JP2010016260A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル型磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor using a tunnel type magnetoresistive effect element.
TMR素子(トンネル型磁気抵抗効果素子)は、ホール素子やAMR素子(異方性磁気抵抗効果素子)、GMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)に比べて磁気抵抗変化率を大きくできる。TMR素子は、例えば、ハードディスクドライブ装置の磁気ヘッドに使用されることが知られている。 The TMR element (tunnel magnetoresistive effect element) can increase the magnetoresistance change rate as compared with the Hall element, the AMR element (anisotropic magnetoresistive effect element), and the GMR element (giant magnetoresistive effect element). The TMR element is known to be used for a magnetic head of a hard disk drive device, for example.
しかしながら磁気ヘッドの用途では、良好なヘッド特性を得るために、磁気抵抗変化率を犠牲にしても素子抵抗を下げることが必要であった。 However, in the use of the magnetic head, in order to obtain good head characteristics, it is necessary to reduce the element resistance even at the sacrifice of the magnetoresistance change rate.
一方、下記に示す特許文献にはTMR素子をエンコーダやスイッチ等の磁気センサに使用することが開示されている。磁気センサの用途では磁気ヘッドの用途と違って、素子抵抗に関わらず、磁気抵抗変化率をより大きくしたほうが検出精度や回路設計に有利と考えられる。 On the other hand, the following patent documents disclose the use of TMR elements for magnetic sensors such as encoders and switches. Unlike the magnetic head, the magnetic sensor is considered to be more advantageous for detection accuracy and circuit design if the magnetoresistance change rate is increased regardless of the element resistance.
しかしながらこれら文献には、磁気抵抗変化率をより大きくするためのTMR素子の構成に対する改良は何らなされていない。 However, these documents do not make any improvements to the configuration of the TMR element in order to increase the magnetoresistance change rate.
また、TMR素子はDC耐圧性やESD耐性に劣るという問題があった。
さらに、TMR素子は印加電圧の増加に伴って、磁気抵抗変化率が劣化する性質があった。
Further, the TMR element has a property that the rate of change in magnetoresistance deteriorates with an increase in applied voltage.
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、DC耐圧性やESD耐性、磁気抵抗変化率の電圧依存特性に優れた100%以上の高い磁気抵抗変化率を有する磁気センサを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and in particular, a magnetic sensor having a high magnetoresistance change rate of 100% or more, which is excellent in DC voltage resistance, ESD resistance, and voltage dependency characteristics of magnetoresistance change rate. The purpose is to provide.
本発明は、外部磁界に対して電気抵抗値が変動するトンネル型磁気抵抗効果素子を備える磁気センサであって、
前記トンネル型磁気抵抗効果素子は、反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、及びフリー磁性層を順に積層して成り、
前記絶縁障壁層は、膜厚が16Å〜40ÅのMg−Oで形成されていることを特徴とするものである。
The present invention is a magnetic sensor including a tunnel type magnetoresistive effect element whose electric resistance value varies with respect to an external magnetic field,
The tunnel magnetoresistive element is formed by sequentially stacking an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer,
The insulating barrier layer is formed of Mg-O having a thickness of 16 to 40 mm.
本発明によれば、トンネル型磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率(ΔR/Rmin)を100%以上、BDV(絶縁破壊電圧、break down voltage)を1V以上に出来る。そして、本発明によれば、増幅手段(増幅回路)を用いなくても高出力を得ることが可能な磁気センサを実現できる。 According to the present invention, the magnetoresistive change rate (ΔR / Rmin) of the tunnel type magnetoresistive effect element can be 100% or more, and the BDV (breakdown voltage) can be 1V or more. According to the present invention, it is possible to realize a magnetic sensor capable of obtaining a high output without using an amplifying means (amplifying circuit).
