JP2012122792A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、従来に比べて外乱磁場及び強磁場耐性に優れた磁気センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 磁気抵抗効果を発揮する素子部は平面視にて第１素子部１５ａと第２素子部１５ｂとが交互にＹ方向に間隔を空けて配列されている。各素子部との間に永久磁石層１４が配置されている。平面視にて磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄに対しＸ方向の両側に磁気抵抗効果素子と非接触の軟磁性体３３が配置されている。Ｘ方向が感度軸方向Ｐである。各永久磁石層１４はＸ方向に着磁されるとともに、永久磁石層１４から第１素子部１５ａに対してＹ２方向に向く第１のバイアス磁界が供給されて、フリー磁性層の磁化方向ＦがＹ２方向に向けられ、第２素子部１５ｂに対して第１バイアス磁界とは逆方向の第２バイアス磁界が供給されて、フリー磁性層の磁化方向ＦがＹ１方向に向けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外乱磁場及び強磁場耐性に優れた磁気センサに関する。

磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれる地磁気を検知する地磁気センサとして使用できる。

特許文献１には磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサに関する発明が開示されている。例えば特許文献１には、磁気抵抗効果素子と永久磁石層とを有する磁気センサが開示されている。永久磁石層からのバイアス磁界により磁気抵抗効果素子を構成するフリー磁性層の磁化方向が一方向に揃えられる。

ところで磁気センサは、磁気抵抗効果素子の感度軸方向と直交する方向からの外乱磁場に対して優れた耐性を備えていなければならない。そして今日、従来にも増して、外乱磁場に対する適用磁場範囲の拡大が要求されている。

しかしながら特許文献１に記載された発明では、外乱磁場耐性について特に対策がなされていない。

また永久磁石層の着磁方向と直交する方向から強磁場が作用すると永久磁石層の着磁方向が傾き、磁気センサの中点電位ずれが生じる不具合があった。

特開２００６−６６８２１号公報

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、従来に比べて外乱磁場及び強磁場耐性に優れた磁気センサを提供することを目的とする。

本発明における磁気センサは、
磁気抵抗効果を発揮する素子部と、前記素子部にバイアス磁界を供給するための永久磁石層とを備えてなる磁気抵抗効果素子を有し、
前記素子部は平面視にて第１素子部と第２素子部とが交互に第１の水平方向に間隔を空けて配列されており、
前記第１素子部と前記第２素子部との間に前記永久磁石層が配置されており、
平面視にて前記磁気抵抗効果素子に対し前記第１の水平方向に直交する第２の水平方向の両側に前記磁気抵抗効果素子と非接触の軟磁性体が配置されており、
前記第２の水平方向が前記素子部の感度軸方向であり、
各永久磁石層は前記第２の水平方向に着磁されるとともに、前記永久磁石層から前記第１素子部に対して前記第１の水平方向に向く第１のバイアス磁界が供給され、前記第２素子部に対して前記第１バイアス磁界とは逆方向の第２バイアス磁界が供給されることを特徴とするものである。これにより、従来よりも外乱磁場及び強磁場耐性に優れた構成にできる。

本発明では、平面視にて各永久磁石層の前記第１素子部及び前記第２素子部と対向する端面が、前記第１水平方向及び前記第２水平方向に対して斜めに形成されていることが好ましい。これにより第１素子部及び第２素子部に対して互いに逆方向のバイアス磁界を供給することができる。

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、前記第１素子部及び前記第２素子部と、前記永久磁石層とを平面視にて前記第１水平方向に連ねた素子連設体が、複数本、前記第２水平方向に間隔を空けて配置され、各素子連設体の端部が電気的に接続されたミアンダ形状で形成されており、
各素子連設体の間及び、前記第２水平方向の両側に位置する前記素子連設体の外側に前記軟磁性体が配置されていることが好ましい。これにより、ミアンダ状に形成された各素子連設体に対して軟磁性体による外乱磁場に対するシールド効果、及び感度磁界増幅効果を向上させることができる。

