JP2017188183A - 磁気抵抗効果素子および磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高いＳＮ比を有する磁気抵抗効果素子および磁気センサを提供することを目的とする。
【解決手段】
磁気抵抗効果素子１は、チャネル層７と、第１強磁性層１２Ａと、第２強磁性層１２Ｂと、参照電極２０とを有し、第１強磁性層１２Ａと、第２強磁性層１２Ｂと、参照電極２０とは、互いに離間し、かつ、チャネル層７を介して互いに電気的に接続され、第６領域Ａ６におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ６の実効的な断面積が、第７領域Ａ７における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第７領域Ａ７の実効的な断面積よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子および磁気センサに関するものである。

薄膜磁気記録再生ヘッド等に用いられる再生素子として、磁気抵抗効果素子が知られている。一般的な磁気抵抗効果素子は、磁化固定層、磁化自由層およびこれらの層の間に電流を流すため、高出力が得られる。

一方、磁化自由層及び磁化固定層を同一水平面上（スピンを蓄積するためのチャネル層上）に形成するスピン蓄積型磁気抵抗効果素子が知られている。スピン蓄積型磁気抵抗効果素子は、例えば、薄膜磁気記録再生ヘッド等の磁気センサに用いられた場合、高い空間分解能が得られることが期待されている。また、デバイス設計の自由度を向上できる利点も期待されている。特許文献１には、２つの強磁性電極と２つの非磁性電極を有する４端子型のスピン蓄積型磁気抵抗効果素子が開示されている。また、特許文献２には、２つの強磁性電極と１つの非磁性電極を有する３端子型のスピン蓄積型磁気抵抗効果素子が開示されている。

特開２０１０−２８７６６６号公報 国際公開第２０１５／０７６１８７号

しかしながら、スピン蓄積型磁気抵抗効果素子を実用的なものにするには、信号雑音比（ＳＮ比）はいまだに小さく、ＳＮ比のさらなる向上が必要である。本発明は、高いＳＮ比を有する磁気抵抗効果素子および磁気センサを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の磁気抵抗効果素子は、チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、前記チャネル層は、前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記参照電極と前記厚み方向から見て重なる第３領域、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域および、前記第２領域と前記第３領域との間の第５領域を有し、前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第６領域とし、前記第２領域、前記第３領域および前記第５領域からなる領域を第７領域としたとき、前記第１領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第１領域の端面と、前記第２領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第２領域の端面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第１の平面による前記第６領域の断面積の平均値が、前記第２領域が前記第５領域と接する面に対向する前記第２領域の端面と、前記第３領域が前記第５領域と接する面に対向する前記第３領域の端面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第２の平面による前記第７領域の断面積の平均値よりも小さいことを特徴とする。

これによれば、第１の平面による第６領域の断面積の平均値と、第２の平面による第７領域の断面積の平均値とが同じである場合に比べて、スピン輸送経路である第６領域の第１の平面による断面積の、第７領域の第２の平面による断面積に対する比率は減少し、スピン検出経路である第７領域の抵抗値の第６領域の抵抗値に対する比率は減少する。スピン輸送経路である第６領域の第１の平面による断面積が小さいほど出力信号は大きくなり、スピン検出経路である第７領域の抵抗値が小さいほど出力ノイズが小さくなるので、本発明の磁気抵抗効果素子は、高いＳＮ比を有することができる。

さらに、本発明の磁気抵抗効果素子は、前記第５領域に、前記第２の平面による断面積の平均値が、前記第７領域よりも小さい第８領域を有することを特徴とする。

これによれば、第８領域がスピンの拡散抑制部として機能するため、第２領域に蓄積したスピンの第２領域から第３領域への方向への拡散を抑制することができ、第２領域にスピンを高密度に蓄積することができる。その結果、本発明の磁気抵抗効果素子の出力信号を大きくすることができる。

さらに、本発明の磁気抵抗効果素子は、前記第２領域と前記第８領域とが接していることを特徴とする。

これによれば、第８領域による、第２領域に蓄積したスピンの第２領域から第３領域への方向への拡散を抑制する効果をさらに大きくすることができる。したがって、本発明の磁気抵抗効果素子の出力信号をさらに大きくすることができる。

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層は、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、前記参照電極は、前記チャネル層の側面上に前記第１強磁性層および前記第２強磁性層から離間して設けられ、かつ、前記チャネル層を介して前記第１強磁性層および前記第２強磁性層に電気的に接続され、前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、前記チャネル層は、前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記第２領域と前記参照電極が設けられた前記側面との間の第３領域および、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域を有し、前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第５領域とし、前記第２領域および前記第３領域からなる領域を第６領域としたとき、前記第１領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第１領域の端面と、前記第２領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第２領域の端面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第３の平面による前記第５領域の断面積の平均値が、前記第２領域が前記第３領域と接する面に対向する前記第２領域の端面と前記側面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第４の平面による前記第６領域の断面積の平均値よりも小さいことを特徴とする。

これによれば、第３の平面による第５領域の断面積の平均値と、第４の平面による第６領域の断面積の平均値とが同じである場合に比べて、スピン輸送経路である第５領域の第３の平面による断面積の、第６領域の第４の平面による断面積に対する比率は減少し、スピン検出経路である第６領域の抵抗値の第５領域の抵抗値に対する比率は減少する。スピン輸送経路である第５領域の第３の平面による断面積が小さいほど出力信号は大きくなり、スピン検出経路である第６領域の抵抗値が小さいほど出力ノイズが小さくなるので、本発明の磁気抵抗効果素子は、高いＳＮ比を有することができる。

さらに、本発明の磁気抵抗効果素子は、前記第３領域に、前記第４の平面による断面積の平均値が、前記第６領域よりも小さい第７領域を有することを特徴とする。

これによれば、第７領域がスピンの拡散抑制部として機能するため、第２領域に蓄積したスピンの第２領域から第３領域への方向への拡散を抑制することができ、第２領域にスピンを高密度に蓄積することができる。その結果、本発明の磁気抵抗効果素子の出力信号を大きくすることができる。

さらに、本発明の磁気抵抗効果素子は、前記第２領域と前記第７領域とが接していることを特徴とする。

これによれば、第７領域による、第２領域に蓄積したスピンの第２領域から第３領域への方向への拡散を抑制する効果をさらに大きくすることができる。したがって、本発明の磁気抵抗効果素子の出力信号をさらに大きくすることができる。

