JP2004335699A

JP2004335699A - 磁気センサ及び磁気エンコーダ

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Publication number: JP2004335699A
Application number: JP2003128973A
Authority: JP
Inventors: Taiko Ko; 太好高; Susumu Shirauchi; 進白内
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】例えば数１０００パルス／回転を超えるような高分解能な磁気エンコーダを実現できるようにする。
【解決手段】少なくとも磁性薄膜の積層構造を有して膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段からの磁界を検知するＴＭＲ素子等の薄膜磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであって、共通に設けられた共通磁性層３と、個別に設けられた磁界検知用の複数の個別磁性層５ａ〜５ｆと、の積層構造により並列配置させて形成された複数のセンサ部６ａ〜６ｆを備える。即ち、膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段からの磁界を検知する薄膜磁気抵抗効果素子を用いることにより、平面的な並列配置が容易であり、より一層の高分解能を実現するために複数のセンサ部６ａ〜６ｆが並列配置された磁気エンコーダ用に適した安価で構造簡便な磁気センサ１となる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ及び磁気エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転又はリニア式の磁気エンコーダ、モータ用磁界測定装置、さらには、複写機、プリンタ等の画像形成装置、特にカラー画像形成装置の印字精度の検知用磁気エンコーダ用の磁気センサとしては、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、フラックスゲートセンサ、半導体ホール効果センサ等と、着磁された棒状又は板状の磁性体の磁化パターンを検知することで相対的な移動を検知するようにしている。
【０００３】
また、この種の検出回路、素子等に関する提案例も各種あり、その一例を以下に例示する。例えば、特許文献１によれば、モータ駆動電流を磁気インダクタンスセンサで検地し、高精度に制御できる電流検出回路が提案されている。また、特許文献２によれば、通電電流を高周波化することでブリッジ回路なしで検知できる磁気抵抗効果素子が提案されている。さらに、特許文献３によれば、トンネル型磁気抵抗素子を用い、かつ、そのセンサは外部磁界に対応して磁化方向が変化する磁性層のうち、一部の領域が外部磁界を感知するセンサ部として機能するようにした提案がなされている。さらに、特許文献４によれば、トンネル型磁気抵抗素子を用い、かつ、ブリッジ構成としたセンサが提案されている。さらに、特許文献５によれば、ＭＲ素子のブリッジを二重に配置し、対向する微細ピッチのリング磁石パターンの動きを精度よく検知できるセンサが提案されている。
【０００４】
ここに、トンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）とは、磁性薄膜層が絶縁層を介して複数層形成され、伝導に関わる電子がスピンを維持しながら絶縁層をトンネル現象によって伝導されることから、この際の磁化の状態によってトンネル透過係数が異なることを利用して磁界検知を行なう原理の素子である。強磁性体トンネル効果は非常に高い磁場感度を有するため、超高密度磁気記録におけるＨＤＤ用磁気再生ヘッドとしての利用可能性がある。この他、モータ用磁界測定装置、ナビゲーション用地磁気センサ等の磁気センサや、いわゆるＭＲＡＭと称される磁気固体メモリデバイス等への利用も可能といえる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２５３５７３号公報
【特許文献２】
特開平７−１８１２３９号公報
【特許文献３】
特開２０００−１２３３２８公報
【特許文献４】
特表２００２−５２２８６６公報
【特許文献５】
特表２００２−５３０６３８公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような特許文献例を始めとする従来の磁気方式のエンコーダでは、例えば、回転型エンコーダの場合で数１０００パルス／回転が限界となっており、それ以上の高分解能な磁気エンコーダは実現されていない現状にある。
【０００７】
この結果、例えばこのようなエンコーダを印字精度のため用いる画像形成装置、特にカラー画像形成装置においても、その高印字品質化に限界がある現状にある。即ち、例えば複数回の転写工程を繰り返すタンデム方式のカラープリンタ等にあっては、色ずれや印字ずれが生じやすく、例えば１２００ｄｐｉ以上の高印字品質化が困難である。
