JP2011033456A

JP2011033456A - 磁気センサ

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Publication number: JP2011033456A
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Inventors: Shunji Sarugi; 俊司猿木; Hiroshi Hirabayashi; 啓平林
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Abstract

【課題】磁気センサの精度を向上させる。
【解決手段】磁気センサ３０は、第１のＭＲ素子３１と第２のＭＲ素子３２と第３のＭＲ素子３３と第４のＭＲ素子３４とがこの順に環状に電気的に接続されてなるブリッジ３５と、補正用抵抗器３６と、を有する。補正用抵抗器３６は、ブリッジ３５の、第４のＭＲ素子３４と第１のＭＲ素子３１との間の点に接続されている。第１〜第４のＭＲ素子３１，３２，３３，３４はＴＭＲ素子である。第２のＭＲ素子および第４のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５２，５４が、第１のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５１と反対に向いている。第３のＭＲ素子の磁化固定層の磁化５３が、第１のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５１と同じである。補正用抵抗器の電気抵抗が、外部磁界の回転角に関して１８０度周期で変化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子によって構成されるブリッジ回路を有する磁気センサに関する。

磁気抵抗効果を発現する磁気抵抗効果（Magneto Resistance：ＭＲ）素子は、磁界に応じて抵抗値が変化するため、磁界を検出するセンサとして広く利用されている。そのようなセンサを応用したものとして、ＭＲ素子によって構成されるブリッジ回路を有する磁気センサがある（特許文献１および特許文献２参照。）。

図１は、ＭＲ素子によって構成されるブリッジ回路を有する、典型的な磁気センサの構成を示す概略図である。磁気センサ１００は、第１のＭＲ素子１０１と、第２のＭＲ素子１０２と、第３のＭＲ素子１０３と、第４のＭＲ素子１０４と、を有する。

第１のＭＲ素子１０１および第２のＭＲ素子１０２、第２のＭＲ素子１０２および第３のＭＲ素子１０３、第３のＭＲ素子１０３および第４のＭＲ素子１０４、並びに第４のＭＲ素子１０４および第１のＭＲ素子１０１は、電導体によって相互に接続されている。このようにして、これらのＭＲ素子１０１，１０２，１０３，１０４によってブリッジ回路が構成されている。

第２のＭＲ素子１０２と第３のＭＲ素子１０３との間、および第４のＭＲ素子１０４と第１のＭＲ素子１０１との間には、入力端子リード１０７が設置されている。２つの入力端子リード１０７の間に電圧が印加される。

第１のＭＲ素子１０１と第２のＭＲ素子１０２との間、および第３のＭＲ素子１０３と第４のＭＲ素子１０４との間には、出力端子リード１０８が設置されている。２つの出力端子リード１０８の間の電位差が、磁気センサ１００の出力となる。

これらのＭＲ素子１０１，１０２，１０３，１０４は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する強磁性層（フリー層）１１４と、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層（ピンド層）１１２と、磁化固定層１１２と強磁性層１１４との間に挟まれた非磁性中間層（スペーサ層）１１３と、磁化固定層１１２の磁化を固定する反強磁性層（ピンニング層）１１１と、を備えた積層体を有する。この積層体はスピンバルブ膜とも呼ばれる。強磁性層１１４の磁化は、外部磁界に応じて、積層体の膜面内で自由に回転する。

第１のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向１１５は、第３のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向１１７と同じ方向に向いている。また、第１のＭＲ素子および第３のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向１１５，１１７は、第２のＭＲ素子および第４のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向１１６，１１８と反対向きになっている。

ＭＲ素子の電気抵抗は、磁化固定層の磁化方向と強磁性層の磁化方向との間の角度に応じて変化する。強磁性層の磁化方向は外部磁界に応じて変化するため、ＭＲ素子の電気抵抗は外部磁界に応じて変化する。

したがって、外部磁界の方向に応じて、ブリッジ回路の、出力端子リード１０８の電位差（出力値）が変化する。この磁気センサの出力値は、おおむね、外部磁界の回転角に関して、余弦波または正弦波になる。ここで、外部磁界の回転角は、ＭＲ素子の積層体の膜面内での回転の角度のことを言う。