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、前記チャネル層は、前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記参照電極と前記厚み方向から見て重なる第３領域、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域および、前記第２領域と前記第３領域との間の第５領域を有し、前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第６領域とし、前記第２領域、前記第３領域および前記第５領域からなる領域を第７領域としたとき、前記第６領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による前記第６領域の実効的な断面積が、前記第７領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による前記第７領域の実効的な断面積よりも小さいことを特徴とする。

ここで、「第６領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第６領域の実効的な断面積」とは、「（第６領域の抵抗率）×（第１強磁性層に第１強磁性層側で対向する第１領域の面の幾何学的重心と、第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面の幾何学的重心との間のチャネル層における最短距離）÷（第１強磁性層に第１強磁性層側で対向する第１領域の面と第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面との間の第６領域の抵抗値）」で表される面積のことである。

また、「第７領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第７領域の実効的な断面積」とは、「（第７領域の抵抗率）×（第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面の幾何学的重心と、参照電極に参照電極側で対向する第３領域の面の幾何学的重心との間のチャネル層における最短距離）÷（第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面と参照電極に参照電極側で対向する第３領域の面との間の第７領域の抵抗値）」で表される面積のことである。

これによれば、第６領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第６領域の実効的な断面積と、第７領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第７領域の実効的な断面積とが同じである場合に比べて、スピン輸送経路である第６領域の実効的な断面積の、第７領域の実効的な断面積に対する比率は減少し、スピン検出経路である第７領域の抵抗値の第６領域の抵抗値に対する比率は減少する。スピン輸送経路である第６領域の実効的な断面積が小さいほど出力信号は大きくなり、スピン検出経路である第７領域の抵抗値が小さいほど出力ノイズが小さくなるので、本発明の磁気抵抗効果素子は、高いＳＮ比を有することができる。

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層は、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、前記参照電極は、前記チャネル層の側面上に前記第１強磁性層および前記第２強磁性層から離間して設けられ、かつ、前記チャネル層を介して前記第１強磁性層および前記第２強磁性層に電気的に接続され、前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、前記チャネル層は、前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記第２領域と前記参照電極が設けられた前記側面との間の第３領域および、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域を有し、前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第５領域とし、前記第２領域および前記第３領域からなる領域を第６領域としたとき、前記第５領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による前記第５領域の実効的な断面積が、前記第６領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による前記第６領域の実効的な断面積よりも小さいことを特徴とする。

ここで、「第５領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第５領域の実効的な断面積」とは、「（第５領域の抵抗率）×（第１強磁性層に第１強磁性層側で対向する第１領域の面の幾何学的重心と、第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面の幾何学的重心との間のチャネル層における最短距離）÷（第１強磁性層に第１強磁性層側で対向する第１領域の面と第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面との間の第５領域の抵抗値）」で表される面積のことである。

また、「第６領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第６領域の実効的な断面積」とは、「（第６領域の抵抗率）×（第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面の幾何学的重心と、参照電極に参照電極側で対向する第３領域の面の幾何学的重心との間のチャネル層における最短距離）÷（第２強磁性層に第２強磁性層側で対向する第２領域の面と参照電極に参照電極側で対向する第３領域の面との間の第６領域の抵抗値）」で表される面積のことである。

これによれば、第５領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第５領域の実効的な断面積と、第６領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第６領域の実効的な断面積とが同じである場合に比べて、スピン輸送経路である第５領域の実効的な断面積の、第６領域の実効的な断面積に対する比率は減少し、スピン検出経路である第６領域の抵抗値の第５領域の抵抗値に対する比率は減少する。スピン輸送経路である第５領域の実効的な断面積が小さいほど出力信号は大きくなり、スピン検出経路である第６領域の抵抗値が小さいほど出力ノイズが小さくなるので、本発明の磁気抵抗効果素子は、高いＳＮ比を有することができる。

さらに、本発明の磁気センサは、上記の磁気抵抗効果素子を有することを特徴とする。

これによれば、高いＳＮ比を有する磁気センサを実現することが出来る。

本発明によれば、高いＳＮ比を有する磁気抵抗効果素子および磁気センサを提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子の斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子の変形例の上面図である。 図３は、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子の斜視図である。 図４は、第３実施形態に係る磁気センサの要部断面図である。 図５は、図４の磁性媒体対向面（Ｘ方向）から見た側面図である。

本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１について説明する。

（基本構造）
図１は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の斜視図である。図１に示すように、磁気抵抗効果素子１は、チャネル層７と、第１強磁性層１２Ａと、第２強磁性層１２Ｂと、参照電極２０とを有している。チャネル層７は、下地絶縁層８０を介して支持基板３０上に設けられ、第１強磁性層１２Ａと、第２強磁性層１２Ｂと、参照電極２０とは、チャネル層７の上面上に互いに離間して設けられ、かつ、チャネル層７を介して互いに電気的に接続されている。第１強磁性層１２Ａと、第２強磁性層１２Ｂと、参照電極２０とは、チャネル層７の厚み方向から見て互いに重ならずに離間している。第二強磁性層１２Ｂは、チャネル層７上において第一強磁性層１２Ａと参照電極２０との間に位置している。

第１強磁性層１２Ａおよび第２強磁性層１２Ｂは、これらの間を第１強磁性層１２Ａから第２強磁性層１２Ｂへチャネル層７を介してスピン偏極キャリア（電子またはホール）が流れる部分であり、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０は、チャネル層７を介して電圧が検出される部分である。