【０００８】
本発明の目的は、例えば数１０００パルス／回転を超えるような高分解能な磁気エンコーダを実現できるようにすることである。
【０００９】
本発明の目的は、上記目的を低コストにて実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、少なくとも磁性薄膜の積層構造を有して膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段からの磁界を検知する薄膜磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであって、共通に設けられた共通磁性層と、個別に設けられた磁界検知用の複数の個別磁性層と、の積層構造により並列配置させて形成された複数のセンサ部を備える。
【００１１】
従って、膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段からの磁界を検知する薄膜磁気抵抗効果素子を用いることにより、平面的な並列配置が容易であり、より一層の高分解能を実現するために複数のセンサ部が並列配置された磁気エンコーダ用に適した安価で構造簡便な磁気センサを提供できる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁気センサにおいて、前記薄膜磁気抵抗効果素子は、金属磁性体層／非磁性体絶縁層／金属磁性体層の積層構造を含むトンネル型磁気抵抗効果素子である。
【００１３】
従って、請求項１記載の磁気センサを実現する上で、薄膜磁気抵抗効果素子がトンネル型磁気抵抗効果素子として構成されているので、元々薄膜技術等を用いて作製されることから小型・軽量化に適している上に高精度な磁気センサとすることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の磁気センサにおいて、前記薄膜磁気抵抗効果素子は、磁性体層／非磁性体絶縁層／金属磁性体層の積層構造を含むＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果素子である。
【００１５】
従って、請求項１記載の磁気センサを実現する上で、薄膜磁気抵抗効果素子がＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果素子として構成されているので、高精度な磁気センサとすることができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記共通磁性層と前記個別磁性層との容易軸方向がほぼ直交する。
【００１７】
従って、共通磁性層と個別磁性層との容易軸方向、即ち、異方性の向きをほぼ直交させることにより、センサ部の磁界に関する感度を向上させ、かつ、バルクハウゼンノイズ等の発生を抑制し得る作用効果も得られ、Ｓ／Ｎが向上する。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記共通磁性層の保磁力が前記個別磁性層の保磁力より大きい。
【００１９】
従って、保磁力の差によりＰＩＮ層の磁化状態を固定させることにより、感度が向上し、一方向磁化での使用が容易となる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記共通磁性層は、前記個別磁性層側に配置させた磁性膜による磁性膜／反強磁性膜積層構造を有する。
【００２１】
従って、共通磁性層側が磁性膜／反強磁性膜積層構造を有するので、ＰＩＮ層の磁化の固定がさらに容易となり、かつ、外部磁界変動に対しては変化が小さいため、感度向上を見込むことができ、経時変化の小さいセンサとすることができる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記共通磁性層は、前記個別磁性層側に磁性膜を配置させた人工フェリ磁性膜構造を有する。
【００２３】
従って、ＰＩＮ層の磁化の固定を人工フェリ磁性膜構造により行うため、さらに温度の影響が少なく、高温での使用が可能なセンサとすることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記個別磁性層は、平面形状が円形形状又はドーナツ形状に形成されている。
【００２５】
従って、個別磁性層の平面形状を円形形状（真円形状、楕円形状等）又はドーナツ形状とすることで、形状異方性に伴う磁気異方性を低減させることができ、磁界強度の変化に対するセンサ部の出力の線形性を向上させ、センサないしは磁気エンコーダとしての性能向上を図れる。
【００２６】
請求項９記載の発明の磁気エンコーダは、請求項１ないし８の何れか一記載の磁気センサと、この磁気センサの近傍に配置された磁界発生手段と、を備える。
【００２７】
