JP2018006769A - Sensor, microphone, blood pressure sensor, and touch panel - Google Patents

Sensor, microphone, blood pressure sensor, and touch panel Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor, a microphone, a blood pressure sensor, and a touch panel sensitivity of which can be improved.SOLUTION: A sensor includes a deformable substrate, and a strain detection element provided on the substrate. The strain detection element includes a first layer having first magnetization, a second layer having second magnetization which varies according to deformation of the substrate, an intermediate layer provided between the first layer and the second layer, and a third layer having third magnetization. The second layer is provided between the intermediate layer and the third layer. An angle between the third magnetization and the first magnetization is 30° to 60°, or 120° to 150°.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、センサ、マイクロフォン、血圧センサおよびタッチパネルに関する。   Embodiments described herein relate generally to a sensor, a microphone, a blood pressure sensor, and a touch panel.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた圧力センサには、例えば、ピエゾ抵抗変化型と静電容量型とがある。一方、スピン技術を用いた圧力センサが提案されている。スピン技術を用いた圧力センサにおいては、歪に応じた抵抗変化が検知される。例えば、スピン技術を用いた圧力センサなどに用いられる歪検知素子において、感度の向上が望まれる。   Examples of pressure sensors using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology include a piezoresistance change type and a capacitance type. On the other hand, a pressure sensor using a spin technique has been proposed. In a pressure sensor using a spin technique, a resistance change corresponding to strain is detected. For example, in a strain sensing element used for a pressure sensor using a spin technique, an improvement in sensitivity is desired.

M. Lohndorf et al., "Highly sensitive strain sensors based on magnetic tunneling junctions"Appl. Phys. Lett., 81, 313, (2002).M. Lohndorf et al., "Highly sensitive strain sensors based on magnetic tunneling junctions" Appl. Phys. Lett., 81, 313, (2002). D. Meyners et al., "Pressure sensor based on magnetic tunnel junctions", J. Appl. Phys. 105, 07C914 (2009).D. Meyners et al., "Pressure sensor based on magnetic tunnel junctions", J. Appl. Phys. 105, 07C914 (2009).

本発明の実施形態は、感度の向上を図ることができるセンサ、マイクロフォン、血圧センサおよびタッチパネルを提供する。   Embodiments of the present invention provide a sensor, a microphone, a blood pressure sensor, and a touch panel that can improve sensitivity.

実施形態によれば、センサは、変形可能な基板と、前記基板に設けられた歪検知素子と、を含む。前記歪検知素子は、第1磁化を有する第1層と、第2磁化を有し前記第2磁化は前記基板の変形に応じて変化する第2層と、前記第1層と前記第2層との間に設けられた中間層と、第3磁化を有する第3層と、を含む。前記中間層と前記第3層との間に前記第2層が設けられる。前記第3磁化と前記第1磁化との間の角度は、30°以上60°以下、または、120°以上150°以下である。   According to the embodiment, the sensor includes a deformable substrate and a strain sensing element provided on the substrate. The strain sensing element includes a first layer having a first magnetization, a second layer having a second magnetization, and the second magnetization changing according to deformation of the substrate, the first layer, and the second layer. And an intermediate layer provided between and a third layer having a third magnetization. The second layer is provided between the intermediate layer and the third layer. The angle between the third magnetization and the first magnetization is 30 ° to 60 °, or 120 ° to 150 °.

図1(a)および図1(b)は、第1の実施形態にかかる歪検知素子を示す模式図である。FIG. 1A and FIG. 1B are schematic views showing a strain sensing element according to the first embodiment. 図2(a)〜図2(c)は、第1の実施形態に係る歪検知素子の動作を示す模式図である。FIG. 2A to FIG. 2C are schematic views showing the operation of the strain sensing element according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る歪検知素子を示す模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view showing a strain sensing element according to a first embodiment. 図4(a)〜図4(e)は、第1の実施形態のバイアス層を示す模式的斜視図である。FIG. 4A to FIG. 4E are schematic perspective views showing the bias layer of the first embodiment. 図5(a)および図5(b)は、実施形態のバイアス方向の違いを示す模式的斜視図である。FIG. 5A and FIG. 5B are schematic perspective views showing the difference in the bias direction of the embodiment. 第1の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows another distortion sensing element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows another distortion sensing element which concerns on 1st Embodiment. 図8(a)〜図8(f)は、磁化固着層の磁化の固着方向、バイアス磁性層の磁化の固着方向、および磁化自由層に加わるバイアス方向を表す模式的断面図である。FIG. 8A to FIG. 8F are schematic cross-sectional views illustrating the magnetization pinned direction of the magnetization pinned layer, the magnetization pinned direction of the bias magnetic layer, and the bias direction applied to the magnetization free layer. 図9(a)〜図9(d)は、第1の実施例および第1の比較例の積層体の素子加工前の磁気特性の結果の例を示すグラフ図である。FIG. 9A to FIG. 9D are graphs showing examples of results of magnetic characteristics before element processing of the laminates of the first example and the first comparative example. 図10(a)〜図10(e)は、第1の実施例の歪検知素子100の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。FIG. 10A to FIG. 10E are graphs showing examples of results of strain sensor characteristics of the strain sensing element 100 of the first embodiment. 図11(a)〜図11(e)は、第1の比較例の歪検知素子の歪センサ評価結果の例を示すグラフ図である。Fig.11 (a)-FIG.11 (e) are graphs which show the example of the strain sensor evaluation result of the strain sensing element of a 1st comparative example. 様々なバイアス磁界におけるゲージファクターの評価結果の例を表すグラフ図である。It is a graph showing the example of the evaluation result of the gauge factor in various bias magnetic fields. 図13(a)〜図13(f)は、実施形態の磁化自由層の自由エネルギーの面内角度依存性を表す模式図である。FIG. 13A to FIG. 13F are schematic views showing the in-plane angle dependence of the free energy of the magnetization free layer of the embodiment. 図14(a)〜図14(f)は、比較例の磁化自由層の自由エネルギーの面内角度依存性を表す模式図である。FIG. 14A to FIG. 14F are schematic views showing the in-plane angle dependence of the free energy of the magnetization free layer of the comparative example. 図15(a)〜図15(d)は、第2〜4の実施例の積層体の素子加工前の磁気特性の結果の例を示すグラフ図である。FIG. 15A to FIG. 15D are graphs showing examples of results of magnetic characteristics before element processing of the laminated bodies of the second to fourth examples. 図16(a)〜図16(d)は、実施形態に係る別の歪検知素子について説明する模式図である。FIG. 16A to FIG. 16D are schematic views for explaining another strain sensing element according to the embodiment. 図17(a)〜図17(d)は、実施形態に係る別の歪検知素子について説明する模式図である。FIG. 17A to FIG. 17D are schematic views for explaining another strain sensing element according to the embodiment. 実施形態に用いられる別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows another distortion sensing element used for embodiment. 実施形態に用いられる別の歪検知素子を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows another distortion sensing element used for embodiment. バイアス層のバイアス方向、ハードバイアスのバイアス方向の例を示す模式的平面図である。It is a schematic plan view showing an example of a bias direction of a bias layer and a bias direction of a hard bias. 図21(a)および図21(b)は、第2の実施形態に係る歪検知素子を示す模式図である。FIG. 21A and FIG. 21B are schematic views showing a strain sensing element according to the second embodiment. 図22(a)〜図22(c)は、第2の実施形態に係る歪検知素子の動作を示す模式図である。FIG. 22A to FIG. 22C are schematic diagrams illustrating the operation of the strain sensing element according to the second embodiment. 第2の実施形態に用いられる歪検知素子を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the distortion | strain detection element used for 2nd Embodiment. 図24(a)および図24(b)は、第2の実施形態のバイアス層を示す模式的斜視図である。FIG. 24A and FIG. 24B are schematic perspective views showing the bias layer of the second embodiment. 図25(a)〜図25(d)は、第5の実施例の積層体の素子加工前の磁気特性の結果の例を示すグラフ図である。FIG. 25A to FIG. 25D are graphs showing examples of results of magnetic characteristics before element processing of the laminated body of the fifth example. 図26(a)〜図26(d)は、第5の実施例の歪検知素子の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。FIG. 26A to FIG. 26D are graphs showing examples of results of strain sensor characteristics of the strain sensing element of the fifth example. 図27(a)〜図27(d)は、第6の実施例の歪検知素子の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。FIGS. 27A to 27D are graphs showing examples of the results of the strain sensor characteristics of the strain sensing element of the sixth embodiment. 図28(a)〜図28(d)は、第7の実施例の歪検知素子の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。FIG. 28A to FIG. 28D are graphs showing examples of results of strain sensor characteristics of the strain sensing element of the seventh example. 図29(a)〜図29(d)は、実施形態に係る別の歪検知素子について説明する模式図である。FIG. 29A to FIG. 29D are schematic views for explaining another strain sensing element according to the embodiment. 第2の実施形態における各バイアス層のバイアス方向、ハードバイアスのバイアス方向の例を示す模式的平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view illustrating an example of a bias direction of each bias layer and a bias direction of a hard bias in the second embodiment. 第3の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating a pressure sensor according to a third embodiment. 図32(a)〜図32(d)は、基板の形状と、第1の実施形態のバイアス層の方向と、の関係を示す模式的平面図である。FIGS. 32A to 32D are schematic plan views showing the relationship between the shape of the substrate and the direction of the bias layer of the first embodiment. 図33(a)〜図33(d)は、基板の形状と、第2の実施形態のバイアス層の方向と、の関係を示す模式的平面図である。FIG. 33A to FIG. 33D are schematic plan views showing the relationship between the shape of the substrate and the direction of the bias layer of the second embodiment. 図34(a)および図34(b)は、第3の実施形態に係る別の圧力センサを示す模式図である。FIG. 34A and FIG. 34B are schematic views illustrating another pressure sensor according to the third embodiment. 図35(a)〜図35(c)は、第3の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。FIG. 35A to FIG. 35C are schematic perspective views illustrating a pressure sensor according to the third embodiment. 図36(a)〜図36(e)は、実施形態に係る圧力センサの製造方向を例示する工程順模式的断面図である。FIG. 36A to FIG. 36E are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the manufacturing direction of the pressure sensor according to the embodiment. 図37(a)〜図37(c)は、実施形態に係る圧力センサを示す模式図である。Fig.37 (a)-FIG.37 (c) are schematic diagrams which show the pressure sensor which concerns on embodiment. 図38(a)および図38(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 38A and FIG. 38B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 図39(a)および図39(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 39A and FIG. 39B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the embodiment. 図40(a)および図40(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 40A and FIG. 40B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 図41(a)および図41(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 41A and FIG. 41B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the embodiment. 図42(a)および図42(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 42A and FIG. 42B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the embodiment. 図43(a)および図43(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 43A and FIG. 43B are schematic views showing a manufacturing method of the pressure sensor according to the embodiment. 図44(a)および図44(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 44A and FIG. 44B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 図45(a)および図45(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 45A and FIG. 45B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 図46(a)および図46(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 46A and FIG. 46B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 図47(a)および図47(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 47A and FIG. 47B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 図48(a)および図48(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 48A and FIG. 48B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 図49(a)および図49(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 49A and FIG. 49B are schematic views showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the embodiment. 第4の実施形態に係るマイクロフォンを示す模式域平面図である。It is a schematic area top view which shows the microphone which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る音響マイクを示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the acoustic microphone which concerns on 5th Embodiment. 図52(a)及び図52(b)は、第6の実施形態に係る血圧センサを示す模式図である。FIG. 52A and FIG. 52B are schematic views showing a blood pressure sensor according to the sixth embodiment. 第7の実施形態に係るタッチパネルを示す模式的平面図である。It is a schematic plan view which shows the touchscreen which concerns on 7th Embodiment.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
In the present specification and drawings, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1(a)および図1(b)は、第1の実施形態にかかる歪検知素子を例示する模式図である。
図1(a)は、歪検知素子が用いられる圧力センサを例示する模式的断面図である。図1(b)は、歪検知素子の模式的斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1A and FIG. 1B are schematic views illustrating the strain sensing element according to the first embodiment.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view illustrating a pressure sensor using a strain sensing element. FIG. 1B is a schematic perspective view of the strain sensing element.

図1(a)に表したように、歪検知素子100は、圧力センサ200に用いられる。圧力センサ200は、基板210と、歪検知素子100と、を含む。基板210は、可撓性の領域を有する。基板210は、変形可能である。歪検知素子100は、基板210に固定される。本願明細書において、固定される状態は、直接的に固定される状態と、別の要素のよって間接的に固定される状態と、を含む。例えば、歪検知素子100が基板210に固定される状態は、歪検知素子100と基板210との間の相対的な位置が固定される状態を含む。歪検知素子100は、例えば、基板210の一部の上に設けられる。   As shown in FIG. 1A, the strain sensing element 100 is used for the pressure sensor 200. The pressure sensor 200 includes a substrate 210 and the strain sensing element 100. The substrate 210 has a flexible region. The substrate 210 can be deformed. The strain sensing element 100 is fixed to the substrate 210. In the present specification, the fixed state includes a directly fixed state and a state indirectly fixed by another element. For example, the state where the strain sensing element 100 is fixed to the substrate 210 includes a state where the relative position between the strain sensing element 100 and the substrate 210 is fixed. The strain sensing element 100 is provided on a part of the substrate 210, for example.

本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。   In the specification of the application, the state of “provided on” includes not only the state of being provided in direct contact but also the state of being provided with another element inserted therebetween.

基板210に力801が加わると、基板210は変形する。基板210の変形に伴い、歪検知素子100に歪みが生ずる。
実施形態にかかる歪検知素子100において、例えば、外部からの力に対して基板210が変形すると、歪検知素子100に歪みが生ずる。歪検知素子100は、この歪の変化を電気抵抗の変化に変換する。
When a force 801 is applied to the substrate 210, the substrate 210 is deformed. As the substrate 210 is deformed, the strain sensing element 100 is distorted.
In the strain sensing element 100 according to the embodiment, for example, when the substrate 210 is deformed by an external force, the strain sensing element 100 is distorted. The strain sensing element 100 converts this change in strain into a change in electrical resistance.

図1(b)に表したように、実施形態にかかる歪検知素子100は、第1磁性層10と、第2磁性層20と、中間層30と、バイアス層40と、を含む。
例えば、第1磁性層10から第2磁性層20に向かう方向をZ軸方向(積層方向)とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。
As illustrated in FIG. 1B, the strain sensing element 100 according to the embodiment includes a first magnetic layer 10, a second magnetic layer 20, an intermediate layer 30, and a bias layer 40.
For example, the direction from the first magnetic layer 10 toward the second magnetic layer 20 is the Z-axis direction (stacking direction). One direction perpendicular to the Z-axis direction is taken as an X-axis direction. A direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is taken as a Y-axis direction.

バイアス層40は、積層方向において第1磁性層10とは離隔して設けられる。第1磁性層10とバイアス層40との間に、第2磁性層20が設けられる。第1磁性層10と第2磁性層20との間に、中間層30が設けられる。バイアス層40は、第2磁性層20に接する。   The bias layer 40 is provided separately from the first magnetic layer 10 in the stacking direction. The second magnetic layer 20 is provided between the first magnetic layer 10 and the bias layer 40. An intermediate layer 30 is provided between the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20. The bias layer 40 is in contact with the second magnetic layer 20.

第1磁性層10は、例えば参照層である。参照層として、磁化固定層、または、磁化自由層が用いられる。
第2磁性層20は、例えば、磁化自由層である。歪検知素子100に応力が加わり、歪検知素子100に歪が生ずると、第2磁性層20の磁化が変化する。例えば、第2磁性層20の磁化の変化は、第1磁性層10の磁化の変化よりも容易である。これにより、第1磁性層10の磁化と第2磁性層10の磁化との間の相対角度は、変化する。
The first magnetic layer 10 is, for example, a reference layer. As the reference layer, a magnetization fixed layer or a magnetization free layer is used.
The second magnetic layer 20 is, for example, a magnetization free layer. When stress is applied to the strain sensing element 100 and strain occurs in the strain sensing element 100, the magnetization of the second magnetic layer 20 changes. For example, the change in magnetization of the second magnetic layer 20 is easier than the change in magnetization of the first magnetic layer 10. As a result, the relative angle between the magnetization of the first magnetic layer 10 and the magnetization of the second magnetic layer 10 changes.

次に、歪検知素子100の動作の例について説明する。
図2(a)〜図2(c)は、第1の実施形態に係る歪検知素子の動作を例示する模式図である。
図2(a)は、歪検知素子100に引張応力tsが印加されたときの状態(引張状態STt)に対応する。図2(b)は、歪検知素子100が歪を有しないときの状態(無歪状態ST0)に対応する。図2(c)は、歪検知素子100に圧縮応力csが印加されたときの状態(圧縮状態STc)に対応する。
Next, an example of the operation of the strain sensing element 100 will be described.
FIG. 2A to FIG. 2C are schematic views illustrating the operation of the strain sensing element according to the first embodiment.
FIG. 2A corresponds to a state (tensile state STt) when a tensile stress ts is applied to the strain sensing element 100. FIG. 2B corresponds to a state when the strain sensing element 100 has no strain (no strain state ST0). FIG. 2C corresponds to a state when the compressive stress cs is applied to the strain sensing element 100 (compressed state STc).

図2(a)〜図2(c)においては、図を見やすくするために、第1磁性層10と、第2磁性層20と、中間層30と、が描かれ、バイアス層40は省略されている。この例では、第2磁性層20は磁化自由層であり、第1磁性層10は磁化固定層である。   In FIG. 2A to FIG. 2C, the first magnetic layer 10, the second magnetic layer 20, and the intermediate layer 30 are drawn and the bias layer 40 is omitted for easy understanding of the drawings. ing. In this example, the second magnetic layer 20 is a magnetization free layer, and the first magnetic layer 10 is a magnetization fixed layer.

歪検知素子100が歪センサとして機能する動作は、「逆磁歪効果」と「磁気抵抗効果」との応用に基づく。「逆磁歪効果」は、磁化自由層に用いられる強磁性層において得られる。「磁気抵抗効果」は、磁化自由層と中間層と参照層(例えば磁化固定層)との積層膜において発現する。   The operation in which the strain sensing element 100 functions as a strain sensor is based on the application of the “inverse magnetostriction effect” and the “magnetoresistance effect”. The “inverse magnetostriction effect” is obtained in the ferromagnetic layer used for the magnetization free layer. The “magnetoresistance effect” is manifested in a laminated film of a magnetization free layer, an intermediate layer, and a reference layer (for example, a magnetization fixed layer).

「逆磁歪効果」は、強磁性体の磁化が強磁性体に生じた歪によって変化する現象である。すなわち、歪検知素子100の積層体に外部歪が印加されると、磁化自由層の磁化方向が変化する。その結果、磁化自由層の磁化と参照層(例えば磁化固定層)の磁化との間の相対角度が変化する。この際に「磁気抵抗効果(MR効果)」により、電気抵抗の変化が引き起こされる。MR効果は、例えば、GMR(Giant magnetoresistance)効果、または、TMR(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。積層体に電流を流すことで、磁化の向きの相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることで、MR効果が発現する。例えば、積層体(歪検知素子100)に歪が生じ、歪によって磁化自由層の磁化の向きが変化し、磁化自由層の磁化の向きと、参照層(例えば磁化固定層)の磁化の向きと、の相対角度が変化する。すなわち、逆磁歪効果によりMR効果が発現する。   The “inverse magnetostriction effect” is a phenomenon in which the magnetization of a ferromagnetic material changes due to the strain generated in the ferromagnetic material. That is, when an external strain is applied to the laminate of the strain sensing element 100, the magnetization direction of the magnetization free layer changes. As a result, the relative angle between the magnetization of the magnetization free layer and the magnetization of the reference layer (for example, the magnetization fixed layer) changes. At this time, a change in electrical resistance is caused by the “magnetoresistance effect (MR effect)”. The MR effect includes, for example, a GMR (Giant magnetoresistance) effect or a TMR (Tunneling magnetoresistance) effect. By passing a current through the stacked body, the MR effect appears by reading the change in the relative angle of the magnetization direction as the change in electrical resistance. For example, strain is generated in the stacked body (strain sensing element 100), and the magnetization direction of the magnetization free layer changes due to the strain, and the magnetization direction of the magnetization free layer and the magnetization direction of the reference layer (for example, the magnetization fixed layer) The relative angle of, changes. That is, the MR effect is manifested by the inverse magnetostrictive effect.

磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が小さくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が大きくなるように、磁化の方向が変化する。磁化自由層に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が大きくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が小さくなるように、磁化の方向が変化する。   When the ferromagnetic material used for the magnetization free layer has a positive magnetostriction constant, the angle between the direction of magnetization and the direction of tensile strain is reduced, and the angle between the direction of magnetization and the direction of compressive strain is increased. The direction of magnetization changes. When the ferromagnetic material used for the magnetization free layer has a negative magnetostriction constant, the angle between the magnetization direction and the tensile strain direction is increased, and the angle between the magnetization direction and the compression strain direction is decreased. The direction of magnetization changes.

磁化自由層と中間層と参照層(例えば磁化固定層)との積層体の材料の組み合わせが正の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層と磁化固定層の相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。磁化自由層と中間層と参照層(例えば磁化固定層)との積層体の材料の組み合わせが負の磁気抵抗効果を有する場合は、磁化自由層と磁化固定層の相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。   When the combination of materials of the stack of the magnetization free layer, the intermediate layer, and the reference layer (for example, the magnetization fixed layer) has a positive magnetoresistance effect, the electrical resistance is obtained when the relative angle between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer is small. Decrease. When the combination of the materials of the laminate of the magnetization free layer, the intermediate layer, and the reference layer (for example, the magnetization fixed layer) has a negative magnetoresistance effect, the electrical resistance when the relative angle between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer is small Will increase.

以下、磁化自由層と、参照層(例えば磁化固定層)と、に用いられる強磁性材料が、それぞれ正の磁歪定数を有し、磁化自由層と中間層と参照層(例えば磁化固定層)とを含む積層体が正の磁気抵抗効果を有する場合の例に関して、磁化の変化の例について説明する。   Hereinafter, the ferromagnetic materials used for the magnetization free layer and the reference layer (for example, the magnetization fixed layer) have positive magnetostriction constants, respectively, and the magnetization free layer, the intermediate layer, and the reference layer (for example, the magnetization fixed layer) An example of a change in magnetization will be described with respect to an example in which a laminated body including a positive magnetoresistive effect.

図2(b)に表したように、歪が無い無歪状態ST0(例えば初期状態)においては、第2磁性層20の磁化20mと、第1磁性層10(例えば磁化固定層)の磁化10mと、間の相対角度は、所定の値に設定されている。初期状態の磁性層の磁化の方向は、例えば、ハードバイアス、または、磁性層の形状異方性などにより、設定される。この例では、第2磁性層20(磁化自由層)の磁化20mと、第1磁性層10(例えば磁化固定層)の磁化10mと、は交差している。   As shown in FIG. 2B, in the unstrained state ST0 (for example, the initial state) without strain, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 and the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 (for example, the magnetization fixed layer). And the relative angle between them is set to a predetermined value. The magnetization direction of the magnetic layer in the initial state is set by, for example, a hard bias or the shape anisotropy of the magnetic layer. In this example, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) and the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 (for example, a magnetization fixed layer) intersect each other.

図2(a)に表したように、引張状態STtにおいて、引張応力tsが印加されると、歪検知素子100に引張応力tsに応じた歪が生じる。このとき、第2磁性層20(磁化自由層)の磁化20mは、磁化20mと引張応力tsの方向との角度が小さくなるように、無歪状態ST0から変化する。図2(a)に示した例では、引張応力tsが加わった場合は、無歪状態ST0に比べて、第2磁性層20(磁化自由層)の磁化20mと、第1磁性層10(例えば磁化固定層)の磁化10mと、の間の相対角度が小さくなる。これにより、歪検知素子100における電気抵抗は、無歪状態ST0の時の電気抵抗に比べて減少する。   As shown in FIG. 2A, when a tensile stress ts is applied in the tensile state STt, a strain corresponding to the tensile stress ts is generated in the strain sensing element 100. At this time, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) changes from the unstrained state ST0 so that the angle between the magnetization 20m and the direction of the tensile stress ts becomes small. In the example shown in FIG. 2A, when a tensile stress ts is applied, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) and the first magnetic layer 10 (for example, compared to the unstrained state ST0) The relative angle between the magnetization 10m of the magnetization fixed layer) becomes small. Thereby, the electrical resistance in the strain sensing element 100 is reduced as compared with the electrical resistance in the unstrained state ST0.

図2(c)に表したように、圧縮状態STcにおいて、圧縮応力csが印加されると、第2磁性層20(磁化自由層)の磁化20mは、磁化20mと圧縮応力csの方向との角度が大きくなるように、無歪状態ST0から変化する。図2(c)に示した例では、圧縮応力csが加わった場合は、無歪状態ST0に比べて、第2磁性層20(磁化自由層)の磁化20mと、第1磁性層10(例えば磁化固定層)の磁化10mと、の間の相対角度が大きくなる。これにより、歪検知素子100における電気抵抗は、増大する。   As shown in FIG. 2C, when the compressive stress cs is applied in the compression state STc, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is changed between the magnetization 20m and the direction of the compression stress cs. It changes from the unstrained state ST0 so that the angle increases. In the example shown in FIG. 2C, when compressive stress cs is applied, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) and the first magnetic layer 10 (for example, compared to the unstrained state ST0) The relative angle between the magnetization 10m of the magnetization fixed layer) is increased. Thereby, the electrical resistance in the strain sensing element 100 increases.

このように、歪検知素子100においては、歪検知素子100に生じた歪の変化が、電気抵抗の変化に変換される。上記の動作において、単位歪(dε)あたりの、電気抵抗の変化量(dR/R)をゲージファクター(GF:gauge factor)という。ゲージファクターの高い歪検知素子を用いることで、高感度な歪センサが得られる。   As described above, in the strain sensing element 100, a change in strain generated in the strain sensing element 100 is converted into a change in electrical resistance. In the above operation, the amount of change (dR / R) in electrical resistance per unit strain (dε) is referred to as a gauge factor (GF). By using a strain sensing element having a high gauge factor, a highly sensitive strain sensor can be obtained.

図1(b)に示すように、第2磁性層20(磁化自由層)に接して設けられたバイアス層40を含む歪検知素子100では、バイアス層40から第2磁性層20(磁化自由層)への磁気結合によって、第2磁性層20(磁化自由層)の異方性磁界を適切な値に向上させることができる。第2磁性層20(磁化自由層)の異方性磁界を向上させることで、第2磁性層20(磁化自由層)の磁化20mの変化の可逆性を高めることができ、高いゲージファクターを得ることができる。歪に対する磁化自由層の磁化の変化の可逆性の向上の詳細については、後述する。   As shown in FIG. 1B, in the strain sensing element 100 including the bias layer 40 provided in contact with the second magnetic layer 20 (magnetization free layer), the bias layer 40 to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer). ), The anisotropic magnetic field of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) can be improved to an appropriate value. By improving the anisotropic magnetic field of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer), the reversibility of the change of the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) can be increased, and a high gauge factor is obtained. be able to. Details of the improvement in reversibility of the change in magnetization of the magnetization free layer with respect to strain will be described later.

歪検知素子100の寸法が小さくなった場合に、第2磁性層20(磁化自由層)の素子端部における磁極の影響によって、第2磁性層20(磁化自由層)の内部に反磁界が発生し、磁化20mが乱れることがある。磁化20mが乱れると、歪検知素子100の歪による、第1磁性層(例えば磁化固定層)の磁化10mと、第2磁性層(磁化自由層)の磁化20mと、の間の相対角度の変化が低減することがある。第2磁性層20(磁化自由層)の反磁界を低減することは、比較的小さい寸法の歪検知素子100において高感度な歪センサを提供する上で重要な事項の1つである。第2磁性層20(磁化自由層)の異方性磁界を向上させることは、このような反磁界の影響を低減することにおいても有効である。これにより、比較的小さい寸法の歪検知素子100においても高い歪検知感度を実現することができる。ひいては、高分解能と高感度を両立した歪検知素子100を提供することができる。   When the dimension of the strain sensing element 100 is reduced, a demagnetizing field is generated inside the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) due to the influence of the magnetic pole at the element end of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer). However, the magnetization 20m may be disturbed. When the magnetization 20m is disturbed, the relative angle change between the magnetization 10m of the first magnetic layer (for example, the magnetization fixed layer) and the magnetization 20m of the second magnetic layer (magnetization free layer) due to the strain of the strain sensing element 100 is changed. May be reduced. Reducing the demagnetizing field of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is one of the important matters in providing a highly sensitive strain sensor in the strain sensing element 100 having a relatively small size. Improving the anisotropic magnetic field of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is also effective in reducing the influence of such a demagnetizing field. Thereby, high strain detection sensitivity can be realized even in the strain detection element 100 having a relatively small size. As a result, the strain sensing element 100 having both high resolution and high sensitivity can be provided.

第1の実施形態にかかる歪検知素子100の例について説明する。
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。
An example of the strain sensing element 100 according to the first embodiment will be described.
In the following, the description of “material A / material B” indicates a state in which a layer of material B is provided on a layer of material A.

図3は、第1の実施形態に係る歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図3に表したように、実施形態に用いられる歪検知素子100aは、第1電極E1と、下地層50と、ピニング層60と、第2磁化固定層12と、磁気結合層13と、第1磁化固定層11と、中間層30と、第2磁性層20と、バイアス層40と、キャップ層70と、第2電極E2と、を含む。第1磁化固定層11は、第1磁性層10に相当する。第1電極E1と第2電極E2との間に、下地層50が設けられる。下地層50と第2電極E2との間に、ピニング層60が設けられる。ピニング層60と第2電極E2との間に、第2磁化固定層12が設けられる。第2磁化固定層12と第2電極E2との間に、磁気結合層13が設けられる。磁気結合層13と第2電極E2の間に、第1磁化固定層11が設けられる。第1磁化固定層11と第2電極E2との間に、中間層30が設けられる。中間層30と第2電極E2との間に、第2磁性層20が設けられる。第2磁性層20と第2電極E2との間に、バイアス層40が設けられる。バイアス層40と第2電極E2との間に、キャップ層70が設けられる。
FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating the strain sensing element according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 3, the strain sensing element 100 a used in the embodiment includes the first electrode E <b> 1, the underlayer 50, the pinning layer 60, the second magnetization fixed layer 12, the magnetic coupling layer 13, The first magnetization fixed layer 11, the intermediate layer 30, the second magnetic layer 20, the bias layer 40, the cap layer 70, and the second electrode E <b> 2 are included. The first magnetization fixed layer 11 corresponds to the first magnetic layer 10. An underlayer 50 is provided between the first electrode E1 and the second electrode E2. A pinning layer 60 is provided between the foundation layer 50 and the second electrode E2. The second magnetization fixed layer 12 is provided between the pinning layer 60 and the second electrode E2. A magnetic coupling layer 13 is provided between the second magnetization fixed layer 12 and the second electrode E2. The first magnetization fixed layer 11 is provided between the magnetic coupling layer 13 and the second electrode E2. The intermediate layer 30 is provided between the first magnetization fixed layer 11 and the second electrode E2. The second magnetic layer 20 is provided between the intermediate layer 30 and the second electrode E2. A bias layer 40 is provided between the second magnetic layer 20 and the second electrode E2. A cap layer 70 is provided between the bias layer 40 and the second electrode E2.

下地層50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、3ナノメートル(nm)である。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。
ピニング層60には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 50. The thickness of the Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nanometers (nm). The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example.
For the pinning layer 60, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used.

第2磁化固定層12には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。
磁気結合層13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11には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe4020層が用いられる。 中間層30には、例えば、2.0nmの厚さのMgO層が用いられる。
For the second magnetization fixed layer 12, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used.
As the magnetic coupling layer 13, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used.
For the first magnetization fixed layer 11, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used. For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 2.0 nm is used.

第2磁性層20には、例えば、4nmの厚さのCo40Fe4020が用いられる。
バイアス層40には、例えば、Cu(5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)が用いられる。
キャップ層70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。
For the second magnetic layer 20, for example, Co 40 Fe 40 B 20 having a thickness of 4 nm is used.
For the bias layer 40, for example, Cu (5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm) is used.
For example, Ta / Ru is used for the cap layer 70. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.

第1電極E1及び第2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。第1電極E1及び第2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、歪検知素子100aに効率的に電流を流すことができる。第1電極E1には、非磁性材料を用いることができる。   For example, at least one of aluminum (Al), aluminum copper alloy (Al-Cu), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) is used for the first electrode E1 and the second electrode E2. It is done. By using such a material having a relatively small electric resistance as the first electrode E1 and the second electrode E2, a current can be efficiently passed through the strain sensing element 100a. A nonmagnetic material can be used for the first electrode E1.

第1電極E1は、例えば、第1電極E1用の下地層(図示せず)と、第1電極E1用のキャップ層(図示せず)と、それらの間に設けられた、Al、Al−Cu、Cu、Ag、及び、Auの少なくともいずれかの層と、を含んでもよい。例えば、第1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。第1電極E1用の下地層としてTaを用いることで、例えば、基板210と第1電極E1との密着性が向上する。第1電極E1用の下地層として、チタン(Ti)、または、窒化チタン(TiN)などを用いてもよい。   The first electrode E1 includes, for example, an underlayer (not shown) for the first electrode E1, a cap layer (not shown) for the first electrode E1, and Al, Al− provided therebetween. And at least one layer of Cu, Cu, Ag, and Au. For example, tantalum (Ta) / copper (Cu) / tantalum (Ta) is used for the first electrode E1. By using Ta as the base layer for the first electrode E1, for example, the adhesion between the substrate 210 and the first electrode E1 is improved. As the base layer for the first electrode E1, titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or the like may be used.

第1電極E1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。第1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)などを用いてもよい。   By using Ta as the cap layer of the first electrode E1, oxidation of copper (Cu) or the like under the cap layer can be prevented. As the cap layer for the first electrode E1, titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or the like may be used.

下地層50には、例えば、バッファ層(図示せず)と、シード層(図示せず)と、を含む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、第1電極E1または基板210の表面の荒れを緩和し、この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よい。   For the underlayer 50, for example, a stacked structure including a buffer layer (not shown) and a seed layer (not shown) can be used. This buffer layer, for example, reduces the roughness of the surface of the first electrode E1 or the substrate 210, and improves the crystallinity of the layer stacked on this buffer layer. As the buffer layer, for example, at least one selected from the group consisting of tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and chromium (Cr) Is used. As the buffer layer, an alloy containing at least one material selected from these materials may be used.

下地層50のうちの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。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層の厚さが厚すぎると、歪検知素子100aの厚さが過度に厚くなる。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。この場合、バッファ層は省略してもよい。バッファ層には、例えば、3nmの厚さのTa層が用いられる。   The thickness of the buffer layer in the underlayer 50 is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. The thickness of the buffer layer is more preferably 1 nm or more and 5 nm or less. If the buffer layer is too thin, the buffer effect is lost. If the buffer layer is too thick, the strain sensing element 100a is excessively thick. A seed layer is formed on the buffer layer, and the seed layer may have a buffer effect. In this case, the buffer layer may be omitted. As the buffer layer, for example, a Ta layer having a thickness of 3 nm is used.

下地層50のうちのシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。このシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。このシード層として、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。   The seed layer of the underlayer 50 controls the crystal orientation of the layer stacked on the seed layer. The seed layer controls the crystal grain size of the layer stacked on the seed layer. As the seed layer, an fcc structure (face-centered cubic structure), an hcp structure (hexagonal close-packed structure), or a bcc structure (body-centered cubic structure) Structure) metal or the like is used.

下地層50のうちのシード層として、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。   By using ruthenium (Ru) having an hcp structure, NiFe having an fcc structure, or Cu having an fcc structure as a seed layer in the underlayer 50, for example, the crystal orientation of the spin valve film on the seed layer can be changed. The fcc (111) orientation can be obtained. For the seed layer, for example, a Cu layer having a thickness of 2 nm or a Ru layer having a thickness of 2 nm is used. In order to increase the crystal orientation of the layer formed on the seed layer, the thickness of the seed layer is preferably 1 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the seed layer is more preferably 1 nm or more and 3 nm or less. Thereby, the function as a seed layer for improving the crystal orientation is sufficiently exhibited.

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よい。シード層としては、例えば、2nmの厚さのCu層が用いられる。   On the other hand, for example, when it is not necessary to orient the layer formed on the seed layer (for example, when an amorphous magnetization free layer is formed), the seed layer may be omitted. As the seed layer, for example, a Cu layer having a thickness of 2 nm is used.

ピニング層60は、例えば、ピニング層60の上に形成される第2磁化固定層12(強磁性層)に、一方向異方性(unidirectional anisotropy)を付与して、第2磁化固定層12の磁化を固定する。ピニング層60には、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層60には、例えば、IrMn、PtMn、PdPtMn及びRuRhMn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。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60の厚さは適切に設定される。   For example, the pinning layer 60 imparts unidirectional anisotropy to the second magnetization fixed layer 12 (ferromagnetic layer) formed on the pinning layer 60, so that Fix the magnetization. For the pinning layer 60, for example, an antiferromagnetic layer is used. For the pinning layer 60, for example, at least one selected from the group consisting of IrMn, PtMn, PdPtMn, and RuRhMn is used. In order to impart sufficient strength of unidirectional anisotropy, the thickness of the pinning layer 60 is appropriately set.

ピニング層60として、PtMnまたはPdPtMnが用いられる場合には、ピニング層60の厚さは、8nm以上20nm以下が好ましい。ピニング層60の厚さは、10nm以上15nm以下がより好ましい。ピニング層60としてIrMnを用いる場合には、ピニング層60としてPtMnを用いる場合よりも薄い厚さで、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60の厚さは、4nm以上18nm以下が好ましい。ピニング層60の厚さは、5nm以上15nm以下がより好ましい。ピニング層60には、例えば、7nmの厚さのIr22Mn78層が用いられる。 When PtMn or PdPtMn is used as the pinning layer 60, the thickness of the pinning layer 60 is preferably 8 nm or more and 20 nm or less. The thickness of the pinning layer 60 is more preferably 10 nm or more and 15 nm or less. When IrMn is used as the pinning layer 60, unidirectional anisotropy can be imparted with a thinner thickness than when PtMn is used as the pinning layer 60. In this case, the thickness of the pinning layer 60 is preferably 4 nm or more and 18 nm or less. The thickness of the pinning layer 60 is more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. For the pinning layer 60, for example, an Ir 22 Mn 78 layer having a thickness of 7 nm is used.

ピニング層60として、ハード磁性層を用いてもよい。ハード磁性層として、例えば、CoPt(Coの比率は、50at.%以上85at.%以下)、(CoPt100−x100−yCr(xは、50at.%以上85at.%以下であり、yは、0at.%以上40at.%以下)、または、FePt(Ptの比率は、40at.%以上60at.%以下)などを用いてもよい。 A hard magnetic layer may be used as the pinning layer 60. As a hard magnetic layer, for example, CoPt (ratio of Co is, 50at.% Or more 85 at.% Or less), (Co x Pt 100- x) 100-y Cr y (x is, 50at.% Or more 85 at.% Or less Yes, y may be 0 at.% Or more and 40 at.% Or less), or FePt (the ratio of Pt is 40 at.% Or more and 60 at.% Or less).

第2磁化固定層12には、例えば、CoFe100−x合金(xは、0at.%以上100at.%以下)、NiFe100−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12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12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12として、(CoFe100−x100−y合金(xは、0at.%以上100at.%以下であり、yは、0at.%以上30at.%以下)を用いることもできる。第2磁化固定層12として、(CoFe100−x100−yのアモルファス合金を用いることで、歪検知素子100aのサイズが小さい場合にも、歪検知素子100aの特性のばらつきを抑えることができる。 The second magnetization fixed layer 12 includes, for example, a Co x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or less), a Ni x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or more). Or a material obtained by adding a nonmagnetic element thereto. As the second magnetization fixed layer 12, for example, at least one selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni is used. An alloy containing at least one material selected from these materials may be used as the second magnetization fixed layer 12. The second magnetization pinned layer 12, a (Co x Fe 100-x) 100-y B y alloys (x is, 0 atomic.% Or more 100at is at.% Or less, y is, 0 atomic.% Or more 30 at.% Or less) It can also be used. The second magnetization pinned layer 12, the variation of (Co x Fe 100-x) By using the amorphous alloy 100-y B y, even when the size of the strain detecting elements 100a is small, the characteristics of the strain detecting elements 100a Can be suppressed.

第2磁化固定層12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60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12の上に形成される磁気結合層13を介して、第2磁化固定層12と第1磁化固定層11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。例えば、第2磁化固定層12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11の磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。   The thickness of the second magnetization fixed layer 12 is preferably 1.5 nm or more and 5 nm or less, for example. Thereby, for example, the intensity of the unidirectional anisotropic magnetic field by the pinning layer 60 can be further increased. For example, the strength of the antiferromagnetic coupling magnetic field between the second magnetization fixed layer 12 and the first magnetization fixed layer 11 is increased through the magnetic coupling layer 13 formed on the second magnetization fixed layer 12. be able to. For example, the magnetic film thickness of the second magnetization fixed layer 12 (the product of the saturation magnetization Bs and the thickness t (Bs · t)) is preferably substantially equal to the magnetic film thickness of the first magnetization fixed layer 11. .

薄膜でのCo40Fe4020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11として、3nmの厚さのCo40Fe4020層を用いると、第1磁化固定層11の磁気膜厚は、1.9T×3nmであり、5.7Tnmとなる。一方、Co75Fe25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12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12には、約2.7nmの厚さのCo75Fe25層を用いることが好ましい。第2磁化固定層12として、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。 The saturation magnetization of Co 40 Fe 40 B 20 in the thin film is about 1.9 T (Tesla). For example, when a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the first magnetization fixed layer 11, the magnetic film thickness of the first magnetization fixed layer 11 is 1.9 T × 3 nm, which is 5.7 Tnm. Become. On the other hand, the saturation magnetization of Co 75 Fe 25 is about 2.1T. The thickness of the second magnetization fixed layer 12 that can obtain a magnetic film thickness equal to the above is 5.7 Tnm / 2.1T, which is 2.7 nm. In this case, it is preferable to use a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of about 2.7 nm as the second magnetization fixed layer 12. As the second magnetization fixed layer 12, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used.

歪検知素子100aにおいては、第2磁化固定層12と磁気結合層13と第1磁化固定層11とにより、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Co40Fe4020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、上述した第2磁化固定層12の材料と同じ材料を用いても良い。 In the strain sensing element 100a, a synthetic pin structure is used by the second magnetization fixed layer 12, the magnetic coupling layer 13, and the first magnetization fixed layer 11. Instead, a single pin structure composed of a single magnetization fixed layer may be used. When the single pin structure is used, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the magnetization fixed layer. The same material as the material of the second magnetization fixed layer 12 described above may be used as the ferromagnetic layer used for the single pin structure magnetization fixed layer.

磁気結合層13は、第2磁化固定層12と第1磁化固定層11との間において、反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層13は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層13として、例えば、Ruが用いられる。磁気結合層13の厚さは、例えば、0.8nm以上1nm以下であることが好ましい。第2磁化固定層12と第1磁化固定層11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13としてRu以外の材料を用いても良い。磁気結合層13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13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13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。   The magnetic coupling layer 13 generates antiferromagnetic coupling between the second magnetization fixed layer 12 and the first magnetization fixed layer 11. The magnetic coupling layer 13 forms a synthetic pin structure. For example, Ru is used as the magnetic coupling layer 13. The thickness of the magnetic coupling layer 13 is preferably 0.8 nm or more and 1 nm or less, for example. Any material other than Ru may be used for the magnetic coupling layer 13 as long as the material generates sufficient antiferromagnetic coupling between the second magnetization fixed layer 12 and the first magnetization fixed layer 11. The thickness of the magnetic coupling layer 13 can be set to a thickness of 0.8 nm or more and 1 nm or less corresponding to a second peak (2nd peak) of RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) coupling. Furthermore, the thickness of the magnetic coupling layer 13 may be set to a thickness of 0.3 nm or more and 0.6 nm or less corresponding to the first peak (1st peak) of the RKKY coupling. For example, Ru having a thickness of 0.9 nm is used as the magnetic coupling layer 13. Thereby, highly reliable coupling can be obtained more stably.

