JP2016176911A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気検出素子に対して安定したバイアス磁界を印加する。
【解決手段】磁気センサは、ＭＲ素子１０と、協働してＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生部２１，２２を備えている。バイアス磁界発生部２１，２２の各々は、Ｚ方向に沿って積層された第１の反強磁性層、強磁性層および第２の反強磁性層を有している。ＭＲ素子１０と交差しＺ方向に垂直な仮想の平面Ｐ上に、Ｚ方向から見てバイアス磁界発生部２１，２２の間に位置する素子配置領域Ｒが形成される。素子配置領域Ｒは、中央領域Ｒ３と、そのＸ方向の両側に位置する端部領域Ｒ１，Ｒ２を含んでいる。ＭＲ素子１０は、仮想の平面Ｐ上においてＭＲ素子１０の全体が中央領域Ｒ３内に含まれるように配置されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、磁気検出素子と、協働して磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生する２つのバイアス磁界発生部とを備えた磁気センサに関する。

近年、種々の用途で、動作体の回転動作や直線的動作に関連する物理量を検出する磁気センサシステムが用いられている。一般的に、磁気センサシステムは、スケールと磁気センサとを備え、磁気センサによって、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する信号を生成するようになっている。

磁気センサは、被検出磁界を検出する磁気検出素子を含んでいる。特許文献１には、磁気検出素子として、いわゆる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。）を用いた磁気センサが記載されている。スピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、被検出磁界に応じて磁化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有している。スピンバルブ型のＭＲ素子には、非磁性層がトンネルバリア層であるＴＭＲ素子と、非磁性層が非磁性導電層であるＧＭＲ素子とが含まれる。

磁気センサには、磁気検出素子に対してバイアス磁界を印加する手段を備えたものがある。バイアス磁界は、例えば、被検出磁界の強度の変化に対して磁気検出素子が線形に応答するようにするために用いられる。また、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いた磁気センサでは、バイアス磁界は、被検出磁界がないときに、自由層を単磁区化し、且つ自由層の磁化の方向を一定の方向に向かせるためにも用いられる。

特許文献１には、スピンバルブ型のＭＲ素子と、ＭＲ素子を挟むように配置されてバイアス磁界を発生する一対の永久磁石とを備えた磁気センサが記載されている。

特開２０１４−２０９０８９号公報

特許文献１に記載されているような、バイアス磁界を発生する手段として一対の永久磁石を用いた磁気センサでは、以下のような問題点がある。このような磁気センサは、通常、被検出磁界の強度が永久磁石の保磁力を超えないという条件の下で使用される。しかし、磁気センサは、様々な環境で使用され得るため、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されることが起こり得る。このような外部磁界が一時的に永久磁石に印加されると、永久磁石の磁化の方向が、当初の方向から変化し、外部磁界がなくなっても当初の方向から変化したままになる場合がある。この場合、バイアス磁界の方向が所望の方向から変化してしまう。

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、磁気検出素子に対して安定したバイアス磁界を印加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、被検出磁界を検出する少なくとも１つの磁気検出素子と、協働して少なくとも１つの磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生する第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部とを備えている。第１のバイアス磁界発生部と第２のバイアス磁界発生部は、第１の方向に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。第１および第２のバイアス磁界発生部の各々は、第１の方向に直交する第２の方向に沿って積層された強磁性層と第１の反強磁性層を含んでいる。強磁性層は、第２の方向の両端に位置する第１の面と第２の面を有している。第１の反強磁性層は、強磁性層の第１の面に接して強磁性層と交換結合している。

第１のバイアス磁界発生部と第２のバイアス磁界発生部の各々は、第１の方向と第２の方向の両方に直交する第３の方向において互いに反対の位置にある第１端および第２端を有している。ここで、少なくとも１つの磁気検出素子と交差し第２の方向に垂直な仮想の平面上に、第２の方向から見たときに第１および第２のバイアス磁界発生部のそれぞれの第１端を通過する第１の仮想の直線と、第２の方向から見たときに第１および第２のバイアス磁界発生部のそれぞれの第２端を通過する第２の仮想の直線とを定義する。本発明の磁気センサでは、上記仮想の平面上に、第２の方向から見て第１のバイアス磁界発生部と第２のバイアス磁界発生部の間に位置し、且つ第１の仮想の直線と第２の仮想の直線との間に位置する素子配置領域が形成されるように、第１および第２のバイアス磁界発生部が配置されている。

素子配置領域は、それぞれ面積を有する第１の端部領域と第２の端部領域と中央領域とを含んでいる。第１の端部領域は、中央領域に対して第１の仮想の直線により近い位置にある。第２の端部領域は、中央領域に対して第２の仮想の直線により近い位置にある。中央領域は、第１の端部領域と第２の端部領域の間に位置して、第１の仮想の直線に平行な第１の境界線を介して第１の端部領域に隣接すると共に、第２の仮想の直線に平行な第２の境界線を介して第２の端部領域に隣接している。少なくとも１つの磁気検出素子は、前記仮想の平面上において少なくとも１つの磁気検出素子の全体が中央領域内に含まれるように、配置されている。

本発明の磁気センサにおいて、強磁性層は、第１の方向に平行な方向の磁化を有していてもよく、少なくとも１つの磁気検出素子の位置におけるバイアス磁界は、強磁性層の磁化の方向と同じ方向の成分を含んでいてもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、第１の仮想の直線と第１の境界線の間の距離と、第２の仮想の直線と第２の境界線の間の距離は、いずれも第１のバイアス磁界発生部と第２のバイアス磁界発生部の間隔の３０％であってもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、前記仮想の平面は、第１および第２のバイアス磁界発生部と交差してもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子であってもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、被検出磁界に応じて磁化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有していてもよい。磁化固定層、非磁性層および自由層は、第２の方向に沿って積層されていてもよい。前記仮想の平面は、第１および第２のバイアス磁界発生部の各々の強磁性層および少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の自由層と交差してもよい。

また、本発明の磁気センサにおいて、第１および第２のバイアス磁界発生部の各々は、更に、強磁性層の第２の面に接して強磁性層と交換結合する第２の反強磁性層を含んでいてもよい。