従って、請求項１ないし８の何れか一記載の磁気センサを備えているので、請求項１ないし８の何れか一記載の発明と同様の作用を奏する磁気エンコーダを提供できる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の磁気エンコーダにおいて、前記磁気センサの各センサ部による磁界の検出出力の位相を各々異ならせる位相異化手段を備える。
【００２９】
従って、磁気センサの各センサ部による磁界の検出出力の位相を各々異ならせる位相異化手段を備えることにより、低コストにて高分解能な磁気エンコーダを実現できる。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の磁気エンコーダにおいて、前記位相異化手段は、前記磁界発生手段の磁化状態又は磁化パターンを前記各センサ部毎に異ならせたものである。
【００３１】
従って、磁界発生手段の磁化状態又は磁化パターンを各センサ部毎に異ならせることにより、請求項１０記載の発明を容易に実現できる。
【００３２】
請求項１２記載の発明は、請求項１０又は１１記載の磁気エンコーダにおいて、前記位相異化手段は、前記各センサ部毎にその磁界強度に対する感度を異ならせたものである。
【００３３】
従って、各センサ部毎にその磁界強度に対する感度を異ならせることにより、請求項１０又は１１記載の発明を容易に実現できる。特に、請求項１１記載の発明と組合せることにより、１００００パルス／回転のような高分解能を容易に得ることが可能となる。
【００３４】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の磁気エンコーダにおいて、前記各センサ部毎にその磁界強度に対する感度を異ならせる前記位相異化手段は、相対位置又は磁束方向による検知感度の変化により感度が異なる。
【００３５】
従って、相対位置又は磁束方向による検知感度の変化により感度が異なるようにすることで、請求項１２記載の発明を容易に実現することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。本実施の形態の磁気センサ１は磁気エンコーダ用のもので、基本的には、図４に示すように、絶縁性の基板２上に積層させた共通磁性層３による第１層と、この共通磁性層３上に位置する絶縁層４による第２層と、絶縁層４を介して共通磁性層３上に位置し複数に分割されることにより個別に設けられた磁界検知用の複数の個別磁性層５ａ〜５ｆによる第３層とよりなり、共通磁性層３と各個別磁性層５ａ〜５ｆとの積層構造部分により複数のセンサ部６ａ〜６ｆが並列配置させた状態で形成されている。ここに、各センサ部６ａ〜６ｆとしては、金属磁性体層／非磁性体絶縁層／金属磁性体層の積層構造を含むトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）構造や磁性体層／非磁性体絶縁層／金属磁性体層の積層構造を含むＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ型ＧＭＲ素子）構造を採ることができ、膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段（後述する）からの磁界を検知する方式のものである。
【００３７】
このような磁気センサ１に関する詳細構成をその作製方法を含めて順に説明する。まず、図１に示すような熱酸化膜１１付きのＳｉ基板等の基板２上に、共通磁性層３として、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜を成膜し、図２に示すように所定のパターン、例えば、１本の短冊状形状にパターンニングする。この際、基板２としては石英基板、ガラス基板等の絶縁性の基板であってもよい。また、共通磁性層３としては、ＦｅＭｎ，ＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ等の反強磁性膜上にＣｏ５０Ｆｅ５０膜を成膜したＰＩＮ層タイプの積層構造であってもよい（即ち、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜なる磁性膜が後述の個別磁性層側に位置する）。また、共通磁性層３としては、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜に限らず、例えば、Ｃｏ，Ｃｏ８５Ｃｒ１５等であってもよく、他の磁性層（個別磁性層５ａ〜５ｆ）より高保磁力膜となるように構成されていればよい。このような共通磁性層３の成膜法としては、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法を始めとして各種方法を用いることができる。そして、一般的な半導体作製工程に用いられるフォトリソグラフィ技術とＣＦ_４＋Ｈ_２を用いたＲＩＥにより、共通磁性層３のパターンニングを行えばよい。この場合、ガス種としては他のものを用いてもよい。また、エッチング処理としては、ウェットエッチング法であってもよい。この場合、エッチング液として王水を用いればよい。また、メタルマスク等を用いて最初から所望の形に成膜させる手法を用いるようにしてもよい。これらのプロセスは、以下のプロセスに関しても同様に採用し得る。