第1磁化固定層11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11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11として、(CoFe100−x100−y合金(xは、0at.%以上100at.%以下であり、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11として、(CoFe100−x100−yのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、歪検知素子100a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。 The magnetic layer used for the first magnetization fixed layer 11 directly contributes to the MR effect. For example, a Co—Fe—B alloy is used as the first magnetization fixed layer 11. Specifically, as the first magnetization fixed layer 11, a (Co x Fe 100-x ) 100- y By alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or less, and y is 0 at.% Or more and 30 at. .% Or less) can also be used. The first magnetization fixed layer 11, in the case of using the (Co x Fe 100-x) 100-y B y of the amorphous alloy, for example, in a case where the size of the strain detecting elements 100a is smaller, due to the grain Variations between elements can be suppressed.

第1磁化固定層11の上に形成される層(例えばトンネル絶縁層(図示せず))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。これにより、より低い面積抵抗で、より大きいMR変化率が得られる。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、第1磁化固定層11として、(CoFe100−x100−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。(CoFe100−x100−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(CoFe100−x100−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。 A layer (for example, a tunnel insulating layer (not shown)) formed on the first magnetization fixed layer 11 can be planarized. By planarizing the tunnel insulating layer, the defect density of the tunnel insulating layer can be reduced. As a result, a higher MR ratio can be obtained with a lower sheet resistance. For example, in the case of using MgO as a material of the tunnel insulating layer, a first magnetization fixing layer 11, (Co x Fe 100- x) by using a 100-y B y of the amorphous alloy, on top of the tunnel insulating layer The (100) orientation of the formed MgO layer can be strengthened. By increasing the (100) orientation of the MgO layer, a higher MR ratio can be obtained. The (Co x Fe 100-x ) 100-y B y alloy crystallizes using the (100) plane of the MgO layer as a template during annealing. Therefore, good crystal matching between MgO and (Co x Fe 100-x) 100-y B y alloys are obtained. By obtaining good crystal matching, a higher MR ratio can be obtained.

第1磁化固定層11として、Co−Fe−B合金以外に、例えば、Fe−Co合金を用いてもよい。   As the first magnetization fixed layer 11, for example, an Fe—Co alloy may be used in addition to the Co—Fe—B alloy.

第1磁化固定層11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11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11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11としてCo−Fe−B合金を用いる場合には、第1磁化固定層11の厚さは、1.5nm以上5nm以下が好ましい。第1磁化固定層11の厚さは、2.0nm以上4nm以下がより好ましい。   If the first magnetization fixed layer 11 is thicker, a larger MR change rate can be obtained. In order to obtain a larger fixed magnetic field, the first magnetization fixed layer 11 is preferably thin. A trade-off relationship exists in the thickness of the first magnetization fixed layer 11 between the MR change rate and the fixed magnetic field. When a Co—Fe—B alloy is used as the first magnetization fixed layer 11, the thickness of the first magnetization fixed layer 11 is preferably 1.5 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the first magnetization fixed layer 11 is more preferably 2.0 nm or more and 4 nm or less.

第1磁化固定層11には、上述した材料の他に、fcc構造のCo90Fe10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11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1つが用いられる。第1磁化固定層11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11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(Ni合金)を用いることで、例えば、より大きなMR変化率が得られる。 In addition to the materials described above, the first magnetization fixed layer 11 is made of a Co 90 Fe 10 alloy having an fcc structure, a Co having an hcp structure, or a Co alloy having an hcp structure. As the first magnetization fixed layer 11, for example, at least one selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni is used. As the first magnetization fixed layer 11, an alloy containing at least one material selected from these materials is used. As the first magnetization fixed layer 11, an FeCo alloy material having a bcc structure, 50 at. % Co alloy containing cobalt composition of 50% or more, or 50 at. By using a material (Ni alloy) having a Ni composition of at least%, for example, a larger MR change rate can be obtained.

第1磁化固定層11として、例えば、CoMnGe、CoFeGe、CoMnSi、CoFeSi、CoMnAl、CoFeAl、CoMnGa0.5Ge0.5、及び、CoFeGa0.5Ge0.5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11として、例えば、3nmの厚さのCo40Fe4020層が用いられる。 Examples of the first magnetization fixed layer 11 include Co 2 MnGe, Co 2 FeGe, Co 2 MnSi, Co 2 FeSi, Co 2 MnAl, Co 2 FeAl, Co 2 MnGa 0.5 Ge 0.5 , and Co 2 FeGa. A Heusler magnetic alloy layer such as 0.5 Ge 0.5 can also be used. For example, as the first magnetization fixed layer 11, for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used.

中間層30は、例えば、第1磁性層10と第2磁性層20との磁気的な結合を分断する。中間層30には、例えば、金属または絶縁体または半導体が用いられる。この金属としては、例えば、Cu、AuまたはAg等が用いられる。中間層30として金属を用いる場合、中間層30の厚さは、例えば、1nm以上7nm以下程度である。この絶縁体または半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物(MgO等)、アルミニウム酸化物(Al等)、チタン酸化物(TiO等)、亜鉛酸化物(ZnO等)、または、ガリウム酸化物(Ga−O)などが用いられる。中間層30として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層30の厚さは、例えば0.6nm以上2.5nm以下程度である。中間層30として、例えば、CCP(Current-Confined-Path)スペーサ層を用いてもよい。スペーサ層としてCCPスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム(Al)の絶縁層中に銅(Cu)メタルパスが形成された構造が用いられる。例えば、中間層30として、1.6nmの厚さのMgO層が用いられる。 For example, the intermediate layer 30 breaks the magnetic coupling between the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20. For the intermediate layer 30, for example, a metal, an insulator, or a semiconductor is used. For example, Cu, Au, or Ag is used as this metal. When a metal is used as the intermediate layer 30, the thickness of the intermediate layer 30 is, for example, about 1 nm to 7 nm. Examples of the insulator or semiconductor include magnesium oxide (such as MgO), aluminum oxide (such as Al 2 O 3 ), titanium oxide (such as TiO), zinc oxide (such as ZnO), or gallium oxide. (Ga—O) or the like is used. When an insulator or a semiconductor is used as the intermediate layer 30, the thickness of the intermediate layer 30 is, for example, about 0.6 nm to 2.5 nm. For example, a CCP (Current-Confined-Path) spacer layer may be used as the intermediate layer 30. When a CCP spacer layer is used as the spacer layer, for example, a structure in which a copper (Cu) metal path is formed in an insulating layer of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used. For example, a 1.6 nm thick MgO layer is used as the intermediate layer 30.

第2磁性層20には、強磁性体材料が用いられる。第2磁性層20には、例えば、Fe、Co、Niを含む強磁性体材料を用いることができる。第2磁性層20の材料として、例えばFeCo合金、NiFe合金等が用いられる。さらに、第2磁性層20には、Co−Fe−B合金、Fe−Co−Si−B合金、λs(磁歪定数)が大きいFe−Ga合金、Fe−Co−Ga合金、Tb−M−Fe合金、Tb−M1−Fe−M2合金、Fe−M3−M4−B合金、Ni、Fe−Al、または、フェライト等が用いられる。前述したTb−M−Fe合金において、Mは、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つである。前述したTb−M1−Fe−M2合金において、M1は、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つである。M2は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つである。前述したFe−M3−M4−B合金において、M3は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つである。M4は、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及びErよりなる群から選択された少なくとも1つである。前述したフェライトとしては、Fe、(FeCo))などが挙げられる。第2磁性層20の厚さは、例えば2nm以上である。 A ferromagnetic material is used for the second magnetic layer 20. For the second magnetic layer 20, for example, a ferromagnetic material containing Fe, Co, and Ni can be used. As the material of the second magnetic layer 20, for example, FeCo alloy, NiFe alloy or the like is used. Further, the second magnetic layer 20 includes a Co—Fe—B alloy, an Fe—Co—Si—B alloy, an Fe—Ga alloy having a large λs (magnetostriction constant), an Fe—Co—Ga alloy, and Tb—M—Fe. An alloy, Tb-M1-Fe-M2 alloy, Fe-M3-M4-B alloy, Ni, Fe-Al, ferrite, or the like is used. In the Tb-M-Fe alloy described above, M is at least one selected from the group consisting of Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, and Er. In the Tb-M1-Fe-M2 alloy described above, M1 is at least one selected from the group consisting of Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, and Er. M2 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, and Ta. In the Fe-M3-M4-B alloy described above, M3 is at least one selected from the group consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, and Ta. M4 is at least one selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, and Er. Examples of the ferrite include Fe 3 O 4 and (FeCo) 3 O 4 ). The thickness of the second magnetic layer 20 is, for example, 2 nm or more.

第2磁性層20には、ホウ素を含有した磁性材料が用いられてよい。第2磁性層20には、例えば、Fe、Co及びNiよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素(B)と、を含む合金が用いられてもよい。例えば、Co−Fe−B合金やFe−B合金を用いることができる。例えば、Co40Fe4020合金を用いることができる。第2磁性層20に、Fe、Co及びNiよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素(B)と、を含む合金を用いる場合、高磁歪を促進する元素として、Ga、Al、Si、または、Wなどを添加してもよい。例えば、Fe−Ga−B合金、Fe−Co−Ga−B合金、または、Fe−Co−Si−B合金を用いてもよい。このようなホウ素を含有する磁性材料を用いることで第2磁性層20の保磁力(H)が低くなり、歪に対する磁化20mの変化が容易となる。これにより、高い歪感度を得ることができる。 A magnetic material containing boron may be used for the second magnetic layer 20. For the second magnetic layer 20, for example, an alloy containing at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni and boron (B) may be used. For example, a Co—Fe—B alloy or an Fe—B alloy can be used. For example, a Co 40 Fe 40 B 20 alloy can be used. In the case where an alloy containing at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni and boron (B) is used for the second magnetic layer 20, as elements that promote high magnetostriction, Ga, Al, Si or W may be added. For example, an Fe—Ga—B alloy, an Fe—Co—Ga—B alloy, or an Fe—Co—Si—B alloy may be used. By using such a magnetic material containing boron, the coercive force (H c ) of the second magnetic layer 20 is lowered, and the change of the magnetization 20m with respect to strain is facilitated. Thereby, high distortion sensitivity can be obtained.

第2磁性層20におけるホウ素濃度(例えば、ホウ素の組成比)は、5at.%(原子パーセント)以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得易くなる。第2磁性層20におけるホウ素濃度は、35at.%以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。第2磁性層20におけるホウ素濃度は、例えば、5at.%以上35at.%以下が好ましく、10at.%以上30at.%以下がさらに好ましい。   The boron concentration (for example, the composition ratio of boron) in the second magnetic layer 20 is 5 at. % (Atomic percent) or more is preferable. This makes it easier to obtain an amorphous structure. The boron concentration in the second magnetic layer 20 is 35 at. % Or less is preferable. If the boron concentration is too high, for example, the magnetostriction constant decreases. The boron concentration in the second magnetic layer 20 is, for example, 5 at. % Or more and 35 at. % Or less, preferably 10 at. % Or more and 30 at. % Or less is more preferable.

第2磁性層20の磁性層の一部に、Fe1−y(0<y≦0.3)、または(Fe1−a1−y(X=CoまたはNi、0.8≦a<1、0<y≦0.3)用いる場合、大きい磁歪定数λと低い保磁力を両立することが容易となるため、高いゲージファクターを得る観点で特に好ましい。例えば、第2磁性層20として、Fe8020(4nm)を用いることができる。第2磁性層20として、Co40Fe4020(0.5nm)/Fe8020(4nm)を用いることができる。 Fe 1-y B y (0 <y ≦ 0.3) or (Fe a X 1-a ) 1-y B y (X = Co or Ni, When 0.8 ≦ a <1, 0 <y ≦ 0.3), it is easy to achieve both a large magnetostriction constant λ and a low coercive force, which is particularly preferable from the viewpoint of obtaining a high gauge factor. For example, Fe 80 B 20 (4 nm) can be used as the second magnetic layer 20. As the second magnetic layer 20, Co 40 Fe 40 B 20 (0.5 nm) / Fe 80 B 20 (4 nm) can be used.

第2磁性層20は、多層構造を有してもよい。中間層30としてMgOのトンネル絶縁層を用いる場合には、第2磁性層20のうちの中間層30に接する部分には、Co−Fe−B合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。この場合、中間層30の上には、Co−Fe−B合金の層が設けられ、そのCo−Fe−B合金の層の上には、磁歪定数の大きい他の磁性材料が設けられる。第2磁性層20が多層構造を有する場合、第2磁性層20には、例えば、Co−Fe−B(2nm)/Fe−Co−Si−B(4nm)などが用いられる。   The second magnetic layer 20 may have a multilayer structure. When an MgO tunnel insulating layer is used as the intermediate layer 30, it is preferable to provide a Co—Fe—B alloy layer in the portion of the second magnetic layer 20 that is in contact with the intermediate layer 30. Thereby, a high magnetoresistance effect is obtained. In this case, a Co—Fe—B alloy layer is provided on the intermediate layer 30, and another magnetic material having a large magnetostriction constant is provided on the Co—Fe—B alloy layer. When the second magnetic layer 20 has a multilayer structure, for example, Co—Fe—B (2 nm) / Fe—Co—Si—B (4 nm) or the like is used for the second magnetic layer 20.

実施形態では、第2磁性層20の上に、バイアス層40が設けられる。バイアス層40の詳細については、後述する。   In the embodiment, the bias layer 40 is provided on the second magnetic layer 20. Details of the bias layer 40 will be described later.

キャップ層70は、キャップ層70の下に設けられる層を保護する。キャップ層70には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層70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70として、Ta層やRu層の代わりに他の金属層を設けてもよい。キャップ層70の構成は、任意である。例えば、キャップ層70として、非磁性材料を用いることができる。キャップ層70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70として、他の材料を用いても良い。   The cap layer 70 protects a layer provided under the cap layer 70. For the cap layer 70, for example, a plurality of metal layers are used. For the cap layer 70, for example, a two-layer structure (Ta / Ru) of a Ta layer and a Ru layer is used. The thickness of the Ta layer is 1 nm, for example, and the thickness of the Ru layer is 5 nm, for example. As the cap layer 70, another metal layer may be provided instead of the Ta layer or the Ru layer. The configuration of the cap layer 70 is arbitrary. For example, a nonmagnetic material can be used for the cap layer 70. Other materials may be used for the cap layer 70 as long as the layer provided under the cap layer 70 can be protected.

図4(a)〜図4(e)は、第1の実施形態のバイアス層を例示する模式的斜視図である。
図4(a)〜図4(e)は、第1磁性層10(参照層)/中間層30/第2磁性層20(磁化自由層)の積層体に対して設けられるバイアス層40であって、中間層30とバイアス層40との間に第2磁性層20が設けられるバイアス層40の構造のバリエーションの例を表す。なお、これらの例では、第1磁性層10は、第1磁化固定層11に相当する。
FIG. 4A to FIG. 4E are schematic perspective views illustrating the bias layer of the first embodiment.
FIG. 4A to FIG. 4E show a bias layer 40 provided for the first magnetic layer 10 (reference layer) / intermediate layer 30 / second magnetic layer 20 (magnetization free layer) stack. An example of a variation of the structure of the bias layer 40 in which the second magnetic layer 20 is provided between the intermediate layer 30 and the bias layer 40 is shown. In these examples, the first magnetic layer 10 corresponds to the first magnetization fixed layer 11.

図4(a)に表したバイアス層40aは、第1バイアス磁性層41aと、バイアスピニング層42と、分離層43と、を含む。第2磁性層20とバイアスピニング層42との間に、分離層43が設けられる。分離層43とバイアスピニング層42との間に、第1バイアス磁性層41aが設けられる。   The bias layer 40a shown in FIG. 4A includes a first bias magnetic layer 41a, a bias pinning layer 42, and a separation layer 43. A separation layer 43 is provided between the second magnetic layer 20 and the bias pinning layer 42. A first bias magnetic layer 41 a is provided between the separation layer 43 and the bias pinning layer 42.

第1バイアス磁性層41aは、例えば、磁性材料によって形成される。第1バイアス磁性層41aの磁化は、バイアスピニング層42によって一方向に固定される。一方向に磁化が固定された第1バイアス磁性層41aは、交換結合などの磁気的結合によって、第2磁性層20にバイアスを加える。分離層43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41aと第2磁性層20とを物理的に分離することで、第1バイアス磁性層41aと第2磁性層20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41aの材料によっては、分離層43は必ずしも設けられなくともよい。   The first bias magnetic layer 41a is made of, for example, a magnetic material. The magnetization of the first bias magnetic layer 41a is fixed in one direction by the bias pinning layer. The first bias magnetic layer 41a whose magnetization is fixed in one direction applies a bias to the second magnetic layer 20 by magnetic coupling such as exchange coupling. The separation layer 43 is formed of, for example, a nonmagnetic material, and physically separates the first bias magnetic layer 41a and the second magnetic layer 20 so that the first bias magnetic layer 41a and the second magnetic layer 20 are separated from each other. Adjust the strength of magnetic coupling between. Note that the separation layer 43 is not necessarily provided depending on the material of the first bias magnetic layer 41a.

分離層43には、例えば、5nmのCuが用いられる。第1バイアス磁性層41aには、例えば、3nmのFe50Co50が用いられる。バイアスピニング層42には、例えば、7nmのIrMnが用いられる。 For the separation layer 43, for example, 5 nm of Cu is used. For the first bias magnetic layer 41a, for example, 3 nm of Fe 50 Co 50 is used. For the bias pinning layer 42, for example, IrMn of 7 nm is used.

第1バイアス磁性層41a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41a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41aには、CoFe100−x合金(xは0at.%以上100at.%以下)、NiFe100−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41aとして、(CoFe100−x100−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。第1バイアス磁性層41aとして、(CoFe100−x100−yのアモルファス合金を用いることで、歪検知素子100aのサイズが小さい場合にも歪検知素子100a間のばらつきを抑えることができる。第1バイアス磁性層41a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42による一方向異方性磁界の強度を十分に得ることができる。第1バイアス磁性層41aとして、例えば、3nmのFe50Co50が用いられる。 For the first bias magnetic layer 41a, for example, at least one selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni can be used. As the first bias magnetic layer 41a, an alloy containing at least one material selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni may be used. For example, the first bias magnetic layer 41a includes a Co x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or less), a Ni x Fe 100-x alloy (x is 0 at.% Or more and 100 at.% Or less). Or the material which added the nonmagnetic element to these is used. As the first bias magnetic layer 41a, (Co x Fe 100- x) 100-y B y alloys (x is 0 atomic.% Or more 100 atomic.% Or less, y is 0 atomic.% Or more 30 at.% Or less) even if used Good. As the first bias magnetic layer 41a, to suppress the variation between (Co x Fe 100-x) By using the amorphous alloy 100-y B y, strain detecting elements 100a of sizes distortion when a small sensing element 100a Can do. The thickness of the first bias magnetic layer 41a is preferably not less than 1.5 nm and not more than 5 nm, for example. Thereby, for example, the intensity of the unidirectional anisotropic magnetic field by the bias pinning layer 42 can be sufficiently obtained. For example, 3 nm Fe 50 Co 50 is used as the first bias magnetic layer 41a.

分離層43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。例えば、分離層43として、5nmのCuが用いられる。   For the separation layer 43, for example, a nonmagnetic material is used. The separation layer 43 is, for example, selected from the group of Cu, Ru, Rh, Ir, V, Cr, Nb, Mo, Ta, W, Rr, Au, Ag, Pt, Pd, Ti, Zr, Hf, and Hf A layer containing at least one element formed can be used. For example, 5 nm of Cu is used as the separation layer 43.

バイアスピニング層42は、バイアスピニング層42に接して形成される第1バイアス磁性層41aに、一方向異方性(unidirectional anisotropy)を付与して第1バイアス磁性層41aの磁化を固定する。バイアスピニング層42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42には、例えば、Ir−Mn、Pt−Mn、Pd−Pt−Mn及びRu−Rh−Mn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。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42の厚さは適切に設定される。   The bias pinning layer 42 imparts unidirectional anisotropy to the first bias magnetic layer 41a formed in contact with the bias pinning layer 42 to fix the magnetization of the first bias magnetic layer 41a. For the bias pinning layer 42, for example, an antiferromagnetic layer is used. For the bias pinning layer 42, for example, at least one selected from the group consisting of Ir—Mn, Pt—Mn, Pd—Pt—Mn, and Ru—Rh—Mn is used. In order to impart sufficient strength of unidirectional anisotropy, the thickness of the bias pinning layer 42 is appropriately set.

バイアスピニング層42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42の厚さは、8nm以上20nm以下が好ましい。バイアスピニング層42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42としてIrMnが用いられる場合には、バイアスピニング層42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42で、一方向異方性を第1バイアス磁性層41a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42の厚さは、4nm以上18nm以下が好ましい。バイアスピニング層42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42には、例えば、7nmの厚さのIr22Mn78層が用いられる。 When PtMn or PdPtMn is used as the bias pinning layer 42, the thickness of the bias pinning layer 42 is preferably 8 nm or more and 20 nm or less. The thickness of the bias pinning layer 42 is more preferably 10 nm or more and 15 nm or less. When IrMn is used as the bias pinning layer 42, unidirectional anisotropy can be imparted to the first bias magnetic layer 41a with a bias pinning layer 42 thinner than when PtMn is used as the bias pinning layer 42. . In this case, the thickness of the bias pinning layer 42 is preferably 4 nm or more and 18 nm or less. The thickness of the bias pinning layer 42 is more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. For the bias pinning layer 42, for example, an Ir 22 Mn 78 layer having a thickness of 7 nm is used.

バイアスピニング層42として、ハード磁性層が用いられてもよい。ハード磁性層として、例えば、CoPt(Coの比率は、50at.%以上85at.%以下)、(CoPt100−x100−yCr(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。 A hard magnetic layer may be used as the bias pinning layer 42. As a hard magnetic layer, for example, CoPt (ratio of Co is, 50at.% Or more 85 at.% Or less), (Co x Pt 100- x) is 100-y Cr y (x 50at .% Or more 85 at.% Or less, y May be 0 at.% Or more and 40 at.% Or less), or FePt (the ratio of Pt is 40 at.% Or more and 60 at.% Or less).

図4(b)は、第1の実施形態の別のバイアス層を示す模式的斜視図である。
図4(b)に表したバイアス層40bは、第1バイアス磁性層41aと、第2バイアス磁性層41bと、バイアスピニング層42と、分離層43と、第1磁気結合層44aと、を含む。第2磁性層20とバイアスピニング層42との間に、分離層43が設けられる。分離層43とバイアスピニング層42との間に、第1バイアス磁性層41aが設けられる。第1バイアス磁性層41aとバイアスピニング層42との間に、第1磁気結合層44aが設けられる。第1磁気結合層44aとバイアスピニング層42との間に、第2バイアス磁性層41bが設けられる。
FIG. 4B is a schematic perspective view showing another bias layer of the first embodiment.
The bias layer 40b illustrated in FIG. 4B includes a first bias magnetic layer 41a, a second bias magnetic layer 41b, a bias pinning layer 42, a separation layer 43, and a first magnetic coupling layer 44a. . A separation layer 43 is provided between the second magnetic layer 20 and the bias pinning layer 42. A first bias magnetic layer 41 a is provided between the separation layer 43 and the bias pinning layer 42. A first magnetic coupling layer 44 a is provided between the first bias magnetic layer 41 a and the bias pinning layer 42. A second bias magnetic layer 41 b is provided between the first magnetic coupling layer 44 a and the bias pinning layer 42.

図4(a)に表したバイアス層40aでは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)が設けられている。これに対して、図4(b)に表したバイアス層40bでは、第1磁気結合層44aを介して、2層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41aおよび第2バイアス磁性層41b)が設けられている。この点において、図4(b)に表したバイアス層40bは、図4(a)に表したバイアス層40aと異なる。   In the bias layer 40a shown in FIG. 4A, a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a) is provided. On the other hand, in the bias layer 40b shown in FIG. 4B, the two bias magnetic layers (the first bias magnetic layer 41a and the second bias magnetic layer 41b) are interposed via the first magnetic coupling layer 44a. Is provided. In this respect, the bias layer 40b shown in FIG. 4B is different from the bias layer 40a shown in FIG.

第1バイアス磁性層41aの磁化は、第1磁気結合層44aを介して隣り合う第2バイアス磁性層41bの磁化とは反対に設定される。このように、複数のバイアス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、第2磁性層20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。なお、分離層43は、必ずしも設けられなくともよい。   The magnetization of the first bias magnetic layer 41a is set to be opposite to the magnetization of the second bias magnetic layer 41b adjacent via the first magnetic coupling layer 44a. In this way, by setting the magnetizations of the plurality of bias magnetic layers to antiparallel (180 °), the leakage magnetic field from the bias magnetic layer to the outside is suppressed, and magnetics other than bias application by exchange coupling to the second magnetic layer 20 are suppressed. Interference can be suppressed. Note that the separation layer 43 is not necessarily provided.

第1磁気結合層44aは、第1バイアス磁性層41aと第2バイアス磁性層41bとの間に反強磁性結合を生じさせる。第1磁気結合層44aは、シンセティックピン構造を形成する。第1磁気結合層44aとして、例えば、Ruが用いられる。第1磁気結合層44a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41aと第2バイアス磁性層41b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、第1磁気結合層44aとしてRu以外の材料を用いてもよい。第1磁気結合層44a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、第1磁気結合層44a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44a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。   The first magnetic coupling layer 44a generates antiferromagnetic coupling between the first bias magnetic layer 41a and the second bias magnetic layer 41b. The first magnetic coupling layer 44a forms a synthetic pin structure. For example, Ru is used as the first magnetic coupling layer 44a. The thickness of the first magnetic coupling layer 44a is preferably 0.8 nm or more and 1 nm or less. Any material other than Ru may be used for the first magnetic coupling layer 44a as long as the material generates sufficient antiferromagnetic coupling between the first bias magnetic layer 41a and the second bias magnetic layer 41b. The thickness of the first magnetic coupling layer 44a can be set to a thickness of 0.8 nm to 1 nm corresponding to a second peak (2nd peak) of RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) coupling. Further, the thickness of the first magnetic coupling layer 44a may be set to a thickness of 0.3 nm or more and 0.6 nm or less corresponding to the first peak (1st peak) of the RKKY coupling. For example, Ru having a thickness of 0.9 nm is used as the first magnetic coupling layer 44a. Thereby, highly reliable coupling can be obtained more stably.

第1バイアス磁性層41a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41b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42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41a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41bの磁気膜厚と実質的に等しいことが好ましい。   The thickness of the first bias magnetic layer 41a is preferably not less than 1.5 nm and not more than 5 nm, for example. The thickness of the second bias magnetic layer 41b is preferably 1.5 nm or more and 5 nm or less, for example. Thereby, for example, the intensity of the unidirectional anisotropic magnetic field by the bias pinning layer 42 can be further increased. The magnetic film thickness (the product of the saturation magnetization Bs and the thickness t (Bs · t)) of the first bias magnetic layer 41a is preferably substantially equal to the magnetic film thickness of the second bias magnetic layer 41b.

第1バイアス磁性層41aと第2バイアス磁性層41bとに同じ磁性材料を用いる場合は、第1バイアス磁性層41aの厚さを第2バイアス磁性層41bの厚さにそろえることが好ましい。第1バイアス磁性層41aと第2バイアス磁性層41bとに異なる磁性材料を用いる場合、例えば、第1バイアス磁性層41aにCo40Fe4020、第2バイアス磁性層41bにCo75Fe25を用いる場合、薄膜でのCo40Fe4020の飽和磁化は、約1.9T(テスラ)であり、Co75Fe25の飽和磁化は、約2.1Tである。例えば、第1バイアス磁性層41aとして、3nmの厚さのCo40Fe4020層を用いる場合には、第1バイアス磁性層41aの磁気膜厚は、1.9T×3nmであり、5.7Tnmとなる。上記と等しい磁気膜厚が得られる第2バイアス磁性層41bの厚さは、5.7Tnm/2.1Tであり、2.7nmとなる。この場合、第2バイアス磁性層41bには、約2.7nmの厚さのCo75Fe25を用いることが好ましい。 When the same magnetic material is used for the first bias magnetic layer 41a and the second bias magnetic layer 41b, the thickness of the first bias magnetic layer 41a is preferably made equal to the thickness of the second bias magnetic layer 41b. When different magnetic materials are used for the first bias magnetic layer 41a and the second bias magnetic layer 41b, for example, Co 40 Fe 40 B 20 is used for the first bias magnetic layer 41a, and Co 75 Fe 25 is used for the second bias magnetic layer 41b. When used, the saturation magnetization of Co 40 Fe 40 B 20 in the thin film is about 1.9 T (Tesla), and the saturation magnetization of Co 75 Fe 25 is about 2.1 T. For example, when a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the first bias magnetic layer 41a, the magnetic film thickness of the first bias magnetic layer 41a is 1.9 T × 3 nm. 7 Tnm. The thickness of the second bias magnetic layer 41b that can obtain a magnetic film thickness equal to the above is 5.7 Tnm / 2.1T, which is 2.7 nm. In this case, it is preferable to use Co 75 Fe 25 having a thickness of about 2.7 nm for the second bias magnetic layer 41b.

図4(b)に表したバイアス層40bに含まれる各層の材料としては、図4(a)に表したバイアス層40aに含まれる各層の材料と同様の材料をそれぞれ用いることができる。
分離層43には、例えば、5nmのCuが用いられる。第1バイアス磁性層41aには、例えば、2nmのFe50Co50が用いられる。第1磁気結合層44aには、例えば、0.9nmのRuが用いられる。第2バイアス磁性層41bには、例えば、2nmのFe50Co50が用いられる。バイアスピニング層42には、例えば、7nmのIrMnが用いられる。
As the material of each layer included in the bias layer 40b illustrated in FIG. 4B, the same material as the material of each layer included in the bias layer 40a illustrated in FIG.
For the separation layer 43, for example, 5 nm of Cu is used. For the first bias magnetic layer 41a, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 is used. For example, 0.9 nm of Ru is used for the first magnetic coupling layer 44a. For the second bias magnetic layer 41b, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 is used. For the bias pinning layer 42, for example, IrMn of 7 nm is used.

図4(c)は、第1の実施形態の別のバイアス層を示す模式的斜視図である。
図4(c)に表したバイアス層40cは、第1バイアス磁性層41aと、第2バイアス磁性層41bと、第3バイアス磁性層41cと、バイアスピニング層42と、分離層43と、第1磁気結合層44aと、第2磁気結合層44bと、を含む。第2磁性層20とバイアスピニング層42との間に、分離層43が設けられる。分離層43とバイアスピニング層42との間に、第1バイアス磁性層41aが設けられる。第1バイアス磁性層41aとバイアスピニング層42との間に、第1磁気結合層44aが設けられる。第1磁気結合層44aとバイアスピニング層42との間に、第2バイアス磁性層41bが設けられる。第2バイアス磁性層41bとバイアスピニング層42との間に、第2磁気結合層44bが設けられる。第2磁気結合層44bとバイアスピニング層42との間に、第3バイアス磁性層41cが設けられる。
FIG. 4C is a schematic perspective view showing another bias layer of the first embodiment.
The bias layer 40c shown in FIG. 4C includes a first bias magnetic layer 41a, a second bias magnetic layer 41b, a third bias magnetic layer 41c, a bias pinning layer 42, a separation layer 43, and a first layer. A magnetic coupling layer 44a and a second magnetic coupling layer 44b are included. A separation layer 43 is provided between the second magnetic layer 20 and the bias pinning layer 42. A first bias magnetic layer 41 a is provided between the separation layer 43 and the bias pinning layer 42. A first magnetic coupling layer 44 a is provided between the first bias magnetic layer 41 a and the bias pinning layer 42. A second bias magnetic layer 41 b is provided between the first magnetic coupling layer 44 a and the bias pinning layer 42. A second magnetic coupling layer 44b is provided between the second bias magnetic layer 41b and the bias pinning layer. A third bias magnetic layer 41 c is provided between the second magnetic coupling layer 44 b and the bias pinning layer 42.

図4(a)に表したバイアス層40aでは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)が設けられている。図4(c)に表したバイアス層40cでは、第1磁気結合層44aおよび第2磁気結合層44bを介して、3層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a、第2バイアス磁性層41bおよび第3バイアス磁性層41c)が設けられている。この点において、図4(c)に表したバイアス層40cは、図4(a)に表したバイアス層40aとは異なる。   In the bias layer 40a shown in FIG. 4A, a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a) is provided. In the bias layer 40c shown in FIG. 4C, three bias magnetic layers (first bias magnetic layer 41a and second bias magnetic layer 41b are interposed via the first magnetic coupling layer 44a and the second magnetic coupling layer 44b. And a third bias magnetic layer 41c). In this respect, the bias layer 40c shown in FIG. 4C is different from the bias layer 40a shown in FIG.

第1バイアス磁性層41aの磁化は、第1磁気結合層44aを介して隣り合う第2バイアス磁性層41bの磁化とは反対に設定される。第2バイアス磁性層41bの磁化は、第2磁気結合層44bを介して隣り合う第3バイアス磁性層41cの磁化とは反対に設定される。このように、複数のバイアス磁性層の磁化方向を反平行とすることで、バイアス磁性層から外部への漏洩磁界を抑え、第2磁性層20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。後述するように、バイアス磁性層の層数を奇数および偶数のいずれかに適宜設定することよって、バイアス方向を適切に選択することができる。なお、分離層43は、必ずしも設けられなくともよい。   The magnetization of the first bias magnetic layer 41a is set to be opposite to the magnetization of the second bias magnetic layer 41b adjacent via the first magnetic coupling layer 44a. The magnetization of the second bias magnetic layer 41b is set to be opposite to the magnetization of the third bias magnetic layer 41c adjacent via the second magnetic coupling layer 44b. Thus, by making the magnetization directions of the plurality of bias magnetic layers antiparallel, the leakage magnetic field from the bias magnetic layer to the outside is suppressed, and magnetic interference other than bias application by exchange coupling to the second magnetic layer 20 is prevented. Can be suppressed. As will be described later, the bias direction can be appropriately selected by appropriately setting the number of bias magnetic layers to either an odd number or an even number. Note that the separation layer 43 is not necessarily provided.

図4(c)に示すように3層のバイアス磁性層を用いる場合、第1バイアス磁性層41aの磁化は、第3バイアス磁性層41cの磁化と同じになる。第2バイアス磁性層41bの磁化は、第1バイアス磁性層41aの磁化および第3バイアス磁性層41cの磁化と逆向きになる。奇数で複数のバイアス磁性層を用いる場合、同一方向を向いているバイアス磁性層の磁気膜厚の和を、逆方向を向いているバイアス磁性層の磁気膜厚の和と等しくすることが好ましい。これによれば、漏洩磁界を低減することができる。例えば、図4(c)に示すように3層のバイアス磁性層を用いる場合、第1バイアス磁性層41aと第3バイアス磁性層41cの磁気膜厚の和を、第2バイアス磁性層41bの磁気膜厚と等しくすることが好ましい。
なお、バイアス層は、4層以上のバイアス磁性層を含んでいてもよい。
When using three bias magnetic layers as shown in FIG. 4C, the magnetization of the first bias magnetic layer 41a is the same as the magnetization of the third bias magnetic layer 41c. The magnetization of the second bias magnetic layer 41b is opposite to the magnetization of the first bias magnetic layer 41a and the magnetization of the third bias magnetic layer 41c. When using an odd number of bias magnetic layers, the sum of the magnetic film thicknesses of the bias magnetic layers facing in the same direction is preferably made equal to the sum of the magnetic film thicknesses of the bias magnetic layers facing in the opposite direction. According to this, the leakage magnetic field can be reduced. For example, when three bias magnetic layers are used as shown in FIG. 4C, the sum of the magnetic film thicknesses of the first bias magnetic layer 41a and the third bias magnetic layer 41c is set to the magnetic value of the second bias magnetic layer 41b. It is preferable to make it equal to the film thickness.
The bias layer may include four or more bias magnetic layers.

図4(c)に表したバイアス層40cに含まれる各層の材料としては、図4(a)に表したバイアス層40aに含まれる各層の材料と同様の材料をそれぞれ用いることができる。
分離層43には、例えば、5nmのCuが用いられる。第1バイアス磁性層41aには、例えば、2nmのFe50Co50が用いられる。第1磁気結合層44aには、例えば、0.9nmのRuが用いられる。第2バイアス磁性層41bには、例えば、4nmのFe50Co50が用いられる。第2磁気結合層44bには、例えば、0.9nmのRuが用いられる。第3バイアス磁性層41cには、例えば、2nmのFe50Co50が用いられる。バイアスピニング層42には、例えば、7nmのIrMnが用いられる。
As the material of each layer included in the bias layer 40c illustrated in FIG. 4C, the same material as the material of each layer included in the bias layer 40a illustrated in FIG.
For the separation layer 43, for example, 5 nm of Cu is used. For the first bias magnetic layer 41a, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 is used. For example, 0.9 nm of Ru is used for the first magnetic coupling layer 44a. For the second bias magnetic layer 41b, for example, 4 nm of Fe 50 Co 50 is used. For example, Ru of 0.9 nm is used for the second magnetic coupling layer 44b. For the third bias magnetic layer 41c, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 is used. For the bias pinning layer 42, for example, IrMn of 7 nm is used.

図4(d)は、第1の実施形態の別のバイアス層を示す模式的斜視図である。
図4(d)に表したバイアス層40dは、第1バイアス磁性層41aと、分離層43と、を含む。第2磁性層20と第1バイアス磁性層41aとの間に、分離層43が設けられる。
FIG. 4D is a schematic perspective view showing another bias layer of the first embodiment.
The bias layer 40d shown in FIG. 4D includes a first bias magnetic layer 41a and a separation layer 43. A separation layer 43 is provided between the second magnetic layer 20 and the first bias magnetic layer 41a.

図4(a)に表したバイアス層40aでは、第1バイアス磁性層41aに接してバイアスピニング層42が設けられている。図4(d)に表したバイアス層40dでは、バイアスピニング層42が設けられていない。この点において、図4(d)に表したバイアス層40dは、図4(a)に表したバイアス層40aとは異なる。なお、分離層43は、必ずしも設けられなくともよい。   In the bias layer 40a shown in FIG. 4A, a bias pinning layer 42 is provided in contact with the first bias magnetic layer 41a. In the bias layer 40d shown in FIG. 4D, the bias pinning layer 42 is not provided. In this respect, the bias layer 40d shown in FIG. 4D is different from the bias layer 40a shown in FIG. Note that the separation layer 43 is not necessarily provided.

図4(d)に示すようにバイアスピニング層42を設けない場合、第1バイアス磁性層41aには、例えば、ハード磁性層が用いられる。ハード磁性層として、例えば、CoPt(Coの比率は、50at.%以上85at.%以下)、(CoPt100−x100−yCr(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)などを用いてもよい。 When the bias pinning layer 42 is not provided as shown in FIG. 4D, for example, a hard magnetic layer is used as the first bias magnetic layer 41a. As a hard magnetic layer, for example, CoPt (ratio of Co is, 50at.% Or more 85 at.% Or less), (Co x Pt 100- x) is 100-y Cr y (x 50at .% Or more 85 at.% Or less, y May be 0 at.% Or more and 40 at.% Or less), or FePt (the ratio of Pt is 40 at.% Or more and 60 at.% Or less).

図4(e)は、第1の実施形態の別のバイアス層を示す模式的斜視図である。
図4(e)に表したバイアス層40eは、第1バイアス磁性層41aと、第2バイアス磁性層41bと、分離層43と、第1磁気結合層44aと、を含む。第2磁性層20と第2バイアス磁性層41bとの間に、分離層43が設けられる。分離層43と第2バイアス磁性層41bの間に、第1バイアス磁性層41aが設けられる。第1バイアス磁性層41aと第2バイアス磁性層41bとの間に、第1磁気結合層44aが設けられる。
FIG. 4E is a schematic perspective view showing another bias layer of the first embodiment.
The bias layer 40e shown in FIG. 4E includes a first bias magnetic layer 41a, a second bias magnetic layer 41b, a separation layer 43, and a first magnetic coupling layer 44a. A separation layer 43 is provided between the second magnetic layer 20 and the second bias magnetic layer 41b. A first bias magnetic layer 41a is provided between the separation layer 43 and the second bias magnetic layer 41b. A first magnetic coupling layer 44a is provided between the first bias magnetic layer 41a and the second bias magnetic layer 41b.

図4(e)に示すように、バイアスピニング層42を設けない場合においても、磁気結合層を介して複数のバイアス磁性層を設けてもよい。磁気結合層を介して複数のバイアス磁性層を設け、複数のバイアス磁性層の磁化を反平行に結合させることによって、外部へ漏洩磁界を抑えることができる。   As shown in FIG. 4E, even when the bias pinning layer 42 is not provided, a plurality of bias magnetic layers may be provided via the magnetic coupling layer. By providing a plurality of bias magnetic layers through the magnetic coupling layer and coupling the magnetizations of the plurality of bias magnetic layers in antiparallel, the leakage magnetic field can be suppressed to the outside.

図5(a)および図5(b)は、実施形態のバイアス方向の違いを示す模式的斜視図である。
図5(a)は、第1バイアス磁性層41aの磁化が第1バイアス磁性層から第2磁性層20に加えるバイアス方向と平行(0°)方向である状態を表す。図5(b)は、第1バイアス磁性層41aの磁化が第1バイアス磁性層から第2磁性層20に加えるバイアス方向と反平行方向である状態を表す。
FIG. 5A and FIG. 5B are schematic perspective views showing the difference in the bias direction of the embodiment.
FIG. 5A shows a state in which the magnetization of the first bias magnetic layer 41 a is parallel (0 °) to the bias direction applied from the first bias magnetic layer to the second magnetic layer 20. FIG. 5B shows a state in which the magnetization of the first bias magnetic layer 41 a is in a direction antiparallel to the bias direction applied from the first bias magnetic layer to the second magnetic layer 20.

図5(a)および図5(b)に表した歪検知素子は、図4(b)に関して前述したバイアス層40bを含む。図5(a)および図5(b)に表した矢印41amは、第1バイアス磁性層41aの磁化を表す。図5(a)および図5(b)に表した矢印41bmは、第2バイアス磁性層41bの磁化を表す。図5(a)および図5(b)に表した矢印20pは、第2磁性層20に加えられるバイアスの向きを表す。   The strain sensing element shown in FIGS. 5A and 5B includes the bias layer 40b described above with reference to FIG. 4B. An arrow 41am shown in FIGS. 5A and 5B represents the magnetization of the first bias magnetic layer 41a. An arrow 41bm shown in FIGS. 5A and 5B represents the magnetization of the second bias magnetic layer 41b. An arrow 20p shown in FIGS. 5A and 5B represents the direction of the bias applied to the second magnetic layer 20.

図5(a)に示すとおり、分離層43に正の磁気結合となる構成が用いられる場合には、分離層43を介して第2磁性層20に隣接する第1バイアス磁性層41aの磁化41amと平行方向に、バイアス20pが第2磁性層20に加わる。図5(b)に示すとおり、分離層43に負の磁気結合となる構成が用いられる場合には、分離層43を介して第2磁性層20に隣接する第1バイアス磁性層41aの磁化41amと反平行方向に、バイアス20pが第2磁性層20に加わる。   As shown in FIG. 5A, when the separation layer 43 uses a configuration that provides positive magnetic coupling, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a adjacent to the second magnetic layer 20 via the separation layer 43. The bias 20p is applied to the second magnetic layer 20 in a direction parallel to the second magnetic layer 20. As shown in FIG. 5B, when the separation layer 43 has a negative magnetic coupling, the magnetization 41 am of the first bias magnetic layer 41 a adjacent to the second magnetic layer 20 through the separation layer 43. A bias 20p is applied to the second magnetic layer 20 in the antiparallel direction.