本発明の磁気センサにおける第１および第２のバイアス磁界発生部では、第１の反強磁性層と強磁性層が交換結合することによって、強磁性層の磁化の方向が規定される。この第１および第２のバイアス磁界発生部では、強磁性層の磁化の方向を反転させるほど大きな強度の外部磁界が一時的に印加されても、そのような外部磁界がなくなれば、強磁性層の磁化の方向は、当初の方向に戻る。従って、本発明の磁気センサによれば、磁気検出素子に対して安定したバイアス磁界を印加することが可能になるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの回路図である。 図２に示した磁気センサの一部を拡大して示す斜視図である。 図２に示した磁気センサの一部を拡大して示す断面図である。 図４および図５に示したＭＲ素子と第１および第２のバイアス磁界発生部の位置関係を示す説明図である。 永久磁石の磁化曲線を示す特性図である。 図４ないし図６に示した第１および第２のバイアス磁界発生部の各々の磁化曲線を示す特性図である。 磁気センサの第１のモデルの基準平面上におけるバイアス磁界の基準成分の強度分布を示す特性図である。 磁気センサの第２のモデルの基準平面上におけるバイアス磁界の基準成分の強度分布を示す特性図である。 磁気センサの第３のモデルの基準平面上におけるバイアス磁界の基準成分の強度分布を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＭＲ素子と第１および第２のバイアス磁界発生部の位置関係を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。

［第１の実施の形態］
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を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサシステムの一例について説明する。図１は、本実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。図１に示した磁気センサシステムは、本実施の形態に係る磁気センサ１と、磁気センサ１が検出する被検出磁界を発生する回転スケール５０とを備えている。回転スケール５０は、回転動作をする図示しない動作体に連動し、所定の中心軸Ｃを中心として回転方向Ｄに回転する。これにより、回転スケール５０と磁気センサ１との相対的位置関係は、回転方向Ｄに変化する。磁気センサシステムは、回転スケール５０と磁気センサ１との相対的位置関係に関連する物理量を検出する。具体的には、磁気センサシステムは、上記物理量として、回転スケール５０と連動する上記動作体の回転位置や回転速度等を検出する。

図１に示したように、回転スケール５０は、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有する多極着磁磁石である。図１に示した例では、回転スケール５０は、６組のＮ極とＳ極を有している。磁気センサ１は、回転スケール５０の外周面に対向する位置に配置されている。

被検出磁界の方向は、回転スケール５０と磁気センサ１の相対的位置関係の変化に応じて周期的に変化する。本実施の形態では、被検出磁界の方向は、回転スケール５０の回転に伴って変化する。図１に示した例では、回転スケール５０が１回転すると、被検出磁界の方向は６回転すなわち６周期変化する。

次に、図２および図３を参照して、磁気センサ１について説明する。図２は、磁気センサ１の斜視図である。図３は、磁気センサ１の回路図である。磁気センサ１は、被検出磁界を検出する少なくとも１つの磁気検出素子と、協働して少なくとも１つの磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生する第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部とを備えている。本実施の形態では、少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）である。

本実施の形態では特に、磁気センサ１は、少なくとも１つのＭＲ素子として４つのＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを備えている。また、磁気センサ１は、第１および第２のバイアス磁界発生部として、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに対応した４組の第１および第２のバイアス磁界発生部（２１Ａ，２２Ａ）、（２１Ｂ，２２Ｂ）、（２１Ｃ，２２Ｃ）、（２１Ｄ，２２Ｄ）を備えている。４組の第１および第２のバイアス磁界発生部（２１Ａ，２２Ａ）、（２１Ｂ，２２Ｂ）、（２１Ｃ，２２Ｃ）、（２１Ｄ，２２Ｄ）は、それぞれ、対応するＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに印加されるバイアス磁界を発生する。

第１のバイアス磁界発生部２１Ａと第２のバイアス磁界発生部２２Ａは、ＭＲ素子１０Ａを挟むように、第１の方向に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。ここで、図２に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、第１の方向をＹ方向としている。

なお、本出願において用いるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、いずれも、図２において双方向の矢印で示したように、特定の一方向とその反対方向とを含むものとして定義される。一方、磁界の方向や磁化の方向は、特定の一方向のみを表すものとして定義される。

上記の第１および第２のバイアス磁界発生部２１Ａ，２２ＡとＭＲ素子１０Ａの位置関係と同様に、第１のバイアス磁界発生部２１Ｂと第２のバイアス磁界発生部２２Ｂは、ＭＲ素子１０Ｂを挟むように、第１の方向（Ｙ方向）に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。第１のバイアス磁界発生部２１Ｃと第２のバイアス磁界発生部２２Ｃは、ＭＲ素子１０Ｃを挟むように、第１の方向（Ｙ方向）に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。第１のバイアス磁界発生部２１Ｄと第２のバイアス磁界発生部２２Ｄは、ＭＲ素子１０Ｄを挟むように、第１の方向（Ｙ方向）に沿って、所定の間隔を開けて配置されている。

磁気センサ１は、更に、図示しない基板と、２つの上部電極３１，３２と、２つの下部電極４１，４２とを備えている。下部電極４１，４２は、図示しない基板の上に配置されている。上部電極３１は、基部３１０と、基部３１０から二又に分岐した枝部３１１，３１２を有している。上部電極３２は、基部３２０と、基部３２０から二又に分岐した枝部３２１，３２２を有している。下部電極４１は、基部４１０と、基部４１０から二又に分岐した枝部４１１，４１２を有している。下部電極４２は、基部４２０と、基部４２０から二又に分岐した枝部４２１，４２２を有している。上部電極３１の枝部３１１は、下部電極４１の枝部４１１に対向している。上部電極３１の枝部３１２は、下部電極４２の枝部４２１に対向している。上部電極３２の枝部３２１は、下部電極４１の枝部４１２に対向している。上部電極３２の枝部３２２は、下部電極４２の枝部４２２に対向している。

ＭＲ素子１０Ａとバイアス磁界発生部２１Ａ，２２Ａは、下部電極４１の枝部４１１と上部電極３１の枝部３１１の間に配置されている。上部電極３１および下部電極４１は、ＭＲ素子１０Ａに対してＺ方向の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ａに電流を供給する。

ＭＲ素子１０Ｂとバイアス磁界発生部２１Ｂ，２２Ｂは、下部電極４２の枝部４２１と上部電極３１の枝部３１２の間に配置されている。上部電極３１および下部電極４２は、ＭＲ素子１０Ｂに対してＺ方向の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ｂに電流を供給する。

ＭＲ素子１０Ｃとバイアス磁界発生部２１Ｃ，２２Ｃは、下部電極４２の枝部４２２と上部電極３２の枝部３２２の間に配置されている。上部電極３２および下部電極４２は、ＭＲ素子１０Ｃに対してＺ方向の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ｃに電流を供給する。

ＭＲ素子１０Ｄとバイアス磁界発生部２１Ｄ，２２Ｄは、下部電極４１の枝部４１２と上部電極３２の枝部３２１の間に配置されている。上部電極３２および下部電極４１は、ＭＲ素子１０Ｄに対してＺ方向の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ｄに電流を供給する。

