JP2006269955A - Magnetic field detecting device - Google Patents

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Takashi Osanaga
隆志 長永
Takeharu Kuroiwa
丈晴 黒岩
Hiroshi Kobayashi
浩 小林
Satokatsu Haiyama
沙徳克 拜山
Taisuke Furukawa
泰助 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress errors in the detection of angle dependent upon the applied intensity of a magnetic field and a temperature in a magnetic field detecting device using a spin valve type-magnetoresistance effect element. <P>SOLUTION: The magnetoresistance effect element includes an antiferromagnetic layer (8), a sticking layer (9A) where the magnetization direction is fixedly set, and a free layer (12) where the magnetization direction varies with applied magnetic field (Hap). The fixed layer (9A) includes a first antiferromagnetic layer (9a) that performs switched connection with the antiferromagnetic layer (8) to fix the magnetization direction, and a second ferromagnetic layer (9b) that is connected in antiparallel with the first ferromagnetic layer through a non-ferromagnetic layer (10). The magnetic filed detecting device is further provided with a magnetic field applying mechanism that applies a magnetic field stronger than anisotropic magnetic field of the free layer (12) to the direction of the free layer film surface. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、磁気抵抗効果素子を用いて磁界検出を行なう装置に関し、より特定的には、この発明は、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗効果素子を利用する磁界検出装置の構成に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting a magnetic field using a magnetoresistive effect element, and more particularly, the present invention relates to a configuration of a magnetic field detecting apparatus using a spin valve type tunnel magnetoresistive effect element.

近年、従来の巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnet-Resistance)効果に較べてより大きな抵抗変化率が得られるトンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magnet-Resistance)効果素子(TMR素子)のメモリおよび磁気ヘッドへの応用が検討されている。   In recent years, to a memory and a magnetic head of a tunneling magneto-resistance (TMR) effect element (TMR element) that can obtain a larger resistance change rate than the conventional giant magneto-resistance (GMR) effect. Application of is being studied.

TMR素子においては、素子構造として強磁性層/絶縁層/強磁性層からなる3層積層構造が用いられる。外部磁界によって2つの強磁性層のスピンを互いに平行または反平行に設定することにより、膜面垂直方向の絶縁層を流れるトンネル電流の大きさが変化することを利用する。   In the TMR element, a three-layer laminated structure including a ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer is used as an element structure. By setting the spins of the two ferromagnetic layers in parallel or antiparallel to each other by an external magnetic field, the fact that the magnitude of the tunnel current flowing through the insulating layer in the direction perpendicular to the film surface changes is utilized.

このTMR素子において、特許文献1(特許第2786601号)に示されるように、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子が検討されている。スピンバルブ型磁気抵抗素子においては、一方の強磁性層を反強磁性層と交換結合させて、その強磁性層の磁化を外部からの印加磁界にかかわらず固定していわゆる固着層として用いる。他方の強磁性層は、磁化が外部磁界に応じて自由に回転する自由層として利用される。   As this TMR element, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 2786601), a spin valve magnetoresistive element has been studied. In a spin valve magnetoresistive element, one ferromagnetic layer is exchange-coupled with an antiferromagnetic layer, and the magnetization of the ferromagnetic layer is fixed regardless of an externally applied magnetic field and used as a so-called pinned layer. The other ferromagnetic layer is used as a free layer whose magnetization is freely rotated according to an external magnetic field.

この特許文献1に示されるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の構造においては、ディスクのデータを読み取る磁気ヘッドへ適用する際の構造が示され、固着層の磁化方向と自由層との磁化方向を直交方向に設定する。固着層においては、非磁性層がスペーサ層として強磁性層の間に挿入されて、これらの強磁性層に反強磁性交換結合を生じさせ、これらの強磁性層の磁化を反平行方向に設定する。この固着層の反平行磁界により、固着層からの漏洩磁界を相殺して、自由層に対する漏洩磁化の影響を低減する。   The structure of the spin-valve magnetoresistive element shown in Patent Document 1 shows a structure when applied to a magnetic head for reading data on a disk, and the magnetization direction of the fixed layer and the magnetization direction of the free layer are orthogonal to each other. Set the direction. In the pinned layer, a nonmagnetic layer is inserted between the ferromagnetic layers as a spacer layer, causing antiferromagnetic exchange coupling in these ferromagnetic layers, and setting the magnetization of these ferromagnetic layers in the antiparallel direction. To do. This antiparallel magnetic field of the pinned layer cancels out the leakage magnetic field from the pinned layer, and reduces the influence of the leakage magnetization on the free layer.

特許文献1に示される構成において、ディスクの読取ヘッドに利用する場合、固着層の磁化がディスク表面に垂直方向に配置され、自由層の磁化がディスク表面と平行に配置される、ディスクの表面の磁化に応じたスピンバルブ型磁気抵抗素子の抵抗変化を検出する。固着層の磁化を信号磁界に平行に配向させ、自由層の磁化を信号磁界に垂直とすることにより、線形応答性およびダイナミックレンジを拡大することを図る。   In the configuration shown in Patent Document 1, when used for a disk read head, the magnetization of the pinned layer is arranged perpendicular to the disk surface, and the magnetization of the free layer is arranged parallel to the disk surface. A change in resistance of the spin valve magnetoresistive element corresponding to the magnetization is detected. By aligning the magnetization of the pinned layer parallel to the signal magnetic field and making the magnetization of the free layer perpendicular to the signal magnetic field, the linear response and dynamic range are expanded.

上述の特許文献1に見られるように、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、高感度な磁界検出器として利用することが可能である。すなわち、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に磁界が印加されると、固着層の磁化が固定されているために、自由層の磁化のみが印加磁界に応じて回転する。これにより、固着層および自由層の強磁性層の磁化の相対角が変化し、磁気抵抗効果により、素子抵抗が変化する。この抵抗値の変化を、例えば、磁気抵抗素子に一定の大きさの定電流を流して電圧の変化として検出して、信号の読出を行なうことにより、高感度な磁界検出が可能となる。   As can be seen from the above-mentioned Patent Document 1, the spin valve magnetoresistive element can be used as a highly sensitive magnetic field detector. That is, when a magnetic field is applied to the spin-valve magnetoresistive element, since the magnetization of the pinned layer is fixed, only the magnetization of the free layer rotates according to the applied magnetic field. Thereby, the relative angle of magnetization of the fixed layer and the ferromagnetic layer of the free layer changes, and the element resistance changes due to the magnetoresistance effect. This change in resistance value is detected as a change in voltage by passing a constant current of a constant magnitude through the magnetoresistive element, for example, and signal reading is performed, thereby enabling highly sensitive magnetic field detection.

このスピンバルブ型磁界検出器を用いて磁界の大きさを高精度に検出するために無磁界(外部印加磁界の大きさが0の状態)において固着層と自由層の磁化方向を直交化する構成が、たとえば特許文献2(特許第2111693号)に示されている。   In order to detect the magnitude of the magnetic field with high accuracy using this spin valve type magnetic field detector, the magnetization directions of the fixed layer and the free layer are orthogonalized in the absence of a magnetic field (in the state where the magnitude of the externally applied magnetic field is 0). Is disclosed, for example, in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 2111893).

この特許文献2に示される構成においては、固着層磁化方向に印加される磁界の大きさを、自由層の磁化の向きにより検出する。この動作領域は、自由層の磁化が磁化困難軸方向に飽和する磁界、いわゆる異方性磁界以下である。   In the configuration shown in Patent Document 2, the magnitude of the magnetic field applied in the fixed layer magnetization direction is detected by the magnetization direction of the free layer. This operation region is below a magnetic field in which the magnetization of the free layer is saturated in the direction of the hard axis, that is, a so-called anisotropic magnetic field.

また、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いて磁界の印加方向を、周囲温度の影響を相殺して検出する構成が、たとえば特許文献3(特開平10−70325号公報)に示されている。   Further, for example, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-70325) discloses a configuration in which the application direction of a magnetic field is detected by using a spin valve magnetoresistive element while canceling the influence of ambient temperature.

この特許文献3に示される構成においては、磁気抵抗効果素子を利用して抵抗ブリッジ回路を構成する。この抵抗ブリッジ回路の対向辺に固着層の磁化方向が異なる磁気抵抗効果素子を配置しかつ直列経路において反平行方向に固着層が磁化された磁気抵抗素子を配置し、抵抗ブリッジ回路の出力値から温度および印加磁界角度に依存しかつ磁界強度に依存しない信号を生成し、この信号に対して温度補償を行う。   In the configuration shown in Patent Document 3, a resistance bridge circuit is configured using a magnetoresistive effect element. A magnetoresistive element having a different magnetization direction of the pinned layer is arranged on the opposite side of the resistance bridge circuit, and a magnetoresistive element having the pinned layer magnetized in the antiparallel direction in the series path is arranged. A signal that depends on the temperature and the applied magnetic field angle and does not depend on the magnetic field strength is generated, and temperature compensation is performed on the signal.

また、非特許文献1(“Field sensing using the magnetoresistance of IrMr exchange-biased tunnel junctions”, D. Lacour et al., Journal of Applied Physics, Vol.91, No.7 April 1, 2002, pp.4655-4658)においては、スピンバルブ型磁気抵抗化素子を用いたスタックトセンサの特性評価が示されている。この非特許文献1に示される素子構造においては、シリコン(Si)基板上にコバルト(Co)膜で構成される基板形成層が形成され、この基板形成層上に酸化アルミニウム膜(Al23膜)で構成されるトンネル絶縁膜が形成される。このトンネル絶縁層上に,上部の強磁性層(Co膜)と、上部強磁性層の磁化を固定するための反強磁性層(Ir−Mn膜)とが順次積層される。
特許第2786601号公報 特許第2111693号公報 特開平10−70325号公報 “Field sensing using the magnetoresistance of IrMr exchange-biased tunnel junctions”, D. Lacour et al. Journal of Applied Physics, Vol.91, No.7 April 1, 2002, pp.4655-4658
Non-Patent Document 1 ("Field sensing using the magnetoresistance of IrMr exchange-biased tunnel junctions", D. Lacour et al., Journal of Applied Physics, Vol.91, No.7 April 1, 2002, pp.4655- 4658) shows a characteristic evaluation of a stacked sensor using a spin valve type magnetoresistive element. In the element structure shown in Non-Patent Document 1, a substrate forming layer composed of a cobalt (Co) film is formed on a silicon (Si) substrate, and an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) is formed on the substrate forming layer. A tunnel insulating film composed of a film is formed. On the tunnel insulating layer, an upper ferromagnetic layer (Co film) and an antiferromagnetic layer (Ir—Mn film) for fixing the magnetization of the upper ferromagnetic layer are sequentially stacked.
Japanese Patent No. 2786601 Japanese Patent No. 2111893 Japanese Patent Laid-Open No. 10-70325 “Field sensing using the magnetoresistance of IrMr exchange-biased tunnel junctions”, D. Lacour et al. Journal of Applied Physics, Vol.91, No.7 April 1, 2002, pp.4655-4658

スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いて磁界方向を検出する場合には、通常、次式が用いられる。   When detecting the magnetic field direction using a spin valve magnetoresistive element, the following equation is usually used.

R=R0−(ΔR/2)・cos(θap) …(1)
上式(1)において、Rは、素子抵抗を示し、R0が、素子抵抗の中心値であり、ΔRは、素子の抵抗変化量を示す。θapは、外部印加磁界の固着層の磁化方向に対する相対角を示す。自由層は、角度θapだけ、固着層の磁化方向に対して磁化方向が変化する。この磁界方向の検出時においては、自由層が外部印加磁界Hapの方向に飽和するのに十分な大きさの強度の磁界が印加される。
R = R0− (ΔR / 2) · cos (θap) (1)
In the above formula (1), R represents the element resistance, R0 is the center value of the element resistance, and ΔR represents the resistance change amount of the element. θap represents a relative angle of the externally applied magnetic field to the magnetization direction of the pinned layer. The free layer changes its magnetization direction with respect to the magnetization direction of the pinned layer by an angle θap. At the time of detecting the magnetic field direction, a magnetic field having a strength sufficient to saturate the free layer in the direction of the externally applied magnetic field Hap is applied.