チャネル層７は、第１強磁性層１２Ａとチャネル層７の厚み方向から見て重なる第１領域Ａ１、第２強磁性層１２Ｂとチャネル層７の厚み方向から見て重なる第２領域Ａ２、参照電極２０とチャネル層７の厚み方向から見て重なる第３領域Ａ３、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間の第４領域Ａ４および、第２領域Ａ２と第３領域Ａ３との間の第５領域Ａ５を有している。また、第２領域Ａ２は、チャネル層７において第１領域Ａ１と第３領域Ａ３の間に位置している。ここで、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２および第４領域Ａ４からなる領域を第６領域Ａ６とし、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３および第５領域Ａ５からなる領域を第７領域Ａ７とする。また、第１領域Ａ１が第４領域Ａ４と接する面に対向する第１領域Ａ１の端面と、第２領域Ａ２が第４領域Ａ４と接する面に対向する前記第２領域の端面との間のチャネル層７における最短経路に垂直に交わる平面を第１の平面とし、第２領域Ａ２が第５領域Ａ５と接する面に対向する第２領域Ａ２の端面と、第３領域Ａ３が第５領域Ａ５と接する面に対向する第３領域Ａ３の端面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる平面を第２の平面とする。磁気抵抗効果素子１では、第１の平面による第６領域Ａ６の断面積の平均値が、第２の平面による第７領域Ａ７の断面積の平均値よりも小さくなっている。換言すると、第６領域Ａ６におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ６の実効的な断面積が、第７領域Ａ７における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第７領域Ａ７の実効的な断面積よりも小さくなっている。

ここで、「第６領域Ａ６におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ６の実効的な断面積」とは、「（第６領域Ａ６の抵抗率）×（第１強磁性層１２Ａに第１強磁性層１２Ａ側で対向する第１領域Ａ１の面の幾何学的重心と、第２強磁性層１２Ｂに第２強磁性層１２Ｂ側で対向する第２領域Ａ２の面の幾何学的重心との間のチャネル層７における最短距離）÷（第１強磁性層１２Ａに第１強磁性層１２Ａ側で対向する第１領域Ａ１の面と第２強磁性層１２Ａに第２強磁性層１２Ｂ側で対向する第２領域Ａ２の面との間の第６領域Ａ６の抵抗値）」で表される面積のことである。

また、「第７領域Ａ７における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第７領域Ａ７の実効的な断面積」とは、「（第７領域Ａ７の抵抗率）×（第２強磁性層１２Ｂに第２強磁性層１２Ｂ側で対向する第２領域Ａ２の面の幾何学的重心と、参照電極２０に参照電極２０側で対向する第３領域Ａ３の面の幾何学的重心との間のチャネル層７における最短距離）÷（第２強磁性層１２Ｂに第２強磁性層１２Ｂ側で対向する第２領域Ａ２の面と参照電極２０に参照電極２０側で対向する第３領域Ａ３の面との間の第７領域Ａ７の抵抗値）」で表される面積のことである。

第１強磁性層１２Ａとチャネル層７との間には、障壁層１４Ａが設けられ、第２強磁性層１２Ｂとチャネル層７との間には、障壁層１４Ｂが設けられている。

（強磁性層の材料）
第１強磁性層１２Ａ及び第２強磁性層１２Ｂの材料としては、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群の金属を１種以上含む合金、又は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される１又は複数の金属と、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素とを含む合金が挙げられ、具体的には、ＣｏＦｅＢまたはＮｉＦｅ等が挙げられる。

（障壁層）
第１強磁性層１２Ａとチャネル層７との間には、障壁層１４Ａが設けられているので、第１強磁性層１２Ａからチャネル層７へスピン偏極したキャリア（電子またはホール）を多く注入することが可能となり、磁気抵抗効果素子１の出力信号を高めることが可能となる。第２強磁性層１２Ｂとチャネル層７との間には、障壁層１４Ｂが設けられているので、第２強磁性層１２Ｂとチャネル層７との間におけるスピン偏極キャリアのスピン偏極率の低下が抑制され、第１強磁性層１２Ａから第２強磁性層１２Ｂへの効率的なスピンの輸送が可能になる。

障壁層１４Ａ、１４Ｂは、トンネル障壁層であることが好ましい。トンネル障壁層の材料として、例えば酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、スピネル酸化膜または酸化亜鉛などを用いることができる。抵抗の増大を抑制し、トンネル障壁層として機能させる観点から、トンネル障壁層の膜厚は、３ｎｍ以下であることが好ましい。また、トンネル障壁層の膜厚は、１原子層の厚みを考慮して、０．４ｎｍ以上であることが好ましい。

（参照電極の材料）
参照電極２０の材料は非磁性材料、特に非磁性の金属であることが好ましい。参照電極２０の材料として、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔａ、ＣｒまたはＡｌなどの金属材料が挙げられる。

（チャネル層）
チャネル層７はスピンが輸送・蓄積される層である。チャネル層７の材料は、非磁性材料であり、スピン拡散長が長い材料であることが好ましい。磁気抵抗効果素子１では、チャネル層７の材料は非磁性半導体となっている。この場合、チャネル層７の材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓおよびＣのうちのいずれか１つを含む半導体とすることができる。また、チャネル層７の材料は、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｌ等の非磁性金属とすることもできる。

チャネル層７の材料として非磁性半導体を用いる場合、母材となる半導体材料には導電性を付与するための不純物を少量添加（不純物ドーピング）することが好ましい。不純物ドーピングの手法としては、例えば、イオン注入法、熱拡散法などが挙げられる。例えば、母材となる半導体材料としてＳｉ、ＧｅまたはＣなどの１４族（ＩＶ族）の元素を用いる場合、Ｎ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどの１５族（Ｖ族）の元素を不純物としてドーピングすれば、電子が多数キャリアとなるため、キャリア濃度として電子の濃度を調整することができる。この場合、チャネル層７はｎ型半導体となる。また、Ｂ、ＡｌまたはＧａなどの１３族（ＩＩＩ族）の元素を不純物としてドーピングすれば、ホールが多数キャリアとなるため、キャリア濃度としてホールの濃度を調整することが出来る。この場合、チャネル層７はｐ型半導体となる。チャネル層７の不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１６〜１．０×１０^２１ｃｍ^−３とすることが好ましい。

磁気抵抗効果素子１では、チャネル層７の材料は、第１〜第５領域（第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３、第４領域Ａ４および第５領域Ａ５）で同じである。

図１に示すように、磁気抵抗効果素子１では、第１の平面による第６領域Ａ６の断面積の平均値が、第２の平面による第７領域Ａ７の断面積の平均値よりも小さくなっている（第６領域Ａ６におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ６の実効的な断面積が、第７領域Ａ７における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第７領域Ａ７の実効的な断面積よりも小さくなっている）。より具体的には、第５領域Ａ５の幅（図１に示すＹ方向の長さ）が、第２領域Ａ２から第３領域Ａ３の方向に向かって傾斜的に大きくなっている。