また本発明では、前記素子部は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を備え、
前記固定磁性層は、第１磁性層と前記非磁性材料層に接する第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第１磁性層と前記第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型であることが好ましい。セルフピン止め型の磁気抵抗効果素子では、反強磁性層を用いず、よって磁場中熱処理を施すことなく固定磁性層を構成する第１磁性層と第２磁性層とを反平行に磁化固定できる。

また本発明では、４つの前記磁気抵抗効果素子にてブリッジ回路が構成され、各磁気抵抗効果素子は、二つの前記磁気抵抗効果素子の感度軸方向と残り二つの前記磁気抵抗効果素子の感度軸方向とが逆方向とされた前記セルフピン止め型の磁気抵抗効果素子で構成されていることが好ましい。セルフピン止め型の磁気抵抗効果素子を用いることで、同一基板上に感度軸方向が異なる複数の磁気抵抗効果素子を形成することができる。

本発明によれば、従来に比べて外乱磁場及び強耐性に優れた磁気センサに出来る。

図１（ａ）は、本実施形態における磁気センサの一部の構成を示す平面図、（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気センサの部分縦断面図、 本実施形態におけるミアンダ形状からなる磁気抵抗効果素子の部分平面図、 図１に示す磁気抵抗効果素子の一部を拡大して示した部分拡大平面図、 本実施形態における磁気センサの回路図、 本実施形態における別の構成を示す磁気抵抗効果素子の部分平面図、 図６（ａ）は図１に示すＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気抵抗効果素子の部分縦断面図であり（ｂ）（ｃ）はその変形例、 本実施形態における素子部の部分拡大縦断面図、 本実施形態の磁気センサに対する外乱磁場耐性の説明図。

図１（ａ）は、本実施形態における磁気センサの一部の構成を示す平面図、（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気センサの部分縦断面図、図２は、本実施形態におけるミアンダ形状からなる磁気抵抗効果素子の部分平面図、図３は、図１に示す磁気抵抗効果素子の一部を拡大して示した部分拡大平面図、図４は、本実施形態における磁気センサの回路図、図５は、本実施形態における別の構成を示す磁気抵抗効果素子の部分平面図、図６（ａ）は図１に示すＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気抵抗効果素子の部分縦断面図であり（ｂ）（ｃ）はその変形例、図７は、本実施形態における素子部の部分拡大縦断面図、である。

本実施形態における磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ１０は、例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサとして構成される。

各図に示すＸ方向、及びＹ方向は水平面内にて直交する２方向を示し、Ｚ方向は前記水平面に対して直交する方向を示している。Ｘ方向及びＹ方向の一方が「第１の水平方向」であり、他方が「第２の水平方向」である。

図４に示すように、磁気センサ１０は、４つの磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄによりブリッジ回路を構成している。

図４に示すように、磁気抵抗効果素子１３ａと磁気抵抗効果素子１３ｂとは直列に接続され、磁気抵抗効果素子１３ｃと磁気抵抗効果素子１３ｄとは直列に接続されている。図４に示すように磁気抵抗効果素子１３ａと磁気抵抗効果素子１３ｃとは入力端子Ｖｄｄに接続されており、磁気抵抗効果素子１３ｂと磁気抵抗効果素子１３ｄとはグランド端子ＧＮＤに接続されている。そして、磁気抵抗効果素子１３ａと磁気抵抗効果素子１３ｂとの間及び、磁気抵抗効果素子１３ｃと磁気抵抗効果素子１３ｄの間に夫々、出力端子Ｖ１，Ｖ２が接続されている。

図４に示す［Ｐ］は感度軸方向を示しており、磁気抵抗効果素子１３ａと磁気抵抗効果素子１３ｄとの感度軸方向Ｐは同方向であるが、磁気抵抗効果素子１３ｂ，１３ｃとの感度軸方向Ｐは、磁気抵抗効果素子１３ａ及び磁気抵抗効果素子１３ｄに対し反対方向を向いている。感度軸方向Ｐは後述する固定磁性層の固定磁化方向を指す。

図１に示すように図示左側の磁気抵抗効果素子が図４に示す磁気抵抗効果素子１３ａ，１３ｄであり、図示右側の磁気抵抗効果素子が図４に示す磁気抵抗効果素子１３ｂ，１３ｃである。各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄにおいて、感度軸方向Ｐ以外の構成は同じである。