【００３８】
次に、図３に示すように共通磁性層３上に絶縁層４を成膜する。ここに、センサ部６ａ〜６ｆがＴＭＲ素子構造の場合であれば、この絶縁層４としてはＡｌ−Ｏ，Ａｌ_２Ｏ_３等により形成される。また、ＣＰＰ型ＧＭＲ素子構造の場合であれば絶縁層４に先立ち、非磁性金属膜が成膜される。
【００３９】
この後、図４に示すように、第３層として、共通磁性層３上に絶縁層４を介して、磁界検知用の個別磁性層、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜をスパッタリング法（めっき法、蒸着法、ＣＶＤ法等でもよい）により成膜し、フォトリソグラフィ法により個別磁性層５ａ〜５ｆに短冊状に分割されるようにパターンニングする。この場合、共通磁性膜３とこれらの個別磁性層５ａ〜５ｆとはその容易軸方向（異方性の向き）が直交（厳密に直交せずともほぼ直交していればよい）するようなパターンニングとされる。また、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜以外に、Ｎｉ−Ｆｅ膜、ＣｕＭｏパーマロイ膜、ＣｏＦｅＢアモルファス膜、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファス薄膜等でもよい。何れにしても、比較的低保磁力の膜構成であれば、個別に感じる個別磁性層５ａ〜５ｆを並列配置させることが可能であり、センサ部６ａ〜６ｆを並列配置させて形成することができる。また、共通磁性層３と個別磁性層５ａ〜５ｆの保磁力の差によりＰＩＮ層の磁化状態を固定させることにより、感度も向上し、一方向磁化での使用が容易となる。
【００４０】
なお、このような磁気センサ１の積層構造に関して、その積層順序は上下逆とし、例えば、個別磁性層５ａ〜５ｆ側を先に成膜・パターンニングして形成するようにしてもよい。
【００４１】
このような磁気センサ１を用いた、より実際的な検出方式としては、図５に示すように各々電極としても機能する個別磁性層５ａ〜５ｆに対して共通磁性層３との間には直流電源１２が接続されているとともに、各個別磁性層５ａ〜５ｆに対してスイッチング回路１３を介して電圧計１４が接続されており、各センサ部６ａ〜６ｆ毎に膜面に垂直方向に電流を流した場合の電圧変化を、スイッチング回路１３のスイッチング動作により各センサ部６ａ〜６ｆ毎に電圧計１４で検知する検知方式とされている。このような検知動作において、センサ部６ａ〜６ｆに対しては検知対象となる磁界発生手段からの磁界が印加される。即ち、磁気エンコーダの場合であれば、各センサ部６ａ〜６ｆに対応するエンコーダからの外部磁界が印加される（実際は、個別磁性層５ａ〜５ｆに局所的に作用する）。もっとも、スイッチング回路１３を用いる方式に代えて、図６に示すように、電圧計アレイ１５を用いることで各センサ部６ａ〜６ｆに発生した電圧を個別に検知するようにしてもよい。
【００４２】
このような磁気センサ１によれば、膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段からの磁界を検知するＴＭＲ素子やＣＰＰ型ＧＭＲ素子等の薄膜磁気抵抗効果素子を用いることにより、平面的な並列配置が容易であり、より一層の高分解能を実現するために複数のセンサ部６ａ〜６ｆが並列配置された磁気エンコーダ用に適した安価で構造簡便な磁気センサ１となる。特に、共通磁性層３と個別磁性層５ａ〜５ｆとの容易軸方向、即ち、異方性の向きをほぼ直交させることにより、センサ部６ａ〜６ｆの磁界に関する感度を向上させることができる上に、バルクハウゼンノイズ等の発生を抑制し得る作用効果も得られ、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
【００４３】
また、共通磁性層３側を磁性膜／反強磁性膜積層構造を有するようにした場合であれば、ＰＩＮ層の磁化の固定がさらに容易となり、かつ、外部磁界変動に対しては変化が小さいため、感度向上を見込むことができ、経時変化の小さい磁気センサ１とすることができる。
【００４４】
本発明の第二の実施の形態を図７に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の実施の形態でも同様とする）。
【００４５】
本実施の形態の磁気センサ２１は、基本的には、第一の実施の形態の磁気センサ１に準ずるが、共通磁性層３に代えて、人工フェリ磁性膜構造を有する共通磁性層２２を備える構成としたものである。人工フェリ磁性膜構造としては、例えば、Ｆｅ／Ｃｕ／Ｆｅのように、Ｆｅ／非磁性金属／Ｆｅ等の積層構造とすることで高性能な共通磁性層（いわゆるＰＩＮ層）２２を実現できる。
【００４６】
人工フェリ磁性膜構造としては、これ以外、特に鉄系以外でも、第１層をＦｅ磁性膜とした後、下層はＣｕ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏでもよい。何れにしても、ＰＩＮ層としての性能向上が見込め、センサとしての感度を向上させることができる。
