JP2014016161A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子の端面に接する電極に起因した検出精度の低下を抑制する。
【解決手段】磁気センサは、ＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂと、これらを電気的に接続する電極４０Ａを備えている。電極４０Ａは、第１の面４１ａを有する第１の部分４１と、第２の面４２ａを有する第２の部分４２と、これらを連結する連結部４３とを有している。第１の面４１ａは、ＭＲ素子５０Ａの端面に接し、第２の面４２ａは、ＭＲ素子５０Ｂの端面に接している。第１の面４１ａと第２の面４２ａは、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有している。第１の面４１ａの外縁に内接する第１の内接円４１Ｂの直径、および第２の面４２ａの外縁に内接する第２の内接円４２Ｂの直径は、連結部の幅Ｗよりも大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、外部磁界の方向を検出するために用いられる磁気センサに関する。

近年、自動車のステアリングの回転位置の検出等の種々の用途で、対象物の回転位置を検出するために、磁気センサが広く利用されている。また、対象物の直線的な変位を検出するリニアエンコーダにおいても磁気センサが利用されている。このような磁気センサが用いられるシステムでは、一般的に、対象物の回転や直線的な運動に連動して方向が回転する外部磁界を発生する手段（例えば磁石）が設けられる。磁気センサは、基準位置における外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する。これにより、対象物の回転位置や直線的な変位が検出される。

磁気センサとしては、特許文献１、２に記載されているように、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を用いたものが知られている。スピンバルブ型のＭＲ素子は、順に積層された第１の強磁性層、非磁性層および第２の強磁性層を含んでいる。第１の強磁性層と第２の強磁性層の一方は、磁化方向が固定された磁化固定層であり、他方は、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層である。

また、磁気センサとしては、特許文献１に記載されているように、直列に接続された複数のＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型のＭＲ素子を備えたものも知られている。なお、特許文献１では、複数のＭＲ膜（積層体）が、ここで言う複数のＣＰＰ型のＭＲ素子に相当する。ＣＰＰ型のＭＲ素子とは、磁気的信号検出用の電流を、ＭＲ素子を構成する各層の面に対してほぼ垂直な方向に流すタイプのＭＲ素子である。

複数のＣＰＰ型のＭＲ素子を直列に接続する場合には、隣接する２つのＭＲ素子の一方の端面同士を電気的に接続する電極が必要である。この電極は、２つのＭＲ素子にまたがるために、この電極の形状は、一般的に、幅が一定で一方向に長い形状となる。

特許文献３と非特許文献１には、１つのＭＲ素子の端面に接する電極であるが、一方向に長い細幅部分と、この細幅部分の長手方向の両側に連結され細幅部分よりも幅が大きい２つの部分とを有する電極が記載されている。この電極では、細幅部分における長手方向の中央の一部分が、ＭＲ素子の端面に接している。

特開２０１１−４７９２８号公報 特開２００８−１５７８４４号公報 米国特許第７９９８７５８号明細書

"ＴＭＲ素子を用いた高感度地磁気センサーの開発"，Journal of the Magnetics Society of Japan,Vol.32,No.3,p361-365,2008

本出願の発明者らの研究により、直列に接続された複数のＣＰＰ型のＭＲ素子を備えた磁気センサにおいて、ＭＲ素子の端面に接する電極の形状が、幅が一定で一方向に長い形状であると、以下のような問題が生じることが分かった。例えば磁気センサの周囲の温度変化によって、電極またはその周囲の材料が膨張または収縮すると、電極に応力が生じ、その結果、電極に接するＭＲ素子にも応力が生じる。ここで、電極の形状が、幅が一定で一方向に長い形状であると、電極に起因してＭＲ素子に生じる応力は、方向によって応力の大きさが異なるという異方性を有することになる。この場合、ＭＲ素子の第１および第２の強磁性層の磁歪定数がゼロでなければ、この第１および第２の強磁性層に応力磁気異方性が生じる。この応力磁気異方性は、磁気センサの検出精度の低下の原因となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部磁界の方向を検出するために用いられる磁気センサであって、磁気抵抗効果素子の端面に接する電極に起因した検出精度の低下を抑制できるようにした磁気センサを提供することにある。

本発明の磁気センサは、第１および第２の磁気抵抗効果素子と、第１および第２の磁気抵抗効果素子を電気的に接続する電極とを備えている。第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々は、第１の方向における互いに反対側に位置する第１の端面および第２の端面を有すると共に、第１の端面と第２の端面の間において第１の方向に沿って積層された第１の強磁性層、非磁性層および第２の強磁性層を含んでいる。第１および第２の磁気抵抗効果素子は、第１の方向に直交する第２の方向に並んでいる。電極は、第１の面を有する第１の部分と、第２の面を有する第２の部分と、第１の部分と第２の部分を連結する連結部とを有している。第１の面の少なくとも一部は、第１の磁気抵抗効果素子の第１の端面に接し、第２の面の少なくとも一部は、第２の磁気抵抗効果素子の第１の端面に接している。第１の面と第２の面は、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有している。第１の面の外縁に内接する第１の内接円の直径、および第２の面の外縁に内接する第２の内接円の直径は、第１および第２の方向に直交する第３の方向についての連結部の幅よりも大きい。

本発明の磁気センサにおいて、第１の磁気抵抗効果素子の第１の端面と第２の磁気抵抗効果素子の第１の端面は、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有していてもよい。この場合、第１の磁気抵抗効果素子の第１の端面の中心と第１の面の中心は一致し、第２の磁気抵抗効果素子の第１の端面の中心と第２の面の中心は一致していてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、第１の面と第２の面は、それぞれ、４回対称以上の回転対称形状を有していてもよい。また、第１の面と第２の面は、それぞれ、４回以上の偶数回対称の回転対称形状を有していてもよい。この場合、連結部の幅に対する第１の内接円の直径の比、および連結部の幅に対する第２の内接円の直径の比は、１．５〜１０の範囲内であってもよいし、１．５〜５の範囲内であってもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、第１の強磁性層と第２の強磁性層の一方は、磁化方向が固定された磁化固定層であり、他方は、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層であってもよい。