また、磁気抵抗効果素子１は、第５領域Ａ５に、第２の平面による断面積の平均値が、第７領域Ａ７よりも小さい第８領域Ａ８を有している。図１に示す磁気抵抗効果素子１では、第２領域Ａ２と第８領域Ａ８とは接している。

磁気抵抗効果素子１は、例えば、以下の手順で作製することが好ましい。

支持基板３０、下地絶縁層８０、及び非磁性半導体層からなる基板を準備し、非磁性半導体層にあらかじめ所望の濃度で不純物ドーピングを施す。

次に、薬液洗浄やプラズマ処理などにより、非磁性半導体層表面の付着物（パーティクル、有機物、及び自然酸化膜など）を除去し、非磁性半導体層の表面を清浄化・平坦化する。

次に、ＭＢＥ法などにより、非磁性半導体層上に障壁層および強磁性層を成膜し、積層体を形成する。

次に、フォトリソグラフィおよびイオンミリングなどにより、上記の積層体をパターニングして、チャネル層７を図１に示すような形状に形成する。これにより、チャネル層７の上部に障壁層および強磁性層が積層している構造体が作製される。

次に、フォトリソグラフィおよびイオンミリングなどにより、上記の構造体の障壁層および強磁性層をパターニングし、障壁層１４Ａ、第１強磁性層１２Ａ、障壁層１４Ｂおよび第２強磁性層１２Ｂを形成する。これにより、チャネル層７の第１領域Ａ１の上部には障壁層１４Ａおよび第１強磁性層１２Ａが積層しており、チャネル層７の第２領域Ａ２の上部には障壁層１４Ｂおよび第２強磁性層１２Ｂが積層しており、チャネル層７の第１領域Ａ１および第２領域Ａ２を除く部分はチャネル層７の上部が露出した構造となる。

最後に、フォトリソグラフィおよびスパッタリング法などにより、チャネル層７の上面上に、参照電極２０を形成する。このように作製された磁気抵抗効果素子１では、チャネル層７、第１強磁性層１２Ａ、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０の側面（第１強磁性層１２Ａ、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０の配列方向に沿う側面）が、同一の面上に存在している。

なお、チャネル層７における第１強磁性層１２Ａから第２強磁性層１２Ｂまでの距離は、チャネル層７に用いる材料のスピン拡散長以下であることが好ましい。

チャネル層７の材料がｎ型半導体である場合は、電子がスピン偏極キャリアとなる。この場合、第２強磁性層１２Ｂから第１強磁性層１２Ａへチャネル層７を介して流れる電流が、第１強磁性層１２Ａおよび第２強磁性層１２Ｂから印加される。この場合、第１強磁性層１２Ａによってスピン偏極を起こした電子が、第１強磁性層１２Ａから注入され、チャネル層７の内部を第１強磁性層１２Ａから第２強磁性層１２Ｂの方向に輸送される。これにより、チャネル層７の内部（第６領域Ａ６）にスピンの非平衡状態（スピン蓄積）が生成される。

チャネル層７の材料がｐ型半導体である場合は、ホールがスピン偏極キャリアとなる。この場合、第１強磁性層１２Ａから第２強磁性層１２Ｂへチャネル層７を介して流れる電流が、第１強磁性層１２Ａおよび第２強磁性層１２Ｂから印加される。この場合、第１強磁性層１２Ａによってスピン偏極を起こしたホールが、第１強磁性層１２Ａから注入され、チャネル層７の内部を第１強磁性層１２Ａから第２強磁性層１２Ｂの方向に輸送される。これにより、チャネル層７の内部（第６領域Ａ６）にスピンの非平衡状態（スピン蓄積）が生成される。

このように、スピン偏極キャリアが、第１強磁性層１２Ａから第２強磁性層１２Ｂの方向に輸送され、第６領域Ａ６にスピンの非平衡状態（スピン蓄積）が生成されることにより、磁気抵抗効果素子１には、第１強磁性層１２Ａの磁化と第２強磁性層１２Ｂの磁化に起因した磁気抵抗効果が発生し、第１強磁性層１２Ａの磁化方向と第２強磁性層１２Ｂの磁化方向の相対角の変化に応じた抵抗変化が生じる。

第２強磁性層１２Ｂとチャネル層７の厚み方向から見て重なる領域である第２領域Ａ２は、チャネル層７において第１領域Ａ１（第１強磁性層１２Ａとチャネル層７の厚み方向から見て重なる領域）と第３領域Ａ３（参照電極２０とチャネル層７の厚み方向から見て重なる領域）の間に位置している。このため、上記の抵抗変化のうち、主に、第２強磁性層１２Ｂとチャネル層７の第２領域Ａ２との間の磁気抵抗効果による抵抗変化に対応した電圧変化（出力値）が、チャネル層７（第７領域Ａ７）を介して第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０の間において検出される。

（その他の材料）
支持基板３０の材料としては、例えば、ＡｌＴｉＣまたはＳｉが挙げられる。支持基板３０上に設けられる下地絶縁層８０の材料としては、例えばＳｉＯ_ｘ（酸化シリコン）、ＨｆＯ_ｘ（酸化ハフニウム）またはＳｉＮ_ｘ（窒化シリコン）などが挙げられる。

（効果の説明）
磁気抵抗効果素子１は、第１の平面による第６領域Ａ６の断面積の平均値が、第２の平面による第７領域Ａ７の断面積の平均値よりも小さくなっている（第６領域Ａ６におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ６の実効的な断面積が、第７領域Ａ７における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第７領域Ａ７の実効的な断面積よりも小さくなっている）。したがって、第１の平面による第６領域Ａ６の断面積の平均値（第６領域Ａ６の実効的な断面積）と、第２の平面による第７領域Ａ７の断面積の平均値（第７領域Ａ７の実効的な断面積）とが同じである場合に比べて、スピン輸送経路である第６領域Ａ６の第１の平面による断面積（第６領域Ａ６の実効的な断面積）の、第７領域Ａ７の第２の平面による断面積（第７領域Ａ７の実効的な断面積）に対する比率は減少し、スピン検出経路である第７領域Ａ７の抵抗値の第６領域Ａ６の抵抗値に対する比率は減少する。

スピン偏極したキャリア（電子またはホール）は、チャネル層７（第６領域Ａ６）に電流を流すために第１強磁性層１２Ａと第２強磁性層１２Ｂとの間に印加される電圧によって第６領域Ａ６の内部に生じる電界（ドリフト電界）の影響を受けて輸送される。