【００４７】
なお、図７中に図示していない絶縁層４、個別磁性層５ａ〜５ｆ等に関しては、第一の実施の形態の場合と同様とすればよい。
【００４８】
本発明の第三の実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。本実施の形態の磁気センサ３１は、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜による個別磁性層５ａ〜５ｆの平面形状を、矩形短冊状に代えて、例えば図８に示すようにフォトリソグラフィ法により円形形状（真円形状、楕円形状等）にパターンニング形成したものである。この他、個別磁性層５ａ〜５ｆの平面形状としては、ドーナツ形状等であってもよい。
【００４９】
なお、個別磁性層５ａ〜５ｆをこのような平面形状とした場合の外部接続の方法としては、直接ボンディングする方法でもよいが、例えば、図９に示すように、各個別磁性層５ａ〜５ｆ毎に非磁性の引出線部（或いは、パッド部）３２ａ〜３２ｆを設ける構成としてもよい。
【００５０】
個別磁性層５ａ〜５ｆの平面形状をこのように工夫することにより、矩形短冊状のような形状異方性による磁性膜のソフトな磁気特性の低下を減少させることができ、その分、磁気センサ３１としての高感度化を図ることができる。即ち、形状異方性に伴う磁気異方性を低減させることができ、磁界強度の変化に対するセンサ部６ａ〜６ｆの出力の線形性を向上させ、磁気センサ３１ないしは磁気エンコーダとしての性能向上を図ることができる。
【００５１】
本発明の第四の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、前述したような磁気センサ、例えば磁気センサ３１を用いた磁気エンコーダ４１への適用例を示す。本実施の形態の磁気エンコーダ４１は磁気センサ３１とこの磁気センサ３１の近傍に配置させた磁界発生手段４２とを備える。ここに、磁気センサ３１の各センサ部６ａ〜６ｆは並列かつ均等に配置され、これに対応して、磁界発生手段４２の磁化パターン（エンコーダ対応）も４２ａ〜４２ｆとして各センサ部６ａ〜６ｆ毎に個別かつ並列配置させて設けられている。この際、各センサ部６ａ〜６ｆの磁界検出信号の位相が異なるように、近傍に配置させた磁界発生手段４２の磁化パターン４２ａ〜４２ｆ（或いは、磁化状態）を変化させる構成とされている。具体的には、磁化パターン４２ａ〜４２ｆの位相を均等にずらした配置とされている。このような磁化パターン配列の磁界発生手段４２により本実施の形態の位相異化手段が実現されている。
【００５２】
このようにして、各センサ部６ａ〜６ｆの磁界検出信号の位相が異なるようにすることで、同位相の場合よりも、高分解能を実現できる。また、ＴＭＲ素子やＣＰＰ型ＧＭＲ素子を用いることで基本的に並列化が容易で、かつ、個別磁性層５ａ〜５ｆのレイアウトも必要に応じて自由度高く設定できる状況下に、隣接する磁化パターン４２ａ〜４２ｆからのクロストークを極めて低減させることができる。
【００５３】
なお、磁化パターン４２ａ〜４２ｆに関しては、特定のコードを用いることも可能であり、一層の高分解能化を図ることもできる。また、本実施の形態の場合、図示上、磁化パターン４２ａ〜４２ｆは平面的であるが、円柱状に構成してもよい。また、このような磁化パターン４２ａ〜４２ｆの素材としては、例えば、基材上にフェライト磁石の粉末を塗布したもの、Ｃｏ−Ｃｒのスパッタリング成膜したもの（この場合、磁化パターンは垂直方向に磁化することも可能）等、広くセミハード磁性体、ハード磁性体を用いることが可能である。さらに、基材自体を磁性体として用いることも可能であり、そこに直に磁化パターンを設けるようにしてもよい。
【００５４】
本発明の第五の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、前述したような磁気センサ、例えば磁気センサ３１を変形させた磁気センサ３１′を用いた磁気エンコーダ５１への適用例を示す。本実施の形態の磁気エンコーダ５１も磁気センサ３１′とこの磁気センサ３１′の近傍に配置させた磁界発生手段５２とを備える。磁気センサ３１′は共通磁性層３を含めてセンサ部６ａ〜６ｆの配列が、近傍配置の磁界発生手段５２との間における相対移動方向（図中、左右方向）に対して斜めに傾斜させて設定されている。一方、磁界発生手段５２側のセンサ部６ａ〜６ｆに対応する磁化パターンは斜め傾斜配置のセンサ部６ａ〜６ｆに関わらず一様配置とされている（センサ部６ａ〜６ｆに対して共通の磁化パターンとされている）。このようなセンサ部６ａ〜６ｆの斜め配置と磁界発生手段５２の共通磁化パターンとの関係により、各センサ部６ａ〜６ｆ毎に対応する磁化パターンの相対的な位置が異なることにより、磁界強度に対する感度が異なり、結果として各センサ部６ａ〜６ｆによる磁界の検出出力の位相が各々異なるように設定されている。ここに、本実施の形態の位相異化手段が実現されている。
【００５５】