本発明の磁気センサにおける電極は、第１の面と第２の面が、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有し、且つ、第１の面の外縁に内接する第１の内接円の直径、および第２の面の外縁に内接する第２の内接円の直径が、第３の方向についての連結部の幅よりも大きいという特徴を有している。この特徴により、磁気抵抗効果素子の端面に接する電極に起因して磁気抵抗効果素子に生じる応力の異方性が緩和される。その結果、本発明によれば、電極に起因した検出精度の低下を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。 本発明の一実施の形態における第１および第２のＭＲ素子と電極を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。 図４に示した１つのホイートストンブリッジ回路を示す平面図である。 本発明の一実施の形態における１組の第１および第２のＭＲ素子および１つの第１の電極を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態における複数のＭＲ素子および複数の電極の形成方法における一工程を示す説明図である。 図７に示した工程に続く工程を示す説明図である。 図８に示した工程に続く工程を示す説明図である。 図９に示した工程に続く工程を示す説明図である。 図１０に示した工程に続く工程を示す説明図である。 図１１に示した工程に続く工程を示す説明図である。 第１のシミュレーションで用いた複数のモデルにおける電極を示す平面図である。 第１のシミュレーションにおいて想定した応力発生の原理を説明するための説明図である。 第１のシミュレーションの結果を示す特性図である。 第２のシミュレーションの結果を示す特性図である。 第３のシミュレーションの結果を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１ないし図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気センサの概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。図３は、本実施の形態に係る磁気センサに含まれる第１および第２のＭＲ素子とそれらを接続する電極を示す平面図である。

図１に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、基準位置における外部磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度を検出するものである。基準位置における外部磁界ＭＦの方向は、磁気センサ１から見て回転する。図１には、外部磁界ＭＦを発生する手段の例として、円柱形状の磁石５を示している。この磁石５は、円柱の中心軸を含む仮想の平面を中心として対称に配置されたＮ極とＳ極とを有している。この磁石５は、円柱の中心軸を中心として回転する。これにより、磁石５が発生する外部磁界ＭＦの方向は、円柱の中心軸を含む回転中心Ｃを中心として回転する。

基準位置は、磁石５の一方の端面に平行な仮想の平面（以下、基準平面と言う。）内に位置する。この基準平面内において、磁石５が発生する外部磁界ＭＦの方向は、基準位置を中心として回転する。基準方向は、基準平面内に位置して、基準位置と交差する。以下の説明において、基準位置における外部磁界ＭＦの方向とは、基準平面内に位置する方向を指す。磁気センサ１は、磁石５の上記一方の端面に対向するように配置される。

なお、外部磁界ＭＦを発生する手段と磁気センサ１の構成は、図１に示した例に限られない。外部磁界ＭＦを発生する手段と磁気センサ１は、基準位置における外部磁界ＭＦの方向が磁気センサ１から見て回転するように、外部磁界ＭＦを発生する手段と磁気センサ１の相対的位置関係が変化するものであればよい。例えば、図１に示したように配置された磁石５と磁気センサ１において、磁石５が固定されて磁気センサ１が回転してもよいし、磁石５と磁気センサ１が互いに反対方向に回転してもよいし、磁石５と磁気センサ１が同じ方向に互いに異なる角速度で回転してもよい。

また、磁石５の代わりに、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された磁石を用い、この磁石の外周の近傍に磁気センサ１が配置されていてもよい。この場合には、磁石と磁気センサ１の少なくとも一方が回転すればよい。

また、磁石５の代わりに、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列された磁気スケールを用い、この磁気スケールの外周の近傍に磁気センサ１が配置されていてもよい。この場合には、磁気スケールと磁気センサ１の少なくとも一方が、磁気スケールのＮ極とＳ極が並ぶ方向に直線的に移動すればよい。

上述の種々の外部磁界ＭＦを発生する手段と磁気センサ１の構成においても、磁気センサ１と所定の位置関係を有する基準平面が存在し、この基準平面内において、外部磁界ＭＦの方向は、磁気センサ１から見て、基準位置を中心として回転する。

磁気センサ１は、第１の検出回路１０および第２の検出回路２０を備えている。第１の検出回路１０は、基準位置における外部磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第１の信号を生成する。第２の検出回路２０は、基準位置における外部磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第２の信号を生成する。図１では、理解を容易にするために、第１および第２の検出回路１０，２０を別体として描いているが、第１および第２の検出回路１０，２０は一体化されていてもよい。また、図１では、第１および第２の検出回路１０，２０が回転中心Ｃに平行な方向に積層されているが、その積層順序は図１に示した例に限られない。

ここで、図２を参照して、本実施の形態における方向と角度の定義について説明する。まず、図１に示した回転中心Ｃに平行で、磁石５の一方の端面から磁気センサ１に向かう方向をＺ方向と定義する。次に、Ｚ方向に垂直な２つの方向であって、互いに直交する２つの方向をＸ方向とＹ方向と定義する。図２では、Ｘ方向を右側に向かう方向として表し、Ｙ方向を上側に向かう方向として表している。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向と定義し、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向と定義する。

本実施の形態において、基準位置ＰＲは、磁気センサ１が外部磁界ＭＦを検出する位置である。基準方向ＤＲはＸ方向とする。基準位置ＰＲにおける外部磁界ＭＦの方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度を記号θで表す。外部磁界ＭＦの方向ＤＭは、図２において反時計回り方向に回転するものとする。角度θは、基準方向ＤＲから反時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向ＤＲから時計回り方向に見たときに負の値で表す。

第１および第２の検出回路１０，２０は、それぞれ、複数の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）５０と、複数のＭＲ素子５０を電気的に接続する複数の電極４０とを備えている。複数のＭＲ素子５０と複数の電極４０は、図示しない基板の上面上に搭載されている。ＭＲ素子５０の平面形状（上から見た形状）は、例えば円形である。図２において、符号１１は、第１の検出回路１０における任意のＭＲ素子５０の平面形状を表し、符号２１は、第２の検出回路２０における任意のＭＲ素子５０の平面形状を表している。

本実施の形態では、特に、第１および第２の検出回路１０，２０は、それぞれ、直列に接続された複数のＭＲ素子５０を含むＭＲ素子列を複数有している。本実施の形態では、ＭＲ素子列内において互いに隣接して直列に接続された任意の２つのＭＲ素子５０を、第１のＭＲ素子５０Ａと第２のＭＲ素子５０Ｂと呼ぶ。

図３には、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの平面形状を示している。ここで、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの構成と配置に関連する第１ないし第３の方向を、以下のように定義する。後で詳しく説明するが、ＭＲ素子５０は、積層された複数の層を含んでいる。まず、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂに関して、上記複数の層が積層された方向を第１の方向Ｄ１と定義する。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１はＺ方向に平行である。第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂは、第１の方向Ｄ１に直交する方向に並んでいる。この方向を第２の方向Ｄ２と定義する。そして、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２に直交する方向を第３の方向Ｄ３と定義する。第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの各々は、第１の方向Ｄ１における互いに反対側に位置する２つの端面を有している。この２つの端面のうち、基板の上面により近い方を下面と呼び、基板の上面からより遠い方を上面と呼ぶ。以下、第１の方向Ｄ１における互いに反対側に位置する２つの端面を有する他の構成要素に関しても、２つの端面のうち、基板の上面により近い方を下面と呼び、基板の上面からより遠い方を上面と呼ぶ。

