JP2016148567A - 磁気センサおよび電流センサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサおよび当該磁気センサを備えた電流センサに関する。
図1は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概念図(平面図)、図2は、図1に示すII−II線における矢視断面図である。
本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法は限定されない。次に説明する方法によれば、本実施形態に係る磁気センサを効率的に製造することが可能である。
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、電流センサとして好適に使用されうる。かかる電流センサは、磁気抵抗効果素子を1つ備える構成でもよいが、特許文献1に記載されるように、4つの素子を用い、ブリッジ回路を組んで測定精度を高めることが好ましい。本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、好ましい一例において磁場中アニール処理を備えないため、複数の磁気抵抗効果素子を同一基板上に製造することが容易である。
絶縁層を有する基板上に、下からシード層;NiFeCr(42)/固定磁性層[第1磁性層;Co40Fe60(19)/非磁性中間層;Ru(3.6)/第2磁性層;Co90Fe10(24)]/非磁性材料層;Cu(22)/フリー磁性層[Co90Fe10(10)/Ni82.5Fe17.5(70)]/反強磁性層;Ir22Mn78(80)/保護層;Ta(100)の順に積層して第1比較積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
第1比較積層構造体のX線回折測定を行った。X線源はCoKα線(λ=1.789Å)を用いた。その結果(2θが46°から56°の範囲)を図4に示す。図4に示されるように、48.5°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークは反強磁性層のfcc(111)面に基づくものであって、格子面間隔は2.18Åと算出された。また、51.5°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークはフリー磁性層のfcc(111)面に基づくものであって、格子面間隔は2.06Åと算出された。これらの格子面画の算出結果に基づく格子非整合は6%であった。
絶縁層を有する基板29上に、下からシード層20;NiFeCr(42)/固定磁性層21[第1磁性層21a;Co40Fe60(19)/非磁性中間層21b;Ru(3.6)/第2磁性層21c;Co90Fe10(24)]/非磁性材料層22;Cu(22)/フリー磁性層23[第1フリー磁性層23a;{Co90Fe10(10)/Ni82.5Fe17.5(40)}/ミスフィット低減層23b;Pt(3)/第2フリー磁性層23c;Ni82.5Fe17.5(30)]/第1反強磁性層24;Ir22Mn78(80)/保護層25;Ta(100)の順に積層して第1積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。第1積層構造体が備えるミスフィット低減層23bは、Pt,Pd,TaおよびWからなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する層でもあるため、第1層としても位置付けられる。
実施例1−1と同様であるが、ミスフィット低減層23bとして、Ptからなる層に代えてTaからなる層(厚さ:3Å)を用いて、第2積層構造体を得た。第2積層構造体が備えるミスフィット低減層23bは、Pt,Pd,TaおよびWからなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する層でもあるため、第1層としても位置付けられる。
第1比較積層構造体、第1積層構造体および第2積層構造体のX線回折測定を行った。X線源はCoKα線(λ=1.789Å)を用いた。その結果(2θが50.5°から52.5°の範囲)を図5に示す。図5に示されるように、第1比較積層構造体におけるフリー磁性層のピークの頂点よりも、第1積層構造体および第2積層構造体におけるフリー磁性層のピークの頂点のほうが低角度側にシフトし、ミスフィット低減層23bを導入することにより、フリー磁性層23と第1反強磁性層24との格子非整合が低減されることが確認された。
第1比較積層構造体、第1積層構造体および第2積層構造体を備える磁気センサ(それぞれ、「第1比較磁気センサ」、「第1磁気センサ」および「第2磁気センサ」という。)を製造した。各磁気センサを、150℃の環境下に所定時間保存して、初期に比べて平均感度がどの程度変化したかを測定した。測定結果を図6に示す。図6に示されるように、第1磁気センサおよび第2磁気センサは、第1比較磁気センサに比べて、高温環境に長時間保存された場合の平均感度が変化しにくかった。
絶縁層を有する基板29上に、下からシード層20;NiFeCr(42)/固定磁性層21[第1磁性層21a;Co40Fe60(19)/非磁性中間層21b;Ru(3.6)/第2磁性層21c;Co90Fe10(24)]/非磁性材料層22;Cu(22)/フリー磁性層23[第1フリー磁性層23a;{Co90Fe10(10)/Ni81.5Fe18.5(40)}/ミスフィット低減層23b;Pt(実施例2−1)またはTa(実施例2−2)/第2フリー磁性層23c;Ni81.5Fe18.5(30)]/第1反強磁性層24;Ir22Mn78(80)/保護層25;Ta(100)の順に積層して第3積層構造体(実施例2−1)または第4積層構造体(実施例2−2)を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。第3積層構造体または第4積層構造体が備えるミスフィット低減層23bは、Pt,Pd,TaおよびWからなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する層でもあるため、第1層としても位置付けられる。
