JP2017078594A - 磁気センサ、磁界の測定方法、電流センサ、および電流の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】応答プロファイルにおいて線形応答性に優れる範囲を有効に使用しうる磁気センサを提供。
【解決手段】外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，ＧＭＲ２，ＧＭＲ３，ＧＭＲ４でブリッジ構成される磁気センサ１０であって、各磁気抵抗効果素子は、等しい抵抗変化率特性を有し、帯状の長尺パターンが折り返されたミアンダ形状であって、出力を与える２つの磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，ＧＭＲ２の強磁性固定層は、帯状の長尺パターンの幅方向に沿った方向で互いに反対向きに磁化され、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，ＧＭＲ２の軟磁性自由層は、被測定磁界が印加されていない状態において、帯状の長尺パターンの長手方向に沿った方向で互いに反対向きの第１成分と、帯状の長尺パターンの幅方向に沿った一方の向きの第２成分とを有するように磁化され、第２成分の向きは、磁気センサ１０の感度軸に沿った向きである。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ、当該磁気センサを用いる磁界の測定方法、当該磁気センサを備える電流センサ、および当該電流センサを用いる電流の測定方法に関する。

特許文献１には、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４つの磁気抵抗効果素子で構成され、２つの磁気抵抗効果素子間の出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する電流センサであって、前記４つの磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率が同じであり、反平行結合膜を介して第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反強磁性的に結合させてなるセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、前記出力を与える２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であり、前記磁気検出ブリッジ回路は、電源供給点に対して対称である配線を有する電流センサが開示されている。

特許文献１に開示される磁気検出ブリッジ回路を備えることにより、線形応答性に優れる磁気センサが得られ、この特性を活かすことにより、測定精度の高い電流センサを得ることができる。

特開２０１４−８１３８４号公報

このように特許文献１に開示される磁気センサは優れた線形応答性を有するが、この磁気センサにおけるセンサ出力の被測定磁界に対する応答プロファイルでは、線形応答性を有する線形領域が、被測定磁界が印加されていない場合に対して対象に位置する。このため、被測定磁界の印加が一方の向きにのみ行われる場合には、線形応答性に優れていながら線形領域の半分しか使用されないことになる。

本発明は、特許文献１に開示される磁気センサをベースとして、応答プロファイルにおいて線形応答性に優れる範囲をより有効に使用しうる磁気センサおよびかかる磁気センサを備える電流センサ、ならびに上記の磁気センサを用いた磁気の測定方法およびその磁気の測定方法を用いる電流の測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明者が検討した結果、磁界検出ブリッジ回路が備える４つの磁気抵抗効果素子の軟磁性自由層について、感度軸に直交する方向（すなわち、ミアンダ形状を有する磁気抵抗効果素子における帯状の長尺パターンの長手方向）に沿った向きの成分（第１成分）のみならず、感度軸に沿った一方の向きの成分（第２成分）を有するように磁化しておき、その第２成分の向きを、被測定磁界の向きに対して反対向きになるように制御することで、この磁気センサの応答プロファイルにおける線形性を有する領域を、被測定磁界が印加されていない場合に対して非対称に位置するようにすることができるとの新たな知見を得た。被測定磁界が印加される向きを第２成分の向きに対して反対向きとすることで、応答プロファイルにおける線形領域をより有効に使用することができる。

以上の知見に基づき完成された本発明は、一態様において、外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、２つの磁気抵抗効果素子間の出力を２つ備える磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサであって、前記４つの磁気抵抗効果素子は、等しい抵抗変化率特性を有し、セルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、帯状の長尺パターンが折り返されたミアンダ形状であって、前記出力を与える２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層は、前記帯状の長尺パターンの幅方向に沿った方向であって互いに反対向きに磁化され、前記出力を与える２つの磁気抵抗効果素子の軟磁性自由層は、被測定磁界が印加されていない状態において、前記帯状の長尺パターンの長手方向に沿った方向であって互いに反対向きの第１成分と、前記帯状の長尺パターンの幅方向に沿った一方の向きの第２成分とを有するように磁化され、前記第２成分の向きは、前記磁気センサの感度軸に沿った向きであることを特徴とする磁気センサである。

一般的には、軟磁性自由層の磁化の向きは、被測定磁界が０ｍＴの時、被測定磁界の向きに沿った方向の成分を有しないように設定される。このように設定されることによって、被測定磁界の向きが反転しても、双方の向きについてバランスよく線形応答できるようになっている。しかしながら、被測定磁界の向きが反転することがなく、一方の向きに固定されている場合には、あらかじめ、被測定磁界の向きに対して反対向きの成分を有するように軟磁性自由層を磁化することにより、一方の向きに固定された被測定磁界の線形応答の範囲を広げることができる。

上記の磁気センサにおいて、前記４つの磁気抵抗効果素子は、前記軟磁性自由層の磁化における前記第２成分の大きさが等しくなるようにすることが好ましい。そして、前記２つの出力間の電位差の前記被測定磁界に対する応答プロファイルは、前記２つの出力間の電位差が前記被測定磁界に対して線形応答する線形領域を備え、前記線形領域は、前記被測定磁界が印加されていない場合（印加磁場が０ｍＴの場合）に対して非対称に位置することが好ましい。