本発明では、前記トンネル型磁気抵抗効果素子を構成する各層の界面と平行な面は、角が無い形状であり、面積が19.6μm2〜7850μm2の範囲内であることが好ましい。特に、前記平行な面は、円形状であり、直径が5μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。これにより、ESD耐性を向上させることができる。 In the present invention, it is preferable that the plane parallel to the interface of each layer constituting the tunnel type magnetoresistive effect element has a shape with no corners and the area is in the range of 19.6 μm 2 to 7850 μm 2 . In particular, the parallel surfaces are preferably circular and have a diameter in the range of 5 μm to 100 μm. Thereby, ESD tolerance can be improved.
また本発明では、前記トンネル型磁気抵抗効果素子は8個以上、直列接続されていることが好ましい。高BDV及び高ESD耐性のトンネル型磁気抵抗効果素子を8個以上、直列に接続することで、より効果的に、DC耐圧性を向上でき、且つ、磁気抵抗変化率の電圧依存係数(VCΔR/R)及び抵抗値の電圧依存係数(VCR)を小さくできる。具体的には、磁気抵抗変化率の電圧依存係数(VCΔR/R)及び抵抗値の電圧依存係数(VCR)を共に絶対値で20ppm/mV以下に抑えることができ、優れた電圧依存特性を得ることが出来る。 In the present invention, it is preferable that eight or more tunnel type magnetoresistive effect elements are connected in series. By connecting eight or more tunnel-type magnetoresistive elements having high BDV and high ESD resistance in series, the DC withstand voltage can be improved more effectively and the voltage dependence coefficient (VCΔR / R) and the voltage dependency coefficient (VCR) of the resistance value can be reduced. Specifically, both the voltage dependence coefficient (VCΔR / R) of the magnetoresistance change rate and the voltage dependence coefficient (VCR) of the resistance value can be suppressed to 20 ppm / mV or less in absolute value, and excellent voltage dependence characteristics can be obtained. I can do it.
本発明によれば、DC耐圧性やESD耐性、磁気抵抗変化率の電圧依存特性に優れた100%以上の高い磁気抵抗変化率を有するTMR素子を備え、増幅手段(増幅回路)を用いなくても高出力を得ることが可能な磁気センサを実現できる。 According to the present invention, a TMR element having a high magnetoresistance change rate of 100% or more excellent in DC voltage resistance, ESD resistance, and voltage dependence characteristics of magnetoresistance change rate is provided, and an amplifying means (amplifier circuit) is not used. In addition, a magnetic sensor capable of obtaining a high output can be realized.
図1は本実施形態における磁気センサの部分平面図、図2は、図1に示すA−A線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た部分断面図、図3は本実施形態におけるトンネル型磁気抵抗効果素子(TMR素子)を膜厚方向から切断して示した拡大断面図、図4は本実施形態の磁気センサを用いて構成される2線式スイッチの回路図、図5は本実施形態の磁気センサを用いて構成されるエンコーダの回路図、である。 1 is a partial plan view of a magnetic sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1 and viewed from the direction of the arrow, and FIG. 3 is the present embodiment. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the tunnel type magnetoresistive effect element (TMR element) in FIG. 4 cut from the film thickness direction, FIG. 4 is a circuit diagram of a two-wire switch configured using the magnetic sensor of this embodiment, and FIG. FIG. 2 is a circuit diagram of an encoder configured using the magnetic sensor of the present embodiment.
