JP2015125020A - 電流センサ、電流測定モジュール及びスマートメータ - Google Patents

Abstract

【課題】広い測定範囲にわたって高精度な測定を低消費電力で可能とする電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサは、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子と、これら複数の磁気抵抗素子から一の磁気抵抗素子を選択し、選択した磁気抵抗素子の抵抗値を出力する選択回路とを有する。前記複数の磁気抵抗素子は、印加された前記誘導磁界の大きさと前記抵抗値との関係が互いに異なる。
【選択図】図１

Description

本実施の形態は、電流センサ、電流測定モジュール及びこれを搭載したスマートメータに関する。

近年、電力需給の安定化や効率化などを目的として、電力をデジタルで計測し、メーター内に通信機能を持たせた次世代電力量計であるスマートメータの導入が進められようとしている。スマートメータで必要となる広ダイナミックレンジ・高分解能を低消費電力で実現する電流センサが求められている。

高分解能の電流センサを実現するためには、磁場に対する感度の高い磁気抵抗素子を用いることが有効である。また、高分解能と広ダイナミックレンジを両立するために、磁気抵抗素子を用いた磁気平衡方式の電流センサが提案されている。しかし、磁気平衡方式では、被測定電流が大きくなった場合に被測定電流により発生する大きな誘導磁場と同程度のキャンセル磁場をコイルにて発生させる必要がある。この場合、キャンセル磁場を発生させるためにコイルに流す電流は、被測定電流の大きさに比例して大きくなるため、大きな被測定電流の場合には電流センサ自体の消費電力が大きくなってしまうという問題がある。

特開２０１３−１１３７９９号公報 特許５２６０１０９号公報

本実施の形態に係る電流センサ、電流測定モジュール及びスマートメータは、広い測定範囲にわたって高精度な測定を低消費電力で可能とする電流センサ、電流測定モジュール及びスマートメータを提供するものである。

本発明の一の実施の形態に係る電流センサは、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子と、これら複数の磁気抵抗素子から一の磁気抵抗素子を選択し、選択した磁気抵抗素子の抵抗値を出力する選択回路とを有する。前記複数の磁気抵抗素子は、印加された前記誘導磁界の大きさと前記抵抗値との関係が互いに異なる。また、本発明の一の実施の形態に係るスマートメータは、例えば本実施の形態に係る電流センサを搭載している。

第１の実施の形態に係る電流センサの構成例を示す概略図である。 同実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略構成を例示する模式的斜視図である。 同実施の形態に係る磁気抵抗素子の機能について説明するための模式図である。 同実施の形態に係る磁気抵抗素子を例示する模式的斜視図である。 同実施の形態の他の構成に係る第１の磁気抵抗素子１００Ｅを例示する模式的斜視図である。 同実施の形態の他の構成に係る第１の磁気抵抗素子１００Ｆを示す模式的斜視図である。 同実施の形態に係る第１の磁気抵抗素子１００と、第１の線形応答磁性体１６０Ａの模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０Ｇの模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの製造方法を例示する模式的な斜視図である。 同実施の形態に係る電流センサの別の製造方法を例示する模式的な斜視図である。 第２の実施の形態に係る電流センサの構成を示す模式図である。 同電流センサの構成例を示す概略図である。 同実施の形態に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る電流センサの製造方法を例示する模式的な斜視図である。 本実施の形態に係る電流センサの別の製造方法を例示する模式的な斜視図である。 第３の実施の形態に係る電流センサの構成を示す回路ブロック図である。 同実施の形態に係る電流センサのコンパレータ６３０の構成を示す回路図である。 同実施の形態に係る電流センサの複数の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ及びリファレンス磁気抵抗素子６２０の特性を示すグラフである。 同実施の形態に係る電流センサの制御信号の真理値表である。 同実施の形態に係る電流センサのメモリ６８０の動作を説明するための回路ブロック図である。 第４の実施の形態に係る電流センサコンパレータ６３９の構成を示す回路図である。 同実施の形態に係る電流センサの複数の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ及びリファレンス磁気抵抗素子６２０の特性を示すグラフである。 同実施の形態に係る電流センサの制御信号の真理値表である。 同実施の形態に係る電流センサのメモリ６８０の動作を説明するための回路ブロック図である。 測定用磁気抵抗素子及びリファレンス磁気抵抗素子の構成例を示す回路図である。 第５の実施の形態に係るスマートメータ７００を示す模式図である。 同スマートメータ７００の一部の概略構成を示す模式図である。 同スマートメータ７００の概略構成を示す機能ブロック図である。 第６の実施の形態に係るスマートメータ７０１を示す模式図である。 第７の実施の形態に係るスマートメータ７０２を示す模式図である。 同スマートメータの他の構成例を示す模式図である。 第８の実施の形態に係るスマートメータ７０３を示す模式図である。 同スマートメータ７０３の一部の概略構成を示す模式図である。 第９の実施の形態に係るスマートメータ７０４を示す模式図である。 第１０の実施の形態に係るスマートメータ７０５を示す模式図である。 同スマートメータの他の構成例を示す模式図である。 第１１の実施の形態に係る家庭用電化製品の様子を示す模式図である。

［１．第１の実施の形態］
［１−１．全体構成］
図１は、第１の実施の形態に係る電流センサの構成例を示す概略図である。第１の実施の形態に係る電流センサは、配線５００の近傍に配置され、この配線５００に流れる測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００を有する。第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００は、それぞれ磁化自由層として動作する第１磁性層１０１，２０１及び磁化固定層１０２，２０２を有する。また、第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００は、印加された誘導磁界の大きさと抵抗値との関係が互いに異なる。更に言えば、本実施の形態に係る第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００は、所定の誘導磁界の増加量に応じた抵抗値の増加量又は減少量が異なる。このような形態の電流センサを用いることによって、広いレンジの電流値に対して高精度な測定を低消費電力で実現することができる。

以下、所定の誘導磁界の増加量に応じた抵抗値の増加量又は減少量を磁場感度と呼ぶ。磁場感度は、磁気抵抗素子の抵抗値の変化量をｄＲ、磁気抵抗素子の通常の抵抗値をＲ、磁気抵抗素子の飽和磁場をＨｓとすると、（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓで表すことが可能である。尚、飽和磁場は、誘導磁場の変化に対し、抵抗値が変化しなくなった時の磁場の大きさである。

尚、図１に示した電流センサでは、異なる磁気−抵抗特性を有する２つの磁気抵抗素子１００及び２００を例示したが、異なる３つ以上の磁気−抵抗特性を有する複数の磁気抵抗素子を用いてもよい。異なる磁気−抵抗特性を有する磁気抵抗素子の数は、測定対象の電流レンジおよび求められる測定分解能に応じて適切に調整することができる。

［１−２．動作原理］
図２は、本実施の形態に係る電流センサに用いられる磁気抵抗素子の概略構成を例示する模式的斜視図である。例えば第１の磁気抵抗素子１００は、第１磁性層１０１と、第２磁性層１０２と、第１磁性層と第２磁性層との間に設けられた中間層１０３と、図示しない電極層とを含む。尚、第２の磁気抵抗素子２００は、第１の磁気抵抗素子１００とほぼ同様に構成されている。

中間層１０３は、例えば、非磁性層である。第１磁性層１０１は、例えば、磁化が自由に変化する磁化自由層である。第２磁性層１０２は、例えば、磁化の固定された磁化固定層である。

第１の磁気抵抗素子１００は、中間層１０３が導電材料で形成されている場合はＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子であり、中間層１０３が絶縁材料で形成されている場合はＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）素子である。第１の磁気抵抗素子１００がＧＭＲ素子である場合には、電流が膜面垂直方向に通電されるＣＰＰ−ＧＭＲ素子である場合や、電流が膜面内方向に通電されるＣＩＰ−ＧＭＲ素子である場合がある。第１の磁気抵抗素子１００がＴＭＲ素子である場合には、電流が膜面垂直方向に通電される。また、第１の磁気抵抗素子１００は、ＡＭＲ素子であっても良い。

図３は、本実施の形態で用いる磁気抵抗素子が磁場を検知する機能について説明する模式図である。以降、第１磁性層１０１が磁化自由層、第２磁性層１０２が磁化固定層の場合を例にとり、説明する。

磁気抵抗素子が磁場を検知する機能は「ＭＲ効果」に基づく。「ＭＲ効果」は、第１磁性層１０１と中間層１０３と第２磁性層１０２との積層膜において発現する。「ＭＲ効果」とは、磁性体を有する積層膜において、外部磁界が印加されたときに、磁性体の磁化の変化によって積層膜の電気抵抗の値が変化する現象である。

図３（ｂ）に示すように第１の磁気抵抗素子１００に誘導磁界が加わっていない初期状態では、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向が所定の角度を有する。第２磁性層１０２の磁化方向は、後述するように積層方向に隣接する反強磁性層などで固定されており、第１磁性層１０１の磁化方向は、第１の線形応答磁性体１６０等や磁界中アニールの方向によって所定の向きに設定される。

図３（ａ），（ｃ）に示すように、第１の磁気抵抗素子１００に誘導磁界が加わることで、第１磁性層１０１の磁化方向が変化する。その結果、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向の相対角度が変化する。

第１の磁気抵抗素子１００に電流を流すと、磁化方向の相対角度の変化が抵抗変化として表れる。低抵抗状態の抵抗をＲとし、ＭＲ効果によって変化する電気抵抗の変化量をΔＲとしたときに、ΔＲ/Ｒを「ＭＲ変化率」という。第１磁性層１０１と中間層１０３と第２磁性層１０２の材料の組み合わせによって正の磁気抵抗効果が生ずる場合、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向の相対角度の減少に伴って電気抵抗が減少する。一方、第１磁性層１０１と中間層１０３と第２磁性層１０２の材料の組み合わせによって負の磁気抵抗効果が生ずる場合、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向の相対角度の減少に伴って電気抵抗が増大する。

図３（ｄ）に示す例では、正の磁気抵抗効果を例にとっている。ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子などの磁気抵抗素子では、「ＭＲ変化率」が非常に大きいため、ホール素子などに比べて、磁界に対する感度が高い。また、磁気抵抗素子では、図３（ｄ）に例示するとおり、磁化自由層と磁化固定層が平行の場合が抵抗の最小値、反平行である場合が抵抗の最大値とした、磁場に対する電気抵抗変化のダイナミックレンジが存在する。図３（ｄ）に示したとおり、磁気抵抗素子のダイナミックレンジは２Ｈｓで定義される。

［１−３．磁気抵抗素子の構成例］
以下、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の構成例について説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、本実施の形態に係る電流センサに用いられる磁気抵抗素子を例示する模式的斜視図である。尚、以下において、「材料Ａ／材料Ｂ」の記載は、材料Ａの層の上に、材料Ｂの層が設けられている状態を示す。尚、以下の説明においては第１の磁気抵抗素子１００を例として説明するが、第２の磁気抵抗素子２００も同様に構成することが可能であり、更に磁気抵抗素子を設ける場合にも、同様に構成することが可能である。

図４（ａ）は、所定の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ａを例示する模式的斜視図である。図４（ａ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ａは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、ピニング層１０５と、第２磁化固定層１０６と、磁気結合層１０７と、第２磁性層１０２と、中間層１０３と、第１磁性層１０１と、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。

この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は第１磁化固定層として機能する。図４（ａ）の第１の磁気抵抗素子１００Ａは、ボトムスピンバルブ型と呼ばれる。

下地層１０４には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層１０５には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第２磁化固定層１０６には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ_７５Ｆｅ_２５層が用いられる。磁気結合層１０７には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第１磁化固定層１０２には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。中間層１０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第１磁性層１０１には、例えば、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０／Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０が用いられる。２ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０と８ｎｍの厚さのＮｉ_８０Ｆｅ_２０の積層体が用いられる。キャップ層１０８には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。

下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）の少なくともいずれかが用いられる。下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２として、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、第１の磁気抵抗素子１００Ａに効率的に電流を流すことができる。

下部電極Ｅ１は、下部電極Ｅ１用の下地層（図示せず）と、キャップ層（図示せず）と、の間に、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、及び、Ａｕの少なくともいずれかの層が設けられた構造を有しても良い。例えば、下部電極Ｅ１には、タンタル（Ｔａ）／銅（Ｃｕ）／タンタル（Ｔａ）などが用いられる。下部電極Ｅ１用の下地層としてＴａを用いることで、例えば、下部電極Ｅ１を構成する層間の密着性を向上させることができる。下部電極Ｅ１用の下地層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。下部電極Ｅ１用のキャップ層としてＴａを用いることで、そのキャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化を防ぐことができる。下部電極Ｅ１用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。

下地層１０４には、バッファ層（図示せず）とシード層（図示せず）との積層構造を用いることができる。このバッファ層は、例えば、下部電極Ｅ１の表面の荒れを緩和し、バッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層として、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。

バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層が薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層が厚すぎると、第１の磁気抵抗素子１００Ａが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、そのシード層がバッファ効果を有することができる。バッファ層は省略しても良い。バッファ層には、例えば、３ｎｍの厚さのＴａ層が用いられる。

図示しないシード層は、シード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。シード層は、シード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。シード層として、ｆｃｃ構造（Face-Centered Cubic Structure：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（Hexagonal Close-Packed Structure：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（Body-Centered Cubic Structure：体心立方格子構造）の金属等が用いられる。

シード層として、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）、または、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ、または、ｆｃｃ構造のＣｕを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。シード層には、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。シード層の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合（例えば、アモルファスの磁化自由層を形成する場合など）には、シード層は省略しても良い。シード層としては、例えば、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。

ピニング層１０５は、ピニング層１０５の上に形成される強磁性層に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固定する。図４（ａ）に示した例では、ピニング層１０５の上に形成される第２磁化固定層１０６の強磁性層に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固定する。ピニング層１０５には、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層１０５には、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１０５の厚さが適切に設定する。