前記第２成分を与える磁界の種類は限定されない。

前記第２成分は、前記磁界検出ブリッジ回路の近傍に配置されるコイルを流れる電流により生じた誘導磁界に由来するようにしてもよい。

前記第２成分は、前記軟磁性自由層の前記非磁性中間層に対向する側とは反対側に設けられた反強磁性層と前記軟磁性自由層との交換結合磁界に由来するようにしてもよい。

前記第２成分は、前記セルフピン止め型の強磁性固定層と前記非磁性中間層を介して配置された前記軟磁性自由層との層間結合磁界に由来するようにしてもよい。

前記帯状の長尺パターンの幅方向に沿った前記第２成分の向きは、前記被測定磁界が印加される向きに対して反対向きであることにより、被測定磁界に対して線形応答する範囲を広げることができる。

本発明は、他の一態様において、上記の本発明の一態様に係る磁気センサを用いて、前記第２成分の向きに対して反対向きに印加された磁界を被測定磁界として測定する、磁界の測定方法である。かかる磁界の測定方法によれば、被測定磁界に対して線形的に応答する範囲を広げることができる。

本発明は、別の一態様において、上記の本発明の一態様に係る磁気センサを備え、前記磁気センサの被測定磁界は、被測定電流により生じた誘導磁界である、電流センサである。

本発明は、また別の一態様において、被測定電流により生じた誘導磁界を、上記の本発明の他の一態様に係る方法における被測定磁界として、前記被測定電流を定量的に測定する、電流の測定方法である。

本発明によれば、応答プロファイルにおいて線形応答性に優れる範囲をより有効に使用しうる磁気センサが提供される。また、本発明によれば、上記の磁気センサを備える電流センサ、ならびに上記の磁気センサを用いた磁気の測定方法およびその磁気の測定方法を用いる電流の測定方法が提供される。

本発明の実施形態の一つ（第１実施形態）に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。 第１実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の一方（第１の磁気抵抗効果素子）の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。 第１実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の他方（第２の磁気抵抗効果素子）の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。 図３に示すＩ−Ｉ線における矢視断面図である。 第１実施形態に係る磁気センサと同様の構造を有するが軟磁性自由層の初期磁化が第２成分を有しない場合における、磁気センサの出力の印加磁場応答性を示すグラフである。 第１実施形態に係る磁気センサの出力の印加磁場応答性を示すグラフである。 本発明の実施形態の他の一つ（第２実施形態）に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。 第２実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の一方（第１の磁気抵抗効果素子）の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。 第２実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の他方（第２の磁気抵抗効果素子）の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。 図８に示すＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。 第２実施形態に係る磁気センサの出力の印加磁場応答性を示すグラフである。 第２実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の抵抗の印加磁場応答性を示すグラフである。 本発明の実施形態の別の一つ（第３実施形態）に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。 第３実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の一方（第１の磁気抵抗効果素子）の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。 第３実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の他方（第２の磁気抵抗効果素子）の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。 図１４に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における矢視断面図である。 第３実施形態に係る磁気センサの出力の印加磁場応答性を示すグラフである。 第３実施形態に係る磁気センサが備える２種の磁気抵抗効果素子の抵抗の印加磁場応答性を示すグラフである。 層間結合磁界（Ｈｉｎ）と非磁性中間層の厚さ（Ｃｕ膜厚）との関係の一例を示すグラフである。 本発明の実施例に係る磁気センサの出力の印加磁場応答性を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一つ（第１実施形態）に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。

第１実施形態に係る磁気センサ１０は、外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、２つの磁気抵抗効果素子間の出力を２つ備える磁界検出ブリッジ回路１１を有する。具体的には、４つの磁気抵抗効果素子はいずれも抵抗変化率特性が等しく、２種類の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）から構成される。

磁界検出ブリッジ回路１１は、電源給電点である電源端子Ｖｄｄに、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２とが直列に接続された部分の第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１側端部と、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１とが直列に接続された部分の第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２側端部とが並列で接続され、それぞれの部分における反対側の端部は、グランド（Ｇｎｄ１，Ｇｎｄ２）に接続されている。

直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２との間には一つの出力（Ｏｕｔ１）が設けられ、直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１との間には一つの出力（Ｏｕｔ２）が設けられる。これらの２つの出力における電位差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２、中点電位差）に基づくことより、外部から印加された磁場（印加磁場）の大きさを定量的に測定することができる。

また、第１実施形態に係る磁気センサ１０は、磁界検出ブリッジ回路１１の近傍にコイル１２を備える。図１に示される磁気センサ１０では、コイル１２に通電することにより生じた誘導磁界が磁界検出ブリッジ回路１１の４つの磁気抵抗効果素子に対して等しい大きさおよび向きで印加されるように、磁気抵抗効果素子とコイル１２との関係は設定されている。

図２は、第１実施形態に係る磁気センサ１０が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の構造および磁化の状態を概念的に示す平面図である。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、図２に示すように、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン（ストライプ）ＳＰが折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有する。複数の長尺パターンＳＰは、両端部で電極ＥＬにより直列に連結される。このミアンダ形状において、感度軸方向（Ｐｉｎ方向）は、長尺パターンＳＰの長手方向（ストライプ長手方向）に対して直交する幅方向（ストライプ幅方向）である。このミアンダ形状においては、被測定磁界となる外部から印加された磁界が長尺パターンＳＰの幅方向（ストライプ幅方向）に沿うように印加され、コイル１２により生じる誘導磁界は、長尺パターンＳＰの幅方向（ストライプ幅方向）に沿うように印加される。被測定磁界が印加される向きは、コイル１２により生じる誘導磁界（コイル磁場）の印加される向きとは反対向きとされる。