上式(1)から、素子抵抗Rを測定することにより、自由層磁化と固着層磁化との相対角度θapを求めることができる。すなわち、自由層の磁化を飽和させることにより、上式に基づいた外部磁界の印加方向を検出することが可能である。しかしながら、上述の式(1)においては、固着層の磁化方向を基準としており、固着層の磁化方向は回転しないという前提に基づいている。自由層の磁化を飽和する磁界を印加する場合、磁界強度が大きなり、固着層の磁化が外部磁界により回転し、外部印加磁界の方向θapには、固着層の磁化方向の変化だけ誤差が生じる。また、動作温度上昇時においても、反強磁性層と固着層の強磁性層との交換結合が弱くなり、固着層の磁化方向が外部磁界により回転し、同様、検出誤差が大きくなる。従って、温度が上昇するまたは外部印加磁界により、固着層の磁化方向が変化(回転)した場合、正確な外部磁界角度検出を行うことができなくなるという問題が生じる。   From the above equation (1), the relative angle θap between the free layer magnetization and the fixed layer magnetization can be obtained by measuring the element resistance R. That is, by saturating the magnetization of the free layer, it is possible to detect the application direction of the external magnetic field based on the above equation. However, in the above formula (1), the magnetization direction of the pinned layer is used as a reference, and is based on the premise that the magnetization direction of the pinned layer does not rotate. When a magnetic field that saturates the magnetization of the free layer is applied, the magnetic field strength increases, the magnetization of the pinned layer is rotated by an external magnetic field, and an error occurs in the direction θap of the externally applied magnetic field by a change in the magnetization direction of the pinned layer. . In addition, even when the operating temperature rises, the exchange coupling between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer of the pinned layer becomes weak, the magnetization direction of the pinned layer is rotated by an external magnetic field, and similarly the detection error increases. Therefore, when the temperature rises or the magnetization direction of the pinned layer changes (rotates) due to an externally applied magnetic field, there is a problem that accurate external magnetic field angle detection cannot be performed.

非特許文献1においては、明瞭に、温度上昇時に、検出誤差が大きくなることを記載しており、高温での検出性能を最適化するために、反強磁性層の膜質を改善するなどの対策が必要であることを述べているものの、具体的に、磁界方向検出誤差を抑制する構成は示していない。   Non-Patent Document 1 clearly states that the detection error increases when the temperature rises, and measures such as improving the film quality of the antiferromagnetic layer in order to optimize the detection performance at high temperatures. However, the configuration for suppressing the magnetic field direction detection error is not specifically shown.

同様、特許文献1においても、固着層を強磁性層/非磁性層/強磁性層の積層構造として、自由層に対するリーク磁界を低減して、検出精度を改善することを図っている。しかしながら、この特許文献1においても、固着層の磁化が、外部磁界または温度により回転することに対する対策は何ら検討していない。   Similarly, in Patent Document 1, the pinned layer has a laminated structure of a ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer, and the leakage magnetic field to the free layer is reduced to improve detection accuracy. However, this Patent Document 1 does not consider any countermeasure against the rotation of the magnetization of the pinned layer due to an external magnetic field or temperature.

特許文献2においては、固着層と自由層の無磁界時の磁化方向を直交方向とすることにより、検出精度を高くすることを開示しているものの、その動作領域は、異方性磁界以下であり、自由層の磁化を飽和させて外部磁界の検出を行う際に、外部磁界により固着層の磁化が回転することについては何ら検討しておらず、また、温度上昇時における固着層の磁化回転についても考慮していない。   In Patent Document 2, although it is disclosed that the detection accuracy is increased by setting the magnetization direction of the fixed layer and the free layer in the absence of a magnetic field to be orthogonal, the operating region is below an anisotropic magnetic field. Yes, when the external magnetic field is detected by saturating the magnetization of the free layer, no consideration is given to the rotation of the magnetization of the pinned layer due to the external magnetic field, and the magnetization rotation of the pinned layer when the temperature rises Is not considered.

特許文献3は、磁気抵抗効果素子を用いて抵抗ブリッジ回路を形成して、外部磁界角度を検出する構成を示しており、この磁気抵抗効果素子の温度補償を行なうことは可能であるものの、固定層磁化の回転を抑制することはできず、固定層磁化の回転を抑制するための構成または回転に起因する誤差を低減するための手法については何ら開示していない。   Patent Document 3 shows a configuration in which a resistance bridge circuit is formed using a magnetoresistive effect element to detect an external magnetic field angle. Although temperature compensation of the magnetoresistive effect element can be performed, The rotation of the layer magnetization cannot be suppressed, and there is no disclosure about a configuration for suppressing the rotation of the fixed layer magnetization or a technique for reducing an error caused by the rotation.

それゆえ、この発明の目的は、外部印加磁界の方向を高精度で検出することのできる磁界検出器を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic field detector capable of detecting the direction of an externally applied magnetic field with high accuracy.

この発明に係る磁界検出装置は、磁化方向が固定的に定められる磁化固定層と、外部印加磁界により磁化方向が変化する自由層と、この自由層と磁化固定層との間に形成されるトンネル絶縁層とを備える磁気抵抗効果素子を備える。磁化固定層は、反強磁性層と、反強磁性層と接して積層される固着層とを含む。固着層は、第1および第2の強磁性層と、これら第1および第2の強磁性層の間に配置される非磁性層とからなる積層構造を有する。第1および第2の強磁性層の磁化は、非磁性層を介して反平行に結合される。   A magnetic field detection device according to the present invention includes a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixedly fixed, a free layer whose magnetization direction changes by an externally applied magnetic field, and a tunnel formed between the free layer and the magnetization fixed layer A magnetoresistive effect element provided with an insulating layer is provided. The magnetization fixed layer includes an antiferromagnetic layer and a pinned layer stacked in contact with the antiferromagnetic layer. The pinned layer has a laminated structure including first and second ferromagnetic layers and a nonmagnetic layer disposed between the first and second ferromagnetic layers. The magnetizations of the first and second ferromagnetic layers are coupled antiparallel through the nonmagnetic layer.

この発明に係る磁界検出装置は、さらに、磁気抵抗効果素子に磁界を印加する磁界印加機構を備える。この磁界印加機構は磁界検出動作時、自由層の膜面に平行に自由層の異方性磁界以上の磁界を印加する。   The magnetic field detection apparatus according to the present invention further includes a magnetic field application mechanism that applies a magnetic field to the magnetoresistive effect element. This magnetic field application mechanism applies a magnetic field equal to or greater than the anisotropic magnetic field of the free layer in parallel with the film surface of the free layer during the magnetic field detection operation.

固着層を強磁性層の間に非磁性層を介在させる積層構造としており、固着層の第1および第2の強磁性層が非磁性層を介して反強磁性交換結合され、それらの磁化が反平行方向となり、これらの固着層からの漏洩磁界が相殺され、外部印加磁界による固着層磁化に対するトルクの影響を抑制でき、固着層の磁化の回転を抑制することができる。   The pinned layer has a laminated structure in which a nonmagnetic layer is interposed between ferromagnetic layers, and the first and second ferromagnetic layers of the pinned layer are antiferromagnetic exchange coupled through the nonmagnetic layer, and their magnetizations are The anti-parallel direction results in canceling out the leakage magnetic fields from these pinned layers, and the influence of torque on the pinned layer magnetization caused by the externally applied magnetic field can be suppressed, and the rotation of the pinned layer magnetization can be suppressed.

また、自由層の異方性磁界以上の磁界を印加することにより、自由層磁化を飽和させた状態で磁界検出を行うことができ、安定に、高精度で外部印加磁界による磁界方向検出誤差を抑制して、外部磁界の方向を検出することができる。   In addition, by applying a magnetic field greater than the anisotropic magnetic field of the free layer, the magnetic field can be detected with the free layer magnetization saturated, and the magnetic field direction detection error due to the externally applied magnetic field is stably and highly accurate. The direction of the external magnetic field can be detected with suppression.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1において利用される磁界検出器の概略構成を示す図である。図1において、磁界検出器は、磁気抵抗効果素子1と、この磁気抵抗効果素子1に対し一定の大きさの直流電流を供給する直流電源2と、磁気抵抗効果素子1の両端の電圧を検出する電圧計3を含む。図1においては、検出対象の外部磁界を印加する機構は示していない。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a magnetic field detector used in Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the magnetic field detector detects a magnetoresistive effect element 1, a DC power source 2 that supplies a DC current of a certain magnitude to the magnetoresistive effect element 1, and a voltage across the magnetoresistive effect element 1. A voltmeter 3 is included. In FIG. 1, a mechanism for applying an external magnetic field to be detected is not shown.

磁気抵抗効果素子1は、外部印加磁界(図1においては示さず)の方向に応じてその抵抗値が異なるため、図1においては、可変抵抗素子の記号で示す。   Since the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 varies depending on the direction of an externally applied magnetic field (not shown in FIG. 1), the magnetoresistive effect element 1 is indicated by a symbol of a variable resistance element in FIG.

また、図1においては直流電源2は、磁気抵抗効果素子と接地ノードとの間に接続されるように示す。しかしながら、直流電源2は、電源ノードと接地ノードとの間に接続される定電流回路を含み、電源ノードから一定の大きさの直流電流を磁気抵抗効果素子1に供給する。   In FIG. 1, the DC power source 2 is shown as being connected between the magnetoresistive effect element and the ground node. However, the DC power supply 2 includes a constant current circuit connected between the power supply node and the ground node, and supplies a certain amount of DC current from the power supply node to the magnetoresistive effect element 1.

図1に示す磁界検出器の構成においては、外部磁界の印加方向に応じて磁気抵抗効果素子1の抵抗値が異なり、応じて、直流電源2から供給される一定電流により、磁気抵抗効果素子1の両端の電圧が変化する。この電圧変化を電圧計3で検出することにより、磁気抵抗効果素子の抵抗値を検出し、応じて、外部印加磁界の方向を検出する。   In the configuration of the magnetic field detector shown in FIG. 1, the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 varies depending on the application direction of the external magnetic field, and accordingly, the magnetoresistive effect element 1 is driven by a constant current supplied from the DC power supply 2. The voltage at both ends changes. By detecting this voltage change with the voltmeter 3, the resistance value of the magnetoresistive effect element is detected, and the direction of the externally applied magnetic field is detected accordingly.

図2は、従来の磁気抵抗効果素子1の断面構造を概略的に示す図である。図2においては、本発明に対する比較のために、従来用いられるスピンバルブ型TMR素子の構造を示す。以下、本発明の磁気抵抗効果素子の作用効果を明瞭とするために、まず比較対象として従来の構成および動作について簡単に説明する。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a conventional magnetoresistive element 1. FIG. 2 shows a structure of a conventionally used spin valve TMR element for comparison with the present invention. Hereinafter, in order to clarify the operational effects of the magnetoresistive effect element of the present invention, a conventional configuration and operation will be briefly described as a comparison target.

図2において、磁気抵抗効果素子1は、基板14と、基板14表面上に形成される下部電極層6と、下部電極層6上に形成される下地層7と、下地層7上に形成される反強磁性層8を含む。下地層7は、反強磁性層8に対する結晶の配向を一致させるためのバッファ層として機能する。   In FIG. 2, the magnetoresistive effect element 1 is formed on a substrate 14, a lower electrode layer 6 formed on the surface of the substrate 14, a base layer 7 formed on the lower electrode layer 6, and a base layer 7. The antiferromagnetic layer 8 is included. The underlayer 7 functions as a buffer layer for matching the crystal orientation with the antiferromagnetic layer 8.

磁気抵抗効果素子1は、さらに、反強磁性層8に接触して形成される強磁性層で構成される固着層9と、固着層9上に形成されるトンネル絶縁層11と、トンネル絶縁層11上に形成される強磁性体膜で形成される自由層12と、自由層12上に形成される上部電極層13を含む。   The magnetoresistive effect element 1 further includes a pinned layer 9 composed of a ferromagnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer 8, a tunnel insulating layer 11 formed on the pinned layer 9, and a tunnel insulating layer. 11 includes a free layer 12 formed of a ferromagnetic film formed on 11 and an upper electrode layer 13 formed on the free layer 12.

固着層9は、反強磁性層8との交換結合によりその磁化方向が固定され、一方、自由層12は、外部印加磁界においてその磁化方向が変化する。この磁気抵抗効果素子1においては、検出感度を上げるために、無磁界時(外部印加磁界が存在しないとき)、固着層9の磁化22と自由層12の磁化21が互いに直交する方向に設定される。図2においては、無磁界時、自由層12の磁化21は、紙面と平行に左から右に向かっており、一方、固着層9の磁化22は、紙面と垂直方向に裏面から表面に向かって配向する。   The magnetization direction of the pinned layer 9 is fixed by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 8, while the magnetization direction of the free layer 12 changes in an externally applied magnetic field. In this magnetoresistive effect element 1, in order to increase the detection sensitivity, the magnetization 22 of the pinned layer 9 and the magnetization 21 of the free layer 12 are set in directions orthogonal to each other when there is no magnetic field (when no externally applied magnetic field is present). The In FIG. 2, when there is no magnetic field, the magnetization 21 of the free layer 12 is parallel to the paper surface from left to right, while the magnetization 22 of the pinned layer 9 is perpendicular to the paper surface from the back surface to the front surface. Orient.