図1、図2に示すように、磁気センサ1は、下部電極2と、TMR素子3と、上部電極4とを有して構成される。なお図1では図2に示す絶縁層を図示していない。図2に示すように下部電極2が基板6上に形成される。図1に示すように、この実施形態では、複数の下部電極2がX方向に所定の間隔を空けて配列されている。下部電極2はX方向の長さ寸法よりY方向の長さ寸法のほうが長い縦長形状で形成されている。下部電極2は非磁性導電材料でスパッタやメッキ等で形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示すように、下部電極2の周囲は絶縁層5で埋められている。そして下部電極2の上面2aと絶縁層5の上面5aとがCMP技術等を用いて同一平坦面に形成されている。絶縁層5はAl2O3やSiO2等の絶縁材料で形成される。
As shown in FIG. 2, the periphery of the
図1,図2に示すように、各下部電極2上には夫々、2つずつTMR素子3が形成される。TMR素子3の膜構成については後述する。各下部電極2上に形成された2個のTMR素子3は、Y方向に間隔を空けて配列されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, two
図2に示すようにTMR素子3の周囲は絶縁層7で埋められている。図2に示すようにTMR素子3の上面3aと絶縁層7の上面7aは同一平坦面で形成されることが好適であるが、凹凸面であってもよい。
As shown in FIG. 2, the periphery of the
図1,図2に示すように、隣り合う下部電極2上に形成され、且つX方向にて対向するTMR素子3の上面間が上部電極4により電気的に接続される。上部電極4は、Y方向への長さ寸法よりもX方向への長さ寸法のほうが長い横長形状で形成されている。図1に示すようにY1側に形成される上部電極4と、Y2側に形成される上部電極4とがあり、これらがX方向に向けて交互に配列されることで、複数のTMR素子3が下部電極2及び上部電極4を介して直列接続された構成となっている。電流は、TMR素子3内を膜厚方向(Z方向)に流れる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the upper electrodes 4 are electrically connected between the upper surfaces of the
TMR素子3の膜構成について図3を用いて説明する。下部電極2と上部電極4の間に設けられるTMR素子3は図3に示すように、下からシード層10、反強磁性層11、固定磁性層23、絶縁障壁層16、フリー磁性層24及び保護層21の順に積層されて構成される。
The film configuration of the
シード層10は、その上に形成される各層の結晶配向性を整えるために用いられ、RuやNi−Fe−Cr等で形成される。
The
反強磁性層11は、Ir−MnやPt−Mn等で形成される。
固定磁性層23は、図3に示すように下から第1固定磁性層12、非磁性中間層13、第2固定磁性層22の順に積層された積層フェリ構造である。第1固定磁性層12は、磁場中アニールにて反強磁性層11との間で生じる交換結合磁界(Hex)や第1固定磁性層12と第2固定磁性層22間で生じるRKKY相互作用により、磁化が一方向に固定される。一方、第2固定磁性層22の磁化は、第1固定磁性層12の磁化方向に対して逆方向に固定される。第1固定磁性層12は例えば、Co−Feで形成される。非磁性中間層13は、例えばRuで形成される。第2固定磁性層22は、例えば、Co−Fe−B層14と、Co−Fe層15の積層構造で形成される。
The
As shown in FIG. 3, the pinned
本実施形態では、絶縁障壁層16はMg−Oで形成される。Mgの組成比は40at%〜60at%の範囲内であることが好ましい。Mg50at%O50at%であることが最も好ましい。
In the present embodiment, the
図3の実施形態では、フリー磁性層24は、例えば、Co−Fe層17/Co−Fe−B層18/Ta層19/Ni−Fe層20の積層構造で形成される。
In the embodiment of FIG. 3, the free
保護層21は例えばTaで形成される。
上記したTMR素子3の層構成や材質は一例である。例えば、下からフリー磁性層24、絶縁障壁層16、固定磁性層23及び反強磁性層11の順に積層されてもよい。また固定磁性層23やフリー磁性層24は、磁性層の単層構造や積層構造であってもよい。
The
The layer configuration and material of the
本実施形態の特徴的構成について以下に説明する。
本実施形態では、TMR素子3の絶縁障壁層16がMg−Oで形成され、絶縁障壁層16の膜厚H1が16Å〜40Åの範囲内である。膜厚H1を20Å以上にすることが好ましい。また膜厚H1を30Å以下にすることが好ましい。
A characteristic configuration of the present embodiment will be described below.