このようにして、各センサ部６ａ〜６ｆの磁界検出信号の位相が異なるようにすることで、同位相の場合よりも、高分解能を実現できる。特に、本実施の形態の場合、磁界発生手段５２の磁化パターンは全てのセンサ部６ａ〜６ｆに共通であるので、その設定が容易であり、コスト低減と全体構成の簡素化を図る上で有利となる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、磁界発生手段５２の磁化パターンを全てのセンサ部６ａ〜６ｆに亘るように単一のパターン構成としたが、磁化位相は共通としたままで、各センサ部６ａ〜６ｆ毎に分割させた構成としてもよいのはもちろんである。
【００５７】
本発明の第六の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の第四及び第五の実施の形態を組み合わせたもので、磁気センサ３１′と磁界発生手段４２との組合せによる磁気エンコーダ６１への適用例を示す。即ち、各センサ部６ａ〜６ｆの斜め配置と各センサ部６ａ〜６ｆ対応の磁化パターン４２ａ〜４２ｆのずらし配置とにより、各センサ部６ａ〜６ｆの磁界に対する感度を異ならせつつ、各センサ部６ａ〜６ｆによる磁界の検出出力の位相が各々異なるように構成されている。ここに、本実施の形態の位相異化手段が実現されている。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段からの磁界を検知する薄膜磁気抵抗効果素子を用いているので、平面的な並列配置が容易であり、より一層の高分解能を実現するために複数のセンサ部が並列配置された磁気エンコーダ用に適した安価で構造簡便な磁気センサを提供することができる。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の磁気センサを実現する上で、薄膜磁気抵抗効果素子がトンネル型磁気抵抗効果素子として構成されているので、元々薄膜技術等を用いて作製される小型・軽量化に適している上に高精度な磁気センサとすることができる。
【００６０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の磁気センサを実現する上で、薄膜磁気抵抗効果素子がＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果素子として構成されているので、高精度な磁気センサとすることができる。
【００６１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３の何れか一記載の磁気センサにおいて、共通磁性層と個別磁性層との容易軸方向、即ち、異方性の向きをほぼ直交させることにより、センサ部の磁界に関する感度を向上させ、かつ、バルクハウゼンノイズ等の発生を抑制し得る作用効果も得ることができ、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
【００６２】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、保磁力の差によりＰＩＮ層の磁化状態を固定させることにより、感度を向上させ、一方向磁化での使用を容易にすることができる。
【００６３】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、共通磁性層側が磁性膜／反強磁性膜積層構造を有するので、ＰＩＮ層の磁化の固定をさらに容易にすることができ、かつ、外部磁界変動に対しては変化が小さいため、感度向上を見込むことができ、経時変化の小さいセンサとすることができる。
【００６４】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、ＰＩＮ層の磁化の固定を人工フェリ磁性膜構造により行うため、さらに温度の影響が少なく、高温での使用が可能なセンサとすることができる。
【００６５】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７の何れか一記載の磁気センサにおいて、個別磁性層の平面形状を円形形状（真円形状、楕円形状等）又はドーナツ形状としたので、形状異方性に伴う磁気異方性を低減させることができ、磁界強度の変化に対するセンサ部の出力の線形性を向上させ、センサないしは磁気エンコーダとしての性能向上を図ることができる。
【００６６】
請求項９記載の発明の磁気エンコーダによれば、請求項１ないし８の何れか一記載の磁気センサを備えているので、請求項１ないし８の何れか一記載の発明と同様の効果を奏する磁気エンコーダを提供することができる。
【００６７】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の磁気エンコーダにおいて、磁気センサの各センサ部による磁界の検出出力の位相を各々異ならせる位相異化手段を備えるので、低コストにて高分解能な磁気エンコーダを実現することができる。
【００６８】
請求項１１記載の発明によれば、磁界発生手段の磁化状態又は磁化パターンを各センサ部毎に異ならせることにより、請求項１０記載の発明を容易に実現することができる。
【００６９】