チャネル層７の材料としてｎ型半導体を用い、スピン輸送経路内において、第２強磁性層１２Ｂを正、第１強磁性層１２Ａを負とする電圧を印加した場合、第２強磁性層１２Ｂからチャネル層７を介して第１強磁性層１２Ａへと電流が流れるとともに、第６領域Ａ６の内部には、第２領域Ａ２側を正、第１領域Ａ１側を負とした電界が生じる。この場合、第１強磁性層１２Ａによってスピン偏極を起こした電子が、第１強磁性層１２Ａから注入され、チャネル層７（第６領域Ａ６）を介し、第２強磁性層１２Ｂへと輸送されるが、第６領域Ａ６の内部においては、スピン偏極した電子が流れる方向と同じ方向にスピン偏極した電子を加速させて輸送しようという力（ドリフト電界）が、スピン偏極した電子に加わる。このドリフト電界の強度は、スピン輸送経路である第６領域Ａ６の抵抗率と第６領域Ａ６を流れる電流の電流密度との積で表されるので、第１強磁性層１２Ａと第２強磁性層１２Ｂとの間に印加される電流を一定とした場合、第１の平面による第６領域Ａ６の断面積（第６領域Ａ６の実効的な断面積）が小さいほど、第６領域Ａ６を流れる電流の電流密度が大きくなり、ドリフト電界強度が大きくなる。これにより、スピン偏極した電子が第２領域Ａ２に高密度に蓄積する。その結果、第２強磁性層１２Ｂと第２領域Ａ２との間の磁気抵抗効果は増大し、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０の間において検出される出力信号が増大する。

チャネル層７の材料としてｐ型半導体を用い、スピン輸送経路内において、第１強磁性層１２Ａを正、第２強磁性層１２Ｂを負とする電圧を印加した場合、第１強磁性層１２Ａからチャネル層７を介して第２強磁性層１２Ｂへと電流が流れるとともに、第６領域Ａ６の内部には、第１領域Ａ１側を正、第２領域Ａ２側を負とした電界が生じる。この場合、第１強磁性層１２Ａによってスピン偏極を起こしたホールが、第１強磁性層１２Ａから注入され、チャネル層７（第６領域Ａ６）を介し、第２強磁性層１２Ｂへと輸送されるが、第６領域Ａ６の内部においては、スピン偏極したホールが流れる方向と同じ方向にスピン偏極したホールを加速させて輸送しようという力（ドリフト電界）が、スピン偏極したホールに加わる。チャネル層７の材料がｎ型半導体の場合と同様に、このドリフト電界の強度は、スピン輸送経路である第６領域Ａ６の抵抗率と第６領域Ａ６を流れる電流の電流密度との積で表されるので、第１強磁性層１２Ａと第２強磁性層１２Ｂとの間に印加される電流を一定とした場合、第１の平面による第６領域Ａ６の断面積（第６領域Ａ６の実効的な断面積）が小さいほど、第６領域Ａ６を流れる電流の電流密度が大きくなり、ドリフト電界強度が大きくなる。これにより、スピン偏極したホールが第２領域Ａ２に高密度に蓄積する。その結果、第２強磁性層１２Ｂと領域Ａ１２との間の磁気抵抗効果は増大し、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０の間において検出される出力信号が増大する。

さらに、スピン検出経路（電圧検出経路）である第７領域Ａ７の第２の平面による断面積（第７領域Ａ７の実効的な断面積）が大きいほど、電圧検出経路における抵抗値が低下する。その結果、電圧検出経路における出力ノイズが減少する。したがって、磁気抵抗効果素子１は、高いＳＮ比を有することができる。

また、磁気抵抗効果素子１は、第２の平面による断面積の平均値が、第７領域Ａ７よりも小さい第８領域Ａ８を有している。第２領域Ａ２に蓄積したスピンは、第２領域Ａ２を中心にチャネル層７の内部を三次元的に拡散する性質があるが、断面積の小さい第８領域Ａ８がスピンの拡散抑制部として機能し、第２領域Ａ２に蓄積したスピンの第２領域Ａ２から第３領域Ａ３への方向への拡散を抑制することができ、第２領域Ａ２にスピンを高密度に蓄積することができる。その結果、磁気抵抗効果素子１の出力信号を大きくすることができる。

さらに、磁気抵抗効果素子１では、第２領域Ａ２と第８領域Ａ８とが接しているので、第８領域Ａ８による、第２領域Ａ２に蓄積したスピンの第２領域Ａ２から第３領域Ａ３への方向への拡散を抑制する効果をさらに大きくすることができる。したがって、磁気抵抗効果素子１の出力信号をさらに大きくすることができる。

なお、磁気抵抗効果素子１は、チャネル層７の第４領域Ａ４または第５領域Ａ５において、厚みに依存した断面積の勾配がある場合でも、同様の効果を発揮する。例えば、第２の平面による第７領域Ａ７の断面積の平均値（第７領域Ａ７の実効的な断面積）を大きくするために、第５領域Ａ５の厚みを、第４領域Ａ４の厚みよりも厚くしてもよい。

また、第１実施形態では、第１強磁性層１２Ａと、第２強磁性層１２Ｂと、参照電極２０とが、チャネル層７の上面側に設けられている例で説明したが、第１強磁性層１２Ａ、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０の少なくとも１つが、チャネル層７の下面側に設けられていてもよい。

また、磁気抵抗効果素子１では、第２領域Ａ２と第８領域Ａ８とが接しているが、第２領域Ａ２と第８領域Ａ８とは離間していても良い。この場合でも、第８領域Ａ８による、第２領域Ａ２に蓄積したスピンの第２領域Ａ２から第３領域Ａ３への方向への拡散を抑制する一定の効果が得られ、磁気抵抗効果素子１の出力信号を大きくすることができる。