第１実施形態に係る磁気センサが備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰは、ＲＫＫＹ相互作用に基づくセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層と、反強磁性層とを有する。具体的には、図４に示されるように、長尺パターンＳＰは、シード層２０、第１の強磁性膜２１ａと反平行結合膜２１ｂと第２の強磁性膜２１ｃとからなるセルフピン止め型の強磁性固定層２１、非磁性中間層２２、軟磁性自由層（フリー磁性層）２３、反強磁性層２４および保護層２５を含む積層構造を基板２９上に有する。

シード層２０は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒなどで構成される。なお、上記積層構造において、基板２９とシード層２０との間に、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１つの元素などの非磁性材料で構成される下地層を設けてもよい。保護層２５は、Ｔａなどで構成される。

強磁性固定層２１は、反平行結合膜２１ｂを介して配置される第１の強磁性膜２１ａと第２の強磁性膜２１ｃとがＲＫＫＹ相互作用することにより、一方の向きに磁化が固定されている。図２に示されるように、第１実施形態に係る磁気センサ１０が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１では、長尺パターンＳＰの幅方向でコイル磁場の向きと同じ向き（図２では上から下への向き、図４では左から右への向き）に磁化が固定されている。

第１の強磁性膜２１ａおよび第２の強磁性膜２１ｃを構成する材料として、いずれもＣｏＦｅ合金が例示される。第１の強磁性膜２１ａおよび第２の強磁性膜２１ｃがＣｏＦｅ合金から構成される場合において、第１の強磁性膜２１ａを構成するＣｏＦｅ合金におけるＦｅの含有量を第２の強磁性膜２１ｃを構成するＣｏＦｅ合金におけるＦｅの含有量よりも高くすることが好ましい。このようにすることで、第１の強磁性膜２１ａの保磁力が第２の強磁性膜２１ｃの保磁力よりも高くなり、製膜中に磁化された第１の強磁性膜２１ａによって第２の強磁性膜２１ｃが磁化されやすくなる。第１の強磁性膜２１ａと第２の強磁性膜２１ｃと間に位置する反平行結合膜２１ｂはＲｕなどにより構成される。

非磁性中間層２２は、Ｃｕなどにより構成される。軟磁性自由層（フリー層）２３は、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などの磁性材料で構成される。軟磁性自由層（フリー層）２３は複数の膜からなる積層構造を有していてもよい。反強磁性層２４を構成する材料として、ＩｒＭｎ系の材料やＰｔＭｎ系の材料が例示される。

反強磁性層２４はこれに接する軟磁性自由層（フリー層）２３と交換結合し、軟磁性自由層（フリー層）２３には交換結合磁界が生じる。第１実施形態に係る磁気センサ１０が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１では、長尺パターンＳＰの長手方向の一方の向き（図２では左から右への向き、図４では紙面手前から奥への向き）に交換結合磁界の向きが設定されている。被測定磁界が印加されていない状態において、軟磁性自由層（フリー層）２３には、この交換結合磁界に加えて、長尺パターンＳＰの幅方向の一方の向き（図２では上から下への向き、図４では左から右への向き）にコイル１２からの誘導磁界（コイル磁場）が作用し、これらのベクトル和によって軟磁性自由層（フリー層）２３は磁化されている。本明細書において、被測定磁界が印加されていない状態における磁化を初期磁化ともいう。換言すれば、軟磁性自由層（フリー層）２３の初期磁化は、長尺パターンＳＰの長手方向の一方の向きの交換結合磁界からなる第１成分と、長尺パターンＳＰの幅方向の一方の向きのコイル磁場からなる第２成分とを有する。その結果、図２に示されるように、軟磁性自由層（フリー層）２３の初期磁化は、長尺パターンＳＰの長手方向の一方の向きから、被測定磁界の向きに対して反対向きに傾いた状態となる。

第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰは、スパッタリングなど公知の製膜手法を用いて各層を順次積層することによって形成することができる。必要に応じ製膜中に磁場を印加することによって、形成される層や膜を所定の方向に磁化させることができる。この磁場中製膜を行うことによって第１の強磁性膜２１ａを磁化し、磁化された第１の強磁性膜２１ａと層間結合することによって第２の強磁性膜２１ｃを磁化することができる。また、軟磁性自由層（フリー層）２３および反強磁性層２４も磁場中製膜することにより、所定の向きに磁化させることができる。反強磁性層２４がＩｒＭｎ系の材料から構成される場合には、この磁場中製膜によって反強磁性層２４と軟磁性自由層（フリー層）２３の間に交換結合磁界を発生させることができる。

図３は、第１実施形態に係る磁気センサ１０が備える第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。図３に示されるように、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と同様にミアンダ形状を有し、その長尺パターンＳＰは、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰと同様に、ＲＫＫＹ相互作用に基づくセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層と、反強磁性層とを有する。第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２長尺パターンＳＰは、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰと同様に、スパッタリングなどの公知の製膜手法により形成することができる。

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の強磁性固定層は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の強磁性固定層と同様に長尺パターンＳＰの幅方向に沿っているが第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の強磁性固定層とは反対向きに磁化されている。