図１に示すように各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄは、磁気抵抗効果を発揮する素子部１５と、素子部１５にバイアス磁界を供給する複数の永久磁石層１４とを有して構成される。永久磁石層１４はＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ等である。

図１（ａ）に示す各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄは、Ｙ１−Ｙ２方向に帯状に長く延びて形成されている。

図１（ｂ）に示すように、各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄは、基板２９上に絶縁層３０を介して形成されている。

図１（ａ）に示すように、各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄは、図１（ａ）の平面視にて、複数の第１素子部１５ａと複数の第２素子部１５ｂとが交互にＹ１−Ｙ２方向に間隔を空けて配置された構造となっている。
そして各素子部１５ａ，１５ｂの間に、永久磁石層１４が配置されている。

図１（ａ）に示す各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄは夫々、複数の素子部１５ａ，１５ｂと複数の永久磁石層１４とをＹ１−Ｙ２方向に連ねた素子連設体１７が一本で構成されているが、実際には、図２に示すように、複数の素子連設体１７がＸ１−Ｘ２方向に間隔を空けて配置され、各素子連設体１７のＹ１側端部１７ａ同士、あるいはＹ２側端部１７ｂ同士が導電層１８を介して電気的接続されてミアンダ形状に構成されている。なお図２には図１に示す永久磁石層１４の図を省略している。

図７に示すように、素子部１５は、下から、シード層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５及び保護層６の順に積層されて成膜される。磁気検出素子１を構成する各層は、例えばスパッタにて成膜される。
シード層２は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒ等で形成される。

固定磁性層３は、第１磁性層３ａと第２磁性層３ｃと、第１磁性層３ａ及び第２磁性層３ｃ間に介在する非磁性中間層３ｂとのＳＦＰ（Synthetic Ferri Pin）構造である。

図７に示すように第１磁性層３ａの固定磁化方向（Ｐ１）と、第２磁性層３ｃの固定磁化方向（Ｐ２）は反平行となっている。

図７に示すように、第１磁性層３ａはシード層２上に形成されており、第２磁性層３ｃは、後述する非磁性材料層４に接して形成されている。

本実施形態における第１磁性層３ａは、第２磁性層３ｃよりも高保磁力材料のＦｅＣｏ合金で形成されることが好適である。

非磁性材料層４に接する第２磁性層３ｃは磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）に寄与する層であり、第２磁性層３ｃには、アップスピンを持つ伝導電子とダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を大きくできる磁性材料が選択される。

図７に示す構成では、第１磁性層３ａと第２磁性層３ｃの磁化量（飽和磁化Ｍｓ・膜厚ｔ）の差が実質的にゼロとなるように調整されている。

本実施形態における固定磁性層３は、ＳＦＰ構造によるセルフピン止め型である。すなわち反強磁性層を備えない構成であり、これにより素子部１５の温度特性が反強磁性層のブロッキング温度に制約を受けない。

固定磁性層３の磁化固定力を高めるには、第１磁性層３ａの保磁力Ｈｃを高めること、第１磁性層３ａと第２磁性層３ｃの磁化量の差を実質的にゼロに調整すること、更に非磁性中間層３ｂの膜厚を調整して第１磁性層３ａと第２磁性層３ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を強めることが重要とされている。

非磁性材料層４は、Ｃｕ（銅）などである。また図７に示すフリー磁性層５は、ＣｏＦｅ合金層５ａとＮｉＦｅ合金層５ｂとの積層構造で構成されるが、これに限定するものでない。保護層６はＴａ（タンタル）などである。

図７に示す素子部１５では、第２磁性層３ｃの固定磁化方向（Ｐ２）が、Ｘ２方向であるが、この第２磁性層３ｃの固定磁化方向（Ｐ２）が固定磁性層３における固定磁化方向、すなわち感度軸方向である。よって図７に示す素子部１５は図１に示す磁気抵抗効果素子１３ａ，１３ｄを構成する素子部である。一方、図７に示す第１磁性層３ａの固定磁化方向（Ｐ１）をＸ２方向に向け、第２磁性層３ｃの固定磁化方向（Ｐ２）をＸ１方向に向けることで、図１に示す磁気抵抗効果素子１３ｂ，１３ｃの素子部１５を構成することが出来る。