ピニング層１０５に接する強磁性層の磁化の固定を行うためには、磁場印加中での熱処理が行われる。熱処理時に印加されている磁場の方向にピニング層１０５に接する強磁性層の磁化が固定される。アニール温度は、例えば、ピニング層１０５に用いられる反強磁性材料の磁化固着温度よりも高い温度とする。また、Ｍｎを含む反強磁性層を用いる場合、ピニング層１０５以外の層にＭｎが拡散してＭＲ変化率を低減する場合がある。よってＭｎの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。例えば２００度（℃）以上、５００度（℃）以下とすることができる。好ましくは、２６０度（℃）以上、４００度（℃）以下とすることができる。

ピニング層１０５としてＰｔ−ＭｎまたはＰｄ−Ｐｔ−Ｍｎが用いられる場合には、ピニング層１０５の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ピニング層１０５の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層１０５としてＩｒＭｎを用いる場合には、ピニング層１０５としてＰｔＭｎを用いる場合よりも薄いピニング層１０５で、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層１０５の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。ピニング層１０５の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層１０５には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ_２２Ｍｎ_７８層が用いられる。Ｉｒ_２２Ｍｎ_７８層を用いる場合、磁界中熱処理条件として、１０ｋＯｅの磁場を印加しつつ３２０℃において一時間の熱処理を行うことができる。Ｐｔ_５０Ｍｎ_５０層を用いる場合、磁界中熱処理条件として、１０ｋＯｅの磁場を印加しつつ３２０―℃で１０時間の熱処理を行うことができる。

第２磁化固定層１０６には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの材料に添加元素を加えた材料とすることもできる。

第２磁化固定層１０６には、例えば、Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、Ｎｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第２磁化固定層１０６として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。第２磁化固定層１０６として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。

第２磁化固定層１０６の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層１０５による一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層１０６の上に形成される磁気結合層１０７を介して、第２磁化固定層１０６と第１磁化固定層１０２との間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。第２磁化固定層１０６の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第１磁化固定層１０２の磁気膜厚と実質的に等しいことが好ましい。

薄膜でのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）である。例えば、第１磁化固定層１０２として、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層を用いる場合には、第１磁化固定層１０２の磁気膜厚は、１．９Ｔ×３ｎｍであり、５．７Ｔｎｍとなる。一方、Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５の飽和磁化は、約２．１Ｔである。上記と等しい磁気膜厚が得られる第２磁化固定層１０６の厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第２磁化固定層１０６には、約２．７ｎｍの厚さのＣｏ_７５Ｆｅ_２５を用いることが好ましい。第２磁化固定層１０６として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ_７５Ｆｅ_２５層が用いられる。

図４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａにおいては、第２磁化固定層１０６と磁気結合層１０７と第１磁化固定層１０２とのシンセティックピン構造が用いられている。その代わりに、１層の磁化固定層からなるシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化固定層として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。シングルピン構造の磁化固定層に用いる強磁性層として、後述する第１磁化固定層１０２と同じ材料を用いても良い。

磁気結合層１０７は、第２磁化固定層１０６と第１磁化固定層１０２との間に反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層１０７は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層１０７として、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層１０７の厚さは、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第２磁化固定層１０６と第１磁化固定層１０２との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層１０７としてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層１０７の厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、磁気結合層１０７の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層１０７として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。

第１磁化固定層には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの材料に添加元素を加えた材料とすることもできる。

第１磁化固定層１０２に用いられる磁性層は、ＭＲ効果に直接的に寄与する。第１磁化固定層１０２として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。具体的には、第１磁化固定層１０２として、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第１磁化固定層１０２として、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、磁気抵抗素子のサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑えることができる。第１磁化固定層１０２として、アモルファス合金を用いた場合には、第１磁化固定層１０２の上に形成される層（例えばトンネル絶縁層）を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてＭｇＯを用いる場合には、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性をより高くすることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金は、アニール時にＭｇＯ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、ＭｇＯと（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。第１磁化固定層１０２として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いても良い。

第１磁化固定層１０２がより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。より大きな固定磁界を得るためには、第１磁化固定層１０２は薄いほうが好ましい。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第１磁化固定層１０２の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１磁化固定層１０２としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化固定層１０２の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化固定層１０２の厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。

第１磁化固定層１０２（第２磁性層２０）には、上述した材料の他に、ｆｃｃ構造のＣｏ_９０Ｆｅ_１０合金、または、ｈｃｐ構造のＣｏ、または、ｈｃｐ構造のＣｏ合金が用いられる。第１磁化固定層１０２として、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。第１磁化固定層１０２として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金が用いられる。第１磁化固定層１０２として、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０ａｔ．％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、または、５０ａｔ．％以上のＮｉ組成の材料を用いることで、例えば、より大きなＭＲ変化率が得られる。第１磁化固定層１０２として、Ｃｏ_２ＭｎＧｅ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｏ_２ＭｎＡｌ、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＧａ_０．５Ｇｅ_０．５、及び、Ｃｏ_２ＦｅＧａ_０．５Ｇｅ_０．５などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第１磁化固定層１０２として、３ｎｍの厚さのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層が用いられる。

中間層１０３は、第１磁化固定層１０２と第１磁性層１０１との磁気的な結合を分断する。中間層１０３には、金属または絶縁体または半導体が用いられる。中間層１０３として金属を用いる場合、例えば、Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇ等が用いられる。この場合、中間層１０３の厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下程度である。中間層１０３として絶縁体または半導体を用いる場合、例えば、マグネシウム酸化物（Ｍｇ−Ｏ等）、アルミ酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３等）、チタン酸化物（Ｔｉ−Ｏ等）、亜鉛酸化物（Ｚｎ−Ｏ等）、または、酸化ガリウム（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。この場合、中間層１０３の厚さは、例えば０．６ｎｍ以上５ｎｍ以下程度である。

第１磁性層１０１の材料は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの材料に添加元素を加えた材料とすることもできる。第１磁性層は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層である。また、これらの金属、合金に、添加元素や極薄層として、Ｂ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｈｆなどを添加することもできる。また、結晶磁性層だけではなく、アモルファス磁性層を用いることも可能である。

また、酸化物や窒化物の磁性層を用いることも可能である。例えば、界面にＣｏＦｅを形成してＮｉＦｅを用いたＣｏ_９０Ｆｅ_１０［１ｎｍ］／Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０［３．５ｎｍ］という二層構成を用いることができる。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０［４ｎｍ］単層を用いることができる。また、第１磁性層１０１として、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成を採用しても構わない。

第１磁性層１０１には、ＣｏＦｅ合金のなかでも、軟磁気特性が安定であることから、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０が好ましい。Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０近傍のＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下とすることが好ましい。その他、Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}（ｘ＝７０ａｔ．％〜９０ａｔ．％）も用いることができる。

また、中間層にＭｇＯを用いたＴＭＲ素子では、第１磁性層の材料として、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金（ｘ＝０ａｔ．％〜１００ａｔ．％、ｙ＝０ａｔ．％〜３０ａｔ．％）を用いることが好ましい。（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_１００−_ｙＢ_ｙ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_１００−_ｙＢ_ｙ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。このような良好な結晶整合は高いＭＲ変化率を得る観点で重要である。一方で、第１磁性層にＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合、軟磁気特性を良好にする観点で、Ｎｉ−Ｆｅ合金との積層体とすることが好ましい。例えば、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０［２ｎｍ］／Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０［８ｎｍ］などを用いることができる。ここで、高いＭＲ変化率を得る観点で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層は中間層側に配置するのが好ましい。また、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層とＮｉ_８０Ｆｅ_２０層の間の結晶整合を切ると、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０層がＭｇＯ中間層をテンプレートとして良好な配向が得られるため、ＴａやＴｉなどの非磁性金属を間に挿入しても良い。また、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層とＮｉ―Ｆｅ―Ｂ層の積層体としても良い。

キャップ層１０８は、キャップ層１０８の下に設けられる層を保護する。キャップ層１０８には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層１０８には、例えば、非磁性金属を用いることができる。キャップ層１０８には、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層１０８として、Ｔａ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層１０８の構成は、任意である。キャップ層１０８には、例えば、非磁性材料を用いることができる。キャップ層１０８の下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層１０８として、他の材料を用いても良い。

図４（ｂ）は、他の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ｂを例示する模式的斜視図である。図４（ｂ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｂは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、第１磁性層１０１と、中間層１０３と、第２磁性層１０２と、磁気結合層１０７と、第２磁化固定層１０６と、ピニング層１０５と、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。

この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は第１磁化固定層として機能する。図４（ｂ）の第１の磁気抵抗素子１００Ｂは、トップスピンバルブ型と呼ばれる。第１の磁気抵抗素子１００Ｂに含まれる層のそれぞれには、例えば、図４（ａ）に示す磁気抵抗素子に関して説明した材料を用いることができる。

図４（ｃ）は、他の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ｃを例示する模式的斜視図である。図４（ｃ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｃは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、下部ピニング層１０５ａと、下部第２磁化固定層１０６ａと、下部磁気結合層１０７ａと、下部第２磁性層１０２ａと、下部中間層１０３ａと、第１磁性層１０１と、上部中間層１０３ｂと、上部第２磁性層１０２ｂと、上部磁気結合層１０７ｂと、上部第２磁化固定層１０６ｂと、上部ピニング層１０５ｂと、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。

この例では、第１磁性層１０１が磁化自由層として機能し、下部第２磁性層１０２ａが下部第１磁化固定層１０２ａとして機能し、上部第２磁性層１０２ｂが上部第１磁化固定層として機能する。既に説明した図４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａ及び図４（ｂ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｂにおいては、磁化自由層である第１磁性層１０１の一方の面側に磁化固定層である第２磁性層１０２が配置されている。一方、図４（ｃ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｃにおいては、２つの磁化固定層の間に磁化自由層が配置されている。図４（ｃ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｃは、デュアルスピンバルブ型と呼ばれる。図４（ｃ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｃに含まれる層のそれぞれには、例えば、図４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａに関して説明した材料を用いることができる。

図４（ｄ）は、他の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ｄを例示する模式的斜視図である。図４（ｄ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｄは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、ピニング層１０５と、第２磁性層１０２と、中間層１０３と、第１磁性層１０１と、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。

この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は磁化固定層として機能する。既に説明した図４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａ及び図４（ｂ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｂにおいては、第２磁化固定層１０６と、磁気結合層１０７と、第１磁化固定層として機能する第２磁性層１０２とを用いた構造が適用されている。一方、図４（ｄ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｄにおいては、単一の磁化固定層２４を用いたシングルピン構造が適用されている。図４（ｄ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｄに含まれる層のそれぞれには、例えば、図４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａに関して説明した材料を用いることができる。

図５は、他の構成に係る第１の磁気抵抗素子１００Ｅを例示する模式的斜視図である。図５に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｅにおいては、絶縁層１０９が設けられる。すなわち、下部電極Ｅ１と上部電極Ｅ２との間に、互いに離間する２つの絶縁層（絶縁部分）１０９が設けられ、それらの間に、下地層１０４と、ピニング層１０５と、第２磁化固定層１０６と、磁気結合層１０７と、第２磁性層１０２と、中間層１０３と、磁化自由層１０１と、キャップ層１０８からなる積層体が設けられる。

この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は第１磁化固定層として機能する。第１の磁気抵抗素子１００Ｅに含まれる層のそれぞれには、例えば、図４（ａ）に示す磁気抵抗素子に関して説明した材料を用いることができる。また、絶縁層１０９には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ_２）などを用いることができる。絶縁層１０９により、上記積層体の周囲におけるリーク電流を抑制することができる。上記の絶縁層１０９は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すいずれの磁気抵抗素子にも適用できる。

［１−４．磁気抵抗素子の他の構成例］
図６（ａ）は、他の構成に係る第１の磁気抵抗素子１００Ｆを示す模式的斜視図である。図６（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｆはグラニュラー型の磁気抵抗素子と呼ばれ、母層（マトリックス）中に磁性体の微粒子が３次元的に分散した構造と、この構造の側部に設けられる一対の電極Ｅとを有する。母層が導電体の場合にはグラニュラー型ＧＭＲ素子と呼ばれ、絶縁体の場合にはグラニュラー型ＴＭＲ素子と呼ばれる。

図６（ｃ）に示すとおり、外部磁界なしの状態では、３次元的に分散した磁性粒子の磁化の向きは３次元的にランダムとなっており、図６（ｂ）、（ｄ）に示すとおり、外部磁界が加わると一方向に揃う。図６（ｅ）に示したとおり、分散した磁性粒子の相対角度に応じて電気抵抗が変化する。このＭＲ現象は、前述した積層型のＧＭＲ素子やＴＭＲ素子と同じ原理に基づく。第１の磁気抵抗素子１００Ｆは、積層型に比べて作製が容易であるなどの利点を持つ。

第１の磁気抵抗素子１００Ｆに用いられる磁性粒子は、前述した積層型の磁気抵抗素子における磁化自由層に対応する。磁性粒子に用いられる材料として、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの金属、合金に、添加元素として、Ｂ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｈｆなどを添加することもできる。例えば、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０からなる磁性粒子を用いることができる。

第１の磁気抵抗素子１００Ｆのマトリックスとしては、グラニュラー型ＴＭＲ素子の場合には、絶縁材料や半導体材料として、マグネシウム酸化物（Ｍｇ−Ｏ等）、アルミ酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３等）、チタン酸化物（Ｔｉ−Ｏ等）、亜鉛酸化物（Ｚｎ−Ｏ等）、または、酸化ガリウム（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。一方、グラニュラー型ＧＭＲ素子の場合には、導電体材料として、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕなどの金属を用いることができる。