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の反強磁性層は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の反強磁性層と同様に長尺パターンＳＰの長手方向に沿っているが第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の反強磁性層とは反対向きに磁化されている。この反強磁性層との交換結合磁界およびコイル磁界が軟磁性自由層に作用するため、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の軟磁性自由層の初期磁化は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層の初期磁化と対比して、第１成分の大きさは等しいがその向きは反対向きであり、第２成分は大きさおよび向きが等しい。

磁気検出ブリッジ回路１１がこのような２種の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）を備えることにより、磁気センサ１０の出力の被測定磁界（印加磁場）に対する応答性プロファイルは、図６に示されるように、印加磁場が０ｍＴから４ｍＴの範囲で線形的な応答を示す。図６中、太線となっている部分が線形応答を示す領域である。すなわち、第１実施形態に係る磁気センサ１０の２つの出力間の電位差（中点電位差）の被測定磁界に対する応答プロファイルは、２つの出力間の電位差（中点電位差）が被測定磁界に対して線形応答する線形領域を備え、この線形領域は、被測定磁界が印加されていない場合（印加磁場が０ｍＴの場合）に対して非対称に位置する。

第１実施形態に係る磁気センサ１０はこのような応答性プロファイルを有するため、一方の向きにのみ数値変動する被測定対象磁界の広い範囲において線形応答することができる。なお、図６に示される応答プロファイルを与える磁気センサ１０は、被測定磁界が印加されていない場合（印加磁場が０ｍＴの場合）に磁気センサ１０の出力が０ｍＶとなるように、磁気センサ１０が備える制御ＩＣ（図示せず。）により出力値の調整が行われている。この制御ＩＣによる出力値調整が行われない場合には、応答プロファイルは、出力値の切片が正または負の値となる。

これに対し、磁気センサ１０のコイル１２に対して通電を行わない場合には、コイル磁場が存在しないため、磁気センサ１０が備える磁気抵抗効果素子の軟磁性自由層の初期磁化における第２成分の大きさがゼロとなる。この場合には、磁気検出ブリッジ回路の中点電位差の被測定磁界（印加磁場）に対する応答性プロファイルは、図５に示されるように、印加磁場が−２ｍＴから２ｍＴの範囲で線形的な応答を示すものとなる。この磁気センサの場合には、一方の向きにのみ数値変動する被測定対象磁界に対して、広い範囲で線形応答することができない。

図７は、本発明の実施形態の他の一つ（第２実施形態）に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。

第２実施形態に係る磁気センサ１０’は、外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、２つの磁気抵抗効果素子間の出力を２つ備える磁界検出ブリッジ回路１１’を有する。具体的には、４つの磁気抵抗効果素子はいずれも抵抗変化率特性が等しく、２種類の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）から構成される。

磁界検出ブリッジ回路１１’の構成・配置は、第１実施形態に係る磁気センサ１０の磁界検出ブリッジ回路１１の構成・配置と共通するので、説明を省略する。

第１実施形態に係る磁気センサ１０は、軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化の第２成分を与える磁場としてコイル１２を備えているが、第２実施形態に係る磁気センサ１０’は、後述するように、軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化の第２成分を与える磁場として交換結合磁界を用いるため、第２実施形態に係る磁気センサ１０’は第２成分を与えるためのコイルを備えない。

図８は、第２実施形態に係る磁気センサ１０’が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の構造および初期磁化の状態を概念的に示す平面図である。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、図８に示すように、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン（ストライプ）ＳＰが折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有する。複数の長尺パターンＳＰは、両端部で電極ＥＬにより直列に連結される。このミアンダ形状において、感度軸方向（Ｐｉｎ方向）は、長尺パターンＳＰの長手方向（ストライプ長手方向）に対して直交する幅方向（ストライプ幅方向）である。このミアンダ形状においては、被測定磁界となる外部からの磁界が長尺パターンＳＰの幅方向（ストライプ幅方向）に沿うように印加される。

第１実施形態に係る磁気センサが備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰは、ＲＫＫＹ相互作用に基づくセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層と、反強磁性層とを有する。具体的には、図１０に示されるように、長尺パターンＳＰは、シード層２０、第１の強磁性膜２１ａと反平行結合膜２１ｂと第２の強磁性膜２１ｃとからなるセルフピン止め型の強磁性固定層２１、非磁性中間層２２、軟磁性自由層（フリー磁性層）２３、反強磁性層２４および保護層２５を含む積層構造を基板２９上に有する。それぞれの層や膜を構成する材料は第１実施形態に係る磁気センサ１０の場合と同様であるから説明を省略する。

強磁性固定層２１は、反平行結合膜２１ｂを介して配置される第１の強磁性膜２１ａと第２の強磁性膜２１ｃとがＲＫＫＹ相互作用することにより、一方の向きに磁化が固定されている。図１０に示されるように、第２実施形態に係る磁気センサ１０’が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１では、長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きと反対向き（図８では上から下への向き、図１０では左から右への向き）に磁化が固定されている。