また、第１実施形態では、第１強磁性層１２Ａ、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０が１つの直線上に配列している例で説明したが、チャネル層７の平面視形状が少なくとも一箇所に屈曲部を有する形状（例えば、Ｌ字形状またはＴ字形状）であってもよい。図２に、チャネル層７の平面視形状がＴ字形状である磁気抵抗効果素子１ａの上面図を示す。磁気抵抗効果素子１ａでは、図２に示すように、第２領域Ａ２（第２強磁性層１２Ｂと厚み方向から見て重なる領域）においてチャネル層７がＴ字分岐しており、参照電極２０、第３領域Ａ３および第５領域Ａ５がそれぞれ２つずつ設けられている。このように、磁気抵抗効果素子１ａにおいても、第２領域Ａ２は、チャネル層７において第１領域Ａ１と第３領域Ａ３の間に位置している。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子２について、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。

磁気抵抗効果素子２は、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１に対して、参照電極２０の設置位置が異なる。図３に示すように、磁気抵抗効果素子２では、参照電極２０は、チャネル層７の側面Ｓ２０上に第１強磁性層１２Ａおよび第２強磁性層１２Ｂから離間して設けられ、かつ、チャネル層７を介して第１強磁性層１２Ａおよび第２強磁性層１２Ｂに電気的に接続されている。

チャネル層７は、第１強磁性層１２Ａとチャネル層７の厚み方向から見て重なる第１領域Ａ２１、第２強磁性層１２Ｂとチャネル層７の厚み方向から見て重なる第２領域Ａ２２、第２領域Ａ２２と参照電極２０が設けられた側面Ｓ２０との間の第３領域Ａ２３および、第１領域Ａ２１と第２領域Ａ２２との間の第４領域Ａ２４を有している。また、第２領域Ａ２２は、チャネル層７において第１領域Ａ２１と第３領域Ａ２３の間に位置している。ここで、第１領域Ａ２１、第２領域Ａ２２および第４領域Ａ２４からなる領域を第５領域Ａ２５とし、第２領域Ａ２２および第３領域Ａ２３からなる領域を第６領域Ａ２６とする。また、第１領域Ａ２１が第４領域Ａ２４と接する面に対向する第１領域Ａ２１の端面と、第２領域Ａ２２が第４領域Ａ２４と接する面に対向する第２領域Ａ２２の端面との間のチャネル層７における最短経路に垂直に交わる平面を第３の平面とし、第２領域Ａ２２が第３領域Ａ２３と接する面に対向する第２領域Ａ２２の端面と側面Ｓ２０との間のチャネル層７における最短経路に垂直に交わる平面を第４の平面とする。磁気抵抗効果素子２では、第３の平面による第５領域Ａ２５の断面積の平均値が、第４の平面による第６領域Ａ２６の断面積の平均値よりも小さくなっている。換言すると、第５領域Ａ２５におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第５領域Ａ２５の実効的な断面積が、第６領域Ａ２６における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ２６の実効的な断面積よりも小さくなっている。より具体的には、第３領域Ａ２３の幅（図３に示すＹ方向の長さ）が、第２領域Ａ２２から側面Ｓ２０の方向に向かって傾斜的に大きくなっている。

ここで、「第５領域Ａ２５におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第５領域Ａ２５の実効的な断面積」とは、「（第５領域Ａ２５の抵抗率）×（第１強磁性層１２Ａに第１強磁性層１２Ａ側で対向する第１領域Ａ２１の面の幾何学的重心と、第２強磁性層１２Ｂに第２強磁性層側１２Ｂで対向する第２領域Ａ２２の面の幾何学的重心との間のチャネル層７における最短距離）÷（第１強磁性層１２Ａに第１強磁性層１２Ａ側で対向する第１領域Ａ２１の面と第２強磁性層１２Ｂに第２強磁性層１２Ｂ側で対向する第２領域Ａ２２の面との間の第５領域Ａ２５の抵抗値）」で表される面積のことである。

また、「第６領域Ａ２６における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ２６の実効的な断面積」とは、「（第６領域Ａ２６の抵抗率）×（第２強磁性層１２Ｂに第２強磁性層１２Ｂ側で対向する第２領域Ａ２２の面の幾何学的重心と、参照電極２０に参照電極２０側で対向する第３領域Ａ２３の面の幾何学的重心との間のチャネル層７における最短距離）÷（第２強磁性層１２Ｂに第２強磁性層１２Ｂ側で対向する第２領域Ａ２２の面と参照電極２０に参照電極２０側で対向する第３領域Ａ２３の面との間の第６領域Ａ２６の抵抗値）」で表される面積のことである。

また、磁気抵抗効果素子２は、第３領域Ａ２３に、第４の平面による断面積の平均値が、第６領域Ａ２６よりも小さい第７領域Ａ２７を有している。図３に示す磁気抵抗効果素子２では、第２領域Ａ２２と第７領域Ａ２７とが接している。

第１領域Ａ２１は第１実施形態の磁気抵抗効果素子１の第１領域Ａ１に対応しており、第２領域Ａ２２は磁気抵抗効果素子１の第２領域Ａ２に対応しており、第４領域Ａ２４は磁気抵抗効果素子１の第４領域Ａ４に対応しており、第５領域Ａ２５は磁気抵抗効果素子１の第６領域Ａ６に対応している。第３領域Ａ２３は磁気抵抗効果素子１の第３領域Ａ３および第５領域Ａ５に対応しており、第６領域Ａ２６は磁気抵抗効果素子１の第７領域Ａ７に対応している。磁気抵抗効果素子２のその他の点は、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１と同じである。

磁気抵抗効果素子２は、第１領域Ａ２１が第４領域Ａ２４と接する面に対向する第１領域Ａ２１の端面と、第２領域Ａ２２が第４領域Ａ２４と接する面に対向する第２領域Ａ２２の端面との間のチャネル層７における最短経路に垂直に交わる第３の平面による第５領域Ａ２５の断面積の平均値が、第２領域Ａ２２が第３領域Ａ２３と接する面に対向する第２領域Ａ２２の端面と側面Ｓ２０との間のチャネル層７における最短経路に垂直に交わる第４の平面による第６領域Ａ２６の断面積の平均値よりも小さくなっている（第５領域Ａ２５におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による第５領域Ａ２５の実効的な断面積が、第６領域Ａ２６における電圧検出経路に垂直に交わる平面による第６領域Ａ２６の実効的な断面積よりも小さくなっている）。したがって、第３の平面による第５領域Ａ２５の断面積の平均値（第５領域Ａ２５の実効的な断面積）と、第４の平面による第６領域Ａ２６の断面積の平均値（第６領域Ａ２６の実効的な断面積）とが同じである場合に比べて、スピン輸送経路である第５領域Ａ２５の第３の平面による断面積（第５領域Ａ２５の実効的な断面積）の、第６領域Ａ２６の第４の平面による断面積（第６領域Ａ２６の実効的な断面積）に対する比率は減少し、スピン検出経路である第６領域Ａ２６の抵抗値の第５領域Ａ２５の抵抗値に対する比率は減少する。第１実施形態の磁気抵抗効果素子１と同様に、スピン輸送経路である第５領域Ａ２５の第３の平面による断面積（第５領域Ａ２５の実効的な断面積）が小さいほど出力信号は大きくなり、スピン検出経路である第６領域Ａ２６の抵抗値が小さいほど出力ノイズが小さくなるので、磁気抵抗効果素子２は、高いＳＮ比を有することができる。

