JP2006066821A - Magnetic sensor having magneto-resistance effect element - Google Patents
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Description
本発明は、ピンド層及びフリー層を含んでなる磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element including a pinned layer and a free layer.
従来から、GMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)やTMR素子(磁気トンネル効果素子)等の磁気抵抗効果素子が磁気センサに応用されている。これらの素子は、磁化の向きが固定されたピンド層を含む固定層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層と、を含む磁気抵抗効果膜を備えている。 Conventionally, magnetoresistive elements such as GMR elements (giant magnetoresistive elements) and TMR elements (magnetic tunnel effect elements) have been applied to magnetic sensors. These elements include a magnetoresistive effect film including a fixed layer including a pinned layer whose magnetization direction is fixed, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field.
例えば、GMR素子は、その断面図である図26に示したように、基板101上に形成されたフリー層102と、フリー層102の上に形成されたスペーサ層103と、スペーサ層103の上に形成されたピンド層を含む固定層104と、を備え、ピンド層の固定された磁化の向きとフリー層102の磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を呈する。
For example, the GMR element includes a
このような磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサにおいて、微小な外部磁界を精度良く検出するためには、外部磁界が磁気センサに加わっていない場合のフリー層102の各磁区の磁化の向きをピンド層の固定された磁化の向きに直交する向き(以下、この向きを「フリー層の磁化の初期状態における向き」又は単に「初期状態の向き」とも称呼する。)に安定的に維持する必要がある。
In a magnetic sensor having such a magnetoresistive effect element, in order to detect a minute external magnetic field with high accuracy, the magnetization direction of each magnetic domain of the
そこで、従来から、フリー層102の平面視での形状を長方形とするとともに、同長方形の長辺(即ち、フリー層102の長手方向であって図26においてY軸方向)を前記初期状態の向きに一致させている。このように構成すれば、磁化の向きが長手方向に揃う形状異方性が利用できるので、フリー層102の各磁区の磁化の向きを初期状態の向きに比較的容易に一致させることが可能となる。更に、従来の磁気センサは、フリー層102の長手方向の両端部に永久磁石膜である一対のバイアス磁石膜105,105を配し、同バイアス磁石膜105,105によって同初期状態の向きと同一の向きのバイアス磁界を同フリー層102に加えるようになっている。これによれば、外部磁界が消滅したとき、フリー層102の各磁区の磁化の向きがバイアス磁石膜105,105により付与される磁界により長期安定的に初期状態の向きに復帰する。
Therefore, conventionally, the shape of the
このような、フリー層102及びバイアス磁石膜105,105の磁化の様子を、同フリー層102と同バイアス磁石膜105,105の平面図である図27を参照しながら説明する。これらの膜を形成した段階においては、図27(A)の矢印にて示したように、フリー層102及びバイアス磁石膜105,105の各磁区の磁化の向きはフリー層102の長手方向の向きである初期状態の向きに揃っていない。フリー層102及びバイアス磁石膜105,105がこのような状態にあるGMR素子に対し、フリー層102の長手方向と直交する方向(X軸方向)において大きさが変化する外部磁界を印加して同GMR素子の抵抗値を調べると、図27(B)に示したように、抵抗値の変化にヒステリシスが発生する。
The state of magnetization of the
このことから明らかなように、フリー層102及びバイアス磁石膜105,105の磁化の向きが同フリー層102の長手方向に揃っていないGMR素子を備えた磁気センサにおいては、外部磁界が「0」近傍であるときの抵抗値が図27(B)に矢印にて示した範囲内で変動することになる。その結果、このような磁気センサは微小磁界を精度良く検出することができない。
As is clear from this, in the magnetic sensor including the GMR element in which the magnetization directions of the
次に、フリー層102及びバイアス磁石膜105,105が図27(A)に示した状態にある磁気センサに対してフリー層102の長手方向(この場合、Y軸正方向)にバイアス磁石膜105,105の保持力よりも大きさが大きい磁界を印加し、フリー層102の初期化とバイアス磁石膜105,105の着磁とを行うと、図28(A)に示したように、同フリー層102及び同バイアス磁石膜105,105の各磁区の磁化の向きは初期状態の向きに一致する。この状態のGMR素子は、図28(B)に示したように、ヒステリシスのない抵抗値変化を示す。従って、フリー層102の初期化及びバイアス磁石膜105,105の着磁を行ったGMR素子を備えた磁気センサは、微小磁界を精度良く検出することができる。
Next, the
ところが、このようにフリー層102の初期化及びバイアス磁石膜105,105の着磁を行ったGMR素子に対し、バイアス磁石膜105,105の保持力よりは小さいがフリー層102の保持力より大きい大きさを有し且つ初期状態の向きとは反対の向き(この場合、Y軸負方向)に主成分を有する外部磁界が印加されると、その後、同外部磁界が消滅しても、図29(A)に示したように、フリー層102の特に破線DLで囲んだ中央部分の各磁区の磁化の向きが初期状態の向きへ一致(復帰)しなくなる。この結果、図29(B)に示したように、GMR素子は再び外部磁界の変化に対してヒステリシスを有する抵抗値を示すようになるので、磁気センサによる磁界の検出精度が悪化してしまう。
However, for the GMR element in which the
このような問題に対処するため、従来の磁気センサは、フリー層102に近接して設けられ所定条件下での通電により前記バイアス磁界と同一方向(Y軸正方向)の磁界を同フリー層102に加える初期化用コイルを設けている(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、上記従来の磁気センサは、初期化用コイルと同初期化用コイルに電流を流すための処理回路を基板内に形成しなければならないので、センサの構成が複雑となるという問題点を有している。また、初期化用コイルに頻繁に電流を流すので、消費電力量が大きくなるという問題も有している。
従って、本発明の目的の一つは、大型の(広い面積を有する)初期化用コイルを用いなくとも、フリー層の各磁区の磁化の向きを安定して初期状態の向きに復帰させることが可能な磁気センサを提供することにある。
However, the conventional magnetic sensor has a problem that the configuration of the sensor is complicated because the initialization coil and a processing circuit for flowing current to the initialization coil must be formed in the substrate. is doing. Moreover, since a current is frequently passed through the initialization coil, there is a problem that the amount of power consumption increases.
Therefore, one of the objects of the present invention is to stably return the magnetization direction of each magnetic domain of the free layer to the initial state without using a large (large area) initialization coil. It is to provide a possible magnetic sensor.