複数の電極４０には、隣接する２つのＭＲ素子５０の下面同士を電気的に接続する第１の電極４０Ａと、隣接する２つのＭＲ素子５０の上面同士を電気的に接続する第２の電極４０Ｂが、それぞれ複数含まれている。第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂには、電極４０Ａによって直列に接続されるものと、電極４０Ｂによって直列に接続されるもの２種類が存在する。第１の電極４０Ａと第２の電極４０Ｂは、いずれも、本発明における「第１および第２の磁気抵抗効果素子を電気的に接続する電極」に対応する。

ここで、電極４０Ａまたは電極４０Ｂによって電気的に接続されるＭＲ素子５０Ａの端面とＭＲ素子５０Ｂの端面を、それぞれ、ＭＲ素子５０Ａの第１の端面とＭＲ素子５０Ｂの第１の端面と呼ぶ。また、ＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂにおいて、第１の端面とは反対側の端面を第２の端面と呼ぶ。電極４０Ａによって直列に接続されるＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂでは、それらの下面が第１の端面となり、それらの上面が第２の端面となる。電極４０Ｂによって直列に接続されるＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂでは、それらの上面が第１の端面となり、それらの下面が第２の端面となる。

電極４０Ａ，４０Ｂは、それぞれ、第１の面４１ａを有する第１の部分４１と、第２の面４２ａを有する第２の部分４２と、第１の部分４１と第２の部分４２を連結する連結部４３とを有している。図３には、電極４０Ａにおける第１の部分４１、第２の部分４２および連結部４３の平面形状を示している。なお、図３では、第１の部分４１と連結部４３の境界および第２の部分４２と連結部４３の境界を、それぞれ点線で表している。電極４０Ａでは、第１の面４１ａの少なくとも一部は、第１のＭＲ素子５０Ａの第１の端面（下面）に接し、第２の面４２ａの少なくとも一部は、第２のＭＲ素子５０Ｂの第１の端面（下面）に接している。電極４０Ａでは、第１の面４１ａは第１の部分４１の上面であり、第２の面４２ａは第２の部分４２の上面である。

図示しないが、電極４０Ｂにおける第１の部分４１、第２の部分４２および連結部４３の形状は、電極４０Ａにおけるそれらの形状と同じである。ただし、電極４０Ｂでは、第１の面４１ａは第１の部分４１の下面であり、第２の面４２ａは第２の部分４２の下面である。電極４０Ｂでは、第１の面４１ａの少なくとも一部は、第１のＭＲ素子５０Ａの第１の端面（上面）に接し、第２の面４２ａの少なくとも一部は、第２のＭＲ素子５０Ｂの第１の端面（上面）に接している。以下、第１の部分４１（第１の面４１ａ）、第２の部分４２（第２の面４２ａ）および連結部４３に関する説明において、電極４０Ａであるか電極４０Ｂであるかを明記しないときは、電極４０Ａと電極４０Ｂの両方の説明を含むものとする。

第１の面４１ａと第２の面４２ａは、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有している。図３に示した例では、第１の面４１ａと第２の面４２ａは、それぞれ、４回対称の回転対称形状を有している。特に、図３に示した第１および第２の面４１ａ，４２ａの形状は、角を丸めた正方形である。

なお、ｎ回対称（ｎは２以上の任意の整数）の回転対称形状は、ｎの約数をｍとすると、同時にｍ回対称の回転対称形状でもある。本実施の形態において、第１および第２の面４１ａ，４２ａの回転対称形状を表すときは、その形状に当てはまる回転対称回数のうち、最大の回転対称回数を用いて表すものとする。また、円形は、ｎの最大値が無限大である回転対称形状であると言える。従って、円形は、本実施の形態における定義による３回対称以上の回転対称形状に含まれる。

第１の面４１ａと第２の面４２ａは、それぞれ、４回対称以上の回転対称形状を有していることが好ましく、４回以上の偶数回対称の回転対称形状を有していることがより好ましい。その理由については、後で詳しく説明する。

第１のＭＲ素子５０Ａの第１の端面と第２のＭＲ素子５０Ｂの第１の端面は、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有している。図３に示した例では、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの平面形状は円形であることから、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの各々の第１の端面の形状も円形である。なお、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの各々において、第２の端面は第１の端面と同じ形状を有している。

図３において、符号４１ｃは第１の面４１ａの中心を表し、符号４２ｃは第２の面４２ａの中心を表している。また、符号５０Ａｃは第１のＭＲ素子５０Ａの第１の端面の中心を表し、符号５０Ｂｃは第２のＭＲ素子５０Ｂの第１の端面の中心を表している。図３に示したように、本実施の形態では、中心５０Ａｃと中心４１ｃは実質的に一致し、中心５０Ｂｃと中心４２ｃは実質的に一致している。また、図３に示した例では、第１の面４１ａはＭＲ素子５０Ａの第１の端面よりも大きく、第２の面４２ａはＭＲ素子５０Ｂの第１の端面よりも大きい。

また、図３において、符号４１Ｂは第１の面４１ａの外縁に内接する第１の内接円を表し、符号４２Ｂは第２の面４２ａの外縁に内接する第２の内接円を表している。図３に示したように、第１の内接円４１Ｂの直径ａ１および第２の内接円４２Ｂの直径ａ２は、第３の方向Ｄ３についての連結部４３の幅Ｗよりも大きい。連結部４３の幅Ｗに対する第１の内接円４１Ｂの直径ａ１の比ａ１／Ｗ、および連結部４３の幅Ｗに対する第２の内接円４２Ｂの直径ａ２の比ａ２／Ｗは、１．５〜１０の範囲内であることが好ましく、１．５〜５の範囲内であることがより好ましい。その理由については、後で詳しく説明する。

次に、図４を参照して、磁気センサ１の構成について詳しく説明する。図４は、磁気センサ１の構成を示す回路図である。第１の検出回路１０は、基準位置ＰＲにおける外部磁界ＭＦのＸ方向の成分を検出し、その成分の強度に対応した第１の信号Ｓ１を生成する。第２の検出回路２０は、基準位置ＰＲにおける外部磁界ＭＦのＹ方向の成分を検出し、その成分の強度に対応した第２の信号Ｓ２を生成する。第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２は、いずれも、角度θと対応関係を有する信号である。