自由層12の磁化21を、外部印加磁界により回転させて、磁気抵抗効果素子1の上部電極13と下部電極6の間の抵抗値を変化させる。   The magnetization 21 of the free layer 12 is rotated by an externally applied magnetic field to change the resistance value between the upper electrode 13 and the lower electrode 6 of the magnetoresistive effect element 1.

図3は、この図2に示す磁気抵抗効果素子1の外部磁界印加時の自由層と固着層の磁化の相対関係を模式的に示す図である。図3において、磁気抵抗効果素子1において、固着層9の磁化22が、角度θ(Pinned)に設定され、固着層9の磁化22の方向が、印加磁界の角度検出時の基準角度(0°)に設定される。自由層の磁化21が外部磁界に応じて回転し、磁化21および22が相対角度θ(Free)を形成する。角度θ(Free)に応じて、磁気抵抗効果素子1の抵抗値が異なる。自由層の磁化21の方向は、外部磁界が固着層磁化に対してなす角度θ(Field)と同じ角度であり、理想状態においては、図3において示すように、次式が成立する。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the relative relationship between the magnetization of the free layer and the fixed layer when an external magnetic field is applied to the magnetoresistive effect element 1 shown in FIG. In FIG. 3, in the magnetoresistive effect element 1, the magnetization 22 of the pinned layer 9 is set to an angle θ (Pinned), and the direction of the magnetization 22 of the pinned layer 9 is the reference angle (0 ° when the angle of the applied magnetic field is detected. ). The magnetization 21 of the free layer rotates in response to the external magnetic field, and the magnetizations 21 and 22 form a relative angle θ (Free). The resistance value of the magnetoresistive effect element 1 varies depending on the angle θ (Free). The direction of the magnetization 21 of the free layer is the same as the angle θ (Field) formed by the external magnetic field with respect to the pinned layer magnetization. In the ideal state, as shown in FIG.

θ(Field)=θ(Free)=θ(Free)−θ(Pinned)
この場合、磁気抵抗効果素子1の素子抵抗Rは、次式(2)で表わされる。
θ (Field) = θ (Free) = θ (Free)-θ (Pinned)
In this case, the element resistance R of the magnetoresistive effect element 1 is expressed by the following equation (2).

R=R0−(ΔR/2)・cos(θ(Free)−θ(Pinned)) …(2)
したがって、素子抵抗Rを測定することにより、固着層磁化12と自由層磁化21の相対角度θ(Free)−θ(Pinned)を得ることができる。固着層磁化22が外部磁界の影響を受けず固定されている場合、固着層磁化22の角度を基準角度0°に設定することできる。また、外部印加磁界により、自由層磁化21が、外部磁界方向で飽和しているため、自由層磁界21と外部磁界の方向は同一となり、上述の角度の関係が得られる。理想状態においては、上式(2)は、次式(3)に変形することができる。
R = R0− (ΔR / 2) · cos (θ (Free) −θ (Pinned)) (2)
Therefore, by measuring the element resistance R, the relative angle θ (Free) −θ (Pinned) between the fixed layer magnetization 12 and the free layer magnetization 21 can be obtained. When the fixed layer magnetization 22 is fixed without being affected by an external magnetic field, the angle of the fixed layer magnetization 22 can be set to a reference angle of 0 °. Further, since the free layer magnetization 21 is saturated in the direction of the external magnetic field due to the externally applied magnetic field, the direction of the free layer magnetic field 21 and the external magnetic field is the same, and the above-described angular relationship is obtained. In the ideal state, the above equation (2) can be transformed into the following equation (3).

R=R0−(ΔR/2)・cos(θ(Field)) …(3)
したがって、理想状態においては、素子抵抗Rを求めることにより、直接的に、外部印加磁界の方向θ(Field)を求めることができる。
R = R0− (ΔR / 2) · cos (θ (Field)) (3)
Therefore, in the ideal state, by obtaining the element resistance R, the direction θ (Field) of the externally applied magnetic field can be obtained directly.

図4は、図2に示す磁気抵抗効果素子を用いた際の素子出力電圧の外部印加磁界依存性を示す図である。図4においては、曲線Iは、先の式(3)で示される理想状態時における出力特性を示し、曲線IIは、外部磁界として100Oe(エルステッド)印加時の出力特性を示し、曲線IIIは、外部磁界として、200Oe印加時の出力特性を示し、曲線IVは、外部磁界として、300Oe印加時の出力特性を示す。なお、図4においては、横軸方向に外部印加磁界の固着層磁界に対する角度θ(Field)を単位(deg)で示し、縦軸に、磁気抵抗効果素子の出力電圧V(単位任意)を示す。測定温度は、室温で一定である。   FIG. 4 is a diagram showing the externally applied magnetic field dependence of the element output voltage when the magnetoresistive effect element shown in FIG. 2 is used. In FIG. 4, the curve I shows the output characteristics in the ideal state shown by the above equation (3), the curve II shows the output characteristics when 100 Oe (Oersted) is applied as an external magnetic field, and the curve III is As an external magnetic field, an output characteristic when 200 Oe is applied is shown, and a curve IV shows an output characteristic when 300 Oe is applied as an external magnetic field. In FIG. 4, the angle θ (Field) of the externally applied magnetic field with respect to the fixed layer magnetic field is indicated in units (deg) in the horizontal axis direction, and the output voltage V (unit arbitrary) of the magnetoresistive effect element is indicated in the vertical axis. . The measurement temperature is constant at room temperature.

図4に示すように、外部印加磁界強度が高くなるにつれて、出力特性曲線は、理想状態の曲線Iからのずれが大きくなり、外部印加磁界の角度の検出誤差が大きくなるのが見られる。   As shown in FIG. 4, as the externally applied magnetic field strength increases, the output characteristic curve deviates from the ideal state curve I and the angle detection error of the externally applied magnetic field increases.

図5は、図2に示す磁気抵抗効果素子を用いた際の出力特性の温度依存性を示す図である。図5においても、曲線Iは、図4に示す構成と同様、理想状態の出力特性を示し、曲線Iは、室温時の出力特性を示し、曲線VIは、150℃の温度環境における出力特性を示す。図5においても、横軸に、外部印加磁界の固着層磁化方向に対する角度θ(Field)を単位degで示し、縦軸に、磁気抵抗効果素子の出力電圧を示す。外部磁界は、図4に示す曲線IIの場合と同様、約100Oeで一定である。   FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the output characteristics when the magnetoresistive effect element shown in FIG. 2 is used. In FIG. 5 as well, the curve I shows the ideal output characteristic, the curve I shows the output characteristic at room temperature, and the curve VI shows the output characteristic in a temperature environment of 150 ° C., as in the configuration shown in FIG. Show. Also in FIG. 5, the horizontal axis indicates the angle θ (Field) with respect to the pinned layer magnetization direction of the externally applied magnetic field in unit deg, and the vertical axis indicates the output voltage of the magnetoresistive effect element. The external magnetic field is constant at about 100 Oe as in the case of the curve II shown in FIG.

図5に示すように、動作温度が高くなるにつれて、出力曲線の理想状態の出力特性曲線Iからのずれが大きくなり、磁界の角度(方向)検出誤差が大きくなる。   As shown in FIG. 5, as the operating temperature increases, the deviation of the output curve from the ideal output characteristic curve I increases, and the magnetic field angle (direction) detection error increases.

この検出誤差の増大現象の発生は、固着層磁化22が回転し、外部印加磁界の固着層磁化と自由層磁化の相対角度が変化することが主要原因であると考えられる。   The occurrence of this detection error increase phenomenon is considered to be caused mainly by the rotation of the fixed layer magnetization 22 and the change in the relative angle between the fixed layer magnetization and the free layer magnetization of the externally applied magnetic field.

図6は、磁気抵抗効果素子1における固着層の磁化22Aと外部印加磁界21の相対関係を模式的に示す図である。固着層磁化22が、回転しない場合には、固着層磁化22の角度θ(Pinned)は0°に等しくなる。しかしながら、外部からの印加磁界に対して固着層磁化22の固定が不十分の場合には、固着層磁化22が回転し、固着層磁化22Aが、基準値からある角度θ(Pinned)≠0ずれた方向に設定される。また、温度上昇に起因して、反強磁性層8と固着層9の間で作用する交換結合が減少し、温度上昇とともに固着層磁化22の固定が不十分となる。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the relative relationship between the magnetization 22A of the pinned layer and the externally applied magnetic field 21 in the magnetoresistive element 1. As shown in FIG. When the pinned layer magnetization 22 does not rotate, the angle θ (Pinned) of the pinned layer magnetization 22 is equal to 0 °. However, when the pinned layer magnetization 22 is not sufficiently fixed with respect to the externally applied magnetic field, the pinned layer magnetization 22 rotates and the pinned layer magnetization 22A deviates from the reference value by an angle θ (Pinned) ≠ 0. Set in the direction. Further, due to the temperature rise, exchange coupling acting between the antiferromagnetic layer 8 and the pinned layer 9 is reduced, and the pinned layer magnetization 22 is not sufficiently fixed as the temperature rises.

したがって、外部からの磁界により、自由層磁化21が飽和し、θ(Field)=θ(Free)の条件が満たされても、先の式(3)が成立せず、次式の関係が成立する。   Therefore, even if the free layer magnetization 21 is saturated by an external magnetic field and the condition of θ (Field) = θ (Free) is satisfied, the previous equation (3) is not satisfied, and the relationship of the following equation is satisfied. To do.

θ(Field)=θ(Free)≠θ(Free)−θ(Pinned) …(4)
したがって、固着層磁化22が回転しない前提で、先の式(2)に基づいて印加磁界方向θ(Field)を求めた場合、外部印加磁界の検出角度に誤差が生じる。この固着層磁化22の回転を考慮することにより、図4および図5に示す磁気抵抗効果素子の出力信号の歪みの増大を説明することができる。
θ (Field) = θ (Free) ≠ θ (Free) −θ (Pinned) (4)
Therefore, when the applied magnetic field direction θ (Field) is obtained based on the previous equation (2) on the assumption that the fixed layer magnetization 22 does not rotate, an error occurs in the detection angle of the externally applied magnetic field. By considering the rotation of the pinned layer magnetization 22, an increase in the distortion of the output signal of the magnetoresistive effect element shown in FIGS. 4 and 5 can be explained.

また、自由層磁化21が、外部磁界の印加方向に飽和している条件を前提としている。しかしながら、外部磁界強度が小さく、自由層の磁化21が飽和していない場合、自由層は、その形状および結晶磁気異方性に起因して等方的な磁気特性を示さない。したがって、このような外部磁界強度が小さい場合にも、同様、外部磁界の印加方向と自由層21の磁化方向との誤差が生じるため、磁界検出器の印加磁界角度検出誤差の要因となる。   Further, it is assumed that the free layer magnetization 21 is saturated in the application direction of the external magnetic field. However, when the external magnetic field strength is small and the free layer magnetization 21 is not saturated, the free layer does not exhibit isotropic magnetic properties due to its shape and crystalline magnetic anisotropy. Accordingly, even when such an external magnetic field strength is small, an error between the direction of application of the external magnetic field and the magnetization direction of the free layer 21 occurs in the same manner, which causes a magnetic field angle detection error of the magnetic field detector.

本発明においては、このような固着層磁化の回転および自由層の不飽和に起因する検出誤差を抑制する。   In the present invention, detection errors caused by such rotation of the pinned layer magnetization and unsaturation of the free layer are suppressed.

図7は、図2に示す磁気抵抗効果素子の自由層(12)の磁気特性を示す図である。この図7において、自由層として、ニッケル−鉄合金膜(Ni−Fe膜)が用いられる。図7において、横軸に、外部印加磁界Hの強度(単位Oe)を示し、縦軸に、磁化M(単位任意)を示す。   FIG. 7 is a diagram showing the magnetic characteristics of the free layer (12) of the magnetoresistive effect element shown in FIG. In FIG. 7, a nickel-iron alloy film (Ni-Fe film) is used as the free layer. In FIG. 7, the horizontal axis represents the intensity (unit Oe) of the externally applied magnetic field H, and the vertical axis represents the magnetization M (unit arbitrary).

曲線VIIは、困難軸方向に沿った磁化の特性曲線を示し、曲線VIIIは、容易軸方向に沿った磁化の特性曲線を示す。   A curve VII shows a characteristic curve of magnetization along the hard axis direction, and a curve VIII shows a characteristic curve of magnetization along the easy axis direction.

図7に示すように、困難軸方向に沿った飽和磁界Ms、すなわち異方性磁界Hkは、約20Oeであり、これ以上の強度の磁界が外部から印加されると、すべてこの印加磁界の方向に磁化が飽和する。   As shown in FIG. 7, the saturation magnetic field Ms along the hard axis direction, that is, the anisotropic magnetic field Hk is about 20 Oe. Magnetization is saturated.