本発明による磁気センサは、
ピンド層及びフリー層を含む磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の両端部に配設されるとともに前記フリー層に所定の向きのバイアス磁界を付与する一対の端部バイアス磁石膜と、を含む磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
前記一対の端部バイアス磁石膜の間に配設されるとともに前記フリー層に前記所定の向きのバイアス磁界を付与する中央部バイアス磁石膜を更に備えた磁気センサである。
The magnetic sensor according to the present invention comprises:
A magnetoresistive film including a pinned layer and a free layer; and a pair of end bias magnet films disposed at both ends of the magnetoresistive film and applying a bias magnetic field in a predetermined direction to the free layer; A magnetic sensor comprising a magnetoresistive effect element comprising:
The magnetic sensor further includes a central bias magnet film disposed between the pair of end bias magnet films and applying a bias magnetic field in the predetermined direction to the free layer.
これによれば、比較的大きな外部磁界が加わった後であっても、同外部磁界が消滅したときには、端部バイアス磁石膜のみでなく中央部バイアス磁石膜によって広い範囲のフリー層の磁化の向きを初期状態の向きに復帰させることが可能となる。従って、この磁気センサの磁気抵抗効果素子は外部磁界の変化に対してヒステリシスを有さない抵抗値変化を安定して示すので、同磁気センサは微少な磁界を長期に渡り精度良く検出することができる。 According to this, even after a relatively large external magnetic field is applied, when the external magnetic field disappears, not only the end bias magnet film but also the central bias magnet film causes the magnetization direction of a wide range of free layers. Can be restored to the initial orientation. Therefore, since the magnetoresistive effect element of this magnetic sensor stably shows a change in resistance value without hysteresis with respect to a change in the external magnetic field, the magnetic sensor can accurately detect a minute magnetic field over a long period of time. it can.
この場合、
前記磁気抵抗効果膜は長手方向を有する幅狭帯状に形成され、
前記所定の向きは前記長手方向と平行であり、
前記中央部バイアス磁石膜は前記長手方向と同一方向に長手方向を有する形状に形成されることが好適である。
in this case,
The magnetoresistive film is formed in a narrow band shape having a longitudinal direction,
The predetermined direction is parallel to the longitudinal direction;
The central bias magnet film is preferably formed in a shape having a longitudinal direction in the same direction as the longitudinal direction.
これによれば、フリー層が長手方向を有する形状となるので、同フリー層の初期状態における磁化の向きが形状異方性により同長手方向に容易に復帰する。加えて、中央部バイアス磁石膜の形状も長手方向を有するので、同中央部バイアス磁石膜は同長手方向に大きな磁界を安定して発生することができる。更に、フリー層の長手方向と中央部バイアス磁石膜の長手方向とは一致しているから、中央部バイアス磁石膜はフリー層の磁化の向きを初期状態の向きに復帰させる磁界を発生する。従って、この磁気センサの磁気抵抗効果素子は、外部磁界の変化に対してヒステリシスを有さない抵抗値変化をより長期に安定して示すことができる。 According to this, since the free layer has a shape having a longitudinal direction, the magnetization direction in the initial state of the free layer easily returns to the longitudinal direction due to the shape anisotropy. In addition, since the shape of the central bias magnet film has a longitudinal direction, the central bias magnet film can stably generate a large magnetic field in the longitudinal direction. Further, since the longitudinal direction of the free layer and the longitudinal direction of the central bias magnet film coincide with each other, the central bias magnet film generates a magnetic field that returns the magnetization direction of the free layer to the initial state. Therefore, the magnetoresistive effect element of this magnetic sensor can stably show a change in resistance value having no hysteresis with respect to a change in the external magnetic field over a long period of time.
更に、上記磁気センサは、前記磁気抵抗効果素子を少なくとも二つ備え、且つ、同二つの磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向きが互いに直交するように構成されることが好適である。 Furthermore, the magnetic sensor preferably includes at least two of the magnetoresistive effect elements, and is configured so that the fixed magnetization directions of the pinned layers of the two magnetoresistive effect elements are orthogonal to each other. is there.
この磁気センサは、ピンド層の磁化の向きが互いに直交した少なくとも二つの磁気抵抗効果素子を備えるから、互いに直交した方向の磁界の各成分を検出することができる。加えて、この二つの磁気抵抗効果素子に互いに直交する方向の磁界を与えることにより、各中央部バイアス磁石膜の磁化の向きを適切な向きに着磁するための処理を一時に行うことができる。 Since this magnetic sensor includes at least two magnetoresistive elements whose magnetization directions of the pinned layer are orthogonal to each other, each component of the magnetic field in the orthogonal direction can be detected. In addition, by applying magnetic fields in directions perpendicular to each other to the two magnetoresistive elements, a process for magnetizing the magnetization directions of the respective central bias magnet films in an appropriate direction can be performed at a time. .
なお、上述した二つの磁気抵抗効果素子に与える「互いに直交する方向の磁界」として、「略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久棒磁石を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久棒磁石の同端面に現れる磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久棒磁石の同端面に現れる磁極の極性と異なるように配置・構成されたマグネットアレイ」が、各永久棒磁石の端面近傍に形成する磁界を用いることができる。 Note that “magnetic fields in directions orthogonal to each other” given to the two magnetoresistive elements described above are “a plurality of permanent shapes having a substantially rectangular parallelepiped shape and a cross-sectional shape perpendicular to one central axis of the rectangular parallelepiped. The bar magnets are arranged so that the center of gravity of the end faces having substantially square shapes coincide with the lattice points of the square lattice, and the polarities of the magnetic poles appearing on the same end faces of the respective permanent bar magnets arranged at the shortest distances. A magnetic array formed and arranged in the vicinity of the end face of each permanent bar magnet can be used by the “magnet array arranged and configured differently from the polarity of the magnetic poles appearing on the same end face of other adjacent permanent bar magnets”.
以下、本発明による磁気センサの各実施形態について図面を参照しながら説明する。この磁気センサにはNタイプと称呼される磁気センサとSタイプと称呼される磁気センサとがある。
(磁気センサの構造)
平面図である図1に示した本発明の実施形態に係るNタイプの磁気センサ10は、基板10aと、複数の(この例では合計で8個の)GMR素子11〜14,21〜24と、回路部30と、を備えている。
Embodiments of a magnetic sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This magnetic sensor includes a magnetic sensor called N type and a magnetic sensor called S type.