また、磁気抵抗効果素子２は、第３領域Ａ２３に、第４の平面による断面積の平均値が、第６領域Ａ２６よりも小さい第７領域Ａ２７を有している。したがって、断面積の小さい第７領域Ａ２７がスピンの拡散抑制部として機能し、第２領域Ａ２２に蓄積したスピンの第２領域Ａ２２から第３領域Ａ２３への方向への拡散を抑制することができ、第２領域Ａ２２にスピンを高密度に蓄積することができる。その結果、磁気抵抗効果素子２の出力信号を大きくすることができる。

さらに、磁気抵抗効果素子２では、第２領域Ａ２２と第７領域Ａ２７とが接しているので、第７領域Ａ２７による、第２領域Ａ２２に蓄積したスピンの第２領域Ａ２２から第３領域Ａ２３への方向への拡散を抑制する効果をさらに大きくすることができる。したがって、磁気抵抗効果素子２の出力信号をさらに大きくすることができる。

また、第２実施形態では、第１強磁性層１２Ａと第２強磁性層１２Ｂとが、チャネル層７の上面側に設けられている例で説明したが、第１強磁性層１２Ａおよび第２強磁性層１２Ｂの少なくとも１つが、チャネル層７の下面側に設けられていてもよい。

また、磁気抵抗効果素子２では、第２領域Ａ２２と第７領域Ａ２７とが接しているが、第２領域Ａ２２と第７領域Ａ２７とは離間していても良い。この場合でも、第７領域Ａ２７による、第２領域Ａ２２に蓄積したスピンの第２領域Ａ２２からから第３領域Ａ２３への方向への拡散を抑制する一定の効果が得られ、磁気抵抗効果素子２の出力信号を大きくすることができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態に係る磁気センサ１００について説明する。図４は、磁気センサ１００の要部断面図であり、図５は、図４における磁性媒体Ｍから見た側面図（Ｘ方向から見た側面図）である。図４および図５に示すように、磁気センサ１００は、支持基板３０上に下地絶縁層８０を介して、磁気抵抗効果素子１と、磁気抵抗効果素子１を膜面直交方向（Ｚ方向）に挟むように設けられた下部磁気シールド４０及び上部磁気シールド５０とを有している。また、図５に示すように、磁気センサ１００は、磁気抵抗効果素子１の幅方向であるＹ方向（図４においては紙面直交方向）の両側に設けられたバイアス磁界印加層１６を有している。磁気抵抗効果素子１と下部磁気シールド４０の間、および磁気抵抗効果素子１とバイアス磁界印加層１６の間には絶縁膜４が設けられている。絶縁膜４は、下部磁気シールド４０およびバイアス磁界印加層１６から磁気抵抗効果素子１を絶縁分離するとともに、下部磁気シールド４０およびバイアス磁界印加層１６などによるスピンの吸収を抑制するために形成される。バイアス磁界印加層１６は、磁気抵抗効果素子１の第１強磁性層１２Ａを単磁区化するために、第１強磁性層１２ＡにＹ方向のバイアス磁界を印加する。絶縁膜４の材料は、例えばＡｌ_２Ｏ_３またはＳｉＯ_２など、バイアス磁界印加層１６の材料は、例えばＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔなど、下部磁気シールド４０及び上部磁気シールド５０の材料は、例えばＮｉＦｅなどが好ましい。

図４に示すように、上部磁気シールド５０は、第１強磁性層１２Ａの上部に設けられている。第２強磁性層１２Ｂの上部には、配線５が設けられている。参照電極２０の上部には配線６が設けられている。上部磁気シールド５０は磁気抵抗効果素子１に電流を印加するための配線を兼ねている。配線５および６の材料は、上部磁気シールド５０の材料と同じであってもよい。上部磁気シールド５０と配線５との間には電流源６０が接続され、チャネル層７を介して第１強磁性層１２Ａと第２強磁性層１２Ｂとの間に電流が印加されるようになっている。配線５と配線６との間には電圧計７０が接続され、第２強磁性層１２Ｂと参照電極２０との間の電圧が検出されるようになっている。

磁気センサ１００について、検出する外部磁界として、磁性媒体Ｍから生じる磁界を検出する例で説明する。図４に示すように、磁気センサ１００では、磁気抵抗効果素子１の先端部（第１強磁性層１２Ａの一端）が、磁気センサ１００の磁性媒体Ｍとの対向面に配置されている。磁気センサ１００において、第１強磁性層１２Ａは、磁性媒体Ｍから生じる磁界に応じてその磁化方向が変化する層（磁化自由層）として機能する。第１強磁性層１２Ａとしては、特に軟磁性材料が適用される。なお、磁気センサ１００の磁性媒体Ｍとの対向面には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の保護膜が形成されていることが好ましいが、図４および図５においては、保護膜は省略している。

図４に示すように、磁気センサ１００において、第２強磁性層１２Ｂは、磁性媒体Ｍから離れた位置に配置されている。このため、第２強磁性層１２Ｂは、磁性媒体Ｍから生じる磁界の影響を受けにくくなっているため、その磁化方向が一方向に固定された層（磁化固定層）として機能する。第２強磁性層１２Ｂの磁化の固定をより強固にする（第２強磁性層１２Ｂの保磁力を大きくする）ために、第２強磁性層１２Ｂに形状異方性を付与してもよい。または、第２強磁性層１２Ｂ上に反強磁性層を積層することにより、第２強磁性層１２Ｂと反強磁性層との間に働く交換結合を利用してもよい。または、第２強磁性層１２Ｂをシンセティックピンド構造にすることにより、第２強磁性層１２Ｂの内部に働く交換結合を利用してもよい。