磁気センサの出力波形が余弦波または正弦波になると仮定することで、磁気センサの出力値から外部磁界の向きを算出することができる。

特許第３０１７０６１号公報特開２００６−２９７９２号

図１に示す磁気センサの精度を向上させるためには、磁気抵抗比（ＭＲ比）の大きいＭＲ素子を利用することが好ましい。ＭＲ比が大きいＭＲ素子としては、トンネル磁気抵抗(Tunnel Magneto-Resistance：ＴＭＲ)効果を利用したトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）がある。ＴＭＲ素子は、非磁性中間層が絶縁層からなる。ＴＭＲ素子では、素子の膜面と直交する方向に電流を流し、上記絶縁層をトンネル電流が流れる。

しかし、本願発明者は、図１に示す磁気センサのＭＲ素子としてＴＭＲ素子を適用した場合、以下に述べる問題が生じることを明らかにした。

図２は発明者によって作成されたグラフであり、図２（ａ）にはＴＭＲ素子の抵抗の最大値および最小値の電圧依存性が示されており、図２（ｂ）にはＴＭＲ素子のＭＲ比の電圧依存性を示すグラフが示されている。ＴＭＲ素子の抵抗値およびＭＲ比は、ＴＭＲ素子に印加される電圧に大きく依存し、電圧の増加とともにＴＭＲ素子のＭＲ比は小さくなる。このため、ブリッジ回路を構成する各ＴＭＲ素子に印加される電圧の大きさが変化すると、各ＴＭＲ素子の抵抗特性が変化する。

したがって、外部磁界の向きに応じてフリー層の磁化が回転して、各ＭＲ素子の抵抗値が変化すると、これに応じて各ＭＲ素子に印加される電圧の大きさも変化する。この電圧の大きさの変化に依存して、さらにＴＭＲ素子の抵抗値が変化する。

このように、フリー層の磁化の回転に起因する抵抗値の変化以外に、ＴＭＲ素子に印加される電圧値の大きさの変化に起因する抵抗値の変化が生じることは、磁気センサの出力波形が余弦波または正弦波からずれる一因となっている。

磁気センサの出力波形が余弦波または正弦波になると仮定して、磁気センサの出力値から外部磁界の向きを算出しているため、出力波形のずれは、磁気センサの精度が低下を引き起こす。

上記のように、本願発明者は、ＴＭＲ素子のＭＲ比の電圧依存性の影響により、磁気センサの出力波形が乱れ、磁気センサの精度が低下するという課題を見出した。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、精度が向上した磁気センサを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の磁気センサは、第１の抵抗器と第２の抵抗器と第３の抵抗器と第４の抵抗器とが、この順に環状に電気的に接続されてなるブリッジと、ブリッジの、第４の抵抗器と第１の抵抗器との間の点に接続された補正用抵抗器と、を有する。第２の抵抗器と第３の抵抗器との間の点と、補正用抵抗器と、の間には電圧が印加される。第１の抵抗器、第２の抵抗器、第３の抵抗器および第４の抵抗器は、それぞれ第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第３の磁気抵抗効果素子および第４の磁気抵抗効果素子を有する。第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第３の磁気抵抗効果素子および第４の磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が回転する強磁性層と、前記磁化固定層と前記強磁性層との間に挟まれた非磁性中間層と、を含み、非磁性中間層が絶縁層からなるトンネル磁気抵抗効果素子である。第２の磁気抵抗効果素子および第４の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化が、第１の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化と反対の方向を向いている。第３の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化が、第１の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化と同じ方向を向いている。補正用抵抗器の電気抵抗が、外部磁界の回転角に関して１８０度周期で変化する。

本発明によれば、磁気センサの精度を向上させることができる。

ＭＲ素子によって構成されたブリッジ回路を有する、従来の磁気センサの構成を示す概略図である。（ａ）はＴＭＲ素子の抵抗の最大値および最小値の電圧依存性を示すグラフであり、（ｂ）はＴＭＲ素子のＭＲ比の電圧依存性を示すグラフである。第１の実施形態における磁気センサの構成を示す概略図である。ＭＲ素子の構成の一例を示す概略図である。従来の磁気センサの出力波形と、当該出力値の余弦波からのずれと、を示すグラフである。第１の実施形態において、ブリッジに印加される電圧値および補正用抵抗器に印加される電圧値の、外部磁界依存性を示すグラフである。第１の実施形態における磁気センサにおいて、補正用抵抗器のＭＲ素子のジャンクション数と、磁気センサの角度誤差との間の関係を示すグラフ。第２の実施形態における磁気センサの構成を示す概略図である。第２の実施形態において、第５および第６の抵抗器に印加される電圧の大きさと、ブリッジ３５に印加される電圧の大きさと、を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図３は、第１の実施形態における磁気センサの構成を示す概略図である。磁気センサ３０は、第１の抵抗器と第２の抵抗器と第３の抵抗器と第４の抵抗器とがこの順に環状に電気的に接続されてなるブリッジ３５と、補正用抵抗器３６と、を含む。