(Magnetic sensor structure)
The N-type
基板10aは、平面視において互いに直交するX軸及びY軸に沿った辺を有する略正方形状を有し、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に小さな厚みを有する薄板体である。
The
GMR素子11〜14,21〜24は、それぞれの磁気検出方向(磁界検出方向)における外部磁界の成分に応じた大きさの抵抗値を示す磁気検出素子である。GMR素子11〜14,21〜24は、基板10aに対して配設された位置が異なる点を除き、互いに実質的に同一の構造を備えている。従って、以下、GMR素子11を代表例として、その構造について説明する。なお、GMR素子11は第1X軸GMR素子11、GMR素子12は第2X軸GMR素子12、GMR素子13は第3X軸GMR素子13、GMR素子14は第4X軸GMR素子14と称呼される。また、GMR素子21は第1Y軸GMR素子21、GMR素子22は第2Y軸GMR素子22、GMR素子23は第3Y軸GMR素子23、GMR素子24は第4X軸GMR素子24と称呼される。
The
第1X軸GMR素子11は、拡大平面図である図2及び図2の1−1線に沿った平面にて第1X軸GMR素子11を切断した概略断面図である図3に示したように、複数の(この例では6個の)幅狭帯状部11a1〜11a6と、複数の(この例では7個の)端部バイアス磁石膜11b1〜11b7と、一対の端子部11c1,11c2と、複数の(この例では6個の)中央部バイアス磁石膜11d1〜11d6と、を備えている。端部バイアス磁石膜及び中央部バイアス磁石膜は、端部ハードマグネット膜及び中央部ハードマグネット膜ともそれぞれ称呼される。
The first
幅狭帯状部11a1〜11a6の各々はY軸方向に長手方向を有している。最もX軸正方向側に位置する幅狭帯状部11a1のY軸負方向側の端部は、端部バイアス磁石膜11b1の上に形成されている。端部バイアス磁石膜11b1は接続部11c1と接続されている。幅狭帯状部11a1のY軸正方向側の端部は、端部バイアス磁石膜11b2の上に形成されている。 Each of the narrow strip portions 11a1 to 11a6 has a longitudinal direction in the Y-axis direction. The end of the narrow strip portion 11a1 located closest to the X-axis positive direction side on the Y-axis negative direction side is formed on the end bias magnet film 11b1. The end bias magnet film 11b1 is connected to the connection portion 11c1. The end of the narrow strip portion 11a1 on the Y axis positive direction side is formed on the end bias magnet film 11b2.
幅狭帯状部11a2は、幅狭帯状部11a1のX軸負側において幅狭帯状部11a1に隣接配置されている。幅狭帯状部11a2の一つの端部は端部バイアス磁石膜11b2の上に形成されるとともに、端部バイアス磁石膜11b2上において幅狭帯状部11a1と接続されている。幅狭帯状部11a2の他の端部は端部バイアス磁石膜11b3の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a2 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a1 on the X axis negative side of the narrow strip portion 11a1. One end of the narrow strip portion 11a2 is formed on the end bias magnet film 11b2, and is connected to the narrow strip portion 11a1 on the end bias magnet film 11b2. The other end of the narrow strip portion 11a2 is formed on the end bias magnet film 11b3.
幅狭帯状部11a3は、幅狭帯状部11a2のX軸負側において幅狭帯状部11a2に隣接配置されている。幅狭帯状部11a3の一つの端部は端部バイアス磁石膜11b3の上に形成されるとともに、端部バイアス磁石膜11b3上において幅狭帯状部11a2と接続されている。幅狭帯状部11a3の他の端部は端部バイアス磁石膜11b4の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a3 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a2 on the X-axis negative side of the narrow strip portion 11a2. One end of the narrow strip portion 11a3 is formed on the end bias magnet film 11b3 and is connected to the narrow strip portion 11a2 on the end bias magnet film 11b3. The other end of the narrow strip portion 11a3 is formed on the end bias magnet film 11b4.
幅狭帯状部11a4は、幅狭帯状部11a3のX軸負側において幅狭帯状部11a3に隣接配置されている。幅狭帯状部11a4の一つの端部は端部バイアス磁石膜11b4の上に形成されるとともに、端部バイアス磁石膜11b4上において幅狭帯状部11a3と接続されている。幅狭帯状部11a4の他の端部は端部バイアス磁石膜11b5の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a4 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a3 on the X-axis negative side of the narrow strip portion 11a3. One end of the narrow strip portion 11a4 is formed on the end bias magnet film 11b4 and is connected to the narrow strip portion 11a3 on the end bias magnet film 11b4. The other end of the narrow strip portion 11a4 is formed on the end bias magnet film 11b5.
幅狭帯状部11a5は、幅狭帯状部11a4のX軸負側において幅狭帯状部11a4に隣接配置されている。幅狭帯状部11a5の一つの端部は端部バイアス磁石膜11b5の上に形成されるとともに、端部バイアス磁石膜11b5上において幅狭帯状部11a4と接続されている。幅狭帯状部11a5の他の端部は端部バイアス磁石膜11b6の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a5 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a4 on the X-axis negative side of the narrow strip portion 11a4. One end of the narrow strip portion 11a5 is formed on the end bias magnet film 11b5 and is connected to the narrow strip portion 11a4 on the end bias magnet film 11b5. The other end of the narrow strip portion 11a5 is formed on the end bias magnet film 11b6.
幅狭帯状部11a6は、幅狭帯状部11a5のX軸負側において幅狭帯状部11a5に隣接配置されている。幅狭帯状部11a6の一つの端部は端部バイアス磁石膜11b6の上に形成されるとともに、端部バイアス磁石膜11b6上において幅狭帯状部11a5と接続されている。幅狭帯状部11a6の他の端部はバイアス磁石膜11b7の上に形成されている。バイアス磁石膜11b7は接続部11c2と接続されている。 The narrow strip portion 11a6 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a5 on the X axis negative side of the narrow strip portion 11a5. One end of the narrow strip portion 11a6 is formed on the end bias magnet film 11b6 and is connected to the narrow strip portion 11a5 on the end bias magnet film 11b6. The other end of the narrow strip portion 11a6 is formed on the bias magnet film 11b7. The bias magnet film 11b7 is connected to the connection portion 11c2.