正の磁気結合となるか、あるいは負の磁気結合となるかは、分離層43に含まれる材料と、その材料の厚さと、により決定される。各材料の厚さにおいて、RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)結合が正となる場合には、正の磁気結合が生ずる。各材料の厚さにおいて、RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)結合が負となる場合には、負の磁気結合が生ずる。   Whether the magnetic coupling is positive magnetic coupling or negative magnetic coupling is determined by the material included in the separation layer 43 and the thickness of the material. When the RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) coupling is positive at the thickness of each material, a positive magnetic coupling occurs. When the RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) coupling is negative at the thickness of each material, a negative magnetic coupling occurs.

分離層43に用いる材料として、例えば、RKKY結合を示すCu、Ru、Rh、Ir、V、Cr、Nb、Mo、Ta、W、Rrなどが用いられる。これらの元素については、分離層43の厚さに応じて、正の磁気結合と負の磁気結合とを使い分けることができる。これらの元素のほかに、Au、Ag、Pt、Pd、Ti、Zr、Hfなどが用いられてもよい。これらの元素を分離層43として用いた場合は、主に正の磁気結合が得られる。負の磁気結合を用いる場合には、Ru、Rh、Irを用いることができる。   As a material used for the separation layer 43, for example, Cu, Ru, Rh, Ir, V, Cr, Nb, Mo, Ta, W, Rr, or the like exhibiting RKKY bonding is used. With respect to these elements, positive magnetic coupling and negative magnetic coupling can be selectively used according to the thickness of the separation layer 43. In addition to these elements, Au, Ag, Pt, Pd, Ti, Zr, Hf, and the like may be used. When these elements are used as the separation layer 43, a positive magnetic coupling is mainly obtained. When negative magnetic coupling is used, Ru, Rh, and Ir can be used.

バイアス層40bによるバイアス20pの強さが強すぎると、第2磁性層20(磁化自由層)の異方性磁界が高くなりすぎて、歪に対する磁化20mの回転が鈍る。可逆性の向上効果を得て、かつ、歪に対する磁化20mの回転の感度を低減しないために、バイアス層40bからのバイアス20pの強さは適切に設定することが好ましい。バイアス層40bからのバイアス20pの強さを適度にコントロールするためには、RKKYの交換結合定数が極端には高くないCuを用いることが好ましい。Cuにおいては、厚さに対する磁気結合の変化がなだらかなため、コントロールしやすいため好ましい。   If the strength of the bias 20p by the bias layer 40b is too strong, the anisotropic magnetic field of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) becomes too high, and the rotation of the magnetization 20m with respect to strain becomes slow. In order to obtain the effect of improving reversibility and not to reduce the sensitivity of rotation of the magnetization 20m to strain, it is preferable to set the strength of the bias 20p from the bias layer 40b appropriately. In order to moderately control the strength of the bias 20p from the bias layer 40b, it is preferable to use Cu whose exchange coupling constant of RKKY is not extremely high. Cu is preferable because the change in the magnetic coupling with respect to the thickness is gentle and easy to control.

図6は、第1の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図6に表したように、実施形態に用いられる歪検知素子100bは、第1電極E1と、下地層50と、バイアス層40と、第2磁性層20と、中間層30と、第1磁化固定層11と、磁気結合層13と、第2磁化固定層12と、ピニング層60と、キャップ層70と、第2電極E2と、を含む。第1磁化固定層11は、第1磁性層10に相当する。
FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating another strain sensing element according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6, the strain sensing element 100b used in the embodiment includes the first electrode E1, the underlayer 50, the bias layer 40, the second magnetic layer 20, the intermediate layer 30, and the first magnetization. The pinned layer 11, the magnetic coupling layer 13, the second magnetization pinned layer 12, the pinning layer 60, the cap layer 70, and the second electrode E2 are included. The first magnetization fixed layer 11 corresponds to the first magnetic layer 10.

第1電極E1と第2電極E2との間に、下地層50が設けられる。下地層50と第2電極E2との間に、バイアス層40が設けられる。バイアス層40と第2電極E2との間に、第2磁性層20が設けられる。第2磁性層20と第2電極E2との間に、中間層30が設けられる。中間層30と第2電極E2との間に、第1磁化固定層11が設けられる。第1磁化固定層11と第2電極E2との間に、磁気結合層13が設けられる。磁気結合層13と第2電極E2との間に、第2磁化固定層12が設けられる。第2磁化固定層12と第2電極E2との間に、ピニング層60が設けられる。ピニング層60と第2電極E2との間に、キャップ層70が設けられる。
この例では、歪検知素子100bは、トップスピンバルブ型の構造を有する。
An underlayer 50 is provided between the first electrode E1 and the second electrode E2. A bias layer 40 is provided between the base layer 50 and the second electrode E2. The second magnetic layer 20 is provided between the bias layer 40 and the second electrode E2. An intermediate layer 30 is provided between the second magnetic layer 20 and the second electrode E2. The first magnetization fixed layer 11 is provided between the intermediate layer 30 and the second electrode E2. A magnetic coupling layer 13 is provided between the first magnetization fixed layer 11 and the second electrode E2. The second magnetization fixed layer 12 is provided between the magnetic coupling layer 13 and the second electrode E2. A pinning layer 60 is provided between the second magnetization fixed layer 12 and the second electrode E2. A cap layer 70 is provided between the pinning layer 60 and the second electrode E2.
In this example, the strain sensing element 100b has a top spin valve type structure.

下地層50には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、3nmである。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。
バイアス層40は、例えば、IrMn(7nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/Cu(5nm)が用いられる。
第2磁性層20(磁化自由層)には、例えば、Co40Fe4020(4nm)が用いられる。
中間層30には、例えば、2.0nmの厚さのMgO層が用いられる。
第1磁化固定層11には、例えば、Co40Fe4020/Fe50Co50が用いられる。このCo40Fe4020層の厚さは、例えば2nmである。このFe50Co50層の厚さは、例えば1nmである。
磁気結合層13には、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。
第2磁化固定層12には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。 ピニング層60には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。
キャップ層には、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。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 50. The thickness of this Ta layer is 3 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example.
For example, IrMn (7 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Cu (5 nm) is used for the bias layer 40.
For the second magnetic layer 20 (magnetization free layer), for example, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is used.
For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 2.0 nm is used.
For the first magnetization fixed layer 11, for example, Co 40 Fe 40 B 20 / Fe 50 Co 50 is used. The thickness of this Co 40 Fe 40 B 20 layer is, for example, 2 nm. The thickness of this Fe 50 Co 50 layer is, for example, 1 nm.
As the magnetic coupling layer 13, for example, a Ru layer having a thickness of 0.9 nm is used.
For the second magnetization fixed layer 12, for example, a Co 75 Fe 25 layer having a thickness of 2.5 nm is used. For the pinning layer 60, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used.
Ta / Ru is used for the cap layer. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.

上述した例では、バイアス層40の構造は、図4(b)に示したバイアス層40bの構造を有する。トップスピンバルブで、バイアス層40が第2磁性層20(磁化自由層)よりも下(−Z軸方向)に形成される場合は、図4(b)に示したバイアス層40bの構造を上下反転させた構造を用いることができる。歪検知素子100bに含まれる層のそれぞれには、例えば、図3に示した歪検知素子100aに関して説明した材料を用いることができる。   In the example described above, the structure of the bias layer 40 has the structure of the bias layer 40b shown in FIG. When the bias layer 40 is formed below the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) (−Z-axis direction) by the top spin valve, the structure of the bias layer 40b shown in FIG. An inverted structure can be used. For each of the layers included in the strain sensing element 100b, for example, the materials described with respect to the strain sensing element 100a illustrated in FIG. 3 can be used.

図7は、第1の実施形態に係る別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図7に表したように、実施形態に用いられる歪検知素子100cは、第1電極E1と、下地層50と、ピニング層60と、第1磁性層10と、中間層30と、第2磁性層20と、バイアス層40と、キャップ層70と、第2電極E2と、を含む。第1電極E1と第2電極E2との間に、下地層50が設けられる。下地層50と第2電極E2との間に、ピニング層60が設けられる。ピニング層60と第2電極E2との間に、第1磁性層10(参照層)が設けられる。第1磁性層10と第2電極E2との間に、中間層30が設けられる。中間層30と第2電極E2との間に、第2磁性層20が設けられる。第2磁性層20と第2電極E2との間に、バイアス層40が設けられる。バイアス層40と第2電極E2との間に、キャップ層70が設けられる。
FIG. 7 is a schematic perspective view illustrating another strain sensing element according to the first embodiment.
As shown in FIG. 7, the strain sensing element 100c used in the embodiment includes the first electrode E1, the underlayer 50, the pinning layer 60, the first magnetic layer 10, the intermediate layer 30, and the second magnetic material. The layer 20, the bias layer 40, the cap layer 70, and the second electrode E2 are included. An underlayer 50 is provided between the first electrode E1 and the second electrode E2. A pinning layer 60 is provided between the foundation layer 50 and the second electrode E2. The first magnetic layer 10 (reference layer) is provided between the pinning layer 60 and the second electrode E2. An intermediate layer 30 is provided between the first magnetic layer 10 and the second electrode E2. The second magnetic layer 20 is provided between the intermediate layer 30 and the second electrode E2. A bias layer 40 is provided between the second magnetic layer 20 and the second electrode E2. A cap layer 70 is provided between the bias layer 40 and the second electrode E2.

既に説明した歪検知素子100a、100bにおいては、第1磁化固定層11と磁気結合層13と第2磁化固定層12とを用いた構造が適用されている。図7に表した歪検知素子100cにおいては、単一の磁化固定層を用いたシングルピン構造が適用されている。   In the strain sensing elements 100a and 100b already described, a structure using the first magnetization fixed layer 11, the magnetic coupling layer 13, and the second magnetization fixed layer 12 is applied. In the strain sensing element 100c shown in FIG. 7, a single pin structure using a single magnetization fixed layer is applied.

下地層50には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、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60には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。
第1磁性層(参照層)には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe4020層が用いられる。
中間層30には、例えば、2.0nmの厚さのMgO層が用いられる。
第2磁性層20(磁化自由層)には、例えば、Co40Fe4020(4nm)が用いられる。
バイアス層40には、Cu(5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)が用いられる。
キャップ層70には、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。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 50. The thickness of this Ta layer is 3 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example.
For the pinning layer 60, for example, an IrMn layer having a thickness of 7 nm is used.
For the first magnetic layer (reference layer), for example, a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used.
For the intermediate layer 30, for example, an MgO layer having a thickness of 2.0 nm is used.
For the second magnetic layer 20 (magnetization free layer), for example, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is used.
For the bias layer 40, Cu (5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm) is used.
Ta / Ru is used for the cap layer 70. The thickness of this Ta layer is 1 nm, for example. The thickness of this Ru layer is 5 nm, for example.

上述した例では、バイアス層40の構造は、図4(b)に示したバイアス層40bの構造を有する。歪検知素子100cに含まれる層のそれぞれには、例えば、図3に示した歪検知素子100aに関して説明した材料を用いることができる。   In the example described above, the structure of the bias layer 40 has the structure of the bias layer 40b shown in FIG. For each of the layers included in the strain sensing element 100c, for example, the materials described with respect to the strain sensing element 100a illustrated in FIG. 3 can be used.

図8(a)〜図8(f)は、磁化固定層の磁化の固着方向、バイアス磁性層の磁化の固着方向、および磁化自由層に加わるバイアス方向を表す模式的断面図である。
図8(a)〜図8(c)は、図3に示した歪検知素子100aを例示する。
図8(d)〜図8(e)は、図7に示した歪検知素子100cを例示する。
図8(a)〜図8(f)では、分離層43を介した磁気結合が正の場合を例に挙げて説明する。
FIG. 8A to FIG. 8F are schematic cross-sectional views showing the magnetization fixed direction of the magnetization fixed layer, the magnetization fixed direction of the bias magnetic layer, and the bias direction applied to the magnetization free layer.
FIG. 8A to FIG. 8C illustrate the strain sensing element 100a illustrated in FIG.
8D to 8E illustrate the strain sensing element 100c illustrated in FIG.
In FIG. 8A to FIG. 8F, the case where the magnetic coupling through the separation layer 43 is positive will be described as an example.

図8(a)は、図4(a)に示したバイアス層40aが設けられる例を示す。
図8(a)に示したバイアス層40aは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)を含む。図8(a)では、第2磁化固定層12の磁化12m、第1磁化固定層11の磁化11m、および第1バイアス磁性層41aの磁化41amの固着が、歪検知素子100dとなる積層体を成形後に、一度の磁界中熱処理により行われる例を示す。図8(a)は、磁界中熱処理が紙面右向き(X軸方向)に磁場を加えて行われる場合の例を示す。
FIG. 8A shows an example in which the bias layer 40a shown in FIG. 4A is provided.
The bias layer 40a shown in FIG. 8A includes a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a). In FIG. 8A, the laminated body in which the magnetization 12m of the second magnetization fixed layer 12, the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11, and the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a becomes the strain sensing element 100d. An example is shown in which a single heat treatment in a magnetic field is performed after molding. FIG. 8A shows an example in which the heat treatment in a magnetic field is performed by applying a magnetic field in the right direction on the paper (X-axis direction).

紙面右向きの磁界中熱処理を行うことにより、ピニング層60に接する第2磁化固定層12の磁化12mは、右向き(X軸方向)に固着される。同時に、バイアスピニング層42に接する第1バイアス磁性層41aの磁化41amは、右向きに固着される。磁気結合層13を介して第2磁化固定層12と隣り合う第1磁化固定層11は、磁気結合層13を介して第2磁化固定層12と反平行に磁気結合する。そのため、第1磁化固定層11の磁化11mは、左向きに固着される。その結果、図8(a)に示す歪検知素子100dでは、第1バイアス磁性層41aから第2磁性層20(磁化自由層)に加えられるバイアス20pの方向は、右向きとなり、第1磁化固定層11の磁化11mの固着方向とは反平行の方向となる。   By performing the heat treatment in the magnetic field rightward on the paper surface, the magnetization 12m of the second magnetization fixed layer 12 in contact with the pinning layer 60 is fixed rightward (X-axis direction). At the same time, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a in contact with the bias pinning layer 42 is fixed to the right. The first magnetization fixed layer 11 adjacent to the second magnetization fixed layer 12 via the magnetic coupling layer 13 is magnetically coupled antiparallel to the second magnetization fixed layer 12 via the magnetic coupling layer 13. Therefore, the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 is fixed to the left. As a result, in the strain sensing element 100d shown in FIG. 8A, the direction of the bias 20p applied from the first bias magnetic layer 41a to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is rightward, and the first magnetization fixed layer 11 is a direction antiparallel to the fixing direction of the magnetization 11m.

図8(b)は、図4(b)に示したバイアス層40bが設けられる例を示す。
図8(b)に示したバイアス層40bは、2層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41aおよび第2バイアス磁性層41b)を含む。図8(a)に表した歪検知素子100dは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)を含むことに対して、図8(b)に表した歪検知素子100eは、2層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41aおよび第2バイアス磁性層41b)を含む。そのため、分離層43を介して第2磁性層20(磁化自由層)と隣り合う第1バイアス磁性層41aの磁化41amは、左向き(−X軸方向)に固着される。これにより、第2磁性層20(磁化自由層)には、左向きのバイアス20pが加えられる。よって、第2磁性層20(磁化自由層)に加わるバイアス20pの方向は、第1磁化固定層11の磁化11mの固着方向と平行の方向となる。
FIG. 8B shows an example in which the bias layer 40b shown in FIG. 4B is provided.
The bias layer 40b shown in FIG. 8B includes two bias magnetic layers (a first bias magnetic layer 41a and a second bias magnetic layer 41b). The strain sensing element 100d shown in FIG. 8A includes a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a), whereas the strain sensing element 100e shown in FIG. A bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a and second bias magnetic layer 41b). Therefore, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a adjacent to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) via the separation layer 43 is fixed to the left (−X axis direction). Thus, a leftward bias 20p is applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer). Therefore, the direction of the bias 20p applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is parallel to the pinning direction of the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11.

図8(c)は、図4(c)に示したバイアス層40cが設けられる例を示す。
図8(c)に示したバイアス層40cは、3層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a、第2バイアス磁性層41b、および第3バイアス磁性層41c)を含む。図8(a)に表した歪検知素子100dは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)を含むことに対して、図8(c)に表した歪検知素子100fは、3層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a、第2バイアス磁性層41b、および第3バイアス磁性層41c)を含む。図8(c)に表した歪検知素子100fのバイアス磁性層の数が奇数であることは、図8(a)に表した歪検知素子100dのバイアス磁性層の数が奇数であることと同じである。そのため、分離層43を介して第2磁性層20(磁化自由層)と隣り合う第1バイアス磁性層41aの磁化41amは、右向きに固着される。第2磁性層20(磁化自由層)には、右向きのバイアス20pが加えられる。よって、第2磁性層20(磁化自由層)に加わるバイアス20pの方向は、第1磁化固定層11の磁化11mの固着方向と反平行の方向となる。
FIG. 8C shows an example in which the bias layer 40c shown in FIG. 4C is provided.
The bias layer 40c shown in FIG. 8C includes three bias magnetic layers (a first bias magnetic layer 41a, a second bias magnetic layer 41b, and a third bias magnetic layer 41c). The strain sensing element 100d illustrated in FIG. 8A includes a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a), whereas the strain sensing element 100f illustrated in FIG. A bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a, second bias magnetic layer 41b, and third bias magnetic layer 41c). The odd number of bias magnetic layers of the strain sensing element 100f shown in FIG. 8C is the same as the odd number of bias magnetic layers of the strain sensing element 100d shown in FIG. 8A. It is. Therefore, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a adjacent to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) via the separation layer 43 is fixed to the right. A rightward bias 20p is applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer). Therefore, the direction of the bias 20p applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is antiparallel to the pinning direction of the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11.

図8(a)〜図8(c)に関して上述した例にて、バイアス磁性層の層数に応じて、第2磁性層20(磁化自由層)に加わるバイアス20pの方向が、第1磁化固定層11の磁化11mと平行または反平行のどちらかに選択される。ここで、バイアス層40による第2磁性層20(磁化自由層)の異方性磁界の向上は、バイアス20pの方向が第1磁化固定層11の磁化11mと平行の場合でも反平行の場合でもどちらでも得ることができる。そして、ゲージファクターを向上させることができる。   In the example described above with reference to FIGS. 8A to 8C, the direction of the bias 20p applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is set to the first magnetization fixed according to the number of bias magnetic layers. It is selected to be either parallel or anti-parallel to the magnetization 11m of the layer 11. Here, the improvement of the anisotropic magnetic field of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) by the bias layer 40 is performed regardless of whether the direction of the bias 20p is parallel to the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 or antiparallel. Either can be obtained. And a gauge factor can be improved.

なお、中間層30に絶縁層が用いられるトンネル型の歪検知素子100の場合には、バイアス20pの方向は、第1磁化固定層11の磁化11mの方向と反平行であることがより好ましい。その理由については、後述する。つまり、2層の磁化固定層(第2磁化固定層12および第1磁化固定層11)を含むシンセティックピン型の歪検知素子100a、100bにバイアス層40を設ける場合には、バイアス層40に含まれるバイアス磁性層の層数を奇数とすることがより好ましい。   In the case of the tunnel-type strain sensing element 100 in which an insulating layer is used for the intermediate layer 30, the direction of the bias 20 p is more preferably antiparallel to the direction of the magnetization 11 m of the first magnetization fixed layer 11. The reason will be described later. That is, when the bias layer 40 is provided in the synthetic pin type strain sensing elements 100a and 100b including the two magnetization fixed layers (the second magnetization fixed layer 12 and the first magnetization fixed layer 11), the bias layer 40 includes the bias layer 40. More preferably, the number of bias magnetic layers is an odd number.

図8(d)は、図4(a)に示したバイアス層40aが設けられる例を示す。
図8(d)に示したバイアス層40aは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)を含む。図8(d)では、第1磁性層10の磁化10mおよび第1バイアス磁性層41aの磁化41amの固着が、歪検知素子100gとなる積層体を成形後に、一度の磁界中熱処理により行われる例を示す。図8(d)は、磁界中熱処理が紙面右向き(X軸方向)に磁場を加えて行われる場合の例を示す。
FIG. 8D shows an example in which the bias layer 40a shown in FIG.
The bias layer 40a shown in FIG. 8D includes a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a). In FIG. 8D, an example in which the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 and the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a are fixed by a single heat treatment in a magnetic field after forming the laminated body that becomes the strain sensing element 100g. Indicates. FIG. 8D shows an example in which the heat treatment in a magnetic field is performed by applying a magnetic field in the right direction (X-axis direction) on the paper surface.

紙面右向きの磁界中熱処理を行うことにより、ピニング層60に接する第1磁性層10の磁化10mは、右向き(X軸方向)に固着される。同時に、バイアスピニング層42に接する第1バイアス磁性層41aの磁化41amは、右向きに固着される。その結果、図8(d)に示す歪検知素子100gでは、第1バイアス磁性層41aから第2磁性層20(磁化自由層)に加えられるバイアス20pの方向は、右向きとなり、第1磁性層10の磁化10mの固着方向と平行の方向となる。   By performing heat treatment in the magnetic field rightward on the paper, the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 in contact with the pinning layer 60 is fixed rightward (X-axis direction). At the same time, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a in contact with the bias pinning layer 42 is fixed to the right. As a result, in the strain sensing element 100g shown in FIG. 8D, the direction of the bias 20p applied from the first bias magnetic layer 41a to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is rightward, and the first magnetic layer 10 The direction is parallel to the fixing direction of the magnetization of 10 m.

図8(e)は、図4(b)に示したバイアス層40bが設けられる例を示す。
図8(e)に示したバイアス層40bは、2層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41aおよび第2バイアス磁性層41b)を含む。図8(d)に表した歪検知素子100gは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)を含むことに対して、図8(e)に表した歪検知素子100hは、2層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41aおよび第2バイアス磁性層41b)を含む。そのため、分離層43を介して第2磁性層20(磁化自由層)と隣り合う第1バイアス磁性層41aの磁化41amは、左向き(−X軸方向)に固着される。これにより、第2磁性層20(磁化自由層)には、左向きのバイアス20pが加えられる。よって、第2磁性層20(磁化自由層)に加わるバイアス20pの方向は、第1磁性層10の磁化10mの固着方向と反平行の方向となる。
FIG. 8E shows an example in which the bias layer 40b shown in FIG. 4B is provided.
The bias layer 40b shown in FIG. 8E includes two bias magnetic layers (a first bias magnetic layer 41a and a second bias magnetic layer 41b). The strain sensing element 100g shown in FIG. 8D includes a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a), whereas the strain sensing element 100h shown in FIG. A bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a and second bias magnetic layer 41b). Therefore, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a adjacent to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) via the separation layer 43 is fixed to the left (−X axis direction). Thus, a leftward bias 20p is applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer). Accordingly, the direction of the bias 20p applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is antiparallel to the fixing direction of the magnetization 10m of the first magnetic layer 10.

図8(f)は、図4(c)に示したバイアス層40cが設けられる例を示す。
図8(f)に示したバイアス層40cは、3層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a、第2バイアス磁性層41b、および第3バイアス磁性層41c)を含む。図8(d)に表した歪検知素子100gは、単層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a)を含むことに対して、図8(f)に表した歪検知素子100iは、3層のバイアス磁性層(第1バイアス磁性層41a、第2バイアス磁性層41b、および第3バイアス磁性層41c)を含む。図8(f)に表した歪検知素子100iのバイアス磁性層の数が奇数であることは、図8(d)に表した歪検知素子100gのバイアス磁性層の数が奇数であることと同じである。そのため、分離層43を介して第2磁性層20(磁化自由層)と隣り合う第1バイアス磁性層41aの磁化41amは、右向きに固着される。第2磁性層20(磁化自由層)には、右向きのバイアス20pが加えられる。よって、第2磁性層20(磁化自由層)に加わるバイアス20pの方向は、第1磁性層10の磁化10mの固着方向と平行の方向となる。
FIG. 8F shows an example in which the bias layer 40c shown in FIG. 4C is provided.
The bias layer 40c shown in FIG. 8F includes three bias magnetic layers (a first bias magnetic layer 41a, a second bias magnetic layer 41b, and a third bias magnetic layer 41c). The strain sensing element 100g shown in FIG. 8D includes a single bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a), whereas the strain sensing element 100i shown in FIG. A bias magnetic layer (first bias magnetic layer 41a, second bias magnetic layer 41b, and third bias magnetic layer 41c). The odd number of bias magnetic layers of the strain sensing element 100i shown in FIG. 8F is the same as the odd number of bias magnetic layers of the strain sensing element 100g shown in FIG. 8D. It is. Therefore, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a adjacent to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) via the separation layer 43 is fixed to the right. A rightward bias 20p is applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer). Therefore, the direction of the bias 20p applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is parallel to the fixing direction of the magnetization 10m of the first magnetic layer 10.

図8(d)〜(f)に示したとおり、シングルピンの磁化固定層を用いる場合には、バイアス層40に含まれるバイアス磁性層の層数が偶数の場合に、バイアス20pの方向は、中間層30と接した第1磁性層10の磁化10mの方向と反平行となる。   As shown in FIGS. 8D to 8F, in the case of using a single pinned pinned layer, when the number of bias magnetic layers included in the bias layer 40 is an even number, the direction of the bias 20p is The first magnetic layer 10 in contact with the intermediate layer 30 is antiparallel to the direction of the magnetization 10 m.

このように、第2磁性層20(磁化自由層)に加わるバイアス20pの方向を、第1磁性層10のうちの中間層30と接する磁化固定層と反平行とする場合には、第1磁性層10の磁化固定層の層数が偶数のときに、バイアス層40に含まれるバイアス磁性層の層数を奇数とする。一方で、第1磁性層10の磁化固定層の層数が奇数のときに、バイアス層40に含まれるバイアス磁性層の層数を偶数とする。   Thus, when the direction of the bias 20p applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is anti-parallel to the magnetization fixed layer in contact with the intermediate layer 30 of the first magnetic layer 10, the first magnetic When the number of magnetization fixed layers of the layer 10 is an even number, the number of bias magnetic layers included in the bias layer 40 is an odd number. On the other hand, when the number of magnetization fixed layers of the first magnetic layer 10 is an odd number, the number of bias magnetic layers included in the bias layer 40 is an even number.

第2磁性層20(磁化自由層)に加わるバイアス20pの方向を、第1磁性層10のうちの中間層30と接する磁化固定層と平行とする場合には、第1磁性層10の磁化固定層の層数が偶数のときに、バイアス層40に含まれるバイアス磁性層の層数を偶数とする。一方で、第1磁性層10の磁化固定層の層数が奇数のときに、バイアス層40に含まれるバイアス磁性層の層数を奇数とする。
なお、バイアス層は、4層以上のバイアス磁性層を含んでいてもよい。
When the direction of the bias 20p applied to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is parallel to the magnetization fixed layer in contact with the intermediate layer 30 of the first magnetic layer 10, the magnetization of the first magnetic layer 10 is fixed. When the number of layers is an even number, the number of bias magnetic layers included in the bias layer 40 is an even number. On the other hand, when the number of magnetization fixed layers of the first magnetic layer 10 is an odd number, the number of bias magnetic layers included in the bias layer 40 is an odd number.
The bias layer may include four or more bias magnetic layers.

実施形態に係る第1の実施例として、下記の構造を有する歪検知素子100を作製する。
(第1の実施例)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
ピニング層60:Ir22Mn78(7nm)
第2磁化固定層12:Co75Fe25(2.5nm)
磁気結合層13:Ru(0.9nm)
第1磁化固定層11:Co40Fe4020(3nm)
中間層30:MgO(2nm)
第2磁性層20(磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
バイアス層40:Cu(5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)
キャップ層70:Cu(1nm)/Ta(2nm)/Ru(5nm)
第1の実施例の歪検知素子100の構造は、図3に示した歪検知素子100aの構造と同様である。バイアス層40の構造は、図4(b)に示したバイアス層40bの構造と同様である。つまり、第1の実施例のバイアス層40は、分離層43/第1バイアス磁性層41a/第1磁気結合層44a/第2バイアス磁性層41b/バイアスピニング層42の構造を有する。
As a first example according to the embodiment, a strain sensing element 100 having the following structure is manufactured.
(First embodiment)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Pinning layer 60: Ir 22 Mn 78 (7 nm)
Second magnetization fixed layer 12: Co 75 Fe 25 (2.5 nm)
Magnetic coupling layer 13: Ru (0.9 nm)
First magnetization fixed layer 11: Co 40 Fe 40 B 20 (3 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Second magnetic layer 20 (magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Bias layer 40: Cu (5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm)
Cap layer 70: Cu (1 nm) / Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
The structure of the strain sensing element 100 of the first embodiment is the same as the structure of the strain sensing element 100a shown in FIG. The structure of the bias layer 40 is the same as the structure of the bias layer 40b shown in FIG. That is, the bias layer 40 of the first embodiment has a structure of separation layer 43 / first bias magnetic layer 41a / first magnetic coupling layer 44a / second bias magnetic layer 41b / bias pinning layer.

第1の比較例として、下記の構造を有する歪検知素子を作製する。
(比較例1)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
ピニング層60:Ir22Mn78(7nm)
第2磁化固定層12:Co75Fe25(2.5nm)
磁気結合層13:Ru(0.9nm)
第1磁化固定層11:Co40Fe4020(3nm)
中間層30:MgO(2nm)
第2磁性層20(磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
キャップ層70:Cu(10nm)/Ta(2nm)/Ru(5nm)
第1の比較例では、バイアス層40は設けられていない。
第1の実施例の積層体および第1の比較例の積層体については、成形後、320℃1Hで6500エルステッド(Oe)の磁界印加中でのアニールを行う。これにより、第2磁化固定層11の磁化12mおよび第1磁化固定層11の磁化11mの固着を行う。第1の実施例においては、第1バイアス磁性層41aの磁化41amおよび第2バイアス磁性層41bの磁化41bmの固着を行う。
As a first comparative example, a strain sensing element having the following structure is manufactured.
(Comparative Example 1)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Pinning layer 60: Ir 22 Mn 78 (7 nm)
Second magnetization fixed layer 12: Co 75 Fe 25 (2.5 nm)
Magnetic coupling layer 13: Ru (0.9 nm)
First magnetization fixed layer 11: Co 40 Fe 40 B 20 (3 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Second magnetic layer 20 (magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Cap layer 70: Cu (10 nm) / Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
In the first comparative example, the bias layer 40 is not provided.
The laminated body of the first example and the laminated body of the first comparative example are annealed after molding in a magnetic field of 6500 oersted (Oe) at 320 ° C. and 1 H. Thereby, the magnetization 12m of the second magnetization fixed layer 11 and the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 are fixed. In the first embodiment, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a and the magnetization 41bm of the second bias magnetic layer 41b are fixed.

図9(a)〜図9(d)は、第1の実施例および第1の比較例の積層体の素子加工前の磁気特性の結果の例を示すグラフ図である。
図9(a)は、第1の実施例において、磁界中熱処理を行う方向に磁場をかける場合を正の磁場として評価したBHループの例を表す。図9(b)は、第1の実施例において、磁界中熱処理方向と面内で垂直方向に磁場を印加して評価したBHループの例を表す。図9(c)は、第1の比較例において、磁界中熱処理を行う方向に磁場をかける場合を正の磁場として評価したBHループの例を表す。図9(d)は、第1の比較例において、磁界中熱処理方向と面内で垂直方向に磁場を印加して評価したBHループの例を表す。
FIG. 9A to FIG. 9D are graphs showing examples of results of magnetic characteristics before element processing of the laminates of the first example and the first comparative example.
FIG. 9A shows an example of a BH loop in which the case where a magnetic field is applied in the direction in which the heat treatment in a magnetic field is performed is evaluated as a positive magnetic field in the first embodiment. FIG. 9B shows an example of a BH loop evaluated in the first embodiment by applying a magnetic field in the direction perpendicular to the heat treatment direction in the magnetic field and in the plane. FIG. 9C illustrates an example of a BH loop in which a case where a magnetic field is applied in a direction in which heat treatment in a magnetic field is performed is evaluated as a positive magnetic field in the first comparative example. FIG. 9D shows an example of a BH loop evaluated in the first comparative example by applying a magnetic field in the direction perpendicular to the heat treatment direction in the magnetic field and in the plane.

図9(a)に表したBHループでは、角型性のよい磁化容易軸のループ形状が得られている。図9(b)に表したBHループでは、典型的な磁化困難軸のループ形状が得られている。この結果より、第2磁性層20(磁化自由層)には、磁界中熱処理方向を容易軸とした面内の誘導磁気異方性が得られていることがわかる。図9(a)に表したBHループより、第2磁性層20(磁化自由層)のヒステリシスループは、正の磁場方向に4.7OeのHshiftが確認される。これは、バイアス層40によって、マイナス磁場側にバイアス20pが加わっているため、第2磁性層20(磁化自由層)を反転するために4.7Oe分プラス側の磁場が必要になっていることを意味する。この誘導磁気異方性の強さと関係する、図9(b)に表したBHループから算出される異方性磁界Hは、22.5Oeと見積もられる。これにより、第1の比較例に対してバイアス層40を設けることで異方性磁界が向上していることが確認される。図9(a)に表したBHループから見積もられる保磁力Hは、3.7Oeである。磁歪定数は、20ppmである。磁歪定数については、第1の比較例と同等の値が見積もられる。 In the BH loop shown in FIG. 9A, a loop shape of an easy magnetization axis with good squareness is obtained. In the BH loop shown in FIG. 9B, a loop shape with a typical hard axis is obtained. From this result, it is understood that in-plane induced magnetic anisotropy is obtained in the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) with the heat treatment direction in the magnetic field as the easy axis. From the BH loop shown in FIG. 9A, the hysteresis loop of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) confirms H shift of 4.7 Oe in the positive magnetic field direction. This is because a bias 20p is applied to the negative magnetic field side by the bias layer 40, so that a positive magnetic field of 4.7 Oe is required to reverse the second magnetic layer 20 (magnetization free layer). Means. The anisotropic magnetic field H k calculated from the BH loop shown in FIG. 9B, which is related to the strength of the induced magnetic anisotropy, is estimated to be 22.5 Oe. Thereby, it is confirmed that the anisotropic magnetic field is improved by providing the bias layer 40 with respect to the first comparative example. Coercivity H c estimated from BH loop shown in FIG. 9 (a) is a 3.7Oe. The magnetostriction constant is 20 ppm. About a magnetostriction constant, the value equivalent to a 1st comparative example is estimated.

図9(c)に表したBHループでは、角型性のよい磁化容易軸のループ形状が得られている。図9(d)に表したBHループでは、典型的な磁化困難軸のループ形状が得られている。この結果より、第2磁性層20(磁化自由層)には、磁界中熱処理方向を容易軸とした面内の誘導磁気異方性が得られていることがわかる。この誘導磁気異方性の強さと関係する、図9(d)に表したBHループから算出される異方性磁界Hは、18.3Oeと見積もられる。図9(c)に表したBHループから、第1の比較例の第2磁性層20(磁化自由層)の保磁力Hは、3.7Oeと見積もられる。保磁力Hは、磁化回転の容易さを示す特性指標である。3.7Oeの保磁力Hは、逆磁歪効果による磁化回転が十分に起こりやすい値といえる。なお、第1の比較例の磁歪定数を評価した結果、その磁歪定数は、20ppmである。この値は、歪に対する磁化回転を引き起こすのに十分高い値といえる。 In the BH loop shown in FIG. 9C, a loop shape of an easy magnetization axis with good squareness is obtained. In the BH loop shown in FIG. 9D, a typical loop shape of a hard axis is obtained. From this result, it is understood that in-plane induced magnetic anisotropy is obtained in the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) with the heat treatment direction in the magnetic field as the easy axis. The anisotropy magnetic field H k calculated from the BH loop shown in FIG. 9D, which is related to the strength of the induced magnetic anisotropy, is estimated to be 18.3 Oe. From BH loop shown in FIG. 9 (c), the coercive force H c of the second magnetic layer 20 (free magnetic layer) of the first comparative example is estimated to 3.7Oe. The coercive force Hc is a characteristic index indicating the ease of magnetization rotation. Coercivity H c of 3.7Oe, the magnetization rotation by the reverse magnetostrictive effect can be said to likely value sufficiently. As a result of evaluating the magnetostriction constant of the first comparative example, the magnetostriction constant is 20 ppm. This value can be said to be a sufficiently high value to cause magnetization rotation with respect to strain.

図9(a)〜図9(d)の結果より、第1の実施例の第2磁性層20(磁化自由層)の構成は、第1の比較例の第2磁性層20(磁化自由層)の構成と同じである。第1実施例の保磁力Hは、第1の比較例の保磁力Hと略同じである。第1実施例の磁歪定数は、第1の比較例の磁歪定数と略同じである。一方で、第1の実施例では、バイアス層40を設けることによって、第1の比較例に比べて、異方性磁界Hが向上していることがわかる。 From the results of FIGS. 9A to 9D, the configuration of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) of the first example is the same as that of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) of the first comparative example. ). Coercivity H c of the first embodiment is substantially the same as the coercive force H c of the first comparative example. The magnetostriction constant of the first example is substantially the same as the magnetostriction constant of the first comparative example. On the other hand, in the first example, it can be seen that by providing the bias layer 40, the anisotropic magnetic field Hk is improved as compared with the first comparative example.

第1の実施例1および第1の比較例の積層体をフォトリソグラフィおよびミリングによって垂直通電素子に加工する。垂直通電素子の素子サイズについては、20μm×20μmとする。   The laminated bodies of the first example 1 and the first comparative example are processed into vertical energization elements by photolithography and milling. The element size of the vertical energization element is 20 μm × 20 μm.

図10(a)〜図10(e)は、第1の実施例の歪検知素子100の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。
図10(a)〜図10(e)に示す歪センサ特性の評価については、基板ベンディング法により行う。試作する歪検知素子100のウェーハを短冊状にカットしたウェーハ(短冊ウェーハ)を、ナイフエッジによる4点ベンディング法により歪印加を行う。短冊ウェーハを曲げるナイフエッジにロードセルを組み込んでおり、そのロードセルにて計測された荷重により、ウェーハ表面の歪検知素子100に加わる歪を計算する。歪の計算には、次式で表される一般的な2辺支持梁の理論式を用いる。

Figure 2018006769
FIG. 10A to FIG. 10E are graphs showing examples of results of strain sensor characteristics of the strain sensing element 100 of the first embodiment.
The evaluation of the strain sensor characteristics shown in FIGS. 10A to 10E is performed by the substrate bending method. Strain is applied to a wafer (strip wafer) obtained by cutting the wafer of the strain sensing element 100 to be prototyped into a strip shape by a four-point bending method using a knife edge. A load cell is incorporated in a knife edge that bends the strip wafer, and a strain applied to the strain sensing element 100 on the wafer surface is calculated by a load measured by the load cell. For the calculation of strain, a general theoretical formula of a two-side support beam represented by the following formula is used.

Figure 2018006769

式1中において、eは、ウェーハのヤング率を表す。Lは、外側ナイフエッジのエッジ間長を表す。Lは、内側ナイフエッジのエッジ間長を表す。Wは、短冊ウェーハの幅を表す。tは、短冊ウェーハの厚みを表す。Gは、ナイフエッジに加える荷重を表す。ナイフエッジに加わる荷重については、モーター制御で連続的に変化させることができる。 In formula 1, e s represents the Young's modulus of the wafer. L 1 represents the edge-to-edge length of the outer knife edge. L 2 represents an edge length between the inner knife edge. W represents the width of the strip wafer. t represents the thickness of the strip wafer. G represents the load applied to the knife edge. The load applied to the knife edge can be continuously changed by motor control.

歪印加の方向については、同一平面内で第1磁化固定層11の磁化11mの方向と垂直な方向に加える。本願明細書において、正の値の歪は引張歪であり、負の値の歪は圧縮歪である。   The direction of strain application is applied in a direction perpendicular to the direction of the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 in the same plane. In the present specification, a positive value strain is a tensile strain, and a negative value strain is a compressive strain.

図10(a)に表した例では、素子サイズが20μm×20μmの第1の実施例の歪検知素子100について、歪検知素子100に加わる歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で、0.2(%0)刻みで固定値として設定する。図10(a)は、それぞれの歪で電気抵抗の磁場依存性を測定した結果の例をそれぞれ示している。測定時の外部磁場方向は、第2磁化固定層12と平面内で平行な方向に加えられている。正の外部磁場は、第2磁化固定層12の磁化12mと反対側に磁場を加える場合である。図10(a)より、印加歪の値によりR−Hループ形状が変化していることがわかる。これは、逆磁歪効果によって、第2磁性層20(磁化自由層)の面内磁気異方性が変化していることを示している。   In the example shown in FIG. 10A, with respect to the strain sensing element 100 of the first embodiment having an element size of 20 μm × 20 μm, the strain applied to the strain sensing element 100 is −0.8 (% 0) or more and 0.8. Between (% 0) and below, it is set as a fixed value in increments of 0.2 (% 0). FIG. 10A shows an example of the result of measuring the magnetic field dependence of electrical resistance at each strain. The external magnetic field direction at the time of measurement is applied in a direction parallel to the second magnetization fixed layer 12 in a plane. The positive external magnetic field is a case where a magnetic field is applied to the opposite side to the magnetization 12 m of the second magnetization fixed layer 12. FIG. 10A shows that the RH loop shape changes depending on the value of applied strain. This indicates that the in-plane magnetic anisotropy of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is changed by the inverse magnetostriction effect.

図10(b)〜図10(e)は、第1の実施例の歪検知素子100について、外部磁場を固定し、歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で連続的に掃引する場合の電気抵抗の変化を示す。歪については、−0.8(%0)から0.8(%0)へ掃引させ、続いて、0.8(%0)から−0.8(%0)へ掃引させる。これらの結果が、歪センサ特性を示している。図10(b)では、15Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図10(c)では、10Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図10(d)では、7.5Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図10(e)では、5Oeの外部磁場を加えて評価を行う。   FIG. 10B to FIG. 10E show the strain sensing element 100 of the first embodiment with an external magnetic field fixed and a strain of −0.8 (% 0) to 0.8 (% 0). The change of the electrical resistance when sweeping continuously between is shown. The distortion is swept from −0.8 (% 0) to 0.8 (% 0), and then from 0.8 (% 0) to −0.8 (% 0). These results show the strain sensor characteristics. In FIG. 10B, evaluation is performed by applying an external magnetic field of 15 Oe. In FIG. 10C, the evaluation is performed by applying an external magnetic field of 10 Oe. In FIG. 10D, the evaluation is performed by applying an external magnetic field of 7.5 Oe. In FIG. 10E, an evaluation is performed by applying an external magnetic field of 5 Oe.

実施形態の歪検知素子100では、適切なバイアス磁界を加えることで高いゲージファクターを得ることができる。外部磁界については、後述するハードバイアスを歪検知素子100の側壁に設けることによっても加えることができる。第1の実施例の歪検知素子100では、簡易的に外部磁場をコイルによって与えて評価する。図10(b)〜図10(e)より、第1の実施例の各バイアス磁界におけるゲージファクターを、歪に対する電気抵抗の変化から見積もる。   In the strain sensing element 100 of the embodiment, a high gauge factor can be obtained by applying an appropriate bias magnetic field. The external magnetic field can also be applied by providing a hard bias described later on the side wall of the strain sensing element 100. In the strain sensing element 100 of the first embodiment, an external magnetic field is simply applied by a coil for evaluation. From FIG. 10B to FIG. 10E, the gauge factor in each bias magnetic field of the first embodiment is estimated from the change in electrical resistance with respect to strain.

ゲージファクターは、次式で表される。

GF=(dR/R)/dε ・・・式(2)

図10(b)より、第1の実施例において、外部磁界が15Oeであるときのゲージファクターは、1642である。図10(c)より、第1の実施例において、外部磁界が10Oeであるときのゲージファクターは、2147である。図10(d)より、第1の実施例において、外部磁界が7.5Oeであるときのゲージファクターは、3063である。
The gauge factor is expressed by the following equation.