尚、第１の磁気抵抗素子１００Ｆは、電極Ｅを側壁に設け、膜面内方向に通電するＣＩＰ素子として形成されているが、下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２を介して膜面垂直方向に通電を行うＣＰＰ素子とすることもできる。

［１−５．磁気抵抗素子の磁場感度の調整］
次に、磁気抵抗素子の磁場感度の調整について説明する。磁気抵抗素子の磁場感度を調整するためには、線形応答磁性体を用いる方法、磁束ガイドを用いる方法、磁気抵抗素子の配置による方法及びその他の方法を適用することが可能である。線形応答磁性体は、被測定電流による誘導磁界の方向と略垂直な方向から磁気抵抗素子に磁場を印加する。本実施の形態に係る電流センサは、この線形応答磁性体を用いて磁場感度の調整を行っている。

［１−６．横置き線形応答磁性体］
線形応答磁性体を用いて磁気抵抗素子の磁場感度を調整する方法について説明する。図７は、第１の磁気抵抗素子１００と、第１の線形応答磁性体１６０Ａの模式図である。第１の線形応答磁性体１６０Ａは、線形応答磁性体の一態様である。

第１の線形応答磁性体１６０Ａは、第１の磁気抵抗素子１００中の第１磁性層１０１、第２磁性層１０２及び中間層１０３に隣接して配置され、第１磁性層１０１、第２磁性層１０２及び中間層１０３に磁界を加える。また、第１の線形応答磁性体１６０Ａは、下部電極Ｅ１と上部電極Ｅ２との間に設けられる。更に、例えば第１の線形応答磁性体１６０Ａと第１の磁気抵抗素子１００との間には、絶縁層１０９が配置される。この例では、第１の線形応答磁性体１６０Ａと下部電極Ｅ１との間に、絶縁層１０９が延在している。

図７では１つの第１の磁気抵抗素子１００を挟むように一対の第１の線形応答磁性体１６０Ａが設けられる。しかし、１つの第１の磁気抵抗素子１００に対して１つの第１の線形応答磁性体１６０Ａを設けてもよい。以降で説明する具体例においても１対の第１の線形応答磁性体１６０Ａが設けられているが、片側のみとしてもよい。

第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁界により、外部磁界が印加されていない状態における第１の磁性層１０１の磁化方向を所望の方向に設定できる。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化方向を第２の磁性層１０２の磁化方向と直交方向に設定することで、図３（ｂ）に示すように、第１の磁性層１０１の磁化方向を第２の磁性層１０２の磁化方向と直交させることができる。第１の磁性層１０１の磁化方向と第２の磁性層１０２の磁化方向とを交差（直交）させることで、図３（ｄ）に示すように正負の磁界に線形的に感応させることができる。

第１の線形応答磁性体１６０Ａには、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料（硬質強磁性材料）が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（Ｃｏ_ｘＰｔ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｃｒ_ｙ（ｘは５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などが用いられてもよい。このような材料を用いる場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の方向は、線形応答磁性体１６０Ａの保磁力よりも大きい外部磁界を加えることで、外部磁界を加えた方向に設定（固定）することができる。第１の線形応答磁性体１６０Ａの厚さ（例えば、下部電極Ｅ１から上部電極Ｅ２に向かう方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。

図７に示すように、第１の線形応答磁性体１６０Ａと下部電極Ｅ１との間に絶縁層１０９を配置する場合、絶縁層１０９の材料として、ＳｉＯ_ｘやＡｌＯ_ｘを用いることができる。さらに、絶縁層１０９と第１の線形応答磁性体１６０Ａの間に、図示しない磁性体下地層を設けてもよい。線形応答磁性体１６０ＡにＣｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高い硬質強磁性材料を用いる場合には、磁性体下地層の材料として、ＣｒやＦｅ−Ｃｏなどを用いることができる。上記の第１の線形応答磁性体１６０Ａは、上記及び以下で説明する第１の磁気抵抗素子１００のいずれにも適用できる。

第１の線形応答磁性体１６０Ａは、図示しない線形応答磁性体用ピニング層に積層された構造を有していてもよい。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層の交換結合により、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の方向を設定（固定）できる。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａには、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金からなる強磁性材料を用いることができる。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａには、例えば、Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、Ｎｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いることができる。第１の線形応答磁性体１６０Ａとして、前述した第２磁性層１０２と同様の材料を用いることができる。また、線形応答磁性体用ピニング層には、前述した磁気抵抗素子のピニング層１０５と同様の材料を用いることができる。また、線形応答磁性体用ピニング層を設ける場合、磁気抵抗素子の下地層で説明した材料と同様の下地層を線形応答磁性体用ピニング層の下に設けても良い。また、線形応答磁性体用ピニング層は、第１の線形応答磁性体１６０Ａの下部に設けても良いし、上部に設けても良い。この場合の第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化方向は、磁気抵抗素子のピニング層で説明したとおり、磁界中熱処理により決定することができる。

上記の第１の線形応答磁性体１６０Ａは、上記第１の磁気抵抗素子１００及び以下で説明する第１の磁気抵抗素子１００のいずれにも適用できる。上述したような第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層の積層構造を用いた場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい誘導磁界が第１の線形応答磁性体１６０Ａに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の向きを容易に保持することが出来る。

ここで、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、線形応答磁性体等の構成によって調整することができる。図８（ａ）〜（ｃ）には、２つの磁気抵抗素子について異なる磁場感度を得るために、第１の線形応答磁性体１６０Ａ及び第２の線形応答磁性体２６０Ａの構成に差を設けた例を示す。尚、図８（ａ）〜（ｃ）においては、電流センサが２つの磁気抵抗素子を備える例について説明しているが、電流センサは、当然３つ以上の磁気抵抗素子を備えていても良い。また、図８では、図７に示すような、磁気抵抗素子の側方に隣接して第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａを設けた場合を例にとり説明しているが、磁気抵抗素子の斜め側方に第１又は第２の線形応答磁性体を設けた場合でも、同様に異なる磁場感度を得ることができる。尚、図８及び以下の図中において、２０１は第２の磁気抵抗素子２００の第１磁性層（磁化自由層）を、２０２は中間層を、２０３は第２磁性層（磁化固定層）を、それぞれ表している。

図８（ａ）に示すとおり、磁気抵抗素子と第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａとの間の距離を変えることで、磁場感度を変えることが可能である。図８（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００と一対の第１の線形応答磁性体１６０Ａとのそれぞれの間の距離の和Ｌ_１ａ＋Ｌ_１ｂは、第２の磁気抵抗素子２００と一対の第２の線形応答磁性体２６０Ａのそれぞれの距離の和Ｌ_２ａ＋Ｌ_２ｂよりも大きく設定されている。この場合、第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａから距離が大きいほど、第１又は第２の磁気抵抗素子１００，２００に加わる磁界は小さくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第２の磁気抵抗素子２００と比較して高く設定される。

図８（ｂ）に示すとおり、第１の線形応答磁性体１６０Ａの基板平面における面積と、第２の線形応答磁性体２６０Ａの基板平面における面積を変えることで、磁場感度を変えることが可能である。図８（ｂ）に示す一対の第１の線形応答磁性体１６０Ａのそれぞれの面積の和Ｓ_１ａ＋Ｓ_１ｂは、一対の第２の線形応答磁性体２６０Ａのそれぞれの面積の和Ｓ_２ａ＋Ｓ_２ｂよりも小さく設定されている。この場合、第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａの面積が大きいほど、第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａの磁気体積が大きくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第２の磁気抵抗素子２００と比較して高く設定される。

図８（ｃ）に示すとおり、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａの膜厚を変えることで、磁場感度を変えることが可能である。図８（ｃ）に示す一対の第１の線形応答磁性体１６０Ａのそれぞれの膜厚の和ｔ_１ａ＋ｔ_１ｂは、一対の第２の線形応答磁性体２６０Ａのそれぞれの膜厚の和ｔ_２ａ＋ｔ_２ｂよりも小さく設定されている。この場合、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａの膜厚が厚いほど、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａの磁気体積が大きくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第２の磁気抵抗素子２００と比較して高く設定される。

上述した図８（ｂ）、図８（ｃ）では、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａの面積または膜厚を変えることで磁気体積を変えた場合について説明したが、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ａ，２６０Ａに用いられる磁性材料の種類を変えることでも磁気体積を変えることができる。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ａと第２の線形応答磁性体２６０Ａのそれぞれに飽和磁化の異なる磁性材料を用いることで、磁気体積を変え、第１および第２の磁気抵抗素子１００，２００の磁場感度を変えることも出来る。

図９（ａ）及び（ｂ）には、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｄ又は１６０Ｅから磁界を印加する場合について説明するための模式図である。第１の線形応答磁性体１６０Ｄ又は１６０Ｅは、第１の線形応答磁性体１６０の他の態様である。このような構成によっても、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能である。尚、図９においては、電流センサが第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００に加え、第３の磁気抵抗素子３００を備えた例について説明する。但し、磁気抵抗素子の数は２つでも良いし、４つ以上でも良い。

図９（ａ）に示すとおり、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｄを用いても、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能である。図９（ａ）では、第１の線形応答磁性体１６０Ｄの磁化方向（Ｙ方向）における幅がそれぞれの磁気抵抗素子に対して同等となっているが、複数の磁気抵抗素子のそれぞれと一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｄの間の距離が異なる。このような形状の第１の線形応答磁性体１６０Ｄを用いることによって、それぞれの磁気抵抗素子に最も近接した位置の第１の線形応答磁性体１６０Ｄとそれぞれの磁気抵抗素子の間の実効的な距離が異なるため、図８（ａ）で説明したとおり、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能となる。

図９（ｂ）に示すとおり、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｅを用いても、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能である。図９（ｂ）では、第１の線形応答磁性体１６０Ｅの磁化方向（Ｙ方向）における幅がそれぞれの磁気抵抗素子に対して異なっており、かつ、複数の磁気抵抗素子のそれぞれと一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｅの間の距離が異なる。このような形状の第１の線形応答磁性体１６０Ｅを用いた場合、それぞれの磁気抵抗素子に最も近接した位置の第１の線形応答磁性体１６０Ｅとそれぞれの磁気抵抗素子の間の実効的な距離および面積が異なるため、図８（ａ）、（ｂ）で説明したとおり、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能となる。

ここまで説明した線形応答磁性体１６０Ａ〜Ｅのいずれにおいても、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高い硬質強磁性材料を用いることができ、また、線形応答磁性体と線形応答磁性体用ピニング層とを積層した構造を用いてもよい。図１０には、図８（ａ）のバリエーションとして、それぞれ第１の線形応答磁性体１６０Ａ及び第２の線形応答磁性体２６０Ａの下面に接する線形応答磁性体用ピニング層１６９及び２６９を配置した例を示す。ピニング層１６９及び２６９は、線形応答磁性体用ピニング層の一例である。尚、図１０においては図８（ａ）の変形例を示しているが、このような線形応答磁性体と線形応答磁性体用のピニング層を用いたバリエーションは、図７〜図９のいずれの例にも適用できる。また、線形応答磁性体用ピニング層は、線形応答磁性体の下部に設けても良いし、上部に設けても良い。

図１１は、第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層１６９の積層の構成例を示す模式図である。第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層１６９の積層構造を用いる場合、図１１（ａ）に示す構造だけでなく、図１１（ｂ）に示すように、線形応答磁性体用ピニング層１６９／線形応答磁性体１６０Ａ／線形応答磁性体用磁気結合層１６９／線形応答磁性体１６０Ａのような積層構造としてもよい。また、図１１（ｃ）に示すように、線形応答磁性体用磁気結合層１６８を介して線形応答磁性体１６０Ａを３層以上積層してもよい。このような積層構造の場合、線形応答磁性体用磁気結合層１６９を介した２つの線形応答磁性体１６０Ａは互いに反平行の磁化方向となる。この場合、第１の磁気抵抗素子１００の第１磁性層１０１に最も距離の近い第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の向きに第１磁性層１０１の磁化が向く。また、このような構造を用いる場合、第１の磁気抵抗素子１００の第１磁性層１０１に最も距離の近い線形応答磁性体１６０Ａの厚みを、積層構造に含まれるほかの線形応答磁性体１６０Ａの厚みよりも厚くすることが好ましい。

第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層１６９の積層構造を用いた場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい誘導磁界が第１の線形応答磁性体１６０Ａに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の向きを容易に保持することが出来る。

［１−７．縦置き線形応答磁性体］
次に、線形応答磁性体を磁気抵抗素子に積層して配置する場合の磁気抵抗素子と線形応答磁性体との関係について説明する。以下の説明においては、第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０を例として説明するが第２の磁気抵抗素子２００や第２の線形応答磁性体２６０等も同様に構成することが可能である。

図１２には、第１の磁気抵抗素子１００と、線形応答磁性体として機能する第１の線形応答磁性体１６０Ｆの模式図を示す。第１の線形応答磁性体１６０Ｆは、第１の線形応答磁性体１６０の他の態様である。尚、図１２においては、上部電極Ｅ２を省略している。

本実施の形態においては、第１の線形応答磁性体１６０Ｆが第１の磁気抵抗素子１００の積層方向に設けられる。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ｆは、図１２に示すように、第１の磁気抵抗素子１００中のキャップ層１０８の上に設けられる。但し、第１の線形応答磁性体１６０Ｆは、例えば下地層１０４よりも下方に設けてもよい。但し、磁化自由層として機能する第１磁性層１０１が磁化固定層として機能する第２磁性層１０２よりも上に位置する場合には、第１磁性層１０１よりも上に第１の線形応答磁性体１６０Ｆを設けたほうが好ましく、第１磁性層１０１が第２磁性層１０２よりも下に位置する場合には、第２磁性層１０２よりも下に第１の線形応答磁性体１６０Ｆを設けたほうが好ましい。