第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２は、互いに等しい信号周期Ｔで周期的に変化する。第２の信号Ｓ２の位相は、第１の信号Ｓ１の位相と異なっている。第２の信号Ｓ２の位相は、第１の信号Ｓ１の位相に対して、信号周期Ｔの１／４の奇数倍だけ異なっていることが好ましい。ただし、ＭＲ素子５０の作製の精度等の観点から、第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２の位相差は、信号周期Ｔの１／４の奇数倍から、わずかにずれていてもよい。本実施の形態では、特に、第２の信号Ｓ２の位相は、第１の信号Ｓ１の位相に対して、信号周期Ｔの１／４だけ異なっている。そして、第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２の波形は、理想的には、正弦曲線（サイン（Sine）波形とコサイン（Cosine）波形を含む）となる。

第１の検出回路１０は、第１の信号Ｓ１を出力する出力端を有している。第２の検出回路２０は、第２の信号Ｓ２を出力する出力端を有している。磁気センサ１は、更に、演算回路３０を備えている。演算回路３０は、２つの入力端と１つの出力端とを有している。演算回路３０の２つの入力端は、それぞれ、第１および第２の検出回路１０，２０の各出力端に接続されている。

演算回路３０は、角度θと対応関係を有する検出値θｓを算出する。本実施の形態では、検出値θｓは、磁気センサ１によって検出された角度θの値である。演算回路３０は、例えばマイクロコンピュータによって実現することができる。検出値θｓの算出方法については、後で詳しく説明する。

第１の検出回路１０は、ホイートストンブリッジ回路１４と、差分検出器１５とを有している。ホイートストンブリッジ回路１４は、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２と、直列に接続された第１の対のＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２と、直列に接続された第２の対のＭＲ素子列Ｒ１３，Ｒ１４とを含んでいる。各ＭＲ素子列Ｒ１１〜Ｒ１４は、直列に接続された複数のＭＲ素子５０を含んでいる。ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１３の各一端は、電源ポートＶ１に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１１の他端は、ＭＲ素子列Ｒ１２の一端と出力ポートＥ１１に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１３の他端は、ＭＲ素子列Ｒ１４の一端と出力ポートＥ１２に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１２，Ｒ１４の各他端は、グランドポートＧ１に接続されている。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ１はグランドに接続される。差分検出器１５は、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差に対応する信号である第１の信号Ｓ１を演算回路３０に出力する。

第２の検出回路２０の回路構成は、第１の検出回路１０と同様である。すなわち、第２の検出回路２０は、ホイートストンブリッジ回路２４と、差分検出器２５とを有している。ホイートストンブリッジ回路２４は、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、２つの出力ポートＥ２１，Ｅ２２と、直列に接続された第１の対のＭＲ素子列Ｒ２１，Ｒ２２と、直列に接続された第２の対のＭＲ素子列Ｒ２３，Ｒ２４とを含んでいる。各ＭＲ素子列Ｒ２１〜Ｒ２４は、直列に接続された複数のＭＲ素子５０を含んでいる。ＭＲ素子列Ｒ２１，Ｒ２３の各一端は、電源ポートＶ２に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ２１の他端は、ＭＲ素子列Ｒ２２の一端と出力ポートＥ２１に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ２３の他端は、ＭＲ素子列Ｒ２４の一端と出力ポートＥ２２に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ２２，Ｒ２４の各他端は、グランドポートＧ２に接続されている。電源ポートＶ２には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ２はグランドに接続される。差分検出器２５は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号である第２の信号Ｓ２を演算回路３０に出力する。

ホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路と記す。）１４，２４に含まれる全てのＭＲ素子５０は、その第１の端面と第２の端面の間において第１の方向Ｄ１に沿って積層された第１の強磁性層、非磁性層および第２の強磁性層を含んでいる。本実施の形態では、ＭＲ素子５０として、スピンバルブ型のＭＲ素子、特にＴＭＲ素子を用いている。なお、ＴＭＲ素子の代わりにＧＭＲ素子を用いてもよい。ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界ＭＦの方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを含んでいる。第１の強磁性層と第２の強磁性層の一方は上記磁化固定層であり、他方は上記自由層である。

ＴＭＲ素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層は非磁性導電層である。ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。図４において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、ＭＲ素子５０における自由層の磁化の方向を表している

第１の検出回路１０では、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１４に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向はＸ方向であり、ＭＲ素子列Ｒ１２，Ｒ１３に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向は−Ｘ方向である。図２において、符号ＤＰ１を付した矢印は、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１４に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度に応じて、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差が変化する。従って、第１の検出回路１０は、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度を検出して、その強度を表す第１の信号Ｓ１を出力する。

第２の検出回路２０では、ＭＲ素子列Ｒ２１，Ｒ２４に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向はＹ方向であり、ＭＲ素子列Ｒ２２，Ｒ２３に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向は−Ｙ方向である。図２において、符号ＤＰ２を付した矢印は、ＭＲ素子列Ｒ２１，Ｒ２４に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度に応じて、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差が変化する。従って、第２の検出回路２０は、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度を検出して、その強度を表す第２の信号Ｓ２を出力する。

なお、検出回路１０，２０内の複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子５０の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。

次に、図５を参照して、ブリッジ回路およびＭＲ素子列の構成の一例について説明する。図５は、図４に示したブリッジ回路１４を示す平面図である。図５に示した例では、各ＭＲ素子列は、８個のＭＲ素子５０と複数の電極４０によって構成されている。複数の電極４０には、複数の第１の電極４０Ａと複数の第２の電極４０Ｂが含まれる。

各ＭＲ素子列において、複数の第１の電極４０Ａは、全体としてミアンダ形状となるように、図示しない基板上に互いに間隔を開けて配列されている。各第１の電極４０Ａの第１の部分４１と第２の部分４２の上には、隣接する２つのＭＲ素子５０が配置されている。これにより、１つの第１の電極４０Ａは、隣接する２つのＭＲ素子５０を直列に接続している。

また、各ＭＲ素子列において、複数の第２の電極４０Ｂは、全体としてミアンダ形状となるように、複数のＭＲ素子５０の上に互いに間隔を開けて配列されている。各第２の電極４０Ｂの第１の部分４１と第２の部分４２は、隣接する２つのＭＲ素子５０であって、１つの第１の電極４０Ａによって接続されていない２つのＭＲ素子５０の上に配置されている。これにより、１つの第２の電極４０Ｂは、隣接する２つのＭＲ素子５０であって、１つの第１の電極４０Ａによって接続されていない２つのＭＲ素子５０を直列に接続している。このようにして、ＭＲ素子列に含まれる複数のＭＲ素子５０は、複数の第１の電極４０Ａと複数の第２の電極４０Ｂを介して、直列に接続されている。