異方性磁界は、「スピンをある方向に揃えようとする磁場の強さ」で定義され、磁性体の磁化方向に対し垂直に磁場を印加し、この磁性体の磁化を完全に90°回転させるために必要な磁場に対応する。異方性磁界Hkは、結晶磁気異方性定数をKu、飽和磁化をMsとすると、次式で表わされる。   An anisotropic magnetic field is defined by “the strength of a magnetic field that attempts to align spins in a certain direction”, and a magnetic field is applied perpendicular to the magnetization direction of the magnetic material, and the magnetization of this magnetic material is completely rotated by 90 °. It corresponds to the magnetic field necessary to make it. The anisotropy magnetic field Hk is expressed by the following equation, where Ku is the magnetocrystalline anisotropy constant and Ms is the saturation magnetization.

Hk=2・Ku/Ms …(5)
結晶磁気異方性定数Kuは、結晶の構造および配向に依存して決定され、したがって、異方性磁界Hkは、自由層に用いられる材料が決定されれば応じて決定される。
Hk = 2 · Ku / Ms (5)
The magnetocrystalline anisotropy constant Ku is determined depending on the structure and orientation of the crystal, and therefore the anisotropic magnetic field Hk is determined accordingly if the material used for the free layer is determined.

図7に示すように、異方性磁界Hkが、自由層Ni−Fe膜においては20Oeであり、したがって、図4および図5に示す測定条件下において印加される磁界の下では、自由層は、すべて外部からの磁界印加方向に磁化が飽和している。   As shown in FIG. 7, the anisotropic magnetic field Hk is 20 Oe in the free layer Ni—Fe film, and therefore, under the magnetic field applied under the measurement conditions shown in FIG. 4 and FIG. , All of the magnetization is saturated in the direction of magnetic field application from the outside.

以上から、図2に示す磁気抵抗効果素子を利用する場合、自由層に対して飽和磁界(異方性磁界)を印加した場合、固着層の磁化の回転を抑制するのが困難であることが判明する。   From the above, when the magnetoresistive effect element shown in FIG. 2 is used, it is difficult to suppress the rotation of the magnetization of the pinned layer when a saturation magnetic field (anisotropic magnetic field) is applied to the free layer. Prove.

図8は、この発明の実施の形態1に従う磁気抵抗効果素子1の断面構造を概略的に示す図である。図8において、磁気抵抗効果素子1は、基板14上に形成される下部電極層6と、下部電極層6上に形成される下地層7を含む。下地電極層6は、一例として、厚さ10nmのタンタル膜(Ta膜)でDCマグネトロンスパッタリング法に従って形成される。下地層7は、ニッケル−鉄合金膜(Ni−Fe膜)で構成され、膜厚2nmである。   FIG. 8 schematically shows a cross-sectional structure of magnetoresistive element 1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 8, the magnetoresistive effect element 1 includes a lower electrode layer 6 formed on the substrate 14 and a base layer 7 formed on the lower electrode layer 6. As an example, the base electrode layer 6 is formed of a tantalum film (Ta film) having a thickness of 10 nm according to the DC magnetron sputtering method. The underlayer 7 is made of a nickel-iron alloy film (Ni-Fe film) and has a thickness of 2 nm.

下地層7上に、反強磁性層8が形成され、この反強磁性層8上に固着層9Aが形成される。版強磁性層8および固着層9Aが、磁化固定層に対応する。   An antiferromagnetic layer 8 is formed on the underlayer 7, and a fixed layer 9 A is formed on the antiferromagnetic layer 8. The plate ferromagnetic layer 8 and the pinned layer 9A correspond to a magnetization fixed layer.

反強磁性層8は、膜厚10nmのイリジウム−マンガン膜(Ir−Mn膜)で構成され、下地層7により、その結晶配向性が制御される。   The antiferromagnetic layer 8 is composed of an iridium-manganese film (Ir—Mn film) having a thickness of 10 nm, and the crystal orientation is controlled by the underlayer 7.

固着層9Aは、強磁性層9a、非磁性層10および強磁性層9bが順次堆積された積層構造を有する。強磁性層9aおよび9bは、ともに、コバルト−鉄合金膜(Co−Fe膜)で構成され、その膜厚は、ともに3nmである。非磁性層10は、たとえばルテニウム膜(Ru膜)で構成され、膜厚0.8nmである。これらの強磁性層9aおよび9bの磁化は、この非磁性層10を介して反平行に結合する。これらの強磁性層9aおよび9bの膜厚が等しく、かつその磁化は反平行方向であるため、この固着層9A内の強磁性層9aおよび9bからの漏洩磁界は実質的に打消される。したがって、外部からの印加磁界Hapにより、固着層9Aが受けるトルクを低減することができ、固着層9Aの磁化の外部印加磁界Hapによる回転を抑制することができる。外部印加磁界Hapは、異方性磁界Hk以上の強度を有する。   The pinned layer 9A has a laminated structure in which a ferromagnetic layer 9a, a nonmagnetic layer 10, and a ferromagnetic layer 9b are sequentially deposited. The ferromagnetic layers 9a and 9b are both composed of a cobalt-iron alloy film (Co-Fe film), and the film thickness thereof is 3 nm. The nonmagnetic layer 10 is made of, for example, a ruthenium film (Ru film) and has a thickness of 0.8 nm. The magnetizations of the ferromagnetic layers 9 a and 9 b are coupled antiparallel through the nonmagnetic layer 10. Since the ferromagnetic layers 9a and 9b have the same film thickness and the magnetization is antiparallel, the leakage magnetic field from the ferromagnetic layers 9a and 9b in the fixed layer 9A is substantially canceled. Therefore, the torque received by the pinned layer 9A by the externally applied magnetic field Hap can be reduced, and the rotation of the magnetization of the pinned layer 9A by the externally applied magnetic field Hap can be suppressed. The externally applied magnetic field Hap has a strength greater than or equal to the anisotropic magnetic field Hk.

強磁性層9aおよび9bの磁化22aおよび22bを互いに反平行に設定する方法としては、以下の方法が用いられる。   As a method of setting the magnetizations 22a and 22b of the ferromagnetic layers 9a and 9b to be antiparallel to each other, the following method is used.

すなわち、強磁性層9aおよび9b形成後の熱処理工程時に磁界を印加して、これらの磁化方向を決定する。Ru膜で構成される非磁性層10を介した強磁性層9aおよび9bの結合よりも大きな磁界、たとえば7KOeを印加し、300℃の温度下で1時間保持する。反強磁性層8との交換結合により、この磁界印加方向に沿って強磁性層(Co−Fe膜)9aの磁化22aが固定される。一方、Co−Fe膜で構成される強磁性層9bは、非磁性層10を介して強磁性層9aと反平行結合し、強磁性層9bの磁化22bが、強磁性層9aの磁化22aと180°の角度をなす方向を向く。これにより、互いに反平行な磁化22aおよび22bを有する強磁性層9aおよび9bを形成することができる。   That is, a magnetic field is applied during the heat treatment step after the formation of the ferromagnetic layers 9a and 9b to determine the magnetization directions thereof. A magnetic field larger than the coupling of the ferromagnetic layers 9a and 9b via the nonmagnetic layer 10 composed of a Ru film, for example, 7 KOe, is applied and held at a temperature of 300 ° C. for 1 hour. Due to exchange coupling with the antiferromagnetic layer 8, the magnetization 22a of the ferromagnetic layer (Co—Fe film) 9a is fixed along this magnetic field application direction. On the other hand, the ferromagnetic layer 9b composed of a Co—Fe film is antiparallel coupled to the ferromagnetic layer 9a via the nonmagnetic layer 10, and the magnetization 22b of the ferromagnetic layer 9b is changed to the magnetization 22a of the ferromagnetic layer 9a. It faces in a direction that makes an angle of 180 °. Thereby, the ferromagnetic layers 9a and 9b having magnetizations 22a and 22b antiparallel to each other can be formed.

固着層9A上に、トンネル絶縁層11が形成される。このトンネル絶縁層11は、酸化アルミニウム膜(Al23膜)で形成される。このトンネル絶縁層11は、たとえばDCマグネトロンスパッタリング法を用いて膜厚2nmの金属アルミニウム膜を形成した後に、酸素プラズマにより酸化処理を施して酸化アルミニウム膜を形成する。トンネル絶縁層11の膜厚は、トンネル現象を生じさせる膜厚であればよい。 A tunnel insulating layer 11 is formed on the fixed layer 9A. This tunnel insulating layer 11 is formed of an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film). The tunnel insulating layer 11 is formed by forming a metal aluminum film having a thickness of 2 nm using, for example, a DC magnetron sputtering method, and then performing an oxidation treatment with oxygen plasma to form an aluminum oxide film. The film thickness of the tunnel insulating layer 11 may be any film thickness that causes a tunnel phenomenon.

トンネル絶縁層11上に自由層12が形成される。自由層12は、ニッケル−鉄合金膜(Ni−Fe膜)で構成され、その膜厚は、5nmである。自由層12は、その磁化21が、外部からの印加磁界Hapに対して飽和することが要求される。   A free layer 12 is formed on the tunnel insulating layer 11. The free layer 12 is composed of a nickel-iron alloy film (Ni-Fe film), and its film thickness is 5 nm. The free layer 12 is required to have its magnetization 21 saturated with respect to an externally applied magnetic field Hap.

自由層12上に、上部電極層13が形成される。この上部電極層13は、膜厚10nmのタンタル膜(Ta膜)で形成され、たとえばDCマグネトロンスパッタリング法を用いて形成される。   An upper electrode layer 13 is formed on the free layer 12. The upper electrode layer 13 is formed of a tantalum film (Ta film) having a thickness of 10 nm, and is formed by using, for example, a DC magnetron sputtering method.

これらの上部電極層13および下部電極層6は、たとえばDCマグネトロンスパッタリング法により形成されるアルミニウム配線を介して、外部の直流電流源および電圧計に接続される。   These upper electrode layer 13 and lower electrode layer 6 are connected to an external direct current source and a voltmeter via an aluminum wiring formed by, for example, a DC magnetron sputtering method.

磁気抵抗効果素子1は、そのパターンがフォトリソグラフィ法に従って形成される。この場合、上部電極層13までを積層した後、フォトレジストにより所望のパターンを形成し、そのパターンに従ってイオンミリングにより素子の形状を得る。この磁気抵抗効果素子1は、一例としてその平面形状が長方形であり、短辺×長辺が、5μm×10μmである。   The pattern of the magnetoresistive effect element 1 is formed according to a photolithography method. In this case, after the layers up to the upper electrode layer 13 are laminated, a desired pattern is formed with a photoresist, and the shape of the element is obtained by ion milling according to the pattern. As an example, the magnetoresistive effect element 1 has a rectangular planar shape and a short side × long side of 5 μm × 10 μm.

図8に示す磁気抵抗効果素子1において、固着層9Aにおける強磁性層9aおよび9bは、膜厚3nmを一例として示しているものの、その膜厚は、薄い方が反強磁性交換結合(反平行結合)の観点からは好ましい。膜厚が厚い場合、非磁性層10を介してそれぞれ反平行結合したCo−Fe膜の磁化の打消しが不十分となる。このため、漏洩磁界が相殺されず、外部印加磁界Hapによりトルクを受けやすくなり、固着層9Aの磁化回転を抑制する効果が低減される。しかしながら、強磁性層9aおよび9bの薄膜化にも限界がある。   In the magnetoresistive effect element 1 shown in FIG. 8, the ferromagnetic layers 9a and 9b in the pinned layer 9A show a film thickness of 3 nm as an example, but the thinner the film thickness, the antiferromagnetic exchange coupling (antiparallel). From the viewpoint of (bonding), it is preferable. When the film thickness is thick, the magnetization cancellation of the Co—Fe films anti-parallel coupled via the nonmagnetic layer 10 is insufficient. For this reason, the leakage magnetic field is not canceled out, the torque is easily received by the externally applied magnetic field Hap, and the effect of suppressing the magnetization rotation of the fixed layer 9A is reduced. However, there is a limit to thinning the ferromagnetic layers 9a and 9b.

図9は、強磁性層9aおよび9bを構成するCo−Fe膜の磁化の膜厚依存性を示す図である。横軸にCo−Fe膜の膜厚tCoFeを示し(単位nm)、縦軸に飽和磁化Ms(単位任意)を示す。図9に示すように、飽和磁化Msは、その膜厚に従ってほぼ直線的に増加する。しかしながら、図の直線の外挿から、膜厚1nmとなると飽和磁化が存在しない状態となり、固着層に用いるCo−Fe膜を飽和磁化を有する強磁性体として作用させるためには、1nm以上の膜厚が必要となる。   FIG. 9 is a diagram showing the film thickness dependence of the magnetization of the Co—Fe film constituting the ferromagnetic layers 9a and 9b. The horizontal axis represents the film thickness tCoFe of the Co—Fe film (unit: nm), and the vertical axis represents the saturation magnetization Ms (unit arbitrary). As shown in FIG. 9, the saturation magnetization Ms increases almost linearly according to the film thickness. However, from the extrapolation of the straight line in the figure, when the film thickness is 1 nm, there is no saturation magnetization, and in order for the Co—Fe film used for the pinned layer to act as a ferromagnetic material having saturation magnetization, a film of 1 nm or more Thickness is required.