また、図１２に示すとおり、第１の線形応答磁性体とキャップ層１０８の間に第１の線形応答磁性体１６０Ｆ用の下地層１６１を設けてもよい。図１２において、第１の線形応答磁性体１６０上に図示しない上部電極を設けることで、上部電極と下部電極Ｅ１の間に通電した電流が第１の線形応答磁性体１６０Ｆと磁気抵抗素子に流れる。また、上部電極は、第１の線形応答磁性体１６０Ｆとキャップ層１０８の間に設けても良い。

第１の線形応答磁性体１６０Ｆを用いることにより、上述した第１の線形応答磁性体１６０Ａを用いた場合と同様の効果を得ることが可能である。ここで、第１の線形応答磁性体１６０Ｆは第１の磁性層１０１等の積層方向に設けられる為、第１の線形応答磁性体１６０Ｆから第１の磁性層１０１への漏洩磁界は第１の線形応答磁性体１６０Ｆの磁化方向と逆向きとなる。尚、このような第１の線形応答磁性体１６０Ｆを前述した線形応答磁性体と組み合わせて使用してもよい。

第１の線形応答磁性体１６０Ｆや線形応答磁性体用下地層１５１に用いる材料は、図７の説明で述べた材料と同様のものを使うことができる。図１２のような積層方向に配置した第１の線形応答磁性体では、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの端部から漏洩磁界が発生する。従って、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの面積を第１の磁気抵抗素子１００の面積と比べて大きくしすぎると、第１の線形応答磁性体１６０Ｆからの磁界が第１の磁気抵抗素子１００に十分加わらない。従って、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの面積は、適切に設定する必要がある。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの面積は第１磁性層１００の面積と同等以上、２５倍以下程度が好ましい。また、第１の線形応答磁性体１６０Ｆにおいても、前述した線形応答磁性体と線形応答磁性体用ピニング層の積層構造を用いてもよい。この場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい誘導磁界が第１の線形応答磁性体１６０Ｆに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの磁化の向きを容易に保持することが出来る。

ここで、磁気抵抗素子の感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第１の線形応答磁性体１６０Ｆ等の構成によって調整することができる。図１３（ａ）及び（ｂ）には、２つの磁気抵抗素子について異なる磁場感度を得るために、第１の線形応答磁性体１６０Ｆ及び第２の磁性体２６０Ｆの構成に差を設けた例を示す。尚、図１３（ａ）及び（ｂ）では、２つの磁気抵抗素子について例にとっているが、３つ以上の磁気抵抗素子としてもよい。

図１３（ａ）に示すとおり、磁気抵抗素子と第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆとの間の距離を変えることで、磁界を変えることが可能である。図１３（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０Ｆの間の距離Ｌ_１は、第２の磁気抵抗素子２００と第２の線形応答磁性体２６０Ｆの間の距離Ｌ_２よりも大きく設定されている。この場合、第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆから距離が大きいほど、第１又は第２の磁気抵抗素子１００，２００に加わる磁界は小さくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第２の磁気抵抗素子２００と比較して高く設定される。

図１３（ｂ）に示すとおり、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆの膜厚を変えることで、磁界を変えることが可能である。図１３（ｂ）に示す第１の線形応答磁性体１６０Ｆの膜厚ｔ_１は、第２の線形応答磁性体２６０Ｆの膜厚ｔ_２よりも小さく設定されている。この場合、第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆの膜厚が厚いほど、第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆの磁気体積が大きくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第２の磁気抵抗素子２００と比較して高く設定される。

図１３（ｂ）では、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆの膜厚を変えることで磁気体積を変えた場合について説明したが、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆに用いられる磁性材料の種類を変えることでも磁気体積を変えることができる。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ｆと第２の線形応答磁性体２６０Ｆのそれぞれに飽和磁化の異なる磁性材料を用いることで、磁気体積を変え、第１および第２の磁気抵抗素子１００，２００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）を変えることも出来る。

また、前述したように第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆの面積を変えることで、磁界を変えることが可能である。第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆを第１及び第２の磁気抵抗素子１００，２００に対して積層方向に配置する場合、第１及び第２の線形応答磁性体１６０Ｆ，２６０Ｆの端部と第１及び第２の磁気抵抗素子１００，２００の端部の距離が離れるほど、第１及び第２の磁気抵抗素子１００，２００に加わる磁界は小さくなり、第１及び第２の磁気抵抗素子１００，２００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高くなる。

また、図９（ａ）〜（ｃ）の、平面方向から第１の線形応答磁性体１６０を隣接させた場合と同じように、積層方向に配置した第１の線形応答磁性体１６０においても形状を変えた１つの第１の線形応答磁性体１６０で複数の磁気抵抗素子の感度を調整してもよい。

［１−８．インスタック型の線形応答磁性体］
次に、線形応答磁性体を磁気抵抗素子に包含する場合の磁気抵抗素子と線形応答磁性体との関係について説明する。以下の説明においては、第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０を例として説明するが第２の磁気抵抗素子２００や第２の線形応答磁性体２６０等も同様に構成することが可能である。

図１４には、本実施の形態に係る第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０Ｇの模式図を示す。第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、第１の線形応答磁性体１６０の一態様である。

図１４に示す態様においては、第１の磁気抵抗素子１００が第１の線形応答磁性体１６０Ｇを包含している。第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、積層構造からなるインスタックバイアス層として構成される。従って、第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、内部に含まれるバイアス磁性層の磁化と磁化自由層の間の交換結合磁界により、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度を調整することができる。例えば、第１の磁性層１６０Ｇの磁化方向を被測定電流から生ずる誘導磁界と略垂直に設定することで、上述した第１の線形応答磁性体１６０Ａを用いた場合と同様の効果を得ることが可能である。

図１４に表した態様において、第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、分離層１６２と、第１バイアス磁性層１６３と、バイアス磁気結合層１６４と、第２バイアス磁性層１６５と、バイアスピニング層１６６とを含む。

第１バイアス磁性層１６３および第２バイアス磁性層１６５は、例えば、磁性材料によって形成される。第２バイアス磁性層１６５の磁化は、バイアスピニング層１６６によって一方向に固定される。第１バイアス磁性層１６３の磁化は、バイアス磁気結合層１６４を介して隣り合う第２バイアス磁性層１６５の磁化とは反対に設定される。一方向に磁化が固定された第１バイアス磁性層１６３は、交換結合などの磁気的結合によって、第１磁性層１０１にバイアスを加える。このような、バイアス磁性層とバイアスピニング層の積層構造からなる線形応答磁性体１６０Ｇを用いた場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい誘導磁界が第１の線形応答磁性体１６０Ｇに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ｇの磁化の向きを容易に保持することが出来る。

分離層１６２は、例えば、非磁性材料などから形成され、第１バイアス磁性層１６３と第１磁性層１０１とを物理的に分離することで、第１バイアス磁性層１６３と第１磁性層１０１との間の磁気的結合の強度を調整する。なお、第１バイアス磁性層１６３の材料によっては、分離層１６２は必ずしも設けられなくともよい。図１４のように、複数のオフセット磁性層の磁化を反平行（１８０°）とすることで、バイアス磁性層から外部への漏洩磁界を抑え、磁化自由層への交換結合によるバイアス印加以外の磁気的干渉を抑えることができる。

第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、図１４で示すように、第１バイアス磁性層１６３／バイアス磁気結合層１６４／第２バイアス磁性層１６５を含んでいるが、分離層１６２とバイアスピニング層１６６の間に単層の第１バイアス磁性層１６３のみを設けることによって構成してもよい。また、第１バイアス磁性層／第１磁気結合層／第２バイアス磁性層／第２磁気結合層／第３バイアス磁性層のように、オフセット磁性層の層数を３層以上としてもよい。

分離層１６２には、例えば、５ｎｍのＣｕが用いられる。第１バイアス磁性層１６３には、例えば、３ｎｍのＦｅ_５０Ｃｏ_５０が用いられる。バイアス磁気結合層１６４には、例えば、０．９ｎｍのＲｕが用いられる。第２バイアス磁性層１６５には、例えば、３ｎｍのＦｅ_５０Ｃｏ_５０が用いられる。バイアスピニング層１６６には、例えば、７ｎｍのＩｒＭｎが用いられる。

第１バイアス磁性層１６３および第２バイアス磁性層１６５には、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかを用いることができる。第１バイアス磁性層１６３として、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いてもよい。例えば、第１バイアス磁性層１６３には、Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、Ｎｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第１バイアス磁性層１６３として、（Ｃｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｂ_ｙ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）が用いられてもよい。

分離層１６２には、例えば、非磁性材料が用いられる。分離層４３は、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｈｆの群から選択された少なくとも一つの元素を含む層を用いることができる。

バイアスピニング層１６６は、バイアスピニング層に接して形成される第２バイアス磁性層１６５に、一方向異方性（Unidirectional Anisotropy）を付与して第１オフセット磁性層１６３の磁化を固定する。バイアスピニング層１６６には、例えば、反強磁性層が用いられる。バイアスピニング層１６６には、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。十分な強さの一方向異方性を付与するために、バイアスピニング層１６６の厚さは適切に設定される。

バイアスピニング層１６６としてＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎが用いられる場合には、バイアスピニング層の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。バイアスピニング層１６６の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。バイアスピニング層１６６としてＩｒＭｎが用いられる場合には、バイアスピニング層１６６としてＰｔＭｎが用いられる場合よりも薄いバイアスピニング層１６６で、一方向異方性を第１バイアス磁性層１６３に付与することができる。この場合には、バイアスピニング層１６６の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。バイアスピニング層１６６の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。

バイアスピニング層１６６として、ハード磁性層（硬質強磁性材料）が用いられてもよい。例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料（硬質強磁性材料）が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（Ｃｏ_ｘＰｔ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｃｒ_ｙ（ｘは５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０％ａｔ．以下）などが用いられてもよい。

バイアス磁気結合層１６５は、第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５との間に反強磁性結合を生じさせる。バイアス磁気結合層１６５は、シンセティックピン構造を形成する。第１磁気結合層として、例えば、Ｒｕが用いられる。第１磁気結合層の厚さは、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、バイアス磁気結合層１６５としてＲｕ以外の材料を用いてもよい。バイアス磁気結合層１６４の厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、バイアス磁気結合層１６４の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定してもよい。第１磁気結合層として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。

第１バイアス磁性層１６３の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第２バイアス磁性層１６５の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、バイアスピニング層１６６による一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。第１バイアス磁性層１６３の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第２バイアス磁性層１６５の磁気膜厚と実質的に等しいことが好ましい。

第１の線形応答磁性体１６０Ｇから第１磁性層１０１に加わるバイアス磁界の方向は、第２磁性層１０２の磁化方向に対して、任意の方向とすることが可能である。

図１４（ｂ）は、第１の線形応答磁性体１６０Ｇにおける磁化方向の設定方法を説明するための模式図である。例えば、第２磁性層１０２の磁化方向に対して、第１の線形応答磁性体１６０Ｇから第１磁性層１０１に加わるバイアス磁界の方向を９０°（若しくは２７０℃）に設定することも可能である。このようなバイアス磁界の方向の設定は、２段階の磁界中アニール、並びに、ピニング層１０５に用いられる材料構成及びバイアスピニング層１６６に用いられる材料構成の選択によって可能となる。

ピニング層１０５またはバイアスピニング層１６６に用いられる反強磁性材料については、その組成によって磁化固着が生ずる温度が異なる。例えば、ＰｔＭｎなど規則合金系の材料については、ＩｒＭｎなどの不規則でも磁化固着を生ずる材料にくらべて、磁化固着が行われる温度が高い。例えば、ピニング層１０５にＰｔＭｎを用い、バイアスピニング層１６６にＩｒＭｎを用いることが可能である。

次に、図１４（ｂ）に示すような２段階の磁界中熱処理を行う。例えば、図１４（ｂ）の（１）に表すように、図１４（ｂ）の右方向に磁場を印加しつつ３２０℃において１０時間アニールを行う。これにより、ピニング層１０５に接した第２磁化固定層１０６の磁化方向は、右向きに固着される。また、バイアスピニング層１６６に接した第２バイアス磁性層１６５の磁化方向は、いったん右向きに固着される。

次に、例えば、図１３（ｂ）の（２）に表すように、図１５（ｂ）の左方向に磁場を印加しつつ２６０℃において１時間アニールを行う。これにより、ピニング層１０５に接した第２磁化固定層１０６の磁化方向は右向きのまま変化せず、バイアスピニング層１６６に接した第２バイアス磁性層１６５の磁化方向は、左向きに固着される。この磁化の向きは、図１３（ｂ）の右図に示すように、室温においても保持される。

このように、磁界中アニールの方法、並びに、ピニング層１０５の材料構成及びバイアスピニング層１６６の材料構成の選択によって、第１の磁性層１０１及び第２の磁性層１０２へのバイアス磁界の方向を任意に設定することが可能である。そのほか、ピニング層１０５とバイアスピニング層１６６の磁化固着の温度差は、それぞれの材料の選定のみでなく、それぞれの層の膜厚で設定することも可能である。例えば、ピニング層１０５にＩｒＭｎ７ｎｍを用い、バイアスピニング層１６６にＩｒＭｎ５ｎｍを用いた場合においても、図１４（ｂ）に示した磁界中２段階アニールを行うことで、図１４（ａ）に示したような磁化方向のアライメントを行うことが可能である。

ここで、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、インスタックバイアス層の構成によって調整することができる。例えば、第１の磁気抵抗素子１００及び第１の線形応答磁性体１６０Ｇを図１４に示すように構成し、更に第２の磁気抵抗素子２００及び第２の線形応答磁性体２６０をこれらと同様に構成する。但し、第２の線形応答磁性体２６０においては、第１の磁気抵抗素子１６０Ｇと比較して分離層１６２を厚くする。これによって、第１の磁気抵抗素子１００のほうが、バイアス磁界が相対的に弱まる。そのほか、第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５の厚みを２つの磁気抵抗素子で差をつけることによってもバイアス磁界を変えることが可能である。この場合、第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５の厚みを厚くしたほうが、第１磁性層１０１に加わるバイアス磁界が弱まる。従って、飽和磁化Ｈｓは低くなり、感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高く設定させる。