図１（ａ）に示す実施形態では、複数の永久磁石層１４が略台形状（台形を横に傾けたような形状）で形成されている。図１（ａ）に示すように各永久磁石層１４は、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けた各素子部１５ａ，１５ｂ間に配置される。

ここで、図１（ａ）に示すように、永久磁石層１４のうち、永久磁石層１４ａ，１４ｃ，１４ｅは、同じ向きに配置されており、またこれらの永久磁石層１４ａ，１４ｃ，１４ｅは、Ｙ１−Ｙ２方向への同位置に配置されている。また、永久磁石層１４ｂ，１４ｄは永久磁石層１４ａ，１４ｃ，１４ｅを平面内にて１８０度反転させた向きで配置されている。そして永久磁石層１４ｂ，１４ｄはＹ１−Ｙ２方向の同位置に配置されている。永久磁石層１４ａ，１４ｃ，１４ｅと、永久磁石層１４ｂ，１４ｄとはＸ１−Ｘ２方向にややずれて配置されている。

図３の部分拡大平面図に示すように、各永久磁石層１４は平面視にて各素子部１５ａ，１５ｂと対向する端面１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉが、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の双方に対して斜めに傾いて形成されている。ここで、相対向する永久磁石層１４ｂと永久磁石層１４ｃとの端面１４ｇ，１４ｈは、間隔を空けて略平行に形成されており、相対向する永久磁石層１４ｃと永久磁石層１４ｄとの端面１４ｉ，１４ｆは間隔を空けて略平行に形成されている。そして永久磁石層１４ｂと永久磁石層１４ｃとの間に第１素子部１５ａが配置され、永久磁石層１４ｃと永久磁石層１４ｄとの間に第２素子部１５ｂが配置されている。図３に示す領域以外についても上記と同様に形成されている。

図３に示すように、例えば、各永久磁石層１４ｂ，１４ｃ，１４ｄはＸ２方向に着磁されている。図３には着磁方向を太い矢印Ｃで示した。

そして図３に示すように、永久磁石層１４ｃのＹ２側の端面１４ｈから永久磁石層１４ｂのＹ１側の端面１４ｇに向けて、第１バイアス磁界ＨＢ１が生じる。また、永久磁石層１４ｃのＹ１側の側面１４ｉから永久磁石層１４ｄのＹ２側の端面１４ｆに向けて第２バイアス磁界ＨＢ２が生じる。図３に示すように第１バイアス磁界ＨＢ１はＹ２方向に向けて生じ、第２バイアス磁界ＨＢ２はＹ１方向に向けて生じる。

したがって、第１素子部１５ａには第１バイアス磁界ＨＢ１が供給され、第２素子部１５ｂには、第２バイアス磁界ＨＢ２が供給される。第１バイアス磁界ＨＢ１と第２バイアス磁界ＨＢ２は互いに逆方向であり、且つ固定磁性層３の固定磁化方向（感度軸方向）Ｐに対して直交する方向である。

上記により第１素子部１５ａのフリー磁性層５の磁化方向はＹ２方向に揃えられ、第２素子部１５ｂのフリー磁性層５の磁化方向はＹ１方向に揃えられる。

図６（ａ）の縦断面図に示すように、基板２９上に絶縁層３０を介して素子部１５が形成されている。図６（ａ）では、第１素子部１５ａと第２素子部１５ｂとが一体化された素子部１５の構造となっている。素子部１５上には、図２に示す各素子連設体１７間を埋める絶縁層３１が設けられ、前記絶縁層３１は素子部１５上にも形成されて平坦化面となっている。

図６（ａ）に示すように、各永久磁石層１４は絶縁層３１の平坦化面上に形成される。そして各永久磁石層１４間に第１素子部１５ａと第２素子部１５ｂとが交互に現れる。

図６（ａ）では、素子部１５と永久磁石層１４との間に絶縁層３１が介在するが、このような構成は後述する図５のように永久磁石層１４ｊを隣り合う素子連設体１７間で共有する形態に適用される。よって、永久磁石層を隣り合う素子連設体間で共有せず、各素子連設体で永久磁石層を分離している場合は、絶縁層３１は必要なく、素子部１５上に直接、永久磁石層１４を形成することができる。