本実施形態では、第１〜第４の抵抗器は、それぞれ第１〜第４の磁気抵抗効果（ＭＲ）素子３１，３２，３３，３４からなる。補正用抵抗器３６は、ブリッジ３５の、第４の抵抗器と第１の抵抗器との間の点に接続されている。

磁気センサ３０の使用時には、第２の抵抗器と第３の抵抗器との間の点と、補正用抵抗器３６と、の間に直流電圧が印加される。そのため、磁気センサ３０は、第２の抵抗器と第３の抵抗器との間の点と、補正用抵抗器と、の間に電圧を印加する電源３７を有していてもよい。

磁気センサ３０は、第１の抵抗器と第２の抵抗器との間に接続された第１の出力ライン３８と、第３の抵抗器と第４の抵抗器との間に接続された第２の出力ライン３９と、を有する。

第１、第２、第３および第４のＭＲ素子３１，３２，３３，３４は、トンネル磁気抵抗効果を発現するＴＭＲ素子である。図４は、ＭＲ素子３１，３２，３３，３４の構成の一例を示す概略図である。

ＭＲ素子３１，３２，３３，３４は、反強磁性層（ピンニング層）４１と、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層（ピンド層）４２と、外部磁界に応じて磁化方向が回転する強磁性層（フリー層）４４と、強磁性層４４と磁化固定層４２に挟まれた非磁性中間層（スペーサ層）４３と、を備えた積層体４０を有する。反強磁性層４１は、磁化固定層４２に接して設けられている。ＴＭＲ素子では、非磁性中間層４３が絶縁層から成り、ＴＭＲ素子内を通る電流は、積層体４０の膜面に直交する方向Ｔに流れる。

磁化固定層４２の磁化方向は反強磁性層４１によって固定されており、外部磁界によって回転しない。強磁性層４４の磁化は、積層体４０の膜面内で、外部磁界に応じて回転する。

本実施形態の磁気センサ３０では、第３のＭＲ素子３３の磁化固定層の磁化方向５３は、第１のＭＲ素子３１の磁化固定層の磁化方向５１と同じ方向に向いている。第２のＭＲ素子３２および第４のＭＲ素子３４の磁化固定層の磁化方向５２，５４は、第１のＭＲ素子３１の磁化固定層の磁化方向５１とは反対を向いている。

本実施形態の一例では、第１の出力ライン３８は、第１の抵抗器と第２の抵抗器との間の電位を測定する第１の測定器５５と接続されており、第２の出力ライン３９は、第３の抵抗器と第４の抵抗器との間の電位を測定する第２の測定器５６と接続されている。

磁気センサ３０の使用時には、第１の出力ライン３８および第２の出力ライン３９の電位が測定され、これらの測定値から、第１の出力ライン３８と第２の出力ライン３９との間の電位差が算出される。

上記実施形態に限定されず、第１の出力ライン３８と第２の出力ライン３９との間の電位差は、電圧計によって直接測定されても良い。また、第１の出力ライン３８と第２の出力ライン３９との間の電圧差としての出力値を、差動増幅回路によって増幅させて、増幅された信号が出力値として用いられても良い。

第１〜第４の抵抗器は、それぞれ、１つのＭＲ素子から成っていても良く、複数のＭＲ素子から成っていても良い。各抵抗器が複数のＭＲ素子から成る場合、複数のＭＲ素子は、直列に接続される。この場合、１つの抵抗器に属する複数のＭＲ素子の磁化固定層４２の磁化は同一の方向に向けられる。そして、ブリッジ３５を構成する抵抗器のうちの、隣り合う抵抗器のＭＲ素子の磁化固定層の磁化は、互いに逆向きである。

このように、各抵抗器が複数のＭＲ素子を有することで、各素子の抵抗特性のばらつきが抑制され、磁気センサの精度の向上を図ることができる。各抵抗器が有するＭＲ素子の数（以下、ジャンクション数と呼ぶ。）は、磁気抵抗効果素子の抵抗特性に応じて任意に設定すれば良い。