尚、ここまでの説明では、第１の線形応答磁性体１６０Ｇの磁化方向を設定するために２段階の磁界中アニールを行う事について説明した。ここで、このような２段階の磁界中アニールを用いた場合、第１の磁性層１０１の磁化方向を設定することも可能である。図１５は、この為の方法を説明するための模式図である。このような方法によっても、例えば、図３（ｂ）に示すように、磁化自由層の磁化方向を磁化固定層の磁化方向と直交させ、図３（ｄ）に示すように正負の磁界に線形的に感応させることができる。

第１磁性層１０１の磁化方向と第２磁性層１０２の磁化方向を異なる方向に設定するためには、例えば、図１５（ｂ）の左図に示すように、第１の磁界中熱処理を行う。第１の磁界中熱処理は、例えば図１５（ｂ）の右方向に磁場を印加しつつ３２０℃において１０時間アニールを行うことによって行われる。これにより、ピニング層１０５に接した第２磁化固定層１０６の磁化方向は、右向きに固着される。

次に、例えば、第２の磁界中熱処理を行う。第２の磁界中熱処理は、例えば図１５（ｂ）の中図に示すように、図１５（ｂ）の上方向に磁場を印加しつつアニールを行うことによって行う。この際の温度は、３２０℃よりも低温であり、且つバイアスピニング層１６６に用いる反強磁性体の磁化固着温度よりも低温に設定する。これにより、第２磁化固定層１０６の磁化方向を右向きにしたままで、第１磁性層１０１の磁化方向を上向きに設定することができる。即ち、第１磁性層１０１の誘導磁気異方性の方向を上下方向に設定することが出来る。

ここで、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、２段階アニールの第２の磁界中熱処理の温度や時間によって調整することができる。例えば、第１の磁気抵抗素子１００と第２の磁気抵抗素子２００を作製し、第１の磁気抵抗素子１００製造時の第２の磁界中熱処理の時間を第２の磁気抵抗素子２００製造時の第２の磁界中熱処理の時間よりも長時間とすることによって、第２の磁気抵抗素子２００の第１磁性層の誘導磁気異方性が第１の磁気抵抗素子１００のそれよりも高くなるため、Ｈｓが大きくなり、磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は低く設定される。

［１−９．製造方法］
次に、本実施の形態に係る電流センサの製造方法について述べる。図１６（ａ）〜図１６（ｊ）は、本実施の形態に係る電流センサの製造方法を例示する工程順模式的斜視図である。

図１６（ａ）に表したように、基板１１０上に下部電極Ｅ１を形成する。例えば、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２００ｎｍ）／Ｔａ（３５ｎｍ）を形成する。この後に、下部電極Ｅ１の最表面にＣＭＰ処理などの表面平滑化処理を行い、下部電極Ｅ１上に形成される構成を平坦にしても良い。

次に、図１６（ｂ）に示すように、下部電極Ｅ１の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを行う。

次に、図１６（ｃ）に示すように、下部電極Ｅ１の周辺に絶縁層１１１の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、図１６（ｂ）のフォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層１１１を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層１１１として、例えば、ＳｉＯ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ及びＡｌＮ_ｘなどを用いることができる。

次に、下部電極Ｅ１上に磁気抵抗素子の電極間の構成を成膜する。例えば、下地層１０４として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）を形成する。その上にピニング層１０５として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に第２磁性膜１０２として、Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（３ｎｍ）を形成する。その上に中間層１０３として、ＭｇＯ（２ｎｍ）を形成する。その上に第１磁性膜１０１として、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（２ｎｍ）／Ｔａ（０．４ｎｍ）／Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０（６ｎｍ）を形成する。その上にキャップ層１０８として、Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（５ｎｍ）を形成する。

次に、第２磁性膜１０２の磁化方向を固着する磁界中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの磁場を印加しつつで３００℃で一時間のアニールを行う。このアニールは、例えば、誘導磁界印加方向（Ｘ方向）に対して、略平行に外部磁界を加えて行う。ここで、例えば、前述したインスタックバイアス層を設けた線形応答磁性体（１６０Ｇ，図１４（ａ））を用いる場合などには、２段階のアニールを行っても良い。

次に、図１６（ｅ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。この工程によって、図１６（ｅ）に示すように、複数の構成を一括して加工することができる。

次に、図１６（ｆ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成の周辺に絶縁層１０９の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、図１６（ｅ）のフォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層１０９を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層１０９として、例えば、ＳｉＯ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ及びＡｌＮ_ｘなどを用いることができる。

次に、図１６（ｇ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成に隣接して設ける線形応答磁性体１６０を埋め込むためのホール１０９ａを形成する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。図１６（ｇ）では、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｅを形成する場合を例にとっているが、複数の磁気抵抗素子に対して、別個にオフセット磁性体を形成する場合でも一括で加工することができる。この工程において、ホール１０９ａは絶縁層１０９を貫通するところまで行っても良いし、途中で止めても良い。図１６（ｇ）では途中で止めた場合を例示している。後述するが、ホール１０９ａを、絶縁層１０９を貫通するところまでエッチングした場合には、図１６（ｈ）に示す第１のオフセット磁性体１５０の埋め込み工程において、第１の線形応答磁性体１６０Ｅの下に図示しない絶縁層を成膜する必要がある。

次に、図１６（ｈ）に示すように、図１６（ｇ）で形成したホール１０９ａに第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込む。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、図１６（ｈ）のフォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に第１の線形応答磁性体１６０Ｅを成膜し、その後レジストパターンを除去する。ここでは、例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ｅ用下地層として、Ｃｒ（５ｎｍ）を形成し、その上に第１の線形応答磁性体１６０Ｅとして、例えば、Ｃｏ_８０Ｐｔ_２０（２０ｎｍ）を形成する。その上に、さらに図示しないキャップ層を形成しても良い。このキャップ層として、磁気抵抗素子のキャップ層１０８に使用可能な材料として上述した材料を用いても良いし、ＳｉＯ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ及びＡｌＮ_ｘなどの絶縁層を用いても良い。図１６（ｈ）にて、第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込んだ後に、室温で外部磁界を加えて、第１の線形応答磁性体１６０Ｅに含まれるハード磁性層（硬質磁性材料）の磁化方向の設定を行う。例えば、誘導磁界の方向に対して、略垂直な方向に外部磁界の印加を行う。この外部磁界による第１の線形応答磁性体１６０Ｅの磁化方向の設定は、第１の線形応答磁性体１６０Ｅの埋め込み後であれば、レジストパターンの除去前、除去後、及び図１６（ｊ）に示す上部電極Ｅ２の加工後のいずれのタイミングに行っても良い。

次に、図１６（ｉ）に示すように、上部電極Ｅ２を成膜する。次に、図１６（ｊ）に示すように、上部電極Ｅ２の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが行われる。

このような態様に係る製造方法によれば、工程数の増加を招くことなく本実施の形態に係る電流センサを製造することが可能である。尚、図１６（ａ）〜（ｊ）では図示していないが、下部電極Ｅ１へのコンタクトホールの形成を行っても良いし、上部電極Ｅ２の加工後に保護膜を形成しても良い。

次に、本実施の形態に係る電流センサの別の製造方法について述べる。図１７（ａ）〜図１７（ｊ）は、本実施の形態に係る電流センサの別の製造方法を例示する工程順模式的斜視図である。尚、図１７（ａ）〜図１７（ｄ）に示す工程は、図１６（ａ）〜図１６（ｄ）に示した工程と同様であるため、説明を省略する。

図１７（ｅ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成の平面形状を加工する。この工程は、図１６（ｅ）に示した工程とほぼ同様に行われるが、積層された第１の磁性膜１０１等のＹ方向の寸法を最終的な寸法よりも長くしている点において異なる。

次に、図１７（ｆ）に示すように、積層体の周辺に絶縁層の埋め込み成膜を行う。この工程は、図１６（ｆ）に示した工程と同様に行われる。

次に、図１７（ｇ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成に隣接して設ける第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込むためのホール１０９ａを形成する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。図１７（ｇ）では、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｅを形成する場合を例にとっているが、複数の磁気抵抗素子に対して、別個に線形応答磁性体１６０を形成する場合でも一括で加工することができる。図１７（ｇ）には、ホール１０９ａが絶縁層１０９を貫通するまでエッチングを行った例を示している。図１７（ｇ）に示した例では、このエッチングによって、積層された第１の磁性膜１０１等のＹ方向の寸法が最終的な寸法になるように加工を行っている。

次に、図１７（ｈ）に示すように、図１７（ｇ）で形成したホール１０９ａに第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込む。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、図１７（ｈ）のフォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に第１の線形応答磁性体１６０Ｅを成膜し、その後レジストパターンを除去する。ここでは、ホール１０９ａが絶縁層１０９を貫通しているため、第１の線形応答磁性体１６０Ｅの埋め込み工程の第１層として、絶縁層１１２の形成を行う。絶縁層１１２は、例えば、ＳｉＯ_ｘを１０ｎｍ製膜することによって形成される。ここで、形成された絶縁層１１２はホール１０９ａの側壁にも堆積する。従って、その側壁に堆積した絶縁層１１２によって、磁気抵抗素子と第１の線形応答磁性体１６０Ｅとを絶縁し、更にこれらの間の距離を好適に調整することができる。その後、例えば、図１６（ｈ）に示した工程と同様の工程によって第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込む。図１７（ｈ）にて、第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込んだ後に、室温で外部磁界を加えて、第１の線形応答磁性体１６０Ｅに含まれる硬質磁性材料の磁化方向の設定を行う。例えば、誘導磁界の方向に対して、略垂直な方向に外部磁界の印加を行う。この外部磁界による第１の線形応答磁性体１６０Ｅの磁化方向の設定は、第１の線形応答磁性体１６０Ｅの埋め込み後であれば、レジストパターンの除去前、除去後、及び図１６（ｊ）に示す上部電極Ｅ２の加工後のいずれのタイミングに行っても良い。

次に、図１７（ｉ）に示すように、上部電極Ｅ２を形成する。次に、図１７（ｊ）に示すように、上部電極Ｅ２の平面形状を加工する。この工程は、図１６（ｊ）を用いて説明した工程と同様に行われる。

このような態様に係る製造方法によっても、工程数の増加を招くことなく本実施の形態に係る電流センサを製造することが可能である。尚、図１７（ａ）〜（ｊ）では図示していないが、下部電極Ｅ１へのコンタクトホールの形成を行っても良いし、上部電極Ｅ２の加工後に保護膜を形成しても良い。

［２．第２の実施の形態］
［２−１．構成］
次に、図１８及び図１９を参照して、第２の実施の形態に係る電流センサについて説明する。図１８は、本実施の形態に係る電流センサの一部の概略構成を示す平面図、図１９は、同電流センサの構成例を示す概略図である。図１９に示す通り、本実施の形態に係る電流センサは、第１の実施の形態に係る電流センサと同様に、配線５００の近傍に配置され、この配線５００に流れる測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００を有する。また、本実施の形態に係る第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００は、第１の実施の形態と同様に、磁場感度が異なる。しかしながら、本実施の形態に係る磁気抵抗素子は、線形応答磁性体では無く磁束ガイド（例えば図１８、図１９中の１７０Ａ）を用いて磁場感度の調整を行っている点において第１の実施の形態と異なる。

磁束ガイド１７０は従来のインダクタンス型で用いられている磁性コアと同一の原理で働くものであり、磁気抵抗素子の周辺に配置された高透磁率の磁性体からなる。高誘磁率の磁性体が配置されていた場合、この磁性体を通過する磁束が磁性体の飽和磁束以下である限り、磁束はこの磁性体に引き寄せられる。従って、上記磁束ガイドを使用することにより、磁気抵抗素子に磁束を集中させることが可能である。従って、磁束ガイドの有無、又は構成等の違いにより、磁気抵抗素子に入射する磁束密度（すなわち磁界）に差を設け、磁場感度に差を設けることが可能である。

図１８及び図１９に示す通り、本実施の形態に係る電流センサにおいては、第１の磁気抵抗素子１００の周辺に、第１の磁束ガイド１７０Ａが配置されている。第１の磁束ガイド１７０Ａは、磁束ガイドの一態様である。また、第２の磁気抵抗素子２００の周辺には、磁束ガイドが配置されていない。

磁束ガイド１７０は、第１の磁気抵抗素子１００の、被測定電流からの誘導磁場が印加される方向の側面に配置される。また、磁束ガイド１７０は台形状に形成されており、第１の磁気抵抗素子１００から離れた面１７０ａが、第１の磁気抵抗素子１００に対向する面よりも広くなるように形成されている。更に、磁束ガイド１７０の第１の磁気抵抗素子１００に対向する面１７０ｂの幅は、第１の磁気抵抗素子１００の幅より少し大きい。

被測定電流からの誘導磁界は、第１磁性層１０１の磁化方向に対しては垂直、第２磁性層１０２の磁化方向に対しては平行に入射する。ここで、磁束ガイド１７０は高透磁率の磁性体から形成されている為、誘導磁界は磁束ガイド１７０の面１７０ａに向かって収束し、磁束ガイド１７０に入射する。また、磁束が出射する面１７０ｂの面積は、磁束が入射する面１７０ａの面積と比較して小さい。従って、磁束ガイド１７０に入射した磁束は更に収束して第１の磁気抵抗素子１００に入射する。従って、第１の磁気抵抗素子１００に印加される磁界は、磁束ガイド１７０を設けない場合と比較して大きくなる。