GF = (dR / R) / dε Equation (2)

As shown in FIG. 10B, in the first embodiment, the gauge factor when the external magnetic field is 15 Oe is 1642. From FIG. 10C, in the first example, the gauge factor when the external magnetic field is 10 Oe is 2147. From FIG. 10D, in the first embodiment, the gauge factor when the external magnetic field is 7.5 Oe is 3063.

一方で、図10(e)に示すように、外部磁界が6Oeのときにおいては、歪を、−0.8(%0)から0.8(%0)へ掃引させ、続いて、0.8(%0)から−0.8(%0)へ掃引させるときの電気抵抗の変化は、非可逆である。この結果より、第1の実施例では、バイアス磁界が7.5Oeの場合に、最大ゲージファクター(3063)が得られる。   On the other hand, as shown in FIG. 10E, when the external magnetic field is 6 Oe, the strain is swept from −0.8 (% 0) to 0.8 (% 0). The change in electrical resistance when sweeping from 8 (% 0) to -0.8 (% 0) is irreversible. From this result, in the first example, the maximum gauge factor (3063) is obtained when the bias magnetic field is 7.5 Oe.

図11(a)〜図11(e)は、第1の比較例の歪検知素子の歪センサ評価結果の例を示すグラフ図である。
図11(a)に表した例では、素子サイズが20μm×20μmの第1の比較例の歪検知素子について、歪検知素子に加わる歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で、0.2(%0)刻みで固定値として設定する。図11(a)は、それぞれの歪で電気抵抗の磁場依存性を測定した結果の例をそれぞれ示している。図11(a)においても図10(a)と同様に、印加歪の値によりR−Hループ形状が変化していることがわかる。これは、逆磁歪効果によって、第2磁性層20(磁化自由層)の面内磁気異方性が変化していることを示している。
Fig.11 (a)-FIG.11 (e) are graphs which show the example of the strain sensor evaluation result of the strain sensing element of a 1st comparative example.
In the example shown in FIG. 11A, the strain applied to the strain sensing element is −0.8 (% 0) or more and 0.8 (%) for the strain sensing element of the first comparative example having an element size of 20 μm × 20 μm. 0) is set as a fixed value in increments of 0.2 (% 0) between the following. FIG. 11A shows examples of results obtained by measuring the magnetic field dependence of electrical resistance at each strain. 11A also shows that the RH loop shape changes depending on the value of applied strain, as in FIG. 10A. This indicates that the in-plane magnetic anisotropy of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is changed by the inverse magnetostriction effect.

図11(b)〜図11(e)は、第1の比較例の検知素子について、外部磁場を固定し、歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で連続的に掃引する場合の電気抵抗の変化を示す。図11(b)では、15Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図11(c)では、10Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図11(d)では、7.5Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図11(e)では、5Oeの外部磁場を加えて評価を行う。   FIG. 11B to FIG. 11E show the detection element of the first comparative example with an external magnetic field fixed and a strain between −0.8 (% 0) and 0.8 (% 0). Shows the change in electrical resistance when sweeping continuously. In FIG. 11B, evaluation is performed by applying an external magnetic field of 15 Oe. In FIG. 11C, evaluation is performed by applying an external magnetic field of 10 Oe. In FIG. 11D, the evaluation is performed by applying an external magnetic field of 7.5 Oe. In FIG. 11E, the evaluation is performed by applying an external magnetic field of 5 Oe.

図11(b)より、第1の比較例において、外部磁界が15Oeであるときのゲージファクターは、1357である。図11(c)より、第1の比較例において、外部磁界が10Oeであるときのゲージファクターは、1580である。図11(d)より、外部磁界が7.5Oeであるときのゲージファクターは、2087である。   From FIG. 11B, in the first comparative example, the gauge factor when the external magnetic field is 15 Oe is 1357. From FIG. 11C, in the first comparative example, the gauge factor when the external magnetic field is 10 Oe is 1580. As shown in FIG. 11D, the gauge factor when the external magnetic field is 7.5 Oe is 2087.

一方で、図11(e)示すように、外部磁界が5Oeのときにおいては、−0.8(%0)から0.8(%0)へ掃引させ、続いて、0.8(%0)から−0.8(%0)へ掃引させるときの電気抵抗の変化は、非可逆である。この結果より、第1の実施例では、バイアス磁界が7.5Oeの場合に、最大ゲージファクター(2087)が得られる。   On the other hand, as shown in FIG. 11 (e), when the external magnetic field is 5 Oe, sweeping is performed from −0.8 (% 0) to 0.8 (% 0), and then 0.8 (% 0). ) To −0.8 (% 0), the change in electrical resistance is irreversible. From this result, in the first example, the maximum gauge factor (2087) is obtained when the bias magnetic field is 7.5 Oe.

図10(a)〜図10(e)および図11(a)〜図11(e)の結果より、バイアス層40が設けられた第1の実施例では、第1の比較例と比較して、高いゲージファクターが確認される。   From the results of FIGS. 10A to 10E and FIGS. 11A to 11E, the first example in which the bias layer 40 is provided is compared with the first comparative example. A high gauge factor is confirmed.

図12は、様々なバイアス磁界におけるゲージファクターの評価結果の例を表すグラフ図である。
図10(a)〜図10(e)および図11(a)〜図11(e)に関して上述した結果を考察するために、第1の実施例と第1の比較例について、様々なバイアス磁界でゲージファクターを評価する。図12のグラフ図の横軸は、評価に用いるバイアス磁界と、図10(a)および図11(a)のゼロ歪におけるRHループのHshiftと、の差分を表す。
FIG. 12 is a graph showing examples of evaluation results of gauge factors in various bias magnetic fields.
In order to consider the results described above with respect to FIGS. 10 (a) -10 (e) and 11 (a) -11 (e), various bias magnetic fields are used for the first example and the first comparative example. Use to evaluate the gauge factor. The horizontal axis of the graph of FIG. 12 represents the difference between the bias magnetic field used for evaluation and the H shift of the RH loop at zero strain in FIGS. 10 (a) and 11 (a).

実施形態に係る歪検知素子100では、ゼロ歪におけるRHループのヒステリシスループの中央位置(Hshiftの位置)に相対的に近い磁界において、相対的に高いゲージファクターが得られる。これは、図10(a)および図11(a)に示すように、異なる歪を印加して評価したRHループの形状からわかる。すなわち、H−Hshiftが小さくなるバイアス磁界を加えると、より高いゲージファクターが得られる。 In the strain sensing element 100 according to the embodiment, a relatively high gauge factor can be obtained in a magnetic field that is relatively close to the center position (H shift position) of the hysteresis loop of the RH loop at zero strain. This can be seen from the shape of the RH loop evaluated by applying different strains, as shown in FIGS. 10 (a) and 11 (a). That is, a higher gauge factor can be obtained by applying a bias magnetic field that reduces H-H shift .

図12に表した曲線CL2からわかるように、第1の比較例では、H−Hshiftが5.5Oe付近でゲージファクターの最大値(2087)が得られる。5.5Oe以下のバイアス磁界では、歪に対する第2磁性層の磁化の動きは、非可逆となる。一方、図12に表した曲線CL1からわかるように、第1の実施例では、H−Hshiftが1.5Oe付近において、可逆な歪センサ特性が得られる。その結果、H−Hshiftが1.5Oe付近において、ゲージファクターの最大値(3063)が得られる。第1の実施例のゲージファクターの最大値(3063)は、第1の比較例のゲージファクターの最大値(2087)よりも大きい。このように、バイアス層40を設けることによって、可逆な歪センサ特性が得られるバイアス磁界を低減することができ、ゲージファクターが向上することが確認される。 As can be seen from the curve CL2 shown in FIG. 12, in the first comparative example, the maximum value (2087) of the gauge factor is obtained when H-H shift is around 5.5 Oe. With a bias magnetic field of 5.5 Oe or less, the magnetization movement of the second magnetic layer with respect to strain becomes irreversible. On the other hand, as can be seen from the curve CL1 shown in FIG. 12, in the first embodiment, reversible strain sensor characteristics are obtained when H-H shift is around 1.5 Oe. As a result, the maximum gauge factor (3063) is obtained when H-H shift is around 1.5 Oe. The maximum value (3063) of the gauge factor of the first example is larger than the maximum value (2087) of the gauge factor of the first comparative example. Thus, by providing the bias layer 40, it is confirmed that the bias magnetic field that can provide reversible strain sensor characteristics can be reduced, and the gauge factor is improved.

バイアス層40を設けることにより歪センサ特性の可逆性を向上させることができる原理について、図面を参照しつつ説明する。
図13(a)〜図13(f)は、実施形態の磁化自由層の自由エネルギーの面内角度依存性を表す模式図である。
図14(a)〜図14(f)は、比較例の磁化自由層の自由エネルギーの面内角度依存性を表す模式図である。
The principle that the reversibility of the strain sensor characteristics can be improved by providing the bias layer 40 will be described with reference to the drawings.
FIG. 13A to FIG. 13F are schematic views showing the in-plane angle dependence of the free energy of the magnetization free layer of the embodiment.
FIG. 14A to FIG. 14F are schematic views showing the in-plane angle dependence of the free energy of the magnetization free layer of the comparative example.

図13(a)、図13(c)、図13(e)、図14(a)、図14(c)および図14(e)は、磁化自由層の自由エネルギーの面内角度依存性を表すグラフ図である。図13(b)、図13(d)、図13(f)、図14(b)、図14(d)および図14(f)は、磁化自由層の磁化および磁化自由層に生ずる歪を例示する。   13 (a), 13 (c), 13 (e), 14 (a), 14 (c) and 14 (e) show the in-plane angle dependence of the free energy of the magnetization free layer. FIG. FIG. 13B, FIG. 13D, FIG. 13F, FIG. 14B, FIG. 14D, and FIG. 14F show the magnetization of the magnetization free layer and the strain generated in the magnetization free layer. Illustrate.

図13(a)〜図13(f)および図14(a)〜図14(f)に表した例では、第1磁性層10(磁化固定層)の磁化10mと平行方向を0°と定義し、反平行方向を180°と定義する。図9(a)〜図9(d)に関して説明したように、第2磁性層20(磁化自由層)は、磁界中熱処理による誘導磁気異方性によって、0°、180°方向を磁化容易軸MA1とし、90°、270°を磁化困難軸MA2とする面内の磁気異方性を有する。これは、図13(a)に示すとおり、第1の磁性層10の磁化10mと第2磁性層20の磁化20mとの間の相対角度が90°(もしくは270°)である場合に、第2磁性層20(磁化自由層)の自由エネルギーが最大となる分布を持つことを意味する。   In the examples shown in FIGS. 13A to 13F and FIGS. 14A to 14F, the direction parallel to the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 (magnetization fixed layer) is defined as 0 °. The antiparallel direction is defined as 180 °. As described with reference to FIGS. 9A to 9D, the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) has an easy magnetization axis in the directions of 0 ° and 180 ° due to induced magnetic anisotropy by heat treatment in a magnetic field. It has an in-plane magnetic anisotropy with MA1 and 90 ° and 270 ° as the hard axis MA2. This is because, as shown in FIG. 13A, when the relative angle between the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 and the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 is 90 ° (or 270 °), 2 means that the free energy of the magnetic layer 20 (magnetization free layer) has a maximum distribution.

図13(a)および図13(b)に示すとおり、第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mfを180°に設定する。図13(c)〜図13(f)を参照しつつ、第2磁性層20に応力を加える場合において、自由エネルギーの変化による磁化20mの回転の様子を説明する。図13(c)に表した曲線CL3が曲線CL4に変化するように、90°(もしくは270°)方向に引張応力tsを加えると、0°、180°方向における磁歪エネルギーによる自由エネルギーの増大が起こる。すると、第2磁性層20の磁化20mは、180°から90°(もしくは270°)方向に変化する。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the initial magnetization 20mf of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is set to 180 °. With reference to FIGS. 13C to 13F, the state of rotation of the magnetization 20m due to a change in free energy when stress is applied to the second magnetic layer 20 will be described. When a tensile stress ts is applied in the 90 ° (or 270 °) direction so that the curve CL3 shown in FIG. 13C changes to the curve CL4, the free energy increases due to magnetostrictive energy in the 0 ° and 180 ° directions. Occur. Then, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 changes from 180 ° to 90 ° (or 270 °).

図13(a)および図13(b)において曲線CL3で示した誘導磁気異方性のエネルギー分布のピークの高さPH1は、前述した異方性磁界Hに比例する。図13(a)、図13(c)および図13(e)に表したように、異方性磁界Hがある程度大きい場合には、90°付近の誘導磁気異方性のエネルギー分布のピークの高さPH1が十分に大きい。そのため、引張応力tsによって180°から90°付近に変化した第2磁性層20の磁化20mは、引張応力tsを取り除くと180°に戻りやすい。すなわち、歪に対する電気抵抗変化の可逆性が高まる。 FIGS. 13 (a) and 13 (b) in the peak of the energy distribution of the induced magnetic anisotropy indicated by curve CL3 height PH1 is proportional to the anisotropy field H k as described above. As shown in FIGS. 13A, 13C, and 13E, when the anisotropic magnetic field H k is large to some extent, the peak of the energy distribution of induced magnetic anisotropy near 90 °. The height PH1 is sufficiently large. Therefore, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 that has changed from 180 ° to around 90 ° due to the tensile stress ts tends to return to 180 ° when the tensile stress ts is removed. That is, the reversibility of the electrical resistance change with respect to strain is increased.

これに対して、図14(c)に示すとおり、異方性磁界Hが低い場合、第2磁性層20の磁化20mは、90°付近の誘導磁気異方性のエネルギー分布のピークの高さPH2を通り越し、引張応力tsを取り除いた後に180°に戻らず0°にいく成分を有する。これが、図10(e)、図11(e)および12に関して説明した、歪に対して電気抵抗変化が非可逆となる状況に対応する。 On the other hand, as shown in FIG. 14C, when the anisotropic magnetic field Hk is low, the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 has a high peak of the energy distribution of induced magnetic anisotropy near 90 °. It has a component that passes through PH2 and goes to 0 ° without returning to 180 ° after removing the tensile stress ts. This corresponds to the situation described with reference to FIGS. 10 (e), 11 (e) and 12 where the change in electrical resistance is irreversible with respect to strain.

第1の実施例と第1の比較例との間の比較で、バイアス層40を設けて異方性磁界Hを向上させた第1の実施例の磁歪定数、保磁力HおよびMR変化率が第1の比較例の磁歪定数、保磁力HおよびMR変化率とそれぞれ同等であるのにもかかわらず、第1の実施例のゲージファクターが高い値を示したのは、図13(a)〜図14(f)にて説明した原理に基づくと考えられる。すなわち、第1の実施例のゲージファクターが高い値を示したのは、異方性磁界Hの向上によって、余分なバイアス磁界が無くとも可逆な歪センサ特性が得られるためであると考えられる。 Compare, magnetostriction constant of the first embodiment with an improved anisotropy field H k is provided a bias layer 40, the coercivity H c and MR change between the first embodiment and the first comparative example rate magnetostriction constant of the first comparative example, in spite of the respective coercivity H c and MR ratio equal, the gauge factor of the first embodiment has a high value is 13 ( a) to based on the principle described in FIG. That is, the gauge factor of the first embodiment has a high value, depending on the improvement of the anisotropy field H k, presumably because reversible strain sensor characteristics can be obtained even without extra bias magnetic field .

実施形態に係る第2〜4の実施例として、下記の構造を有する歪検知素子100を作製する。
(第2の実施例)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
ピニング層60:Ir22Mn78(7nm)
第2磁化固定層12:Co75Fe25(2.5nm)
磁気結合層13:Ru(0.9nm)
第1磁化固定層11:Co40Fe4020(3nm)
中間層30:MgO(2nm)
第2磁性層20(磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
バイアス層40:Cu(2.4nm〜5nm)/Fe50Co50(3nm)/IrMn(7nm)
キャップ層70:Cu(1nm)/Ta(2nm)/Ru(5nm)
(第3の実施例)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
ピニング層60:Ir22Mn78(7nm)
第2磁化固定層12:Co75Fe25(2.5nm)
磁気結合層13:Ru(0.9nm)
第1磁化固定層11:Co40Fe4020(3nm)
中間層30:MgO(2nm)
第2磁性層20(磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
バイアス層40:Cu(2.4nm〜5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)
キャップ層70:Cu(1nm)/Ta(2nm)/Ru(5nm)
(第4の実施例)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
ピニング層60:Ir22Mn78(7nm)
第2磁化固定層12:Co75Fe25(2.5nm)
磁気結合層13:Ru(0.9nm)
第1磁化固定層11:Co40Fe4020(3nm)
中間層30:MgO(2nm)
第2磁性層20(磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
バイアス層40:Cu(2.4nm〜5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(4nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)
キャップ層70:Cu(1nm)/Ta(2nm)/Ru(5nm)
第3の実施例の歪検知素子100の構造は、第1の実施例のように、図3に示した歪検知素子100aの構造と同様である。バイアス層40の構造は、図4(b)に示したバイアス層40bの構造と同様である。つまり、第3の実施例のバイアス層40は、分離層43/第1バイアス磁性層41a/第1磁気結合層44a/第2バイアス磁性層41b/バイアスピニング層42の構造を有する。
As the second to fourth examples according to the embodiment, a strain sensing element 100 having the following structure is manufactured.
(Second embodiment)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Pinning layer 60: Ir 22 Mn 78 (7 nm)
Second magnetization fixed layer 12: Co 75 Fe 25 (2.5 nm)
Magnetic coupling layer 13: Ru (0.9 nm)
First magnetization fixed layer 11: Co 40 Fe 40 B 20 (3 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Second magnetic layer 20 (magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Bias layer 40: Cu (2.4 nm to 5 nm) / Fe 50 Co 50 (3 nm) / IrMn (7 nm)
Cap layer 70: Cu (1 nm) / Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
(Third embodiment)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Pinning layer 60: Ir 22 Mn 78 (7 nm)
Second magnetization fixed layer 12: Co 75 Fe 25 (2.5 nm)
Magnetic coupling layer 13: Ru (0.9 nm)
First magnetization fixed layer 11: Co 40 Fe 40 B 20 (3 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Second magnetic layer 20 (magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Bias layer 40: Cu (2.4 nm to 5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm)
Cap layer 70: Cu (1 nm) / Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
(Fourth embodiment)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Pinning layer 60: Ir 22 Mn 78 (7 nm)
Second magnetization fixed layer 12: Co 75 Fe 25 (2.5 nm)
Magnetic coupling layer 13: Ru (0.9 nm)
First magnetization fixed layer 11: Co 40 Fe 40 B 20 (3 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Second magnetic layer 20 (magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Bias layer 40: Cu (2.4 nm to 5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (4 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm)
Cap layer 70: Cu (1 nm) / Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
The structure of the strain sensing element 100 of the third embodiment is the same as the structure of the strain sensing element 100a shown in FIG. 3 as in the first embodiment. The structure of the bias layer 40 is the same as the structure of the bias layer 40b shown in FIG. That is, the bias layer 40 of the third embodiment has a structure of separation layer 43 / first bias magnetic layer 41a / first magnetic coupling layer 44a / second bias magnetic layer 41b / bias pinning layer.

第2の実施例の歪検知素子100の構造は、図3に示した歪検知素子100aの構造と同様である。バイアス層40の構造は、図4(a)に示したバイアス層40aの構造と同様である。つまり、第2の実施例のバイアス層40は、分離層43/第1バイアス磁性層41a/バイアスピニング層42の構造を有する。   The structure of the strain sensing element 100 of the second embodiment is the same as the structure of the strain sensing element 100a shown in FIG. The structure of the bias layer 40 is the same as the structure of the bias layer 40a shown in FIG. In other words, the bias layer 40 of the second embodiment has a structure of separation layer 43 / first bias magnetic layer 41a / bias pinning layer.

第4の実施例の歪検知素子100の構造は、図3に示した歪検知素子100aの構造と同様である。バイアス層40の構造は、図4(c)に示したバイアス層40cの構造と同様である。つまり、第4の実施例のバイアス層40は、分離層43/第1バイアス磁性層41a/第1磁気結合層44a/第2バイアス磁性層41b/第2磁気結合層44b/第3バイアス磁性層41c/バイアスピニング層42の構造を有する。   The structure of the strain sensing element 100 of the fourth embodiment is the same as the structure of the strain sensing element 100a shown in FIG. The structure of the bias layer 40 is the same as the structure of the bias layer 40c shown in FIG. That is, the bias layer 40 of the fourth embodiment includes the separation layer 43 / first bias magnetic layer 41a / first magnetic coupling layer 44a / second bias magnetic layer 41b / second magnetic coupling layer 44b / third bias magnetic layer. 41c / bias pinning layer 42.

第2〜4の実施例の歪検知素子100の積層体について、分離層43のCuの厚さを変えて第2〜4の実施例のそれぞれで複数の積層体を作成する。その後、図9(a)〜図9(d)に示した結果と同様に、素子加工前の磁気特性の評価を行う。   About the laminated body of the strain sensing element 100 of the 2nd-4th Example, the thickness of Cu of the separation layer 43 is changed, and a several laminated body is created in each of the 2nd-4th Example. Thereafter, similarly to the results shown in FIGS. 9A to 9D, the magnetic characteristics before element processing are evaluated.

図15(a)〜図15(d)は、第2〜4の実施例の積層体の素子加工前の磁気特性の結果の例を示すグラフ図である。
図15(a)は、図9(a)〜図9(d)に示した方法で同様に解析を行い、HshiftとHとを見積もり、Hshiftを横軸とし、Hを縦軸としてプロットした結果の例を示す。
FIG. 15A to FIG. 15D are graphs showing examples of results of magnetic characteristics before element processing of the laminated bodies of the second to fourth examples.
FIG. 15A shows a similar analysis by the method shown in FIGS. 9A to 9D, estimates H shift and H k , uses H shift as the horizontal axis, and H k as the vertical axis. Shows an example of the results plotted.

図15(a)には、バイアス層40を設けていない第1の比較例の結果をあわせてプロットしている。図15(a)では、第3の実施例の結果を「■」で表す。図15(a)では、第2の実施例の結果を「◆」で表す。図15(a)では、第4の実施例の結果を「▲」で表す。図15(a)では、第1の比較例の結果を「○」で表す。   In FIG. 15A, the results of the first comparative example in which the bias layer 40 is not provided are plotted together. In FIG. 15A, the result of the third example is represented by “■”. In FIG. 15A, the result of the second example is represented by “♦”. In FIG. 15A, the result of the fourth embodiment is represented by “「 ”. In FIG. 15A, the result of the first comparative example is represented by “◯”.

図15(a)からわかるように、奇数のバイアス磁性層を有する第2の実施例および実施例4では、Hshiftが負となっていることがわかる。偶数のバイアス磁性層を有する第3の実施例では、Hshiftが正となっていることがわかる。第2〜4の実施例では、分離層43のCuの厚さを変えることで、異なる絶対値を有するHshiftを有する積層体が実現されている。第2〜4の実施例のそれぞれにおいて、分離層43のCuの厚さが薄いほど、絶対値の大きいHshiftが確認される。 As can be seen from FIG. 15A, in the second and fourth embodiments having an odd number of bias magnetic layers, H shift is negative. It can be seen that in the third embodiment having an even number of bias magnetic layers, H shift is positive. In the second to fourth embodiments, a stacked body having H shift having different absolute values is realized by changing the Cu thickness of the separation layer 43. In each of the second to fourth embodiments, H shift having a larger absolute value is confirmed as the Cu thickness of the separation layer 43 is smaller.

図15(a)より、Hshiftの絶対値が大きいほど、異方性磁界が向上していることがわかる。この結果より、分離層43のCuの厚さを調整することで、異方性磁界Hの向上量を制御することができることがわかる。ここで、異方性磁界Hを向上させると、歪に対する第2磁性層20の磁化20mの可逆性が向上する一方で、必要以上に高い異方性磁界Hを付与すると、歪に対する第2磁性層20の磁化20mの変化が起こりずらくなる。そのため、異方性磁界Hの向上量については、適量とすることがより好ましい。異方性磁界Hは、例えば20Oe以上30Oe以下程度とすることが好ましい。 FIG. 15A shows that the anisotropic magnetic field is improved as the absolute value of H shift is increased. This result, by adjusting the thickness of the Cu of the separation layer 43, it is understood that it is possible to control the increase of the anisotropy field H k. Here, when improving the anisotropy field H k, while the reversible magnetization 20m of the second magnetic layer 20 with respect to strain is improved, when imparting unnecessarily high anisotropy field H k, the relative strain 2 The change of the magnetization 20m of the magnetic layer 20 hardly occurs. Therefore, for the improvement of the anisotropy field H k, and more preferably in the appropriate amount. The anisotropic magnetic field H k is preferably set to about 20 Oe or more and 30 Oe or less, for example.

図15(b)は、第2の実施例のうちのHshiftが−19Oe程度である例2Aについて、磁界中熱処理を行う方向に磁場をかける場合を正の磁場として評価したBHループの例を表す。
図15(c)は、第1の比較例について、磁界中熱処理を行う方向に磁場をかける場合を正の磁場として評価したBHループの例を表す。
図15(d)は、第3の実施例のうちのHshiftが18Oe程度である例3Aについて、磁界中熱処理を行う方向に磁場をかける場合を正の磁場として評価したBHループの例を表す。
FIG. 15B shows an example of a BH loop in which the case where a magnetic field is applied in the direction in which the heat treatment in the magnetic field is applied to Example 2A in which the H shift of the second embodiment is about −19 Oe is evaluated as a positive magnetic field. Represent.
FIG. 15C illustrates an example of a BH loop in which a case where a magnetic field is applied in the direction in which the heat treatment in a magnetic field is performed is evaluated as a positive magnetic field in the first comparative example.
FIG. 15D shows an example of a BH loop in which the case where a magnetic field is applied in the direction of performing the heat treatment in the magnetic field is evaluated as a positive magnetic field in Example 3A in which the H shift of the third embodiment is about 18 Oe. .

まず、比較例1の図15(c)を見ると、第2磁性層20(磁化自由層)のヒステリシスループは、上下対称で角型性のよいものであることがわかる。一方で、図15(b)に示す例2Aでは、第2磁性層20(磁化自由層)のヒステリシスループの上側では角型性がよい一方で、下側では角型性が若干くずれていることがわかる。これは、バイアス層40から第2磁性層20(磁化自由層)に加えられるバイアス方向と反平行側における磁化の安定性が若干落ちていることを意味する。例2Aで角型性が崩れているのは、図8(a)から分かるとおり、第2磁性層20(磁化自由層)が第1磁化固定層11と平行な場合に、磁化の安定性が若干落ちているともいえる。   First, referring to FIG. 15C of Comparative Example 1, it can be seen that the hysteresis loop of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is vertically symmetrical and has good squareness. On the other hand, in Example 2A shown in FIG. 15B, the squareness is good on the upper side of the hysteresis loop of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer), but the squareness is slightly deviated on the lower side. I understand. This means that the magnetization stability on the side antiparallel to the bias direction applied from the bias layer 40 to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is slightly reduced. The squareness is broken in Example 2A because, as can be seen from FIG. 8A, when the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is parallel to the first magnetization fixed layer 11, the stability of magnetization is It can be said that it has fallen slightly.

一方で、図15(c)に示す例3Aでは、第2磁性層20(磁化自由層)のヒステリシスループの下側では角型性がよい一方で、上側では角型性が若干くずれていることがわかる。これについても、バイアス層40から第2磁性層20(磁化自由層)に加えられるバイアス方向と反平行側における磁化の安定性が若干落ちていることを意味する。例3Aで角型性が崩れているのは、図8(b)から分かるとおり、第2磁性層20(磁化自由層)が第1磁化固定層11と反平行な場合に、磁化の安定性が若干落ちているともいえる。   On the other hand, in Example 3A shown in FIG. 15C, the squareness is good on the lower side of the hysteresis loop of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer), while the squareness is slightly deviated on the upper side. I understand. This also means that the magnetization stability on the antiparallel side to the bias direction applied from the bias layer 40 to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is slightly lowered. The squareness is broken in Example 3A because, as can be seen from FIG. 8B, when the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is antiparallel to the first magnetization pinned layer 11, the stability of magnetization. Can be said to have fallen slightly.

ここで、中間層30に絶縁層を用いたトンネル型の歪検知素子の場合には、バイアス20pの方向は、第1磁化固定層11の磁化11mと反平行としたほうがより好ましい。これは、トンネル型の歪検知素子では、ピン層とフリー層との間の相対角度が0°と90°との間で変化する場合よりも、90°と180°との間で変化する場合のほうが電気抵抗の変化が大きくとれるため、90°と180°との間で歪センサとして駆動したほうが高いゲージファクターを得やすいためである。   Here, in the case of a tunnel-type strain sensing element using an insulating layer as the intermediate layer 30, it is more preferable that the direction of the bias 20 p be antiparallel to the magnetization 11 m of the first magnetization fixed layer 11. This is because, in a tunnel type strain sensing element, the relative angle between the pinned layer and the free layer changes between 90 ° and 180 °, rather than between 0 ° and 90 °. This is because the change in electric resistance can be greater in this case, and it is easier to obtain a higher gauge factor when driven as a strain sensor between 90 ° and 180 °.

よって、第2〜4の実施例のように、2層の磁化固定層を含むシンセティックピン型の歪検知素子にバイアス層40を設ける場合は、バイアス層40に含まれるバイアス磁性層の層数を奇数とするとより好ましい。これは、図15(a)〜図15(d)にて説明したとおり、奇数のバイアス磁性層としたほうが、第1磁化固定層11と反平行方向において磁化の安定性が良好なためである。   Therefore, when the bias layer 40 is provided in the synthetic pin type strain sensing element including the two magnetization fixed layers as in the second to fourth embodiments, the number of the bias magnetic layers included in the bias layer 40 is set as follows. An odd number is more preferable. This is because, as described with reference to FIGS. 15A to 15D, the odd bias magnetic layer has better magnetization stability in the antiparallel direction to the first magnetization fixed layer 11. .

ただし、偶数のバイアス磁性層を用いた場合でも、分離層43のCuの厚さを適切なものとし、Hshiftの絶対値をあまり大きすぎないようにすることで、反平行方向における磁化の安定性を崩さずキープすることは可能である。
バイアス層40から第2磁性層(磁化自由層)に加わるバイアスの方向が第1磁化固定層11の磁化11mの固着の方向と180°とすることが好ましい。
However, even when an even number of bias magnetic layers are used, the thickness of Cu in the separation layer 43 is made appropriate, and the absolute value of H shift is not too large so that the magnetization stability in the antiparallel direction is stabilized. It is possible to keep without breaking the nature.
The direction of the bias applied from the bias layer 40 to the second magnetic layer (magnetization free layer) is preferably 180 ° with respect to the direction of fixation of the magnetization 11 m of the first magnetization fixed layer 11.

図16(a)〜図16(d)は、実施形態に係る別の歪検知素子について説明する模式図である。
前述してきた実施形態では、バイアス層40cから第2磁性層20(磁化自由層)に加えられるバイアス方向が、第1磁化固定層11と平行もしくは反平行の場合について説明してきた。但し、バイアス方向は、第1磁化固定層11と平行・反平行に限定されるものではない。任意の方向にバイアスを加えることが可能である。
FIG. 16A to FIG. 16D are schematic views for explaining another strain sensing element according to the embodiment.
In the embodiment described above, the case where the bias direction applied from the bias layer 40c to the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is parallel or anti-parallel to the first magnetization fixed layer 11 has been described. However, the bias direction is not limited to being parallel / antiparallel to the first magnetization fixed layer 11. It is possible to apply a bias in any direction.

例えば、図16(a)に示すように、第1磁化固定層11の磁化11mの方向に対して、バイアス20pの方向を135°(もしくは225°)に設定することも可能である。このようなバイアス20pの方向の設定は、図16(b)および図16(c)に示すような2段階の磁界中アニールと、ピニング層60に用いられる材料の選定と、バイアスピニング層42に用いられる材料の選定と、によって可能となる。   For example, as shown in FIG. 16A, the direction of the bias 20p can be set to 135 ° (or 225 °) with respect to the direction of the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11. The direction of the bias 20p is set by two-step annealing in a magnetic field as shown in FIGS. 16B and 16C, selection of a material used for the pinning layer 60, and bias biasing layer 42. This is possible depending on the selection of the materials used.

ピニング層60またはバイアスピニング層42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、図16(a)に示す歪検知素子100jのピニング層60にPtMnを用い、バイアスピニング層42にIrMnを用いて、図16(b)および図16(c)に示すような2段階の磁界中熱処理を行う。すると、図16(b)に表した320°C―10Hアニールにおいて、ピニング層60に接した第2磁化固定層12は、右向きに固着される。バイアスピニング層42に接した第3バイアス磁性層41cは、いったん右向きに固着される。   About the antiferromagnetic material used for the pinning layer 60 or the bias pinning layer 42, the temperature at which magnetization fixation occurs depends on the composition. For example, an ordered alloy-based material such as PtMn has a higher temperature at which magnetization fixation is performed compared to a material that causes magnetization fixation even with irregularities such as IrMn. For example, when PtMn is used for the pinning layer 60 of the strain sensing element 100j shown in FIG. 16A and IrMn is used for the bias pinning layer 42, two stages as shown in FIG. 16B and FIG. Perform heat treatment in a magnetic field. Then, in the 320 ° C.-10H annealing shown in FIG. 16B, the second magnetization fixed layer 12 in contact with the pinning layer 60 is fixed to the right. The third bias magnetic layer 41c in contact with the bias pinning layer 42 is once fixed to the right.

その後、例えば、図16(c)に表したような250°C―1Hアニールで磁場MFの方向を変えると、ピニング層60に接した第2磁化固定層12の磁化12mは、右向きのままで、バイアスピニング層42に接した第3バイアス磁性層41cの磁化41cmは、右上を向く、といった設定が可能となる。この磁化の向きは、図16(d)に示すように、室温に戻した後も保持される。   Thereafter, for example, when the direction of the magnetic field MF is changed by 250 ° C.-1H annealing as shown in FIG. 16C, the magnetization 12m of the second magnetization fixed layer 12 in contact with the pinning layer 60 remains rightward. The magnetization 41 cm of the third bias magnetic layer 41 c in contact with the bias pinning layer 42 can be set to face the upper right. As shown in FIG. 16D, this magnetization direction is maintained even after returning to room temperature.

このように、磁界中アニールの方法と、ピニング層60の材料選定と、バイアスピニング層42の材料選定と、によって、第1磁化固定層11と第2磁性層20(磁化自由層)へのバイアス20pの方向を任意に設定することが可能である。ここで、前述したように、中間層30に絶縁層を用いたトンネル型の歪検知素子を用いる場合、バイアス20pの方向は第1磁化固定層11の磁化11mと反平行側としたほうがより好ましい。具体的には、第1磁化固定層11の磁化11mとバイアス20pの方向との間の相対角度を、90°以上270°以下にすることが好ましく、135°以上225°以下とすることがさらに好ましい。   Thus, the bias to the first magnetization fixed layer 11 and the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is determined by the method of annealing in a magnetic field, the material selection of the pinning layer 60, and the material selection of the bias pinning layer 42. It is possible to arbitrarily set the direction of 20p. Here, as described above, when a tunnel-type strain sensing element using an insulating layer is used for the intermediate layer 30, it is more preferable that the direction of the bias 20p be on the side antiparallel to the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11. . Specifically, the relative angle between the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 and the direction of the bias 20p is preferably 90 ° or more and 270 ° or less, and more preferably 135 ° or more and 225 ° or less. preferable.

図17(a)〜図17(d)は、実施形態に係る別の歪検知素子について説明する模式図である。
図4(d)、(e)に示すように、ピニング層60を用いないバイアス層40d、40eを含む歪検知素子においても、第1磁化固定層11とバイアス20pの方向については、任意に設定することが可能である。例えば、図17(a)に示すように、第1磁化固定層11の磁化11mの方向に対して、バイアス20pの方向を135°(もしくは225°)に設定することも可能である。このようなバイアス20pの方向の設定は、図17(b)および図17(c)に示すような磁界中アニール後に、室温付近の低い温度で異なる方向に着磁することによって可能となる。
FIG. 17A to FIG. 17D are schematic views for explaining another strain sensing element according to the embodiment.
As shown in FIGS. 4D and 4E, in the strain sensing element including the bias layers 40d and 40e that do not use the pinning layer 60, the directions of the first magnetization fixed layer 11 and the bias 20p are arbitrarily set. Is possible. For example, as shown in FIG. 17A, the direction of the bias 20p can be set to 135 ° (or 225 °) with respect to the direction of the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11. Such a direction of the bias 20p can be set by magnetizing in different directions at a low temperature near room temperature after annealing in a magnetic field as shown in FIGS. 17 (b) and 17 (c).

図17(a)〜図17(d)に示すような構成では、第1磁化固定層11の固着はピニング層60によって行われている。一方で、第1バイアス磁性層41aはバイアスピニング層を伴っていないため、磁気特性がハードの永久磁石のような材料が用いられる。このような歪検知素子100kの場合は、第1バイアス磁性層41aの磁化41amの設定に熱処理は必要ない。そのため、第1磁化固定層11の磁化11mの固着を磁界中熱処理によって行い、その後に、ハード磁性材料の第1バイアス磁性層41aを熱処理後に磁場をかけて着磁すればよい。ここで、中間層30に絶縁層を用いたトンネル型の歪検知素子を用いる場合は、例えば、バイアス20pの方向は第1磁化固定層11の磁化11mと反平行側としたほうがより好ましい。具体的には、第1磁化固定層11とバイアス20pの方向との間の相対角度を、90°以上270°以下にすることが好ましく、135°以上225°以下とすることがさらに好ましい。   In the configuration shown in FIGS. 17A to 17D, the first magnetization fixed layer 11 is fixed by the pinning layer 60. On the other hand, since the first bias magnetic layer 41a is not accompanied by a bias pinning layer, a material such as a permanent magnet having hard magnetic characteristics is used. In the case of such a strain sensing element 100k, no heat treatment is required for setting the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a. Therefore, the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 is fixed by a heat treatment in a magnetic field, and then the first bias magnetic layer 41a made of a hard magnetic material is magnetized by applying a magnetic field after the heat treatment. Here, when a tunnel-type strain sensing element using an insulating layer is used for the intermediate layer 30, for example, the direction of the bias 20 p is more preferably on the side antiparallel to the magnetization 11 m of the first magnetization fixed layer 11. Specifically, the relative angle between the first magnetization fixed layer 11 and the direction of the bias 20p is preferably 90 ° or more and 270 ° or less, and more preferably 135 ° or more and 225 ° or less.

一方、抵抗変化する歪のダイナミックレンジを広くとる目的においては、第1磁化固定層11とバイアス20pの方向との間の相対角度は、30°以上60°以下、もしくは120°以上150°以下とすることが望ましい。   On the other hand, for the purpose of widening the dynamic range of strain changing resistance, the relative angle between the first magnetization fixed layer 11 and the direction of the bias 20p is 30 ° to 60 °, or 120 ° to 150 °. It is desirable to do.

図18は、実施形態に用いられる別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図18に例示したように、歪検知素子100lにおいては、絶縁層が設けられる。すなわち、第1電極E1と第2電極E2との間に、互いに離間する2つの絶縁層81(絶縁部分)が設けられている。第1電極E1と第2電極E2との間に、下地層50/ピニング層60/第2磁化固定層12/磁気結合層13/第1磁化固定層11(第1磁性層10)/中間層30/第2磁性層20/バイアス層40/キャップ層70の積層体が配置される。この積層体は、第1電極E1と第2電極E2との間に配置されている。
FIG. 18 is a schematic perspective view illustrating another strain sensing element used in the embodiment.
As illustrated in FIG. 18, in the strain sensing element 100l, an insulating layer is provided. That is, two insulating layers 81 (insulating portions) that are separated from each other are provided between the first electrode E1 and the second electrode E2. Between the first electrode E1 and the second electrode E2, the underlayer 50 / pinning layer 60 / second magnetization fixed layer 12 / magnetic coupling layer 13 / first magnetization fixed layer 11 (first magnetic layer 10) / intermediate layer A laminate of 30 / second magnetic layer 20 / bias layer 40 / cap layer 70 is disposed. This stacked body is disposed between the first electrode E1 and the second electrode E2.

この積層体は、歪検知素子100lの場合には、下地層50と、第1磁性層10(第1磁化自由層)と、中間層30と、第2磁性層20(第2磁化自由層)と、キャップ層70と、を含む。すなわち、この積層体の側壁に対向して、絶縁層81が設けられる。
絶縁層81には、例えば、アルミニウム酸化物(例えば、Al)、または、シリコン酸化物(例えば、SiO)などを用いることができる。絶縁層81により、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。
In the case of the strain sensing element 100l, this stacked body includes the underlayer 50, the first magnetic layer 10 (first magnetization free layer), the intermediate layer 30, and the second magnetic layer 20 (second magnetization free layer). And a cap layer 70. That is, the insulating layer 81 is provided to face the side wall of the stacked body.
For the insulating layer 81, for example, aluminum oxide (for example, Al 2 O 3 ), silicon oxide (for example, SiO 2 ), or the like can be used. The insulating layer 81 can suppress leakage current around the stacked body.

図19は、実施形態に用いられる別の歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図19に例示したように、歪検知素子100mにおいては、ハードバイアス層83がさらに設けられる。すなわち、第1電極E1と第2電極E2との間に、互いに離間する2つのハードバイアス層83(ハードバイアス部分)が設けられる。第1電極E1と第2電極E2との間に、下地層50/ピニング層60/第2磁化固定層12/磁気結合層13/第1磁化固定層11(第1磁性層10)/中間層30/第2磁性層20/バイアス層40/キャップ層70の積層体が配置される。ハードバイアス層83とこの積層体との間に、絶縁層81が配置される。この例では、ハードバイアス層83と第1電極E1との間に、絶縁層81が延在している。
FIG. 19 is a schematic perspective view illustrating another strain sensing element used in the embodiment.
As illustrated in FIG. 19, in the strain sensing element 100m, a hard bias layer 83 is further provided. That is, two hard bias layers 83 (hard bias portions) that are separated from each other are provided between the first electrode E1 and the second electrode E2. Between the first electrode E1 and the second electrode E2, the underlayer 50 / pinning layer 60 / second magnetization fixed layer 12 / magnetic coupling layer 13 / first magnetization fixed layer 11 (first magnetic layer 10) / intermediate layer A laminate of 30 / second magnetic layer 20 / bias layer 40 / cap layer 70 is disposed. An insulating layer 81 is disposed between the hard bias layer 83 and this stacked body. In this example, the insulating layer 81 extends between the hard bias layer 83 and the first electrode E1.

ハードバイアス層83の磁化により、第1磁性層10の磁化10m及び第2磁性層20の磁化20mの少なくともいずれかが、所望の方向に設定される。ハードバイアス層83により、力が基板に印加されていない状態において、第1磁性層10の磁化10m及び第2磁性層20の磁化20mの少なくともいずれかを所望の方向に設定できる。   Due to the magnetization of the hard bias layer 83, at least one of the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 and the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 is set in a desired direction. The hard bias layer 83 can set at least one of the magnetization 10m of the first magnetic layer 10 and the magnetization 20m of the second magnetic layer 20 in a desired direction in a state where no force is applied to the substrate.

ハードバイアス層83には、例えば、CoPt、CoCrPt、または、FePt等の磁気異方性が比較的高い硬質強磁性材料が用いられる。ハードバイアス層83には、FeCoまたはFeなどの軟磁性材料の層と、反強磁性層と、を積層した構造を用いることができる。この場合には、交換結合により、磁化が所定の方向に沿う。ハードバイアス層83の厚さ(例えば、第1電極E1から第2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。
上記のハードバイアス層83及び絶縁層81は、後述する歪検知素子のいずれにも適用できる。
For the hard bias layer 83, for example, a hard ferromagnetic material having a relatively high magnetic anisotropy such as CoPt, CoCrPt, or FePt is used. The hard bias layer 83 may have a structure in which a layer of a soft magnetic material such as FeCo or Fe and an antiferromagnetic layer are stacked. In this case, the magnetization follows a predetermined direction by exchange coupling. The thickness of the hard bias layer 83 (for example, the length along the direction from the first electrode E1 to the second electrode E2) is, for example, not less than 5 nm and not more than 50 nm.
The hard bias layer 83 and the insulating layer 81 can be applied to any of the strain sensing elements described later.