端部バイアス磁石膜11b1〜11b7は、平面視において、幅狭帯状部11a1〜11a6の各長手方向と一致する方向(この場合、Y軸方向)に長手方向を備える形状を有している。例えば、端部バイアス磁石膜11b2〜11b6の形状は、Y軸方向に長辺を有する長方形である。端部バイアス磁石膜11b1,11b7の形状を同様の長方形とすることもできる。これにより、端部バイアス磁石膜11b1〜11b7は、長手方向に向かう大きさが大きい磁界を安定的に発生することができる。 The end bias magnet films 11b1 to 11b7 have a shape having a longitudinal direction in a direction (in this case, the Y-axis direction) coinciding with each longitudinal direction of the narrow strips 11a1 to 11a6 in plan view. For example, the shape of the end bias magnet films 11b2 to 11b6 is a rectangle having long sides in the Y-axis direction. The shape of the end bias magnet films 11b1 and 11b7 may be the same rectangle. Accordingly, the end bias magnet films 11b1 to 11b7 can stably generate a magnetic field having a large size in the longitudinal direction.
中央部バイアス磁石膜11d1は、幅狭帯状部11a1のY軸方向(長手方向)略中央部の直下において基板10a上に形成されている。即ち、中央部バイアス磁石膜11d1は、一対の端部バイアス磁石膜11b1,11b2の中央部の近傍に配設されている。中央部バイアス磁石膜11d1は、平面視においてY軸方向に長辺(長手方向)を有する長方形状を有している。中央部バイアス磁石膜11d1の短辺の長さは、幅狭帯状部11a1の幅(長手方向と直交する方向の長さ、この場合、X軸方向の長さ)と同一に、或いは、幅狭帯状部11a1の幅よりも若干だけ大きく設定されている。
The central bias magnet film 11d1 is formed on the
中央部バイアス磁石膜11d2乃至中央部バイアス磁石膜11d6のそれぞれは、中央部バイアス磁石膜11d1と同一形状を有している。中央部バイアス磁石膜11d2乃至中央部バイアス磁石膜11d6は、幅狭帯状部11a2乃至幅狭帯状部11a6のY軸方向(長手方向)略中央部の直下においてそれぞれ基板10a上に形成されている。
Each of the central bias magnet film 11d2 to the central bias magnet film 11d6 has the same shape as the central bias magnet film 11d1. The central bias magnet film 11d2 to the central bias magnet film 11d6 are respectively formed on the
幅狭帯状部11a1〜11a6の各々は、図4に膜構成を示したスピンバルブ膜からなっている。このスピンバルブ膜は、基板10aの上に形成されたフリー層F、フリー層Fの上に形成されたスペーサ層S、スペーサ層Sの上に形成された固定層P及び固定層Pの上に形成されたキャッピング層Cからなっている。基板10aは、Si層10a1とその上に積層されたSiO2(又はSiN)の絶縁層10a2とからなっている。絶縁層10a2は配線層を含んでいる。
Each of the narrow strip portions 11a1 to 11a6 is composed of a spin valve film whose film configuration is shown in FIG. This spin valve film is formed on the free layer F formed on the
フリー層Fは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層である。フリー層Fは、基板10aの直上に形成された膜厚が8nm(80Å)のCoZrNbアモルファス磁性層11−1と、CoZrNbアモルファス磁性層11−1の上に形成された膜厚が3.3nm(33Å)のNiFe磁性層11−2と、NiFe磁性層11−2の上に形成された膜厚が1〜3nm(10〜30Å)程度のCoFe層11−3とからなっている。CoZrNbアモルファス磁性層11−1とNiFe磁性層11−2は軟質の強磁性体膜を構成している。
The free layer F is a layer whose magnetization direction changes in accordance with the direction of the external magnetic field. The free layer F includes a CoZrNb amorphous magnetic layer 11-1 having a film thickness of 8 nm (80 mm) formed directly on the
フリー層Fは、幅狭帯状部11a1〜11a6のそれぞれが長手方向を有していることから、Y軸方向に沿った長手方向を有した形状となっている。従って、フリー層Fの磁化の初期状態の向きは、形状異方性によりフリー層Fの長手方向(第1X軸GMR素子11の場合はY軸負方向)となっている。
Since each of the narrow strip portions 11a1 to 11a6 has a longitudinal direction, the free layer F has a shape having a longitudinal direction along the Y-axis direction. Therefore, the direction of the initial state of magnetization of the free layer F is the longitudinal direction of the free layer F (in the case of the first
スペーサ層Sは、膜厚が2.4nm(24Å)のCuからなる導電性膜である。なお、前記CoFe層11−3は、NiFe層11−2のNi及びスペーサ層SのCu11−4の拡散を防止するものである。 The spacer layer S is a conductive film made of Cu having a film thickness of 2.4 nm (24 cm). The CoFe layer 11-3 prevents diffusion of Ni in the NiFe layer 11-2 and Cu11-4 in the spacer layer S.
固定層(固着層、磁化固定層)Pは、膜厚が2.2nm(22Å)のCoFe磁性層11−5と、Ptを45〜55mol%含むPtMn合金から形成した膜厚が24nm(240Å)の反強磁性膜11−6とを重ね合わせたものである。CoFe磁性層11−5は、ピニング層を構成する反強磁性膜11−6に交換結合的に裏打されることにより磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸負方向にピン(固着)されるピンド層を構成している。CoFe磁性層11−5の磁化の向きが、第1X軸GMR素子のピンド層の固定された磁化の向きである。 The fixed layer (fixed layer, magnetization fixed layer) P has a film thickness of 24 nm (240 mm) formed from a CoFe magnetic layer 11-5 with a film thickness of 2.2 nm (22 mm) and a PtMn alloy containing 45 to 55 mol% of Pt. The antiferromagnetic film 11-6 is superposed. The CoFe magnetic layer 11-5 is pinned so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the negative direction of the X-axis by being back-exchange-coupled to the antiferromagnetic film 11-6 constituting the pinning layer. Make up layer. The magnetization direction of the CoFe magnetic layer 11-5 is the fixed magnetization direction of the pinned layer of the first X-axis GMR element.
キャッピング層Cは、膜厚が1.5nm(15Å)のチタン(Ti)又はタンタル(Ta)からなっている。 The capping layer C is made of titanium (Ti) or tantalum (Ta) having a thickness of 1.5 nm (15 mm).