図２に示したように、上部電極３１の基部３１０は、第１の出力ポートＥ１を含んでいる。上部電極３２の基部３２０は、第２の出力ポートＥ２を含んでいる。下部電極４１の基部４１０は、電源ポートＶを含んでいる。下部電極４２の基部４２０は、グランドポートＧを含んでいる。

ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｂは、上部電極３１を介して直列に接続されている。ＭＲ素子１０ＣとＭＲ素子１０Ｄは、上部電極３２を介して直列に接続されている。

図３に示したように、ＭＲ素子１０Ａの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ａの他端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの一端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ｃの一端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの他端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、ホイートストンブリッジ回路を構成している。

電源ポートＶ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Ｇはグランドに接続される。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々の抵抗値は、被検出磁界に応じて変化する。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値は、同じ位相で変化する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの抵抗値は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値とは１８０°異なる位相で変化する。第１の出力ポートＥ１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第２の出力ポートＥ２は、ＭＲ素子１０Ｄ，１０Ｃの接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第１および第２の検出信号は、被検出磁界に応じて変化する。第２の検出信号は、第１の検出信号とは位相が１８０°異なる。磁気センサ１の出力信号は、第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含む演算によって生成される。例えば、磁気センサ１の出力信号は、第１の検出信号から第２の検出信号を引いて得られる信号に所定のオフセット電圧を加えることによって生成される。この磁気センサ１の出力信号は、被検出磁界に応じて変化する。

次に、図４および図５を参照して、第１および第２のバイアス磁界発生部について詳しく説明する。図４は、図２に示した磁気センサ１の一部を拡大して示す斜視図である。図５は、図２に示した磁気センサ１の一部を拡大して示す断面図である。なお、以下の説明では、任意のＭＲ素子、第１のバイアス磁界発生部、第２のバイアス磁界発生部、上部電極および下部電極については、それぞれ、符号１０，２１，２２，３０，４０を付して表す。図４および図５には、任意のＭＲ素子１０と、このＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界を発生する第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と、このＭＲ素子１０に電流を供給する上部電極３０および下部電極４０を示している。

図５に示したように、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の各々は、第１の方向（Ｙ方向）に直交する第２の方向に沿って積層された強磁性層２４と第１の反強磁性層２３を含んでいる。本実施の形態では、第２の方向をＺ方向としている。強磁性層２４は、第２の方向（Ｚ方向）の両端に位置する第１の面２４ａと第２の面２４ｂを有している。第１の反強磁性層２３は、強磁性層２４の第１の面２４ａに接して強磁性層と交換結合している。図５に示した例では、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の各々は、更に、強磁性層２４の第２の面２４ｂに接して強磁性層２４と交換結合する第２の反強磁性層２５を含んでいる。この例では、第２の方向（Ｚ方向）に沿って、第１の反強磁性層２３と強磁性層２４と第２の反強磁性層２５が、この順で積層されている。

本実施の形態では、磁気センサ１は、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と下部電極４０との間に介在する絶縁層２０を備えている。なお、図２および図４では、絶縁層２０を省略して、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の配置を模式的に示している。絶縁層２０は、下部電極４０の上面の上に配置されている。第１の反強磁性層２３は、絶縁層２０の上面の上に配置されている。第２の反強磁性層２５の上面は、上部電極３０の下面に接している。絶縁層２０は、上部電極３０と下部電極４０が第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２を介して導通することを防止する機能と、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２のＺ方向の位置を調整する機能を有している。なお、磁気センサ１は、絶縁層２０の代わりに、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と上部電極３０との間に介在する他の絶縁層を備えていてもよい。あるいは、磁気センサ１は、絶縁層２０と上記他の絶縁層の両方を備えていてもよい。

強磁性層２４は、第１の方向（Ｙ方向）に平行な方向の磁化を有している。強磁性層２４の磁化の方向は、第１および第２の反強磁性層２３，２５と強磁性層２４が交換結合することによって規定される。本実施の形態では、第１のバイアス磁界発生部２１の強磁性層２４の磁化の方向と、第２のバイアス磁界発生部２２の強磁性層２４の磁化の方向は、同じ方向である。強磁性層２４の磁化に基づいて、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２は、協働してＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂを含む磁界を発生する。ＭＲ素子１０の位置におけるバイアス磁界Ｈｂは、主成分として、第１の方向（Ｙ方向）に平行な成分であって、強磁性層２４の磁化の方向と同じ方向の成分を含んでいる。

強磁性層２４は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうちの１つ以上の元素を含む強磁性材料によって形成されている。このような強磁性材料の例としては、ＣｏＦｅや、ＣｏＦｅＢや、ＣｏＮｉＦｅが挙げられる。強磁性層２４は、複数の層の積層体であって、隣接する２つの層が互いに異なる強磁性材料よりなる積層体によって構成されていてもよい。このような強磁性層２４の例としては、Ｃｏ層とＣｏＦｅ層とＣｏ層の積層体や、Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層とＣｏ_３０Ｆｅ_７０層とＣｏ_７０Ｆｅ_３０層の積層体が挙げられる。なお、Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０は、７０原子％のＣｏと３０原子％のＦｅよりなる合金を表し、Ｃｏ_３０Ｆｅ_７０は、３０原子％のＣｏと７０原子％のＦｅよりなる合金を表している。第１および第２の反強磁性層２３，２５は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。強磁性層２４の厚みは、８ｎｍ以上であることが好ましい。強磁性層２４の材料をＣｏＦｅとし、強磁性層２４の厚みを８ｎｍ程度とすると、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２によって、１０Ｏｅ（１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）程度の強度のバイアス磁界Ｈｂを生成することができる。

なお、第２の反強磁性層２５は、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。

また、図４に示したように、第１のバイアス磁界発生部２１と第２のバイアス磁界発生部２２の各々は、Ｘ方向において互いに反対の位置にある第１端および第２端を有している。Ｘ方向は、第１の方向（Ｙ方向）と第２の方向（Ｚ方向）の両方に直交する方向であり、本発明における第３の方向に対応する。以下、第１のバイアス磁界発生部２１の第１端および第２端をそれぞれ符号Ｅ１１，Ｅ１２で表し、第２のバイアス磁界発生部２２の第１端および第２端をそれぞれ符号Ｅ２１，Ｅ２２で表す。第１端Ｅ１１，Ｅ２１は、ＭＲ素子１０から見て、第３の方向（Ｘ方向）における同じ側にある。

図４に示した例では、第１のバイアス磁界発生部２１は、第２のバイアス磁界発生部２２に向いた第１の端面２１ａを有している。第２のバイアス磁界発生部２２は、第１の端面２１ａに対向する第２の端面２２ａを有している。