図５に示したブリッジ回路１４には、複数の電極４０として、更に、２つのＭＲ素子列を電気的に接続する４つの第３の電極４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４が含まれている。第３の電極４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４は、図示しない基板上に配置されている。

電極４０Ｃ１は、ＭＲ素子列Ｒ１１の一端に位置するＭＲ素子５０とＭＲ素子列Ｒ１３の一端に位置するＭＲ素子５０とを電気的に接続していると共に、電源ポートＶ１に電気的に接続されている。電極４０Ｃ２は、ＭＲ素子列Ｒ１１の他端に位置するＭＲ素子５０とＭＲ素子列Ｒ１２の一端に位置するＭＲ素子５０とを電気的に接続していると共に、出力ポートＥ１１に電気的に接続されている。電極４０Ｃ３は、ＭＲ素子列Ｒ１３の他端に位置するＭＲ素子５０とＭＲ素子列Ｒ１４の一端に位置するＭＲ素子５０とを電気的に接続していると共に、出力ポートＥ１２に電気的に接続されている。電極４０Ｃ４は、ＭＲ素子列Ｒ１２の他端に位置するＭＲ素子５０とＭＲ素子列Ｒ１４の他端に位置するＭＲ素子５０とを電気的に接続していると共に、グランドポートＧ１に電気的に接続されている。

電極４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４の各々におけるＭＲ素子５０の近傍の一部は、第１の電極４０Ａの第１の部分４１または第２の部分４２と同様の形状を有していてもよい。また、ブリッジ回路２４の構成は、図５に示したブリッジ回路１４と同様である。

次に、図６を参照して、ＭＲ素子５０の構成について説明する。図６には、１組の第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂと、これらを直列に接続する１つの第１の電極４０Ａを示している。図６に示した例では、ＭＲ素子５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、下面と上面とを有する円柱形状を有している。図６に示したＭＲ素子５０（５０Ａ，５０Ｂ）では、その下面が第１の端面であり、その上面が第２の端面である。ＭＲ素子５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、第１の端面と第２の端面の間において第１の電極４０Ａ側から順に第１の方向Ｄ１に沿って積層された自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３および反強磁性層５４を含んでいる。反強磁性層５４は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層５３との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する。第１の電極４０Ａは、第１のＭＲ素子５０Ａの自由層５１と第２のＭＲ素子５０Ｂの自由層５１を電気的に接続する。図示しないが、第２の電極４０Ｂは、隣接する２つのＭＲ素子５０であって、１つの第１の電極４０Ａによって接続されていない２つのＭＲ素子５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。なお、ＭＲ素子５０（５０Ａ，５０Ｂ）における層５１〜５４の配置は、図６に示した配置とは上下が反対でもよい。

次に、図４を参照して、検出値θｓの算出方法について説明する。図４に示した例では、理想的には、第２の検出回路２０におけるＭＲ素子５０の磁化固定層５３の磁化方向は、第１の検出回路１０におけるＭＲ素子５０の磁化固定層５３の磁化方向に直交している。この場合、理想的には、第１の信号Ｓ１の波形は、角度θに依存したコサイン（Cosine）波形になり、第２の信号Ｓ２の波形は、角度θに依存したサイン（Sine）波形になる。この場合、第２の信号Ｓ２の位相は、第１の信号Ｓ１の位相に対して、信号周期Ｔの１／４すなわちπ／２（９０°）だけ異なっている。

角度θが０°以上９０°未満のとき、および２７０°より大きく３６０°以下のときは、第１の信号Ｓ１は正の値であり、角度θが９０°よりも大きく２７０°よりも小さいときは、第１の信号Ｓ１は負の値である。また、角度θが０°よりも大きく１８０°よりも小さいときは、第２の信号Ｓ２は正の値であり、角度θが１８０°よりも大きく３６０°よりも小さいときは、第２の信号Ｓ２は負の値である。

演算回路３０は、第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、角度θと対応関係を有する検出値θｓを算出する。具体的には、例えば、演算回路３０は、下記の式（１）によって、θｓを算出する。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。

θｓ＝ａｔａｎ（Ｓ２／Ｓ１） …（１）

式（１）におけるａｔａｎ（Ｓ２／Ｓ１）は、θｓを求めるアークタンジェント計算を表している。なお、θｓが０°以上３６０°未満の範囲内では、式（１）におけるθｓの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、Ｓ１，Ｓ２の正負の組み合わせにより、θｓの真の値が、式（１）におけるθｓの２つの解のいずれであるかを判別することができる。すなわち、Ｓ１が正の値のときは、θｓは、０°以上９０゜未満、および２７０°より大きく３６０°以下の範囲内である。Ｓ１が負の値のときは、θｓは９０°よりも大きく２７０°よりも小さい。Ｓ２が正の値のときは、θｓは０°よりも大きく１８０°よりも小さい。Ｓ２が負の値のときは、θｓは１８０°よりも大きく３６０°よりも小さい。演算回路３０は、式（１）と、上記のＳ１，Ｓ２の正負の組み合わせの判定により、０°以上３６０°未満の範囲内でθｓを求める。

次に、図７ないし図１２を参照して、複数のＭＲ素子５０（ＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂ）および複数の電極４０（電極４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４）の形成方法について説明する。図７ないし図１２において、（ａ）は複数のＭＲ素子５０および複数の電極４０の形成過程における積層体の平面図である。図７ないし図１２において、（ｂ）は、（ａ）におけるｎＢ−ｎＢ線（ｎは７〜１２の整数）で示す位置の断面図である。

複数のＭＲ素子５０および複数の電極４０の形成方法では、まず、図７に示したように、基板６０を用意する。図７に示した例では、基板６０は、基板本体６１と、この基板本体６１の上面上に形成された絶縁層６２とを有している。絶縁層６２の上面が、基板６０の上面６０ａになっている。基板本体６１の材料は、半導体でもよいし、ガラス、セラミックス、樹脂等の絶縁材料でもよい。なお、基板６０は、基板本体６１と絶縁層６２を有するものに限らず、例えば絶縁基板のみによって構成されていてもよい。

図８は、次の工程を示す。この工程では、まず、基板６０の上面６０ａ上に複数の第１の電極４０Ａと第３の電極４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４（図示せず）を形成する。次に、上面６０ａ上における電極４０Ａ，４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４の周囲に絶縁層６３を形成する。

図９は、次の工程を示す。この工程では、電極４０Ａ，４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４および絶縁層６３の上にＭＲ積層体５０Ｐを形成する。ＭＲ積層体５０Ｐは、後にパターニングされて複数のＭＲ素子５０となる多層膜である。従って、ＭＲ積層体５０Ｐは、後にパターニングされて複数のＭＲ素子５０の各々を構成する複数の層となる複数の膜を有している。