反強磁性層２４を製膜する際に、長尺パターンＳＰの長手方向の一方（図８では左から右への向き、図１０では紙面手前から奥への向き）の成分と、長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きと反対向き（図８では上から下への向き、図１０では左から右への向き）の成分とを有する磁場が印加される。この磁場中製膜に基づき、製膜された反強磁性層２４から軟磁性自由層（フリー層）２３に対して、長尺パターンＳＰの長手方向の一方（図８では左から右への向き、図１０では紙面手前から奥への向き）の成分と長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きと反対向き（図８では上から下への向き、図１０では左から右への向き）の成分とを有する交換結合磁界が印加される。

その結果、第２実施形態に係る磁気センサ１０’が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１では、軟磁性自由層（フリー層）２３の初期磁化は、長尺パターンＳＰの長手方向の一方の向き（図８では左から右への向き、図１０では紙面手前から奥への向き）の第１成分と、長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きと反対向き（図８では上から下への向き、図１０では左から右への向き）の第２成分とのベクトル和からなる。それゆえ、図８に示されるように、軟磁性自由層（フリー層）２３の初期磁化は、長尺パターンＳＰの長手方向の一方の向きから、被測定磁界の向きと反対向きに傾いた状態となる。

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の強磁性固定層は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の強磁性固定層と同様に長尺パターンＳＰの幅方向に沿っているが第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の強磁性固定層とは反対向きに磁化されている。

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の軟磁性自由層（フリー層）は、磁場中製膜された段階では、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層（フリー層）と同様に長尺パターンＳＰの長手方向に沿っているが第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層（フリー層）とは反対向きに磁化されている。第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の反強磁性層は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の反強磁性層と同様に、長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きとは反対向きに磁化されている。これらの製膜時の磁化および反強磁性層との交換結合磁界により、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の軟磁性自由層の初期磁化は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層の初期磁化と対比して、第１成分の大きさは等しいがその向きは反対向きであり、第２成分は大きさおよび向きが等しい。

磁気検出ブリッジ回路１１’がこのような２種の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）を備えることにより、磁気センサ１０’の出力の被測定磁界（印加磁場）に対する応答性プロファイルは、図１１に示されるように、印加磁場が０ｍＴから４ｍＴの範囲で線形的な応答を示すものとなる。図１１中、太線となっている部分が線形応答を示す領域である。すなわち、第２実施形態に係る磁気センサ１０’の２つの出力間の電位差（中点電位差）の被測定磁界に対する応答プロファイルは、２つの出力間の電位差（中点電位差）が被測定磁界に対して線形応答する線形領域を備え、この線形領域は、被測定磁界が印加されていない場合（印加磁場が０ｍＴの場合）に対して非対称に位置する。

第２実施形態に係る磁気センサ１０’はこのような応答性プロファイルを有するため、一方の向きにのみ数値変動する被測定対象磁界の広い範囲において線形応答することができる。なお、図１１に示される応答プロファイルを与える磁気センサ１０’は、第１実施形態に係る磁気センサ１０と同様に、出力値調整のための制御ＩＣを備える。

図１２は、第２実施形態に係る磁気センサ１０’の磁界検出ブリッジ回路１１’が備える２種類の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）の抵抗の印加磁場応答性を示すグラフである。図１２に示されるように、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、被測定磁界（印加磁場）の増大に伴って抵抗値が増大し、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、被測定磁界（印加磁場）の増大に伴って抵抗値が減少する。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２はいずれも、軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化が長尺パターンＳＰの幅方向に沿った第２成分を有していることから、印加磁場が０ｍＴの場合における抵抗値が異なり、印加磁場がおよそ２ｍＴ程度で双方の抵抗値が一致する。このように、第２実施形態に係る磁気センサ１０’が備える２種の磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率特性は共通するが、被測定磁界（印加磁場）の向きと軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化の向きとの関係が異なるため、被測定磁界（印加磁場）が０ｍＴ以外の状態で交差点を持つ応答性を有する。

図１３は、本発明の実施形態の別の一つ（第３実施形態）に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。

第３実施形態に係る磁気センサ１０”は、外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、２つの磁気抵抗効果素子間の出力を２つ備える磁界検出ブリッジ回路１１”を有する。具体的には、４つの磁気抵抗効果素子はいずれも抵抗変化率特性が等しく、２種類の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１，第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）から構成される。

磁界検出ブリッジ回路１１”の構成・配置は、第１実施形態に係る磁気センサ１０の磁界検出ブリッジ回路１１の構成・配置と共通するので、説明を省略する。

第１実施形態に係る磁気センサ１０は、軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化の第２成分を与える磁場として、コイル１２を備えているが、第３実施形態に係る磁気センサ１０”は、後述するように、軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化の第２成分を与える磁場として層間結合磁界を用いるため、第３実施形態に係る磁気センサ１０”は第２成分を与えるためのコイルを備えない。

図１４は、第３実施形態に係る磁気センサ１０”が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の構造および磁化の状態を概念的に示す平面図である。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、図１４に示すように、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン（ストライプ）ＳＰが折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有する。複数の長尺パターンＳＰは、両端部で電極ＥＬにより直列に連結される。このミアンダ形状において、感度軸方向（Ｐｉｎ方向）は、長尺パターンＳＰの長手方向（ストライプ長手方向）に対して直交する幅方向（ストライプ幅方向）である。このミアンダ形状においては、被測定磁界となる外部からの磁界が長尺パターンＳＰの幅方向（ストライプ幅方向）に沿うように印加される。