なお、図４に示した例では、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２は、いずれも直方体形状を有し、第２の方向（Ｚ方向）から見た第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の形状は、いずれも矩形である。しかし、第２の方向（Ｚ方向）から見た第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の形状は、矩形以外の多角形や、外縁の少なくとも一部が曲線からなる形状であってもよい。また、図４に示した例では、第１端Ｅ１１，Ｅ２１および第２端Ｅ１２，Ｅ２２は、いずれも面の形態である。しかし、第１端Ｅ１１，Ｅ２１および第２端Ｅ１２，Ｅ２２のうちの少なくとも１つは、線または点の形態であってもよい。

次に、図５を参照して、ＭＲ素子１０の構成の一例について説明する。本実施の形態では、ＭＲ素子１０として、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いている。ＭＲ素子１０は、少なくとも、方向が固定された磁化を有する磁化固定層１３と、被検出磁界に応じて磁化が変化する自由層１５と、磁化固定層１３と自由層１５の間に配置された非磁性層１４とを有している。

図５に示した例では、ＭＲ素子１０は、更に、下地層１１、反強磁性層１２および保護層１６を有している。この例では、下地層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５および保護層１６が、下部電極４０側からこの順に、第２の方向（Ｚ方向）に沿って積層されている。下地層１１と保護層１６は、導電性を有している。下地層１１は、図示しない基板の結晶軸の影響を排除し、下地層１１の上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるために用いられる。下地層１１の材料としては、例えばＴａやＲｕが用いられる。反強磁性層１２は、磁化固定層１３との交換結合により、磁化固定層１３における磁化の方向を固定する層である。反強磁性層１２は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。

磁化固定層１３では、反強磁性層１２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。図５に示した例では、磁化固定層１３は、反強磁性層１２の上に順に積層されたアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層１３１とインナー層１３３は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅ等の強磁性材料によって形成されている。アウター層１３１は、反強磁性層１２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。アウター層１３１とインナー層１３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。非磁性中間層１３２は、アウター層１３１とインナー層１３３の間に反強磁性交換結合を生じさせ、アウター層１３１の磁化の方向とインナー層１３３の磁化の方向を互いに逆方向に固定する。非磁性中間層１３２は、Ｒｕ等の非磁性材料によって形成されている。磁化固定層１３がアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有する場合には、磁化固定層１３の磁化の方向とは、インナー層１３３の磁化の方向を指す。

ＭＲ素子１０がＴＭＲ素子である場合には、非磁性層１４はトンネルバリア層である。トンネルバリア層は、例えば、マグネシウム層の一部または全体を酸化させて形成したものであってもよい。ＭＲ素子１０がＧＭＲ素子である場合には、非磁性層１４は非磁性導電層である。自由層１５は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって形成されている。保護層１６は、その下の各層を保護するための層である。保護層１６の材料としては、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔｉ等が用いられる。

下地層１１は下部電極４０に接続され、保護層１６は上部電極３０に接続されている。ＭＲ素子１０には、下部電極４０と上部電極３０によって、電流が供給されるようになっている。この電流は、ＭＲ素子１０を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子１０を構成する各層の面に対して垂直な方向である第２の方向（Ｚ方向）に流れる。

ＭＲ素子１０では、自由層１５に印加される磁界に応じて、自由層１５の磁化が変化する。より詳しく説明すると、自由層１５に印加される磁界の方向および大きさに応じて、自由層１５の磁化の方向および大きさが変化する。ＭＲ素子１０の抵抗値は、自由層１５の磁化の方向および大きさによって変化する。例えば、自由層１５の磁化の大きさが一定の場合には、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向と同じであるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最小値となり、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向とは反対方向であるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最大値となる。

次に、図２を参照して、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの磁化固定層１３の磁化の方向について説明する。図２において、符号１０ＡＰ，１０ＢＰ，１０ＣＰ，１０ＤＰを付した矢印は、それぞれ、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにおける磁化固定層の磁化の方向を表している。図２に示したように、ＭＲ素子１０Ａにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＡＰは、Ｘ方向に平行な方向（図２では左側に向かう方向）であり、ＭＲ素子１０Ｂにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＢＰは、方向１０ＡＰとは反対側の方向（図２では右側に向かう方向）である。この場合、方向１０ＡＰ，１０ＢＰに平行な方向すなわちＸ方向についての被検出磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位が変化する。第１の出力ポートＥ１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第１の検出信号は、Ｘ方向についての被検出磁界の成分の強度を表している。

また、図２に示したように、ＭＲ素子１０Ｃにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＣＰは、方向１０ＡＰと同じ方向であり、ＭＲ素子１０Ｄにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＤＰは、方向１０ＢＰと同じ方向である。この場合、方向１０ＣＰ，１０ＤＰに平行な方向（方向１０ＡＰ，１０ＢＰに平行な方向と同じ）すなわちＸ方向についての被検出磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄの接続点の電位が変化する。第２の出力ポートＥ２は、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄの接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第２の検出信号は、Ｘ方向についての被検出磁界の成分の強度を表している。

ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｄでは、それらに含まれる磁化固定層１３の磁化の方向が互いに反対方向である。また、ＭＲ素子１０ＢとＭＲ素子１０Ｃでは、それらに含まれる磁化固定層１３の磁化の方向が互いに反対方向である。そのため、第１の検出信号に対する第２の検出信号の位相差は１８０°になる。

なお、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄにおける磁化固定層１３の磁化の方向は、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄ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２を参照して、４組の第１および第２のバイアス磁界発生部（２１Ａ，２２Ａ）、（２１Ｂ，２２Ｂ）、（２１Ｃ，２２Ｃ）、（２１Ｄ，２２Ｄ）が発生するバイアス磁界Ｈｂについて説明する。図２において記号Ｈｂを付した矢印は、その矢印に最も近い位置にあるＭＲ素子１０の位置におけるバイアス磁界Ｈｂの方向を表している。図２に示したように、バイアス磁界Ｈｂは、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄの位置において、Ｙ方向（第１の方向）に平行な方向（図２では右上側に向かう方向）の成分を含んでいる。バイアス磁界Ｈｂは、磁化固定層１３の磁化の方向に平行な方向（Ｘ方向）についての被検出磁界の成分の強度が０になるときに、自由層１５を単磁区化し、且つ自由層１５の磁化の方向を一定の方向に向かせるために用いられる。