磁束ガイド１７０は、種々の高透磁率の軟磁性体（Fe,Co,Niの単体または合金）から形成することが可能であるが、例えばニッケル鉄、コバルトジルコニウムニオブ、鉄アルミニウムシリコン、鉄コバルトニッケルと軟磁性アモルファス合金等の軟磁性材料を適用することが可能である。

ここで、図１９においては、磁束ガイド１７０の有無によって磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）に差を設けた例について説明したが、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、磁束ガイド１７０等の構成によって調整することもできる。図２０（ａ）及び（ｂ）には、第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００について異なる磁場感度を得るために、第１の磁束ガイド１７０Ａ及び第２の磁束ガイド２７０Ａの構成に差を設けた例を示す。第２の磁束ガイド２７０Ａは、磁束ガイドの一態様である。尚、図２０（ａ）及び（ｂ）においては、電流センサが２つの磁気抵抗素子を備える例について説明しているが、電流センサは、当然３つ以上の磁気抵抗素子を備えていても良い。また、図２０及び図１９では、磁気抵抗素子の側方に隣接して第１又は第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａを設けた場合を例にとり説明しているが、磁気抵抗素子の斜め側方に第１又は第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａを設けた場合でも、同様に異なる磁場感度を得ることができる。また、図２０においては簡略化のために、第１又は第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａの凸部のみを図示している。

図２０（ａ）に示すとおり、磁気抵抗素子と第１及び第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａとの間の距離を変えることで、磁場感度を変えることが可能である。図２０（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００と一対の磁束ガイド１７０Ａとのそれぞれの間の距離の和Ｌ_１ａ＋Ｌ_１ｂは、第２の磁気抵抗素子２００と一対の第２の磁束ガイド２７０Ａのそれぞれの距離の和Ｌ_２ａ＋Ｌ_２ｂよりも大きく設定されている。この場合、第１又は第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａから距離が大きいほど、第１又は第２の磁気抵抗素子１００，２００に加わる誘導磁界は小さくなる。第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第２の磁気抵抗素子２００と比較して低く設定される。

図２０（ｂ）に示すとおり、第１の磁束ガイド１７０Ａの第１の磁気抵抗素子１００に対向する面の面積と、第２の磁束ガイド２７０Ａの第２の磁気抵抗素子２００に対向する面の面積を変えることで、磁場感度を変えることが可能である。図２０（ｂ）に示す一対の第１の磁束ガイド１７０Ａ凸部の面積Ｓ_１ａは、第１の磁気抵抗素子１００の側面の面積と同程度に設定されている。これに対し、一対の第２の磁束ガイド２７０Ａ凸部の面積Ｓ_２ａ、第２の磁気抵抗素子２００の側面の面積よりも大きく設定されている。この場合、第１又は第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａの面積が大きいほど、磁気抵抗素子１００，２００に印加される磁界の磁束密度が小さくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第２の磁気抵抗素子２００と比較して高く設定される。

図２０（ａ）及び（ｂ）では、第１及び第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａの配置または膜厚を変えることで磁場感度を変えた場合について説明したが、第１及び第２の磁束ガイド１７０Ａ，２７０Ａに用いられる磁性材料の種類を変えることでも磁場感度を変えることができる。例えば、第１の磁束ガイド１７０Ａと第２の磁束ガイド２７０Ａのそれぞれに透磁率の異なる磁性材料を用いることで、第１および第２の磁気抵抗素子１００，２００の磁場感度を変えることも出来る。

図２１には、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の磁束ガイド１７０Ｄから磁界を印加する場合について説明するための模式図である。第１の磁束ガイド１７０Ｄは、第１の磁束ガイド１７０の他の態様である。このような構成によっても、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能である。尚、図２１においては、電流センサが第１の磁気抵抗素子１００及び第２の磁気抵抗素子２００に加え、第３の磁気抵抗素子３００を備えた例について説明する。但し、磁気抵抗素子の数は２つでも良いし、４つ以上でも良い。

図２１に示すとおり、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の第１の磁束ガイド１７０Ｄを用いても、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能である。図２１では、第１の磁束ガイド１７０Ｄの磁化方向（Ｙ方向）における幅がそれぞれの磁気抵抗素子に対して異なっており、かつ、複数の磁気抵抗素子のそれぞれと一対の第１の磁束ガイド１７０Ｄの間の距離が異なる。このような形状の第１の磁束ガイド１７０Ｄを用いた場合、それぞれの磁気抵抗素子に最も近接した位置の第１の磁束ガイド１７０Ｄとそれぞれの磁気抵抗素子の間の実効的な距離および面積が異なるため、それぞれの磁気抵抗素子の磁場感度を変えることが可能となる。

［２−２．製造方法］
次に、本実施の形態に係る電流センサの製造方法について述べる。図２２（ａ）〜（ｇ）及び図２３（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ本実施の形態に係る電流センサの製造方法を例示する工程順模式的斜視図である。本実施の形態に係る電流センサの製造方法は、第１の実施の形態に係る電流センサの製造方法とほぼ同様であるが、第１の線形応答磁性体１６０を製造する工程において、第１の磁束ガイド１７０を製造する点において異なる。尚、第１の磁束ガイド１７０の材料としては、上述した高透磁率の磁性体を適用することが可能である。

［３．第３の実施の形態］
次に、図２４を参照して、第３の実施の形態に係る電流センサ６００について説明する。図２４は、本実施の形態に係る電流センサ６００の構成を示す回路ブロック図である。

上記実施の形態に係る電流センサは、誘導磁場の大きさに応じて、異なる磁場感度を有する複数の磁気抵抗素子から最適な磁気抵抗素子を選択し、その出力電圧から選択出力信号を算出する。しかしながら、複数の磁気抵抗素子はそれぞれ磁場感度が異なるため、同一の出力電圧によって駆動していたとしても、測定した誘導磁界の値が異なる。そのため、どの磁気抵抗素子から出力された出力電圧が適切であるかを特定できなければ、被測定電流からの誘導磁場値を測定することができない。

そこで、本実施の形態に係る電流センサ６００においては、ｎ個配置された測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎの出力信号と一つのリファレンス磁気抵抗素子６２０の出力信号をすべてマルチプレクサ６５０に入力し、所定の制御信号Ｓｃに基づいて最適な出力信号を選択する。尚、制御信号Ｓｃは、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力信号に応じて生成される。また、本実施の形態に係る電流センサ６００は、直流電流を測定する。

図２４に示す通り、本実施の形態に係る電流センサ６００は、ｎ個の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎと、リファレンス磁気抵抗素子６２０と、コンパレータ６３０と、レジスタ６４０と、マルチプレクサ６５０と、増幅器６６０と、Ａ／Ｄ変換回路６７０と、メモリ６８０と、通信回路６９０とを備える。

ｎ個の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎとリファレンス磁気抵抗効果素子は、ｎ＋１通りの異なる磁場感度を有する。測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎとリファレンス磁気抵抗素子６２０は、第１及び第２の実施の形態のいずれかに係る磁気抵抗素子等を適用することが可能である。また、測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎの近傍には、線形応答磁性体１６０や磁束ガイド１７０等を設けることも可能である。

リファレンス磁気抵抗素子６２０は、誘導磁場の大まかな大きさを測定する磁気抵抗素子であり、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力信号は、コンパレータ６３０による制御信号Ｓｃの生成に用いられる。従って、リファレンス磁気抵抗素子６２０は、ｎ個の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎと比較して広い磁場範囲に感度を有する。また、リファレンス磁気抵抗素子６２０として、第１及び第２の実施の形態のいずれかに係る磁気抵抗素子を採用することも可能である。また、リファレンス磁気抵抗素子６２０の近傍に線形応答磁性体１６０や磁束ガイド１７０等を設けることも可能である。

コンパレータ６３０は、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力信号に基づいて、誘導磁場の大まかな大きさを示す制御信号Ｓｃを生成する。図２５は、コンパレータ６３０の構成を示す回路図である。コンパレータ６３０は、ｎ＋１個の比較器６３１−１〜６３１−ｎ＋１を備える。比較器６３１−１〜６３１−ｎ＋１は、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力信号を基準電圧Ｖ_１…Ｖ_ｎ，Ｖ_ｍａｘ（本実施の形態に係る磁気抵抗素子のフリー層（第１磁性層１０１等）とピン層（第２磁性層１０２等）の磁化ベクトルが１８０°方向に向いた状態の出力電圧）と比較してその結果を出力する。従って、比較器６３１−１〜６３１−ｎ＋１の一方の入力端子はそれぞれリファレンス磁気抵抗素子６２０に接続されている。また、他方の入力端子にはそれぞれ異なる基準電圧Ｖ_１…Ｖ_ｎ，Ｖ_ｍａｘが印加されている。更に、これら複数の比較器６３１の出力端子はレジスタ６４０に接続されている。尚、制御信号Ｓｃは、比較器６３１−１〜６３１−ｎ＋１の出力信号からなるｎ＋１ｂｉｔのデータ列である。

図２４に戻って説明を続ける。レジスタ６４０は、コンパレータ６３０の出力信号を制御信号Ｓｃとして保持する。マルチプレクサ６５０は、この制御信号Ｓｃに基づいて測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力信号から一の出力信号を選択する。換言すれば、マルチプレクサ６５０は、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧に基づいて測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ、リファレンス磁気抵抗素子６２０を選択する。増幅器６６０はマルチプレクサ６５０の出力信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路６７０は増幅器６６０の出力信号をデジタル出力値に変換する。メモリ６８０はＡ／Ｄ変換回路６７０の出力信号及びレジスタ６４０の出力信号を格納し、通信回路６９０はメモリ６８０に格納された信号を外部に出力する。

図２６は、複数の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ及びリファレンス磁気抵抗素子６２０の特性を示すグラフである。横軸は誘導磁場の大きさを表しており、縦軸は測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ及びリファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧を表している。

図に示すように、複数の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎは、それぞれ異なる磁場感度及び異なる飽和磁場Ｈ_１〜Ｈ_ｎを有する。即ち、ｋを１以上ｎ以下の整数とすると、測定用磁気抵抗素子６１０−ｋは、ｋ番目に高い磁場感度と、ｋ番目に小さい飽和磁場Ｈ_ｋを有する。また、リファレンス磁気抵抗素子６２０の磁場感度は測定用磁気抵抗素子６１０−ｎよりも低く、飽和磁場Ｈ_ｒは測定用磁気抵抗素子６１０−ｎよりも大きい。

高い磁場感度を有する測定用磁気抵抗素子６１０−１の抵抗値は、磁場変化に対して急峻に変化し、比較的小さい磁場Ｈ_１が印加された時点で磁化状態が飽和する。従って、微小な磁場を高精度に測定することが可能である。一方、低い磁場感度を有するリファレンス磁気抵抗素子６２０の抵抗値は、磁場変化に対してなだらかに変化し、比較的大きい磁場Ｈ_ｒが印加されるまで磁化状態が飽和しない。従って、比較的広いダイナミックレンジにおいて磁場を測定することが可能である。

測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎの磁場感度の設定は、例えば次のように行う事が考えられる。先ず、要求される分解能に応じて、最も高い磁場感度を有する測定用磁気抵抗素子６１０−１の磁場感度を設定する。次に、要求されるダイナミックレンジに応じて、最も低い、即ち、磁場変化に対する抵抗値の変化が少ないリファレンス磁気抵抗素子６２０の磁場感度を設定する。更に、測定用磁気抵抗素子６１０−２〜６１０−ｎの磁場感度を設定する。

図２６中のＶ_１〜Ｖ_ｎ及びＶ_ｍａｘは、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧と比較される上記基準電圧である。本実施の形態において、基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_ｎは、全ての測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎについてそれぞれ１つ設定される。測定用磁気抵抗素子６１０−ｋに対応する基準電圧Ｖ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、測定用磁気抵抗素子６１０−ｋの飽和磁場Ｈ_ｋにおける、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧である。

但し、実際には、誘導磁場が飽和磁場に近付くと、誘導磁場と磁気抵抗素子の抵抗値との線形成が劣化する。従って、測定用磁気抵抗素子６１０−ｋに対応する基準電圧Ｖ_ｋを、測定用磁気抵抗素子６１０−ｋの飽和磁場Ｈ_ｋよりも低い磁場におけるリファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧としても良い。同様に、Ｖ_ｍａｘは、第１磁性層と第２磁性層の磁化ベクトルが１８０°方向に向き切る前の状態の磁気抵抗素子の出力電圧とすることも可能である。

図２７は、誘導磁場の大きさ、制御信号Ｓｃの値及びマルチプレクサ６５０によって選択される測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ又はリファレンス磁気抵抗素子６２０の関係を示す表である。図２７の左欄には誘導磁場の大きさを、中欄には制御信号Ｓｃを、右欄には選択される磁気抵抗素子を示している。尚、制御信号Ｓｃはｎ＋１個の比較器６３１−１〜６３１−ｎ＋１（図２５）の出力信号からなるため、図２７においては、比較器６３１−１〜６３１−ｎ＋１の出力信号毎のデータを記載している。

誘導磁場の大きさＨが、Ｈ_ｋ−１≦Ｈ＜Ｈ_ｋであった場合、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧は、Ｖ_ｋ−１以上であり、Ｖ_ｋより小さい。従って、比較器６３１−１〜６３１−ｋ−１の出力信号は１（Ｈｉｇｈ）となり、比較器６３１−ｋ〜６３１−ｎの出力信号は０（ｌｏｗ）となる。これらの出力信号からなる制御信号Ｓｃを受けて、コンパレータ６３０は測定用磁気抵抗素子６１０−ｋの出力信号を選択し、出力する。