第１〜第４の抵抗器は、同一の構成からなるＭＲ素子を同数有することが好ましい。これにより、ブリッジ３５を構成する各抵抗器の抵抗特性が同一になり、精度の高い磁気センサ３０を提供することができる。

補正用抵抗器３６の電気抵抗は、外部磁界の回転角に関して１８０度周期で変化する。ここで、本明細書では、外部磁界の回転角Ａは、積層体４０の膜面内での回転の角度のことを言い、外部磁界６６が第２のＭＲ素子３２の磁化固定層の磁化方向を向いているときを基準（０°）として、図中の反時計回りするとともに増大するものとする（図３も参照。）。

図３には、補正用抵抗器３６の一例が示されている。図３に示された補正用抵抗器３６は、第５の抵抗器５７と、第５の抵抗器５７と並列に接続された第６の抵抗器５８と、を有する。第５および第６の抵抗器５７，５８は、ＭＲ素子から成ることが好ましい。

第５および第６の抵抗器５７，５８を構成するＭＲ素子は、上述したように、反強磁性層と、磁化固定層と、非磁性中間層と、強磁性層と、を備えた積層体を有する。ただし、第５および第６の抵抗器５７，５８を構成するＭＲ素子は、ＴＭＲ素子に限定されず、任意の素子であって良い。例えば、非磁性中間層が導電層から成る巨大磁気抵抗効果素子であっても良い。

第５の抵抗器５７のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向６１は、第６のＭＲ素子５８の磁化固定層の磁化方向６２と反対に向けられている。これにより、補正用抵抗器３６の電気抵抗は、外部磁界の方向に関して１８０°の周期で変化する。

本実施形態では、第５および第６の抵抗器５７，５８のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向６１，６２は、第１〜第４の抵抗器のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５１，５２，５３，５４と直交している。

本実施形態の磁気センサ３０では、外部磁界が印加されると、ＭＲ素子の強磁性層の磁化が、外部磁界と同じ方向に向く。外部磁界の回転角が９０度および２７０度であるとき、外部磁界は、第１〜第４のＭＲ素子３１，３２，３３，３４の磁化固定層の磁化方向５１，５２，５３，５４と直交している。この場合、第１〜第４のＭＲ素子３１，３２，３３，３４の抵抗値が互いに等しくなり、第１の出力ライン３８と第２の出力ライン３９との間の電位差が零になる。

外部磁界の回転角が０度であるとき、外部磁界は、第２および第４のＭＲ素子３２，３４の磁化固定層の磁化と同じ方向に向く。この場合、第１および第３のＭＲ素子３１，３３の抵抗値が最大になり、第２および第４のＭＲ素子３２，３４の抵抗値が最小になる。したがって、磁気センサ３０の出力値は最大になる。また、外部磁界の回転角が１８０度であるとき、磁気センサ３０の出力値は最小になる。

このようにして、磁気センサ３０の出力波形は、外部磁界の角度に関して、概ね余弦波になる。したがって、磁気センサ３０の出力値から、外部磁界の回転角を逆算することができる。

次に、補正用抵抗器３６を有する本実施形態の磁気センサ３０の利点について説明する。前述したように、補正用抵抗器３６を含まない従来の磁気センサにＴＭＲ素子を用いた場合、図２に示すようにＴＭＲ素子の抵抗値が電圧に依存するため、磁気センサの出力波形が余弦波からずれる。このずれが、磁気センサの検出誤差を生じさせる。

図５は、従来の磁気センサの出力波形と、当該出力値の余弦波からのずれと、を示すグラフである。外部磁界の回転角が９０度および２７０度のとき、第１〜第４の抵抗器の抵抗値は互いに実質的に一致する。したがって、出力値は実質的に零となり、磁気センサの検出誤差は小さいと考えられる。また、従来の磁気センサにおいて、外部磁界の回転角が０度および１８０度のとき、磁気センサの出力値は極値をとるため、この場合にも磁気センサの精度の低下は小さい。したがって、外部磁界の回転角が０度、９０度、１８０度および２７０度以外の領域において、磁気センサの出力波形が余弦波からずれると考えられる。