In the present embodiment, the insulating
ここで、後述する実験に示すように、絶縁障壁層16の膜厚H1を16Å以上とすることでRAが大きくなる。Rは例えばRminであり、Aは、TMR素子3のX−Y面の面積(平均値)である。磁気ヘッドの用途ではRAの調整が重要であったが、センサ用途では、RAに関わらず、磁気抵抗変化率(ΔR/Rmin)の観点から絶縁障壁層16の膜厚H1の調整を図ることが出来る。
Here, as shown in an experiment described later, RA is increased by setting the thickness H1 of the insulating
そして、上記のようにMg−Oで形成された絶縁障壁層16の膜厚H1を16Å〜40Åの範囲内とすることで、TMR素子の磁気抵抗変化率(ΔR/Rmin)を100%以上、好ましくは150%以上、さらに好ましくは200%以上に出来る。ここでΔRは、Rmax−Rminであり、Rmaxは、図3に示す第2固定磁性層22の磁化方向と、フリー磁性層24の磁化方向とが反平行となったときの電気抵抗値であり、Rminは、図3に示す第2固定磁性層22の磁化方向と、フリー磁性層24の磁化方向とが平行になったときの電気抵抗値である。
And, by setting the film thickness H1 of the insulating
また本実施形態では、TMR素子1個のBDV(絶縁破壊電圧、break down voltage)を1V以上に出来る。 In the present embodiment, the BDV (breakdown voltage) of one TMR element can be 1 V or more.
次に本実施形態では、図1に示すように、TMR素子3を構成する各層の界面と平行な面(X−Y面)は、円形状である。このため形状異方性が小さく、外部磁界がどの方向から及んでも(例えば360度の回転磁場が作用する場合でも)、TMR素子3を構成するフリー磁性層24が、感度良く反応し、検知精度の向上を図ることが出来る。
Next, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plane (XY plane) parallel to the interface of each layer constituting the
そして、TMR素子3の円形状で形成されたX−Y面の直径Φ(平均値)は、5μm〜100μmの範囲内であることが好適である。これにより、ESD耐性を向上させることができる。直径Φを10μm以上にすることがより好ましい。
The diameter Φ (average value) of the XY plane formed in a circular shape of the
このようにTMR素子3のX−Y面は、円形状であることが好ましいが、本実施形態では、円形状以外であってもよい。ただし、円形状と同様に、角が無い形状にすることがよい。例えば楕円形状や多角形の角をR状にした形状である。かかる場合、TMR素子3のX−Y面の面積A(平均値)は、19.6μm2〜7850μm2の範囲内であることが好適である。この数値範囲は、直径Φを5〜100μmとした円形状のX−Y面の面積Aに対応している。また、TMR素子3のX−Y面の面積Aは、78.5μm2以上であることがより好ましい。この数値は、直径Φを10μmとした円形状のX−Y平面の面積に対応している。
As described above, the XY plane of the
次に本実施形態では、高BDV及び高ESD耐性を有するTMR素子3が8個以上、直列接続される。図1では12個のTMR素子3が直列接続される。これにより、より効果的に、DC耐圧性を向上でき、且つ、磁気抵抗変化率の電圧依存係数(VCΔR/R)及び抵抗値の電圧依存係数(VCR)を小さくできる。具体的には、磁気抵抗変化率の電圧依存係数(VCΔR/R)及び抵抗値の電圧依存係数(VCR)を共に絶対値で20ppm/mV以下に抑えることができ、優れた電圧依存特性を得ることが出来る。
Next, in this embodiment, eight or
このように優れた電圧依存性を得ることができることで、印加電圧の増加に伴う磁気抵抗変化率の劣化を抑制することが出来る。換言すれば、TMR素子3の直列素子数を増やすことで、素子一個当たりの印加電圧を小さくでき、磁気抵抗変化率をより効果的に増大させることが可能である。