本実施の形態では、複数のＭＲ素子５０の構成は、磁化固定層５３の磁化の方向が異なる点を除いて同じものにすることができる。磁化固定層５３の磁化の方向の固定は、図９に示した工程で行ってもよいし、ＭＲ積層体５０Ｐをパターニングした後に行ってもよい。

磁化固定層５３の磁化の方向の固定を図９に示した工程で行う場合には、例えば、以下のように、磁化固定層５３の磁化の方向毎にＭＲ積層体５０Ｐを分けて形成する。始めに、磁化固定層５３の磁化の方向が同じ２つのＭＲ素子列に対応する２つのＭＲ積層体５０Ｐを形成する。その際に、磁界中成膜によって磁化固定層５３となる膜を形成するか、磁化固定層５３となる膜を磁界中熱処理することによって、磁化固定層５３となる膜の磁化の方向を固定する。以下、同様にして、磁化固定層５３の磁化の方向毎に、２つのＭＲ素子列に対応する２つのＭＲ積層体５０Ｐを順に形成する。この場合、先に磁化の方向を固定する膜は、後で磁化の方向を固定する膜よりも保磁力が大きいものとする。これにより、磁化固定層５３となる膜の磁化の方向をＭＲ素子列毎に異なる方向に固定することが可能になる。

磁化固定層５３の磁化の方向の固定を、ＭＲ積層体５０Ｐをパターニングした後に行う場合には、全てのＭＲ素子列に対応するＭＲ積層体５０Ｐを同時に形成してもよい。この場合の磁化固定層５３の磁化の方向の固定方法については、後で説明する。

図１０は、次の工程を示す。この工程では、まず、ＭＲ積層体５０Ｐをエッチングによってパターニングして、複数のＭＲ素子５０（ＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂ）を形成する。次に、電極４０Ａ，４０Ｃ１，４０Ｃ２，４０Ｃ３，４０Ｃ４および絶縁層６３の上における複数のＭＲ素子５０の周囲に絶縁層６４を形成する。

ここで、ＭＲ積層体５０Ｐをパターニングした後に、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する方法の一例について説明する。この例では、以下のように、磁化固定層５３の磁化の方向毎に、磁化固定層５３の磁化の方向の固定を分けて行う。始めに、複数のＭＲ素子５０を含む積層体に対して一方向の磁界を印加しながら、その方向に磁化の方向を固定する磁化固定層５３を含む複数のＭＲ素子５０に対して、局所的にレーザ光を照射することによって、これらのＭＲ素子５０の磁化固定層５３の温度を上昇させた後、下降させて、磁化固定層５３となる膜の磁化の方向を上記の方向に固定する。これにより、この膜は磁化固定層５３となる。以下、磁化固定層５３の磁化の方向毎に、積層体に対して印加する磁界の方向を変えながら、上記の処理を繰り返し行う。

図１１は、次の工程を示す。この工程では、複数のＭＲ素子５０および絶縁層６４の上に複数の第２の電極４０Ｂを形成する。次に、図１２に示したように、複数の第２の電極４０Ｂおよび絶縁層６４を覆うように保護膜６５を形成する。以上の一連の工程により、ＭＲ素子５０および電極４０が完成する。

次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の効果について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、複数のＭＲ素子５０と、複数のＭＲ素子５０を電気的に接続する複数の電極４０とを備えている。複数の電極４０には、隣接する２つのＭＲ素子５０を電気的に接続する電極４０Ａと電極４０Ｂがそれぞれ複数含まれている。このような構成において、例えば磁気センサ１の周囲の温度変化によって、電極４０Ａ，４０Ｂまたはその周囲の材料が膨張または収縮すると、電極４０Ａ，４０Ｂに応力が生じ、その結果、電極４０Ａ，４０Ｂに接するＭＲ素子５０にも応力が生じる。ここで、もし、電極４０Ａ，４０Ｂの形状が、幅が一定で一方向に長い形状であると、電極４０Ａ，４０Ｂに起因してＭＲ素子５０に生じる応力は、方向によって応力の大きさが異なるという異方性（以下、応力の異方性と言う。）を有することになる。この場合、ＭＲ素子５０の第１および第２の強磁性層（自由層５１および磁化固定層５３）の少なくとも一方の磁歪定数がゼロでなければ、この磁歪定数がゼロではない強磁性層に応力磁気異方性が生じる。この応力磁気異方性は、磁気センサ１の検出精度の低下の原因となる。

これに対し、本実施の形態では、以下のような特徴により、電極４０Ａ，４０Ｂに起因してＭＲ素子５０に生じる応力の異方性を緩和することができる。すなわち、本実施の形態では、電極４０Ａ，４０Ｂは、それぞれ、第１の面４１ａを有する第１の部分４１と、第２の面４２ａを有する第２の部分４２と、連結部４３とを有している。第１および第２の面４１ａ，４２ａは、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有している。以下、これを第１の特徴と言う。また、第１の面４１ａの外縁に内接する第１の内接円４１Ｂの直径ａ１、および第２の面４２ａの外縁に内接する第２の内接円４２Ｂの直径ａ２は、連結部４３の幅Ｗよりも大きい。以下、これを第２の特徴と言う。これら第１および第２の特徴により、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５０の端面に接する電極４０Ａ，４０Ｂに起因してＭＲ素子５０に生じる応力の異方性が緩和される。以下、その理由について詳しく説明する。

第１の特徴である「３回対称以上の回転対称形状」というのは、２回対称以下の回転対称形状に比べて、等方性の高い形状であると言える。そのため、本実施の形態では、第１の特徴により、第１および第２の面４１ａ，４２ａでは、応力の異方性が緩和される。ただし、第２の特徴が満たされない場合、すなわち直径ａ１，ａ２が連結部４３の幅Ｗ以下の場合には、第１の部分４１と第２の部分４２の一方から他方へ応力が伝達されやすい。この場合には、第１および第２の面４１ａ，４２ａにおいて応力の異方性が大きくなってしまう。これに対し、本実施の形態では、第２の特徴により、直径ａ１，ａ２が連結部４３の幅Ｗ以下の場合に比べて、第１の部分４１と第２の部分４２の一方から他方への応力の伝達を抑制することができる。このように、本実施の形態では、第１および第２の特徴が相俟って、第１および第２の面４１ａ，４２ａにおいて、応力の異方性が緩和される。その結果、面４１ａ，４２ａが接するＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの第１の端面においても、応力の異方性が緩和される。