図５に示すグラフから、本願発明者は、出力値のずれの絶対値が、おおむね、外部磁界の回転角に関して１８０度の周期で変化することを見出した。そのため、ブリッジ３５に印加する電圧値を、外部磁界の回転角に関して１８０度の周期で変化させることで、磁気センサの出力値を余弦波に近づけることが可能である。

本実施形態では、補正用抵抗器３６の抵抗値が、外部磁界の回転角に応じて１８０度の周期で変化する。そしたがって、図６に示すように、ブリッジ３５に印加される電圧値および補正用抵抗器３６に印加される電圧値が、外部磁界の回転角に関して１８０度の周期で変化する。したがって、磁気センサの誤差の低減を図ることができる。

磁気センサの出力値を余弦波に近づけるためには、図６に示すように、補正用抵抗器の抵抗値は、外部磁界の回転角に関して連続的に変化することが好ましい。なお、補正用抵抗器の抵抗値は、外部磁界の回転角が０度および１８０度のときに極大値をとり、９０度２７０度のときに極小値を取ることが好ましいが、これに限定されるものではない。

補正用抵抗器３６の抵抗値の位相や振幅などは、補正用抵抗器３６を含まない磁気センサの出力波形に応じて適宜設定されることが好ましい。すなわち、磁気センサの出力波形が余弦波（または正弦波）に近づくように、補正用抵抗器３６の抵抗値の位相や振幅などが設定される。

第５の抵抗器５７および第６の抵抗器５８は、それぞれ１つのＭＲ素子から成っていても良く、複数のＭＲ素子が直列に接続されて成っていても良い。第５の抵抗器５７および第６の抵抗器５８が有するＭＲ素子の数（以下、「ジャンクション数」と呼ぶ。）は、ブリッジ３５の出力波形に応じて任意に決定される。

補正用抵抗器３６の電気抵抗が、外部磁界に関して１８０度の周期で変化するために、第５の抵抗器５７のジャンクション数と第６の抵抗器５８のジャンクション数は同一であることが好ましい。

図７は、補正用抵抗器３６のＭＲ素子のジャンクション数と、磁気センサ３０の最大角度誤差との関係を示すグラフである。本明細書において、磁気センサの出力値から算出された外部磁界の角度と、実際の外部磁界の角度との間の誤差を角度誤差と言う。そして、外部磁界の回転角を適宜変化させた場合の、磁気センサの角度誤差の最大値を最大角度誤差と呼ぶ。なお、電源３７が印加する直流電圧は５Ｖとする。

図７に示すグラフ中、横軸は補正用抵抗器３６のジャンクション数であり、縦軸は磁気センサ３０の最大角度誤差を示している。このグラフにおいて、補正用抵抗器のジャンクション数が零である点は、補正用抵抗器３６が無い従来の磁気センサを示している。本グラフにおいて、第１〜第４の抵抗器のＭＲ素子のジャンクション数は１０である。

グラフを参照すると、従来の磁気センサと比較して、補正用抵抗器を有する磁気センサでは、最大誤差が低減されている。特に、ジャンクション数が１から１０までの間では、補正用抵抗器が無い従来の磁気センサと比較して有意な効果が得られている。さらに、ジャンクション数が５〜６のときには、磁気センサの最大誤差が最も小さくなり、より好ましい。

上記のように、第５および第６の抵抗器５７，５８のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向６１，６２は、第１〜第４の抵抗器のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５１，５２，５３，５４と直交することが好ましい。

しかしながら、実質的に直交していれば良く、磁気センサの精度を向上させることができれば、第５および第６の抵抗器５７，５８のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向６１，６２は、第１〜第４の抵抗器のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５１，５２，５３，５４と必ずしも直交していなくても磁気センサの出力波形を余弦波に近づけることが可能である。

第５の抵抗器５７のＭＲ素子と第６の抵抗器５８のＭＲ素子とは、同じ構成であることが好ましい。これにより、第５の抵抗器５７と第６の抵抗器５８の抵抗特性が実質的に一致し、補正用抵抗器３６の電気抵抗が外部磁界に関して１８０度の周期で変化する。

第１の出力ライン３８および第２の出力ライン３９には、抵抗値の大きい抵抗器５９が接続されていることが好ましい。これは、第１の出力ライン３８および第２の出力ライン３９に流れる電流を小さくするためである。