また、強磁性層9aおよび9bは、同一材料を用いて同一の製造工程を利用して成膜しているため、それらの膜厚は、互いに等しくすることにより、反平行結合状態においてこれらの強磁性層9aおよび9bの漏洩磁界が互いに逆方向で大きさが等しくなり、漏洩磁界を相殺することができる。しかしながら、強磁性層9aおよび9bを構成する強磁性膜の飽和磁化Mと体積Volの積M・Volが互いに等しい場合には、これらの強磁性層9aおよび9bのそれぞれの総磁化が符号を除いて等しくなり、漏洩磁界を相殺することができる。   In addition, since the ferromagnetic layers 9a and 9b are formed using the same material and using the same manufacturing process, their strengths are made equal to each other in the antiparallel coupling state. The magnitudes of the leakage magnetic fields of the magnetic layers 9a and 9b are equal to each other in the opposite directions, and the leakage magnetic field can be canceled out. However, when the product M · Vol of the saturation magnetization M and the volume Vol of the ferromagnetic films constituting the ferromagnetic layers 9a and 9b are equal to each other, the total magnetization of each of the ferromagnetic layers 9a and 9b excludes the sign. And the leakage magnetic field can be canceled out.

図10は、図8に示す磁気抵抗効果素子を利用する磁界検出器の構成を概略的に示す図である。図10において、磁界検出器は、磁気抵抗効果素子1に対し一定の大きさの直流電流を供給する直流電源2と、この直流電源2からの直流電流により、磁気抵抗効果素子1の両電極間に発生する電圧を測定する電圧計3を含む。直流電源2および電圧計3は、例えばアルミニュウムで構成される配線4および5を介して、磁気抵抗効果素子1の上部電極層および下部電極層にそれぞれ接続される。図10においては、これらの上部電極層および下部電極層は示していない。配線4および5は、図8に示す磁気抵抗効果素子1の構成において上部電極層13および下部電極層6に、それぞれアルミニウム配線を介して接続される。配線4および5を形成するアルミニウム配線は、たとえばDCマグネトロンスパッタリング法を用いて素子形成時に並行して形成される。   FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a magnetic field detector using the magnetoresistive effect element shown in FIG. In FIG. 10, the magnetic field detector includes a direct current power source 2 that supplies a certain amount of direct current to the magnetoresistive effect element 1, and between the two electrodes of the magnetoresistive effect element 1 by the direct current from the direct current power source 2. Includes a voltmeter 3 for measuring the voltage generated in the circuit. The DC power source 2 and the voltmeter 3 are connected to the upper electrode layer and the lower electrode layer of the magnetoresistive effect element 1 via wirings 4 and 5 made of, for example, aluminum. In FIG. 10, these upper electrode layer and lower electrode layer are not shown. Wirings 4 and 5 are respectively connected to upper electrode layer 13 and lower electrode layer 6 through aluminum wirings in the configuration of magnetoresistive element 1 shown in FIG. The aluminum wiring forming the wirings 4 and 5 is formed in parallel with the element formation using, for example, a DC magnetron sputtering method.

磁気抵抗効果素子1は、図10においては、その主要部のみを示しており、反強磁性層8、固着層9A、および自由層12を含む。固着層9Aにおいて、強磁性層9aおよび9bが、それぞれ反平行な磁化22aおよび22bを有し、自由層12は、固着層9Aの磁化22aおよび22bと直交する方向の磁化21を有する。   In FIG. 10, only the main part of the magnetoresistive effect element 1 is shown, and includes an antiferromagnetic layer 8, a fixed layer 9 </ b> A, and a free layer 12. In the fixed layer 9A, the ferromagnetic layers 9a and 9b have antiparallel magnetizations 22a and 22b, respectively, and the free layer 12 has a magnetization 21 in a direction orthogonal to the magnetizations 22a and 22b of the fixed layer 9A.

図示しない磁化印加機構からの印加磁界Hapは、自由層12の膜面と平行な方向に印加される。印加磁界Hapは、自由層12の磁化を飽和させる強度を有しており、自由層磁化21は、外部からの印加磁界Hapと同じ方向に設定される。   An applied magnetic field Hap from a magnetization application mechanism (not shown) is applied in a direction parallel to the film surface of the free layer 12. The applied magnetic field Hap has a strength that saturates the magnetization of the free layer 12, and the free layer magnetization 21 is set in the same direction as the applied magnetic field Hap from the outside.

この図10に示す磁界検出時の構成の場合、電圧計3が検出する電圧Vは、次式(6)で表わされる。   In the case of the configuration at the time of magnetic field detection shown in FIG. 10, the voltage V detected by the voltmeter 3 is expressed by the following equation (6).

V=I・R
=I・(R0−(ΔR/2)・cosθ(Free)−θ(Pinned)) …(6)
上式(6)において、Iは、直流電源2から磁気抵抗効果素子1に供給される直流定電流を示す。この場合、測定基準の角度θ=0は、固着層9Aの強磁性層9bの磁化22bの方向θ(Pinned)である。
V = I ・ R
= I · (R0− (ΔR / 2) · cos θ (Free) −θ (Pinned)) (6)
In the above equation (6), I represents a DC constant current supplied from the DC power source 2 to the magnetoresistive element 1. In this case, the measurement reference angle θ = 0 is the direction θ (Pinned) of the magnetization 22b of the ferromagnetic layer 9b of the fixed layer 9A.

図11は、図10に示す磁界検出器の磁気抵抗効果素子1の出力電圧と印加磁界依存性を示す図である。図11において、横軸に、外部印加磁界の固着層磁化22bに対する角度θ(単位deg)を示し、縦軸に、この電圧計3による検出電圧(単位任意)を示す。曲線Iは理想状態の出力電圧の磁界角度依存性を示し、曲線XIが、外部印加磁界として100Oe印加したときの出力特性を示し、曲線XIIが、200Oeの外部磁界印加時の出力特性を示し、曲線XIIIが、300Oeの外部時間印加時の出力特性を示す。測定温度は室温ですべて同じである。外部からの印加磁界の強度は、すべて飽和磁化を自由層に生じさせる異方性磁界以上の強度を有している。   FIG. 11 is a diagram showing the output voltage and applied magnetic field dependence of the magnetoresistive effect element 1 of the magnetic field detector shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents the angle θ (unit deg) of the externally applied magnetic field with respect to the fixed layer magnetization 22 b, and the vertical axis represents the detected voltage (unit arbitrary) by the voltmeter 3. Curve I shows the magnetic field angle dependence of the ideal output voltage, Curve XI shows the output characteristics when 100 Oe is applied as an externally applied magnetic field, Curve XII shows the output characteristics when an external magnetic field of 200 Oe is applied, Curve XIII shows the output characteristics when an external time of 300 Oe is applied. The measurement temperatures are all the same at room temperature. The strength of the externally applied magnetic field is higher than the anisotropic magnetic field that causes saturation magnetization in the free layer.

図11に示すように、外部印加磁界の角度θが0°であり、磁化22bと同一方向の場合、磁気抵抗効果素子1の抵抗値が低く、角度180°となり反平行状態となるまでその抵抗値が増大し、応じて出力電圧Vが増大する。その反平行状態からさらに外部磁界Hapの方向を回転させることにより、反平行状態からさらに平行状態へ移動するため、その抵抗値が低下する。   As shown in FIG. 11, when the angle θ of the externally applied magnetic field is 0 ° and is in the same direction as the magnetization 22b, the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 is low, and the resistance until the angle becomes 180 ° and becomes antiparallel. The value increases and the output voltage V increases accordingly. By further rotating the direction of the external magnetic field Hap from the antiparallel state, the resistance value decreases because the antiparallel state moves further from the parallel state.

出力特性は、印加磁界の角度θ=180°を中心として対称的な曲線を有しており、角度検出の異方性は存在せず、正確な磁界方向(角度)検出を実現することができる。また、外部印加磁界強度にかかわらず、ほぼ理想状態の曲線Iからのずれが極めて小さくされており、異方性磁界以上の磁界印加時においても固着層磁化の回転が抑制されているのが見られる。   The output characteristic has a symmetric curve with the applied magnetic field angle θ = 180 ° as the center, and there is no angle detection anisotropy, and accurate magnetic field direction (angle) detection can be realized. . In addition, the deviation from the curve I in the ideal state is extremely small regardless of the externally applied magnetic field strength, and it can be seen that the rotation of the pinned layer magnetization is suppressed even when a magnetic field exceeding the anisotropic magnetic field is applied. It is done.

図12は、図10に示す磁界検出器の磁気抵抗効果素子の出力電圧の温度依存性を示す図である。外部からの印加磁界は、たとえば100Oeに設定され、曲線XIVが、室温状態の出力特性を示し、曲線XVが、150℃での出力特性を示す。横軸に、印加磁界の固着層磁化22bに対する角度θ(単位deg)を示し、縦軸に、電圧計3(図10参照)の検出電圧Vを示す(単位任意)。   FIG. 12 is a diagram showing the temperature dependence of the output voltage of the magnetoresistive element of the magnetic field detector shown in FIG. The externally applied magnetic field is set to, for example, 100 Oe, the curve XIV shows the output characteristics at room temperature, and the curve XV shows the output characteristics at 150 ° C. The horizontal axis indicates the angle θ (unit deg) of the applied magnetic field with respect to the fixed layer magnetization 22b, and the vertical axis indicates the detection voltage V of the voltmeter 3 (see FIG. 10) (unit arbitrary).

図12に示すように、室温状態および150℃での動作時においても、理想状態の曲線Iと同様の出力特性曲線XIVおよびXVが得られ、検出誤差を十分小さくすることができる。   As shown in FIG. 12, output characteristic curves XIV and XV similar to the curve I in the ideal state are obtained even at the room temperature and at 150 ° C., and the detection error can be made sufficiently small.

これらの外部印加磁界強度および環境温度に係らず、素子出力特性の理想特性曲線からのずれを小さくすることができるのは、この発明に従う磁気抵抗効果素子(図8参照)を用いることにより、外部からの印加磁界により固着層が受けるトルクを低減できる効果による。これにより、固着層磁化の回転を抑制することができ、印加磁界強度および環境温度に起因する検出誤差を抑制することができ、正確な角度検出を行なうことができる。   Regardless of the externally applied magnetic field strength and ambient temperature, the deviation of the element output characteristic from the ideal characteristic curve can be reduced by using the magnetoresistive effect element (see FIG. 8) according to the present invention. This is because the torque received by the pinned layer due to the magnetic field applied from can be reduced. Thereby, rotation of pinned layer magnetization can be suppressed, detection errors caused by applied magnetic field strength and environmental temperature can be suppressed, and accurate angle detection can be performed.

なお、図8に示す磁気抵抗効果素子においては、下部電極層6および上部電極層12はタンタル(Ta膜)が用いられているものの、銅(Cu)、ルテニウム(Ru)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)などの金属膜であってもよく、また、これらの金属膜が積層構造として用いられてもよい。   In the magnetoresistive element shown in FIG. 8, tantalum (Ta film) is used for the lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 12, but copper (Cu), ruthenium (Ru), aluminum (Al), A metal film such as platinum (Pt) may be used, and these metal films may be used as a laminated structure.

また、下地層7には、ニッケル−鉄合金膜(Ni−Fe膜)が用いられているものの、下部電極層6と同様Ta膜が用いられてもよく、金属膜でありかつ反強磁性層の結晶配向性を調整する機能(格子定数)を有していればよい。   Further, although a nickel-iron alloy film (Ni-Fe film) is used for the underlayer 7, a Ta film may be used similarly to the lower electrode layer 6, which is a metal film and an antiferromagnetic layer. It suffices to have a function (lattice constant) for adjusting the crystal orientation.

また、反強磁性層8としては、Pt−Mn膜、Ni−Mn膜、Ni−O膜、Fe−Mn膜が用いられてもよい。   As the antiferromagnetic layer 8, a Pt—Mn film, a Ni—Mn film, a Ni—O film, or a Fe—Mn film may be used.