第３実施形態に係る磁気センサが備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の長尺パターンＳＰは、ＲＫＫＹ相互作用に基づくセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層と、反強磁性層とを有する。具体的には、図１６に示されるように、長尺パターンＳＰは、シード層２０、第１の強磁性膜２１ａと反平行結合膜２１ｂと第２の強磁性膜２１ｃとからなるセルフピン止め型の強磁性固定層２１、非磁性中間層２２、軟磁性自由層（フリー磁性層）２３、反強磁性層２４および保護層２５を含む積層構造を基板２９上に有する。それぞれの層や膜を構成する材料は第１実施形態に係る磁気センサ１０の場合と同様であるから説明を省略する。

強磁性固定層２１は、反平行結合膜２１ｂを介して配置される第１の強磁性膜２１ａと第２の強磁性膜２１ｃとがＲＫＫＹ相互作用することにより、一方の向きに磁化が固定されている。図１４に示されるように、第３実施形態に係る磁気センサ１０”が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１では、長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きと反対向き（図１４では上から下への向き、図１６では左から右への向き）に磁化が固定されている。

非磁性中間層２２の厚さは、通常、第２の強磁性膜２１ｃと軟磁性自由層（フリー層）２３との間に層間結合磁界が生じにくくなるように設定されるが、第３実施形態に係る磁気センサ１０”では、第２の強磁性膜２１ｃから軟磁性自由層（フリー層）２３に適度な層間結合磁界が印加されるように非磁性中間層２２の厚さを調整する。層間結合磁界の大きさや向きは、非磁性中間層２２の厚さによって調整することができる。図１９は、層間結合磁界（Ｈｉｎ）とＣｕからなる非磁性中間層の厚さ（Ｃｕ膜厚）との関係の一例を示すグラフである。この例では、層間結合磁界（Ｈｉｎ）が０Ｏｅとなる点を２つ有する凹型のプロファイルとなっている。したがって、非磁性中間層の厚さ（Ｃｕ膜厚）を変化させることによって層間結合磁界（Ｈｉｎ）の大きさや向きを制御することが可能であることが、図１９から理解される。また図１９において、層間結合磁界（Ｈｉｎ）の符号がプラスの場合、軟磁性自由層（フリー層）２３には、強磁性膜２１ｃの磁化の向きと等しい向きの磁界が印加されると定義される。第３実施形態に係る磁気センサ１０”が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１では、軟磁性自由層（フリー層）２３は、製膜後の段階において、長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きと反対向き（図１４では上から下への向き、図１６では左から右への向き）に磁化されている。

一方、反強磁性層２４は磁場中製膜により、長尺パターンＳＰの長手方向の一方（図１４では左から右への向き、図１６では紙面手前から奥への向き）に磁化される。このため、反強磁性層２４はこれに接する軟磁性自由層（フリー層）２３と交換結合し、軟磁性自由層（フリー層）２３には、反強磁性層２４の磁化に揃うような交換結合磁界が生じる。

その結果、第３実施形態に係る磁気センサ１０”が備える第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１では、軟磁性自由層（フリー層）２３の初期磁化は、長尺パターンＳＰの長手方向の一方（図１４では左から右への向き、図１６では紙面手前から奥への向き）であって交換結合磁界からなる第１成分と、長尺パターンＳＰの幅方向で被測定磁界の向きと反対向き（図１４では上から下への向き、図１６では左から右への向き）であって層間結合磁界からなる第２成分とのベクトル和からなる。それゆえ、図１４に示されるように、軟磁性自由層（フリー層）２３の初期磁化は、長尺パターンＳＰの長手方向の一方の向きから、被測定磁界の向きと反対向きに傾いた状態となる。

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の強磁性固定層は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の強磁性固定層と同様に長尺パターンＳＰの幅方向に沿っているが第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の強磁性固定層とは反対向きに磁化されている。

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の軟磁性自由層（フリー層）は、製膜された段階では、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層（フリー層）との層間結合磁界により、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層（フリー層）と同じく、長尺パターンＳＰの幅方向であって被測定磁界の向きと反対向きに磁化されている。なお、この向きは強磁性固定層（第２の強磁性膜）の磁化の向きとは反対向きであるが、非磁性中間層の厚さを適切に設定して層間結合磁界を制御することにより、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層（フリー層）の第２成分と大きさおよび向きを揃えることは可能である（図１９参照。）。

第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の反強磁性層は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の反強磁性層とは反対向きに磁化されている。これらの強磁性固定層との層間結合磁界および反強磁性層との交換結合磁界により、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の軟磁性自由層の初期磁化は、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の軟磁性自由層の初期磁化と対比して、第１成分の大きさは等しいがその向きは反対向きであり、第２成分は大きさおよび向きが等しい。

磁気検出ブリッジ回路１１”がこのような２種の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）を備えることにより、磁気センサ１０”の出力の被測定磁界の大きさ（印加磁場）への応答性プロファイルは、図１７に示されるように、印加磁場が０ｍＴから４ｍＴの範囲で線形的な応答を示すものとなる。図１７中、太線となっている部分が線形応答を示す領域である。すなわち、第３実施形態に係る磁気センサ１０”の２つの出力間の電位差（中点電位差）の被測定磁界に対する応答プロファイルは、２つの出力間の電位差（中点電位差）が被測定磁界に対して線形応答する線形領域を備え、この線形領域は、被測定磁界が印加されていない場合（印加磁場が０ｍＴの場合）に対して非対称に位置する。