再び、図2及び図3を参照すると、端部バイアス磁石膜11b1〜11b7及び中央部バイアス磁石膜11d1〜11d6は、CoCrPt等の硬質強磁性体であって高保磁力及び高角型比を有する材質からなり、着磁されて永久磁石膜となっている。端部バイアス磁石膜11b1〜11b7及び中央部バイアス磁石膜11d1〜11d6は、外部磁界がない場合のフリー層Fの磁化の向きを初期状態の磁化の向きに復帰させるため、同フリー層Fに対して同フリー層Fの長手方向(第1X軸GMR素子11の場合、Y軸負方向)にバイアス磁界を与えるようになっている。端部バイアス磁石膜11b1〜11b7及び中央部バイアス磁石膜11d1〜11d6は、それぞれの直上部に形成されたフリー層Fと磁気的に結合している。従って、端部バイアス磁石膜11b1〜11b7及び中央部バイアス磁石膜11d1〜11d6の直上部のフリー層Fの磁化の向きは測定対象の外部磁界に対して変化しないので、この部分の抵抗値は外部磁界の変化に対して変化しないようになっている。
2 and 3 again, the end bias magnet films 11b1 to 11b7 and the center bias magnet films 11d1 to 11d6 are made of a hard ferromagnetic material such as CoCrPt and have a high coercive force and a high squareness ratio. Thus, it is magnetized to form a permanent magnet film. The end bias magnet films 11b1 to 11b7 and the center bias magnet films 11d1 to 11d6 return the magnetization direction of the free layer F in the absence of an external magnetic field to the initial magnetization direction. Thus, a bias magnetic field is applied in the longitudinal direction of the free layer F (in the case of the first
このように、第1X軸GMR素子11の幅狭帯状部のそれぞれは、フリー層F(フリー層F及び固定層Pを含む磁気抵抗効果膜)の長手方向の両端部に配設されるとともにフリー層Fに所定の向き(長手方向の何れかの向き)のバイアス磁界を付与する一対の端部バイアス磁石膜と、その一対の端部バイアス磁石膜の間(略中央部近傍)に配設されるとともにフリー層Fに前記所定の向きのバイアス磁界を付与する中央部バイアス磁石膜を備えている。また、中央部バイアス磁石膜及び端部バイアス磁石膜はフリー層Fの直下(または直上でもよい)に同フリー層Fに非磁性体などを介することなく直接接触するように形成されている。
Thus, each of the narrow strip portions of the first
以上の構成により、第1X軸GMR素子11の抵抗値は、幅狭帯状部11a1〜11a6の各抵抗値の和として、接続部11c1及び接続部11c2から取得される。この結果、第1X軸GMR素子11は、図5に示したように、X軸に沿って変化する外部磁界に対し、−Hc〜+Hcの範囲において、略比例して変化する抵抗値(X軸正方向の外部磁界の大きさが大きくなるほど増大する抵抗値、つまり、X軸負方向の外部磁界の大きさが大きくなるほど減少する抵抗値)を示すようになっている。また、第1X軸GMR素子11は、Y軸に沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を示すようになっている。即ち、第1X軸GMR素子11の磁気検出方向は、ピンド層の固定された磁化の向きに沿った方向である。
With the above configuration, the resistance value of the first
再び、図1を参照すると、第1X軸GMR素子11は、基板10aのY軸方向略中央部上方でX軸負方向端部近傍に形成されている。上述したように、第1X軸GMR素子11のピンド層の固定された磁化の向きはX軸負方向となっている。第2X軸GMR素子12は、基板10aのY軸方向略中央部下方でX軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはX軸負方向となっている。従って、第1X軸GMR素子11の磁気検出方向及び第2X軸GMR素子12の磁気検出方向は、共にX軸方向である。
Referring to FIG. 1 again, the first
第3X軸GMR素子13は、基板10aのY軸方向略中央部上方でX軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはX軸正方向となっている。第4X軸GMR素子14は、基板10aのY軸方向略中央部下方でX軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはX軸正方向となっている。従って、第3X軸GMR素子13の磁気検出方向及び第4X軸GMR素子14の磁気検出方向は、共にX軸方向である。
The third
第1Y軸GMR素子21は、基板10aのX軸方向略中央部左方でY軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはY軸正方向となっている。第2Y軸GMR素子22は、基板10aのX軸方向略中央部右方でY軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはY軸正方向となっている。従って、第1Y軸GMR素子21の磁気検出方向及び第2Y軸GMR素子22の磁気検出方向は、共にY軸方向である。
The first Y-
第3Y軸GMR素子23は、基板10aのX軸方向略中央部左方でY軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはY軸負方向となっている。第4Y軸GMR素子24は、基板10aのX軸方向略中央部右方でY軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層の固定された磁化の向きはY軸負方向となっている。従って、第3Y軸GMR素子23の磁気検出方向及び第4Y軸GMR素子24の磁気検出方向は、共にY軸方向である。
The third Y-
回路部30は、図1に示したように、基板10aの略中央部において基板10a内に形成されている。回路部30は、以下に述べるように、第1〜第4X軸GMR素子11〜14をフルブリッヂ接続して外部磁界のX軸方向成分に応じた出力Voxを取り出し、第1〜第4Y軸GMR素子21〜24をフルブリッヂ接続して外部磁界のY軸方向成分に応じた出力Voyを取りすようになっている。
As shown in FIG. 1, the
即ち、回路部30は、図6(A)に等価回路を示したように、第1〜第4X軸GMR素子11〜14をフルブリッヂ接続し、X軸磁気センサ(X軸方向を磁気検出方向とする磁気センサ)を構成するようになっている。なお、図6(A)において、第1〜第4X軸GMR素子11〜14の各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接したGMR素子の特性(X軸正方向の外部磁界の成分Hxに対する抵抗値Rの変化)を示している。また、図中のVBは磁気センサ10が備える図示しない定電圧源が発生する一定の電圧であり、GNDはグランドを示している。このように構成されたX軸磁気センサは、図6(B)に示したように、外部磁界の成分Hxに略比例して変化する出力電圧Voxを示すようになっている。
That is, as shown in the equivalent circuit in FIG. 6A, the
また、回路部30は、図7(A)に等価回路を示したように、第1〜第4Y軸GMR素子21〜24をフルブリッヂ接続し、Y軸磁気センサ(Y軸方向を磁気検出方向とする磁気センサ)を構成するようになっている。なお、図7(A)において、第1〜第4Y軸GMR素子21〜24の各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接したGMR素子の特性(Y軸正方向の外部磁界の成分Hyに対する抵抗値Rの変化)を示している。また、図中のVB及びGNDの意味は図6(A)と同様である。このように構成されたY軸磁気センサは、図7(B)に示したように、外部磁界の成分Hyに略比例して変化する出力電圧Voyを示すようになっている。以上が、Nタイプの磁気センサ10の構成である。
In addition, as shown in the equivalent circuit in FIG. 7A, the
次に、本発明の実施形態に係るSタイプと称呼される磁気センサ50について簡単に説明する。この磁気センサ50は、図8に示したように、GMR素子51〜54,61〜64と、回路部70とを含んでいる。これらのGMR素子の構成自体は、GMR素子11と同一である。各GMR素子の形成位置、ピンド層の磁化の向き及びフリー層の磁化の初期状態における向きは図8に示したとおりである。磁気センサ50は、磁気センサ10と同様な構成を有し、X軸磁気センサ及びY軸磁気センサを備えている。