固着層および自由層は、強磁性膜で構成する必要があるものの、この強磁性層としては、Cu−Ni合金、Cu−Fe−Ni合金、Fe−Ni合金などの、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、および鉄(Fe)のいずれかを主成分として含む金属、またはNiMnSb、Co2MnGeなどの合金膜材料が用いられてもよい。また、これらの金属膜および合金膜が積層構造に形成されて強磁性層が形成されてもよい。   Although the fixed layer and the free layer need to be composed of a ferromagnetic film, examples of the ferromagnetic layer include cobalt (Co), nickel such as Cu—Ni alloy, Cu—Fe—Ni alloy, and Fe—Ni alloy. A metal containing either (Ni) or iron (Fe) as a main component, or an alloy film material such as NiMnSb or Co2MnGe may be used. Further, these metal films and alloy films may be formed in a laminated structure to form a ferromagnetic layer.

固着層に用いられる非磁性層は、強固な反平行結合を得るためには3d遷移金属膜で構成するのが好ましいが、ルテニウム膜(Ru膜)に限定されず、他の遷移金属膜が用いられてもよく、またその厚さも、0.8nmに限定されず、反平行結合が実現される膜厚であればよい。   The nonmagnetic layer used for the pinned layer is preferably composed of a 3d transition metal film in order to obtain strong antiparallel coupling, but is not limited to a ruthenium film (Ru film), and other transition metal films are used. Also, the thickness thereof is not limited to 0.8 nm, and any thickness can be used as long as antiparallel coupling is realized.

また、トンネル絶縁層は、酸化タンタルTa、酸化シリコンSiO、酸化マンガンMgOなどの酸化膜、窒化膜またはフッ化膜が用いられてもよい。また、トンネル絶縁層の酸化処理としては、ラジカル酸化、自然酸化、およびオゾンによる酸化が用いられてもよい。また、トンネル絶縁層の形成には、用いられる絶縁層の種類に応じて、窒化処理またはフッ化処理が用いられてもよい。また、これらの窒化処理およびフッ化処理においても、プラズマ、ラジカル、反応性ガスを用いた窒化またはフッ化処理が行なわれてもよい。また、これに代えて、RF(高周波)マグネトロンスパッタリング、化学気相成長法(CVD法)などの方法を用いて直接、トンネル絶縁層が形成されてもよい。 The tunnel insulating layer may be an oxide film such as tantalum oxide Ta 2 O 5 , silicon oxide SiO 2 , manganese oxide MgO, nitride film, or fluoride film. Further, as the oxidation treatment of the tunnel insulating layer, radical oxidation, natural oxidation, and oxidation by ozone may be used. The tunnel insulating layer may be formed by nitriding treatment or fluorination treatment depending on the type of insulating layer used. In these nitriding treatments and fluorination treatments, nitriding or fluorination treatment using plasma, radicals, or reactive gases may be performed. Alternatively, the tunnel insulating layer may be directly formed by using a method such as RF (radio frequency) magnetron sputtering or chemical vapor deposition (CVD).

また、磁気抵抗効果素子を外部の接続する配線4および5は、銅(Cu)膜などの良導体であればよい。   The wirings 4 and 5 for connecting the magnetoresistive effect element to the outside may be any good conductor such as a copper (Cu) film.

また、金属膜形成時においては、DCマグネトロンスパッタリング法に代えて、分子線エピタキシ(MBE)法、また各種スパッタリング法、化学気相成長(CVD)法、蒸着法などが用いられてもよい。   In forming the metal film, instead of the DC magnetron sputtering method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, various sputtering methods, a chemical vapor deposition (CVD) method, a vapor deposition method, or the like may be used.

また、磁気抵抗効果素子の形状の形成は、イオンミリングに代えて、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより行なうこともでき、また電子線リソグラフィまたは集束イオンビームによるパターン形成が行なわれてもよい。   Further, the magnetoresistive effect element can be formed by photolithography and reactive ion etching instead of ion milling, or pattern formation by electron beam lithography or focused ion beam.

[変更例]
図13は、この発明の実施の形態1の変更例に従う磁界検出器の構成を概略的に示す図である。図13において、磁界検出器は、直流電源2と接地ノードの間に接続されるブリッジ回路30と、このブリッジ回路30からの相補信号を増幅する差動増幅器32と、差動増幅器32の出力信号の電圧を検出する電圧計3を含む。
[Example of change]
FIG. 13 schematically shows a configuration of the magnetic field detector according to the modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 13, the magnetic field detector includes a bridge circuit 30 connected between the DC power supply 2 and the ground node, a differential amplifier 32 that amplifies a complementary signal from the bridge circuit 30, and an output signal of the differential amplifier 32. A voltmeter 3 for detecting the voltage of

ブリッジ回路30は、ノードN1およびN2の間に接続される磁気抵抗効果素子1aと、ノードN2とノードN3の間に接続される固定抵抗素子31bと、ノードN1およびノードN4の間に接続される固定抵抗素子31aと、ノードN4およびN3の間に接続される磁気抵抗効果素子1bを含む。ノードN1が直流電源2に結合され、直流電源2からの一定の大きさの直流定電流Iを受ける。ノードN3が接地ノードに接続される。   Bridge circuit 30 is connected between nodes N1 and N4, magnetoresistive element 1a connected between nodes N1 and N2, fixed resistance element 31b connected between nodes N2 and N3, and node N1 and node N4. Fixed resistance element 31a and magnetoresistive effect element 1b connected between nodes N4 and N3 are included. Node N1 is coupled to DC power supply 2 and receives a constant DC constant current I from DC power supply 2. Node N3 is connected to the ground node.

磁気抵抗効果素子1aおよび1bは、図8に示す構成を有し、固着層(9A)の磁化方向は同じでありまた温度特性などの動作特性は同じである。固定抵抗素子31aおよび31bの抵抗値は同じである。   The magnetoresistive effect elements 1a and 1b have the configuration shown in FIG. 8, the magnetization direction of the pinned layer (9A) is the same, and the operating characteristics such as temperature characteristics are the same. The resistance values of the fixed resistance elements 31a and 31b are the same.

磁界印加機構からの磁界は、共通にこれらの磁気抵抗効果素子1aおよび1bに与えられる。いま、印加磁界(図示せず)に従って磁気抵抗効果素子1aおよび1bの抵抗値が増大した状態を考える。この場合、磁気抵抗効果素子1aを介して流れる電流I1による電圧降下が大きくなり、ノードN2の電圧レベルが低下する。一方、固定抵抗素子31aからの電流I2により、ノードN4の電圧レベルが上昇する。ノードN2およびN4の電圧の変化方向は互いに逆方向であり、その差分値を差動増幅器32で増幅する。   A magnetic field from the magnetic field application mechanism is commonly applied to these magnetoresistive elements 1a and 1b. Consider a state where the resistance values of the magnetoresistive effect elements 1a and 1b are increased in accordance with an applied magnetic field (not shown). In this case, the voltage drop due to the current I1 flowing through the magnetoresistive effect element 1a increases, and the voltage level of the node N2 decreases. On the other hand, the voltage level of node N4 rises due to current I2 from fixed resistance element 31a. The voltage change directions of the nodes N2 and N4 are opposite to each other, and the differential value is amplified by the differential amplifier 32.

印加磁界により磁気抵抗効果素子1aおよび1bの抵抗値が小さくなった場合には、ノードN2の電圧レベルが上昇し、一方ノードN4の電圧レベルが低下し、同様、相補的な電圧変化がノードN2およびN4により生じる。   When the resistance values of the magnetoresistive effect elements 1a and 1b are reduced by the applied magnetic field, the voltage level of the node N2 increases, while the voltage level of the node N4 decreases, and similarly, a complementary voltage change occurs at the node N2. And N4.

したがって、この抵抗ブリッジ回路30を利用することにより、磁気抵抗効果素子1aおよび1bの動作特性の温度依存性を相殺することができ、温度補償を行なった磁界検出を行なうことができ、また、印加磁界による微小な電圧変化を確実に検出することができ、高精度の磁界角度検出を実現することができる。   Therefore, by using this resistance bridge circuit 30, the temperature dependence of the operating characteristics of the magnetoresistive effect elements 1a and 1b can be offset, and the magnetic field detection with temperature compensation can be performed. A minute voltage change due to a magnetic field can be reliably detected, and highly accurate magnetic field angle detection can be realized.

図14は、この発明の実施の形態1に従う磁界検出装置の全体の構成を概略的に示す図である。図14(A)に側面断面図を示し、図14(B)に平面図を示す。   FIG. 14 schematically shows an overall configuration of the magnetic field detection device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 14A shows a side cross-sectional view, and FIG. 14B shows a plan view.

図14(A)において、磁界検出装置は、支持体44に載置される磁界検出部41を含む。この支持体44は、中央部に丘状の突出部を有し、この丘状突出部に、磁界検出部41が載置される。支持体44と対向してかつ丘状突出部を中に含むように中空形状の回転体43が配置される。この回転体43の内壁に、支持体44の丘状突出部の外周部と対向して、永久磁石42aおよび42bが配置される。永久磁石42aおよび42bは、たとえばサマリウム−コバルト合金(Sm−Co合金)で構成され、印加磁界Hapは、たとえば、永久磁石42aから永久磁石42bに向かう磁界方向となる。   In FIG. 14A, the magnetic field detection device includes a magnetic field detection unit 41 placed on a support 44. The support body 44 has a hill-shaped protrusion at the center, and the magnetic field detector 41 is placed on the hill-shaped protrusion. A hollow rotating body 43 is arranged so as to face the support body 44 and include a hill-shaped protrusion. Permanent magnets 42 a and 42 b are arranged on the inner wall of the rotating body 43 so as to face the outer peripheral portion of the hill-like protrusion of the support body 44. The permanent magnets 42a and 42b are made of, for example, a samarium-cobalt alloy (Sm—Co alloy), and the applied magnetic field Hap is, for example, a magnetic field direction from the permanent magnet 42a toward the permanent magnet 42b.

磁界検出部41は、支持体44内に設置される配線45a、45bおよび45cを介して電源および外部の機器(制御装置、モニタ装置等)に接続される。磁界検出部41は、磁気抵抗効果素子群配線および周辺回路(直流電源等:ブリッジ回路を含む構成または電圧計が含まれてもよい)。磁界検出部41は、回転体43の回転中心に対応して固定的に支持体44の丘状突出部上に載置される。   The magnetic field detector 41 is connected to a power source and external devices (control device, monitor device, etc.) via wirings 45a, 45b and 45c installed in the support body 44. The magnetic field detector 41 includes a magnetoresistive element group wiring and a peripheral circuit (DC power supply or the like: a configuration including a bridge circuit or a voltmeter may be included). The magnetic field detection unit 41 is fixedly placed on the hill-shaped protrusion of the support 44 in correspondence with the rotation center of the rotator 43.

磁界検出部41内に配置される磁気抵抗効果素子は、内部の自由層膜面と回転体43の回転面とが平行となるように配置される。すなわち、永久磁石42aおよび42bの間の印加磁界Hapが、この磁界検出部41内の磁気抵抗効果素子の自由層の膜面と平行な方向に異方性磁界以上の強度で印加される。一例として、永久磁石42aおよび42bによる印加磁界Hapは、100Oeの強度を有する。   The magnetoresistive effect element disposed in the magnetic field detection unit 41 is disposed such that the inner free layer film surface and the rotation surface of the rotating body 43 are parallel to each other. That is, the applied magnetic field Hap between the permanent magnets 42a and 42b is applied with a strength equal to or greater than the anisotropic magnetic field in a direction parallel to the film surface of the free layer of the magnetoresistive element in the magnetic field detector 41. As an example, the applied magnetic field Hap by the permanent magnets 42a and 42b has a strength of 100 Oe.

回転体43は、その回転軸が、被検出対象の駆動部に結合され、この駆動部が、被検出対象物体の移動に応じて回転体43を回転させる。   The rotating shaft of the rotating body 43 is coupled to a drive unit to be detected, and the driving unit rotates the rotating body 43 according to the movement of the detection target object.

図14(B)において、回転体43は、その中心軸が磁界検出部41に一致して配置され、平面形状が円形状に形成される。回転体43の内壁の直径方向に沿って永久磁石42aおよび42bが対向して配置される。磁界検出部41が回転体43の回転中心に対応して配置され、従って、磁界検出部41と永久磁石42aおよび42bは、1直線上に整列して配置される。回転体43と対向して配置される支持体44は、一例として方形形状部および円形形状部とからなる方円形形状を有し、磁界検出部41の駆動および信号導出を行なう配線45a、45bおよび45cにより、外部の機器に接続される。   In FIG. 14B, the rotating body 43 is arranged so that the central axis thereof coincides with the magnetic field detection unit 41, and the planar shape is formed in a circular shape. Permanent magnets 42 a and 42 b are arranged to face each other along the diameter direction of the inner wall of the rotating body 43. The magnetic field detector 41 is arranged corresponding to the center of rotation of the rotating body 43. Therefore, the magnetic field detector 41 and the permanent magnets 42a and 42b are arranged on a straight line. The support body 44 disposed opposite to the rotating body 43 has, for example, a square shape including a square shape portion and a circular shape portion, and wirings 45 a and 45 b for driving the magnetic field detection portion 41 and deriving signals, and By 45c, it connects with an external apparatus.