次に、メモリ６８０の動作について説明する。図２８は、メモリ６８０の動作を説明するための回路ブロック図である。マルチプレクサ６５０から出力された出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路６７０によってＮｂｉｔのデジタルデータに変換される。また、制御信号Ｓｃはｎ＋１ｂｉｔのデジタルデータである。本実施の形態に係る電流センサ６００は、制御信号Ｓｃによって選択した測定用磁気抵抗素子６１０を特定する。従って、メモリ６８０は、Ｎ＋ｎ＋１ｂｉｔのデジタルデータを１ユニットとして格納する。

［４．第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態に係る電流センサ６０１について説明する。第３の実施に係る電流センサ６００が直流電流を測定していたのに対し、第４の実施に係る電流センサ６０１は交流電流を測定する。本実施の形態に係る電流センサ６０１は、基本的には第３の実施の形態に係る電流センサ６００と同様に構成されているが、コンパレータ６３９の構成において第３の実施の形態と異なる。以下、第３の実施の形態と同様である部分については、説明を省略する。

図２９は、本実施の形態に係るコンパレータ６３９の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電流センサ６０１は交流電流を測定するため、誘導磁場が正の値のみならず負の値にもなり得る。従って、本実施の形態に係るコンパレータ６３９は、２ｎ個の比較器６３１−１〜６３１−（２ｎ＋２）を備える。比較器６３１−１〜６３１−（２ｎ＋２）は、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力信号を基準電圧Ｖ_ｍｉｎ（本実施の形態に係る磁気抵抗素子のフリー層（第１磁性層１０１等）とピン層（第２磁性層１０２等）の磁化ベクトルが０°方向に向いた状態の出力電圧），Ｖ_１…Ｖ_２ｎ，Ｖ_ｍａｘと比較してその結果を出力する。従って、比較器６３１−１〜６３１−（２ｎ＋２）の一方の入力端子はそれぞれリファレンス磁気抵抗素子６２０に接続されている。また、他方の入力端子にはそれぞれ異なる基準電圧Ｖ_ｍｉｎ，Ｖ_１…Ｖ_２ｎ，Ｖ_ｍａｘが印加されている。更に、これら複数の比較器６３１−１〜６３１−（２ｎ＋２）の出力端子はレジスタ６４０に接続されている。尚、本実施の形態において、制御信号Ｓｃは、比較器６３１−１〜６３１−（２ｎ＋２）の出力信号からなる２ｎ＋２ｂｉｔのデータ列である。

図３０は、複数の測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ及びリファレンス磁気抵抗素子６２０の特性を示すグラフである。横軸は誘導磁場の大きさを表しており、縦軸は測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ及びリファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧を表している。

図３０中のＶ_ｍｉｎ，Ｖ_１〜Ｖ_２ｎ，Ｖ_ｍａｘは、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧と比較される上記基準電圧である。本実施の形態において、基準電圧Ｖ_１〜Ｖ_２ｎは、全ての測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎについてそれぞれ２つ設定される。測定用磁気抵抗素子６１０−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に対応する基準電圧Ｖ_ｎ＋ｋ及びＶ_{ｎ−ｋ＋１}は、それぞれ測定用磁気抵抗素子６１０−ｋの飽和磁場Ｈ_ｋ及び−Ｈ_ｋにおける、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧である。

図３１は、誘導磁場の大きさ、制御信号Ｓｃの値及びマルチプレクサ６５０によって選択される測定用磁気抵抗素子６１０−１〜６１０−ｎ又はリファレンス磁気抵抗素子６２０の関係を示す表である。図３１の左欄には誘導磁場の大きさを、中欄には制御信号Ｓｃを、右欄には選択される磁気抵抗素子を示している。尚、制御信号Ｓｃは２ｎ＋２個の比較器６３１−１〜６３１−（２ｎ＋２）（図２９）の出力信号からなるため、図３１においては、比較器６３１−１〜６３１−（２ｎ＋２）の出力信号毎のデータを記載している。

誘導磁場の大きさＨが負の値であり、−Ｈ_ｋ≦Ｈ＜−Ｈ_ｋ−１であった場合、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧は、Ｖ_{ｎ−ｋ＋１}以上であり、Ｖ_ｎ−ｋより小さい。従って、比較器６３１−１〜６３１−（ｎ−ｋ＋１）の出力信号は１（Ｈｉｇｈ）となり、比較器６３１−（ｎ−ｋ）〜６３１−２ｎの出力信号は０（ｌｏｗ）となる。一方、誘導磁場の大きさＨが正の値であり、Ｈ_ｋ−１≦Ｈ＜Ｈ_ｋであった場合、リファレンス磁気抵抗素子６２０の出力電圧は、Ｖ_{ｎ＋ｋ−１}以上であり、Ｖ_ｎ＋ｋより小さい。従って、比較器６３１−１〜６３１−（ｋ−１）の出力信号は１（Ｈｉｇｈ）となり、比較器６３１−ｋ〜６３１−ｎの出力信号は０（ｌｏｗ）となる。これらの出力信号からなる制御信号Ｓｃを受けて、コンパレータ６３９は測定用磁気抵抗素子６１０−ｋの出力信号を選択し、出力する。

次に、メモリ６８０の動作について説明する。図３２は、メモリ６８０の動作を説明するための回路ブロック図である。マルチプレクサ６５０から出力された出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路６７０によってＮｂｉｔのデジタルデータに変換される。また、制御信号Ｓｃは２ｎ＋２ｂｉｔのデジタルデータである。本実施の形態に係る電流センサ６００は、制御信号Ｓｃによって選択した測定用磁気抵抗素子６１０を特定する。従って、メモリ６８０は、Ｎ＋２ｎ＋２ｂｉｔのデジタルデータを１ユニットとして格納する。

尚、上記測定用磁気抵抗素子６１０＿１〜６１０＿ｎ及びリファレンス磁気抵抗素子６２０としては、複数の第１の磁気抵抗素子１００又は第２の磁気抵抗素子２００を直列又は並列に接続した物を用いることも可能である。図３３は、このような実施の形態に係る電流センサを例示する模式図である。

図３３（ａ）に表したように、例えば複数の第１の磁気抵抗素子１００を電気的に直列に接続して測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ−１）とし、複数の第２の磁気抵抗素子２００を電気的に直列に接続して測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ＋１としてもよい。直列に接続されている磁気抵抗素子の数をＮとしたとき、得られる電気信号は、磁気抵抗素子の数が１である場合のＮ倍となる。その一方で、熱ノイズ及びショットキーノイズは、Ｎ^１／２倍になる。すなわち、ＳＮ比(signal-noise ratio：ＳＮＲ)は、Ｎ^１／２倍になる。直列に接続する磁気抵抗素子の数Ｎを増やすことで、ＳＮ比を改善することができる。

１つの磁気抵抗素子に加えられるバイアス電圧は、例えば、５０ミリボルト（ｍＶ）以上１５０ｍＶ以下である。Ｎ個の磁気抵抗素子を直列に接続した場合は、バイアス電圧は、５０ｍＶ×Ｎ以上１５０ｍＶ×Ｎ以下となる。例えば、直列に接続されている磁気抵抗素子の数Ｎが２５である場合には、バイアス電圧は、１Ｖ以上３．７５Ｖ以下となる。

バイアス電圧の値が１Ｖ以上であると、磁気抵抗素子から得られる電気信号を処理する電気回路の設計は容易になり、実用的に好ましい。

バイアス電圧（端子間電圧）が１０Ｖを超えると、磁気抵抗素子から得られる電気信号を処理する電気回路においては、望ましくない。実施形態においては、適切な電圧範囲になるように、直列に接続される磁気抵抗素子の数Ｎ及びバイアス電圧が設定される。

例えば、複数の磁気抵抗素子を電気的に直列に接続したときの電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下となるのが好ましい。例えば、電気的に直列に接続された複数の磁気抵抗素子の端子間（一方の端の端子と、他方の端の端子と、の間）に印加される電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下である。

図３３（ｂ）に表したように、他の実施の形態に係る電流センサにおいては、例えば複数の第１の磁気抵抗素子１００を電気的に並列に接続して測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ）とし、複数の第２の磁気抵抗素子２００を電気的に並列に接続して測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ＋１としても良い。

図３３（ｃ）に表したように、他の実施の形態に係る電流センサにおいては、例えば複数の第１の磁気抵抗素子１００と第１の磁気抵抗素子の逆極性を示す抵抗値が同一の磁気抵抗素子１１０を、ホイートストンブリッジ回路を形成するように接続して測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ）とし、複数の第２の磁気抵抗素子２００と第２の磁気抵抗素子の逆極性を示す抵抗値が同一の磁気抵抗素子２１０を、ホイートストンブリッジ回路を形成するように接続して測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ＋１としても良い。これにより、例えば、検出特性の温度補償を行うことができる。

また、前述の磁気抵抗素子１１０に代えて第１の磁気抵抗素子１００と同一抵抗値の固定抵抗を採用し、前述の磁気抵抗素子２１０に代えて第２の磁気抵抗素子２００と同一抵抗値の固定抵抗を採用しても良い（ハーフホイーストンブリッジ回路）。

図３３（ｄ）に表したように、他の実施の形態に係る電流センサにおいては、例えば複数の第１の磁気抵抗素子１００を直列に接続した磁気抵抗素子１２０と前記磁気抵抗素子１１０を直列に接続した１３０によってホイートストンブリッジ回路を形成し、このホイートストンブリッジ回路を測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ）としても良い。また、例えば複数の第２の磁気抵抗素子２００を直列に接続した磁気抵抗素子２２０と、前記磁気抵抗素子２１０を直列に接続した磁気抵抗素子２３０によってホイートストンブリッジ回路を形成し、このホイートストンブリッジ回路を測定用磁気抵抗素子６１０＿ｋ＋１としても良い。

また、前述の磁気抵抗素子１３０に代えて磁気抵抗素子１２０と同一の抵抗値の固定抵抗を採用し、前述の磁気抵抗素子２３０に代えて磁気抵抗素子２２０と同一の抵抗値の固定抵抗を採用しても良い（ハーフホイーストンブリッジ回路）。

［５．第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、上記第１〜第４の実施の形態に係る電流センサをスマートメータに搭載している。スマートメータは電圧及び電流を測定する。ここで、電圧は従来の半導体素子において測定することが可能である。従って、上記実施の形態のいずれかに係る電流センサにこの半導体素子を付加することで、スマートメータを構成することが可能である。以下においては、第４の実施の形態に係る電流センサ６０１をスマートメータに適用した例について説明するが、他の実施の形態に係る電流センサを適用することも可能である。

図３４（ａ）は、本実施の形態に係るスマートメータ７００の外観を示す模式的な斜視図、図３４（ｂ）は、同スマートメータ７００の模式的な平面図、図３４（ｃ）は、同スマートメータ７００の模式的な側面図である。

図３４（ａ）〜（ｃ）に示す通り、スマートメータ７００は、センサ部を納めるための筐体７１０、並びに、筐体７１０に設けられた第１の端子部７２０、第２の端子部７３０及び電力量を外部に表示する表示部７４０を備える。筐体７１０は、本実施の形態に係るスマートメータ７００の各構成を格納する。第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０は、図示しないプローブを介してスマートメータ７００の各構成と、被測定対象とを電気的に接続する。表示部７４０は、スマートメータ７００による測定の結果等を表示する。尚、筐体７１０に収容されるスマートメータの各構成を電流測定モジュールと呼ぶ。

本実施の形態に係るスマートメータ７００は、例えば５０〜６０Ｈｚ程度の交流電流及び交流電圧を計測することが可能である様に構成することが考えられるが、例えば直流電流及び直流電圧のみを計測可能な構成としても良い。また、図３４においては、１００〜２００Ｖ程度の単層交流の電流及び電圧を測定可能である例を示しているが、例えば三相交流の電流及び電圧を測定可能に構成しても良い。この場合、上記端子部７２０及び７３０は、３対設けられる。

図３４（ｂ）に示す通り、スマートメータ７００は、筐体７１０内に、配線５００と、電子基板モジュール７１１と、電流センサ６０１とを収容している。配線５００は、一端が第１の端子部７２０に、他端が第２の端子部７３０に接続されている。また、配線５００は、筐体７１０の上下方向（以下、Ｚ方向）に被測定電流を流すように配置され、絶縁性の電流線固定支持部５１０（図３７（ｃ））を介して筐体７１０に固定されている。電子基板モジュール７１１は、筐体７１０内に、筐体７１０の底面と平行に固定されている。電流センサ６０１は、電子基板モジュール７１１上に、筐体７１０の底面と平行に固定されている。従って、本実施の形態に係るスマートメータ７００においては、配線５００と電流センサ６０１の位置関係が固定されているため、被測定電流からの誘導磁場を好適に測定可能である。

図３５（ａ）及び（ｂ）は、同スマートメータ７００の一部の構成を説明するための模式図である。図３５（ａ）及び（ｂ）に示す通り、本実施の形態において、被測定電流からの誘導磁場の方向は、筐体７１０の左右方向（以下、Ｘ方向）である。また、電流センサ６０１は第１の磁気抵抗素子１００を備えている。第１の磁気抵抗素子１００は、例えば第１の実施の形態に係る磁気抵抗素子１００と同様に構成されており、第１磁性層１０１、第２磁性層１０２及び中間層１０３を備える。第１磁性層１０１の初期磁化方向（配線５００に電流が流れていない時の磁化方向）は、電流センサ６０１から配線５００に向かう方向又はその逆方向（以下、Ｙ方向）である。これにより、交流電流のいずれの極性の電流も線形成良く検知することが可能となる。

