JP3562993B2 - 磁気検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界の変化を検出する磁気検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子という）は、強磁性体（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等）薄膜の磁化方向と電流方向のなす角度によって抵抗値が変化する素子である。
このようなＭＲ素子は、電流方向と磁化方向が直角に交わるときに抵抗値が最小になり、電流方向と磁化方向のなす角が０度、すなわち同一あるいは全く逆の方向になるときにその抵抗値が最大になる。このような抵抗値の変化をＭＲ変化率と呼び、一般にＮｉ−Ｆｅで２〜３％、Ｎｉ−Ｃｏで５〜６％である。
【０００３】
図９及び図１０は従来の磁気検出装置の構成を示す側面図及び斜視図である。
図９に示すように、従来の磁気検出装置は、回転軸４１と、少なくとも１つ以上の凹凸を外周側に有し、回転軸４１の回転に同期して回転する円板状の磁性回転体４２と、この磁性回転体４２の外周側と所定の間隙をもって配置されたＭＲ素子４３と、このＭＲ素子４３の背部に固着され、このＭＲ素子４３に磁界を与える磁石４４と、ＭＲ素子４３の出力を処理する集積回路４５とからなり、ＭＲ素子４３は、磁気抵抗パターン４６と、薄膜面（感磁面）４７とを備える。
このような磁気検出装置において、磁性回転体４２が回転することでＭＲ素子４３の感磁面である薄膜面４７を貫く磁界が変化し、磁気抵抗パターン４６の抵抗値が変化する。
しかし、このような磁気検出装置で用いられている磁気検出素子のＭＲ素子４３は出力レベルが小さいため、精度の高い検出ができず、これを解決するために、出力レベルの大きな巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子という。）を用いた磁気検出素子が、近時提案されている。
【０００４】
図１１は、従来のＧＭＲ素子の特性を示す図である。
図１１の特性を示すＧＭＲ素子は、日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５１９９１，第８１３〜８２１頁の「人工格子の磁気抵抗効果」と題する論文に記載されている数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させたいわゆる人工格子膜としての積層体（Ｆｅ／Ｃｒ、パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ、Ｃｏ／Ｃｕ、ＦｅＣｏ／Ｃｕ）である。この積層体は、上述のＭＲ素子と比較して格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有するとともに、外部磁界の向きが電流に対してどのような角度であっても同じ抵抗値の変化が得られる素子である。
磁界の変化を検出するためにＧＭＲ素子で実質的に感磁面を形成し、その感磁面の各端に電極を形成してブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路の対向する２つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、ＧＭＲ素子の抵抗値変化を電圧変化に変換して、このＧＭＲ素子に作用している磁界変化を検出することが考えられる。
【０００５】
図１２および図１３は、従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す側面図および斜視図である。
図１２および図１３において、この磁気検出装置は、回転軸４１と、少なくとも１つ以上の凹凸を外周に有し、回転軸４１の回転に同期して回転する磁界変化付与手段としての円板状の磁性回転体４２と、この磁性回転体４２の外周と所定の間隙をもって配置されたＧＭＲ素子４８と、このＧＭＲ素子４８に磁界を与える磁界発生手段としての磁石４４と、ＧＭＲ素子４８の出力を処理する集積回路４５とからなり、ＧＭＲ素子４８は、感磁パターンとしての磁気抵抗パターン４９と、薄膜面５０とを有する。
このような磁気検出装置では、磁性回転体４２が回転することで、ＧＭＲ素子４８の薄膜面（感磁面）５０を貫く磁界が変化し、磁気抵抗パターン４９の抵抗値が変化する。
【０００６】
図１４は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置を示すブロック図であり、図１５は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の詳細を示すブロック図である。
図１４および図１５に示す磁気検出装置は、磁性回転体４２と所定の間隙をもって配置され、磁石４４より磁界が与えられるＧＭＲ素子４８を用いたホイートストンブリッジ回路５１と、このホイートストンブリッジ回路５１の出力を増幅する差動増幅回路５２と、この差動増幅回路５２の出力を基準値と比較して“０”または“１”の信号を出力する比較回路５３と、この比較回路５３の出力を受けてスイッチングする出力回路５４とを備える。
【０００７】
図１６は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の回路構成の一例を示す図である。
図１６において、ホイートストンブリッジ回路５１は、例えば各辺にそれぞれＧＭＲ素子４８ａ，４８ｂ，４８ｃおよび４８ｄを有し、ＧＭＲ素子４８ａとＧＭＲ素子４８ｃは電源端子ＶＣＣに接続され、ＧＭＲ素子４８ｂとＧＭＲ素子４８ｄは接地され、ＧＭＲ素子４８ａとＧＭＲ素子４８ｂの各他端は接続点５５に接続され、ＧＭＲ素子４８ｃとＧＭＲ素子４８ｄの各他端は接続点５６に接続される。