By obtaining such excellent voltage dependency, it is possible to suppress the deterioration of the magnetoresistance change rate accompanying the increase in applied voltage. In other words, by increasing the number of
図4は本実施形態の磁気センサを用いて構成される2線式スイッチの回路図である。図4の素子部30は、図1に示すように複数のTMR素子3が直列接続された構成である。例えば印加電圧は5vである。各TMR素子3(磁気抵抗変化率=162%)のX−Y面を直径Φ=5μmの円形状で形成し、32個のTMR素子3を直列接続した構成では、DC耐圧を45Vに出来た。また固定磁性層(第2固定磁性層22)とフリー磁性層24の磁化方向が平行なときの電流値は11mA(ON状態)で、固定磁性層(第2固定磁性層22)とフリー磁性層24の磁化方向が反平行なときの電流値は4.2mA(OFF状態)であった。このように、ON状態での電流値をOFF状態の電流値の倍以上にでき、本実施形態の磁気センサ1を2線式スイッチに好ましく適用できることがわかった。
FIG. 4 is a circuit diagram of a two-wire switch configured using the magnetic sensor of this embodiment. 4 has a configuration in which a plurality of
図5は本実施形態の磁気センサを用いて構成されるエンコーダの回路図である。
4つの素子部31〜34がブリッジ回路を構成している。素子部31と素子部32とが第1出力端子(OUTA)を介して直列に接続される。また素子部33と素子部34とが第2出力端子(OUTB)を介して直列に接続される。各素子部31〜34は図1に示すTMR素子3にて構成される。図5に示す各素子部31〜34の矢印は、TMR素子3の固定磁性層(第2固定磁性層22)の磁化方向を示している。図5の構成により、第1出力端子(OUTA)からはsin波が出力され、第2出力端子(OUTB)からはcos波が出力される。例えば印加電圧は5Vである。
FIG. 5 is a circuit diagram of an encoder configured using the magnetic sensor of this embodiment.
The four
ここで、図5に示す各素子部31〜34を構成する各TMR素子3(磁気抵抗変化率=182%)のX−Y面を直径Φ=5μmの円形状で形成し、各素子部31〜34を夫々、32個のTMR素子3を直列接続した構成(計128個)では、DC耐圧を45Vに出来た。また、Vpp(出力波形の最大出力と最小出力の差)を2.38V(印加電圧は5V)に出来た。
Here, the XY plane of each TMR element 3 (magnetic resistance change rate = 182%) constituting each
このように、本実施形態の磁気センサ1を用いれば、増幅手段(増幅回路)を用いなくても高出力を得ることができる。よって回路構成を容易化でき、また磁気センサ1の小型化を図ることができ、さらにコストも低減できる。
Thus, if the
(Mg−Oの膜厚の実験)
TMR素子3を以下の層構成にて形成した。
下から、シード層10;Ta(30)/Ru(40)/反強磁性層11;Ir20at%Mn80at%(80)/固定磁性層23[第1固定磁性層12;Co70at%Fe30at%(14)/非磁性中間層13;Ru(9.1)/第2固定磁性層22;[{Co−Fe}70at%B30at%(7)/Co50at%Fe50at%(6)]]/絶縁障壁層16;Mg50at%O50at%/フリー磁性層24[Co50at%Fe50at%(10)/{Co−Fe}70at%B30at%(15)/Ta(3)/Ni88at%Fe12at%(120)]/保護層21;Ru(20)/Ta(280)の順に積層した。上記各層の括弧内の数値はいずれも膜厚を示し単位はÅである。
(Mg-O film thickness experiment)
The
From the bottom, a
また各層の界面と平行な面(X−Y平面)を円形状で形成し、直径Φを10〜20μmに設定した。 In addition, a plane parallel to the interface of each layer (XY plane) was formed in a circular shape, and the diameter Φ was set to 10 to 20 μm.