あるいは図６（ｂ）に示すように、素子部１５の一部を除去して、その除去された凹部１５ｃ上に永久磁石層１４を形成してもよい。例えば図７に示す保護層６、フリー磁性層５及び非磁性材料層４までを削って凹部１５ｃを形成する。

または図６（ｃ）に示すように、永久磁石層１４の形成位置における素子部１５を全て削除して、第１素子部１５ａと、第２素子部１５ｂとに分離し、第１素子部１５ａと第２素子部１５ｂとの間に永久磁石層１４を介在させる構成とすることも出来る。

なお図６（ｂ）（ｃ）では図６（ａ）のように素子部１５と永久磁石層１４との間に絶縁層３１を介在させていないが、永久磁石層１４を隣り合う素子連設体１７間で共有する場合には図６（ａ）と同様に絶縁層３１が必要である。

図１（ｂ）に示すように、各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄ上は絶縁層３２で覆われており、絶縁層３２の上面は平坦化面とされている。

そして図１（ａ）の平面視にて各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄのＸ１−Ｘ２方向の両側であって絶縁層３２上に軟磁性体３３が配置されている。各軟磁性体３３はＹ１−Ｙ２方向に平行に延出して形成されている。各軟磁性体３３のＹ１−Ｙ２方向の長さ寸法Ｌ１は、各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄよりも長く形成されていることが好適である。図１（ｂ）に示すように、各軟磁性体３３と各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄとは絶縁層３２を介して非接触となっている。

図２に示すように、磁気抵抗効果素子が複数の素子連設体１７によるミアンダ形状であるとき、軟磁性体３３は平面視にて、各素子連設体１７の間、及びＸ１−Ｘ２方向の両側に位置する素子連設体１７の外側に夫々、設けられる。

各軟磁性体３３はＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢやＣｏＺｒＮｂ等で形成される。

次に、感度軸方向からの外部磁界、及び感度軸方向に対して直交する方向からの外乱磁場が作用したときの各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄの抵抗変化について説明する。

各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄの感度軸方向は、Ｘ１−Ｘ２方向である。例えば図１（ａ）に示すように外部磁界Ｈ１がＸ２方向に作用すると、フリー磁性層５の磁化方向がＹ１−Ｙ２方向からＸ２方向に変動する。磁気抵抗効果素子１３ａ，１３ｄの固定磁性層３の固定磁化方向（Ｐ）はＸ２方向であるため、フリー磁性層５の磁化方向がＸ２方向に向けて変化すると電気抵抗値は小さくなる。一方、磁気抵抗効果素子１３ｂ，１３ｃの固定磁性層３の固定磁化方向（Ｐ）はＸ１方向であるため、フリー磁性層５の磁化方向がＸ２方向に向けて変化すると電気抵抗値は大きくなる。よって図４に示すブリッジ回路での出力端子Ｖ１，Ｖ２の中点電位が変動し、センサ出力を得ることができる。

次に図１（ａ）に示すように、外乱磁場Ｈ２が感度軸方向と直交するＹ２方向に作用したとき、第１素子部１５ａのフリー磁性層５の磁化方向Ｆは図３で説明した第１バイアス磁界ＨＢ１によりＹ２方向を向いているから、第１素子部１５ａでのフリー磁性層５の磁化は、外乱磁場Ｈ２（なお素子部１５に作用する外乱磁場Ｈ２は後述する軟磁性体３３のシールド効果により小さくなる）により強められる。このように外乱磁場Ｈ２が印加した状態で感度軸方向（Ｘ１−Ｘ２）に外部磁界Ｈ１が作用すると第１素子部１５ａでの電気抵抗変化は、外乱磁場Ｈ２が無い状態に比べて小さくなる（図８も参照。第１素子部１５ａでの抵抗変化（あるいはΔＭＲ）は、図８の外乱磁場（＋）のグラフに相当する）。