図１に示した磁気センサシステムにおいて、磁気センサ１は、Ｚ方向が、磁気センサ１が配置された位置と中心軸Ｃとを結ぶ直線に対して平行またはほぼ平行になり、Ｘ方向が、中心軸Ｃに垂直な仮想の平面に対して平行またはほぼ平行になる姿勢で、回転スケール５０の外周面に対向する位置に配置されている。この場合、ＭＲ素子１０の位置におけるバイアス磁界Ｈｂの主成分の方向（Ｙ方向に平行な方向）は、図１に示した中心軸Ｃに対して平行またはほぼ平行になる。

次に、図２、図４ないし図６を参照して、磁気検出素子（ＭＲ素子１０）と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の位置関係について説明する。図６は、図４および図５に示したＭＲ素子１０と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の位置関係を示す説明図である。図５および図６において、記号Ｐは、少なくとも１つの磁気検出素子と交差し第２の方向（Ｚ方向）に垂直な仮想の平面を示している。仮想の平面Ｐは、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の両方と交差していてもよいし、両方と交差していなくてもよい。後者の場合には、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の第２の方向（Ｚ方向）の位置は、一致していてもよいし、異なっていてもよい。あるいは、仮想の平面Ｐは、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２のうちの一方と交差し、他方と交差していなくてもよい。

図２、図４および図５には、仮想の平面Ｐが第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の両方と交差する場合の例を示している。この場合、図５に示したように、仮想の平面Ｐは、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の各々の強磁性層２４およびＭＲ素子１０の自由層１５と交差していてもよい。

ここで、図６に示したように、仮想の平面Ｐ上に、第１の仮想の直線Ｌ１と第２の仮想の直線Ｌ２とを定義する。第１の仮想の直線Ｌ１は、第２の方向（Ｚ方向）から見たときに、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２のそれぞれの第１端Ｅ１１，Ｅ２１を通過する直線である。第２の仮想の直線Ｌ２は、第２の方向（Ｚ方向）から見たときに、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２のそれぞれの第２端Ｅ１２，Ｅ２２を通過する直線である。図６では、第１および第２の仮想の直線Ｌ１，Ｌ２を破線で示している。第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２は、第１および第２の仮想の直線Ｌ１，Ｌ２が第１の方向（Ｙ方向）に平行になるように、形状と位置が規定されていることが好ましい。

第１端Ｅ１１の少なくとも一部が仮想の平面Ｐ上に位置する場合には、第１の仮想の直線Ｌ１は、仮想の平面Ｐ上における第１端Ｅ１１の位置を通過する。第１端Ｅ１１が仮想の平面Ｐから離れた位置にある場合には、第１の仮想の直線Ｌ１は、第１端Ｅ１１を仮想の平面Ｐに垂直投影した位置を通過する。

第１端Ｅ２１の少なくとも一部が仮想の平面Ｐ上に位置する場合には、第１の仮想の直線Ｌ１は、仮想の平面Ｐ上における第１端Ｅ２１の位置を通過する。第１端Ｅ２１が仮想の平面Ｐから離れた位置にある場合には、第１の仮想の直線Ｌ１は、第１端Ｅ２１を仮想の平面Ｐに垂直投影した位置を通過する。

第２端Ｅ１２の少なくとも一部が仮想の平面Ｐ上に位置する場合には、第２の仮想の直線Ｌ２は、仮想の平面Ｐ上における第２端Ｅ１２の位置を通過する。第２端Ｅ１２が仮想の平面Ｐから離れた位置にある場合には、第２の仮想の直線Ｌ２は、第２端Ｅ１２を仮想の平面Ｐに垂直投影した位置を通過する。

第２端Ｅ２２の少なくとも一部が仮想の平面Ｐ上に位置する場合には、第２の仮想の直線Ｌ２は、仮想の平面Ｐ上における第２端Ｅ２２の位置を通過する。第２端Ｅ２２が仮想の平面Ｐから離れた位置にある場合には、第２の仮想の直線Ｌ２は、第２端Ｅ２２を仮想の平面Ｐに垂直投影した位置を通過する。

図５および図６に示した例では、仮想の平面Ｐは、いずれも面の形態である第１端Ｅ１１，Ｅ２１および第２端Ｅ１２，Ｅ２２と交差している。この場合には、第１の仮想の直線Ｌ１は、仮想の平面Ｐ上における第１端Ｅ１１，Ｅ２１の位置を通過し、第２の仮想の直線Ｌ２は、仮想の平面Ｐ上における第２端Ｅ１２，Ｅ２２の位置を通過する。

第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２は、仮想の平面Ｐ上に、素子配置領域Ｒが形成されるように配置されている。素子配置領域Ｒは、第２の方向（Ｚ方向）から見て第１のバイアス磁界発生部２１と第２のバイアス磁界発生部２２の間に位置し、且つ第１の仮想の直線Ｌ１と第２の仮想の直線Ｌ２との間に位置する領域である。

素子配置領域Ｒは、第２の方向（Ｚ方向）から見たときの第１のバイアス磁界発生部２１の外縁の一部と、第２の方向（Ｚ方向）から見たときの第２のバイアス磁界発生部２２の外縁の一部と、第１の仮想の直線Ｌ１と、第２の仮想の直線Ｌ２とよって囲まれている。

図５および図６に示した例では、第１のバイアス磁界発生部２１の第１の端面２１ａと、第２のバイアス磁界発生部２２の第２の端面２２ａは、第２の方向（Ｚ方向）に対して平行である。そして、仮想の平面Ｐは、第１の端面２１ａおよび第２の端面２２ａと交差している。この場合には、素子配置領域Ｒは、第１の端面２１ａと、第２の端面２２ａと、第１の仮想の直線Ｌ１と、第２の仮想の直線Ｌ２とよって囲まれた領域である。

図６に示したように、素子配置領域Ｒは、それぞれ面積を有する第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２と中央領域Ｒ３とを含んでいる。第１の端部領域Ｒ１は、中央領域Ｒ３に対して第１の仮想の直線Ｌ１により近い位置にある。第２の端部領域Ｒ２は、中央領域Ｒ３に対して第２の仮想の直線Ｌ２により近い位置にある。中央領域Ｒ３は、第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２の間に位置して、第１の仮想の直線Ｌ１に平行な第１の境界線Ｂ１を介して第１の端部領域Ｒ１に隣接すると共に、第２の仮想の直線Ｌ２に平行な第２の境界線Ｂ２を介して第２の端部領域Ｒ２に隣接している。図６では、第１および第２の境界線Ｂ１，Ｂ２を点線で示している。

少なくとも１つの磁気検出素子は、仮想の平面Ｐ上において少なくとも１つの磁気検出素子の全体が中央領域Ｒ３内に含まれるように配置されている。本実施の形態では特に、少なくとも１つの磁気検出素子としての１つのＭＲ素子１０が、仮想の平面Ｐ上においてその全体が中央領域Ｒ３内に含まれるように配置されている。