実験では、Mg−Oで形成された絶縁障壁層16の膜厚H1を変化させて、RA、磁気抵抗効変化率(ΔR/Rmin)、BDVを測定した。ここでRAは、(最小抵抗値Rmin)×(X−Y面の面積A)である。
In the experiment, RA, magnetoresistance effect change rate (ΔR / Rmin), and BDV were measured while changing the film thickness H1 of the insulating
図6は、絶縁障壁層16の膜厚とRAとの関係を示す。図7は、絶縁障壁層16の膜厚と磁気抵抗効変化率(ΔR/Rmin)との関係を示す。図8は、絶縁障壁層16の膜厚とBDVとの関係を示す。
FIG. 6 shows the relationship between the film thickness of the insulating
図6に示すように、絶縁障壁層16の膜厚が厚くあるほど、RAが大きくなることがわかった。なお、RAは膜構成(特に絶縁障壁層16の膜厚H1)に依存し、直径Φや直列素子数に依存しない。
As shown in FIG. 6, it was found that RA increases as the thickness of the insulating
また図7に示すように、絶縁障壁層16の膜厚を厚くすると徐々に磁気抵抗効変化率(ΔR/Rmin)は大きくなっていったが、途中からさほど磁気抵抗効変化率(ΔR/Rmin)の上昇が見られなかった。
As shown in FIG. 7, when the thickness of the insulating
また図8に示すように、絶縁障壁層16の膜厚が厚くあるほど、BDVを大きくできることがわかった。
Further, as shown in FIG. 8, it was found that the BDV can be increased as the thickness of the insulating
磁気センサ用途では、抵抗値は大きくてもよい。そこで、上記の実験結果からMg−Oで形成された絶縁障壁層16の膜厚H1を16Å〜40Åとした。これにより、TMR素子の磁気抵抗効変化率(ΔR/Rmin)を100%以上、好ましくは150%以上にでき、またTMR素子1個のBDVを1V以上に出来ることがわかった。また膜厚H1を20Å以上にすることが好ましいとわかった。また膜厚H1を30Å以下にすることが好ましいとわかった。これにより、磁気抵抗効変化率(ΔR/Rmin)を200%以上に出来ることがわかった。
For magnetic sensor applications, the resistance value may be large. Therefore, from the above experimental results, the film thickness H1 of the insulating
(面積A(直径Φ)の実験)
上記した層構成のTMR素子3を用いた。実験では、Mg−Oから成る絶縁障壁層16の膜厚H1を22Åに設定した。またTMR素子3のRmin・Aは1000Ω・μm2であった。8個のTMR素子3を直列接続した。
(Experiment of area A (diameter Φ))
The
実験では、各層の界面と平行な面(X−Y平面)を円形状で形成し、直径Φを3、5、10μmと変化させ、HBM(ヒューマンボディモデル)に基づくESD耐性を測定した。 In the experiment, a plane parallel to the interface of each layer (XY plane) was formed in a circular shape, and the diameter Φ was changed to 3, 5, and 10 μm, and ESD resistance based on HBM (Human Body Model) was measured.
図9はHBM条件を、1500Ω、100pF、200Vとしたときの実験結果である。図9に示すように直径Φを5μm、10μmとすることで、ストレス印加前とストレス印加後の最小抵抗値Rminに変化なく、1500Ω、100pFの条件で200VのESD耐性を実現できることがわかった。 FIG. 9 shows experimental results when the HBM conditions are 1500Ω, 100 pF, and 200V. As shown in FIG. 9, it was found that by setting the diameter Φ to 5 μm and 10 μm, the ESD resistance of 200 V can be realized under the conditions of 1500Ω and 100 pF without changing the minimum resistance value Rmin before and after stress application.
図10はHBM条件を図9よりも厳しい330Ω、150pFとしたときの実験結果である。図10に示すように直径Φを10μmとすることで、ストレス印加前とストレス印加後の最小抵抗値Rminに変化なく、330Ω、150pFの条件で200VのESD耐性を実現できることがわかった。 FIG. 10 shows the experimental results when the HBM conditions are 330Ω and 150 pF, which are stricter than those in FIG. As shown in FIG. 10, it was found that by setting the diameter Φ to 10 μm, the ESD resistance of 200 V can be realized under the conditions of 330Ω and 150 pF without changing the minimum resistance value Rmin before and after the stress application.