請求項１２記載の発明によれば、各センサ部毎にその磁界強度に対する感度を異ならせることにより、請求項１０又は１１記載の発明を容易に実現することができる。特に、請求項１１記載の発明と組合せることにより、１００００パルス／回転のような高分解能を容易に得ることが可能となる。
【００７０】
請求項１３記載の発明によれば、相対位置又は磁束方向による検知感度の変化により感度が異なるようにすることで、請求項１２記載の発明を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の磁気センサの作製段階を示す縦断正面図である。
【図２】磁気センサの作製段階を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図３】磁気センサの次の作製段階を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図４】磁気センサを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図５】検出系回路構成を含めて示す平面図である。
【図６】その変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態の磁気センサの作製段階を示し、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は平面図である。
【図８】本発明の第三の実施の形態の磁気センサを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図９】その変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図１０】本発明の第四の実施の形態の磁気エンコーダを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図１１】本発明の第五の実施の形態の磁気エンコーダを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図１２】本発明の第六の実施の形態の磁気エンコーダを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【符号の説明】
１磁気センサ
３共通磁性層
５ａ〜５ｆ個別磁性層
６ａ〜６ｆセンサ部
２１磁気センサ
２２共通磁性層
３１磁気センサ
４１磁気エンコーダ
４２磁界発生手段
４２ａ〜４２ｆ磁化パターン
５１磁気エンコーダ
５２磁界発生手段
６１磁気エンコーダ

Claims

少なくとも磁性薄膜の積層構造を有して膜面に垂直に電流を流すことにより近傍にある磁界発生手段からの磁界を検知する薄膜磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであって、
共通に設けられた共通磁性層と、個別に設けられた磁界検知用の複数の個別磁性層と、の積層構造により並列配置させて形成された複数のセンサ部を備える磁気センサ。
前記薄膜磁気抵抗効果素子は、金属磁性体層／非磁性体絶縁層／金属磁性体層の積層構造を含むトンネル型磁気抵抗効果素子である請求項１記載の磁気センサ。
前記薄膜磁気抵抗効果素子は、磁性体層／非磁性体絶縁層／金属磁性体層の積層構造を含むＣＰＰ型巨大磁気抵抗効果素子である請求項１記載の磁気センサ。
前記共通磁性層と前記個別磁性層との容易軸方向がほぼ直交する請求項１ないし３の何れか一記載の磁気センサ。
前記共通磁性層の保磁力が前記個別磁性層の保磁力より大きい請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサ。
前記共通磁性層は、前記個別磁性層側に配置させた磁性膜による磁性膜／反強磁性膜積層構造を有する請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサ。
前記共通磁性層は、前記個別磁性層側に磁性膜を配置させた人工フェリ磁性膜構造を有する請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサ。
前記個別磁性層は、平面形状が円形形状又はドーナツ形状に形成されている請求項１ないし７の何れか一記載の磁気センサ。
請求項１ないし８の何れか一記載の磁気センサと、
この磁気センサの近傍に配置された磁界発生手段と、
を備える磁気エンコーダ。
前記磁気センサの各センサ部による磁界の検出出力の位相を各々異ならせる位相異化手段を備える請求項９記載の磁気エンコーダ。
前記位相異化手段は、前記磁界発生手段の磁化状態又は磁化パターンを前記各センサ部毎に異ならせたものである請求項１０記載の磁気エンコーダ。
前記位相異化手段は、前記各センサ部毎にその磁界強度に対する感度を異ならせたものである請求項１０又は１１記載の磁気エンコーダ。
前記各センサ部毎にその磁界強度に対する感度を異ならせる前記位相異化手段は、相対位置又は磁束方向による検知感度の変化により感度が異なる請求項１２記載の磁気エンコーダ。