図３５に示す構造においては、好適に磁化アライメントが行われ、外部ノイズの影響を好適に低減する事が可能である。即ち、外部磁場ノイズが最も印可されやすい電流センサ６０１の表面から外部磁界が印可された場合、その面（ｘｙ平面）に直行する方向（ｚ方向）に磁界が印可される。しかしながら電流センサ６０１の磁化方向（第１磁性層１０１の磁化方向）はその面（ｘｙ平面）と平行であるため、その面と直行する方向（ｚ方向）の磁界を印加されても、ほぼノイズを生じない。この磁化アライメントによれば、外部磁場の影響をよけいな構造を付加することなく少なくする事が可能である。尚、電流センサ６０１の断面方向においては、磁気シールドを設けても良い。この磁気シールドは、電流測定モジュールの中では最も断面積が小さい。従って、磁気シールドを追加することに伴うコストの増大も最小限に抑えることが可能になる。また電流センサ６０１の基板をそのまま電子基板モジュール７１１に貼り付けることが可能なので、配置の誤差による影響などが少なくなり、配置の精度を高く保つために必要な製造コストを最小限に抑えることが可能となる。よって、図３４、図３５に示したような構成においては、配線５００による誘導磁界と電流センサ６０１の磁化アライメントを好適に行う事が可能である。

さらに、図３４のような配置することにより、同一基板上に複数の電流センサを配置することが可能である。そのため、製造コストの低減を図ることが可能となる。

図３６は、スマートメータ７００の概略構成を示す機能ブロック図である。図３６に示す通り、スマートメータ７００は、上記配線５００及び電流センサ６０１に加え、電圧計７５０、Ａ／Ｄ変換回路７６０、演算部７７０及び通信回路７８０を更に備える。尚、電圧計７５０、Ａ／Ｄ変換回路７６０、演算部７７０及び通信回路７８０は、半導体素子として電子基板モジュール７１１上に作り込む事も可能である。

電流センサ６０１は、第４の実施の形態に係る電流センサ６０１である。しかし、メモリ６８０や通信回路６９０を省略することも可能である。電流センサ６０１は、配線５００の近傍に配置され、配線５００に流れる電流を測定する。

電圧計７５０としては、種々の電圧計を適用することが可能である。電圧計７５０は、第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０の間の電圧を測定する。Ａ／Ｄ変換回路７６０は、電圧計７５０によって測定された電圧値をデジタル信号に変換する。

演算部７７０は、電流センサ６０１から電流値を、Ａ／Ｄ変換回路７６０から電圧値を取得し、電力の算出等を行う。表示部７４０は、演算部から電流値、電圧値及び電力の大きさ等を取得し、表示する。通信回路７８０は、同じく演算部から電流値、電圧値及び電力の大きさ等を取得し、スマートメータ７００の外部に出力する。

［６．第６の実施の形態］
次に、第６の実施の形態に係るスマートメータ７０１について説明する。図３７（ａ）は、本実施の形態に係るスマートメータ７０１の模式的な平面図、図３７（ｂ）は、同スマートメータ７０１の模式的な側面図である。

本実施の形態に係るスマートメータ７０１は、基本的には第５の実施の形態に係るスマートメータ７００と同様に構成されているが、磁気抵抗素子の配置において第５の実施の形態と異なる。即ち、図３７（ａ）及び（ｂ）に示す通り、本実施の形態においては、複数の測定用磁気抵抗素子６１０が、配線５００からの距離が異なる様に配置されている。また、複数の測定用磁気抵抗素子６１０よりも更に配線５００から遠い位置に、リファレンス磁気抵抗素子６２０が配置されている。

本実施の形態に係るスマートメータ７０１において、複数の測定用磁気抵抗素子６１０に印加される誘導磁場の大きさは全て異なり、配線５００との距離が小さいほど強い磁場が印加される。本実施の形態に係るスマートメータ７０１においては、このような方法によって測定用磁気抵抗素子６１０の磁場感度を調整している。

［７．第７の実施の形態］
次に、第７の実施の形態に係るスマートメータ７０２について説明する。図３８は、本実施の形態に係るスマートメータ７０２の模式的な平面図である。

本実施の形態に係るスマートメータ７０２は、基本的には第５の実施の形態に係るスマートメータ７００と同様に構成されているが、磁気抵抗素子の配置において第５の実施の形態と異なる。即ち、図３８に示す通り、本実施の形態においては、複数の測定用磁気抵抗素子６１０及びリファレンス磁気抵抗素子６２０が、配線５００からほぼ同程度の位置に配置されている。また、本実施の形態においては、複数の測定用磁気抵抗素子６１０及びリファレンス磁気抵抗素子６２０として第１の実施の形態に係る電流センサの磁気抵抗素子が採用されており、これらの磁場感度は、第１の実施の形態において説明した種々の線形応答磁性体によって調整されている。

尚、複数の測定用磁気抵抗素子６１０及びリファレンス磁気抵抗素子６２０は、図３９に示す通り、電子基板モジュール７１１上に、マトリクス状に配置することも可能である。磁気抵抗素子をこのように配置した場合、線形応答磁性体等による磁場感度の調整に加え、配線５００との距離の違いによる磁場感度の調整を行い、更に広い範囲の誘導磁界を測定することが可能となる。

［８．第８の実施の形態］
次に、第８の実施の形態に係るスマートメータ７０３について説明する。図４０（ａ）は、本実施の形態に係るスマートメータ７０３の外観を示す模式的な斜視図、図４０（ｂ）は、同スマートメータ７０３の模式的な平面図、図４０（ｃ）は、同スマートメータ７０３の模式的な側面図である。また、図４１（ａ）及び（ｂ）は、同スマートメータ７０３の一部の構成を説明するための模式図である。

本実施の形態に係るスマートメータ７０３は、基本的には第５の実施の形態に係るスマートメータ７００と同様に構成されているが、以下の点において、第５の実施の形態に係るスマートメータ７００と異なる。

即ち、図４０（ａ）に示す通り、本実施の形態に係るスマートメータ７０３においては、第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０がＸ方向に配設されている。また、第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０がＸ方向に配設されている為、図４０（ｂ）及び（ｃ）に示す通り、配線５００は、筐体７１０のＸ方向に被測定電流を流すように配置されている。更に、この場合、被測定電流による誘導磁場の方向は筐体７１０のＹ方向となる。従って、図４１（ａ）及び（ｂ）に示す通り、電流センサ６０１は、電子基板モジュール７１１上に、筐体７１０の底面と垂直に固定されている。

［９．第９の実施の形態］
次に、第９の実施の形態に係るスマートメータ７０４について説明する。図４２（ａ）は、本実施の形態に係るスマートメータ７０４の外観を示す模式的な平面図、図４２（ｂ）は、同スマートメータ７０４の模式的な側面図である。

本実施の形態に係るスマートメータ７０４は、基本的には第８の実施の形態に係るスマートメータ７０３と同様に構成されているが、磁気抵抗素子の配置において第８の実施の形態と異なる。即ち、図４２（ａ）及び（ｂ）に示す通り、本実施の形態においては、複数の測定用磁気抵抗素子６１０が、配線５００との距離が異なる様に配置されている。また、複数の測定用磁気抵抗素子６１０よりも更に配線５００から遠い位置に、リファレンス磁気抵抗素子６２０が配置されている。

本実施の形態に係るスマートメータ７０４において、複数の測定用磁気抵抗素子６１０に印加される誘導磁場の大きさは全て異なり、配線５００との距離が小さいほど強い磁場が印加される。本実施の形態に係るスマートメータ７０４においては、このような方法によって測定用磁気抵抗素子６１０の磁場感度を調整している。

［１０．第１０の実施の形態］
次に、第１０の実施の形態に係るスマートメータ７０５について説明する。図４３は、本実施の形態に係るスマートメータ７０５の模式的な平面図である。

本実施の形態に係るスマートメータ７０５は、基本的には第８の実施の形態に係るスマートメータ７０３と同様に構成されているが、磁気抵抗素子の配置において第８の実施の形態と異なる。即ち、図４３に示す通り、本実施の形態においては、複数の測定用磁気抵抗素子６１０及びリファレンス磁気抵抗素子６２０が、配線５００からほぼ同程度の位置に配置されている。また、本実施の形態においては、複数の測定用磁気抵抗素子６１０及びリファレンス磁気抵抗素子６２０として第１の実施の形態に係る電流センサの磁気抵抗素子が採用されており、これらの磁場感度は、第１の実施の形態において説明した種々の線形応答磁性体によって調整されている。

尚、複数の測定用磁気抵抗素子６１０及びリファレンス磁気抵抗素子６２０は、図４４に示す通り、電子基板モジュール７１１上に、マトリクス状に配置することも可能である。磁気抵抗素子をこのように配置した場合、線形応答磁性体等による磁場感度の調整に加え、配線５００との距離の違いによる磁場感度の調整を行い、更に広い範囲の誘導磁界を測定することが可能となる。

［１１．第１１の実施の形態］
次に、第１１の実施の形態について説明する。第１１の実施の形態に係る電流センサは、家庭用電化製品に搭載されている。これにより、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）を実現することも可能である。図４５は、本実施の形態に係る家庭用電化製品の様子を示す模式図である。電流センサは、種々の家庭用電化製品に搭載することが可能であるが、図４５においては、エアーコンディショナー８００に搭載した場合の様子を示している。

本実施の形態に係るエアーコンディショナー８００は、電流測定機構８０１を備えている。電流測定機構８０１は、例えば第４の実施の形態に係る電流センサ６０１を筐体８０２中に収容してなる。筐体８０２の側面には第１及び第２の端子部８０３，８０４が設けられており、電流センサ６０１はこれら第１及び第２の端子部を介して他の部品と接続される。

［１２．その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、下記の様な態様によっても実施することが可能である。

［態様１］
被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子と、
これら複数の磁気抵抗素子から一の磁気抵抗素子を選択し、選択した磁気抵抗素子の抵抗値を出力する選択回路と
を有し、
前記複数の磁気抵抗素子は、印加された前記誘導磁界の大きさと前記抵抗値との関係が互いに異なる
ことを特徴とする電流センサ。

［態様２］
前記複数の磁気抵抗素子は、所定の誘導磁界の増加量に応じた抵抗値の増加量又は減少量が互いに異なる磁気抵抗素子を含む
ことを特徴とする態様１記載の電流センサ。

［態様３］
前記複数の磁気抵抗素子は、互いに異なる飽和磁界を有する磁気抵抗素子を含む
ことを特徴とする態様２記載の電流センサ。

［態様４］
前記複数の磁気抵抗素子は、
それぞれ固定バイアス磁界を印加するための一対の硬質磁性バイアス膜を有し、
互いに前記硬質磁性バイアス膜の厚さまたは硬質磁性バイアス膜間の距離が異なる磁気抵抗素子を含む
ことを特徴とする態様３記載の電流センサ。

［態様５］
前記複数の磁気抵抗素子は、磁化自由層と、ピン層とを備え、
前記複数の磁気抵抗素子のピン層の磁化方向は、前記被測定電流からの誘導磁界の方向と平行である
ことを特徴とする態様１〜４に記載の電流センサ。

［態様６］
前記複数の磁気抵抗素子の、被測定電流による誘導磁場方向に隣接する部分には、台形形状を有する磁束ガイドが配置されている
ことを特徴とする態様１〜５に記載の電流センサ。

［１３．その他］
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…第１の磁気抵抗素子、１０１…第１磁性層（磁化自由層）、１０２…第２磁性層（第１磁化固定層）、１０３…中間層、１０４…下地層、１０５…ピニング層、１０６…第２磁化固定層、１０７…磁気結合層、１０８…キャップ層、１０９…絶縁層、１１０…基板、１１１…絶縁層、１１２…絶縁層、１６０…第１の線形応答磁性体、１６１…下地層、１６２…分離層、１６３…第１バイアス磁性層、１６４…バイアス磁気結合層、１６５…第２バイアス磁性層、１６６…バイアスピニング層、２００…第２の磁気抵抗素子、２６０…第２の線形応答磁性体、３００…第３の磁気抵抗素子、５００…配線、Ｅ１…下部電極、Ｅ２…上部電極。

Claims (8)

1. 被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子と、
   これら複数の磁気抵抗素子から一の磁気抵抗素子を選択し、選択した磁気抵抗素子の抵抗値を出力する選択回路と
   を有し、
   前記複数の磁気抵抗素子は、印加された前記誘導磁界の大きさと前記抵抗値との関係が互いに異なる
   ことを特徴とする電流センサ。
2. 前記複数の磁気抵抗素子は、所定の誘導磁界の増加量に応じた抵抗値の増加量又は減少量が互いに異なる磁気抵抗素子を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
3. 前記複数の磁気抵抗素子は、測定に使用される複数の測定用磁気抵抗素子と前記複数の測定用磁気抵抗素子で少なくとも一つは、前記選択回路の選択の用に供される一のリファレンス磁気抵抗素子であり、
   前記選択回路は、前記リファレンス磁気抵抗素子の出力電圧に基づいて前記測定用磁気抵抗素子を選択する
   ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の電流センサ。
4. 前記選択回路は、マルチプレクサを有し、
   前記複数の磁気抵抗素子の出力信号は、前記マルチプレクサに入力され、
   前記マルチプレクサは、前記リファレンス磁気抵抗素子の出力電圧に基づいて生成された制御信号に応じてただ一つの磁気抵抗素子の出力信号を選択する
   ことを特徴とする請求項３記載の電流センサ。
5. 前記電流センサは、前記選択回路により選択された前記複数の磁気抵抗素子の出力信号及び前記リファレンス磁気抵抗素子の出力信号に基づいて生成された制御信号から形成された信号を出力する
   ことを特徴とする請求項４記載の電流センサ。
6. 前記リファレンス磁気抵抗効果素子は、前記複数の磁気抵抗効果素子のうち、磁場感度が最も小さい磁気抵抗素子である
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかの１項に記載の電流センサ。
7. 電子基板モジュールと、
   前記電子基板モジュール上に固定された請求項１〜６に記載の電流センサと、
   前記電子基板モジュールとの相対位置が固定された配線と
   を備え、
   前記被測定電流は、前記配線に通電される
   ことを特徴とする電流測定モジュール。
8. 請求項７に記載の電流測定モジュールを搭載したスマートメータ。

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