図20は、バイアス層のバイアス方向、ハードバイアスのバイアス方向の例を示す模試的平面図である。
図20に示す例では、第1磁化固定層11に対して第1バイアス磁性層41aのバイアス20pbの方向は反平行に設定されている。第1磁化固定層11に対するハードバイアス層83の磁界バイアス20phの方向は、135°(もしくは225°)に設定されている。
FIG. 20 is a schematic plan view illustrating an example of the bias direction of the bias layer and the bias direction of the hard bias.
In the example shown in FIG. 20, the direction of the bias 20 pb of the first bias magnetic layer 41 a is set antiparallel to the first magnetization fixed layer 11. The direction of the magnetic field bias 20ph of the hard bias layer 83 relative to the first magnetization fixed layer 11 is set to 135 ° (or 225 °).

第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)は、第1バイアス磁性層41aからのバイアス20pbと、ハードバイアス層83からの磁界バイアス20phと、の競合から、135°と180°の間(もしくは180°から225°の間)に設定される。このように、バイアス層40を含む実施形態の歪検知素子にハードバイアス層83を設ける場合、第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)が第1磁化固定層11に対して、90°以上270°以下に設定することが好ましく、135°以上225°以下に設定することがさらに好ましい。ここで、図20に表した矢印A101および矢印A102のように、実施形態の歪検知素子に加わる歪の方向が第1磁化固定層11の磁化11mの方向に対して平行または垂直である場合に、第2磁性層20(磁化自由層)が歪によって回転する磁化のダイナミックレンジである90°の範囲で、単調増加、もしくは単調減少の電気抵抗変化を得ることができる。そのため、好ましい。   The initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is 135 from the competition between the bias 20pb from the first bias magnetic layer 41a and the magnetic field bias 20ph from the hard bias layer 83. Between 180 ° and 180 ° (or between 180 ° and 225 °). Thus, when the hard bias layer 83 is provided in the strain sensing element of the embodiment including the bias layer 40, the initial magnetization 20mf (direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is the first magnetization fixed layer. 11 is preferably set to 90 ° or more and 270 ° or less, and more preferably set to 135 ° or more and 225 ° or less. Here, when the direction of the strain applied to the strain sensing element of the embodiment is parallel or perpendicular to the direction of the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 as indicated by arrows A101 and A102 shown in FIG. In the range of 90 °, which is the dynamic range of magnetization in which the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) rotates due to strain, a monotonically increasing or monotonically decreasing electrical resistance change can be obtained. Therefore, it is preferable.

(第2の実施形態)
図21(a)および図21(b)は、第2の実施形態に係る歪検知素子を例示する模式図である。
図21(a)は、歪検知素子が用いられる圧力センサを例示する模式的断面図である。図21(b)は、歪検知素子の模式的斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 21A and FIG. 21B are schematic views illustrating the strain sensing element according to the second embodiment.
FIG. 21A is a schematic cross-sectional view illustrating a pressure sensor in which a strain sensing element is used. FIG. 21B is a schematic perspective view of the strain sensing element.

図21(a)に表したように、歪検知素子300は、圧力センサ200aに用いられる。圧力センサ200aは、基板210と、歪検知素子300と、を含む。基板210は、可撓性の領域を有する。歪検知素子300は、基板210の一部の上に設けられる。圧力センサ200aは、図1(a)に関して前述した圧力センサ200と同様である。   As shown in FIG. 21A, the strain sensing element 300 is used for the pressure sensor 200a. The pressure sensor 200a includes a substrate 210 and a strain sensing element 300. The substrate 210 has a flexible region. The strain sensing element 300 is provided on a part of the substrate 210. The pressure sensor 200a is the same as the pressure sensor 200 described above with reference to FIG.

図21(b)に表したように、実施形態にかかる歪検知素子300は、下部バイアス層110と、下部磁性層10と、中間層30と、上部磁性層20と、上部バイアス層120と、を含む。   As shown in FIG. 21B, the strain sensing element 300 according to the embodiment includes a lower bias layer 110, a lower magnetic layer 10, an intermediate layer 30, an upper magnetic layer 20, an upper bias layer 120, including.

上部バイアス層120は、積層方向において下部バイアス層110と離隔して設けられる。下部バイアス層110と上部バイアス層120との間に、下部磁性層10が設けられる。下部磁性層10と上部バイアス層120との間に、中間層30が設けられる。中間層30と上部バイアス層120との間に、上部磁性層20が設けられる。   The upper bias layer 120 is provided separately from the lower bias layer 110 in the stacking direction. The lower magnetic layer 10 is provided between the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120. An intermediate layer 30 is provided between the lower magnetic layer 10 and the upper bias layer 120. The upper magnetic layer 20 is provided between the intermediate layer 30 and the upper bias layer 120.

下部磁性層10は、例えば、基板210の撓みに応じて磁化が変化する第1磁化自由層である。上部磁性層20は、例えば、基板210の撓みに応じて磁化が変化する第2磁化自由層である。後述するように、基板210に力が加わって基板210が曲がった際に、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化と上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化との相対角度に変化を生じさせることができる。   The lower magnetic layer 10 is, for example, a first magnetization free layer whose magnetization changes according to the bending of the substrate 210. The upper magnetic layer 20 is, for example, a second magnetization free layer whose magnetization changes according to the bending of the substrate 210. As will be described later, when a force is applied to the substrate 210 and the substrate 210 is bent, the magnetization of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the magnetization of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) are relative to each other. Changes can be made to the angle.

次に、歪検知素子300の作用について例示する。
図22(a)〜図22(c)は、第2の実施形態に係る歪検知素子の動作を例示する模式図である。
図22(a)〜図22(c)では、下部磁性層10として第1磁化自由層を用い、上部磁性層20として第2磁化自由層を用いる場合を例にとっている。図22(a)〜図22(c)では、見易さのために、歪検知素子300の各層の中で、下部磁性層10(第1磁化自由層)と中間層30と上部磁性層20(第2磁化自由層)を示している。
Next, the operation of the strain sensing element 300 will be illustrated.
FIG. 22A to FIG. 22C are schematic views illustrating the operation of the strain sensing element according to the second embodiment.
22A to 22C exemplify a case where the first magnetization free layer is used as the lower magnetic layer 10 and the second magnetization free layer is used as the upper magnetic layer 20. In FIG. 22A to FIG. 22C, the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer), the intermediate layer 30, and the upper magnetic layer 20 among the layers of the strain sensing element 300 for ease of viewing. (Second magnetization free layer) is shown.

歪検知素子300が歪センサとして機能する動作は、「逆磁歪効果」と「磁気抵抗効果」との応用に基づく。「逆磁歪効果」は、磁化自由層に用いられる強磁性層において得られる。「磁気抵抗効果」は、第1磁化自由層と中間層と第2磁化自由層との積層膜において発現する。   The operation in which the strain sensing element 300 functions as a strain sensor is based on the application of the “inverse magnetostriction effect” and the “magnetoresistance effect”. The “inverse magnetostriction effect” is obtained in the ferromagnetic layer used for the magnetization free layer. The “magnetoresistance effect” is manifested in a laminated film of the first magnetization free layer, the intermediate layer, and the second magnetization free layer.

「逆磁歪効果」は、図2(a)〜図2(c)に関して前述した通りである。すなわち、歪によって、第1磁化自由層の磁化の向きおよび第2磁化自由層の磁化の向きが変化し、第1磁化自由層の磁化の向きと、第2磁化自由層の磁化の向きと、の相対角度が変化する。すなわち、逆磁歪効果によりMR効果が発現する。   The “inverse magnetostriction effect” is as described above with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c). That is, due to the strain, the magnetization direction of the first magnetization free layer and the magnetization direction of the second magnetization free layer change, the magnetization direction of the first magnetization free layer, the magnetization direction of the second magnetization free layer, The relative angle of changes. That is, the MR effect is manifested by the inverse magnetostrictive effect.

第1磁化自由層および第2磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が小さくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が大きくなるように、磁化の方向が変化する。第1磁化自由層および第2磁化自由層に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合は、磁化の方向と引張歪の方向との角度が大きくなり、磁化の方向と圧縮歪の方向との角度が小さくなるように、磁化の方向が変化する。   When the ferromagnetic material used for the first magnetization free layer and the second magnetization free layer has a positive magnetostriction constant, the angle between the direction of magnetization and the direction of tensile strain becomes small, and the direction of magnetization and the direction of compression strain The direction of magnetization changes so that the angle between and increases. When the ferromagnetic material used for the first magnetization free layer and the second magnetization free layer has a negative magnetostriction constant, the angle between the direction of magnetization and the direction of tensile strain increases, and the direction of magnetization and the direction of compression strain The direction of magnetization changes so that the angle between and becomes smaller.

第1磁化自由層と中間層と第2磁化自由層との積層膜の材料の組み合わせが正の磁気抵抗効果を有する場合は、第1磁化自由層と第2磁化自由層との相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。第1磁化自由層と中間層と第2磁化自由層との積層膜の材料の組み合わせが負の磁気抵抗効果を有する場合は、第1磁化自由層と第2磁化自由層との相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。   When the combination of the material of the laminated film of the first magnetization free layer, the intermediate layer, and the second magnetization free layer has a positive magnetoresistance effect, the relative angle between the first magnetization free layer and the second magnetization free layer is small. In some cases, the electrical resistance decreases. When the combination of the materials of the laminated film of the first magnetization free layer, the intermediate layer, and the second magnetization free layer has a negative magnetoresistance effect, the relative angle between the first magnetization free layer and the second magnetization free layer is small. In some cases, the electrical resistance increases.

以下、第1磁化自由層と、第2磁化自由層と、に用いられる強磁性材料が、それぞれ正の磁歪定数を有し、第1磁化自由層と中間層と第2磁化自由層との積層膜が正の磁気抵抗効果を有する場合の例に関して、磁化の変化の例について説明する。   Hereinafter, the ferromagnetic materials used for the first magnetization free layer and the second magnetization free layer each have a positive magnetostriction constant, and the first magnetization free layer, the intermediate layer, and the second magnetization free layer are stacked. An example of the change in magnetization will be described with respect to an example where the film has a positive magnetoresistance effect.

図22(b)に表したように、歪が無い初期状態の磁化自由層内に含まれる下部磁性層10(第1磁化自由層)と上部磁性層20(第2磁化自由層)との相対角度は、下部バイアス層110および上部バイアス層120からのバイアス方向、またはハードバイアスからのバイアス磁界によって任意に設定することができる。   As shown in FIG. 22B, the relative relationship between the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) included in the magnetization free layer in the initial state without distortion. The angle can be arbitrarily set by a bias direction from the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120, or a bias magnetic field from a hard bias.

図22(a)〜図22(c)に示す例では、下部バイアス層110から下部磁性層10(第1磁化自由層)に加えられるバイアス方向と、上部バイアス層120から上部磁性層20(第2磁化自由層)に加えられるバイアス方向と、を反平行とし、下部バイアス層110および上部バイアス層120からのバイアス方向と面内で垂直方向にハードバイアスを加えて、初期状態の下部磁性層10(第1磁化自由層)と、初期状態の上部磁性層20(第2磁化自由層)と、の相対角度が0°よりも大きく180°よりも小さくした状態を例示している。初期磁化方向の設定方法の詳細については後述する。   In the example shown in FIGS. 22A to 22C, the bias direction applied from the lower bias layer 110 to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer), and the upper bias layer 120 to the upper magnetic layer 20 (first magnetic layer 20). The bias direction applied to the two magnetization free layers) is antiparallel, and a hard bias is applied in a direction perpendicular to the bias directions from the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120 in the plane, so that the lower magnetic layer 10 in the initial state A state in which the relative angle between the (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) in the initial state is greater than 0 ° and less than 180 ° is illustrated. Details of the method of setting the initial magnetization direction will be described later.

図22(a)において、矢印の方向の引張応力tsに応じた引張歪が生じた場合、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mと上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mとは、引張応力tsが加わった方向との角度が小さくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。図22(a)に示した例では、引張応力tsが加わった場合は、歪なしの初期磁化方向に比べて、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mと上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mとの相対角度が小さくなり、歪検知素子300の電気抵抗は減少する。   In FIG. 22A, when a tensile strain corresponding to the tensile stress ts in the direction of the arrow occurs, the magnetization 10m of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). Is changed from the initial magnetization direction without strain so that the angle with the direction in which the tensile stress ts is applied becomes small. In the example shown in FIG. 22A, when a tensile stress ts is applied, the magnetization 10 m of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (the first magnetization free layer) are compared with the initial magnetization direction without strain. The relative angle of the second magnetization free layer) to the magnetization 20m is reduced, and the electrical resistance of the strain sensing element 300 is reduced.

一方で、図22(c)において、矢印の方向に圧縮応力csに応じた圧縮歪が生じた場合、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mと上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mとは、圧縮応力csが加わった方向との角度が大きくなるように、歪なしの初期磁化方向から変化する。図22(c)に示した例では、圧縮応力csが加わった場合は、歪なしの初期磁化方向に比べて、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mと上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mとの相対角度が大きくなり、歪検知素子300の電気抵抗は増大する。   On the other hand, in FIG. 22C, when a compressive strain corresponding to the compressive stress cs occurs in the direction of the arrow, the magnetization 10m of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization) The magnetization 20m of the free layer changes from the initial magnetization direction without strain so that the angle with the direction in which the compressive stress cs is applied becomes large. In the example shown in FIG. 22C, when compressive stress cs is applied, the magnetization 10m of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 ( The relative angle of the second magnetization free layer) to the magnetization 20m increases, and the electrical resistance of the strain sensing element 300 increases.

図21(b)に示すように、下部磁性層10(第1磁化自由層)に接して設けた下部バイアス層110と、上部磁性層20(第2磁化自由層)に接して設けた上部バイアス層120、を含む歪検知素子300では、下部バイアス層110から下部磁性層10(第1磁化自由層)への磁気結合および上部バイアス層120から上部磁性層20(第2磁化自由層)への磁気結合によって、下部磁性層10(第1磁化自由層)の異方性磁界および上部磁性層20(第2磁化自由層)の異方性磁界を適切な値まで高めることができる。下部磁性層10(第1磁化自由層)の異方性磁界および上部磁性層20(第2磁化自由層)の異方性磁界を高めることで、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mおよび上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mの変化の可逆性を高めることができ、高いゲージファクターを得ることができる。下部磁性層10(第1磁化自由層)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の歪に対する磁化10m、20mの変化の可逆性の向上の原理は、第1の実施形態において説明したものと同じである。   As shown in FIG. 21B, the lower bias layer 110 provided in contact with the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper bias provided in contact with the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). In the strain sensing element 300 including the layer 120, magnetic coupling from the lower bias layer 110 to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and from the upper bias layer 120 to the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). By magnetic coupling, the anisotropic magnetic field of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the anisotropic magnetic field of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) can be increased to appropriate values. By increasing the anisotropic magnetic field of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the anisotropic magnetic field of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer), the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) The reversibility of the change of the magnetization 10m and the magnetization 20m of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) can be increased, and a high gauge factor can be obtained. The principle of improving the reversibility of changes in the magnetizations 10m and 20m with respect to the strain of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is the same as described in the first embodiment. Is the same.

歪検知素子300の寸法が小さくなった場合に、下部磁性層10(第1磁化自由層)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の素子端部における磁極の影響によって、下部磁性層10(第1磁化自由層)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の内部に反磁界が発生し、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mおよび上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mが乱れることがある。下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mおよび上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mが乱れると、歪検知素子300の歪による、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mと上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mとの相対角度の変化を低減することがある。下部磁性層10(第1磁化自由層)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の反磁界を低減することは、小さい寸法の歪検知素子300において高感度な歪センサを提供する上で重要な事項の1つである。下部磁性層10(第1磁化自由層)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の異方性磁界を高めることは、このような反磁界の影響を低減することにも有効である。これにより、比較的小さい寸法の歪検知素子300においても高い歪検知感度を実現することができる。ひいては、高分解能と高感度を両立した歪検知素子300を提供することができる。   When the dimension of the strain sensing element 300 is reduced, the lower magnetic layer 10 is affected by the magnetic poles at the end portions of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). A demagnetizing field is generated inside the (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer), so that the magnetization 10 m of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization layer) The magnetization 20m of the magnetization free layer may be disturbed. When the magnetization 10m of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the magnetization 20m of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) are disturbed, the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) due to the strain of the strain sensing element 300 is disturbed. Change in the relative angle between the magnetization 10 m of the layer) and the magnetization 20 m of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) may be reduced. Reducing the demagnetizing field of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is to provide a highly sensitive strain sensor in the strain sensing element 300 having a small size. It is one of the important matters. Increasing the anisotropic magnetic field of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is also effective in reducing the influence of such a demagnetizing field. Accordingly, high strain detection sensitivity can be realized even in the strain detection element 300 having a relatively small size. As a result, the strain sensing element 300 having both high resolution and high sensitivity can be provided.

図21(b)に示すように、下部磁性層10と上部磁性層20とに対して、それぞれ独立の下部バイアス層110と上部バイアス層120とを設けることにより、下部磁性層10と上部磁性層20との初期磁化方向を任意に設定できるメリットがある。   As shown in FIG. 21B, the lower magnetic layer 10 and the upper magnetic layer 20 are provided with an independent lower bias layer 110 and upper bias layer 120, respectively. There is an advantage that the initial magnetization direction with 20 can be arbitrarily set.

第2の実施形態に係る歪検知素子300の例について説明する。
図23は、第2の実施形態に用いられる歪検知素子を例示する模式的斜視図である。
図23に表したように、実施形態に用いられる歪検知素子300aは、第1電極E1と、下地層50と、下部バイアス層110と、下部磁性層10と、中間層30と、上部磁性層20と、上部バイアス層120と、キャップ層70と、第2電極E2と、を含む。第1電極E1と第2電極E2との間に、下地層50が設けられる。下地層50と第2電極E2との間に、下部バイアス層110が設けられる。下部バイアス層110と第2電極E2との間に、下部磁性層10が設けられる。下部磁性層10と第2電極E2との間に、中間層30が設けられる。中間層30と第2電極E2との間に、上部磁性層20が設けられる。上部磁性層20と第2電極E2との間に、上部バイアス層120が設けられる。上部バイアス層120と第2電極E2との間に、キャップ層70が設けられる。
An example of the strain sensing element 300 according to the second embodiment will be described.
FIG. 23 is a schematic perspective view illustrating a strain sensing element used in the second embodiment.
As shown in FIG. 23, the strain sensing element 300a used in the embodiment includes the first electrode E1, the underlayer 50, the lower bias layer 110, the lower magnetic layer 10, the intermediate layer 30, and the upper magnetic layer. 20, an upper bias layer 120, a cap layer 70, and a second electrode E2. An underlayer 50 is provided between the first electrode E1 and the second electrode E2. A lower bias layer 110 is provided between the base layer 50 and the second electrode E2. The lower magnetic layer 10 is provided between the lower bias layer 110 and the second electrode E2. An intermediate layer 30 is provided between the lower magnetic layer 10 and the second electrode E2. The upper magnetic layer 20 is provided between the intermediate layer 30 and the second electrode E2. An upper bias layer 120 is provided between the upper magnetic layer 20 and the second electrode E2. A cap layer 70 is provided between the upper bias layer 120 and the second electrode E2.

下地層50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。
下部バイアス層110には、例えば、IrMn(7nm)/Fe50Co50(3nm)/Cu(2.5nm)が用いられる。
For example, Ta / Ru is used for the underlayer 50. The thickness of this Ta layer (the length in the Z-axis direction) is, for example, 3 nm. The thickness of this Ru layer is 2 nm, for example.
For example, IrMn (7 nm) / Fe 50 Co 50 (3 nm) / Cu (2.5 nm) is used for the lower bias layer 110.

下部磁性層10(第1磁化自由層)には、例えば、Co40Fe4020(4nm)が用いられる。
中間層30には、例えば、MgO(2nm)が用いられる。
上部磁性層20(第2磁化自由層)には、例えば、Co40Fe4020(4nm)が用いられる。上部バイアス層120には、例えば、Cu(2.5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)が用いられる。
キャップ層70には、例えば、Ta(2nm)/Ru(5nm)が用いられる。
For the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer), for example, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is used.
For example, MgO (2 nm) is used for the intermediate layer 30.
For example, Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is used for the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). For the upper bias layer 120, for example, Cu (2.5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm) is used.
For example, Ta (2 nm) / Ru (5 nm) is used for the cap layer 70.

第2の実施形態における各層の材料は、第1の実施形態で同様の名称の層と同じ材料を用いることができる。すなわち、第2の実施形態の下部磁性層(第1磁化自由層)および上部磁性層(第2磁化自由層)には、第1の実施形態の磁化自由層と同じ材料を用いることができる。第2の実施形態の下部バイアス層および上部バイアス層には、第1の実施形態のバイアス層と同じ材料を用いることができる。   As the material of each layer in the second embodiment, the same material as the layer having the same name in the first embodiment can be used. That is, the same material as the magnetization free layer of the first embodiment can be used for the lower magnetic layer (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer (second magnetization free layer) of the second embodiment. The same material as the bias layer of the first embodiment can be used for the lower bias layer and the upper bias layer of the second embodiment.

(第2の実施形態のバイアス層の詳細)
図24(a)および図24(b)は、第2の実施形態のバイアス層を例示する模式的斜視図である。
図24(a)および図24(b)は、下部磁性層10(第1磁化自由層)/中間層30/上部磁性層20(第2磁化自由層)の積層体に対して設けられる下部バイアス層110および上部バイアス層120であって、中間層30と下部バイアス層110との間に下部磁性層10が設けられる下部バイアス層110、および、中間層30と上部バイアス層120との間に上部磁性層20が設けられる上部バイアス層120の構造のバリエーションの例を表す。
(Details of Bias Layer of Second Embodiment)
FIG. 24A and FIG. 24B are schematic perspective views illustrating the bias layer of the second embodiment.
FIG. 24A and FIG. 24B show the lower bias provided for the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) / intermediate layer 30 / upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) stack. A lower bias layer 110 in which the lower magnetic layer 10 is provided between the intermediate layer 30 and the lower bias layer 110, and an upper portion between the intermediate layer 30 and the upper bias layer 120. The example of the variation of the structure of the upper bias layer 120 in which the magnetic layer 20 is provided is represented.

図24(a)に表した下部バイアス層110aは、下部バイアスピニング層42aと、下部第1バイアス磁性層111a(第1バイアス磁性層)と、下部分離層43aと、を含む。下部バイアスピニング層42aと下部分離層43aとの間に、下部第1バイアス磁性層111aが設けられる。
図24(a)に表した上部バイアス層120aは、上部分離層43bと、上部第1バイアス磁性層121a(第2バイアス磁性層)と、上部第1磁気結合層124a(第1磁気結合層)と、上部第2バイアス磁性層121b(第3バイアス磁性層)と、上部バイアスピニング層42bと、を含む。上部分離層43bと上部バイアスピニング層42bとの間に、上部第1バイアス磁性層121aが設けられる。上部第1バイアス磁性層121aと上部バイアスピニング層42bとの間に、上部第1磁気結合層124aが設けられる。上部第1磁気結合層124aと上部バイアスピニング層42bとの間に、上部第2バイアス磁性層121bが設けられる。
The lower bias layer 110a shown in FIG. 24A includes a lower bias pinning layer 42a, a lower first bias magnetic layer 111a (first bias magnetic layer), and a lower isolation layer 43a. A lower first bias magnetic layer 111a is provided between the lower bias pinning layer 42a and the lower isolation layer 43a.
The upper bias layer 120a shown in FIG. 24A includes an upper isolation layer 43b, an upper first bias magnetic layer 121a (second bias magnetic layer), and an upper first magnetic coupling layer 124a (first magnetic coupling layer). And an upper second bias magnetic layer 121b (third bias magnetic layer) and an upper bias pinning layer 42b. An upper first bias magnetic layer 121a is provided between the upper isolation layer 43b and the upper bias pinning layer 42b. An upper first magnetic coupling layer 124a is provided between the upper first bias magnetic layer 121a and the upper bias pinning layer 42b. An upper second bias magnetic layer 121b is provided between the upper first magnetic coupling layer 124a and the upper bias pinning layer 42b.

下部第1バイアス磁性層111aは、例えば、磁性材料によって形成され、その磁化111amの方向は、下部バイアスピニング層42aによって一方向に固定される。一方向に磁化が固定された下部バイアス層110aから、下部磁性層10(第1磁化自由層)に交換結合などの磁気的結合によって、下部磁性層10(第1磁化自由層)にバイアス10pが加えられる。   The lower first bias magnetic layer 111a is formed of, for example, a magnetic material, and the direction of the magnetization 111am is fixed in one direction by the lower bias pinning layer 42a. A bias 10p is applied to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) from the lower bias layer 110a whose magnetization is fixed in one direction by magnetic coupling such as exchange coupling to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer). Added.

上部第2バイアス磁性層121bは、例えば、磁性材料によって形成され、その磁化121bmの方向は、上部バイアスピニング層42bによって一方向に固定される。一方向に磁化が固定された上部第2バイアス磁性層121bと上部第1バイアス磁性層121aは、上部磁気結合層124aを介して反平行に磁気結合し、上部第1バイアス磁性層121aから上部磁性層20(第2磁化自由層)に交換結合などの磁気的結合によって、上部磁性層10(第2磁化自由層)にバイアス20pが加えられる。   The upper second bias magnetic layer 121b is formed of, for example, a magnetic material, and the direction of the magnetization 121bm is fixed in one direction by the upper bias pinning layer 42b. The upper second bias magnetic layer 121b and the upper first bias magnetic layer 121a, whose magnetization is fixed in one direction, are magnetically coupled in antiparallel via the upper magnetic coupling layer 124a, and the upper magnetic field is separated from the upper first bias magnetic layer 121a. A bias 20p is applied to the upper magnetic layer 10 (second magnetization free layer) by magnetic coupling such as exchange coupling to the layer 20 (second magnetization free layer).

下部分離層43aは、例えば、非磁性材料などから形成され、下部第1バイアス磁性層111aと下部磁性層10(第1磁化自由層)を物理的に分離することで、下部第1バイアス磁性層111aと下部磁性層10(第1磁化自由層)との間の磁気的結合の強度を調整するために配置される。ここで、下部第1バイアス磁性層111aの材料によっては、下部分離層43aは必ずしも設けなくてもよい。   The lower separation layer 43a is made of, for example, a nonmagnetic material, and physically separates the lower first bias magnetic layer 111a and the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer), thereby lowering the lower first bias magnetic layer. Arranged to adjust the strength of magnetic coupling between 111a and the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer). Here, depending on the material of the lower first bias magnetic layer 111a, the lower isolation layer 43a is not necessarily provided.

下部分離層43aには、例えば、Cu(2.5nm)を用いることができる。上部分離層43bには、例えば、Cu(2.5nm)を用いることができる。下部第1バイアス磁性層111aには、例えば、3nmのFe50Co50を用いることができる。上部第1バイアス磁性層121aには、例えば、2nmのFe50Co50を用いることができる。上部第1磁気結合層124aには、例えば、0.9nmのRuを用いることができる。上部第2バイアス磁性層121bには、例えば、2nmのFe50Co50を用いることができる。下部バイアスピニング層42aには、例えば、7nmのIrMnを用いることができる。上部バイアスピニング層42bには、例えば、7nmのIrMnを用いることができる。 For the lower separation layer 43a, for example, Cu (2.5 nm) can be used. For example, Cu (2.5 nm) can be used for the upper separation layer 43b. For example, 3 nm Fe 50 Co 50 can be used for the lower first bias magnetic layer 111a. For the upper first bias magnetic layer 121a, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 can be used. For example, 0.9 nm of Ru can be used for the upper first magnetic coupling layer 124a. For the upper second bias magnetic layer 121b, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 can be used. For example, IrMn of 7 nm can be used for the lower bias pinning layer 42a. For the upper bias pinning layer 42b, for example, IrMn of 7 nm can be used.

下部第1バイアス磁性層111a、上部第1バイアス磁性層121aおよび上部第2バイアス磁性層121bのそれぞれには、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が用いられる。下部第1バイアス磁性層111a、上部第1バイアス磁性層121aおよび上部第2バイアス磁性層121bのそれぞれとして、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よい。例えば、CoFe100−x合金、NiFe100−x合金、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。CoFe100−x合金において、xは0at.%以上100at.%以下である。NiFe100−x合金において、xは0at.%以上100at.%以下である。 For example, at least one selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni is used for each of the lower first bias magnetic layer 111a, the upper first bias magnetic layer 121a, and the upper second bias magnetic layer 121b. As each of the lower first bias magnetic layer 111a, the upper first bias magnetic layer 121a, and the upper second bias magnetic layer 121b, an alloy containing at least one material selected from these materials may be used. For example, a Co x Fe 100-x alloy, a Ni x Fe 100-x alloy, or a material obtained by adding a nonmagnetic element to these is used. In the Co x Fe 100-x alloy, x is 0 at. % Or more and 100 at. % Or less. In the Ni x Fe 100-x alloy, x is 0 at. % Or more and 100 at. % Or less.

下部第1バイアス磁性層111a、上部第1バイアス磁性層121aおよび上部第2バイアス磁性層121bのそれぞれとして、(CoFe100−x100−y合金を用いることもできる。(CoFe100−x100−y合金において、xは0at.%以上100at.%以下であり、yは0at.%以上30at.%以下である。下部第1バイアス磁性層111a、上部第1バイアス磁性層121aおよび上部第2バイアス磁性層121bのそれぞれとして、(CoFe100−x100−yのアモルファス合金を用いることで、検知素子のサイズが小さい場合にも歪検知素子300間のばらつきを抑えることができる。 As each of the lower first bias magnetic layer 111a, the upper first bias magnetic layer 121a, and the upper second bias magnetic layer 121b, a (Co x Fe 100-x ) 100- y By alloy can also be used. In the (Co x Fe 100-x ) 100- y By alloy, x is 0 at. % Or more and 100 at. % And y is 0 at. % Or more and 30 at. % Or less. Lower first bias magnetic layer 111a, as each of the upper first bias magnetic layer 121a and the upper second bias magnetic layer 121b, by using a (Co x Fe 100-x) 100-y B y of the amorphous alloy, the detection element Even when the size is small, the variation among the strain sensing elements 300 can be suppressed.

下部第1バイアス磁性層111a、上部第1バイアス磁性層121aおよび上部第2バイアス磁性層121bのそれぞれの厚さは、例えば、1.5nm以上5nm以下が好ましい。これにより、例えば、下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bによる一方向異方性磁界の強度を十分に得ることができる。下部第1バイアス磁性層111a、上部第1バイアス磁性層121aおよび上部第2バイアス磁性層121bのそれぞれとして、例えば、3nmのFe50Co50を用いることができる。 The thickness of each of the lower first bias magnetic layer 111a, the upper first bias magnetic layer 121a, and the upper second bias magnetic layer 121b is preferably, for example, 1.5 nm or more and 5 nm or less. Thereby, for example, the strength of the unidirectional anisotropic magnetic field by the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b can be sufficiently obtained. As each of the lower first bias magnetic layer 111a, the upper first bias magnetic layer 121a, and the upper second bias magnetic layer 121b, for example, Fe 50 Co 50 of 3 nm can be used.

下部分離層43aおよび上部分離層43bのそれぞれには、例えば、非磁性材料を用いることができる。下部分離層43aおよび上部分離層43bのそれぞれとして、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。例えば、下部分離層43aおよび上部分離層43bのそれぞれとして、5nmのCuを用いることができる。   For example, a nonmagnetic material can be used for each of the lower separation layer 43a and the upper separation layer 43b. As each of the lower separation layer 43a and the upper separation layer 43b, Cu, Ru, Rh, Ir, V, Cr, Nb, Mo, Ta, W, Rr, Au, Ag, Pt, Pd, Ti, Zr, Hf, and A layer containing at least one element selected from the group of Hf can be used. For example, 5 nm of Cu can be used as each of the lower separation layer 43a and the upper separation layer 43b.

下部バイアスピニング層42aは、下部バイアスピニング層42aに接して形成される下部第1バイアス磁性層111aに、一方向異方性(unidirectional anisotropy)を付与して磁化111amを固定する。下部バイアスピニング層42aには、例えば、反強磁性層が用いられる。下部バイアスピニング層42aには、例えば、IrMn、PtMn、PdPtMn及びRuRhMn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。十分な強さの一方向異方性を付与するために、下部バイアスピニング層42aの厚さが適切に設定する。   The lower bias pinning layer 42a imparts unidirectional anisotropy to the lower first bias magnetic layer 111a formed in contact with the lower bias pinning layer 42a to fix the magnetization 111am. For the lower bias pinning layer 42a, for example, an antiferromagnetic layer is used. For the lower bias pinning layer 42a, for example, at least one selected from the group consisting of IrMn, PtMn, PdPtMn, and RuRhMn is used. In order to impart sufficient strength of unidirectional anisotropy, the thickness of the lower bias pinning layer 42a is appropriately set.

上部バイアスピニング層42bは、上部バイアスピニング層42bに接して形成される上部第2バイアス磁性層121bに、一方向異方性(unidirectional anisotropy)を付与して磁化121bmを固定する。上部バイアスピニング層42bには、例えば、反強磁性層が用いられる。上部バイアスピニング層42bには、例えば、IrMn、PtMn、PdPtMn及びRuRhMn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。十分な強さの一方向異方性を付与するために、上部バイアスピニング層42bの厚さが適切に設定する。   The upper bias pinning layer 42b imparts unidirectional anisotropy to the upper second bias magnetic layer 121b formed in contact with the upper bias pinning layer 42b to fix the magnetization 121bm. For example, an antiferromagnetic layer is used for the upper bias pinning layer 42b. For the upper bias pinning layer 42b, for example, at least one selected from the group consisting of IrMn, PtMn, PdPtMn, and RuRhMn is used. In order to impart sufficient strength of unidirectional anisotropy, the thickness of the upper bias pinning layer 42b is appropriately set.

下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれとして、PtMnまたはPdPtMnが用いられる場合には、下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれの厚さは、8nm以上20nm以下が好ましい。下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれの厚さは、10nm以上15nm以下がより好ましい。下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれとしてIrMnを用いる場合には、下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれとしてPtMnを用いる場合よりも薄いピニング層で、一方向異方性を付与することができる。この場合には、下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれの厚さは、4nm以上18nm以下が好ましい。下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれの厚さは、5nm以上15nm以下がより好ましい。下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれには、例えば、7nmの厚さのIr22Mn78層が用いられる。 When PtMn or PdPtMn is used as each of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b, the thickness of each of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b is preferably 8 nm or more and 20 nm or less. The thicknesses of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b are more preferably 10 nm or more and 15 nm or less. When IrMn is used as each of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b, the pinning layer is thinner than the case where PtMn is used as each of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b. Sex can be imparted. In this case, the thickness of each of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b is preferably 4 nm or more and 18 nm or less. The thicknesses of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b are more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. For example, an Ir 22 Mn 78 layer having a thickness of 7 nm is used for each of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b.

下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれとして、ハード磁性層を用いてもよい。ハード磁性層として、例えば、CoPt、(CoPt100−x100−yCr、または、FePtなどを用いてもよい。CoPtにおいて、Coの比率は、50at.%以上85at.%以下である。(CoPt100−x100−yCrにおいて、xは50at.%以上85at.%以下であり、yは0at.%以上40at.%以下である。FePtにおいて、Ptの比率は40at.%以上60at.%以下である。 A hard magnetic layer may be used as each of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b. As a hard magnetic layer, for example, CoPt, (Co x Pt 100 -x) 100-y Cr y , or the like may be used FePt. In CoPt, the Co ratio is 50 at. % Or more and 85 at. % Or less. In (Co x Pt 100-x) 100-y Cr y, x is 50at. % Or more and 85 at. % And y is 0 at. % Or more and 40 at. % Or less. In FePt, the Pt ratio is 40 at. % Or more and 60 at. % Or less.

上部第1磁気結合層124aは、上部第1バイアス磁性層121aと上部第2バイアス磁性層121bとの間に反強磁性結合を生じさせる。上部第1磁気結合層124aは、シンセティックピン構造を形成する。上部第1磁気結合層124aとして、例えば、Ruが用いられる。上部第1磁気結合層124aの厚さは、0.8nm以上1nm以下であることが好ましい。上部第1バイアス磁性層121aと上部第2バイアス磁性層121b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、上部第1磁気結合層124aとしてRu以外の材料を用いてもよい。上部第1磁気結合層124a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、上部第1磁気結合層124a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。上部第1磁気結合層124a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。   The upper first magnetic coupling layer 124a generates antiferromagnetic coupling between the upper first bias magnetic layer 121a and the upper second bias magnetic layer 121b. The upper first magnetic coupling layer 124a forms a synthetic pin structure. For example, Ru is used as the upper first magnetic coupling layer 124a. The thickness of the upper first magnetic coupling layer 124a is preferably 0.8 nm or more and 1 nm or less. Any material other than Ru may be used for the upper first magnetic coupling layer 124a as long as it is a material that causes sufficient antiferromagnetic coupling between the upper first bias magnetic layer 121a and the upper second bias magnetic layer 121b. . The thickness of the upper first magnetic coupling layer 124a can be set to a thickness of 0.8 nm or more and 1 nm or less corresponding to a second peak (2nd peak) of RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) coupling. Furthermore, the thickness of the upper first magnetic coupling layer 124a may be set to a thickness of 0.3 nm or more and 0.6 nm or less corresponding to the first peak (1st peak) of the RKKY coupling. As the upper first magnetic coupling layer 124a, for example, Ru having a thickness of 0.9 nm is used. Thereby, highly reliable coupling can be obtained more stably.

上部第1バイアス磁性層121aおよび上部第2バイアス磁性層121bのそれぞれの厚さは、例えば、それぞれ1.5nm以上5nm以下が好ましい。これにより、例えば、上部バイアスピニング層42b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。上部第1バイアス磁性層121aの磁気膜厚(飽和磁化Bsと厚さtとの積(Bs・t))は、上部第2バイアス磁性層121bの磁気膜厚と実質的に等しいことが好ましい。   The thicknesses of the upper first bias magnetic layer 121a and the upper second bias magnetic layer 121b are preferably, for example, 1.5 nm or more and 5 nm or less, respectively. Thereby, for example, the strength of the unidirectional anisotropic magnetic field by the upper bias pinning layer 42b can be further increased. The magnetic film thickness (the product of the saturation magnetization Bs and the thickness t (Bs · t)) of the upper first bias magnetic layer 121a is preferably substantially equal to the magnetic film thickness of the upper second bias magnetic layer 121b.

上部第1バイアス磁性層121aと上部第2バイアス磁性層121bとに同じ磁性材料を用いる場合は、それらの膜厚をそろえることが好ましい。上部第1バイアス磁性層121aと上部第2バイアス磁性層121bに異なる磁性材料を用いる場合、例えば、上部第1バイアス磁性層121aにCo40Fe4020を用い、上部第2バイアス磁性層121bにCo75Fe25を用いる場合、薄膜でのCo40Fe4020の飽和磁化は、約1.9T(テスラ)であり、Co75Fe25の飽和磁化は、約2.1Tである。例えば、上部第1バイアス磁性層121aとして、3nmの厚さのCo40Fe4020層を用いる場合には、上部第1バイアス磁性層121aの磁気膜厚は、1.9T×3nmであり、5.7Tnmとなる。上記と等しい磁気膜厚が得られる上部第2バイアス磁性層121bの厚さは、5.7Tnm/2.1Tであり、2.7nmとなる。この場合、上部第2バイアス磁性層121bには、約2.7nmの厚さのCo75Fe25を用いることが好ましい。 In the case where the same magnetic material is used for the upper first bias magnetic layer 121a and the upper second bias magnetic layer 121b, it is preferable that their film thicknesses are made uniform. When different magnetic materials are used for the upper first bias magnetic layer 121a and the upper second bias magnetic layer 121b, for example, Co 40 Fe 40 B 20 is used for the upper first bias magnetic layer 121a and the upper second bias magnetic layer 121b is used. When Co 75 Fe 25 is used, the saturation magnetization of Co 40 Fe 40 B 20 in the thin film is about 1.9 T (Tesla), and the saturation magnetization of Co 75 Fe 25 is about 2.1 T. For example, when a Co 40 Fe 40 B 20 layer having a thickness of 3 nm is used as the upper first bias magnetic layer 121a, the magnetic film thickness of the upper first bias magnetic layer 121a is 1.9 T × 3 nm, It becomes 5.7 Tnm. The thickness of the upper second bias magnetic layer 121b that can obtain a magnetic film thickness equal to the above is 5.7 Tnm / 2.1T, which is 2.7 nm. In this case, it is preferable to use Co 75 Fe 25 having a thickness of about 2.7 nm for the upper second bias magnetic layer 121b.

図24(b)は、第2の実施形態の別のバイアス層を示す模式的斜視図である。
図24(b)に表した下部バイアス層110bは、下部バイアスピニング層42aと、下部第3バイアス磁性層111cと、下部第2磁気結合層114b(第2磁気結合層)と、下部第2バイアス磁性層111b(第4バイアス磁性層)と、下部第1磁気結合層114aと、下部第1バイアス磁性層111aと、下部分離層43aと、を含む。下部バイアスピニング層42aと下部分離層43aとの間に、下部第3バイアス磁性層111cが設けられる。下部第3バイアス磁性層111cと下部分離層43aとの間に、下部第2磁気結合層114bが設けられる。下部第2磁気結合層114bと下部分離層43aとの間に、下部第2バイアス磁性層111bが設けられる。下部第2バイアス磁性層111bと下部分離層43aとの間に、下部第1磁気結合層1114aが設けられる。下部第1磁気結合層114aと下部分離層43aとの間に、下部第1バイアス磁性層111aが設けられる。
FIG. 24B is a schematic perspective view showing another bias layer of the second embodiment.
The lower bias layer 110b shown in FIG. 24B includes a lower bias pinning layer 42a, a lower third bias magnetic layer 111c, a lower second magnetic coupling layer 114b (second magnetic coupling layer), and a lower second bias. It includes a magnetic layer 111b (fourth bias magnetic layer), a lower first magnetic coupling layer 114a, a lower first bias magnetic layer 111a, and a lower isolation layer 43a. A lower third bias magnetic layer 111c is provided between the lower bias pinning layer 42a and the lower isolation layer 43a. A lower second magnetic coupling layer 114b is provided between the lower third bias magnetic layer 111c and the lower isolation layer 43a. A lower second bias magnetic layer 111b is provided between the lower second magnetic coupling layer 114b and the lower isolation layer 43a. A lower first magnetic coupling layer 1114a is provided between the lower second bias magnetic layer 111b and the lower isolation layer 43a. A lower first bias magnetic layer 111a is provided between the lower first magnetic coupling layer 114a and the lower isolation layer 43a.

図24(b)に表した上部バイアス層120bは、上部分離層43bと、上部第1バイアス磁性層121aと、上部第1磁気結合層124aと、上部第2バイアス磁性層121bと、上部バイアスピニング層42bと、を含む。上部分離層43bと上部バイアスピニング層42bとの間に、上部第1バイアス磁性層121aが設けられる。上部第1バイアス磁性層121aと上部バイアスピニング層42bとの間に、上部第1磁気結合層124aが設けられる。上部第1磁気結合層124aと上部バイアスピニング層42bとの間に、上部第2バイアス磁性層121bが設けられる。   The upper bias layer 120b shown in FIG. 24B includes an upper separation layer 43b, an upper first bias magnetic layer 121a, an upper first magnetic coupling layer 124a, an upper second bias magnetic layer 121b, and an upper bias pinning. Layer 42b. An upper first bias magnetic layer 121a is provided between the upper isolation layer 43b and the upper bias pinning layer 42b. An upper first magnetic coupling layer 124a is provided between the upper first bias magnetic layer 121a and the upper bias pinning layer 42b. An upper second bias magnetic layer 121b is provided between the upper first magnetic coupling layer 124a and the upper bias pinning layer 42b.