第３実施形態に係る磁気センサ１０”はこのような応答性プロファイルを有するため、一方にのみ数値変動する被測定対象磁界の広い範囲において線形応答することができる。なお、図１７に示される応答プロファイルを与える磁気センサ１０”は、第１実施形態に係る磁気センサ１０と同様に、出力値調整のための制御ＩＣを備える。

図１８は、第３実施形態に係る磁気センサ１０”の磁界検出ブリッジ回路１１”が備える２種類の磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２）の抵抗の印加磁場応答性を示すグラフである。図１８に示されるように、第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１は、被測定磁界（印加磁場）の増大に伴って抵抗値が増大し、第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、被測定磁界（印加磁場）の増大に伴って抵抗値が減少する。第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１および第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２はいずれも、軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化が長尺パターンＳＰの幅方向に沿った第２成分を有していることから、印加磁場が０ｍＴの場合における抵抗値が異なり、印加磁場がおよそ２ｍＴ程度で双方の抵抗値が一致する。このように、第３実施形態に係る磁気センサ１０”が備える２種の磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率特性は共通するが、被測定磁界（印加磁場）の向きと軟磁性自由層（フリー層）の初期磁化の向きとの関係が異なるため、被測定磁界（印加磁場）が０ｍＴ以外の状態で交差点を持つ応答性を有する。

本発明の一実施形態に係る電流センサは、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０，１０’，１０”を備える。本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０，１０’，１０”は、上記のとおり、線形応答性に優れるため、電流センサの測定精度を向上させることができる。

電流センサの具体的な方式は限定されない。例えば、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０，１０’，１０”が被測定配線の近傍に配置され、被測定配線を流れる電流（被測定電流）により生じた誘導磁界を、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０，１０’，１０”が被測定磁界として直接測定する磁気比例式電流センサであってもよい。

あるいは、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０，１０’，１０”の近傍にフィードバックコイルが配置される磁気平衡式電流センサであってもよい。この場合には、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１０，１０’，１０”からの出力に応じてフィードバック電流の大きさを変動させることにより被測定電流からの誘導磁界を打ち消す磁界を発生させ、磁気センサ１０，１０’，１０”からの出力を被測定磁界が印加されていない状態と等しい値とし、その際のフィードバックコイルに流れる電流値に基づいて被測定電流の値を算出する。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、磁気センサの軟磁性自由層の第１成分を与える磁界の種類と第２成分を与える磁界の種類は限定されない。反強磁性層の磁化は磁場中製膜により行われてもよいし、製膜後の磁場中アニールによって行われてもよい。磁気抵抗効果素子は、基板上に強磁性固定層、非磁性中間層および軟磁性自由層の順に積層されていてもよいし、基板上に軟磁性自由層、非磁性中間層および強磁性固定層の順に積層されていてもよい。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示される磁界検出ブリッジ回路およびコイルを備える磁気センサを基板上に製造した。磁界検出ブリッジ回路が備える４つの磁気抵抗効果素子は、いずれも帯状の長尺パターンを複数備えるミアンダ形状を有し、長尺パターンの積層構造は、いずれも、絶縁層を有する基板上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／強磁性固定層［第１の強磁性膜；Ｃｏ_４０Ｆｅ_６０（１９）／反平行結合膜；Ｒｕ（３．６）／第２の強磁性膜；Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（２４）］／非磁性中間層；Ｃｕ（２０）／軟磁性自由層［Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（１０）／Ｎｉ_８２．５Ｆｅ_１７．５（５０）／Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（１０）］／反強磁性層；Ｉｒ_２２Ｍｎ_７８（６０）／保護層；Ｔａ（１００）の順にスパッタリングにより積層されたものであった。なお、括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。

コイルに通電して、４つの磁気抵抗効果素子に等しい大きさの磁界を等しい向きに印加した。

４つの磁気抵抗効果素子のうち２つは、図２に示される第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１であり、図２に示されるように、強磁性固定層は長尺パターンの幅方向で被測定磁界の向きと反対向きに磁化され、反強磁性層は長尺パターンの長手方向の一方に沿った向きに磁化された。したがって、軟磁性自由層の初期磁化は、反強磁性層の磁化の向きと等しい向きに軟磁性自由層に生じた反強磁性層との交換結合磁界からなる第１成分と、コイル磁場からなる第２成分とのベクトル和となった。

４つの磁気抵抗効果素子のうち残り２つは、図３に示される第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２であり、図３に示されるように、強磁性固定層は長尺パターンの幅方向で被測定磁界の向きと等しい向きに磁化され、反強磁性層は長尺パターンの長手方向の他方に沿った向きに磁化された。いずれの磁化も、大きさは第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と等しくなるように設定された。したがって、軟磁性自由層の初期磁化は、反強磁性層の磁化の向きと等しい向きに軟磁性自由層に生じた反強磁性層との交換結合磁界からなる第１成分と、コイル磁場からなる第２成分とのベクトル和となった。

磁界検出ブリッジ回路における２つの出力Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２の差（Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２、中間電位差）を制御ＩＣに入力して、被測定磁界が印加されていない状態での磁気センサの出力が０ｍＶとなるように調整した。