チャネル層７を介して第１強磁性層１２Ａと第２強磁性層１２Ｂとの間に電流が印加され、第２強磁性層１２Ｂと参照電極２０の間の電圧を測定することにより、磁性媒体Ｍから生じる磁界を検出することが可能となる。磁性媒体Ｍから生じる磁界の変化に応じて、第１強磁性層１２Ａの磁化方向と第２強磁性層１２Ｂの磁化方向の相対角が変化して、第２強磁性層１２Ｂと参照電極２０との間の電圧が変化する。

磁気センサ１００は、高いＳＮ比を得ることができる磁気抵抗効果素子１を有するので、精度よく外部磁場を検出することができる。

第３実施形態の磁気センサ１００は、磁性媒体Ｍとの対向面に第１強磁性層１２Ａを配置し、第１強磁性層１２Ａを磁化自由層として機能させる例であるが、上述した磁気抵抗効果素子１ａのような、屈曲部を有する形状（例えば、Ｌ字形状またはＴ字形状）のチャネル層７を有する磁気抵抗効果素子を用い、磁性媒体Ｍとの対向面に第２強磁性層１２Ｂを配置し、第２強磁性層１２Ｂを磁化自由層として機能させるようにしても良い。

また、第３実施形態の磁気センサ１００は、第１強磁性層１２Ａと、第２強磁性層１２Ｂと、参照電極２０とが、チャネル層７の上面側に設けられている例であるが、第２強磁性層１２Ｂおよび参照電極２０の少なくとも１つが、チャネル層７の下面側に設けられていてもよい。この場合、配線５および６のいずれか１つを下部磁気シールド４０で代用することが可能となる。

また、第３実施形態の磁気センサ１００は、磁気抵抗効果素子１を有する例であるが、磁気抵抗効果素子１にかえて、磁気抵抗効果素子１ａまたは磁気抵抗効果素子２を用いてもよい。

１、１ａ、２…磁気抵抗効果素子
７…チャネル層
１２Ａ…第１強磁性層
１２Ｂ…第２強磁性層
１４Ａ、１４Ｂ…障壁層
２０…参照電極
Ａ１、Ａ２１…第１領域
Ａ２、Ａ２２…第２領域
Ａ３、Ａ２３…第３領域
Ａ４、Ａ２４…第４領域
Ａ５、Ａ２５…第５領域
Ａ６、Ａ２６…第６領域
Ａ７、Ａ２７…第７領域
Ａ８…第８領域

Claims (9)

1. チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、
   前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、
   前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、
   前記チャネル層は、
   前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記参照電極と前記厚み方向から見て重なる第３領域、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域および、前記第２領域と前記第３領域との間の第５領域を有し、
   前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、
   前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第６領域とし、前記第２領域、前記第３領域および前記第５領域からなる領域を第７領域としたとき、
   前記第１領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第１領域の端面と、前記第２領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第２領域の端面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第１の平面による前記第６領域の断面積の平均値が、前記第２領域が前記第５領域と接する面に対向する前記第２領域の端面と、前記第３領域が前記第５領域と接する面に対向する前記第３領域の端面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第２の平面による前記第７領域の断面積の平均値よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記第５領域に、前記第２の平面による断面積の平均値が、前記第７領域よりも小さい第８領域を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記第２領域と前記第８領域とが接していることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、
   前記第１強磁性層と前記第２強磁性層は、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、
   前記参照電極は、前記チャネル層の側面上に前記第１強磁性層および前記第２強磁性層から離間して設けられ、かつ、前記チャネル層を介して前記第１強磁性層および前記第２強磁性層に電気的に接続され、
   前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、
   前記チャネル層は、
   前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記第２領域と前記参照電極が設けられた前記側面との間の第３領域および、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域を有し、
   前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、
   前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第５領域とし、前記第２領域および前記第３領域からなる領域を第６領域としたとき、
   前記第１領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第１領域の端面と、前記第２領域が前記第４領域と接する面に対向する前記第２領域の端面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第３の平面による前記第５領域の断面積の平均値が、前記第２領域が前記第３領域と接する面に対向する前記第２領域の端面と前記側面との間の前記チャネル層における最短経路に垂直に交わる第４の平面による前記第６領域の断面積の平均値よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
5. 前記第３領域に、前記第４の平面による断面積の平均値が、前記第６領域よりも小さい第７領域を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
6. 前記第２領域と前記第７領域とが接していることを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
7. チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、
   前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、
   前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、
   前記チャネル層は、
   前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記参照電極と前記厚み方向から見て重なる第３領域、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域および、前記第２領域と前記第３領域との間の第５領域を有し、
   前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、
   前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第６領域とし、前記第２領域、前記第３領域および前記第５領域からなる領域を第７領域としたとき、
   前記第６領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による前記第６領域の実効的な断面積が、前記第７領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による前記第７領域の実効的な断面積よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
8. チャネル層と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、参照電極とを有し、
   前記第１強磁性層と前記第２強磁性層は、互いに離間し、かつ、前記チャネル層を介して互いに電気的に接続され、
   前記参照電極は、前記チャネル層の側面上に前記第１強磁性層および前記第２強磁性層から離間して設けられ、かつ、前記チャネル層を介して前記第１強磁性層および前記第２強磁性層に電気的に接続され、
   前記第１強磁性層と、前記第２強磁性層と、前記参照電極とは、前記チャネル層の厚み方向から見て互いに重ならずに離間しており、
   前記チャネル層は、
   前記第１強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第１領域、前記第２強磁性層と前記厚み方向から見て重なる第２領域、前記第２領域と前記参照電極が設けられた前記側面との間の第３領域および、前記第１領域と前記第２領域との間の第４領域を有し、
   前記第２領域は、前記チャネル層において前記第１領域と前記第３領域の間に位置しており、
   前記第１領域、前記第２領域および前記第４領域からなる領域を第５領域とし、前記第２領域および前記第３領域からなる領域を第６領域としたとき、
   前記第５領域におけるスピン偏極キャリアの輸送経路に垂直に交わる平面による前記第５領域の実効的な断面積が、前記第６領域における電圧検出経路に垂直に交わる平面による前記第６領域の実効的な断面積よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を有する磁気センサ。

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