図６に示したように、第１の仮想の直線Ｌ１と第１の境界線Ｂ１の間の距離を記号Ｄ１で表し、第２の仮想の直線Ｌ２と第２の境界線Ｂ２の間の距離を記号Ｄ２で表し、第１のバイアス磁界発生部２１と第２のバイアス磁界発生部２２の間隔を記号Ｇ１で表す。距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも間隔Ｇ１の３０％であることが好ましい。その理由については、後で詳しく説明する。

図２、図４ないし図６には、１つのＭＲ素子１０のみが中央領域Ｒ３内に含まれるように配置されている例を示している。しかし、後で第２の実施の形態で説明するように、複数のＭＲ素子１０が中央領域Ｒ３内に含まれるように配置されていてもよい。

次に、本実施の形態に係る磁気センサ１および磁気センサシステムの作用および効果について説明する。本実施の形態では、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の各々は、強磁性層２４と第１の反強磁性層２３を含み、第１の反強磁性層２３は、強磁性層２４と交換結合している。これにより、強磁性層２４の磁化の方向が規定される。第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２は、各々の強磁性層２４の磁化に基づいて、協働してＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂを発生する。

ここで、バイアス磁界を発生する手段として第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の代わりに一対の永久磁石を用いた比較例の磁気センサと比較しながら、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。まず、図７と図８を参照して、永久磁石の磁化曲線と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の各々の磁化曲線とを比較する。図７は、永久磁石の磁化曲線を示す特性図である。図８は、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の各々の磁化曲線を示す特性図である。ここでは、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の磁化曲線は一致するものとする。図７および図８において、横軸は磁界を示し、縦軸は磁化を示している。磁界と磁化のいずれに関しても、所定の方向についての大きさを正の値で表し、所定の方向とは反対方向についての大きさを負の値で表す。また、磁化曲線中の矢印は、磁界の変化の方向を表している。また、符号ＨＳで示した磁界の範囲は、被検出磁界の範囲を表している。

比較例の磁気センサは、被検出磁界の強度が永久磁石の保磁力を超えないという条件の下で使用される。しかし、磁気センサは、様々な環境で使用され得るため、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されることが起こり得る。永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、永久磁石の磁化の方向が、当初の方向から変化し、外部磁界がなくなっても当初の方向から変化したままになる場合がある。例えば、図７に示したように、被検出磁界ＨＳの範囲を超える正の値の外部磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外部磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は正の方向に固定される。一方、被検出磁界ＨＳの範囲を超える負の値の外部磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外部磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は負の方向に固定される。このようなことから、比較例の磁気センサでは、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、バイアス磁界の方向が所望の方向から変化してしまう場合がある。

これに対し、本実施の形態における第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２では、図８から理解されるように、強磁性層２４の磁化の方向を反転させるほど大きな強度の外部磁界が一時的に印加されても、そのような外部磁界がなくなれば、強磁性層２４の磁化の方向は、当初の方向に戻る。従って、本実施の形態によれば、ＭＲ素子１０に対して安定したバイアス磁界Ｈｂを印加することが可能になる。この効果は、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の各々が第２の反強磁性層２５を含むことによって増強される。

また、本実施の形態では、図６に示したように、少なくとも１つのＭＲ素子１０は、仮想の平面Ｐ上において少なくとも１つのＭＲ素子１０の全体が中央領域Ｒ３内に含まれるように配置されている。これにより、本実施の形態によれば、ＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することができ、且つ第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２とＭＲ素子１０の相対的な位置関係の変動に対するバイアス磁界Ｈｂの変動を抑えることができる。以下、この効果について詳しく説明する。

始めに、仮想の平面Ｐ上において、強磁性層２４の磁化の方向と同じ方向のバイアス磁界Ｈｂの成分を、基準成分と定義する。基準成分は、ＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂの主成分である。

次に、シミュレーションによって、磁気センサ１の第１ないし第３のモデルについて仮想の平面Ｐ上におけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度分布を調べた結果について説明する。第１のモデルは、図６に示した第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２のＸ方向の長さを８．８μｍとし、第１のバイアス磁界発生部２１と第２のバイアス磁界発生部２２の間隔Ｇ１を２μｍとしたモデルである。第２のモデルは、上記Ｘ方向の長さを８．８μｍとし、上記間隔Ｇ１を３μｍとしたモデルである。第３のモデルは、上記Ｘ方向の長さを１８．８μｍとし、上記間隔Ｇ１を２μｍとしたモデルである。第１ないし第３のモデルでは、仮想の平面Ｐは、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と交差している。

図９ないし図１１は、磁気センサ１の第１ないし第３のモデルの仮想の平面Ｐ上におけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度分布を示す特性図である。図９ないし図１１において、横軸は、図６に示した仮想の平面Ｐ上において、中央領域Ｒ３の中心点を通り、Ｘ方向に平行な直線上の位置を示している。中央領域Ｒ３の中心点とは、第１の端面２１ａと第２の端面２２ａに対して等距離であって、第１の境界線Ｂ１と第２の境界線Ｂ２に対しても等距離の点である。図９ないし図１１の横軸では、中央領域Ｒ３の中心点の位置を０μｍとし、中央領域Ｒ３の中心点に対して第１の仮想の直線Ｌ１側の位置を負の値で表し、中央領域Ｒ３の中心点に対して第２の仮想の直線Ｌ２側の位置を正の値で表している。図９ないし図１１において、縦軸は、仮想の平面Ｐ上におけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度を示している。なお、図９ないし図１１では、仮想の平面Ｐ上におけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度の最大値が１００％になるように規格化している。

図９ないし図１１において、記号Ｌ１，Ｌ２を付した２本の破線の直線は、それぞれ図６に示した第１の仮想の直線Ｌ１，Ｌ２の位置を表している。記号Ｂ１を付した点線の直線は、図６に示した第１の仮想の直線Ｌ１と第１の境界線Ｂ１の間の距離Ｄ１を、間隔Ｇ１の３０％とした場合における第１の境界線Ｂ１の位置を表している。記号Ｂ２を付した点線の直線は、図６に示した第２の仮想の直線Ｌ２と第２の境界線Ｂ２の間の距離Ｄ２を、間隔Ｇ１の３０％とした場合における第２の境界線Ｂ２の位置を表している。