図14(A)および14(B)に示す磁界検出装置の構成において、回転体43の回転角に応じて、永久磁石42aおよび42bからの印加磁界Hapの方向が変化し、磁界検出部の磁気抵抗効果素子の自由層の磁化方向が、印加磁界Hapの方向に設定される。この自由層の磁界方向、すなわち印加磁界Hapの方向に応じて、磁気抵抗効果素子の抵抗値が異なる。したがって、磁界検出部41において、その内部に含まれる磁気抵抗効果素子の抵抗値を電圧の変化などの形態で取出すことにより、印加磁界Hapが磁界検出部41に含まれる磁気抵抗素子の固着層となす角度を検出することができる。これにより、回転体43の回転角度を検出することができる。   In the configuration of the magnetic field detection device shown in FIGS. 14A and 14B, the direction of the applied magnetic field Hap from the permanent magnets 42a and 42b changes according to the rotation angle of the rotating body 43, and the magnetic field of the magnetic field detection unit. The magnetization direction of the free layer of the resistance effect element is set to the direction of the applied magnetic field Hap. The resistance value of the magnetoresistive element varies depending on the magnetic field direction of the free layer, that is, the direction of the applied magnetic field Hap. Therefore, in the magnetic field detection unit 41, the resistance value of the magnetoresistive effect element included in the magnetic field detection unit 41 is taken out in the form of a voltage change or the like, so that the applied magnetic field Hap is The angle formed can be detected. Thereby, the rotation angle of the rotating body 43 can be detected.

回転体43の回転が、使用用途に応じて移動物体の移動量などの種々のモニタ量に対応することができ、位置検出および回転量の検出を行なうことができる。したがって、回転体43は、用途に応じて、その駆動機構の構成が適宜定められる。   The rotation of the rotating body 43 can correspond to various monitor amounts such as the amount of movement of the moving object according to the usage, and position detection and rotation amount detection can be performed. Therefore, the structure of the drive mechanism of the rotating body 43 is appropriately determined according to the application.

以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、固着層を、スペーサ層(非磁性層)を挟んで2つの強磁性層を反平行結合させて、漏洩磁界を相殺し、また異方性磁界以上の強度の外部磁界を印加している。したがって、外部からの印加磁界のトルクの影響が固着層に及ぼされるのを抑制でき、異方性磁界以上の郷土の外部磁界印加時の固着層の磁界の回転および温度上昇時の固着層磁化の回転を抑制でき、正確な角度検出を行なうことができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the fixed layer is antiparallelly coupled between the two ferromagnetic layers with the spacer layer (nonmagnetic layer) interposed therebetween, so that the leakage magnetic field is canceled out. An external magnetic field with a strength higher than the isotropic magnetic field is applied. Therefore, the influence of the torque of the magnetic field applied from the outside can be suppressed from being exerted on the pinned layer. Rotation can be suppressed and accurate angle detection can be performed.

なお、磁界検出法において、一定の大きさの直流電流が供給されて電圧変化を読取って、磁界角度を検出しているものの、一定の交流電流を供給する交流電源が用いられてもよく、また、逆に、一定電圧下における磁気抵抗効果素子を流れる電流を検出する構成が用いられてもよい。   In the magnetic field detection method, a constant current of a direct current is supplied to read a voltage change and a magnetic field angle is detected. However, an alternating current power source that supplies a constant alternating current may be used. Conversely, a configuration for detecting a current flowing through the magnetoresistive element under a constant voltage may be used.

また、図14(A)および(B)に示す永久磁石42aおよび42bは、磁気抵抗効果素子の自由層の異方性磁界よりも大きな磁界を印加することができる磁石であればよい。   Further, the permanent magnets 42a and 42b shown in FIGS. 14A and 14B may be magnets capable of applying a magnetic field larger than the anisotropic magnetic field of the free layer of the magnetoresistive effect element.

[実施の形態2]
図15は、この発明の実施の形態2に従う磁界検出器の構成を概略的に示す図である。図15においては、磁界検出器に対する磁界を印加する機構の構成は示していない。図15に示す磁界検出器の構成は、図10に示す磁界検出器と以下の点でその構成が異なる。すなわち、磁気抵抗効果素子1が、平面が矩形形状ではなく、実質的に円形形状に形成される。その直径は、5μmである。この場合においても、固着層の磁化22aおよび22bは、互いに反平行スペーサ層(非磁性層)を介して結合しており、自由層磁化21の方向が、外部からの印加磁界Hapに従って変化する。
[Embodiment 2]
FIG. 15 schematically shows a configuration of a magnetic field detector according to the second embodiment of the present invention. FIG. 15 does not show a configuration of a mechanism for applying a magnetic field to the magnetic field detector. The configuration of the magnetic field detector shown in FIG. 15 differs from that shown in FIG. 10 in the following points. That is, the magnetoresistive effect element 1 is formed in a substantially circular shape in plan rather than a rectangular shape. Its diameter is 5 μm. Also in this case, the magnetizations 22a and 22b of the pinned layer are coupled to each other via the antiparallel spacer layer (nonmagnetic layer), and the direction of the free layer magnetization 21 changes according to the externally applied magnetic field Hap.

図15に示す磁界検出器の他の構成は、図10に示す磁界検出器の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。自由層12、固着層、強磁性層9aおよび9bをすべて実質的に正円形の形状異方性のない等方的な形状に形成することにより、磁気抵抗効果素子の強磁性層の結晶異方性磁化の影響を抑制でき、高精度で印加磁界の角度の検出を行うことができる。   The other configuration of the magnetic field detector shown in FIG. 15 is the same as the configuration of the magnetic field detector shown in FIG. 10, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. By forming the free layer 12, the pinned layer, and the ferromagnetic layers 9 a and 9 b in an isotropic shape having substantially a circular shape and no anisotropy, crystal anisotropy of the ferromagnetic layer of the magnetoresistive element is obtained. The influence of the characteristic magnetization can be suppressed, and the angle of the applied magnetic field can be detected with high accuracy.

図16は、図15に示す磁気抵抗効果素子1の自由層12の印加磁界と磁化の関係を示す図である。図16において、横軸に印加磁界強度Hを示し(単位Oe)、縦軸に磁化M(単位任意)を示す。この図16において、実線の曲線が容易軸方向の磁化を示し、破線が、困難軸方向の磁化を示す。自由層は、Ni−Fe膜で構成される。   FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the applied magnetic field and the magnetization of the free layer 12 of the magnetoresistive effect element 1 shown in FIG. In FIG. 16, the horizontal axis represents the applied magnetic field strength H (unit Oe), and the vertical axis represents the magnetization M (unit arbitrary). In FIG. 16, the solid curve indicates the magnetization in the easy axis direction, and the broken line indicates the magnetization in the hard axis direction. The free layer is composed of a Ni—Fe film.

この図16に示すように、容易軸方向および困難軸方向いずれにおいても、磁気特性の差は小さくなっており、飽和磁界(異方性磁界Hk)は、ともに約15Oeであり、より等方的な磁気特性が得られる。図16に示す磁気特性おいては、自由層が、Ni−Fe膜で構成されており、その結晶磁気異方性による異方性がわずかに現われている(特性曲線のずれ)だけである。従って、磁気抵抗効果素子1における磁気異方性を十分抑制することができ、形状に依存する磁気特性の異方性の影響を排除することができる。   As shown in FIG. 16, the difference in magnetic characteristics is small both in the easy axis direction and the hard axis direction, and the saturation magnetic field (anisotropic magnetic field Hk) is about 15 Oe, which is more isotropic. Magnetic characteristics can be obtained. In the magnetic characteristics shown in FIG. 16, the free layer is composed of a Ni—Fe film, and anisotropy due to the magnetocrystalline anisotropy appears only slightly (deviation of the characteristic curve). Therefore, the magnetic anisotropy in the magnetoresistive effect element 1 can be sufficiently suppressed, and the influence of the magnetic property anisotropy depending on the shape can be eliminated.

図16に示す磁界検出器の磁界検出動作および磁界検出装置の全体構成は、図14に示す構成と同じである。   The magnetic field detection operation of the magnetic field detector shown in FIG. 16 and the overall configuration of the magnetic field detection device are the same as the configuration shown in FIG.

磁気抵抗効果素子の平面形状を、等方的な形状の円形形状とすることにより、出力信号誤差の方位依存性を抑制することができ、低磁界においても高精度な角度検出を行なうことのできる磁界検出装置を実現することができる。これにより、広範囲な磁界強度領域において動作可能な高精度の磁界検出装置を実現することができる。   By making the planar shape of the magnetoresistive effect element an isotropic circular shape, it is possible to suppress the orientation dependency of the output signal error, and to perform highly accurate angle detection even in a low magnetic field. A magnetic field detection device can be realized. As a result, it is possible to realize a highly accurate magnetic field detection device that can operate in a wide range of magnetic field strength regions.

また、この図15に示す磁界検出器において、図13に示すブリッジ回路を適用することにより、磁気抵抗効果素子の抵抗変化の温度依存性を補償することができ、正確な磁界角度検出を行なうことができる。   Further, in the magnetic field detector shown in FIG. 15, by applying the bridge circuit shown in FIG. 13, the temperature dependence of the resistance change of the magnetoresistive effect element can be compensated, and accurate magnetic field angle detection is performed. Can do.

[変更例]
図17は、この発明の実施の形態2の変更例の磁気抵抗効果素子1の構成を概略的に示す図である。この図17に示す磁気抵抗効果素子1は、その平面形状が1辺が長さLの正方形の形状を有する。この素子の構造は、平面形状を除いて、先の図8および図15に示す磁気抵抗効果素子と同じである。固着層の強磁性層9aおよび9bは、それらの磁化22aおよび22bが間のスペーサ層(非磁性層)を介して反平行結合される。自由層12の磁化21が印加磁界Hapに従ってその方向が変化する。
[Example of change]
FIG. 17 schematically shows a configuration of magnetoresistive effect element 1 according to a modification of the second embodiment of the present invention. The magnetoresistive element 1 shown in FIG. 17 has a square shape whose one side is a length L. The structure of this element is the same as the magnetoresistive effect element shown in FIGS. 8 and 15 except for the planar shape. The ferromagnetic layers 9a and 9b of the pinned layer are antiparallel coupled via their spacer layers (nonmagnetic layers) between the magnetizations 22a and 22b. The direction of the magnetization 21 of the free layer 12 changes according to the applied magnetic field Hap.

図17に示すように、磁気抵抗効果素子1を、その平面形状が正方形の形状を有するように形成しても、等方的な形状であり、磁化困難軸および磁化容易軸の磁気異方性の影響を抑制することができ、図15に示す磁気抵抗効果素子を用いる場合と同様の効果を得ることができる。   As shown in FIG. 17, even if the magnetoresistive effect element 1 is formed so that its planar shape has a square shape, the magnetoresistive effect element 1 has an isotropic shape and magnetic anisotropy of the hard axis and the easy axis. The effect similar to the case where the magnetoresistive effect element shown in FIG. 15 is used can be acquired.

図17に示す磁気抵抗効果素子1は、磁界検出素子として用いて、図14(A)および(B)に示す磁界検出装置の磁界検出部41に用いる。   The magnetoresistive effect element 1 shown in FIG. 17 is used as a magnetic field detection element and used in the magnetic field detection unit 41 of the magnetic field detection device shown in FIGS. 14 (A) and 14 (B).

以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、磁気抵抗効果素子と平面形状を等方的な形状に形成しており、磁気特性の形状に依存する異方性の影響を抑制することができ、応じて異方性磁界強度を低減することができ、低磁界においても高精度な角度検出を行なうことができ、動作可能な印加磁界強度の範囲を広くすることができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, the magnetoresistive effect element and the planar shape are formed in an isotropic shape, and the influence of anisotropy depending on the shape of the magnetic characteristics is suppressed. Accordingly, the anisotropic magnetic field strength can be reduced, angle detection can be performed with high accuracy even in a low magnetic field, and the range of operable applied magnetic field strength can be widened.

[実施の形態3]
図18は、この発明の実施の形態3に従う磁界検出装置の全体の構成を概略的に示す図である。図18において、磁界検出装置は、支持体50上に配置される磁界検出部41と、磁界検出部41に隣接して支持体50上に配置される永久磁石42を含む。磁界検出部41の構成は、先の実施の形態1または実施の形態2の構成と同じである。
[Embodiment 3]
FIG. 18 schematically shows an overall configuration of the magnetic field detection device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 18, the magnetic field detection device includes a magnetic field detection unit 41 disposed on the support 50 and a permanent magnet 42 disposed on the support 50 adjacent to the magnetic field detection unit 41. The configuration of the magnetic field detection unit 41 is the same as the configuration of the first embodiment or the second embodiment.