図24(a)では、下部バイアス層110aにおけるバイアス磁性層は単層であったのに対して、図24(b)では、下部バイアス層110bにおいて、下部第1磁気結合層114aおよび下部第2磁気結合層114bを介して、3層のバイアス磁性層が設けられている点が異なる。複数層のバイアス磁性層は、磁気結合層を介して、隣り合うバイアス磁性層の磁化方向が反対となるように設定することができる。このように、複数のバイアス磁性層を用いて、それらの磁化方向を反平行とすることで、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。   In FIG. 24A, the bias magnetic layer in the lower bias layer 110a is a single layer, whereas in FIG. 24B, in the lower bias layer 110b, the lower first magnetic coupling layer 114a and the lower second magnetic layer The difference is that three bias magnetic layers are provided via the magnetic coupling layer 114b. The plurality of bias magnetic layers can be set so that the magnetization directions of adjacent bias magnetic layers are opposite to each other via the magnetic coupling layer. In this way, by using a plurality of bias magnetic layers and making their magnetization directions anti-parallel, the leakage magnetic field from the bias magnetic layer to the outside is suppressed, and a magnetic other than bias application by exchange coupling to the magnetization free layer is performed. Interference can be suppressed.

図24(b)では、下部バイアス層110bと上部バイアス層120bとの両方で、複数層のバイアス磁性層を用いているので、バイアス磁性層から外部への漏洩磁界を、両方のバイアス層(下部バイアス層110bおよび上部バイアス層120b)で抑えることができる。   In FIG. 24B, since a plurality of bias magnetic layers are used for both the lower bias layer 110b and the upper bias layer 120b, the leakage magnetic field from the bias magnetic layer to the outside is reduced. The bias layer 110b and the upper bias layer 120b) can be suppressed.

図24(b)の下部バイアス層110bに示すように、3層のバイアス磁性層を用いる場合、下部第1バイアス磁性層111aの磁化111amと下部第3バイアス磁性層111cの磁化111cmは同じ向きとなり、下部第2バイアス磁性層111bの磁化111bmのみ逆向きとなる。このような奇数で複数のバイアス磁性層を用いる場合、漏洩磁界を低減する観点では、同一方向を向いているバイアス磁性層の磁気膜厚の和が逆方向を向いているバイアス磁性層の磁気膜厚の和と等しくすることが好ましい。例えば、図24(b)に示すような、3層のバイアス磁性層を用いる場合、下部第1バイアス磁性層111aの磁気膜厚と下部第3バイアス磁性層111cの磁気膜厚との和が、下部第2バイアス磁性層111bの磁気膜厚と等しくなるように設定することが好ましい。   As shown in the lower bias layer 110b in FIG. 24B, when three bias magnetic layers are used, the magnetization 111am of the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetization 111cm of the lower third bias magnetic layer 111c are in the same direction. Only the magnetization 111bm of the lower second bias magnetic layer 111b is reversed. In the case of using a plurality of bias magnetic layers in such an odd number, from the viewpoint of reducing the leakage magnetic field, the magnetic film of the bias magnetic layer in which the sum of the magnetic film thicknesses of the bias magnetic layers facing in the same direction is directed in the opposite direction It is preferable to make it equal to the sum of the thicknesses. For example, when using three bias magnetic layers as shown in FIG. 24B, the sum of the magnetic film thickness of the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetic film thickness of the lower third bias magnetic layer 111c is It is preferably set to be equal to the magnetic film thickness of the lower second bias magnetic layer 111b.

図24(b)に含まれる各層の材料は、図24(a)と同様のものを用いることができる。
下部バイアスピニング層42aには、例えば7nmのIrMnを用いることができる。下部第3バイアス磁性層111cには、例えば、2nmのFe50Co50を用いることができる。下部第2磁気結合層114bには、例えば、0.9nmのRuを用いることができる。下部第1バイアス磁性層111aには、例えば、4nmのFe50Co50を用いることができる。下部第1磁気結合層114aには、例えば、0.9nmのRuを用いることができる。下部第1バイアス磁性層111aには、例えば、2nmのFe50Co50を用いることができる。下部分離層43aには、例えば、2.5nmのCuを用いることができる。
The material of each layer included in FIG. 24B can be the same as that shown in FIG.
For the lower bias pinning layer 42a, for example, IrMn of 7 nm can be used. For the lower third bias magnetic layer 111c, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 can be used. For example, Ru of 0.9 nm can be used for the lower second magnetic coupling layer 114b. For the lower first bias magnetic layer 111a, for example, Fe 50 Co 50 of 4 nm can be used. For example, 0.9 nm of Ru can be used for the lower first magnetic coupling layer 114a. For the lower first bias magnetic layer 111a, for example, 2 nm of Fe 50 Co 50 can be used. For the lower separation layer 43a, for example, 2.5 nm of Cu can be used.

上部分離層43bには、例えば、2.5nmのCuを用いることができる。上部第1バイアス磁性層121aには、2nmのFe50Co50を用いることができる。上部第1磁気結合層124aには、例えば、0.9nmのRuを用いることができる。上部第2バイアス磁性層121bには、2nmのFe50Co50を用いることができる。上部バイアスピニング層42bには、例えば7nmのIrMnを用いることができる。 For the upper isolation layer 43b, for example, 2.5 nm of Cu can be used. As the upper first bias magnetic layer 121a, 2 nm of Fe 50 Co 50 can be used. For example, 0.9 nm of Ru can be used for the upper first magnetic coupling layer 124a. For the upper second bias magnetic layer 121b, 2 nm of Fe 50 Co 50 can be used. For the upper bias pinning layer 42b, for example, IrMn of 7 nm can be used.

図24(a)には、下部バイアス層110aに単層のバイアス磁性層を用い、上部バイアス層120aに2層のバイアス磁性層を用いた場合を例示した。図24(b)には、下部バイアス層110bに3層のバイアス磁性層を用い、上部バイアス層120bに2層のバイアス磁性層を用いた場合を例示した。下部バイアス層110a、110bと上部バイアス層120a、120bとに含まれるバイアス磁性層の層数については、適宜調整することができる。
なお、バイアス層は、4層以上のバイアス磁性層を含んでいてもよい。
FIG. 24A illustrates a case where a single bias magnetic layer is used for the lower bias layer 110a and two bias magnetic layers are used for the upper bias layer 120a. FIG. 24B illustrates a case where three bias magnetic layers are used for the lower bias layer 110b and two bias magnetic layers are used for the upper bias layer 120b. The number of bias magnetic layers included in the lower bias layers 110a and 110b and the upper bias layers 120a and 120b can be appropriately adjusted.
The bias layer may include four or more bias magnetic layers.

下部バイアス層110と上部バイアス層120とのそれぞれに含まれるバイアス磁性層の層数を奇数―偶数、偶数―奇数とした場合は、下部磁性層10(第1磁化自由層)と上部磁性層20(第2磁化自由層)とのそれぞれに加わるバイアス方向は反平行となる。下部バイアス層110と上部バイアス層120とのそれぞれに含まれるバイアス磁性層の層数を奇数―奇数、偶数―偶数とした場合は、下部磁性層10(第1磁化自由層)と上部磁性層20(第2磁化自由層)とのそれぞれに加わるバイアス方向は平行となる。いずれの場合でも、歪センサとして機能させることができる。下部磁性層10(第1磁化自由層)と上部磁性層20(第2磁化自由層)とのそれぞれに加わるバイアス方向はお互いに反平行としたほうが、反平行の磁化アライメントがひずみによって鋏のように閉じる動作が得られ、高いゲージファクターを実現できるのでより好ましい。   When the number of bias magnetic layers included in each of the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120 is odd-even and even-odd, the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 are used. The bias direction applied to each of the (second magnetization free layer) is antiparallel. When the number of bias magnetic layers included in each of the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120 is odd-odd and even-even, the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 are used. The bias direction applied to each of the (second magnetization free layer) is parallel. In either case, it can function as a strain sensor. When the bias directions applied to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) are antiparallel to each other, the antiparallel magnetization alignment is more likely to be trapped due to strain. It is more preferable because a close operation can be obtained and a high gauge factor can be realized.

ここで、中間層30に絶縁層を用いたトンネル型の歪検知素子を用いる場合、電気抵抗変化を大きく取る観点で、下部磁性層10(第1磁化自由層)と上部磁性層20(第2磁化自由層)とに加わるバイアス方向はお互いに反平行としたほうがより好ましい。これは、トンネル型の歪検知素子では、ピン層とフリー層との間の相対角度が0°と90°との間で変化する場合よりも、90°と180°との間で変化する場合のほうが電気抵抗の変化が大きくとれるため、90°と180°との間で歪センサとして駆動したほうが高いゲージファクターを得やすいためである。ピン層とフリー層との間の相対角度が180°に近いほど、単位あたりの相対角度変化に対する電気抵抗変化が大きくなる。よって、下部磁性層10(第1磁化自由層)と上部磁性層20(第2磁化自由層)とのそれぞれに含まれるバイアス磁性層の層数を奇数―偶数、偶数―奇数することが好ましい。   Here, when a tunnel type strain sensing element using an insulating layer is used for the intermediate layer 30, the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetic layer 20) are used from the viewpoint of obtaining a large change in electrical resistance. The bias directions applied to the magnetization free layer are more preferably antiparallel to each other. This is because, in a tunnel type strain sensing element, the relative angle between the pinned layer and the free layer changes between 90 ° and 180 °, rather than between 0 ° and 90 °. This is because the change in electric resistance can be greater in this case, and it is easier to obtain a higher gauge factor when driven as a strain sensor between 90 ° and 180 °. The closer the relative angle between the pinned layer and the free layer is to 180 °, the greater the electrical resistance change with respect to the relative angle change per unit. Therefore, the number of bias magnetic layers included in each of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is preferably odd-even and even-odd.

実施形態に係る第5の実施例として、下記の構造を有する歪検知素子300を作製する。
(第5の実施例)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
下部バイアス層110:Ir22Mn78(7nm)/Fe50Co50(3nm)/Cu(2.5nm)
下部磁性層10(第1磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
中間層30:MgO(2nm)
上部磁性層20(第2磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
上部バイアス層120:Cu(2.5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)
キャップ層70:Ta(2nm)/Ru(5nm)
第5の実施例の歪検知素子300の構造は、図23に示す歪検知素子300aと同様である。下部バイアス層110の構造は、図24(a)に示した下部バイアス層110aと同様である。下部バイアス層110は、下部バイアスピニング層42a/下部第1バイアス磁性層111a/下部分離層43aである。上部バイアス層120の構造は、図24(a)に示した上部バイアス層120aと同様である。上部バイアス層120は、上部分離層43b/上部第1バイアス磁性層121a/上部第1磁気結合層124a/上部第2バイアス磁性層121b/上部バイアスピニング層42bである。
As a fifth example according to the embodiment, a strain sensing element 300 having the following structure is manufactured.
(Fifth embodiment)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Lower bias layer 110: Ir 22 Mn 78 (7 nm) / Fe 50 Co 50 (3 nm) / Cu (2.5 nm)
Lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Upper bias layer 120: Cu (2.5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm)
Cap layer 70: Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
The structure of the strain sensing element 300 of the fifth embodiment is the same as that of the strain sensing element 300a shown in FIG. The structure of the lower bias layer 110 is the same as that of the lower bias layer 110a shown in FIG. The lower bias layer 110 includes a lower bias pinning layer 42a / a lower first bias magnetic layer 111a / a lower isolation layer 43a. The structure of the upper bias layer 120 is the same as that of the upper bias layer 120a shown in FIG. The upper bias layer 120 is an upper separation layer 43b / upper first bias magnetic layer 121a / upper first magnetic coupling layer 124a / upper second bias magnetic layer 121b / upper bias pinning layer 42b.

第2の比較例として、下記の構造を有する歪検知素子を作製する。
(比較例2)
下地層50:Ta(1nm)/Cu(15nm)
下部磁性層10(第1磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
中間層30:MgO(2nm)
上部磁性層20(第2磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
キャップ層70:Cu(15nm)/Ta(2nm)/Ru(5nm)
第2の比較例では、バイアス層を設けていない。
第5の実施例の積層体については、成形後、320℃1Hで6500Oeの磁界印加中でのアニールを行い、下部バイアス層110および上部バイアス層120の磁化の固着を行う。
As a second comparative example, a strain sensing element having the following structure is manufactured.
(Comparative Example 2)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Cu (15 nm)
Lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Cap layer 70: Cu (15 nm) / Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
In the second comparative example, no bias layer is provided.
The laminated body of the fifth example is annealed while applying a magnetic field of 6500 Oe at 320 ° C. and 1 H after molding to fix the magnetization of the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120.

図25(a)〜図25(d)は、第5の実施例の積層体の素子加工前の磁気特性の結果の例を示すグラフ図である。
図25(a)は、第5の実施例において、磁界中熱処理を行う方向に磁場をかけた場合を正の磁場として評価したBHループの例を表す。図25(b)は、第5の実施例において、磁界中熱処理方向と面内で垂直方向に磁場を印加して評価したBHループの例を表す。図25(c)は、第2の比較例において、磁界中熱処理を行う方向に磁場をかけた場合を正の磁場として評価したBHループの例を表す。図25(d)は、第2の比較例において、磁界中熱処理方向と面内で垂直方向に磁場を印加して評価したBHループの例を表す。
FIG. 25A to FIG. 25D are graphs showing examples of results of magnetic characteristics before element processing of the laminated body of the fifth example.
FIG. 25A shows an example of a BH loop in which the case where a magnetic field is applied in the direction in which the heat treatment in a magnetic field is performed is evaluated as a positive magnetic field in the fifth example. FIG. 25B shows an example of a BH loop evaluated by applying a magnetic field in the direction perpendicular to the heat treatment direction in the magnetic field and in the plane in the fifth example. FIG. 25C illustrates an example of a BH loop in which a case where a magnetic field is applied in a direction in which heat treatment in a magnetic field is performed is evaluated as a positive magnetic field in the second comparative example. FIG. 25D shows an example of a BH loop evaluated in the second comparative example by applying a magnetic field in the direction perpendicular to the heat treatment direction in the magnetic field and in the plane.

図25(a)に表したBHループでは、角型性のよい磁化容易軸のループ形状が、負側の磁場において1つ、正側の磁場において1つ得られており、ゼロ磁界で反平行となっていることがわかる。図25(b)に表したBHループでは、典型的な磁化困難軸のループ形状が得られている。この結果より、第5の実施例の各々の磁化自由層には磁界中熱処理方向を容易軸とした面内の誘導磁気異方性が得られていることがわかる。   In the BH loop shown in FIG. 25A, one easy-axis loop shape with good squareness is obtained in the negative magnetic field and one in the positive magnetic field, and anti-parallel in the zero magnetic field. It turns out that it is. In the BH loop shown in FIG. 25B, a loop shape with a typical hard axis is obtained. From this result, it is understood that in-plane induced magnetic anisotropy with the easy axis in the direction of heat treatment in the magnetic field is obtained in each magnetization free layer of the fifth embodiment.

図25(c)に表したBHループでは、角型性のよい磁化容易軸のループ形状が得られている。図25(b)に表したBHループでは、典型的な磁化困難軸のループ形状が得られている。この結果より、磁化自由層には磁界中熱処理方向を容易軸とした面内の誘導磁気異方性が得られていることがわかる。図25(c)から分かるように、バイアス層を設けていない第2の比較例において、下部磁性層10および上部磁性層20は同時に反転しており、ゼロ磁界で平行であることがわかる。面内の誘導磁気異方性の強さを示す異方性磁界Hは、下部磁性層10および上部磁性層20の平均値として16.9Oeと見積もられる。 In the BH loop shown in FIG. 25C, a loop shape of an easy magnetization axis with good squareness is obtained. In the BH loop shown in FIG. 25B, a loop shape with a typical hard axis is obtained. From this result, it can be seen that in-plane induced magnetic anisotropy is obtained in the magnetization free layer with the direction of heat treatment in a magnetic field as the easy axis. As can be seen from FIG. 25 (c), in the second comparative example in which no bias layer is provided, the lower magnetic layer 10 and the upper magnetic layer 20 are simultaneously reversed and are parallel with zero magnetic field. An anisotropy magnetic field H k indicating the strength of in-plane induced magnetic anisotropy is estimated to be 16.9 Oe as an average value of the lower magnetic layer 10 and the upper magnetic layer 20.

図25(a)のBHループから、下部磁性層10(第1磁化自由層)は負の磁場側にバイアスされている。Hshiftは−8.8Oeと見積もられる。保磁力Hは、3.4Oeと見積もられる。図25(a)のBHループから、上部磁性層20(第2磁化自由層)は正の磁場側にバイアスされている。Hshiftは10.5Oeと見積もられる。保磁力Hは、3.1Oeと見積もられる。 From the BH loop of FIG. 25A, the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) is biased to the negative magnetic field side. H shift is estimated to be -8.8 Oe. Coercivity H c is estimated to 3.4Oe. From the BH loop of FIG. 25A, the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is biased to the positive magnetic field side. H shift is estimated at 10.5 Oe. Coercivity H c is estimated to 3.1Oe.

保磁力は、磁化回転の容易さを示す特性指標である。3Oe程度の保磁力は、逆磁歪効果による磁化回転も十分に起こりやすい値といえる。なお、第5の実施例の磁歪定数を評価した結果、2層の磁化自由層の磁歪定数の平均値は20ppmと算出される。この値は高い歪に対する磁化回転を引き起こすのに十分高い値といえる。この誘導磁気異方性の強さと関係する図25(b)のBHループから算出される異方性磁界Hは18.7Oeと見積もられ、第2の比較例に対してバイアス層を設けることで異方性磁界が向上していることが確認される。 The coercive force is a characteristic index indicating the ease of magnetization rotation. It can be said that the coercive force of about 3 Oe is a value at which magnetization rotation due to the inverse magnetostriction effect easily occurs. As a result of evaluating the magnetostriction constant of the fifth example, the average value of the magnetostriction constants of the two magnetization free layers is calculated to be 20 ppm. This value is high enough to cause magnetization rotation for high strain. The anisotropic magnetic field H k calculated from the BH loop of FIG. 25B related to the strength of the induced magnetic anisotropy is estimated to be 18.7 Oe, and a bias layer is provided for the second comparative example. This confirms that the anisotropic magnetic field is improved.

図25(a)〜図25(d)の結果より、第5の実施例の磁化自由層の構成は、第2の比較例の磁化自由層の構成と同じである。第5の実施例の保磁力は、第2の比較例の保磁力と同等である。第5の実施例の磁歪定数は、第2の比較例の磁歪定数と同等である。 第5の実施例では、バイアス層を設けることによって第2の比較例2に比べて異方性磁界が向上していることがわかる。第5の実施例では、下部バイアス層110から下部磁性層10にバイアスを加えている。上部バイアス層120から上部磁性層20にバイアスを加えている。下部バイアス層110から下部磁性層10に加えるバイアスの方向は、上部バイアス層120から上部磁性層20に加えるバイアスの方向と反平行である。これにより、ゼロ磁界で、下部磁性層10(第1磁化自由層)の磁化10mが上部磁性層20(第2磁化自由層)の磁化20mと反平行となっていることがわかる。
第5の実施例の積層体をフォトリソグラフィおよびミリングによって垂直通電素子に加工する。垂直通電素子の素子サイズについては、20μm×20μmとする。
From the results of FIGS. 25A to 25D, the configuration of the magnetization free layer of the fifth example is the same as the configuration of the magnetization free layer of the second comparative example. The coercive force of the fifth example is equivalent to the coercive force of the second comparative example. The magnetostriction constant of the fifth example is equivalent to the magnetostriction constant of the second comparative example. In the fifth example, it can be seen that the anisotropic magnetic field is improved as compared with the second comparative example 2 by providing the bias layer. In the fifth embodiment, a bias is applied from the lower bias layer 110 to the lower magnetic layer 10. A bias is applied from the upper bias layer 120 to the upper magnetic layer 20. The direction of the bias applied from the lower bias layer 110 to the lower magnetic layer 10 is antiparallel to the direction of the bias applied from the upper bias layer 120 to the upper magnetic layer 20. Thereby, it can be seen that the magnetization 10m of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) is antiparallel to the magnetization 20m of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) at zero magnetic field.
The laminated body of the fifth embodiment is processed into a vertical conduction element by photolithography and milling. The element size of the vertical energization element is 20 μm × 20 μm.

図26(a)〜図26(d)は、第5の実施例の歪検知素子の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。
図26(a)〜図26(d)に示す歪センサ特性の評価については、基板ベンディング法により行う。試作する歪検知素子300のウェーハを短冊状にカットしたウェーハを、ナイフエッジによる4点ベンディング法により歪印加を行う。短冊ウェーハを曲げるナイフエッジにロードセルを組み込んでおり、そのロードセルにて計測された荷重により、ウェーハ表面の歪検知素子300に加わる歪を計算する。歪の計算には、図10(a)〜図10(e)に関して前述した式(1)で表される一般的な2辺支持梁の理論式を用いる。 歪印加の方向については、図10(a)〜図10(e)に関して前述した通りである。
FIG. 26A to FIG. 26D are graphs showing examples of results of strain sensor characteristics of the strain sensing element of the fifth example.
The evaluation of the strain sensor characteristics shown in FIGS. 26A to 26D is performed by the substrate bending method. Strain is applied to a wafer obtained by cutting a wafer of the strain sensing element 300 to be prototyped into a strip shape by a four-point bending method using a knife edge. A load cell is incorporated in a knife edge that bends the strip wafer, and the strain applied to the strain sensing element 300 on the wafer surface is calculated by the load measured by the load cell. For the calculation of the strain, a general theoretical formula of a two-sided support beam represented by the formula (1) described above with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (e) is used. The direction of strain application is as described above with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (e).

図26(a)に表した例では、素子サイズが20μm×20μmの第5の実施例の歪検知素子300について、歪検知素子300に加わる歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で、0.2(%0)刻みで固定値として設定する。図26(a)は、それぞれの歪で電気抵抗の磁場依存性を測定した結果の例をそれぞれ示している。測定時の外部磁場方向は、各バイアス層の磁化の方向と面内で垂直な方向に加えている。図26(a)より、印加歪の値によりR−Hループ形状が変化していることがわかる。これは、逆磁歪効果によって、磁化自由層の面内磁気異方性が変化していることを示している。   In the example shown in FIG. 26A, with respect to the strain sensing element 300 of the fifth embodiment having an element size of 20 μm × 20 μm, the strain applied to the strain sensing element 300 is −0.8 (% 0) or more and 0.8. Between (% 0) and below, it is set as a fixed value in increments of 0.2 (% 0). FIG. 26A shows an example of the result of measuring the magnetic field dependence of electrical resistance at each strain. The direction of the external magnetic field at the time of measurement is added to the direction perpendicular to the magnetization direction of each bias layer in the plane. FIG. 26A shows that the RH loop shape changes depending on the applied strain value. This indicates that the in-plane magnetic anisotropy of the magnetization free layer is changed by the inverse magnetostriction effect.

図26(b)〜図26(d)は、第5の実施例の歪検知素子300について、外部磁場を固定し、歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で連続的に掃引する場合の電気抵抗の変化を示す。歪については、−0.8(%0)から0.8(%0)へ掃引させ、続いて、0.8(%0)から−0.8(%0)へ掃引させる。これらの結果が、歪センサ特性を示している。図26(b)では、5Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図26(c)では、2Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図26(d)では、0Oeの外部磁場を加えて評価を行う。   26 (b) to 26 (d) show a strain sensing element 300 of the fifth embodiment with an external magnetic field fixed and a strain of −0.8 (% 0) or more and 0.8 (% 0) or less. The change of the electrical resistance when sweeping continuously between is shown. The distortion is swept from −0.8 (% 0) to 0.8 (% 0), and then from 0.8 (% 0) to −0.8 (% 0). These results show the strain sensor characteristics. In FIG. 26B, the evaluation is performed by applying an external magnetic field of 5 Oe. In FIG. 26C, evaluation is performed by applying an external magnetic field of 2 Oe. In FIG. 26D, evaluation is performed by applying an external magnetic field of 0 Oe.

実施形態の歪検知素子300では、適切なバイアス磁界を加えることで高いゲージファクターを得ることができる。外部磁界については、ハードバイアスを歪検知素子の側壁に設けることによっても加えることができる。第5の実施例の歪検知素子300では、簡易的に外部磁場をコイルによって与えて評価する。図26(b)〜図26(d)より、第5の実施例のゲージファクターを、歪に対する電気抵抗の変化から見積もる。   In the strain sensing element 300 of the embodiment, a high gauge factor can be obtained by applying an appropriate bias magnetic field. The external magnetic field can also be applied by providing a hard bias on the side wall of the strain sensing element. In the strain sensing element 300 of the fifth embodiment, an external magnetic field is simply applied by a coil for evaluation. 26 (b) to 26 (d), the gauge factor of the fifth embodiment is estimated from the change in electrical resistance with respect to strain.

ゲージファクターは、図10(a)〜図10(e)に関して前述した式(2)で表される。図26(b)より、第5の実施例において、外部磁界が5Oeであるときのゲージファクターは、1713である。図26(c)より、第5の実施例において、外部磁界が2Oeであるときのゲージファクターは、2587である。図26(d)より、第5の実施例において、外部磁界が0Oeであるときのゲージファクターは、3570である。この結果より、第5の実施例では、バイアス磁界が0Oeの場合に、最大ゲージファクター(3570)が得られる。   The gauge factor is expressed by Equation (2) described above with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (e). From FIG. 26B, in the fifth example, the gauge factor when the external magnetic field is 5 Oe is 1713. From FIG. 26C, in the fifth embodiment, the gauge factor when the external magnetic field is 2 Oe is 2587. From FIG. 26D, in the fifth example, the gauge factor when the external magnetic field is 0 Oe is 3570. From this result, in the fifth example, when the bias magnetic field is 0 Oe, the maximum gauge factor (3570) is obtained.

図26(a)〜図26(d)の結果より、バイアス層を設けた第5の実施例において、高いゲージファクターが外部磁界ゼロで確認される。これは、バイアス層を設けることにより、ゼロ磁界で、下部磁性層10(第1磁化自由層)および上部磁性層20(第2磁化自由層)に適切な反平行のバイアスが加えられ、歪センサ特性の可逆性を向上できるためと考えられる。バイアス層を設けることによる可逆性の向上は、図13(a)〜図13(f)にて説明したものと同様の原理に基づくと考えられる。異方性磁界の向上によって、余分なバイアス磁界が無くとも可逆な歪センサ特性が得られるためであると考えられる。   From the results shown in FIGS. 26A to 26D, in the fifth example in which the bias layer is provided, a high gauge factor is confirmed with zero external magnetic field. By providing a bias layer, an appropriate antiparallel bias is applied to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) with zero magnetic field, and the strain sensor. It is considered that the reversibility of characteristics can be improved. The improvement in reversibility by providing the bias layer is considered to be based on the same principle as that described with reference to FIGS. This is probably because the improvement of the anisotropy magnetic field can provide reversible strain sensor characteristics without an extra bias magnetic field.

実施形態に係る第6の実施例として、下記の構造を有する歪検知素子300を作製する。
(第6の実施例)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
下部バイアス層110:Ir22Mn78(7nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(4nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/Cu(2.5nm)
下部磁性層10(第1磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
中間層30:MgO(2nm)
上部磁性層20(第2磁化自由層):Co40Fe4020(4nm)
上部バイアス層120:Cu(2.5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)
キャップ層70:Ta(2nm)/Ru(5nm)
第6の実施例の歪検知素子300の構造は、図23に示す歪検知素子300aと同様である。下部バイアス層110の構造は、図24(b)に示した下部バイアス層110bと同様である。下部バイアス層110は、下部バイアスピニング層42a/下部第3バイアス磁性層111c/下部第2磁気結合層114b/下部第2バイアス磁性層111b/下部第1磁気結合層114a/下部第1バイアス磁性層111a/下部分離層43aである。上部バイアス層120の構造は、図24(b)に示した上部バイアス層120bと同様である。上部バイアス層120は、上部分離層43b/上部第1バイアス磁性層121a/上部第1磁気結合層124a/上部第2バイアス磁性層121b/上部バイアスピニング層42bである。第5の実施例との違いは、第5の実施例の下部バイアス層110が単層のバイアス磁性層を含んでいるのに対して、第6の実施例では、下部バイアス層110が3層のバイアス磁性層を含んでいる。
As a sixth example according to the embodiment, a strain sensing element 300 having the following structure is manufactured.
(Sixth embodiment)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Lower bias layer 110: Ir 22 Mn 78 (7 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (4 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Cu (2.5nm)
Lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm)
Upper bias layer 120: Cu (2.5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm)
Cap layer 70: Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
The structure of the strain sensing element 300 of the sixth embodiment is the same as that of the strain sensing element 300a shown in FIG. The structure of the lower bias layer 110 is the same as that of the lower bias layer 110b shown in FIG. The lower bias layer 110 includes a lower bias pinning layer 42a / a lower third bias magnetic layer 111c / a lower second magnetic coupling layer 114b / a lower second bias magnetic layer 111b / a lower first magnetic coupling layer 114a / a lower first bias magnetic layer. 111a / lower separation layer 43a. The structure of the upper bias layer 120 is the same as that of the upper bias layer 120b shown in FIG. The upper bias layer 120 is an upper separation layer 43b / upper first bias magnetic layer 121a / upper first magnetic coupling layer 124a / upper second bias magnetic layer 121b / upper bias pinning layer 42b. The difference from the fifth embodiment is that the lower bias layer 110 of the fifth embodiment includes a single bias magnetic layer, whereas the lower bias layer 110 of the sixth embodiment has three layers. The bias magnetic layer is included.

図27(a)〜図27(d)は、第6の実施例の歪検知素子の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。
第5の実施例と同様に、歪センサ特性を評価する。
図27(a)に表した例では、素子サイズが20μm×20μmの第6の実施例の歪検知素子300について、歪検知素子300に加わる歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で、0.2(%0)刻みで固定値として設定する。図27(a)は、それぞれの歪で電気抵抗の磁場依存性を測定した結果の例をそれぞれ示している。測定時の外部磁場方向は、各バイアス層の磁化の方向と面内で垂直な方向に加えている。図27(a)より、印加歪の値によりR−Hループ形状が変化していることがわかる。これは、逆磁歪効果によって、磁化自由層の面内磁気異方性が変化していることを示している。
FIGS. 27A to 27D are graphs showing examples of the results of the strain sensor characteristics of the strain sensing element of the sixth embodiment.
Similar to the fifth embodiment, the strain sensor characteristics are evaluated.
In the example shown in FIG. 27A, with respect to the strain sensing element 300 of the sixth embodiment having an element size of 20 μm × 20 μm, the strain applied to the strain sensing element 300 is −0.8 (% 0) or more and 0.8. Between (% 0) and below, it is set as a fixed value in increments of 0.2 (% 0). FIG. 27A shows an example of the result of measuring the magnetic field dependence of electrical resistance at each strain. The direction of the external magnetic field at the time of measurement is added to the direction perpendicular to the magnetization direction of each bias layer in the plane. FIG. 27A shows that the RH loop shape changes depending on the value of applied strain. This indicates that the in-plane magnetic anisotropy of the magnetization free layer is changed by the inverse magnetostriction effect.

図27(b)〜図27(d)は、第6の実施例の歪検知素子300について、外部磁場は固定し、歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で連続的に掃引する場合の電気抵抗の変化を示す。歪については、−0.8(%0)から0.8(%0)へ掃引させ、続いて、0.8(%0)から−0.8(%0)へ掃引させる。これらの結果が、歪センサ特性を示している。図27(d)では、0Oeの外部磁場を加えて評価を行う。   27 (b) to 27 (d) show a strain sensing element 300 of the sixth embodiment with an external magnetic field fixed and a strain of −0.8 (% 0) or more and 0.8 (% 0) or less. The change of the electrical resistance when sweeping continuously between is shown. The distortion is swept from −0.8 (% 0) to 0.8 (% 0), and then from 0.8 (% 0) to −0.8 (% 0). These results show the strain sensor characteristics. In FIG. 27D, the evaluation is performed by applying an external magnetic field of 0 Oe.

実施形態の歪検知素子300では、適切なバイアス磁界を加えることで高いゲージファクターを得ることができる。外部磁界については、ハードバイアスを歪検知素子の側壁に設けることによっても加えることができる。第6の実施例の歪検知素子300では、簡易的に外部磁場をコイルによって与えて評価している。図27(b)〜図27(d)より、第6の実施例のゲージファクターを、歪に対する電気抵抗の変化から見積もる。   In the strain sensing element 300 of the embodiment, a high gauge factor can be obtained by applying an appropriate bias magnetic field. The external magnetic field can also be applied by providing a hard bias on the side wall of the strain sensing element. In the strain sensing element 300 of the sixth embodiment, evaluation is performed by simply applying an external magnetic field by a coil. From FIG. 27 (b) to FIG. 27 (d), the gauge factor of the sixth embodiment is estimated from the change in electrical resistance with respect to strain.

ゲージファクターは、図10(a)〜図10(e)に関して前述した式(2)で表される。図27(b)より、第6の実施例において、外部磁界が5Oeであるときのゲージファクターは、2276である。図27(c)より、第6の実施例において、外部磁界が2Oeであるときのゲージファクターは、4270である。図27(d)より、第6の実施例において、外部磁界が0Oeであるときのゲージファクターは、4980である。この結果より、第6の実施例では、バイアス磁界が0Oeの場合に、最大ゲージファクター(4980)が得られる。   The gauge factor is expressed by Equation (2) described above with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (e). From FIG. 27B, in the sixth example, the gauge factor when the external magnetic field is 5 Oe is 2276. From FIG. 27C, in the sixth example, the gauge factor when the external magnetic field is 2 Oe is 4270. From FIG. 27D, in the sixth example, the gauge factor when the external magnetic field is 0 Oe is 4980. From this result, in the sixth example, when the bias magnetic field is 0 Oe, the maximum gauge factor (4980) is obtained.

第6の実施例のゲージファクターは、第5の実施例のゲージファクターよりも高い。これは、第6の実施例においては、下部バイアス層110および上部バイアス層120の両方が複数のバイアス磁性層を含むため、バイアス磁性層からの漏洩磁界の影響を低減できるために、高いゲージファクターを確認できると考えられる。このように、バイアス層の層数は複数層とすることが好ましい。   The gauge factor of the sixth embodiment is higher than the gauge factor of the fifth embodiment. In the sixth embodiment, since both the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120 include a plurality of bias magnetic layers, the influence of the leakage magnetic field from the bias magnetic layer can be reduced. Can be confirmed. Thus, the number of bias layers is preferably a plurality of layers.

実施形態に係る第7の実施例として、下記の構造を有する歪検知素子300を作製する。
(第7の実施例)
下地層50:Ta(1nm)/Ru(2nm)
下部バイアス層110:Ir22Mn78(7nm)/Fe50Co50(3nm)/Cu(2.5nm)
下部磁性層10(第1磁化自由層):Fe8020(4nm)/Co40Fe4020(0.5nm)
中間層30:MgO(2nm)
上部磁性層20(第2磁化自由層):Co40Fe4020(0.5nm)/Fe8020(4nm)
上部バイアス層120:Cu(2.5nm)/Fe50Co50(2nm)/Ru(0.9nm)/Fe50Co50(2nm)/IrMn(7nm)
キャップ層70:Ta(2nm)/Ru(5nm)
第7の実施例の歪検知素子300の構造は、図23に示す歪検知素子300aと同様である。下部バイアス層110の構造は、図24(a)に示した下部バイアス層110aと同様である。下部バイアス層110は、下部バイアスピニング層42a/下部第1バイアス磁性層111a/下部分離層43aである。上部バイアス層120の構造は、図24(a)に示した上部バイアス層120aと同様である。上部バイアス層120aは、上部分離層43b/上部第1バイアス磁性層121a/上部第1磁気結合層124a/上部第2バイアス磁性層121b/上部バイアスピニング層42bである。第5の実施例との違いは、第5の実施例では下部磁性層10および上部磁性層20にCo40Fe4020(4nm)を用いているのに対して、第7の実施例では下部磁性層10および上部磁性層20に上下を反転したCo40Fe4020(0.5nm)/Fe8020(4nm)を用いている点である。
As a seventh example according to the embodiment, a strain sensing element 300 having the following structure is manufactured.
(Seventh embodiment)
Underlayer 50: Ta (1 nm) / Ru (2 nm)
Lower bias layer 110: Ir 22 Mn 78 (7 nm) / Fe 50 Co 50 (3 nm) / Cu (2.5 nm)
Lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer): Fe 80 B 20 (4 nm) / Co 40 Fe 40 B 20 (0.5 nm)
Intermediate layer 30: MgO (2 nm)
Upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer): Co 40 Fe 40 B 20 (0.5 nm) / Fe 80 B 20 (4 nm)
Upper bias layer 120: Cu (2.5 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / Ru (0.9 nm) / Fe 50 Co 50 (2 nm) / IrMn (7 nm)
Cap layer 70: Ta (2 nm) / Ru (5 nm)
The structure of the strain sensing element 300 of the seventh embodiment is the same as that of the strain sensing element 300a shown in FIG. The structure of the lower bias layer 110 is the same as that of the lower bias layer 110a shown in FIG. The lower bias layer 110 includes a lower bias pinning layer 42a / a lower first bias magnetic layer 111a / a lower isolation layer 43a. The structure of the upper bias layer 120 is the same as that of the upper bias layer 120a shown in FIG. The upper bias layer 120a is upper separation layer 43b / upper first bias magnetic layer 121a / upper first magnetic coupling layer 124a / upper second bias magnetic layer 121b / upper bias pinning layer 42b. The difference from the fifth embodiment is that Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) is used for the lower magnetic layer 10 and the upper magnetic layer 20 in the fifth embodiment, whereas in the seventh embodiment, The lower magnetic layer 10 and the upper magnetic layer 20 are made of Co 40 Fe 40 B 20 (0.5 nm) / Fe 80 B 20 (4 nm) which are turned upside down.

Fe4020(0.5nm)/Fe8020(4nm)を含む第7の実施例の磁化自由層の磁気特性を評価したところ、保磁力Hは3Oeであり、磁歪定数は26ppmである。第7の実施例の保磁力は、第5の実施例のCo40Fe4020(4nm)に比べて小さい。第7の実施例の磁歪定数は、第5の実施例の磁歪定数比べて大きい。このように、FeとBとを含む合金を含むアモルファス磁性層を磁化自由層に用いることで、低いHと高い磁歪定数を両立できる。 When the magnetic characteristics of the magnetization free layer of the seventh example including Fe 40 B 20 (0.5 nm) / Fe 80 B 20 (4 nm) were evaluated, the coercive force H c was 3 Oe, and the magnetostriction constant was 26 ppm. is there. The coercive force of the seventh example is smaller than that of Co 40 Fe 40 B 20 (4 nm) of the fifth example. The magnetostriction constant of the seventh embodiment is larger than the magnetostriction constant of the fifth embodiment. Thus, by using an amorphous magnetic layer containing an alloy containing Fe and B for the magnetization free layer, both low Hc and high magnetostriction constant can be achieved.

図28(a)〜図28(d)は、第7の実施例の歪検知素子の歪センサ特性の結果の例を示すグラフ図である。
第5の実施例と同様に、歪センサ特性を評価する。
図28(a)に表した例では、素子サイズが20μm×20μmの第7の実施例の歪検知素子300について、歪検知素子300に加わる歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で、0.2(%0)刻みで固定値として設定する。図28(a)は、それぞれの歪で電気抵抗の磁場依存性を測定した結果の例をそれぞれ示している。測定時の外部磁場方向は、各バイアス層の磁化の方向と面内で垂直な方向に加えている。図28(a)より、印加歪の値によりR−Hループ形状が変化していることがわかる。これは、逆磁歪効果によって、磁化自由層の面内磁気異方性が変化していることを示している。
FIG. 28A to FIG. 28D are graphs showing examples of results of strain sensor characteristics of the strain sensing element of the seventh example.
Similar to the fifth embodiment, the strain sensor characteristics are evaluated.
In the example shown in FIG. 28A, with respect to the strain sensing element 300 of the seventh embodiment having an element size of 20 μm × 20 μm, the strain applied to the strain sensing element 300 is −0.8 (% 0) or more and 0.8. Between (% 0) and below, it is set as a fixed value in increments of 0.2 (% 0). FIG. 28A shows an example of the result of measuring the magnetic field dependence of electrical resistance at each strain. The direction of the external magnetic field at the time of measurement is added to the direction perpendicular to the magnetization direction of each bias layer in the plane. FIG. 28A shows that the RH loop shape changes depending on the value of applied strain. This indicates that the in-plane magnetic anisotropy of the magnetization free layer is changed by the inverse magnetostriction effect.

図28(b)〜図28(d)は、第7の実施例の歪検知素子300について、外部磁場は固定し、歪を−0.8(%0)以上0.8(%0)以下の間で連続的に掃引する場合の電気抵抗の変化を示す。歪については、−0.8(%0)から0.8(%0)へ掃引させ、続いて、0.8(%0)から−0.8(%0)へ掃引させる。これらの結果が、歪センサ特性を示している。図28(b)では、5Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図28(c)では、2Oeの外部磁場を加えて評価を行う。図28(d)では、0Oeの外部磁場を加えて評価を行う。   28 (b) to 28 (d) show a strain sensing element 300 of the seventh embodiment, in which the external magnetic field is fixed and the strain is −0.8 (% 0) or more and 0.8 (% 0) or less. The change of the electrical resistance when sweeping continuously between is shown. The distortion is swept from −0.8 (% 0) to 0.8 (% 0), and then from 0.8 (% 0) to −0.8 (% 0). These results show the strain sensor characteristics. In FIG. 28B, the evaluation is performed by applying an external magnetic field of 5 Oe. In FIG. 28C, evaluation is performed by applying an external magnetic field of 2 Oe. In FIG. 28D, evaluation is performed by applying an external magnetic field of 0 Oe.

実施形態の歪検知素子300では、適切なバイアス磁界を加えることで高いゲージファクターを得ることができる。外部磁界については、ハードバイアスを歪検知素子の側壁に設けることによっても加えることができる。第7の実施例の歪検知素子300では、簡易的に外部磁場をコイルによって与えて評価する。図28(b)〜図28(d)より、第7の実施例のゲージファクターを、歪に対する電気抵抗の変化から見積もる。   In the strain sensing element 300 of the embodiment, a high gauge factor can be obtained by applying an appropriate bias magnetic field. The external magnetic field can also be applied by providing a hard bias on the side wall of the strain sensing element. In the strain sensing element 300 of the seventh embodiment, an external magnetic field is simply applied by a coil for evaluation. From FIG. 28 (b) to FIG. 28 (d), the gauge factor of the seventh embodiment is estimated from the change in electrical resistance with respect to strain.

ゲージファクターは、図10(a)〜図10(e)に関して前述した式(2)で表される。図28(b)より、第7の実施例において、外部磁界が5Oeであるときのゲージファクターは、3086である。図28(c)より、第7の実施例において、外部磁界が2Oeであるときのゲージファクターは、4418である。図28(d)より、第7の実施例において、外部磁界が0Oeであるときのゲージファクターは、5290である。この結果より、第7の実施例では、バイアス磁界が0Oeの場合に、最大ゲージファクター(5290)が得られる。   The gauge factor is expressed by Equation (2) described above with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (e). From FIG. 28B, in the seventh embodiment, the gauge factor when the external magnetic field is 5 Oe is 3086. From FIG. 28C, in the seventh example, the gauge factor when the external magnetic field is 2 Oe is 4418. From FIG. 28D, in the seventh embodiment, the gauge factor when the external magnetic field is 0 Oe is 5290. From this result, in the seventh example, the maximum gauge factor (5290) is obtained when the bias magnetic field is 0 Oe.

第7の実施例のゲージファクターは、第5の実施例のゲージファクターよりも高い。これは、第7の実施例においては、下部磁性層10および上部磁性層20に低い保磁力Hおよび高い磁歪定数を両立したFe−B合金を含む磁化自由層を用いるためである。 The gauge factor of the seventh embodiment is higher than the gauge factor of the fifth embodiment. This is because, in the seventh embodiment, the lower magnetic layer 10 and the upper magnetic layer 20 use a magnetization free layer containing an Fe—B alloy having both a low coercive force Hc and a high magnetostriction constant.