被測定磁界の印加強度を変化させながら、磁気センサの出力（単位：ｍＶ）を測定し、磁気センサの応答性プロファイルを得た。その結果を図２０に示す。図２０の太線に示されるように、印加磁場が０ｍＴから４ｍＴの範囲で、磁気センサの出力は印加磁場に対して線形的に応答した。

（実施例２）
実施例１と同様であるが、制御ＩＣを介さず、磁界検出ブリッジ回路の中間電位差を磁気センサの出力とした場合の印加磁場に対する応答性プロファイルを、図２０において細線で示した。実施例１（太線）と対比すると、印加磁場が０ｍＴの場合における出力値が０ｍＶでない点で相違するが、印加磁場が０ｍＴから４ｍＴの範囲で、磁気センサの出力は印加磁場に対して線形的に応答する点は共通した。

（比較例１）
実施例２と同様であるが、コイルに通電せず、軟磁性自由層は第１成分のみからなるようにした。磁界検出ブリッジ回路の中間電位差からなる磁気センサの出力の印加磁場に対する応答性プロファイルを、図２１において破線で示した。図２０に示されるように、応答性プロファイルにおける線形応答領域は−２ｍＶから２ｍＶの範囲であり、被測定磁界が印加されていない場合（印加磁場が０ｍＴの場合）を中心として対称となった。

（比較例２）
比較例１と同様であるが、磁気検出ブリッジ回路が備える４つの磁気抵抗効果素子の素子抵抗が均一でない場合における、磁界検出ブリッジ回路の中間電位差からなる磁気センサの出力の印加磁場に対する応答性プロファイルを、図２１において一点鎖線で示した。図２０に示されるように、応答性プロファイルにおける線形応答領域は−２ｍＶから２ｍＶの範囲であるが、被測定磁界が印加されていない場合（印加磁場が０ｍＴの場合）でも出力が０ｍＶとならず、オフセットが確認された。

１０，１０’，１０”・・・磁気センサ
１１，１１’，１１”・・・磁界検出ブリッジ回路
１２・・・コイル
ＧＭＲ１・・・第１の磁気抵抗効果素子
ＧＭＲ２・・・第２の磁気抵抗効果素子
Ｖｄｄ・・・電源端子
Ｏｕｔ１・・・直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２との間に設けられた出力
Ｏｕｔ２・・・直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１との間に設けられた出力
Ｇｎｄ１・・・第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２との直列接続における第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２側端部に設けられたグランド
Ｇｎｄ２・・・第２の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２との直列接続における第１の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１側端部に設けられたグランド
ＳＰ・・・長尺パターン
ＥＬ・・・電極
２０・・・シード層
２１・・・強磁性固定層
２１ａ・・・第１の強磁性膜
２１ｂ・・・反平行結合膜
２１ｃ・・・第２の強磁性膜
２２・・・非磁性中間層
２３・・・軟磁性自由層（フリー磁性層）
２４・・・反強磁性層
２５・・・保護層
２９・・・基板

Claims (9)

1. 外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化する４つの磁気抵抗効果素子で構成され、２つの磁気抵抗効果素子間の出力を２つ備える磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサであって、
   前記４つの磁気抵抗効果素子は、等しい抵抗変化率特性を有し、セルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、帯状の長尺パターンが折り返されたミアンダ形状であって、
   前記出力を与える２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層は、前記帯状の長尺パターンの幅方向に沿った方向であって互いに反対向きに磁化され、
   前記出力を与える２つの磁気抵抗効果素子の軟磁性自由層は、被測定磁界が印加されていない状態において、前記帯状の長尺パターンの長手方向に沿った方向であって互いに反対向きの第１成分と、前記帯状の長尺パターンの幅方向に沿った一方の向きの第２成分とを有するように磁化され、
   前記第２成分の向きは、前記磁気センサの感度軸に沿った向きであることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記４つの磁気抵抗効果素子は、前記軟磁性自由層の磁化における前記第２成分の大きさが等しく、
   前記２つの出力間の電位差の前記被測定磁界に対する応答プロファイルは、前記２つの出力間の電位差が前記被測定磁界に対して線形応答する線形領域を備え、前記線形領域は、前記被測定磁界が印加されていない場合に対して非対称に位置する、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記第２成分は、前記磁界検出ブリッジ回路の近傍に配置されるコイルを流れる電流により生じた誘導磁界に由来する、請求項１または２に記載の磁気センサ。
4. 前記第２成分は、前記軟磁性自由層の前記非磁性中間層に対向する側とは反対側に設けられた反強磁性層と前記軟磁性自由層との交換結合磁界に由来する、請求項１または２に記載の磁気センサ。
5. 前記第２成分は、前記セルフピン止め型の強磁性固定層と前記非磁性中間層を介して配置された前記軟磁性自由層との層間結合磁界に由来する、請求項１または２に記載の磁気センサ。
6. 前記帯状の長尺パターンの幅方向に沿った前記第２成分の向きは、前記被測定磁界が印加される向きに対して反対向きである、請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載される磁気センサを用いて、前記第２成分の向きに対して反対向きに印加された磁界を被測定磁界として測定する、磁界の測定方法。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載される磁気センサを備え、前記磁気センサの被測定磁界は、被測定電流により生じた誘導磁界である、電流センサ。
9. 被測定電流により生じた誘導磁界を、請求項７に記載される方法における被測定磁界として、前記被測定電流を定量的に測定する、電流の測定方法。