図９ないし図１１において、直線Ｂ１と直線Ｂ２の間における基準成分の強度分布は、距離Ｄ１，Ｄ２をいずれも間隔Ｇ１の３０％としたときの中央領域Ｒ３における基準成分の強度分布を表している。直線Ｌ１と直線Ｂ１の間における基準成分の強度分布は、第１の端部領域Ｒ１における基準成分の強度分布を表している。直線Ｌ２と直線Ｂ２の間における基準成分の強度分布は、第２の端部領域Ｒ２における基準成分の強度分布を表している。

図９ないし図１１に示したように、第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２では、中央領域Ｒ３の中心点から離れるに従って、基準成分の強度が急激に減少する。そのため、第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２では、中央領域Ｒ３に比べて、第３の方向（Ｘ方向）についての位置の変化に対する基準成分の強度の変化の勾配は明らかに大きい。従って、第２の方向（Ｘ方向）から見たときに、ＭＲ素子１０を、ＭＲ素子１０の少なくとも一部が第１の端部領域Ｒ１または第２の端部領域Ｒ２に含まれるように配置した場合に比べて、ＭＲ素子１０の全体が中央領域Ｒ３内に含まれるように配置した方が、ＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することができ、且つ第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２とＭＲ素子１０の相対的な位置関係の変動に対するバイアス磁界の変動を抑えることができる。

図９ないし図１１から、距離Ｄ１，Ｄ２をいずれも間隔Ｇ１の３０％とした場合、中央領域Ｒ３では、基準成分の強度が、仮想の平面Ｐ上における基準成分の強度の最大値の８０％〜１００％の範囲内に収まることが分かる。ＭＲ素子１０が配置される中央領域Ｒ３における基準成分の強度の変動を小さくする観点から、距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも間隔Ｇ１の３０％であることが好ましい。

距離Ｄ１，Ｄ２がいずれも間隔Ｇ１の３０％である場合、仮想の平面Ｐ上においてＭＲ素子１０の全体が中央領域Ｒ３内に含まれるようにするために、図６に示した第１の仮想の直線Ｌ１と第２の仮想の直線Ｌ２の間隔としては、最小限、間隔Ｇ１の６０％に、Ｘ方向についてＭＲ素子１０の幅を加えた大きさを確保すればよい。この条件を満たすように、第１の仮想の直線Ｌ１と第２の仮想の直線Ｌ２の間隔をなるべく小さくすることにより、磁気センサ１全体の大きさをなるべく小さくしながら、ＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することが可能になる。

なお、仮想の平面Ｐが第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と交差しない場合、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と仮想の平面Ｐとの間隔が大きくなるほど、中央領域Ｒ３における基準成分の強度が減少する。ここで、仮想の平面Ｐが第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と交差すると仮定した場合の中央領域Ｒ３の中心点における基準成分の基準成分の強度を基準強度と定義する。仮想の平面Ｐが第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と交差しない場合には、中央領域Ｒ３における基準成分の強度の減少量を少なくするために、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と仮想の平面Ｐとの位置関係は、中央領域Ｒ３の中心点における基準成分の強度が基準強度の８０％以上になるような位置関係であることが好ましい。

ところで、磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドにおける再生ヘッド部には、ＭＲ素子と、このＭＲ素子を挟むように配置された一対のバイアス磁界発生部を備えた構成のものがある。しかし、この再生ヘッド部では、ＭＲ素子と一対のバイアス磁界発生部のそれぞれの一端部の位置が、記録媒体に対向する磁気ヘッドの面である媒体対向面において揃えられている。本実施の形態におけるＭＲ素子１０と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の配置では、ＭＲ素子１０と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２のそれぞれの一端部の位置が揃うことはない。従って、磁気ヘッドにおける再生ヘッド部は、本実施の形態におけるＭＲ素子１０と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の配置に関する要件を満たさない。また、磁気ヘッドにおける再生ヘッド部では、本実施の形態におけるＭＲ素子１０と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の配置に関する要件を満たすようにＭＲ素子を配置することは、ＭＲ素子の一端部を媒体対向面から遠ざけてＭＲ素子の感度を低下させることになるため、考えられない。

［第２の実施の形態］
次に、図１２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１２は、本実施の形態に係る磁気センサ１におけるＭＲ素子１０と第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の位置関係を示す説明図である。本実施の形態に係る磁気センサ１は、８つのＭＲ素子１０と、４つの第１のバイアス磁界発生部２１と、４つの第２のバイアス磁界発生部２２と、図示しない基板と、２つの上部電極３０と、２つの下部電極４０とを備えている。本実施の形態では、第１の実施の形態で説明したＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの位置に、上部電極３０および下部電極４０によって並列接続された２つのＭＲ素子１０が配置されている。

本実施の形態では、２つのＭＲ素子１０は、仮想の平面Ｐ上において２つのＭＲ素子１０の全体が第１の実施の形態で説明した素子配置領域Ｒの中央領域Ｒ３内に含まれるように配置されている。２つのＭＲ素子１０における磁化固定層１３の磁化の方向は同一である。本実施の形態によれば、２つのＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することができると共に、２つのＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂの強度差を小さくすることができる。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
次に、図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１３は、本実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態における磁気センサシステムは、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態における磁気センサシステムは、回転スケール５０の代わりにリニアスケール１５０を備えている。リニアスケール１５０は、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有している。リニアスケール１５０は、Ｎ極とＳ極とが並ぶ方向に平行な側面を有している。磁気センサ１は、リニアスケール１５０の側面に対向する位置に配置されている。

リニアスケール１５０と磁気センサ１の一方は、図示しない動作体に連動して、所定の方向Ｄに直線的に移動する。これにより、磁気センサ１に対するリニアスケール１５０の相対的位置が方向Ｄに変化する。方向Ｄは、リニアスケール１５０のＮ極とＳ極が並ぶ方向である。磁気センサシステムは、リニアスケール１５０と磁気センサ１との相対的位置関係に関連する物理量として、例えば、リニアスケール１５０と磁気センサ１の一方に連動する上記動作体の位置や速度を検出する。

本実施の形態では、被検出磁界は、リニアスケール１５０によって発生され、且つ被検出磁界の方向は、磁気センサ１に対するリニアスケール１５０の相対的位置の変化に伴って変化する。

磁気センサ１の構成は、第１の実施の形態と同じ構成であってもよいし、第２の実施の形態と同じ構成であってもよい。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第２の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記各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、請求の範囲の要件を満たす限り、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２の形状および配置、ならびにＭＲ素子１０の数、形状および配置は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。

また、ＭＲ素子１０は、下部電極４０側から、下地層１１、自由層１５、非磁性層１４、磁化固定層１３、反強磁性層１２および保護層１６の順に積層されて構成されていてもよい。