図29(a)〜図29(d)は、実施形態に係る別の歪検知素子について説明する模式図である。
前述してきた実施形態では、下部バイアス層110から下部磁性層10(第1磁化自由層)に加えられるバイアス方向が、上部バイアス層120から上部磁性層20(第2磁化自由層)に加えられるバイアス方向と平行もしくは反平行の場合について説明してきた。但し、その方向は平行・反平行に限定されるものではない。任意の方向にバイアスを加えることが可能である。
FIG. 29A to FIG. 29D are schematic views for explaining another strain sensing element according to the embodiment.
In the embodiment described above, the bias direction applied from the lower bias layer 110 to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) is the bias applied from the upper bias layer 120 to the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). The case where the direction is parallel or anti-parallel has been described. However, the direction is not limited to parallel / antiparallel. It is possible to apply a bias in any direction.

例えば、図29(a)に示すように、下部バイアス層110bのバイアス方向と上部バイアス層120bのバイアス方向との間の相対角度を90°に設定することも可能である。このようなバイアス方向の設定は、図29(b)および図29(c)に示すような2段階の磁界中アニールと、下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bのそれぞれに用いられる材料の選定と、によって可能となる。   For example, as shown in FIG. 29A, the relative angle between the bias direction of the lower bias layer 110b and the bias direction of the upper bias layer 120b can be set to 90 °. The bias direction is set in accordance with the two-stage annealing in the magnetic field as shown in FIGS. 29B and 29C and the materials used for the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b. It becomes possible by selection.

下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42b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、図29(a)に示す歪検知素子300bの下部バイアスピニング層42aにPtMnを用い、上部バイアスピニング層42bにIrMnを用いて、図29(b)および図29(c)に示すような2段階の磁界中熱処理を行う。すると、図29(b)に表した320°C―10Hアニールにおいて、下部バイアスピニング層42aに接した下部第3バイアス磁性層111cは右下向きに固着される。上部バイアスピニング層42bに接した上部第2バイアス磁性層125bは、いったん右下向きに固着される。   About the antiferromagnetic material used for the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b, the temperature at which magnetization fixation occurs differs depending on the composition. For example, in the case of an ordered alloy material such as PtMn, the temperature at which magnetization fixation is performed is higher than that of a material that causes magnetization fixation even with irregularities such as IrMn. For example, as shown in FIGS. 29B and 29C, PtMn is used for the lower bias pinning layer 42a of the strain sensing element 300b shown in FIG. 29A and IrMn is used for the upper bias pinning layer 42b. A two-stage heat treatment in a magnetic field is performed. Then, in the 320 ° C.-10H annealing shown in FIG. 29B, the lower third bias magnetic layer 111c in contact with the lower bias pinning layer 42a is fixed to the lower right. The upper second bias magnetic layer 125b in contact with the upper bias pinning layer 42b is once fixed to the lower right.

その後、例えば、図29(c)に表した250°C―1Hアニールで磁場MFの方向を変えると、下部バイアスピニング層42aに接した下部第1バイアス磁性層111cの磁化111cmは右下向きのままで、上部バイアスピニング層42bに接した上部第2バイアス磁性層125bの磁化125bmの向きは右上を向く、といった設定が可能となる。磁化111cm、125bmの向きは、図29(d)に示すように室温に戻した後も保持される。   Thereafter, for example, when the direction of the magnetic field MF is changed by 250 ° C.-1H annealing shown in FIG. 29C, the magnetization 111 cm of the lower first bias magnetic layer 111c in contact with the lower bias pinning layer 42a remains to the lower right. Thus, it is possible to set such that the direction of the magnetization 125bm of the upper second bias magnetic layer 125b in contact with the upper bias pinning layer 42b faces the upper right. The orientations of the magnetizations 111 cm and 125 bm are maintained even after returning to room temperature as shown in FIG.

このように、磁界中アニールの方法と、下部バイアスピニング層42aおよび上部バイアスピニング層42bの材料選定によって、下部磁性層10(第1磁化自由層)と上部磁性層20(第2磁化自由層)へのバイアス方向は任意に設定することが可能である。ここで、前述したように、中間層30に絶縁層を用いたトンネル型の歪検知素子を用いる場合、下部磁性層10(第1磁化自由層)へのバイアス方向は、上部磁性層20(第2磁化自由層)へのバイアス方向と反平行側としたほうがより好ましい。具体的には、下部磁性層10(第1磁化自由層)へのバイアス方向と、上部磁性層20(第2磁化自由層)へのバイアス方向と、の間の相対角度を、90°以上270°以下にすることが好ましく、135°以上225°以下とすることがさらに好ましい。   Thus, the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) are selected depending on the annealing method in the magnetic field and the material selection of the lower bias pinning layer 42a and the upper bias pinning layer 42b. The direction of the bias to can be set arbitrarily. Here, as described above, when a tunnel type strain sensing element using an insulating layer is used for the intermediate layer 30, the bias direction to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) is set to the upper magnetic layer 20 (first magnetic layer). (2 magnetization free layer) is more preferably anti-parallel to the bias direction. Specifically, the relative angle between the bias direction toward the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the bias direction toward the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is 90 ° or more and 270. It is preferable to set it to ° or less, and more preferable to set it to 135 ° or more and 225 ° or less.

一方、抵抗変化する歪のダイナミックレンジを広くとる目的においては、下部磁性層10(第1磁化自由層)へのバイアス方向と、上部磁性層20(第2磁化自由層)へのバイアス方向と、の間の相対角度を、45°以上135°以下とすることが望ましい。   On the other hand, for the purpose of widening the dynamic range of strain changing resistance, the bias direction to the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer), the bias direction to the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer), The relative angle between is preferably 45 ° or more and 135 ° or less.

図では示さないが、図29(a)〜図29(d)で示したような任意のバイアス方向の設定は、図16(a)〜図16(d)と、図17(a)〜図17(d)と、の間の関係と同様に、バイアスピニング層を用いないバイアス層でも可能である。
また、第2の実施形態においても、第1の実施形態の図18および第1の実施形態の図19と同様に、歪検知素子の周辺の埋め込み絶縁層、ハードバイアスを用いることができる。
Although not shown in the figure, the setting of an arbitrary bias direction as shown in FIGS. 29 (a) to 29 (d) is shown in FIGS. 16 (a) to 16 (d) and FIGS. Similarly to the relationship between 17 (d) and FIG. 17, a bias layer that does not use a bias pinning layer is also possible.
Also in the second embodiment, a buried insulating layer and a hard bias around the strain sensing element can be used as in FIG. 18 of the first embodiment and FIG. 19 of the first embodiment.

図30は、第2の実施形態における各バイアス層のバイアス方向、ハードバイアスのバイアス方向の例を示す模式的平面図である。   FIG. 30 is a schematic plan view showing an example of the bias direction of each bias layer and the bias direction of the hard bias in the second embodiment.

図30に示す例では、下部バイアス層110のバイアス方向に対して上部バイアス層120のバイアス方向は反平行に設定されている。上部第1バイアス磁性層125aに対するハードバイアス層83の磁界バイアス方向は90°(もしくは270°)に設定されている。下部第1バイアス磁性層111aに対するハードバイアス層83の磁界バイアス方向は90°(もしくは270°)に設定されている。   In the example shown in FIG. 30, the bias direction of the upper bias layer 120 is set antiparallel to the bias direction of the lower bias layer 110. The magnetic field bias direction of the hard bias layer 83 with respect to the upper first bias magnetic layer 125a is set to 90 ° (or 270 °). The magnetic field bias direction of the hard bias layer 83 with respect to the lower first bias magnetic layer 111a is set to 90 ° (or 270 °).

下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)は、下部第1バイアス磁性層111aからのバイアス10pbと、ハードバイアス層83からの磁界バイアス10phと、の競合から、0°から90°の間で、例えば45°に設定されている。上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)は、上部第1バイアス磁性層125aからのバイアス20pbと、ハードバイアス層83からの磁界バイアス20phと、の競合から、90°から180°の間で、例えば135°に設定されている。下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)と、上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)と、の間の相対角度は、例えば90°に設定される。   The initial magnetization 10mf (the direction of the bias 10p) of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) is due to the competition between the bias 10pb from the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetic field bias 10ph from the hard bias layer 83. , Between 0 ° and 90 °, for example, 45 °. The initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is due to the competition between the bias 20pb from the upper first bias magnetic layer 125a and the magnetic field bias 20ph from the hard bias layer 83. , Between 90 ° and 180 °, for example, 135 °. Relative relationship between the initial magnetization 10 mf (the direction of bias 10 p) of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the initial magnetization 20 mf (the direction of bias 20 p) of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) The angle is set to 90 °, for example.

このように、下部バイアス層110および上部バイアス層120を含む実施形態の歪検知素子にハードバイアス層83を設ける場合、下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)と、上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)と、の間の相対角度を、90°以上270°以下に設定することが好ましく、135°以上225°以下に設定することがさらに好ましい。ここで、図30に表した矢印A103および矢印A104のように、実施形態の歪検知素子に加わる歪の方向が両バイアス層のバイアス磁性層の磁化の方向に対して、平行または垂直である場合に、磁化自由層が歪によって回転する磁化のダイナミックレンジである90°の範囲で、単調増加、もしくは単調減少の電気抵抗変化を得ることができる。そのため、好ましい。   Thus, when the hard bias layer 83 is provided in the strain sensing element of the embodiment including the lower bias layer 110 and the upper bias layer 120, the initial magnetization 10mf (the direction of the bias 10p) of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer). ) And the initial magnetization 20mf (direction of the bias 20p) of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) is preferably set to 90 ° or more and 270 ° or less, and 135 ° or more and 225 It is more preferable to set the angle below. Here, as indicated by arrows A103 and A104 in FIG. 30, the direction of strain applied to the strain sensing element of the embodiment is parallel or perpendicular to the direction of magnetization of the bias magnetic layers of both bias layers. Furthermore, a monotonically increasing or monotonically decreasing electrical resistance change can be obtained in the 90 ° range, which is the dynamic range of magnetization in which the magnetization free layer rotates due to strain. Therefore, it is preferable.

(第3の実施形態)
図31は、第3の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図31に表したように、実施形態に係る圧力センサ200は、支持部201と、基板210と、歪検知素子100と、を含む。実施形態に係る圧力センサ200は、第1の実施形態に係る歪検知素子100の代わりに、第2の実施形態に係る歪検知素子300を含んでいてもよい。
(Third embodiment)
FIG. 31 is a schematic perspective view illustrating a pressure sensor according to the third embodiment.
As illustrated in FIG. 31, the pressure sensor 200 according to the embodiment includes a support unit 201, a substrate 210, and a strain sensing element 100. The pressure sensor 200 according to the embodiment may include a strain sensing element 300 according to the second embodiment instead of the strain sensing element 100 according to the first embodiment.

基板210は、支持部201に支持される。基板210は、例えば、可撓性領域を有する。基板210は、例えば、ダイアフラムである。基板210は、支持部201と一体的でも良く、別体でも良い。基板210には、支持部201と同じ材料を用いても良く、支持部201とは異なる材料を用いても良い。支持部201の一部を除去して、支持部201のうちの厚さが薄い部分が基板210となっても良い。   The substrate 210 is supported by the support unit 201. The substrate 210 has, for example, a flexible region. The substrate 210 is, for example, a diaphragm. The substrate 210 may be integrated with the support portion 201 or may be a separate body. The substrate 210 may be made of the same material as that of the support portion 201, or may be made of a material different from that of the support portion 201. A part of the support part 201 may be removed, and the thin part of the support part 201 may be the substrate 210.

基板210の厚さは、支持部201の厚さよりも薄い。基板210と支持部201とに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分が基板210となり、厚い部分が支持部201となる。   The thickness of the substrate 210 is thinner than the thickness of the support portion 201. In the case where the same material is used for the substrate 210 and the support portion 201 and they are integrated, the thin portion becomes the substrate 210 and the thick portion becomes the support portion 201.

支持部201が、支持部201を厚さ方向に貫通する貫通孔201hを有しており、貫通孔201hを覆うように基板210が設けられても良い。このとき、例えば、基板210となる材料の膜が、支持部201の貫通孔201h以外の部分の上にも延在している場合がある。このとき、基板210となる材料の膜のうちで、貫通孔201hと重なる部分が基板210となる。   The support part 201 may have a through hole 201h that penetrates the support part 201 in the thickness direction, and the substrate 210 may be provided so as to cover the through hole 201h. At this time, for example, the film of the material to be the substrate 210 may also extend on a portion other than the through hole 201h of the support portion 201. At this time, the portion of the material film that becomes the substrate 210 that overlaps the through-hole 201 h becomes the substrate 210.

基板210は、外縁210rを有する。基板210と支持部201とに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分の外縁が、基板210の外縁210rとなる。支持部201が、支持部201を厚さ方向に貫通する貫通孔201hを有しており、貫通孔201hを覆うように基板210が設けられている場合は、基板210となる材料の膜のうちで、貫通孔201hと重なる部分の外縁が基板210の外縁210rとなる。   The substrate 210 has an outer edge 210r. In the case where the same material is used for the substrate 210 and the support portion 201 and they are integrated, the outer edge of the thin portion becomes the outer edge 210r of the substrate 210. When the support part 201 has the through-hole 201h which penetrates the support part 201 in thickness direction, and the board | substrate 210 is provided so that the through-hole 201h may be covered, out of the film | membrane of the material used as the board | substrate 210 Thus, the outer edge of the portion overlapping with the through hole 201 h becomes the outer edge 210 r of the substrate 210.

支持部201は、基板210の外縁210rを連続的に支持しても良く、基板210の外縁210rの一部を支持しても良い。   The support unit 201 may continuously support the outer edge 210r of the substrate 210, or may support a part of the outer edge 210r of the substrate 210.

歪検知素子100は、基板210の上に設けられる。例えば、歪検知素子100は、基板210の一部の上に設けられる。この例では、基板210上に、複数の歪検知素子100が設けられる。膜部上に設けられる歪検知素子の数は、1でも良い。   The strain sensing element 100 is provided on the substrate 210. For example, the strain sensing element 100 is provided on a part of the substrate 210. In this example, a plurality of strain sensing elements 100 are provided on the substrate 210. The number of strain sensing elements provided on the film part may be one.

図31に表した圧力センサ200においては、第1配線221及び第2配線222が設けられている。第1配線221は、歪検知素子100に接続される。第2配線222は、歪検知素子100に接続される。例えば、第1配線221と第2配線222との間には、層間絶縁膜が設けられ、第1配線221と第2配線222とが電気的に絶縁される。第1配線221と第2配線222との間に電圧が印加され、この電圧が、第1配線221及び第2配線222を介して、歪検知素子100に印加される。圧力センサ200に圧力が加わると、基板210が変形する。歪検知素子100においては、基板210の変形に伴って電気抵抗Rが変化する。電気抵抗Rの変化を第1配線221及び第2配線222を介して検知することで、圧力を検知できる。   In the pressure sensor 200 illustrated in FIG. 31, a first wiring 221 and a second wiring 222 are provided. The first wiring 221 is connected to the strain sensing element 100. The second wiring 222 is connected to the strain sensing element 100. For example, an interlayer insulating film is provided between the first wiring 221 and the second wiring 222, and the first wiring 221 and the second wiring 222 are electrically insulated. A voltage is applied between the first wiring 221 and the second wiring 222, and this voltage is applied to the strain sensing element 100 via the first wiring 221 and the second wiring 222. When pressure is applied to the pressure sensor 200, the substrate 210 is deformed. In the strain sensing element 100, the electrical resistance R changes with the deformation of the substrate 210. By detecting the change in the electric resistance R through the first wiring 221 and the second wiring 222, the pressure can be detected.

支持部201には、例えば、板状の基板を用いることができる。基板の内部には、例えば、空洞部(貫通孔201h)が設けられている。   For the support part 201, for example, a plate-like substrate can be used. For example, a cavity (through hole 201h) is provided inside the substrate.

支持部201には、例えば、シリコンなどの半導体材料、金属などの導電材料、または、絶縁性材料を用いることができる。支持部201は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでも良い。空洞部(貫通孔201h)の内部は、例えば減圧状態(真空状態)である。空洞部(貫通孔201h)の内部に、空気などの気体、または、液体が充填されていても良い。空洞部(貫通孔201h)の内部は、基板210が撓むことができるように設計される。空洞部(貫通孔201h)の内部は、外部の大気とつながっていてもよい。   For the support portion 201, for example, a semiconductor material such as silicon, a conductive material such as metal, or an insulating material can be used. The support unit 201 may include, for example, silicon oxide or silicon nitride. The inside of the cavity (through hole 201h) is, for example, in a reduced pressure state (vacuum state). The cavity (through hole 201h) may be filled with a gas such as air or a liquid. The interior of the cavity (through hole 201h) is designed so that the substrate 210 can be bent. The inside of the hollow portion (through hole 201h) may be connected to the outside atmosphere.

空洞部(貫通孔201h)の上には、基板210が設けられている。基板210には、例えば、支持部201の一部が薄く加工され部分が用いられる。基板210の厚さ(Z軸方向の長さ)は、支持部201の厚さ(Z軸方向の長さ)よりも薄い。   A substrate 210 is provided on the cavity (through hole 201h). For the substrate 210, for example, a part of the support portion 201 is thinly processed and used. The thickness of the substrate 210 (length in the Z-axis direction) is thinner than the thickness of the support portion 201 (length in the Z-axis direction).

基板210に圧力が印加されると、基板210は変形する。この圧力は、圧力センサ200が検知すべき圧力に対応する。印加される圧力は、音波または超音波などによる圧力も含む。音波または超音波などによる圧力を検知する場合は、圧力センサ200は、マイクロフォンとして機能する。   When pressure is applied to the substrate 210, the substrate 210 is deformed. This pressure corresponds to the pressure that the pressure sensor 200 should detect. The applied pressure includes pressure by sound waves or ultrasonic waves. In the case where pressure due to sound waves or ultrasonic waves is detected, the pressure sensor 200 functions as a microphone.

基板210には、例えば、絶縁性材料が用いられる。基板210は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。基板210には、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良い。基板210には、例えば、金属材料を用いても良い。   For example, an insulating material is used for the substrate 210. The substrate 210 includes, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. For the substrate 210, for example, a semiconductor material such as silicon may be used. For example, a metal material may be used for the substrate 210.

基板210の厚さは、例えば、0.1マイクロメートル(μm)以上3μm以下である。この厚さは、0.2μm以上1.5μm以下であることが好ましい。基板210には、例えば、厚さが0.2μmの酸化シリコン膜と、厚さが0.4μmのシリコン膜と、の積層体を用いても良い。   The thickness of the substrate 210 is, for example, not less than 0.1 micrometer (μm) and not more than 3 μm. This thickness is preferably 0.2 μm or more and 1.5 μm or less. For the substrate 210, for example, a stacked body of a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm and a silicon film having a thickness of 0.4 μm may be used.

図32(a)〜図32(d)は、基板の形状と、第1の実施形態のバイアス層の方向と、の関係を示す模式的平面図である。
図32(a)は、基板210を表す模式的平面図である。図32(b)および図32(c)は、図32(a)に表した領域A201の模式的拡大図である。図32(d)は、歪検知素子100が設けられた部分を拡大した模式的拡大図である。
32A to 32D are schematic plan views showing the relationship between the shape of the substrate and the direction of the bias layer of the first embodiment.
FIG. 32A is a schematic plan view showing the substrate 210. FIG. 32B and FIG. 32C are schematic enlarged views of the area A201 shown in FIG. FIG. 32D is a schematic enlarged view in which a portion where the strain sensing element 100 is provided is enlarged.

基板210が円形のダイアフラムの場合、歪εは重心からの放射線方向に加わる。図32(a)および図32(b)に示すように、例えば、第1磁化固定層11の磁化11mと、第1バイアス磁性層41aの磁化41amと、を歪εの方向に対して垂直とすることができる。言い換えれば、図32(b)および図32(d)に示すように、第1磁化固定層11の磁化11mと、第1バイアス磁性層41aの磁化41amと、を外縁210rと、歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第1直線181とのなす角度を垂直(90°)とすることができる。例えば、この角度を75°以上105°以内とすれば、0°の場合と同様の特性を得ることができる。あるいは、図32(a)および図32(b)に示すように、第1磁化固定層11の磁化11mと、第1バイアス磁性層41aの磁化41amと、を基板210の重心210gcと、歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第2直線182とのすく角度を垂直(90°)とすることができる。例えば、この角度を75°以上105°以内とすれば、0°の場合と同様の特性を得ることができる。ハードバイアス83mの方向を、歪εの方向に対して平行方向と垂直方向からずらして設定することができる。例えば、45°もしくは135°にすることができる。このように設定することで、第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を歪εの方向に対して平行方向と垂直方向からずらすことができ、正負の圧力に対して電気抵抗Rの変化を得ることができる。好ましくは、第1バイアス磁性層41aからのバイアス20pbと、ハードバイアス層83からの磁界バイアス20phと、で第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を調整して、第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を歪εの方向に対して、45°付近もしくは135°付近とすることが好ましい。   When the substrate 210 is a circular diaphragm, the strain ε is applied in the radiation direction from the center of gravity. As shown in FIGS. 32A and 32B, for example, the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 and the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a are perpendicular to the direction of the strain ε. can do. In other words, as shown in FIGS. 32 (b) and 32 (d), the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 and the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a are represented by the outer edge 210r and the strain sensing element 100. The angle formed by the first straight line 181 that connects the center of gravity 100gc of the two at the shortest distance can be vertical (90 °). For example, if this angle is not less than 75 ° and not more than 105 °, the same characteristics as in the case of 0 ° can be obtained. Alternatively, as shown in FIGS. 32A and 32B, the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 and the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a are set to the center of gravity 210gc of the substrate 210 and the strain detection. The angle between the center of gravity 100gc of the element 100 and the second straight line 182 connecting the shortest distance can be vertical (90 °). For example, if this angle is not less than 75 ° and not more than 105 °, the same characteristics as in the case of 0 ° can be obtained. The direction of the hard bias 83m can be set so as to be shifted from the parallel direction and the vertical direction with respect to the direction of the strain ε. For example, it can be 45 ° or 135 °. By setting in this way, the initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) can be shifted from the direction parallel to and perpendicular to the direction of the strain ε. In contrast, a change in electrical resistance R can be obtained. Preferably, the initial magnetization 20mf (direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is adjusted by the bias 20pb from the first bias magnetic layer 41a and the magnetic field bias 20ph from the hard bias layer 83. Thus, it is preferable that the initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is about 45 ° or 135 ° with respect to the direction of the strain ε.

図32(a)および図32(c)に示すように、例えば、第1磁化固定層11の磁化11mと第1バイアス磁性層41aの磁化41amを、歪εの方向に対して平行とすることができる。言い換えれば、図32(c)および図32(d)に示すように、第1磁化固定層11の磁化11mと、第1バイアス磁性層41aの磁化41amと、を外縁210rと、歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第1直線181とのなす角度を平行(0°)とすることができる。例えば、この角度を0°以上15°以内とすれば、0°の場合と同様の特性を得ることができる。あるいは、図32(a)および図32(c)に示すように、第1磁化固定層11の磁化11amと、第1バイアス磁性層41aの磁化41amと、を基板210の重心210gcと、歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第2直線182とのなす角度を平行(0°)とすることができる。例えば、この角度を0°以上15°以内とすれば、0°の場合と同様の特性を得ることができる。ハードバイアス83mの方向を、歪εの方向に対して平行方向と垂直方向からずらすことができる。例えば、45°もしくは135°にすることができる。このように設定することで、第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を歪εの方向に対して平行方向と垂直方向からずらすことができ、正負の圧力に対して電気抵抗Rの変化を得ることができる。好ましくは、第1バイアス磁性層41aからのバイアス20pbと、ハードバイアス層83からの磁界バイアス20phと、で第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を調整して、第2磁性層20(磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を歪εの方向に対して、45°付近もしくは135°付近とする。   As shown in FIGS. 32A and 32C, for example, the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 and the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a are made parallel to the direction of the strain ε. Can do. In other words, as shown in FIGS. 32 (c) and 32 (d), the magnetization 11m of the first magnetization fixed layer 11 and the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a are composed of the outer edge 210r and the strain sensing element 100. The angle formed by the first straight line 181 that connects the center of gravity 100gc of the two at the shortest distance can be parallel (0 °). For example, if this angle is 0 ° or more and 15 ° or less, the same characteristics as in the case of 0 ° can be obtained. Alternatively, as shown in FIGS. 32A and 32C, the magnetization 11am of the first magnetization fixed layer 11, the magnetization 41am of the first bias magnetic layer 41a, and the center of gravity 210gc of the substrate 210 and strain detection The angle formed by the second straight line 182 connecting the center of gravity 100gc of the element 100 with the shortest distance can be parallel (0 °). For example, if this angle is 0 ° or more and 15 ° or less, the same characteristics as in the case of 0 ° can be obtained. The direction of the hard bias 83m can be shifted from the parallel direction and the vertical direction with respect to the direction of the strain ε. For example, it can be 45 ° or 135 °. By setting in this way, the initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) can be shifted from the direction parallel to and perpendicular to the direction of the strain ε. In contrast, a change in electrical resistance R can be obtained. Preferably, the initial magnetization 20mf (direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is adjusted by the bias 20pb from the first bias magnetic layer 41a and the magnetic field bias 20ph from the hard bias layer 83. Thus, the initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the second magnetic layer 20 (magnetization free layer) is set to about 45 ° or about 135 ° with respect to the direction of the strain ε.

図32(a)〜図32(d)では、基板210が円形ダイアフラムの例を示したが、他の形状のダイアフラムにおいても、外縁210rに対して、垂直方向に歪εが生ずると考えて、上記の磁化方向の設計が可能である。外縁210rが直線ではなく、曲線の場合には微小範囲において直線と見なすことができる外縁210rに対する垂直方向を歪が生ずる方向と考えれることができる。   In FIGS. 32A to 32D, an example in which the substrate 210 is a circular diaphragm is shown. However, it is considered that a strain ε is generated in the vertical direction with respect to the outer edge 210r even in other shapes of diaphragms. The above magnetization direction can be designed. In the case where the outer edge 210r is not a straight line but a curve, the direction perpendicular to the outer edge 210r, which can be regarded as a straight line in a minute range, can be considered as a direction in which distortion occurs.

図33(a)〜図33(d)は、基板の形状と、第2の実施形態のバイアス層の方向と、の関係を示す模式的平面図である。
図33(a)は、基板210を表す模式的平面図である。図33(b)および図33(c)は、図33(a)に表した領域A202の模式的拡大図である。図33(d)は、歪検知素子100が設けられた部分を拡大した模式的拡大図である。
FIG. 33A to FIG. 33D are schematic plan views showing the relationship between the shape of the substrate and the direction of the bias layer of the second embodiment.
FIG. 33A is a schematic plan view showing the substrate 210. FIG. 33B and FIG. 33C are schematic enlarged views of the region A202 shown in FIG. FIG. 33 (d) is a schematic enlarged view in which a portion where the strain sensing element 100 is provided is enlarged.

基板210が円形のダイアフラムの場合、歪εは重心からの放射線方向に加わる。図33(a)および図33(b)に示すように、例えば、下部第1バイアス磁性層111aの磁化111amと、上部第1バイアス磁性層121aの磁化121amと、を歪εの方向に対して垂直とすることができる。言い換えれば、図33(b)および図33(d)に示すように、下部第1バイアス磁性層111aの磁化111amと、上部第1バイアス磁性層121aの磁化121amと、を外縁210rと、歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第1直線181とのなす角度を垂直(90°)とすることができる。例えば、この角度を75°以上105°以内とすれば、90°の場合と同様の特性を得ることができる。あるいは、図33(a)および図33(b)に示すように、下部第1バイアス磁性層111aの磁化111amと、上部第1バイアス磁性層121aの磁化121amと、を基板210の重心210gcと歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第2直線182とのなす角度を垂直(90°)とすることができる。例えば、この角度を75°以上105°以内とすれば、90°の場合と同様の特性を得ることができる。ハードバイアス83mの方向を、歪εの方向に対して、例えば、平行にすることができる。このように設定することで、下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を歪εの方向に対して平行方向と垂直方向からずらすことができ、正負の圧力に対して電気抵抗Rの変化を得ることができる。好ましくは、下部第1バイアス磁性層111aからのバイアス10pbと、上部第1バイアス磁性層121aからのバイアス20pbと、ハードバイアス層83からの磁界バイアス10ph、20phと、で下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を調整して、下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)と、歪εの方向と、の間の相対角度を、例えば、0°よりも大きく90°よりも小さくすることができる。例えば、45°付近とすることができる。   When the substrate 210 is a circular diaphragm, the strain ε is applied in the radiation direction from the center of gravity. As shown in FIGS. 33A and 33B, for example, the magnetization 111am of the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetization 121am of the upper first bias magnetic layer 121a with respect to the direction of the strain ε. It can be vertical. In other words, as shown in FIGS. 33 (b) and 33 (d), the magnetization 111am of the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetization 121am of the upper first bias magnetic layer 121a are converted into the outer edge 210r and the strain detection. The angle formed by the first straight line 181 connecting the center of gravity 100gc of the element 100 with the shortest distance can be vertical (90 °). For example, if this angle is not less than 75 ° and not more than 105 °, the same characteristics as in the case of 90 ° can be obtained. Alternatively, as shown in FIGS. 33A and 33B, the magnetization 111am of the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetization 121am of the upper first bias magnetic layer 121a are distorted with the center of gravity 210gc of the substrate 210. The angle formed by the second straight line 182 connecting the center of gravity 100gc of the sensing element 100 with the shortest distance can be vertical (90 °). For example, if this angle is not less than 75 ° and not more than 105 °, the same characteristics as in the case of 90 ° can be obtained. The direction of the hard bias 83m can be made parallel to the direction of the strain ε, for example. By setting in this way, the initial magnetization 10mf (the direction of the bias 10p) of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). ) Can be shifted from the direction parallel to and perpendicular to the direction of strain ε, and a change in electrical resistance R can be obtained for positive and negative pressures. Preferably, the lower magnetic layer 10 (the first magnetic layer bias 10pb from the lower first bias magnetic layer 111a, the bias 20pb from the upper first bias magnetic layer 121a, and the magnetic field biases 10ph and 20ph from the hard bias layer 83 are preferably formed. The lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) is adjusted by adjusting the initial magnetization 10 mf (bias 10 p direction) of the magnetization free layer and the initial magnetization 20 mf (bias 20 p direction) of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). Layer) initial magnetization 10 mf (direction of bias 10 p) and upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) 20 mf (direction of bias 20 p) and the relative angle between the direction of strain ε, for example, , Larger than 0 ° and smaller than 90 °. For example, it can be around 45 °.

図33(a)および図33(c)に示すように、例えば、下部第1バイアス磁性層111aの磁化111amと、上部第1バイアス磁性層121aの磁化121amと、を歪εの方向に対して平行とすることができる。言い換えれば、図33(c)および図33(d)に示すように、下部第1バイアス磁性層111aの磁化111amと、上部第1バイアス磁性層121aの磁化121amと、を外縁210rと、歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第1直線181とのなす角度を平行(0°)とすることができる。例えば、この角度を0°以上15°以内とすれば、0°の場合と同様の特性を得ることができる。あるいは、図33(a)および図33(c)に示すように、下部第1バイアス磁性層111aの磁化111amと、上部第1バイアス磁性層121aの磁化121amと、を基板210の重心210gcと、歪検知素子100の重心100gcと、を最短距離で結ぶ第2直線182とのなす角度を平行(0°)とすることができる。例えば、この角度を0°以上15°以内とすれば、0°の場合と同様の特性を得ることができる。ハードバイアス83mの方向を、歪εの方向に対して垂直とすることができる。このように設定することで、下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を歪εの方向に対して平行方向と垂直方向からずらすことができ、正負の圧力に対して電気抵抗Rの変化を得ることができる。好ましくは、下部第1バイアス磁性層111aからのバイアス10pbと、上部第1バイアス磁性層121aからのバイアス20pbと、ハードバイアス層83からの磁界バイアス10ph、20phと、で下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)を調整して、下部磁性層10(第1磁化自由層)の初期磁化10mf(バイアス10pの方向)および上部磁性層20(第2磁化自由層)の初期磁化20mf(バイアス20pの方向)と、歪εの方向と、の間の相対角度を、例えば、0°よりも大きく90°よりも小さくすることができる。例えば、45°付近とすることができる。   As shown in FIGS. 33A and 33C, for example, the magnetization 111am of the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetization 121am of the upper first bias magnetic layer 121a with respect to the direction of the strain ε. Can be parallel. In other words, as shown in FIGS. 33 (c) and 33 (d), the magnetization 111am of the lower first bias magnetic layer 111a and the magnetization 121am of the upper first bias magnetic layer 121a are converted into the outer edge 210r and the strain detection. The angle formed by the first straight line 181 connecting the center of gravity 100gc of the element 100 with the shortest distance can be parallel (0 °). For example, if this angle is 0 ° or more and 15 ° or less, the same characteristics as in the case of 0 ° can be obtained. Alternatively, as shown in FIGS. 33A and 33C, the magnetization 111am of the lower first bias magnetic layer 111a, the magnetization 121am of the upper first bias magnetic layer 121a, and the center of gravity 210gc of the substrate 210, The angle formed by the second straight line 182 connecting the center of gravity 100gc of the strain sensing element 100 with the shortest distance can be made parallel (0 °). For example, if this angle is 0 ° or more and 15 ° or less, the same characteristics as in the case of 0 ° can be obtained. The direction of the hard bias 83m can be perpendicular to the direction of the strain ε. By setting in this way, the initial magnetization 10mf (the direction of the bias 10p) of the lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) and the initial magnetization 20mf (the direction of the bias 20p) of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). ) Can be shifted from the direction parallel to and perpendicular to the direction of strain ε, and a change in electrical resistance R can be obtained for positive and negative pressures. Preferably, the lower magnetic layer 10 (the first magnetic layer bias 10pb from the lower first bias magnetic layer 111a, the bias 20pb from the upper first bias magnetic layer 121a, and the magnetic field biases 10ph and 20ph from the hard bias layer 83 are preferably formed. The lower magnetic layer 10 (first magnetization free layer) is adjusted by adjusting the initial magnetization 10 mf (bias 10 p direction) of the magnetization free layer and the initial magnetization 20 mf (bias 20 p direction) of the upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer). Layer) initial magnetization 10 mf (direction of bias 10 p) and upper magnetic layer 20 (second magnetization free layer) 20 mf (direction of bias 20 p) and the relative angle between the direction of strain ε, for example, , Larger than 0 ° and smaller than 90 °. For example, it can be around 45 °.

図33(a)〜図33(d)では、基板210が円形ダイアフラムの例を示したが、他の形状のダイアフラムにおいても、外縁210rに対して、垂直方向に歪εが生ずると考えて、上記の磁化方向の設計が可能である。外縁210rが直線ではなく、曲線の場合には微小範囲において直線と見なすことができる外縁210rに対する垂直方向を歪が入る方向と考えれることができる。   33 (a) to 33 (d) show examples in which the substrate 210 is a circular diaphragm, but it is considered that a strain ε is generated in the vertical direction with respect to the outer edge 210r even in other shapes of diaphragms. The above magnetization direction can be designed. In the case where the outer edge 210r is not a straight line but a curved line, the direction perpendicular to the outer edge 210r, which can be regarded as a straight line in a minute range, can be considered as a direction in which distortion occurs.

図34(a)および図34(b)は、第3の実施形態に係る別の圧力センサを例示する模式図である。
図34(a)および図34(b)に表したように、歪検知素子100は、基板210の上に複数配置されてもよい。すなわち、図34(a)および図34(b)に表した圧力センサ200bは、第1歪検知素子部101と、第2歪検知素子部102と、第3歪検知素子部103と、第4歪検知素子部104と、を含む。第1歪検知素子部101、第2歪検知素子部102、第3歪検知素子部103および第4歪検知素子部104は、複数の歪検知素子100を含む。複数の歪検知素子100で圧力に対して同等の電気抵抗Rの変化を得ることは、後述するように、複数の歪検知素子100を直並列に接続することでSN比を増大することができる。
FIG. 34A and FIG. 34B are schematic views illustrating another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIGS. 34A and 34B, a plurality of strain sensing elements 100 may be arranged on the substrate 210. That is, the pressure sensor 200b shown in FIGS. 34A and 34B includes a first strain sensing element unit 101, a second strain sensing element unit 102, a third strain sensing element unit 103, and a fourth strain sensing element unit 103. Strain detection element unit 104. The first strain sensing element unit 101, the second strain sensing element unit 102, the third strain sensing element unit 103, and the fourth strain sensing element unit 104 include a plurality of strain sensing elements 100. Obtaining the same change in electrical resistance R with respect to pressure by the plurality of strain sensing elements 100 can increase the SN ratio by connecting the plurality of strain sensing elements 100 in series and parallel, as will be described later. .

図34(a)および図34(b)の例では、歪検知素子100を複数配置しているが、1つでもよい。図34(a)および図34(b)の例では、円形の基板210の上への配置のバリエーションを示している。   In the example of FIGS. 34 (a) and 34 (b), a plurality of strain sensing elements 100 are arranged, but one may be used. In the example of FIG. 34A and FIG. 34B, variations of the arrangement on the circular substrate 210 are shown.

歪検知素子100は、極めて小さいサイズを有していれば十分である。
そのため、歪検知素子100の面積については、圧力によって変形する基板210の面積よりも十分に小さくすることができる。例えば、歪検知素子100の面積については、基板210の面積の1/5以下とすることができる。
It is sufficient that the strain sensing element 100 has an extremely small size.
Therefore, the area of the strain sensing element 100 can be made sufficiently smaller than the area of the substrate 210 that is deformed by pressure. For example, the area of the strain sensing element 100 can be 1/5 or less of the area of the substrate 210.

例えば、基板210の直径寸法が60μm程度の場合には、歪検知素子100の寸法は、12μm以下とすることができる。例えば、基板210の直径寸法が600μm程度の場合には、歪検知素子100の寸法は、120μm以下とすることができる。   For example, when the diameter of the substrate 210 is about 60 μm, the dimension of the strain sensing element 100 can be 12 μm or less. For example, when the diameter of the substrate 210 is about 600 μm, the dimension of the strain sensing element 100 can be 120 μm or less.

この場合、歪検知素子100の加工精度などを考慮すると、歪検知素子100の寸法をそれぞれを過度に小さくする必要はない。そのため、歪検知素子100の寸法については、例えば、0.05μm以上、30μm以下とすることができる。   In this case, considering the processing accuracy of the strain sensing element 100, the dimensions of the strain sensing element 100 do not need to be excessively small. Therefore, the dimension of the strain sensing element 100 can be set to, for example, 0.05 μm or more and 30 μm or less.

図34(a)において例示をしたものは、基板210の平面形状が円の場合であるが、基板210の平面形状は円に限定されるわけではない。基板210の平面形状は、例えば、楕円、正方形や長方形などの正多角形などとすることができる。   FIG. 34A illustrates the case where the planar shape of the substrate 210 is a circle, but the planar shape of the substrate 210 is not limited to a circle. The planar shape of the substrate 210 can be, for example, an oval, a regular polygon such as a square or a rectangle.

基板210上に設けられた複数の歪検知素子100は、直列に接続することができる。複数の歪検知素子100が直列に接続されている歪検知素子100の数をNとしたとき、得られる電気信号は、歪検知素子100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、N1/2倍になる。すなわち、SN比(signal-noise ratio:SNR)は、N1/2倍になる。直列に接続する歪検知素子100の数Nを増やすことで、基板210のサイズを大きくすることなく、SN比を改善することができる。   The plurality of strain sensing elements 100 provided on the substrate 210 can be connected in series. When the number of strain sensing elements 100 in which a plurality of strain sensing elements 100 are connected in series is N, the obtained electrical signal is N times that when the number of strain sensing elements 100 is one. On the other hand, thermal noise and Schottky noise become N1 / 2 times. That is, the SN ratio (signal-noise ratio: SNR) is N1 / 2 times. By increasing the number N of strain sensing elements 100 connected in series, the SN ratio can be improved without increasing the size of the substrate 210.

1つの歪検知素子100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個の歪検知素子100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歪検知素子100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、歪検知素子100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。
The bias voltage applied to one strain sensing element 100 is, for example, 50 millivolts (mV) or more and 150 mV or less. When N strain sensing elements 100 are connected in series, the bias voltage is 50 mV × N or more and 150 mV × N or less. For example, when the number N of strain sensing elements 100 connected in series is 25, the bias voltage is 1 V or more and 3.75 V or less.
When the value of the bias voltage is 1 V or more, it is easy to design an electric circuit for processing an electric signal obtained from the strain sensing element 100, which is practically preferable.

バイアス電圧(端子間電圧)が10Vを超えると、歪検知素子100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、直列に接続される歪検知素子100の数N、及び、バイアス電圧が設定される。   When the bias voltage (inter-terminal voltage) exceeds 10 V, it is not desirable in an electric circuit that processes an electric signal obtained from the strain sensing element 100. In the embodiment, the number N of strain sensing elements 100 connected in series and the bias voltage are set so as to be in an appropriate voltage range.

例えば、複数の歪検知素子100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歪検知素子100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。   For example, the voltage when a plurality of strain sensing elements 100 are electrically connected in series is preferably 1 V or more and 10 V or less. For example, the voltage applied between the terminals of the plurality of strain sensing elements 100 electrically connected in series (between one terminal and the other terminal) is 1 V or more and 10 V or less. .

この電圧を発生させるためには、1つの歪検知素子100に印加されるバイアス電圧が50mVである場合、直列に接続される歪検知素子100の数Nは、20mV以上200mV以下が好ましい。1つの歪検知素子100に印加されるバイアス電圧が150mVである場合、直列に接続される歪検知素子100の数Nは、6以上200以下であることが好ましく、7以上66以下であることがより好ましい。
複数の歪検知素子100の少なくとも一部は、電気的に並列に接続されても良い。
In order to generate this voltage, when the bias voltage applied to one strain sensing element 100 is 50 mV, the number N of strain sensing elements 100 connected in series is preferably 20 mV or more and 200 mV or less. When the bias voltage applied to one strain sensing element 100 is 150 mV, the number N of strain sensing elements 100 connected in series is preferably 6 or more and 200 or less, and more preferably 7 or more and 66 or less. More preferred.
At least some of the plurality of strain sensing elements 100 may be electrically connected in parallel.

図34(b)に示すように、複数の歪検知素子100がホイートストンブリッジ回路を形成するように、複数の歪検知素子100を接続しても良い。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。   As shown in FIG. 34B, a plurality of strain sensing elements 100 may be connected such that the plurality of strain sensing elements 100 form a Wheatstone bridge circuit. Thereby, for example, temperature compensation of detection characteristics can be performed.

図35(a)〜図35(c)は、第3の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図35(a)〜図35(c)は、複数の歪検知素子100の接続の例を示している。
図35(a)に表したように、複数の歪検知素子100が電気的に直列に接続される場合において、第1電極E1(例えば第2配線222)と、第2電極E2(例えば第1配線221)と、の間に歪検知素子100及びビアコンタクト230を設ける。これにより、通電方向は、一方向となる。複数の歪検知素子100に通電される電流は、下向き、または、上向きである。この接続においては、複数の歪検知素子100のそれぞれのシグナル・ノイズ特性を互いに近い特性にできる。
FIG. 35A to FIG. 35C are schematic perspective views illustrating the pressure sensor according to the third embodiment.
FIG. 35A to FIG. 35C show examples of connection of a plurality of strain sensing elements 100.
As shown in FIG. 35A, when the plurality of strain sensing elements 100 are electrically connected in series, the first electrode E1 (for example, the second wiring 222) and the second electrode E2 (for example, the first electrode) The strain sensing element 100 and the via contact 230 are provided between the wiring 221). Thereby, the energization direction becomes one direction. The current passed through the plurality of strain sensing elements 100 is downward or upward. In this connection, the signal / noise characteristics of the plurality of strain sensing elements 100 can be made close to each other.

