AA03 AB05 AC04 AD55 AD65 5D034 BA02 BB02 BB14 CA03 5D091 DD03 HH11 5E049 AA01 AA07 AA09 AC05 BA16 CB02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G017 AA03 AB05 AC04 AD55 AD65 5D034 BA02 BB02 BB14 CA03 5D091 DD03 HH11 5E049 AA01 AA07 AA09 AC05 BA16 CB02

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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第1の面積を有する
ものと、前記磁気トンネル効果素子であって前記第1の
面積より小さい第2の面積を有するものとを、前記直流
電圧源に対して直列に接続し、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。
A DC voltage source; a fixed magnetic layer having a fixed magnetization direction fixed to a predetermined direction; a free magnetic layer having a magnetization direction changed in accordance with an external magnetic field; A magnetic tunnel effect element including an insulating layer sandwiched between the magnetic tunnel effect element, the magnetic tunnel effect element having a first area, and the magnetic tunnel effect element. A device having a second area smaller than the first area is connected in series to the DC voltage source to output a voltage across either of the magnetic tunnel effect devices. A magnetic sensor comprising:
【請求項2】請求項1に記載の磁気センサにおいて、前
記第2の面積を有する磁気トンネル効果素子を磁気遮蔽
したことを特徴とする磁気センサ。
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic tunnel effect element having the second area is magnetically shielded.
【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第1の面積を有する
ものの一端と前記磁気トンネル効果素子であって前記第
1の面積より小さい第2の面積を有するものの一端とを
接続してなる回路要素を一対備え、前記一対の回路要素
のうちの一の回路要素の前記第1の面積を有する磁気ト
ンネル効果素子の他端と前記第2の面積を有する磁気ト
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
回路要素の前記第2の面積を有する磁気トンネル効果素
子の他端と前記第1の面積を有する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前記第1の面積を有する
磁気トンネル効果素子と前記第2の面積を有する磁気ト
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. A DC voltage source, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed to a predetermined direction, a free magnetic layer whose magnetization direction changes in accordance with an external magnetic field, a fixed magnetic layer, and a fixed magnetic layer. A magnetic tunnel effect element including an insulating layer sandwiched between the magnetic tunnel effect element, the magnetic tunnel effect element having one end having a first area and the magnetic tunnel effect element. A pair of circuit elements each having a second area smaller than the first area and connected to one end thereof, and a magnetic tunnel effect having the first area of one circuit element of the pair of circuit elements The other end of the element and the other end of the magnetic tunnel effect element having the second area are connected to a positive electrode and a negative electrode of the DC voltage source, respectively, and Has an area of 2 The other end of the magnetic tunnel effect element and the other end of the magnetic tunnel effect element having the first area are connected to the positive electrode and the negative electrode of the DC voltage source, respectively, and the first area of the pair of circuit elements is connected. A magnetic tunnel effect element configured to output a potential difference between connection points of the magnetic tunnel effect element having the second area and the magnetic tunnel effect element having the second area.
【請求項4】請求項3に記載の磁気センサにおいて、前
記第2の面積を有する磁気トンネル効果素子を磁気遮蔽
したことを特徴とする磁気センサ。
4. The magnetic sensor according to claim 3, wherein the magnetic tunnel effect element having the second area is magnetically shielded.
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