第１の実施形態では、補正用抵抗器３６は、互いに並列に接続されたＭＲ素子を有している。しかし、補正用抵抗器３６はこの態様に限定されない。補正用抵抗器３６は、出力波形が正弦波に近づくように、外部磁界の角度に関して１８０度の周期で抵抗値が変化するものであれば良い。

図８は、第２の実施形態における磁気センサの構成を示す概略図である。第２の実施形態の磁気センサ８０は、第１の実施形態と比較して、補正用抵抗回路の構成のみが異なっている。その他の構成は、第１の実施形態の磁気センサと同様である。

第２の実施形態において、補正用抵抗回路８６は、第５の抵抗器８７と第６の抵抗器８８とが直列に接続されてなる。第５の抵抗器８７および第６の抵抗器は８８、１つまたは複数のＭＲ素子からなる。

第５のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向８１は、第６のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向８２と反対に向いている。これにより、補正用抵抗器８６の電気抵抗は、外部磁界に関して１８０度の周期で変化する。

図９は、電源３７の電圧が５Ｖであるときに、第５および第６の抵抗器８７，８８に印加される電圧の大きさと、ブリッジ３５に印加される電圧の大きさを示すグラフである。

第５および第６の抵抗器８７，８８が直列に接続された結果、補正用抵抗器３６の電圧は、外部磁界の方向に関して１８０度の周期で変化する。その結果として、ブリッジ３５に印加される電圧も１８０度の周期で変化する。このようにして、第１の実施形態と同様に、磁気センサの検出誤差の低減を図ることができる。

第１の実施形態の磁気センサと同様に、第５および第６の抵抗器８７，８８が有するＭＲ素子の構成や数が同一であることが好ましい。また、第１の実施形態の磁気センサと同様に、第５のＭＲ素子および第６のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向８１，８２は、第１〜第４のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５１，５２，５３，５４と直交することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。

第１の実施形態の磁気センサと同様に、第５および第６のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向８１，８２と、第１〜第４のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向５１，５２，５３，５４との間の角度が９０度からずれていても、磁気センサの出力波形を余弦波に近づけることが可能である。

上記実施形態では、１つのブリッジを有する磁気センサについて詳細に説明したが、磁気センサは複数のブリッジを有していても良い。例えば、磁気センサは、第１の実施形態で述べたブリッジ３５と同様のブリッジを２つ有することが好ましい。

２つのブリッジのうちの一方のブリッジを構成するＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向は、他方のブリッジを構成するＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向と直交することが好ましい。これにより、一方のブリッジの出力波形はおおむね余弦波になり、他方のブリッジの出力波形はおおむね正弦波になる。

１つのブリッジから得られる出力波形は、外部磁界の角度に関して２価の関数であるが、一方のブリッジ３５ａの出力波形の位相が、他方のブリッジ３５ｂの出力波形の位相とずれているため、２つのブリッジの出力を利用すると、外部磁界の回転角を一意的に特定することができる。

また、２つのブリッジによって、正弦波と余弦波が得られるため、２つの出力値の比の逆正接を計算することで、容易に外部磁界の回転角を算出することができる。

上記態様に限らず、一方のブリッジを構成するＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向は、他方のブリッジを構成するＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向とずれていれば良い。これにより、２つのブリッジ回路からの出力値から、外部磁界の方向を特定することが可能である。

上記実施形態で述べた磁気センサは、例えば車のステアリングの回転角度を検出する角度センサとして好適に利用される。このような角度センサは、上述した磁気センサと、磁石と、を有する。磁石は磁気センサに対向して設けられている。

磁気センサと磁石とは、互いに相対的に回転可能になっている。つまり、磁気センサが回転可能になっていても良く、磁石が回転可能になっていても良い。

磁気センサと磁石との相対角度が変化することで、磁気センサに印加される磁界の方向が変化する。上述したように、磁気センサの出力値は、この磁界の角度に応じて変化する。この出力値の変化から、磁石と磁気センサとの間の相対角度が測定される。