１…磁気センサ、１０…ＭＲ素子、１３…磁化固定層、１４…非磁性層、１５…自由層、２１…第１のバイアス磁界発生部、２２…第２のバイアス磁界発生部、２３…第１の反強磁性層、２４…強磁性層、２５…第２の反強磁性層、３０，３１，３２…上部電極、４０，４１，４２…下部電極、５０…回転スケール、１５０…リニアスケール。

比較例の磁気センサは、被検出磁界の強度が永久磁石の保磁力を超えないという条件の下で使用される。しかし、磁気センサは、様々な環境で使用され得るため、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されることが起こり得る。永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、永久磁石の磁化の方向が、当初の方向から変化し、外部磁界がなくなっても当初の方向から変化したままになる場合がある。例えば、図７に示したように、被検出磁界の範囲ＨＳを超える正の値の外部磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外部磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は正の方向に固定される。一方、被検出磁界の範囲ＨＳを超える負の値の外部磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外部磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は負の方向に固定される。このようなことから、比較例の磁気センサでは、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、バイアス磁界の方向が所望の方向から変化してしまう場合がある。

図９ないし図１１において、記号Ｌ１，Ｌ２を付した２本の破線の直線は、それぞれ図６に示した第１および第２の仮想の直線Ｌ１，Ｌ２の位置を表している。記号Ｂ１を付した点線の直線は、図６に示した第１の仮想の直線Ｌ１と第１の境界線Ｂ１の間の距離Ｄ１を、間隔Ｇ１の３０％とした場合における第１の境界線Ｂ１の位置を表している。記号Ｂ２を付した点線の直線は、図６に示した第２の仮想の直線Ｌ２と第２の境界線Ｂ２の間の距離Ｄ２を、間隔Ｇ１の３０％とした場合における第２の境界線Ｂ２の位置を表している。

図９ないし図１１に示したように、第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２では、中央領域Ｒ３の中心点から離れるに従って、基準成分の強度が急激に減少する。そのため、第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２では、中央領域Ｒ３に比べて、第３の方向（Ｘ方向）についての位置の変化に対する基準成分の強度の変化の勾配は明らかに大きい。従って、第２の方向（Ｚ方向）から見たときに、ＭＲ素子１０を、ＭＲ素子１０の少なくとも一部が第１の端部領域Ｒ１または第２の端部領域Ｒ２に含まれるように配置した場合に比べて、ＭＲ素子１０の全体が中央領域Ｒ３内に含まれるように配置した方が、ＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することができ、且つ第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２とＭＲ素子１０の相対的な位置関係の変動に対するバイアス磁界の変動を抑えることができる。

なお、仮想の平面Ｐが第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と交差しない場合、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と仮想の平面Ｐとの間隔が大きくなるほど、中央領域Ｒ３における基準成分の強度が減少する。ここで、仮想の平面Ｐが第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と交差すると仮定した場合の中央領域Ｒ３の中心点における基準成分の強度を基準強度と定義する。仮想の平面Ｐが第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と交差しない場合には、中央領域Ｒ３における基準成分の強度の減少量を少なくするために、第１および第２のバイアス磁界発生部２１，２２と仮想の平面Ｐとの位置関係は、中央領域Ｒ３の中心点における基準成分の強度が基準強度の８０％以上になるような位置関係であることが好ましい。

Claims (8)

1. 被検出磁界を検出する少なくとも１つの磁気検出素子と、
   協働して前記少なくとも１つの磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生する第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部とを備えた磁気センサであって、
   前記第１のバイアス磁界発生部と前記第２のバイアス磁界発生部は、第１の方向に沿って、所定の間隔を開けて配置され、
   前記第１および第２のバイアス磁界発生部の各々は、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って積層された強磁性層と第１の反強磁性層を含み、
   前記強磁性層は、前記第２の方向の両端に位置する第１の面と第２の面を有し、
   前記第１の反強磁性層は、前記強磁性層の前記第１の面に接して前記強磁性層と交換結合し、
   前記第１のバイアス磁界発生部と前記第２のバイアス磁界発生部の各々は、前記第１の方向と前記第２の方向の両方に直交する第３の方向において互いに反対の位置にある第１端および第２端を有し、
   前記少なくとも１つの磁気検出素子と交差し前記第２の方向に垂直な仮想の平面上に、前記第２の方向から見たときに前記第１および第２のバイアス磁界発生部のそれぞれの前記第１端を通過する第１の仮想の直線と、前記第２の方向から見たときに前記第１および第２のバイアス磁界発生部のそれぞれの前記第２端を通過する第２の仮想の直線とを定義したときに、前記仮想の平面上に、前記第２の方向から見て前記第１のバイアス磁界発生部と前記第２のバイアス磁界発生部の間に位置し、且つ前記第１の仮想の直線と前記第２の仮想の直線との間に位置する素子配置領域が形成されるように、前記第１および第２のバイアス磁界発生部が配置され、
   前記素子配置領域は、それぞれ面積を有する第１の端部領域と第２の端部領域と中央領域とを含み、
   前記第１の端部領域は、前記中央領域に対して前記第１の仮想の直線により近い位置にあり、
   前記第２の端部領域は、前記中央領域に対して前記第２の仮想の直線により近い位置にあり、
   前記中央領域は、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域の間に位置して、前記第１の仮想の直線に平行な第１の境界線を介して前記第１の端部領域に隣接すると共に、前記第２の仮想の直線に平行な第２の境界線を介して前記第２の端部領域に隣接し、
   前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記仮想の平面上において前記少なくとも１つの磁気検出素子の全体が前記中央領域内に含まれるように、配置されていることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記強磁性層は、前記第１の方向に平行な方向の磁化を有し、
   前記少なくとも１つの磁気検出素子の位置における前記バイアス磁界は、前記強磁性層の前記磁化の方向と同じ方向の成分を含む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の仮想の直線と前記第１の境界線の間の距離と、前記第２の仮想の直線と前記第２の境界線の間の距離は、いずれも前記第１のバイアス磁界発生部と前記第２のバイアス磁界発生部の間隔の３０％であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ。
4. 前記仮想の平面は、前記第１および第２のバイアス磁界発生部と交差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. 前記少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気センサ。
6. 前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、前記被検出磁界に応じて磁化が変化する自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置された非磁性層とを有し、
   前記磁化固定層、前記非磁性層および前記自由層は、前記第２の方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
7. 前記仮想の平面は、前記第１および第２のバイアス磁界発生部の各々の前記強磁性層および前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の前記自由層と交差す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および第２のバイアス磁界発生部の各々は、更に、前記強磁性層の前記第２の面に接して前記強磁性層と交換結合する第２の反強磁性層を含む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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