Next, the
即ち、磁気センサ50のX軸磁気センサは、図9(A)の等価回路図に示したように、回路部70によって第1〜第4X軸GMR素子51〜54がフルブリッヂ接続されることにより構成されている。なお、図9(A)におけるグラフ及び記号の意味は図6(A)におけるそれらと同一である。このように構成されたX軸磁気センサは、図9(B)に示したように、外部磁界の成分Hxに略比例して変化する出力電圧Voxを示すようになっている。
That is, the X-axis magnetic sensor of the
磁気センサ50のY軸磁気センサは、図10(A)の等価回路図に示したように、回路部70によって第1〜第4Y軸GMR素子61〜64がフルブリッヂ接続されることにより構成されている。なお、図10(A)におけるグラフ及び記号の意味は図7(A)におけるそれらと同一である。このように構成されたY軸磁気センサは、図10(B)に示したように、外部磁界の成分Hyに略比例して変化する出力電圧Voyを示すようになっている。
The Y-axis magnetic sensor of the
次に、上記のように構成された磁気センサ10,50の各GMR素子におけるフリー層F、中央部バイアス磁石膜及び端部バイアス磁石膜の磁化の様子について図11乃至図13を参照しながら説明する。この説明においては、第1Y軸GMR素子21を上述した複数のGMR素子の代表例として選択した。図11(A),図12(A)及び図13(A)のそれぞれは、第1Y軸GMR素子21が備える複数の幅狭帯状部のうちの一つの幅狭帯状部のフリー層81、端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の拡大平面図である。
Next, the state of magnetization of the free layer F, the central bias magnet film, and the end bias magnet film in each GMR element of the
先ず、これらの膜を基板上に形成した段階においては、図11(A)の矢印にて示したように、フリー層81、端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の各磁区の磁化の向きはフリー層81の長手方向の向き(初期状態の向き、X軸正方向)に揃っていない。このような状態にあるGMR素子に対し、フリー層81の長手方向と直交する方向において大きさが変化する外部磁界H(Y軸負方向を正方向とする磁界H)を印加して同GMR素子の抵抗値を調べると、図11(B)に示したように、抵抗値の変化にヒステリシスが発生する。
First, at the stage where these films are formed on the substrate, each of the
この状態にあるGMR素子を備えた磁気センサにおいては、外部磁界が「0」近傍であるときの抵抗値が図11(B)に矢印にて示した範囲内で変動することになる。その結果、このような磁気センサは微小磁界を精度良く検出することができない。 In the magnetic sensor including the GMR element in this state, the resistance value when the external magnetic field is in the vicinity of “0” fluctuates within the range indicated by the arrow in FIG. As a result, such a magnetic sensor cannot accurately detect a minute magnetic field.
次に、図11(A)に示した状態のGMR素子に対してフリー層81の長手方向(この場合、X軸正方向)に端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の保持力よりも大きさが大きい磁界を印加し、端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の着磁を行う。これにより、図12(A)に示したように、フリー層81、端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の各磁区の磁化の向きはフリー層81の初期状態における磁化の向き(この場合、X軸正方向)に一致する。この状態のGMR素子は、図12(B)に示したように、ヒステリシスのない抵抗値変化を示す。従って、端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の着磁を行ったGMR素子を備えた磁気センサは、微小磁界を精度良く検出することができる。
Next, with respect to the GMR element in the state shown in FIG. 11A, the end
次いで、このように端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の着磁を行ったGMR素子に対し、端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83の保持力よりは小さいがフリー層81の保持力より大きい大きさを有し且つ初期状態の向きとは反対の向き(X軸負方向)に主成分を有する外部磁界を印加し、その後、外部磁界を消滅させる。
Next, with respect to the GMR element in which the end
このとき、フリー層81、端部バイアス磁石膜82,82及び中央部バイアス磁石膜83は、図13(A)に示したように、図12(A)と同様な状態に復帰する。即ち、フリー層81の総ての磁区の磁化の向きが初期状態の向きへ復帰する。中央部バイアス磁石膜83が形成されていないGMR素子においては、図29(A)に示したように、フリー層102の特に破線DLで囲んだ中央部分の各磁区の磁化の向きが初期状態の向きへ復帰しなくなるのに対し、中央部バイアス磁石膜83を備えるGMR素子においては、破線DLで囲んだ中央部分においても各磁区の磁化の向きが初期状態に確実に復帰する。この結果、本発明の実施形態に係るGMR素子は、図13(B)に示したように、ヒステリシスのない抵抗値変化を示す。従って、このGMR素子を備えた磁気センサ10,50は、微小磁界を精度良く検出することができる。
At this time, as shown in FIG. 13A, the
次に、フリー層81と中央部バイアス磁石膜83との磁気的な結合関係について図14乃至図17を参照しながら説明する。中央部バイアス磁石膜83は、図14のM−H曲線により示したように、保持力Hc(=Hc1)が大きく、外部磁界に対して磁化が変化しないという特性(磁気的に安定な特性)を有している。フリー層81は、図15のM−H曲線により示したように、保持力Hc(=Hc2)が極めて小さく、外部磁界に対して敏感に変化する特性(磁気的に不安定な特性)を有している。
Next, the magnetic coupling relationship between the
これに対し、フリー層81と中央部バイアス磁石膜83とをTaなどの非磁性層を介することなく積層した膜は、図16のM−H曲線により示したように、保持力Hc(=Hc3)が大きく、外部磁界に対して磁化が変化しないという特性(磁気的に安定な特性)を有する。即ち、図16から、フリー層81は着磁された中央部バイアス磁石膜83の上に直接積層されると、中央部バイアス磁石膜83と磁気的に結合し、磁気的に安定することが理解される。
On the other hand, a film in which the
なお、フリー層81と中央部バイアス磁石膜83とをTaなどの非磁性層を介して積層した膜は、図17のM−H曲線により示したように、磁気ヒステリシスが2段折れ形状となる。これは、フリー層81と中央部バイアス磁石膜83との磁気的な結合が弱いことを表している。従って、フリー層81と中央部バイアス磁石膜83との間にTaなどの非磁性層を介在させると、中央部バイアス磁石膜83がその近傍のフリー層81の磁化の向きを初期状態の向きに復帰させる能力が低下する。以上のことから、フリー層81の磁化を安定的に初期状態の向きに復帰させるためには、フリー層81と中央部バイアス磁石膜83とをTaなどの非磁性層を介することなく直接積層させることが望ましいことが理解される。
Note that a film in which the
(製造方法)
次に、上記のように構成される磁気センサ10,50の製造方法について説明する。まず、平面図である図18に示したように、後に基板10a,50aとなる長方形の基板10a−1の上に、上記GMR素子11〜14,21〜24,51〜54,61〜64を構成する膜Mを島状に複数形成する。これらの膜Mは、基板10a−1が後の切断工程により図18の破線に沿って切断されて図1及び図8に示した個々の磁気センサ10,50に分割されたとき、GMR素子11〜14,21〜24,51〜54,61〜64が図1及び図8に示した各位置に配置されるように形成される。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the