また、上記の角度センサは、地磁気を利用して回転角度を測定するものであっても良い。この場合、角度センサは磁石を有する必要は無い。

以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。

３０，８０磁気センサ
３１第１のＭＲ素子
３２第２のＭＲ素子
３３第３のＭＲ素子
３４第４のＭＲ素子
３５ブリッジ
３６，８６補正用抵抗器
３７電源
３８第１の出力ライン
３９第２の出力ライン
４０積層体
４１反強磁性層（ピンニング層）
４２磁化固定層（ピンド層）
４３非磁性中間層（スペーサ）
４４強磁性層（フリー層）
５１第１のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向
５２第２のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向
５３第３のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向
５４第４のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向
５５第１の測定器
５６第２の測定器
５７，８７第５の抵抗器
５８，８８第６の抵抗器
５９抵抗器
６１，８１第５の抵抗器のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向
６２，８２第６の抵抗器のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向
Ｔ膜面に直交する方向

Claims

第１の抵抗器と第２の抵抗器と第３の抵抗器と第４の抵抗器とが、この順に環状に電気的に接続されてなるブリッジと、
前記ブリッジの、前記第４の抵抗器と前記第１の抵抗器との間の点に接続された補正用抵抗器と、を有し、
前記第２の抵抗器と前記第３の抵抗器との間の点と、前記補正用抵抗器と、の間に電圧が印加される磁気センサであって、
前記第１の抵抗器、前記第２の抵抗器、前記第３の抵抗器および前記第４の抵抗器は、それぞれ第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第３の磁気抵抗効果素子および第４の磁気抵抗効果素子を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記第３の磁気抵抗効果素子および前記第４の磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が回転する強磁性層と、前記磁化固定層と前記強磁性層との間に挟まれた非磁性中間層と、を含み、前記非磁性中間層が絶縁層からなるトンネル磁気抵抗効果素子であり、
前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第４の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化が、前記第１の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化と反対の方向を向いており、
前記第３の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化が、前記第１の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化と同じ方向を向いており、
前記補正用抵抗器の電気抵抗が、外部磁界の回転角に関して１８０度周期で変化する、磁気センサ。
前記補正用抵抗器は、第５の抵抗器と、該第５の抵抗器と並列に接続された第６の抵抗器と、を有し、
前記第５の抵抗器および前記第６の抵抗器は、それぞれ第５の磁気抵抗効果素子および第６の磁気抵抗効果素子を有し、
前記第５の磁気抵抗効果素子および前記第６の磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が回転する強磁性層と、前記磁化固定層と前記強磁性層との間に挟まれた非磁性中間層と、を含み、
前記第６の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化が前記第６の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化と反対に向いている、請求項１に記載の磁気センサ。
前記第５の抵抗器は、前記第５の磁気抵抗効果素子が複数直列に接続されて成っており、
前記第６の抵抗器は、前記第６の磁気抵抗効果素子が複数直列に接続されて成っている、請求項２に記載の磁気センサ。
前記第５の磁気抵抗効果素子の数は、前記第６の磁気抵抗効果素子の数と同じである、請求項３に記載の磁気センサ。
前記第５の磁気抵抗効果素子および前記第６の磁気抵抗効果素子の数は、２以上１０以下である、請求項４に記載の磁気センサ。
前記第５の磁気抵抗効果素子および前記第６の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向は、前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記第３の磁気抵抗効果素子および前記第４の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向と直交する、請求項２から５のいずれか１項に記載の磁気センサ。
前記補正用抵抗器は、第５の抵抗器と、該第５の抵抗器と直列に接続された第６の抵抗器と、を有し、
前記第５の抵抗器および前記第６の抵抗器は、それぞれ第５の磁気抵抗効果素子および第６の磁気抵抗効果素子を有し、
前記第５の磁気抵抗効果素子および前記第６の磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が回転する強磁性層と、前記磁化固定層と前記強磁性層との間に挟まれた非磁性中間層と、を含み、
前記第６の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化が前記第６の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化と反対に向いている、請求項１に記載の磁気センサ。
前記第５の抵抗器は、前記第５の磁気抵抗効果素子が複数直列に接続されて成っており、
前記第６の抵抗器は、前記第６の磁気抵抗効果素子が複数直列に接続されて成っている、請求項７に記載の磁気センサ。
前記第５の磁気抵抗効果素子の数は、前記第６の磁気抵抗効果素子の数と同じである、請求項８に記載の磁気センサ。
前記第５の磁気抵抗効果素子および前記第６の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向は、前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記第３の磁気抵抗効果素子および前記第４の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向と直交する、請求項７から９のいずれか１項に記載の磁気センサ。
前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器との間の点と、前記第３の抵抗器と前記第４の抵抗器との間の点と、の間の電圧差を測定する測定器をさらに有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の磁気センサ。