以上のことから、本実施の形態によれば、電極４０Ａ，４０Ｂに起因して第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂの第１および第２の強磁性層（自由層５１および磁化固定層５３）に生じる応力磁気異方性を緩和することができる。その結果、本実施の形態によれば、電極４０Ａ，４０Ｂに起因した磁気センサ１の検出精度の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態では、第１のＭＲ素子５０Ａの第１の端面と第２のＭＲ素子５０Ｂの第１の端面は、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有している。また、第１のＭＲ素子５０Ａの第１の端面の中心５０Ａｃと第１の面４１ａの中心４１ｃは実質的に一致し、第２のＭＲ素子５０Ｂの第１の端面の中心５０Ｂｃと第２の面４２ａの中心４２ｃは実質的に一致している。本実施の形態によれば、これらの特徴によっても、電極４０Ａ，４０Ｂに起因して第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂに生じる応力の異方性を緩和することができる。

以下、シミュレーションの結果を参照しながら、本実施の形態の効果について更に詳しく説明する。始めに、第１のシミュレーションについて説明する。第１のシミュレーションは、第１の面４１ａと第２の面４２ａが、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有することによって、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂに生じる応力の異方性が緩和されることを確認するために行った。まず、図１３および図１４を参照して、第１のシミュレーションで用いた複数のモデルについて説明する。複数のモデルは、１つの比較例のモデルと第１ないし第５の実施例のモデルである。図１３は、第１のシミュレーションで用いた複数のモデルにおける電極を示す平面図である。図１３において、（ａ）は比較例の電極を示し、（ｂ）〜（ｆ）は第１ないし第５の実施例の電極を示している。

比較例の電極２４０は、第１の面２４１ａを有する第１の部分２４１と、第２の面２４２ａを有する第２の部分２４２とを有している。第１および第２の面２４１ａ，２４２ａは、それぞれ、２回対称の回転対称形状すなわち長方形形状を有している。なお、比較例の電極２４０では、連結部が設けられておらず、第１の部分２４１と第２の部分２４２が互いに連結されている。従って、比較例の電極２４０は、幅が一定で一方向に長い形状を有している。

第１ないし第５の実施例の電極１４０は、本実施の形態における電極４０Ａ，４０Ｂに対応する。第１ないし第５の実施例の電極１４０は、それぞれ、第１の面４１ａを有する第１の部分４１と、第２の面４２ａを有する第２の部分４２と、第１の部分４１と第２の部分４２を連結する連結部４３とを有している。第１の実施例の電極１４０における第１および第２の面４１ａ，４２ａは、それぞれ、３回対称の回転対称形状である正三角形形状を有している。第２の実施例の電極１４０における第１および第２の面４１ａ，４２ａは、それぞれ、４回対称の回転対称形状である正方形形状を有している。第３の実施例の電極１４０における第１および第２の面４１ａ，４２ａは、それぞれ、５回対称の回転対称形状である正五角形形状を有している。第４の実施例の電極１４０における第１および第２の面４１ａ，４２ａは、それぞれ、６回対称の回転対称形状である正六角形形状を有している。第５の実施例の電極１４０における第１および第２の面４１ａ，４２ａは、それぞれ、８回対称の回転対称形状である正八角形形状を有している。

比較例のモデルでは、円柱形状を有するＭＲ素子５０の下面および上面に、それぞれ電極２４０が接続されている。同様に、第１ないし第５の実施例のモデルでは、円柱形状を有するＭＲ素子５０の下面および上面に、それぞれ電極１４０が接続されている。

図１４は、比較例のモデルを示している。図１４において、（ａ）は、ＭＲ素子５０Ａおよび２つの電極２４０を示す断面図であり、（ｂ）は、ＭＲ素子５０Ａの上面に接続された電極２４０を示す平面図である。図１４に示したように、ＭＲ素子５０Ａの下面には、電極２４０の第１の部分２４１の第１の面２４１ａが接し、ＭＲ素子５０Ａの上面には、他の電極２４０の第１の部分２４１の第１の面２４１ａが接している。ＭＲ素子５０Ａの下面および上面の中心と、第１の面２４１ａの外縁のうち、第２の面２４２ａに接する辺を除く３つの辺に内接する内接円の中心は一致している。

第１ないし第５の実施例のモデルにおいても、ＭＲ素子５０Ａの下面には、電極１４０の第１の部分４１の第１の面４１ａが接し、ＭＲ素子５０Ａの上面には、他の電極１４０の第１の部分４１の第１の面４１ａが接している。ＭＲ素子５０Ａの下面および上面の中心と第１の面４１ａの外縁に内接する第１の内接円４１Ｂの中心４１ｃ（図３参照）は一致している。図１４における（ｂ）には、第２の実施例の電極１４０（第１の部分４１、第２の部分４２および連結部４３）を破線で示している。

次に、図１４を参照して、第１のシミュレーションにおいて想定した、ＭＲ素子５０Ａにおける応力発生の原理について説明する。ここでは、図１４に示した比較例のモデルを用いて応力発生の原理を説明するが、第１ないし第５の実施例でも同様である。図１４に示したように、２つの電極２４０（または電極１４０）またはそれらの周囲の材料が膨張または収縮して、２つの電極２４０（または電極１４０）が変形すると、ＭＲ素子５０Ａに応力を生じさせる外力が発生する。図１４における白抜きの矢印は、この外力を表している。第１のシミュレーションでは、２つの電極２４０（または電極１４０）を熱によって膨張させた場合を想定して、以下のように定義した応力比を求めた。応力比とは、２つの電極２４０（または電極１４０）によってＭＲ素子５０Ａに生じる第２の方向Ｄ２の応力σ_２と第３の方向Ｄ３の応力σ_３との比σ_２／σ_３である。この応力比は、電極２４０（または電極１４０）に起因してＭＲ素子５０Ａに生じる応力の異方性を表し、応力比が１に近いほど、応力の異方性が小さいと言える。

図１５に、第１のシミュレーションの結果を示す。図１５において、横軸は回転対称回数を示し、縦軸は応力比を示している。回転対称回数が２回の場合の応力比は、比較例のモデルの応力比であり、回転対称回数が３回、４回、５回、６回、８回の場合の応力比は、それぞれ、第１ないし第５の実施例のモデルの応力比である。図１５に示したように、回転対称回数が３回以上の場合には、回転対称回数が２回の場合に比べて、応力比は１に近づく。この結果は、第１の面４１ａが、３回対称以上の回転対称形状を有することにより、回転対称回数が２回の場合に比べて、ＭＲ素子５０Ａに生じる応力の異方性が緩和されることを表している。

上述の第１の面４１ａと第１のＭＲ素子５０Ａについての説明は、第２の面４２ａと第２のＭＲ素子５０Ｂにも当てはまる。従って、本実施の形態によれば、第１の面４１ａと第２の面４２ａが、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有することによって、第１および第２のＭＲ素子５０Ａ，５０Ｂに生じる応力の異方性を緩和することができる。