次に、図19及び図20に示したマグネットアレイMAを準備する。図19は、マグネットアレイMAの平面図である。図20は、図19の2−2に沿った平面にてマグネットアレイMAを切断したマグネットアレイMAの断面図である。このマグネットアレイMAは、透明な石英ガラスからなるプレート91と、それぞれが直方体形状の複数の永久棒磁石92…92とを備えている。永久棒磁石92…92は正方格子状に配列され、各上面がプレート91の下面に固定されている。永久棒磁石92…92は、永久棒磁石92…92の各端面を含む平面において、最短距離で隣接する同端面に現れている磁極の極性が異なるように配列されている。
Next, the magnet array MA shown in FIGS. 19 and 20 is prepared. FIG. 19 is a plan view of the magnet array MA. 20 is a cross-sectional view of the magnet array MA obtained by cutting the magnet array MA along a plane along line 2-2 in FIG. The magnet array MA includes a
即ち、マグネットアレイMAは、略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久棒磁石92を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久棒磁石92の同端面に現れる磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久棒磁石92の同端面に現れる磁極の極性と異なるように配置・構成されたマグネットアレイである。
That is, the magnet array MA has a plurality of
図21は、上記永久棒磁石92…92を四個だけ取り出した状態を示す斜視図である。この図から明らかなように、永久棒磁石92…92の端面(前記磁極が形成された端面)では、一つのN極から同N極に最短距離で隣接するS極に向かう90°ずつ方向が異なる磁界が形成される。本実施形態においては、この磁界をGMR素子11〜14,21〜24,51〜54,61〜64のそれぞれの固定層P(固定層Pのピンド層)の磁化の向きを固定する際の磁界(熱処理中の磁界)として使用するとともに、それぞれの端部バイアス磁石膜及び中央部バイアス磁石膜の着磁のための磁界として使用する。
FIG. 21 is a perspective view showing a state where only four
先ず、図22に示したように、GMR素子となる膜Mが形成された基板10a−1を、膜Mが形成された面がプレート91の上面と接するように配置し、プレート91と基板10a−1とをクランプCにより互いに固定する。
First, as shown in FIG. 22, the
このとき、後に磁気センサ10,50となる部分を拡大した平面図である図23に示したように、基板10a−1とマグネットアレイMA(プレート91)を相対的に配置する。即ち、磁気センサ10,50の各辺となる基板10a−1の切断線CLの各交点CPが互いに隣接する4つの永久棒磁石92…92の平面視における重心のそれぞれと一致するように、同基板10a−1とマグネットアレイMAとを相対的に配置する。この結果、図23に矢印にて示したように、GMR素子となる各膜Mに同各膜Mの幅狭帯状部の長手方向と直交する向きの磁界が加わる。
At this time, the
そして、この状態にある基板10a1及びマグネットアレイMAを真空中で250℃〜280℃に加熱し、その後、4時間ほど放置する。この処理は熱処理と呼ばれる。これにより、固定層P(固定層Pのピンド層)の磁化の向きが固定される。 Then, the substrate 10a1 and the magnet array MA in this state are heated to 250 ° C. to 280 ° C. in a vacuum, and then left for about 4 hours. This treatment is called heat treatment. Thereby, the magnetization direction of the fixed layer P (the pinned layer of the fixed layer P) is fixed.
次に、GMR素子となる膜Mが形成された基板10a−1とマグネットアレイMAの相対位置関係を図24の平面図に示したように変更し、同GMR素子となる膜Mが形成された面がプレート91の上面と接するように配置する。即ち、磁気センサ10,50の各辺となる基板10a−1の切断線CLの各交点CPが永久棒磁石92…92の磁極が形成されている夫々の端面の重心と一致するように、同基板10a−1とマグネットアレイMAを相対的に配置する。この結果、図24に矢印にて示したように、GMR素子11〜14,21〜24,51〜54,61〜64となる各膜Mに、同各膜Mの幅狭帯状部の長手方向の磁界が加わる。
Next, the relative positional relationship between the
これにより、各GMR素子の端部バイアス磁石膜及び中央部バイアス磁石膜となる部分が着磁される。この着磁により、これらのバイアス磁石膜の各磁区の磁化の向きがフリー層Fの初期状態における磁化の向きと一致する。また、フリー層Fとなる部分の各磁区の磁化の向きも、フリー層Fの初期状態における磁化の向きに一致せしめられる。 As a result, the end bias magnet film and the center bias magnet film of each GMR element are magnetized. By this magnetization, the magnetization directions of the magnetic domains of these bias magnet films coincide with the magnetization directions in the initial state of the free layer F. Further, the magnetization direction of each magnetic domain in the portion to be the free layer F is also matched with the magnetization direction in the initial state of the free layer F.
次いで、基板10a−1を取り出し、各膜Mを接続する配線等を形成し、最後に図18に示した破線に沿って基板10a−1を切断する。以上により、図1及び図8に示した磁気センサ10,50が一時に多数個製造される。
Next, the
以上、説明したように、本発明による磁気センサの実施形態は、フリー層Fの長手方向の両端に配設されるとともに同フリー層に所定の向き(同フリー層の長手方向)のバイアス磁界を付与する永久磁石からなる端部バイアス磁石膜(11b1〜11b7)及び中央部バイアス磁石膜(11d1〜11d6)とを備えている。従って、上記磁気センサは、外部磁界が存在しない状態におけるフリー層の各磁区の磁化の向きを安定して所定の向き(初期状態の向き)に復帰させ、維持することができる。 As described above, in the embodiment of the magnetic sensor according to the present invention, the free magnetic field F is disposed at both ends in the longitudinal direction and a bias magnetic field in a predetermined direction (longitudinal direction of the free layer) is applied to the free layer. An end bias magnet film (11b1 to 11b7) made of a permanent magnet to be applied and a center bias magnet film (11d1 to 11d6) are provided. Therefore, the magnetic sensor can stably return and maintain the magnetization direction of each magnetic domain of the free layer in a state where no external magnetic field exists in a predetermined direction (initial state direction).