図35(b)に表したように、ビアコンタクト230が設けられずに、第1電極E1と、第2電極E2と、の間に歪検知素子100が配置されている。この例では、隣り合う2つの歪検知素子100のそれぞれに通電される電流の方向は、互いに逆である。この接続においては、複数の歪検知素子100の配置の密度が高い。   As illustrated in FIG. 35B, the strain sensing element 100 is disposed between the first electrode E1 and the second electrode E2 without the via contact 230 being provided. In this example, the directions of currents passed through the two adjacent strain sensing elements 100 are opposite to each other. In this connection, the density of the arrangement of the plurality of strain sensing elements 100 is high.

図35(c)に表したように、1つの第1電極E1と、1つの第2電極E2と、の間に、複数の歪検知素子100が設けられている。複数の歪検知素子100は、並列に接続されている。   As shown in FIG. 35C, a plurality of strain sensing elements 100 are provided between one first electrode E1 and one second electrode E2. The plurality of strain sensing elements 100 are connected in parallel.

以下、実施形態に係る圧力センサの製造方法の例について説明する。以下は、圧力センサの製造方法の例である。
図36(a)〜図36(e)は、実施形態に係る圧力センサの製造方向を例示する工程順模式的断面図である。
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the pressure sensor according to the embodiment will be described. The following is an example of a method for manufacturing a pressure sensor.
FIG. 36A to FIG. 36E are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the manufacturing direction of the pressure sensor according to the embodiment.

図36(a)に表したように、基体241(例えばSi基板)の上に薄膜242を形成する。基体241は、支持部201となる。薄膜242は、基板210となる。
例えば、Si基板上に、SiO/Siの薄膜242をスパッタにより形成する。薄膜242として、SiO単層、SiN単層、または、Alなどの金属層を用いても良い。また、薄膜242として、ポリイミドまたはパラキシリレン系ポリマーなどのフレキシブルプラスティック材料を用いても良い。SOI(Silicon On Insulator)基板を、基体241及び薄膜242として用いても良い。SOIにおいては、例えば、基板の貼り合わせによってSi基板上にSiO/Siの積層膜が形成される。
As shown in FIG. 36A, a thin film 242 is formed on a base 241 (for example, a Si substrate). The base 241 serves as the support unit 201. The thin film 242 becomes the substrate 210.
For example, a thin film 242 of SiO x / Si is formed on a Si substrate by sputtering. As the thin film 242, a SiO x single layer, a SiN single layer, or a metal layer such as Al may be used. As the thin film 242, a flexible plastic material such as polyimide or paraxylylene-based polymer may be used. An SOI (Silicon On Insulator) substrate may be used as the base 241 and the thin film 242. In SOI, for example, a laminated film of SiO 2 / Si is formed on a Si substrate by bonding the substrates.

図36(b)に表したように、第2配線222を形成する。この工程においては、第2配線222となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第2配線222の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理においては、例えば、第2配線222のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。   As shown in FIG. 36B, the second wiring 222 is formed. In this step, a conductive film to be the second wiring 222 is formed, and the conductive film is processed by photolithography and etching. When the periphery of the second wiring 222 is embedded with an insulating film, a lift-off process may be applied. In the lift-off process, for example, after the pattern of the second wiring 222 is etched, before the resist is peeled off, an insulating film is formed on the entire surface, and then the resist is removed.

図36(c)に表したように、歪検知素子100を形成する。この工程においては、歪検知素子100となる積層体を形成し、その積層体を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。歪検知素子100の積層体の側壁を絶縁層81で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、例えば、積層体の加工後、レジストを剥離する前、絶縁層81を全面に成膜して、その後レジストを除去する。   As shown in FIG. 36C, the strain sensing element 100 is formed. In this step, a laminated body that becomes the strain sensing element 100 is formed, and the laminated body is processed by photolithography and etching. When embedding the sidewall of the laminate of the strain sensing element 100 with the insulating layer 81, a lift-off process may be applied. In the lift-off process, for example, after processing the laminated body, before the resist is peeled off, the insulating layer 81 is formed over the entire surface, and then the resist is removed.

図36(d)に表したように、第1配線221を形成する。この工程においては、第1配線221となる導電膜を形成し、その導電膜を、フォトリソグラフィー及びエッチングにより加工する。第1配線221の周辺を絶縁膜で埋め込む場合、リフトオフ処理を適用しても良い。リフトオフ処理において、第1配線221の加工後、レジストを剥離する前に、絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。   As shown in FIG. 36D, the first wiring 221 is formed. In this step, a conductive film to be the first wiring 221 is formed, and the conductive film is processed by photolithography and etching. When the periphery of the first wiring 221 is embedded with an insulating film, a lift-off process may be applied. In the lift-off process, an insulating film is formed over the entire surface after the first wiring 221 is processed and before the resist is removed, and then the resist is removed.

図36(e)に表したように、基体241の裏面からエッチングを行い、空洞部201aを形成する。これにより、基板210及び支持部201が形成される。例えば、基板210となる薄膜242として、SiO/Siの積層膜を用いる場合は、薄膜242の裏面(下面)から表面(上面)へ向かって、基体241の深堀加工を行う。これにより、空洞部201aが形成される。空洞部201aを形成においては、例えば両面アライナー露光装置を用いることができる。これにより、表面の歪検知素子100の位置に合わせて、レジストのホールパターンを裏面にパターニングできる。 As shown in FIG. 36E, etching is performed from the back surface of the base 241 to form the cavity 201a. Thereby, the board | substrate 210 and the support part 201 are formed. For example, when a SiO x / Si laminated film is used as the thin film 242 to be the substrate 210, the base 241 is deeply drilled from the back surface (lower surface) to the front surface (upper surface) of the thin film 242. Thereby, the cavity part 201a is formed. In forming the cavity 201a, for example, a double-sided aligner exposure apparatus can be used. Thus, the hole pattern of the resist can be patterned on the back surface according to the position of the strain detection element 100 on the front surface.

Si基板のエッチングにおいて、例えばRIEを用いたボッシュプロセスが用いることができる。ボッシュプロセスでは、例えば、SFガスを用いたエッチング工程と、Cガスを用いた堆積工程と、を繰り返す。これにより、基体241の側壁のエッチングを抑制しつつ、基体241の深さ方向(Z軸方向)に選択的にエッチングが行われる。エッチングのエンドポイントとして、例えば、SiO層が用いられる。すなわち、エッチングの選択比がSiとは異なるSiO層を用いてエッチングを終了させる。エッチングストッパ層として機能するSiO層は、基板210の一部として用いられても良い。SiO層は、エッチングの後に、例えば、無水フッ化水素及びアルコールなどの処理などで除去されても良い。 In etching the Si substrate, for example, a Bosch process using RIE can be used. In the Bosch process, for example, an etching process using SF 6 gas and a deposition process using C 4 F 8 gas are repeated. Thereby, etching is selectively performed in the depth direction (Z-axis direction) of the base 241 while suppressing the etching of the side wall of the base 241. For example, a SiO x layer is used as an etching end point. That is, the etching is terminated using an SiO x layer having a different etching selectivity than Si. The SiO x layer that functions as an etching stopper layer may be used as a part of the substrate 210. The SiO x layer may be removed after the etching, for example, by treatment with anhydrous hydrogen fluoride and alcohol.

このようにして、実施形態に係る圧力センサ200が形成される。実施形態に係る他の圧力センサも同様の方法により製造できる。   In this way, the pressure sensor 200 according to the embodiment is formed. Other pressure sensors according to the embodiment can be manufactured by the same method.

(第4の実施形態)
図37(a)〜図37(c)は、実施形態に係る圧力センサを例示する模式図である。 図37(a)は、模式的斜視図であり、図37(b)及び図37(c)は、圧力センサ640を例示するブロック図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 37A to FIG. 37C are schematic views illustrating the pressure sensor according to the embodiment. FIG. 37A is a schematic perspective view, and FIGS. 37B and 37C are block diagrams illustrating the pressure sensor 640.

図37(a)及び図37(b)に示すように、圧力センサ640には、基部671、検知部650、半導体回路部630、アンテナ615、電気配線616、送信回路617、及び、受信回路617rが設けられている。   As shown in FIGS. 37A and 37B, the pressure sensor 640 includes a base 671, a detection unit 650, a semiconductor circuit unit 630, an antenna 615, an electrical wiring 616, a transmission circuit 617, and a reception circuit 617r. Is provided.

アンテナ615は、電気配線616を介して、半導体回路部630と電気的に接続されている。
送信回路617は、検知部650に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路617の少なくとも一部は、半導体回路部630に設けることができる。
The antenna 615 is electrically connected to the semiconductor circuit portion 630 through the electric wiring 616.
The transmission circuit 617 wirelessly transmits data based on the electrical signal flowing through the detection unit 650. At least part of the transmission circuit 617 can be provided in the semiconductor circuit portion 630.

受信回路617rは、電子機器618dからの制御信号を受信する。受信回路617rの少なくとも一部は、半導体回路部430に設けることができる。受信回路617rを設けるようにすれば、例えば、電子機器618dを操作することで、圧力センサ640の動作を制御することができる。   The receiving circuit 617r receives a control signal from the electronic device 618d. At least a part of the reception circuit 617r can be provided in the semiconductor circuit portion 430. If the receiving circuit 617r is provided, for example, the operation of the pressure sensor 640 can be controlled by operating the electronic device 618d.

図37(b)に示すように、送信回路617には、例えば、検知部650に接続されたADコンバータ617aと、マンチェスター符号化部617bと、を設けることができる。切替部617cを設け、送信と受信を切り替えるようにすることができる。この場合、タイミングコントローラ617dを設け、タイミングコントローラ617dにより切替部617cにおける切り替えを制御することができる。またさらに、データ訂正部617e、同期部617f、判定部617g、電圧制御発振器617h(VCO;Voltage Controlled Oscillator)を設けることができる。   As shown in FIG. 37B, the transmission circuit 617 can include, for example, an AD converter 617a connected to the detection unit 650 and a Manchester encoding unit 617b. A switching unit 617c can be provided to switch between transmission and reception. In this case, a timing controller 617d is provided, and switching in the switching unit 617c can be controlled by the timing controller 617d. Furthermore, a data correction unit 617e, a synchronization unit 617f, a determination unit 617g, and a voltage controlled oscillator 617h (VCO; Voltage Controlled Oscillator) can be provided.

図37(c)に示すように、圧力センサ640と組み合わせて用いられる電子機器618dには、受信部618が設けられる。電子機器618dとしては、例えば、携帯端末などの電子装置を例示することができる。
この場合、送信回路617を有する圧力センサ640と、受信部618を有する電子機器618dと、を組み合わせて用いることができる。
As shown in FIG. 37C, an electronic device 618d used in combination with the pressure sensor 640 is provided with a receiving unit 618. As the electronic device 618d, for example, an electronic device such as a portable terminal can be exemplified.
In this case, the pressure sensor 640 including the transmission circuit 617 and the electronic device 618d including the reception unit 618 can be used in combination.

電子機器618dには、マンチェスター符号化部617b、切替部617c、タイミングコントローラ617d、データ訂正部617e、同期部617f、判定部617g、電圧制御発振器617h、記憶部618a、中央演算部618b(CPU;Central Processing Unit)を設けることができる。   The electronic device 618d includes a Manchester encoding unit 617b, a switching unit 617c, a timing controller 617d, a data correction unit 617e, a synchronization unit 617f, a determination unit 617g, a voltage controlled oscillator 617h, a storage unit 618a, a central processing unit 618b (CPU; Central). Processing Unit) can be provided.

この例では、圧力センサ640は、固定部667をさらに含んでいる。固定部667は、膜部664を基部671に固定する。固定部667は、外部圧力が印加されたときであっても撓みにくいように、膜部664よりも厚み寸法を厚くすることができる。
固定部667は、例えば、膜部664の周縁に等間隔に設けることができる。
膜部664の周囲をすべて連続的に取り囲むように固定部667を設けることもできる。
固定部667は、例えば、基部671の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部667は、例えば、シリコンなどから形成することができる。
固定部667は、例えば、膜部664の材料と同じ材料から形成することもできる。
In this example, the pressure sensor 640 further includes a fixing portion 667. The fixing part 667 fixes the film part 664 to the base part 671. The fixing part 667 can be thicker than the film part 664 so that the fixing part 667 is not easily bent even when an external pressure is applied.
For example, the fixing portions 667 can be provided at equal intervals on the periphery of the film portion 664.
The fixing portion 667 may be provided so as to continuously surround the entire periphery of the film portion 664.
The fixing portion 667 can be formed from the same material as that of the base portion 671, for example. In this case, the fixing portion 667 can be formed from, for example, silicon.
For example, the fixing portion 667 can be formed of the same material as the material of the film portion 664.

実施形態に係る圧力センサの製造方法の例について説明する。
図38(a)、図38(b)、図39(a)、図39(b)、図40(a)、図40(b)、図41(a)、図41(b)、図42(a)、図42(b)、図43(a)、図43(b)、図44(a)、図44(b)、図45(a)、図45(b)、図46(a)、図46(b)、図47(a)、図47(b)、図48(a)、図48(b)、図49(a)及び図49(b)は、実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示する模式図である。
The example of the manufacturing method of the pressure sensor which concerns on embodiment is demonstrated.
38 (a), 38 (b), 39 (a), 39 (b), 40 (a), 40 (b), 41 (a), 41 (b), and 42. (A), 42 (b), 43 (a), 43 (b), 44 (a), 44 (b), 45 (a), 45 (b), 46 (a). 46 (b), FIG. 47 (a), FIG. 47 (b), FIG. 48 (a), FIG. 48 (b), FIG. 49 (a), and FIG. 49 (b) are pressures according to the embodiment. It is a schematic diagram which illustrates the manufacturing method of a sensor.

なお、図38(a)〜図49(a)は、模式的平面図であり、図38(b)〜図49(b)は、模式的断面図である。   FIGS. 38 (a) to 49 (a) are schematic plan views, and FIGS. 38 (b) to 49 (b) are schematic cross-sectional views.

図38(a)及び図38(b)に示すように、半導体基板531の表面部分に半導体層512Mを形成する。続いて、半導体層512Mの上面に素子分離絶縁層512Iを形成する。続いて、半導体層512Mの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート512Gを形成する。続いて、ゲート512Gの両側に、ソース512Sとドレイン512Dとを形成することで、トランジスタ532が形成される。続いて、この上に層間絶縁膜514aを形成し、さらに層間絶縁膜514bを形成する。   As shown in FIGS. 38A and 38B, a semiconductor layer 512 </ b> M is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 531. Subsequently, an element isolation insulating layer 512I is formed on the upper surface of the semiconductor layer 512M. Subsequently, a gate 512G is formed over the semiconductor layer 512M via an insulating layer (not shown). Subsequently, the source 512S and the drain 512D are formed on both sides of the gate 512G, whereby the transistor 532 is formed. Subsequently, an interlayer insulating film 514a is formed thereon, and further an interlayer insulating film 514b is formed.

続いて、非空洞部となる領域において、層間絶縁膜514a、514bの一部に、トレンチ及び孔を形成する。続いて、孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー514c〜514eを形成する。この場合、例えば、接続ピラー514cは、1つのトランジスタ532のソース512Sに電気的に接続され、接続ピラー514dはドレイン512Dに電気的に接続される。例えば、接続ピラー514eは、別のトランジスタ532のソース512Sに電気的に接続される。続いて、トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部514f、514gを形成する。配線部514fは、接続ピラー514c及び接続ピラー514dに電気的に接続される。配線部514gは、接続ピラー514eに電気的に接続される。続いて、層間絶縁膜514bの上に、層間絶縁膜514hを形成する。   Subsequently, a trench and a hole are formed in part of the interlayer insulating films 514a and 514b in a region to be a non-cavity. Subsequently, a conductive material is embedded in the holes to form connection pillars 514c to 514e. In this case, for example, the connection pillar 514c is electrically connected to the source 512S of one transistor 532, and the connection pillar 514d is electrically connected to the drain 512D. For example, the connection pillar 514e is electrically connected to the source 512S of another transistor 532. Subsequently, a conductive material is embedded in the trench to form wiring portions 514f and 514g. The wiring portion 514f is electrically connected to the connection pillar 514c and the connection pillar 514d. The wiring portion 514g is electrically connected to the connection pillar 514e. Subsequently, an interlayer insulating film 514h is formed over the interlayer insulating film 514b.

図39(a)及び図39(b)に示すように、層間絶縁膜514hの上に、酸化シリコン(SiO2)からなる層間絶縁膜514iを、例えば、CVD(Chemical Vaper Deposition)法を用いて形成する。続いて、層間絶縁膜514iの所定の位置に孔を形成し、導電材料(例えば、金属材料)を埋め込み、上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて平坦化する。これにより、配線部514fに接続された接続ピラー514jと、配線部514gに接続された接続ピラー514kと、が形成される。   As shown in FIGS. 39A and 39B, an interlayer insulating film 514i made of silicon oxide (SiO 2) is formed on the interlayer insulating film 514h by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. To do. Subsequently, a hole is formed in a predetermined position of the interlayer insulating film 514i, a conductive material (for example, a metal material) is embedded, and the upper surface is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Thereby, the connection pillar 514j connected to the wiring part 514f and the connection pillar 514k connected to the wiring part 514g are formed.

図40(a)及び図40(b)に示すように、層間絶縁膜514iの空洞部570となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層514lを埋め込む。犠牲層514lは、例えば、低温で成膜できる材料を用いて形成することができる。低温で成膜できる材料は、例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe)などである。   As shown in FIGS. 40A and 40B, a recess is formed in a region to be the cavity 570 of the interlayer insulating film 514i, and a sacrificial layer 514l is embedded in the recess. The sacrificial layer 514l can be formed using, for example, a material that can be formed at a low temperature. A material that can be formed at a low temperature is, for example, silicon germanium (SiGe).

図41(a)及び図41(b)に示すように、層間絶縁膜514i及び犠牲層514lの上に、膜部564となる絶縁膜561bfを形成する。絶縁膜561bfは、例えば、酸化シリコン(SiO)などを用いて形成することができる。絶縁膜561bfに複数の孔を設け、複数の孔に導電材料(例えば、金属材料)を埋め込み、接続ピラー561fa、接続ピラー562faを形成する。接続ピラー561faは、接続ピラー514kと電気的に接続され、接続ピラー562faは、接続ピラー514jと電気的に接続される。 As shown in FIGS. 41A and 41B, an insulating film 561bf to be a film portion 564 is formed on the interlayer insulating film 514i and the sacrificial layer 514l. The insulating film 561bf can be formed using, for example, silicon oxide (SiO 2 ). A plurality of holes are provided in the insulating film 561bf, and a conductive material (for example, a metal material) is embedded in the plurality of holes to form connection pillars 561fa and connection pillars 562fa. The connection pillar 561fa is electrically connected to the connection pillar 514k, and the connection pillar 562fa is electrically connected to the connection pillar 514j.

図42(a)及び図42(b)に示すように、絶縁膜561bf、接続ピラー561fa、接続ピラー562faの上に、配線557となる導電層561fを形成する。   As shown in FIGS. 42A and 42B, a conductive layer 561f to be the wiring 557 is formed over the insulating film 561bf, the connection pillar 561fa, and the connection pillar 562fa.

図43(a)及び図43(b)に示すように、導電層561fの上に、積層膜550fを形成する。   As shown in FIGS. 43A and 43B, a laminated film 550f is formed on the conductive layer 561f.

図44(a)及び図44(b)に示すように、積層膜550fを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層565となる絶縁膜565fを形成する。絶縁膜565fは、例えば、酸化シリコン(SiO)などを用いて形成することができる。 As shown in FIGS. 44A and 44B, the laminated film 550f is processed into a predetermined shape, and an insulating film 565f to be the insulating layer 565 is formed thereon. The insulating film 565f can be formed using, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or the like.

図45(a)及び図45(b)に示すように、絶縁膜565fの一部を除去し、導電層561fを所定の形状に加工する。これにより、配線557が形成される。このとき、導電層561fの一部は、接続ピラー562faに電気的に接続される接続ピラー562fbとなる。さらに、この上に、絶縁層566となる絶縁膜566fを形成する。   As shown in FIGS. 45A and 45B, part of the insulating film 565f is removed, and the conductive layer 561f is processed into a predetermined shape. Thereby, the wiring 557 is formed. At this time, part of the conductive layer 561f becomes a connection pillar 562fb electrically connected to the connection pillar 562fa. Further, an insulating film 566f to be the insulating layer 566 is formed thereon.

図46(a)及び図46(b)に示すように、絶縁膜566fに開口部566pを形成する。これにより、接続ピラー562fbが露出する。   As shown in FIGS. 46A and 46B, an opening 566p is formed in the insulating film 566f. As a result, the connection pillar 562fb is exposed.

図47(a)及び図47(b)に示すように、上面に、配線558となる導電層562fを形成する。導電層562fの一部は、接続ピラー562fbと電気的に接続される。 図48(a)及び図48(b)に示すように、導電層562fを所定の形状に加工する。これにより、配線558が形成される。配線558は、接続ピラー562fbと電気的に接続される。   As shown in FIGS. 47A and 47B, a conductive layer 562f to be the wiring 558 is formed on the upper surface. A part of the conductive layer 562f is electrically connected to the connection pillar 562fb. As shown in FIGS. 48A and 48B, the conductive layer 562f is processed into a predetermined shape. Thereby, the wiring 558 is formed. The wiring 558 is electrically connected to the connection pillar 562fb.

図49(a)及び図49(b)に示すように、絶縁膜566fに所定の形状の開口部566oを形成する。開口部566oを介して、絶縁膜561bfを加工し、さらに開口部566oを介して、犠牲層514lを除去する。これにより、空洞部570が形成される。犠牲層514lの除去は、例えば、ウェットエッチング法を用いて行うことができる。   As shown in FIGS. 49A and 49B, an opening 566o having a predetermined shape is formed in the insulating film 566f. The insulating film 561bf is processed through the opening 566o, and the sacrificial layer 514l is removed through the opening 566o. Thereby, the cavity 570 is formed. The removal of the sacrificial layer 514l can be performed using, for example, a wet etching method.

なお、固定部567をリング状とする場合には、例えば、空洞部570の上方における非空洞部の縁と、膜部564と、の間を絶縁膜で埋める。
以上の様にして圧力センサが形成される。
In the case where the fixing portion 567 is ring-shaped, for example, the space between the edge of the non-cavity portion above the cavity portion 570 and the film portion 564 is filled with an insulating film.
A pressure sensor is formed as described above.

(第5の実施形態)
図50は、第4の実施形態に係るマイクロフォンを例示する模式的平面図である。
図50に示すように、マイクロフォン410は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ(例えば、圧力センサ200)や、それらの変形に係る圧力センサを有する。以下においては、一例として、圧力センサ200を有するマイクロフォン410について例示をする。
(Fifth embodiment)
FIG. 50 is a schematic plan view illustrating a microphone according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 50, the microphone 410 includes an arbitrary pressure sensor (for example, the pressure sensor 200) according to each of the above-described embodiments and a pressure sensor according to a modification thereof. In the following, a microphone 410 having the pressure sensor 200 is illustrated as an example.

マイクロフォン410は、携帯情報端末420の端部に組み込まれている。マイクロフォン410に設けられた圧力センサ200の基板210は、例えば、携帯情報端末420の表示部421が設けられた面に対して実質的に平行とすることができる。なお、基板210の配置は例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
マイクロフォン410は、圧力センサ200などを備えているので、広域の周波数に対して高感度とすることができる。
Microphone 410 is incorporated at the end of portable information terminal 420. For example, the substrate 210 of the pressure sensor 200 provided in the microphone 410 can be substantially parallel to the surface of the portable information terminal 420 on which the display unit 421 is provided. Note that the arrangement of the substrate 210 is not limited to that illustrated, but can be changed as appropriate.
Since the microphone 410 includes the pressure sensor 200 and the like, the microphone 410 can be highly sensitive to a wide range of frequencies.

なお、マイクロフォン410が携帯情報端末420に組み込まれている場合を例示したがこれに限定されるわけではない。マイクロフォン410は、例えば、ICレコーダーやピンマイクロフォンなどにも組み込むことができる。   In addition, although the case where the microphone 410 was incorporated in the portable information terminal 420 was illustrated, it is not necessarily limited to this. The microphone 410 can be incorporated into, for example, an IC recorder or a pin microphone.

(第6の実施形態)
実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いた音響マイクに係る。
図51は、第5の実施形態に係る音響マイクを例示する模式的断面図である。
実施形態に係る音響マイク430は、プリント基板431と、カバー433と、圧力センサ200と、を含む。プリント基板431は、例えばアンプなどの回路を含む。カバー433には、アコースティックホール435が設けられる。音439は、アコースティックホール435を通って、カバー433の内部に進入する。
(Sixth embodiment)
The embodiment relates to an acoustic microphone using the pressure sensor of each of the above embodiments.
FIG. 51 is a schematic cross-sectional view illustrating an acoustic microphone according to the fifth embodiment.
The acoustic microphone 430 according to the embodiment includes a printed circuit board 431, a cover 433, and the pressure sensor 200. The printed circuit board 431 includes a circuit such as an amplifier. The cover 433 is provided with an acoustic hole 435. The sound 439 enters the cover 433 through the acoustic hole 435.

圧力センサ200として、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。   As the pressure sensor 200, any of the pressure sensors described in relation to the above embodiments and modifications thereof are used.

音響マイク430は、音圧に対して感応する。高感度な圧力センサ200を用いることにより、高感度な音響マイク430が得られる。例えば、圧力センサ200をプリント基板431の上に搭載し、電気信号線を設ける。圧力センサ200を覆うように、プリント基板431の上にカバー433を設ける。
実施形態によれば、高感度な音響マイクを提供することができる。
The acoustic microphone 430 is sensitive to sound pressure. By using the highly sensitive pressure sensor 200, a highly sensitive acoustic microphone 430 can be obtained. For example, the pressure sensor 200 is mounted on the printed board 431 and an electric signal line is provided. A cover 433 is provided on the printed circuit board 431 so as to cover the pressure sensor 200.
According to the embodiment, a highly sensitive acoustic microphone can be provided.

(第7の実施形態)
実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いた血圧センサに係る。
図52(a)及び図52(b)は、第6の実施形態に係る血圧センサを例示する模式図である。
図52(a)は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図52(b)は、図52(a)のH1−H2線断面図である。
(Seventh embodiment)
The embodiment relates to a blood pressure sensor using the pressure sensor of each of the above embodiments.
FIG. 52A and FIG. 52B are schematic views illustrating the blood pressure sensor according to the sixth embodiment.
FIG. 52A is a schematic plan view illustrating the skin over a human arterial blood vessel. FIG. 52B is a cross-sectional view taken along line H1-H2 in FIG.

実施形態においては、圧力センサ200は、血圧センサ440として応用される。この圧力センサ200には、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。   In the embodiment, the pressure sensor 200 is applied as the blood pressure sensor 440. For the pressure sensor 200, any one of the pressure sensors described in relation to the above embodiments and modifications thereof are used.

これにより、小さいサイズの圧力センサで高感度な圧力検知が可能となる。圧力センサ200を動脈血管441の上の皮膚443に押し当てることで、血圧センサ440は、連続的に血圧測定を行うことができる。
本実施形態によれば、高感度な血圧センサを提供することができる。
Thereby, highly sensitive pressure detection is possible with a small size pressure sensor. By pressing the pressure sensor 200 against the skin 443 above the arterial blood vessel 441, the blood pressure sensor 440 can continuously measure blood pressure.
According to this embodiment, a highly sensitive blood pressure sensor can be provided.

(第8の実施形態)
実施形態は、上記の各実施形態の圧力センサを用いたタッチパネルに係る。
図53は、第7の実施形態に係るタッチパネルを例示する模式的平面図である。
実施形態においては、圧力センサ200が、タッチパネル450として用いられる。この圧力センサ200には、上記の各実施形態に関して説明した圧力センサのいずれか、及び、その変形が用いられる。タッチパネル450においては、圧力センサ200が、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに搭載される。
(Eighth embodiment)
The embodiment relates to a touch panel using the pressure sensor of each of the above embodiments.
FIG. 53 is a schematic plan view illustrating the touch panel according to the seventh embodiment.
In the embodiment, the pressure sensor 200 is used as the touch panel 450. For the pressure sensor 200, any one of the pressure sensors described in relation to the above embodiments and modifications thereof are used. In the touch panel 450, the pressure sensor 200 is mounted on at least one of the inside of the display and the outside of the display.

例えば、タッチパネル450は、複数の第1配線451と、複数の第2配線452と、複数の圧力センサ200と、制御部453と、を含む。   For example, the touch panel 450 includes a plurality of first wires 451, a plurality of second wires 452, a plurality of pressure sensors 200, and a control unit 453.

この例では、複数の第1配線451は、Y軸方向に沿って並ぶ。複数の第1配線451のそれぞれは、X軸方向に沿って延びる。複数の第2配線452は、X軸方向に沿って並ぶ。複数の第2配線452のそれぞれは、Y軸方向に沿って延びる。   In this example, the plurality of first wirings 451 are arranged along the Y-axis direction. Each of the plurality of first wirings 451 extends along the X-axis direction. The plurality of second wirings 452 are arranged along the X-axis direction. Each of the plurality of second wirings 452 extends along the Y-axis direction.

複数の圧力センサ200のそれぞれは、複数の第1配線451と複数の第2配線452とのそれぞれの交差部に設けられる。圧力センサ200の1つは、検出のための検出要素200eの1つとなる。ここで、交差部は、第1配線451と第2配線452とが交差する位置及びその周辺の領域を含む。   Each of the plurality of pressure sensors 200 is provided at each intersection of the plurality of first wirings 451 and the plurality of second wirings 452. One of the pressure sensors 200 is one of detection elements 200e for detection. Here, the intersection includes a position where the first wiring 451 and the second wiring 452 intersect and a region around the position.

複数の圧力センサ200のそれぞれの一端251は、複数の第1配線451のそれぞれと接続される。複数の圧力センサ200のそれぞれの他端252は、複数の第2配線452のそれぞれと接続される。   One end 251 of each of the plurality of pressure sensors 200 is connected to each of the plurality of first wirings 451. The other end 252 of each of the plurality of pressure sensors 200 is connected to each of the plurality of second wirings 452.

制御部453は、複数の第1配線451と複数の第2配線452とに接続される。
例えば、制御部453は、複数の第1配線451に接続された第1配線用回路453aと、複数の第2配線452に接続された第2配線用回路453bと、第1配線用回路453aと第2配線用回路453bとに接続された制御回路455と、を含む。
The control unit 453 is connected to the plurality of first wirings 451 and the plurality of second wirings 452.
For example, the control unit 453 includes a first wiring circuit 453a connected to the plurality of first wirings 451, a second wiring circuit 453b connected to the plurality of second wirings 452, and a first wiring circuit 453a. And a control circuit 455 connected to the second wiring circuit 453b.

圧力センサ200は、小型で高感度な圧力センシングが可能である。そのため、高精細なタッチパネルを実現することが可能である。   The pressure sensor 200 is capable of pressure sensing with a small size and high sensitivity. Therefore, a high-definition touch panel can be realized.

上記の各実施形態に係る圧力センサは、上記の応用の他に、気圧センサ、または、タイヤの空気圧センサなどのように、様々な圧力センサデバイスに応用することができる。   The pressure sensor according to each of the above embodiments can be applied to various pressure sensor devices such as an air pressure sensor or a tire air pressure sensor in addition to the above applications.

実施形態によれば、高感度の歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを提供することができる。   According to the embodiment, a highly sensitive strain sensing element, pressure sensor, microphone, blood pressure sensor, and touch panel can be provided.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルに含まれる基板、歪検知素子、第1磁性層、第2磁性層、中間層およびバイアス層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding a specific configuration of each element such as a strain sensing element, a pressure sensor, a microphone, a blood pressure sensor, a substrate included in a touch panel, a strain sensing element, a first magnetic layer, a second magnetic layer, an intermediate layer, and a bias layer As long as a person skilled in the art can carry out the present invention by appropriately selecting from the well-known ranges and obtain the same effect, it is included in the scope of the present invention.

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。   Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述した歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての歪検知素子、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all strain detection elements, pressure sensors, and microphones that can be appropriately modified and implemented by those skilled in the art based on the strain detection elements, pressure sensors, microphones, blood pressure sensors, and touch panels described above as embodiments of the present invention. The blood pressure sensor and the touch panel also belong to the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…第1磁性層(下部磁性層)、 10m…磁化、 10mf…初期磁化、 10p、10pb…バイアス、 10ph…磁界バイアス、 11…第1磁化固定層、 11m…磁化、 12…第2磁化固定層、 12m…磁化、 13…磁気結合層、 20…第2磁性層(上部磁性層)、 20m…磁化、 20mf…初期磁化、 20p、20pb…バイアス、 20ph…磁界バイアス、 30…中間層、 40、40a、40b、40c、40d、40e…バイアス層、 41a…第1バイアス磁性層、 41am…磁化、 41b…第2バイアス磁性層、 41bm…磁化、 41c…第3バイアス磁性層、 41cm…磁化、 42…バイアスピニング層、 42a…下部バイアスピニング層、 42b…上部バイアスピニング層、 43…分離層、 43a…下部分離層、 43b…上部分離層、 44a…第1磁気結合層、 44b…第2磁気結合層、 50…下地層、 60…ピニング層、 70…キャップ層、 81…絶縁層、 83…ハードバイアス層、 83m…ハードバイアス、 100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i、100j、100k、100l、100m…歪検知素子、 100gc…重心、 101、102、103、104…歪検知素子部、 110、110a、110b…下部バイアス層、 111a…下部第1バイアス磁性層、 111am…磁化、 111b…下部第2バイアス磁性層、 111bm…磁化、 111c…下部第3バイアス磁性層、 111cm…磁化、 114a…下部第1磁気結合層、 114b…下部第2磁気結合層、 120、120a、120b…上部バイアス層、 121a…上部第1バイアス磁性層、 121am…磁化、 121b…上部第2バイアス磁性層、 121bm…磁化、 124a…上部第1磁気結合層、 125bm…磁化、 181…第1直線、 182…第2直線、 200、200a、200b…圧力センサ、 200e…検出要素、 201…支持部、 201a…空洞部、 201h…貫通孔、 210…基板、 210r…外縁、 210gc…重心、 221…第1配線、 222…第2配線、 230…ビアコンタクト、 241…基体、 242…薄膜、 251…一端、 252…他端、 300…歪検知素子、 300a、300b…歪検知素子、 410…マイクロフォン、 420…携帯情報端末、 421…表示部、 430…音響マイク、 431…プリント基板、 433…カバー、 435…アコースティックホール、 439…音、 440…血圧センサ、 441…動脈血管、 443…皮膚、 450…タッチパネル、 451…第1配線、 452…第2配線、 453…制御部、 453a…第1配線用回路、 453b…第2配線用回路、 455…制御回路、 512D…ドレイン、 512G…ゲート、 512I…素子分離絶縁層、 512M…半導体層、 512S…ソース、 514a…層間絶縁膜、 514b…層間絶縁膜、 514c、514d、514e…接続ピラー、 514f、514g…配線部、 514h、514i…層間絶縁膜、 514j、514k…接続ピラー、 514l…犠牲層、 531…半導体基板、 532…トランジスタ、 550f…積層膜、 557…配線、 558…配線、 561bf…絶縁膜、 561f…導電層、 561fa…接続ピラー、 562f…導電層、 562fa、562fb…接続ピラー、 564…膜部、 565…絶縁層、 565f…絶縁膜、 566…絶縁層、 566f…絶縁膜、 566o、566p…開口部、 567…固定部、 570…空洞部、 615…アンテナ、 616…電気配線、 617…送信回路、 617a…コンバータ、 617b…マンチェスター符号化部、 617c…切替部、 617d…タイミングコントローラ、 617e…データ訂正部、 617f…同期部、 617g…判定部、 617h…電圧制御発振器、 617r…受信回路、 618…受信部、 618a…記憶部、 618b…中央演算部、 618d…電子機器、 630…半導体回路部、 640…圧力センサ、 650…検知部、 664…膜部、 667…固定部、 671…基部、 801…力、 E1…第1電極、 E2…第2電極、 H…保磁力、 H…異方性磁界、 MA1…磁化容易軸、 MA2…磁化困難軸、 MF…磁場、 R…電気抵抗、 ST0…無歪状態、 STc…圧縮状態、 STt…引張状態、 cs…圧縮応力、 t…厚さ、 ts…引張応力 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st magnetic layer (lower magnetic layer), 10m ... Magnetization, 10mf ... Initial magnetization, 10p, 10pb ... Bias, 10ph ... Magnetic field bias, 11 ... 1st magnetization fixed layer, 11m ... Magnetization, 12 ... 2nd magnetization fixed Layer, 12m ... magnetization, 13 ... magnetic coupling layer, 20 ... second magnetic layer (upper magnetic layer), 20m ... magnetization, 20mf ... initial magnetization, 20p, 20pb ... bias, 20ph ... magnetic field bias, 30 ... intermediate layer, 40 40a, 40b, 40c, 40d, 40e ... bias layer, 41a ... first bias magnetic layer, 41am ... magnetization, 41b ... second bias magnetic layer, 41bm ... magnetization, 41c ... third bias magnetic layer, 41cm ... magnetization, 42 ... Bias pinning layer, 42a ... Lower bias pinning layer, 42b ... Upper bias pinning layer, 43 ... Separation layer, 43a ... Lower part Layer, 43b ... upper separation layer, 44a ... first magnetic coupling layer, 44b ... second magnetic coupling layer, 50 ... underlayer, 60 ... pinning layer, 70 ... cap layer, 81 ... insulating layer, 83 ... hard bias layer, 83m ... hard bias, 100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l, 100m ... strain detecting element, 100gc ... center of gravity, 101,102,103,104 ... strain 110a, 110a, 110b ... lower bias layer, 111a ... lower first bias magnetic layer, 111am ... magnetization, 111b ... lower second bias magnetic layer, 111bm ... magnetization, 111c ... lower third bias magnetic layer, 111cm ... Magnetization, 114a ... Lower first magnetic coupling layer, 114b ... Lower second magnetic Composite layer, 120, 120a, 120b ... Upper bias layer, 121a ... Upper first bias magnetic layer, 121am ... Magnetization, 121b ... Upper second bias magnetic layer, 121bm ... Magnetization, 124a ... Upper first magnetic coupling layer, 125bm ... Magnetization, 181 ... first straight line, 182 ... second straight line, 200, 200a, 200b ... pressure sensor, 200e ... detecting element, 201 ... supporting part, 201a ... hollow part, 201h ... through hole, 210 ... substrate, 210r ... outer edge 210gc: center of gravity, 221 ... first wiring, 222 ... second wiring, 230 ... via contact, 241 ... substrate, 242 ... thin film, 251 ... one end, 252 ... other end, 300 ... strain detecting element, 300a, 300b ... strain Detecting element, 410 ... microphone, 420 ... portable information terminal, 421 ... display unit, 430 ... acoustic microphone 431 ... Printed circuit board, 433 ... Cover, 435 ... Acoustic hole, 439 ... Sound, 440 ... Blood pressure sensor, 441 ... Arterial blood vessel, 443 ... Skin, 450 ... Touch panel, 451 ... First wiring, 452 ... Second wiring, 453 ... Control unit 453a ... First wiring circuit 453b ... Second wiring circuit 455 ... Control circuit 512D ... Drain, 512G ... Gate, 512I ... Element isolation insulating layer, 512M ... Semiconductor layer, 512S ... Source, 514a ... interlayer insulating film, 514b ... interlayer insulating film, 514c, 514d, 514e ... connection pillar, 514f, 514g ... wiring part, 514h, 514i ... interlayer insulating film, 514j, 514k ... connection pillar, 514l ... sacrificial layer, 531 ... semiconductor Substrate, 532 ... transistor, 550f ... laminated film, 557 ... Wire, 558 ... Wiring, 561bf ... Insulating film, 561f ... Conductive layer, 561fa ... Connection pillar, 562f ... Conductive layer, 562fa, 562fb ... Connection pillar, 564 ... Film part, 565 ... Insulating layer, 565f ... Insulating film, 566 ... Insulating layer, 566f ... insulating film, 566o, 566p ... opening, 567 ... fixed part, 570 ... cavity, 615 ... antenna, 616 ... electrical wiring, 617 ... transmission circuit, 617a ... converter, 617b ... Manchester encoding part, 617c ... Switching unit, 617d ... Timing controller, 617e ... Data correction unit, 617f ... Synchronization unit, 617g ... Determination unit, 617h ... Voltage controlled oscillator, 617r ... Reception circuit, 618 ... Reception unit, 618a ... Storage unit, 618b ... Center Calculation unit, 618d ... electronic device, 630 ... semiconductor circuit unit, 6 40 ... Pressure sensor, 650 ... Detection part, 664 ... Film part, 667 ... Fixed part, 671 ... Base part, 801 ... Force, E1 ... First electrode, E2 ... Second electrode, Hc ... Coercive force, Hk ... Different Isotropic magnetic field, MA1 ... easy magnetization axis, MA2 ... hard magnetization axis, MF ... magnetic field, R ... electric resistance, ST0 ... unstrained state, STc ... compressed state, STt ... tensile state, cs ... compressive stress, t ... thickness , Ts ... tensile stress

Claims (8)

変形可能な基板と、
前記基板に設けられた歪検知素子と、
を備え、
前記歪検知素子は、
第1磁化を有する第1層と、
第2磁化を有し前記第2磁化は前記基板の変形に応じて変化する第2層と、
前記第1層と前記第2層との間に設けられた中間層と、
第3磁化を有する第3層と、
を含み、
前記中間層と前記第3層との間に前記第2層が設けられ、
前記第3磁化と前記第1磁化との間の角度は、30°以上60°以下、または、120°以上150°以下である、センサ。
A deformable substrate;
A strain sensing element provided on the substrate;
With
The strain sensing element is
A first layer having a first magnetization;
A second layer having a second magnetization, the second magnetization changing in response to deformation of the substrate;
An intermediate layer provided between the first layer and the second layer;
A third layer having a third magnetization;
Including
The second layer is provided between the intermediate layer and the third layer;
An angle between the third magnetization and the first magnetization is 30 ° or more and 60 ° or less, or 120 ° or more and 150 ° or less.
前記第1磁化は、固定されている請求項1記載のセンサ。   The sensor according to claim 1, wherein the first magnetization is fixed. 第4層をさらに備え、
前記第4層と前記第2層との間に前記第3層が位置し、
前記第4層は、
Ir−Mn、Pt−Mn、Pd−Pt−Mn及びRu−Rh−Mnよりなる群から選択された少なくともいずれかの第1材料、並びに、
CoPt(Coの比率は、50at.%以上85at.%以下)、(CoPt100−x100−yCr(xは50at.%以上85at.%以下、yは0at.%以上40at.%以下)、及び、FePt(Ptの比率は40at.%以上60at.%以下)の少なくともいずれかの第2材料、
の少なくともいずれかを含む、請求項1または2に記載のセンサ。
A fourth layer,
The third layer is located between the fourth layer and the second layer;
The fourth layer is
At least one first material selected from the group consisting of Ir-Mn, Pt-Mn, Pd-Pt-Mn and Ru-Rh-Mn, and
CoPt (ratio of Co is, 50at.% Least 85 at.% Or less), (Co x Pt 100- x) 100-y Cr y (x is 50at.% Or more 85 at.% Or less, y is 0 atomic.% Or more 40 at. % Or less) and at least one second material of FePt (the ratio of Pt is 40 at.% Or more and 60 at.% Or less),
The sensor according to claim 1 or 2, comprising at least one of the following.
前記第1層および前記第2層の少なくともいずれかの少なくとも一部は、アモルファスである請求項1〜3のいずれか1つに記載のセンサ。   The sensor according to claim 1, wherein at least a part of at least one of the first layer and the second layer is amorphous. 前記基板を支持する支持部をさらにを備えた、請求項1〜4のいずれか1つに記載のセンサ。   The sensor according to claim 1, further comprising a support portion that supports the substrate. 請求項5記載のセンサを備えたマイクロフォン。   A microphone comprising the sensor according to claim 5. 請求項5記載のセンサを備えた血圧センサ。   A blood pressure sensor comprising the sensor according to claim 5. 請求項5記載のセンサを備えたタッチパネル。   A touch panel comprising the sensor according to claim 5.
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