また、図１５に示したように、回転対称回数が４回以上の場合には、回転対称回数が３回の場合に比べて、応力比は１に近づく。従って、第１の面４１ａと第２の面４２ａは、それぞれ、４回対称以上の回転対称形状を有していることが好ましい。また、回転対称回数が６回または８回の場合の応力比は、回転対称回数が４回の場合の応力比以下（ただし１以上）になる。図示しないが、回転対称回数が１０以上の偶数の場合の応力比も、回転対称回数が４回の場合の応力比以下（ただし１以上）になる。従って、第１の面４１ａと第２の面４２ａは、それぞれ、４回以上の偶数回対称の回転対称形状を有していることがより好ましい。

次に、第２のシミュレーションについて説明する。第２のシミュレーションでは、連結部４３の幅Ｗに対する第１の内接円４１Ｂの直径ａ１の比ａ１／Ｗ、および連結部４３の幅Ｗに対する第２の内接円４２Ｂの直径ａ２の比ａ２／Ｗと、応力比との関係を調べた。第２のシミュレーションでは、第１のシミュレーションで説明した第２の実施例のモデルを用いた。このモデルにおいて、ａ１とａ２は等しく、ａ１／Ｗとａ２／Ｗも等しい。第２のシミュレーションでは、比ａ１／Ｗを１〜１０の範囲内で変化させて、第１のシミュレーションと同様に応力比を求めた。比ａ１／Ｗが１の場合は、第１の内接円４１Ｂの直径ａ１と連結部４３の幅Ｗが等しい。

図１６に、第２のシミュレーションの結果を示す。図１６において、横軸は比ａ１／Ｗを示し、縦軸は応力比を示している。図１６に示したように、比ａ１／Ｗが大きくなるに従って、応力比は１に近づく。この結果から、比ａ１／Ｗおよび比ａ２／Ｗが大きくなるほど、ＭＲ素子５０Ａに生じる応力の異方性を緩和できることが分かる。

また、図１６に示したように、比ａ１／Ｗが１．５以上になると、応力比は大幅に小さくなる。このことから、比ａ１／Ｗおよび比ａ２／Ｗは、１．５〜１０の範囲内であることが好ましい。

ただし、比ａ１／Ｗおよび比ａ２／Ｗを大きくするために、連結部４３の幅Ｗを小さくすると、連結部４３の抵抗値が大きくなり、その結果、ＭＲ素子列の抵抗値も大きくなる。そのため、連結部４３の幅Ｗは、ＭＲ素子列の抵抗値が、許容される上限値を超えない範囲内で設定することが好ましい。一般的には、比ａ１／Ｗおよび比ａ２／Ｗは、連結部４３の抵抗値が大きくなりすぎないように、１．５〜５の範囲内であることがより好ましい。

次に、第３のシミュレーションについて説明する。第３のシミュレーションでは、連結部４３の長さＬに対する幅Ｗの比Ｗ／Ｌと連結部４３の抵抗値との関係を調べた。第３のシミュレーションの結果を、図１７に示す。図１７において、横軸は比Ｗ／Ｌを示し、縦軸は抵抗値を示している。なお、図１７では、抵抗値を、比Ｗ／Ｌが１のときの抵抗値を１とした相対値で表している。図１７に示したように、比Ｗ／Ｌが小さくなるに従って抵抗値は大きくなる。比ａ１／Ｗおよび比ａ２／Ｗを大きくする観点からは、比Ｗ／Ｌは小さい方がよいが、そうすると、連結部４３の抵抗値は大きくなる。そのため、この比Ｗ／Ｌも、ＭＲ素子列の抵抗値が、許容される上限値を超えない範囲内で設定することが好ましい。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、第１の面４１ａは、ＭＲ素子５０Ａの第１の端面と同じ大きさかそれよりも小さくてもよく、第２の面４２ａは、ＭＲ素子５０Ｂの第１の端面と同じ大きさかそれよりも小さくてもよい。

１…磁気センサ、１０…第１の検出回路、２０…第２の検出回路、３０…演算回路、１４，２４…ホイートストンブリッジ回路、４０…電極、４０Ａ…第１の電極、４０Ｂ…第２の電極、５０…ＭＲ素子、５０Ａ…第１のＭＲ素子、５０Ｂ…第２のＭＲ素子。

Claims (8)

1. 第１および第２の磁気抵抗効果素子と、
   前記第１および第２の磁気抵抗効果素子を電気的に接続する電極と
   を備えた磁気センサであって、
   前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々は、第１の方向における互いに反対側に位置する第１の端面および第２の端面を有すると共に、前記第１の端面と第２の端面の間において前記第１の方向に沿って積層された第１の強磁性層、非磁性層および第２の強磁性層を含み、
   前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向に直交する第２の方向に並び、
   前記電極は、第１の面を有する第１の部分と、第２の面を有する第２の部分と、前記第１の部分と第２の部分を連結する連結部とを有し、
   前記第１の面の少なくとも一部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の第１の端面に接し、 前記第２の面の少なくとも一部は、前記第２の磁気抵抗効果素子の第１の端面に接し、 前記第１の面と第２の面は、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有し、
   前記第１の面の外縁に内接する第１の内接円の直径、および前記第２の面の外縁に内接する第２の内接円の直径は、前記第１および第２の方向に直交する第３の方向についての前記連結部の幅よりも大きいことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記第１の磁気抵抗効果素子の第１の端面と前記第２の磁気抵抗効果素子の第１の端面は、それぞれ、３回対称以上の回転対称形状を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記第１の磁気抵抗効果素子の第１の端面の中心と前記第１の面の中心は一致し、前記第２の磁気抵抗効果素子の第１の端面の中心と前記第２の面の中心は一致することを特徴とする請求項２記載の磁気センサ。
4. 前記第１の面と第２の面は、それぞれ、４回対称以上の回転対称形状を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
5. 前記第１の面と第２の面は、それぞれ、４回以上の偶数回対称の回転対称形状を有することを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。
6. 前記連結部の幅に対する前記第１の内接円の直径の比、および前記連結部の幅に対する前記第２の内接円の直径の比は、１．５〜１０の範囲内であることを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
7. 前記連結部の幅に対する前記第１の内接円の直径の比、および前記連結部の幅に対する前記第２の内接円の直径の比は、１．５〜５の範囲内であることを特徴とする請求項６記載の磁気センサ。
8. 前記第１の強磁性層と第２の強磁性層の一方は、磁化方向が固定された磁化固定層であり、他方は、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気センサ。

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