なお、本発明は上記各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、上記実施形態における磁気抵抗効果素子はスピンバルブ膜を備えたGMR素子であったが、フリー層とピンド層を含む固定層とを備え、フリー層の磁区の磁化の向きを安定化させ且つ初期状態の向きに復帰させることが必要な他の磁気抵抗効果素子に適用することができる。例えば、そのような素子は、固定層を多重膜積層固定層に置換したシンセティックスピンバルブ膜の巨大磁気抵抗効果素子SAF、或いは、フリー層と固定層との間に絶縁層を形成してなる磁気トンネル効果素子であるTMR素子を含む。 In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, although the magnetoresistive effect element in the above embodiment is a GMR element including a spin valve film, the magnetoresistive effect element includes a free layer and a fixed layer including a pinned layer, stabilizes the magnetization direction of the magnetic domain of the free layer, and The present invention can be applied to other magnetoresistance effect elements that need to be returned to the initial state. For example, such an element includes a giant magnetoresistive element SAF of a synthetic spin valve film in which the fixed layer is replaced with a multilayer laminated fixed layer, or a magnetic layer formed by forming an insulating layer between a free layer and a fixed layer. A TMR element which is a tunnel effect element is included.
また、上記実施形態の磁気センサは、直交する2軸(X軸及びY軸)方向の磁界成分を検出できるように構成されていたが、1軸方向のみ、或いは、3軸以上の方向の磁界成分を検出できるように構成されていてもよい。また、本発明は、互いに90度以外の角度で交差する方向の磁界成分を検出できる2軸方向検出型磁気センサにも適用され得る。 Moreover, although the magnetic sensor of the said embodiment was comprised so that the magnetic field component of two orthogonal (X-axis and Y-axis) directions could be detected, the magnetic field of the direction of only one axis, or the direction of three or more axes. You may be comprised so that a component can be detected. The present invention can also be applied to a biaxial direction detection type magnetic sensor that can detect magnetic field components in directions intersecting each other at an angle other than 90 degrees.
更に、上記実施形態の磁気センサが備えるGMR素子は、幅狭帯状部を複数備え、これらをジグザグ状に接続した膜形状を有していたが、平面図である図25に示したように、直線状の帯状部のみを備えた膜からなっていてもよい。また、中央部バイアス磁石膜は一対の端部バイアス磁石膜の間に1個である必要はなく、例えば、図25に示したように、フリー層95の両端に設けられた一対の端部バイアス磁石膜96,96の間に複数個(図25の例では2個)の中央部バイアス磁石膜97を設けてもよい。
Furthermore, the GMR element included in the magnetic sensor of the above embodiment has a plurality of narrow band portions and a film shape in which these are connected in a zigzag shape, but as shown in FIG. 25 which is a plan view, You may consist of a film | membrane provided only with the linear strip | belt-shaped part. Further, the central bias magnet film need not be one between the pair of end bias magnet films. For example, as shown in FIG. 25, a pair of end bias magnets provided at both ends of the free layer 95 is provided. A plurality (two in the example of FIG. 25) of central
加えて、上記実施形態の磁気センサが備えるGMR素子は、基板の上に形成された中央部バイアス磁石膜及び端部バイアス磁石膜の上にフリー層を形成していたが、基板の上に固定層、スペーサ層、フリー層の順に積層し、そのフリー層の上に中央部バイアス磁石膜及び端部バイアス磁石膜を形成してもよい。なお、本発明の中央部バイアス磁石膜に加え、フリー層に対して前記バイアス磁界を必要な部分に発生する初期化用コイルを併用してもよい。 In addition, the GMR element included in the magnetic sensor of the above embodiment has a free layer formed on the center bias magnet film and the end bias magnet film formed on the substrate, but is fixed on the substrate. A layer, a spacer layer, and a free layer may be laminated in this order, and a central bias magnet film and an end bias magnet film may be formed on the free layer. In addition to the central bias magnet film of the present invention, an initialization coil that generates the bias magnetic field in a necessary portion of the free layer may be used in combination.
10,50…磁気センサ、10a,50a…基板、11〜14,21〜24,51〜54,61〜64…GMR素子、11a1〜11a6…幅狭帯状部、11b1〜11b7…端部バイアス磁石膜、11d1〜11d6…中央部バイアス磁石膜、30,70…回路部、81…フリー層、82,82…端部バイアス磁石膜、83…中央部バイアス磁石膜、92…永久棒磁石(永久磁石)、95…フリー層、96,96…端部バイアス磁石膜、97…中央部バイアス磁石膜、102…フリー層、103…スペーサ層、104…固定層、105,105…バイアス磁石膜、F…フリー層、S…スペーサ層、P…ピンド層を含む固定層、MA…マグネットアレイ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記一対の端部バイアス磁石膜の間に配設されるとともに前記フリー層に前記所定の向きのバイアス磁界を付与する中央部バイアス磁石膜を更に備えた磁気センサ。 A magnetoresistive film including a pinned layer and a free layer; and a pair of end bias magnet films disposed at both ends of the magnetoresistive film and applying a bias magnetic field in a predetermined direction to the free layer; A magnetic sensor comprising a magnetoresistive effect element comprising:
A magnetic sensor further comprising a central bias magnet film disposed between the pair of end bias magnet films and applying a bias magnetic field in the predetermined direction to the free layer.
前記磁気抵抗効果膜は長手方向を有する幅狭帯状に形成され、
前記所定の向きは前記長手方向と平行であり、
前記中央部バイアス磁石膜は前記長手方向と同一方向に長手方向を有する形状に形成された磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
The magnetoresistive film is formed in a narrow band shape having a longitudinal direction,
The predetermined direction is parallel to the longitudinal direction;
The center bias magnet film is a magnetic sensor formed in a shape having a longitudinal direction in the same direction as the longitudinal direction.
前記磁気抵抗効果素子を少なくとも二つ備え、且つ、同二つの磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向きが互いに直交するように構成された磁気センサ。
The magnetic sensor according to claim 1 or 2, wherein
A magnetic sensor comprising at least two magnetoresistive elements, wherein the fixed magnetization directions of the pinned layers of the two magnetoresistive elements are orthogonal to each other.
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