一方、第２素子部１５ｂでのフリー磁性層５の磁化方向は、図３で説明した第２バイアス磁界ＨＢ２によりＹ１方向であるから、第２素子部１５ｂでのフリー磁性層５の磁化は、外乱磁場Ｈ２により弱められる。このように外乱磁場Ｈ２が印加した状態で感度軸方向（Ｘ１−Ｘ２）に外部磁界Ｈ１が作用すると第２素子部１ｂでの電気抵抗変化は、外乱磁場Ｈ２が無い状態に比べて大きくなる（図８も参照。第２素子部１５ｂでの抵抗変化（あるいはΔＭＲ）は、図８の外乱磁場（−）のグラフに相当する）。

このように本実施形態では、外乱磁場Ｈ２が作用したとき、各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄに、フリー磁性層５の磁化が強められる素子部とフリー磁性層５の磁化が弱められる素子部とが夫々存在するため、互いのキャンセル効果により、磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄ全体における抵抗変化を、フリー磁性層の磁化方向を一方向に揃えていた従来構造に比べて、外乱磁場Ｈ２が作用しない状態での抵抗変化に近づけることができる。

本実施形態では、磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄの素子構成に加えて、磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄのＸ１−Ｘ２方向の両側に軟磁性体３３を設けた。これにより軟磁性体３３を外乱磁場Ｈ２に対するシールド層として機能させることができる。このため、外乱磁場Ｈ２を軟磁性体３３内部に優先的に通すことができ、磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄに影響を与える外乱磁場Ｈ２を小さくすることができ、上記のキャンセル効果を十分に発揮させることができる。つまり軟磁性体３３を設けずに、上記したキャンセル効果だけに頼ると、外乱磁場が強くなればそれだけキャンセル効果のずれも大きくなり、外乱磁場耐性の低下を招く。そこで本実施形態では軟磁性体３３を設けることで、磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄに影響を与える外乱磁場Ｈ２を小さくしたうえで、上記したキャンセル効果を効果的に発揮させて外乱磁場耐性を向上させているのである。

また図１（ａ）、図３に示すように外乱磁場Ｈ２の方向は永久磁石層１４の着磁方向Ｃに対して直交しているが、直交方向から強磁場が作用しても、軟磁性体３３のシールド効果により、永久磁石層１４の着磁方向Ｃの変化を低減でき、永久磁石層１４の着磁方向Ｃの変動に伴う中点電位ずれを小さくできる。

以上により、優れた外乱磁場及び強磁場耐性を得ることができ、従来に比べて外乱磁場の適用磁場範囲を拡大させることが可能である。

また磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄのＸ１−Ｘ２方向の両側に軟磁性体３３を配置したことで、感度軸方向（Ｘ１−Ｘ２）からの外部磁界Ｈ１に対して磁界増幅効果を有する。すなわち素子部１５に対して外部磁界Ｈ１よりも見かけ上、強い外部磁界を作用させることができる。よって、永久磁石層１４の膜厚を厚くしたり材質を変更したりして永久磁石層１４のバイアス磁化量を増加させても、上記の磁界増幅効果により、優れたセンサ感度を維持することが可能である。

このように永久磁石層１４のバイアス磁化量を増加させることで、外乱磁場、特に強磁場に対する耐性をより効果的に向上させることが可能になる。

永久磁石層１４の形状は図１（ａ）、図３に示すものに限定されない。ただし図３に示したように、各永久磁石層１４ｂ〜１４ｄのＹ１側の端面１４ｇ，１４ｉ、及びＹ２側の端面１４ｆ，１４ｈを、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の双方に対して斜めに形成して、第１素子部１５ａ及び第２素子部１５ｂに対して適切にＹ１−Ｙ２方向に向くバイアス磁界ＨＢ１，ＨＢ２を供給できるようにすることが好ましい。

また図２に示すように各磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄを、複数の素子連設体１７によりミアンダ形状に形成した構成では、例えば図５に示すように、隣り合う素子連設体１７間に共有する永久磁石層１４ｊを設けることで、簡単な構成にでき且つ小型化を実現できる。ただしかかる場合、図６（ａ）で説明したように、永久磁石層１４と素子部１５との間に絶縁層３１を設けて、センス電流が永久磁石層１４（１４ｊ）を介して隣り合う素子連設体１７に流れないようにすることが必要である。