永久磁石2からの磁界は、磁界検出部41に含まれる磁気抵抗効果素子の自由層の膜面と平行な方向である。磁界検出装置は、検出対象の歯車46の近傍に配置される。この歯車46は、その外周部に所定の間隔で歯47a、47b…が形成され、回転中心46aを介して回転する。   The magnetic field from the permanent magnet 2 is in a direction parallel to the film surface of the free layer of the magnetoresistive effect element included in the magnetic field detector 41. The magnetic field detection device is disposed in the vicinity of the gear 46 to be detected. This gear 46 is formed with teeth 47a, 47b,... At predetermined intervals on the outer peripheral portion thereof, and rotates through a rotation center 46a.

磁界検出部41に関して互いに対向するように歯車46と永久磁石42が配置される。永久磁石42からの印加磁界Hapは、磁化検出部41に含まれる自由層磁化の飽和磁界(異方性磁界)以上の強度を有し、たとえば200Oeの磁化が印加磁界Hapとして供給される。歯車46は、その歯部47aおよび47bとともに高透磁率材料で構成され、永久磁石42からの印加磁界Hapを引寄せる。   A gear 46 and a permanent magnet 42 are arranged so as to face each other with respect to the magnetic field detector 41. The applied magnetic field Hap from the permanent magnet 42 has a strength equal to or higher than the saturation magnetic field (anisotropic magnetic field) of the free layer magnetization included in the magnetization detector 41, and for example, 200 Oe magnetization is supplied as the applied magnetic field Hap. The gear 46 is made of a high magnetic permeability material together with the teeth 47a and 47b, and attracts the applied magnetic field Hap from the permanent magnet 42.

図18に示す磁界検出装置の構成においては、歯車46が高透磁率材料で構成されており、永久磁石42からの印加磁界Hapは、最も近い位置の歯47aへ導かれる。この状態において、磁界検出部41に含まれる磁気抵抗効果素子の自由層磁化は、印加磁界Hapの磁束と同じ方向を向く。   In the configuration of the magnetic field detection device shown in FIG. 18, the gear 46 is made of a high magnetic permeability material, and the applied magnetic field Hap from the permanent magnet 42 is guided to the closest tooth 47a. In this state, the free layer magnetization of the magnetoresistive effect element included in the magnetic field detection unit 41 faces the same direction as the magnetic flux of the applied magnetic field Hap.

歯車46が回転すると、歯47aが永久磁石42から遠ざかり(時計方向に歯車46が回転する)、永久磁石42から歯47aへ導かれる印加磁界Hapの方向が変化し、応じて、印加磁界Hapの磁束の方向の変化に従って磁界検出部41の磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の向きが変化する。   When the gear 46 rotates, the teeth 47a move away from the permanent magnet 42 (the gear 46 rotates clockwise), the direction of the applied magnetic field Hap guided from the permanent magnet 42 to the teeth 47a changes, and accordingly, the applied magnetic field Hap The direction of magnetization of the free layer of the magnetoresistive effect element of the magnetic field detector 41 changes according to the change of the direction of the magnetic flux.

歯車46の回転がさらに進行し、歯47bが近接すると、永久磁石42からの印加磁界Hapは、歯47bへと導かれる。   When the rotation of the gear 46 further proceeds and the tooth 47b comes close, the applied magnetic field Hap from the permanent magnet 42 is guided to the tooth 47b.

磁界検出部41において磁気抵抗効果素子により、これらの磁束の方向の変化を検出することにより、歯車46の角度および回転量を検出することができる。   By detecting the change in the direction of these magnetic fluxes by the magnetoresistive effect element in the magnetic field detection unit 41, the angle and the rotation amount of the gear 46 can be detected.

歯車46の回転中心46aに結合される回転軸を駆動する駆動部は、磁界検出装置の用途に応じて適宜定められる。例えば、この磁界検出装置が、位置決め装置の位置検出部などとして用いられてもよい。磁界検出部41から支持体50に配置される配線45a−45cを介して外部へ信号を取出すことにより、歯車46の状態(回転角度など)をモニタすることができる。   The drive unit that drives the rotation shaft coupled to the rotation center 46a of the gear 46 is appropriately determined according to the application of the magnetic field detection device. For example, this magnetic field detection device may be used as a position detection unit of a positioning device. By extracting signals from the magnetic field detection unit 41 to the outside via the wirings 45a to 45c arranged on the support body 50, the state of the gear 46 (such as the rotation angle) can be monitored.

図18に示す磁界検出装置の構成においては、磁界発生機構の永久磁石42と磁界検出部41が、ともに支持体50上に固定されるため、磁界印加機構および磁界検出部を一体的に形成することができる。したがって、磁界検出装置を既存の検出対象に近接して配置するだけで、磁界検出を行なって、回転量などの必要な情報を得ることができ、簡便性に優れた磁界検出装置を実現することができる。   In the configuration of the magnetic field detection device shown in FIG. 18, since the permanent magnet 42 and the magnetic field detection unit 41 of the magnetic field generation mechanism are both fixed on the support 50, the magnetic field application mechanism and the magnetic field detection unit are integrally formed. be able to. Therefore, the magnetic field detection device can be obtained by simply arranging the magnetic field detection device in the vicinity of the existing detection target, and necessary information such as the amount of rotation can be obtained. Can do.

以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、磁界検出部と磁界印加用永久磁石を支持体上に一体的に配置して、高透磁率の検出対象に近接して配置しており、簡便性に優れた高精度の磁界検出装置を実現することができる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, the magnetic field detector and the permanent magnet for applying a magnetic field are integrally arranged on the support, and are arranged close to the detection target of high permeability. Therefore, it is possible to realize a highly accurate magnetic field detection device excellent in simplicity.

この発明に係る磁界検出装置は、磁界方向(角度)の検出により位置検出および回転量検出を行なう装置に適用することができる。また、この発明に係る磁界検出部は、磁界検出を利用する電子回路の構成要素として用いられてもよい。   The magnetic field detection apparatus according to the present invention can be applied to an apparatus that performs position detection and rotation amount detection by detecting a magnetic field direction (angle). The magnetic field detection unit according to the present invention may be used as a component of an electronic circuit that uses magnetic field detection.

この発明の実施の形態1に従う磁界検出器の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the magnetic field detector according to Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1において用いられる磁気抵抗効果素子の断面構造を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the cross-section of the magnetoresistive effect element used in Embodiment 1 of this invention. 磁気抵抗効果素子の強磁性層の磁化方向を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetization direction of the ferromagnetic layer of a magnetoresistive effect element. 図2に示す磁気抵抗効果素子の出力信号の印加磁界強度依存性を示す図である。It is a figure which shows the applied magnetic field strength dependence of the output signal of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 図2に示す磁気抵抗効果素子の出力信号の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the output signal of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 図2に示す磁気抵抗効果素子の強磁性層の磁化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating magnetization of the ferromagnetic layer of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 図2に示す磁気抵抗効果素子の自由層の磁気特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic characteristic of the free layer of the magnetoresistive effect element shown in FIG. この発明の実施の形態1に従う磁気抵抗効果素子の断面構造を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the cross-section of the magnetoresistive effect element according to Embodiment 1 of this invention. 図8に示す磁気抵抗効果素子の固着層の強磁性層の磁化の膜厚依存性を示す図である。It is a figure which shows the film thickness dependence of the magnetization of the ferromagnetic layer of the pinned layer of the magnetoresistive effect element shown in FIG. この発明の実施の形態1に従う磁界検出器の構成を具体的に示す図である。It is a figure which shows concretely the structure of the magnetic field detector according to Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に従う磁気抵抗効果素子の出力信号電圧の磁界強度依存性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic field strength dependence of the output signal voltage of the magnetoresistive effect element according to Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に従う磁気抵抗効果素子の出力信号の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the output signal of the magnetoresistive effect element according to Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の変更例の磁界検出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic field detection part of the example of a change of Embodiment 1 of this invention. (A)および(B)は、この発明の実施の形態1に従う磁界検出装置の構成を概略的に示す図である。(A) And (B) is a figure which shows roughly the structure of the magnetic field detection apparatus according to Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に従う磁界検出器の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the magnetic field detector according to Embodiment 2 of this invention. 図15に示す磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の磁界依存性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic field dependence of magnetization of the free layer of the magnetoresistive effect element shown in FIG. この発明の実施の形態2の変更例の磁気抵抗効果素子の構造を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the magnetoresistive effect element of the modification of Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に従う磁界検出装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the magnetic field detection apparatus according to Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁気抵抗効果素子、8 反強磁性層、9A 固着層、9a,9b 強磁性層、11 トンネル絶縁層、12 自由層、10 反磁性層、2 直流電源、3 電圧計、1a,1b 磁気抵抗効果素子、31a,32b 固定抵抗素子、32 差動増幅器、44 支持体、41 磁界検出部、43 回転体、42a,42b 永久磁石、42 永久磁石、46 歯車、47a,47b 歯車。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetoresistance effect element, 8 Antiferromagnetic layer, 9A Fixed layer, 9a, 9b Ferromagnetic layer, 11 Tunnel insulating layer, 12 Free layer, 10 Antimagnetic layer, 2 DC power supply, 3 Voltmeter, 1a, 1b Magnetoresistance Effect element, 31a, 32b Fixed resistance element, 32 Differential amplifier, 44 Support body, 41 Magnetic field detection part, 43 Rotating body, 42a, 42b Permanent magnet, 42 Permanent magnet, 46 Gear, 47a, 47b Gear.

Claims (5)

磁化方向が固定的に定められる磁化固定層と、外部印加磁界により磁化方向が変化する自由層と、前記自由層と前記磁化固定層との間に形成されるトンネル絶縁層とを備える磁気抵抗効果素子を備え、前記磁化固定層は、反強磁性層、ならびに前記反強磁性層と接して積層されかつ第1および第2の強磁性層と前記第1および第2の強磁性層の間に配置される非磁性層とを備える積層構造の固着層を有し、前記第1の強磁性層の磁化が前記反強磁性層により固定され、かつ前記第1および第2の強磁性層の磁化が前記非磁性層を介し、反平行に結合され、および
前記磁気抵抗効果素子に磁界を印加する磁界印加機構を備え、前記磁界印加機構は磁界検出動作時、前記自由層の膜面に平行に前記自由層の異方性磁界以上の磁界を印加する、磁界検出装置。
Magnetoresistive effect comprising: a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixedly fixed; a free layer whose magnetization direction is changed by an externally applied magnetic field; and a tunnel insulating layer formed between the free layer and the magnetization fixed layer The magnetization fixed layer is laminated in contact with the antiferromagnetic layer and between the first and second ferromagnetic layers and the first and second ferromagnetic layers. A pinned layer having a laminated structure including a nonmagnetic layer disposed, the magnetization of the first ferromagnetic layer being fixed by the antiferromagnetic layer, and the magnetization of the first and second ferromagnetic layers Are coupled antiparallel through the nonmagnetic layer, and include a magnetic field applying mechanism that applies a magnetic field to the magnetoresistive effect element, and the magnetic field applying mechanism is parallel to the film surface of the free layer during a magnetic field detecting operation. Magnetic field that applies a magnetic field greater than the anisotropic magnetic field of the free layer Detection device.
前記固着層の第1および第2の強磁性層は、それぞれの磁化と体積との積が互いに等しい、請求項1記載の磁界検出装置。   The magnetic field detection device according to claim 1, wherein the first and second ferromagnetic layers of the pinned layer have a product of magnetization and volume equal to each other. 前記固着層の第1および第2の強磁性層の膜厚は、ともに1nm以上である、請求項1または2記載の磁界検出装置。   3. The magnetic field detection device according to claim 1, wherein the first and second ferromagnetic layers of the pinned layer have a thickness of 1 nm or more. 前記磁気抵抗効果素子は、平面形状が円形形状および正方形形状のいずれかの形状を有する、請求項1ないし3のいずれかに記載の磁界検出装置。   4. The magnetic field detection device according to claim 1, wherein the magnetoresistive element has one of a circular shape and a square shape as a planar shape. 5. 前記磁気抵抗効果素子は複数個設けられて抵抗ブリッジ回路を構成し、前記ブリッジ回路から前記磁界印加機構から印加される磁界に応じた信号が出力される、請求項1から4のいずれかに記載の磁界検出装置。   The said magnetoresistive effect element is provided with two or more and comprises a resistance bridge circuit, and the signal according to the magnetic field applied from the said magnetic field application mechanism is output from the said bridge circuit. Magnetic field detection device.
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