上記の実験結果から、直径Φを5μm以上(X−Y面の面積Aは19.6μm2以上)にすることでESD耐性を向上できることがわかった。また直径Φを10μm以上(X−Y面の面積Aは78.5μm2以上)にすることで、より効果的にESD耐性を向上できることがわかった。 From the above experimental results, it was found that the ESD resistance can be improved by setting the diameter Φ to 5 μm or more (the XY plane area A is 19.6 μm 2 or more). It was also found that the ESD resistance can be improved more effectively by setting the diameter Φ to 10 μm or more (the area A of the XY plane is 78.5 μm 2 or more).
(TMR素子3の直列素子数の実験)
上記したTMR素子3の層構成を用いた。実験では、Mg−Oで形成された絶縁障壁層16の膜厚H1を21Åに設定した。また、各層の界面と平行な面(X−Y平面)を円形状で形成し、直径Φ15μmに設定した。またTMR素子3のRmin・Aは、500Ω・μm2であった。
(Experiment on the number of
The layer configuration of the
高BDV及び高ESD耐性を有する複数個のTMR素子3を直列に接続し、直列素子数と磁気抵抗変化率の電圧依存係数(VCΔR/R)との関係を調べた。その実験結果が図11に示されている。
A plurality of
続いて、TMR素子3の直列素子数を8個、12個、20個として、直列素子数と規格化Vppとの関係、素子一個当たりの印加電圧と規格化Vppとの関係を調べた。その実験結果が図12及び図13に示されている。規格化Vppは、直列接続数を8個としたサンプルのVppを1として計算したものである。
Subsequently, the number of series elements of the
高BDV及び高ESD耐性を有するTMR素子3の直列接続数を好ましくは8個以上にすることで、より効果的に、DC耐圧性を向上でき、且つ、磁気抵抗変化率の電圧依存係数(VCΔR/R)(絶対値)及び抵抗値の電圧依存係数(VCR)(絶対値)を小さくできる。具体的には、磁気抵抗変化率の電圧依存係数(VCΔR/R)及び抵抗値の電圧依存係数(VCR)を絶対値で20ppm/mV以下に抑えることができ、優れた電圧依存特性を得ることが出来るとわかった。
By making the number of series connection of the
このように優れた電圧依存性を得ることができることで、印加電圧の増加に伴う磁気抵抗変化率の劣化を抑制することが出来る。換言すれば、TMR素子3の直列素子数を増やすことで、素子一個当たりの印加電圧を小さくでき、磁気抵抗変化率(ΔR/Rmin)及び出力波形のVppをより効果的に、大きくできることがわかった。
By obtaining such excellent voltage dependency, it is possible to suppress the deterioration of the magnetoresistance change rate accompanying the increase in applied voltage. In other words, it can be seen that by increasing the number of
1 磁気センサ
2 下部電極
3 TMR素子
4 上部電極
11 反強磁性層
12 第1固定磁性層
13 非磁性中間層
16 絶縁障壁層
22 第2固定磁性層
23 固定磁性層
24 フリー磁性層
30〜34 素子部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記トンネル型磁気抵抗効果素子は、反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、及びフリー磁性層を順に積層して成り、
前記絶縁障壁層は、膜厚が16Å〜40ÅのMg−Oで形成されていることを特徴とする磁気センサ。 A magnetic sensor comprising a tunnel-type magnetoresistive effect element whose electric resistance value varies with respect to an external magnetic field,
The tunnel magnetoresistive element is formed by sequentially stacking an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the insulating barrier layer is made of Mg-O having a thickness of 16 to 40 mm.
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2008
- 2008-07-04 JP JP2008176157A patent/JP2010016260A/en not_active Withdrawn
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