絶縁層を有する基板29上に、下からシード層20;NiFeCr(42)/固定磁性層21[第1磁性層21a;Co40Fe60(19)/非磁性中間層21b;Ru(3.6)/第2磁性層21c;Co90Fe10(24)]/非磁性材料層22;Cu(22)/フリー磁性層23[第1フリー磁性層23a;{Co90Fe10(10)/Ni81.5Fe18.5(70−X)}/ミスフィット低減層23b;Pt(5)/第2フリー磁性層23c;Ni81.5Fe18.5(X)]/第1反強磁性層24;Ir22Mn78(80)/保護層25;Ta(100)の順に積層して第5積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。第5積層構造体が備えるミスフィット低減層23bは、Pt,Pd,TaおよびWからなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する層でもあるため、第1層としても位置付けられる。
11,11’ 磁気抵抗効果素子
12 長尺パターン
20 シード層
21 固定磁性層
21a 第1磁性層
21b 非磁性中間層
21c 第2磁性層
21d 第2反強磁性層
21e 強磁性層
22 非磁性材料層
23 フリー磁性層
23a 第1フリー磁性層
23b ミスフィット低減層
23c 第2フリー磁性層
24 第1反強磁性層
25 保護層
29 基板
Claims (11)
- 特定の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
前記磁気抵抗効果素子は、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基板上に有し、
前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第1反強磁性層を備え、
前記フリー磁性層は、前記フリー磁性層の前記第1反強磁性層に対する格子非整合を低減させるミスフィット低減層、前記ミスフィット低減層と前記非磁性材料層との間に位置する第1フリー磁性層、および前記ミスフィット低減層と前記第1反強磁性層との間に位置し、前記第1フリー磁性層と強磁性結合する第2フリー磁性層を備えること
を特徴とする磁気センサ。 - 前記ミスフィット低減層および前記第2フリー磁性層は面心立方構造(fcc)を有し、前記ミスフィット低減層のfcc(111)面における格子面間隔は、前記第2フリー磁性層のfcc(111)面における格子面間隔よりも大きい、請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記ミスフィット低減層は、Pt,Pd,TaおよびWからなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1または2に記載の磁気センサ。
- 特定の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
前記磁気抵抗効果素子は、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基板上に有し、
前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第1反強磁性層を備え、
前記フリー磁性層は、Pt,Pd,TaおよびWからなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する第1層、前記第1層と前記非磁性材料層との間に位置する第1フリー磁性層、および前記第1層と前記第1反強磁性層との間に位置し、前記第1フリー磁性層と強磁性結合する第2フリー磁性層を備えること
を特徴とする磁気センサ。 - 前記第1反強磁性層は白金族元素およびMnを含有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記第1反強磁性層は、IrMnおよびPtMnの少なくとも一方から形成される、請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 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から6のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記固定磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記固定磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記固定磁性層の磁化方向を所定方向に揃えることができる第2反強磁性層を備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記積層構造は、前記フリー磁性層が前記固定磁性層と前記基板との間に位置するように積層されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記積層構造は、前記固定磁性層が前記フリー磁性層と前記基板との間に位置するように積層されている、請求項1から7のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載される磁気センサを備える電流センサ。
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