また図２に示すように磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄを素子連設体１７によりミアンダ形状で形成した構成では、各素子連設体１７間、及びＸ１−Ｘ２方向の両側に位置する素子連設体１７の外側に夫々軟磁性体３３を配置することで、全ての素子連設体１７に対して軟磁性体３３による外乱磁場に対するシールド効果、及び感度磁界増幅効果を得ることができる。

図７では固定磁性層３をセルフピン止め型としたが、これに限定されるものでない。すなわち反強磁性層を用いて固定磁性層３の磁化方向を固定する方式であってもよい。

ただしセルフピン止め型とすることで、磁場中熱処理が必要なく、したがって図１（ａ）に示すように固定磁性層３の固定磁化方向（Ｐ）が異なる磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄを同一基板上に形成することが可能になる。すなわち基板上に磁気抵抗効果素子１３ａ，１３ｂと磁気抵抗効果素子１３ｂ，１３ｃとを夫々形成するときに、互いに逆磁場を印加しながら成膜すればよい。また図１（ａ）では、磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄを構成する全ての永久磁石層１４をＸ２方向に着磁することができる。

図１に示す磁気センサ１０は感度軸方向がＸ１−Ｘ２方向であるが、図１に示す磁気センサ１０を平面内にて９０度回転させることで、感度軸方向をＹ１−Ｙ２方向に向けることができ、Ｘ軸−Ｙ軸磁気センサを簡単且つ適切に構成することができる。

Ｈ１ 外部磁界
Ｈ２ 外乱磁場
ＨＢ１ 第１バイアス磁界
ＨＢ２ 第２バイアス磁界
３ 固定磁性層
４ 非磁性材料層
５ フリー磁性層
１０ 磁気センサ
１３ａ〜１３ｄ 磁気抵抗効果素子
１４ 永久磁石層
１５ａ 第１素子部
１５ｂ 第２素子部
１７ 素子連設体
３３ 軟磁性体

Claims (5)

1. 磁気抵抗効果を発揮する素子部と、前記素子部にバイアス磁界を供給するための永久磁石層とを備えてなる磁気抵抗効果素子を有し、
   前記素子部は平面視にて第１素子部と第２素子部とが交互に第１の水平方向に間隔を空けて配列されており、
   前記第１素子部と前記第２素子部との間に前記永久磁石層が配置されており、
   平面視にて前記磁気抵抗効果素子に対し前記第１の水平方向に直交する第２の水平方向の両側に前記磁気抵抗効果素子と非接触の軟磁性体が配置されており、
   前記第２の水平方向が前記素子部の感度軸方向であり、
   各永久磁石層は前記第２の水平方向に着磁されるとともに、前記永久磁石層から前記第１素子部に対して前記第１の水平方向に向く第１のバイアス磁界が供給され、前記第２素子部に対して前記第１バイアス磁界とは逆方向の第２バイアス磁界が供給されることを特徴とする磁気センサ。
2. 平面視にて各永久磁石層の前記第１素子部及び前記第２素子部と対向する端面が、前記第１水平方向及び前記第２水平方向に対して斜めに形成されている請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記磁気抵抗効果素子は、前記第１素子部及び前記第２素子部と、前記永久磁石層とを平面視にて前記第１水平方向に連ねた素子連設体が、複数本、前記第２水平方向に間隔を空けて配置され、各素子連設体の端部が電気的に接続されたミアンダ形状で形成されており、
   各素子連設体の間及び、前記第２水平方向の両側に位置する前記素子連設体の外側に前記軟磁性体が配置されている請求項１又は２に記載の磁気センサ。
4. 前記素子部は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を備え、
   前記固定磁性層は、第１磁性層と前記非磁性材料層に接する第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第１磁性層と前記第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
5. ４つの前記磁気抵抗効果素子にてブリッジ回路が構成され、各磁気抵抗効果素子は、二つの前記磁気抵抗効果素子の感度軸方向と残り二つの前記磁気抵抗効果素子の感度軸方向とが逆方向とされた前記セルフピン止め型の磁気抵抗効果素子で構成されている請求項４記載の磁気センサ。

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