【０００８】
ホイートストンブリッジ回路５１の接続点５５が抵抗器５７を介して差動増幅回路５８のアンプ５９の反転入力端子に接続され、接続点５６が抵抗器６０を介してアンプ５９の非反転入力端子に接続されるとともに、更に抵抗器６１を介して、電源端子ＶＣＣから供給される電圧にもとづいて基準電圧を構成する分圧回路６２に接続される。
また、アンプ５９の出力端子は抵抗器６３を介して自己の反転入力端子に接続されるとともに、比較回路６４のアンプ６５の反転入力端子に接続され、アンプ６５の非反転入力端子は、電源端子ＶＣＣから供給される電圧にもとづいて基準電圧を構成する分圧回路６６に接続されるとともに、抵抗器６７を介してアンプ６５の出力端子に接続される。
そして、比較回路６４の出力端は、出力回路６８のトランジスタ６９のベースに接続され、トランジスタ６９のコレクタは、出力回路６８の出力端子７０に接続されるとともに、抵抗器７１を介して電源端子ＶＣＣに接続され、そのエミッタは接地される。
【０００９】
図１７は、従来の磁気検出素子の構成を示す図であり、図１８は、従来の磁気検出素子の動作を示す特性図である。
図１７に示すように、ホイートストンブリッジは、ＧＭＲ素子４８（４８ａないし４８ｄから構成される）を備える。
磁性回転体４２が回転すると、図１８に示すように、ＧＭＲ素子４８（４８ａないし４８ｄ）に供給される磁界が変化し、差動増幅回路５８の出力端には図１８に示すように、磁性回転体４２の凹凸に対応した出力が得られる。
この差動増幅回路５８の出力は、比較回路６４に供給されて、その比較レベルである基準値と比較されて“０”または“１”の信号に変換され、この信号は更に出力回路６８で波形整形され、この結果、その出力端子７０には図１８に示すようにその立ち上がり、立ち下がりの急峻な“０”または“１”の出力が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の磁気検出素子に用いられるＧＭＲ素子の特性は印加磁界に対してヒステリシスを有しており、磁気検出装置で設定されている磁界範囲が小さい場合には感度が低下し、検出が困難となるおそれがある。また、各磁界におけるＧＭＲ素子の抵抗値は、一般の金属膜と同様、温度によって変化するので、ＧＭＲ素子の磁気特性は温度依存性を有する。磁気検出装置で設定されている磁界範囲で室温では充分な検出感度を有していても使用温度が上昇すると検出が困難になる場合が生じるおそれもある。
このため、磁気検出素子と対向する回転体の凹凸の間隙が一部狭くなっている場合のように磁界範囲がその部分だけ極端に小さくなるような場合には充分な出力信号が得られないという問題点があった。
また、自動車搭載用途などの使用環境温度が厳しい場合（例えば−４０℃以上１５℃以下）には、高温側で出力が得られない場合が生ずるという問題点があった。なお、自動車搭載では、この素子はエンジン制御やブレーキ制御用にエンジンの回転数や車輪の回転数を計測する等の用途が考えられる。
【００１１】
従って、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、広い使用環境温度範囲を有し、かつ、検出感度の高い磁気検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の磁気検出装置は、外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、上記磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、上記磁石の上記磁性回転体の外周に対向する位置に付設される磁気検出素子とを備えてなり、上記磁気検出素子は、上記磁性回転体の回転に伴う上記磁性回転体と上記磁石との間の磁界の変化を検出し、当該検出結果に基づき上記磁性回転体の回転量を検出するとともに、飽和磁界に０．８をかけ合せた磁界以下の範囲の中で動作させるようにした巨大磁気抵抗素子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図にもとづいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子およびその装置を構成するＧＭＲ素子の磁気特性を示す図である。
図１に示すように、この発明の実施の形態１に係るＧＭＲ素子の磁気特性を示す磁気曲線は、磁界０の近傍に抵抗値の最大値（以下Ｒmaxという）を有し、磁界の増大とともに抵抗値は減少していき、充分大きな磁界（例えば２ＫＯｅ以上）である飽和状態をとる。この飽和状態での抵抗値をＲminと定義する。磁界を飽和磁界から戻して行くと磁界を増大させた場合とは異なる経路で磁界０まで抵抗値が上昇していく、いわゆるヒステリシスを有する。
一般に飽和磁界とは、飽和状態に達する最小磁界を意味するが、規程が曖昧であるので、本発明においては、飽和磁界を「Ｒminに１％抵抗値を上乗せした値（Ｒmin×１．０１）と磁界を増大させた場合の磁気抵抗曲線との交点の磁界」と定義する。
図２及び図３に示すように、磁気検出素子を備える磁気検出装置は、外周に沿って少なくとも１つ以上の凹凸を有し、回転軸２９の回転に同期して回転する円板状の磁性回転体３０と、この磁性回転体３０と所定の間隙をもって磁性回転体３０の外周に対向するように配置された磁気検出素子２８と、磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７に磁界を与える磁石３１と、ＧＭＲ素子７の出力を処理する集積回路４５とを備える。磁石３１の漏洩磁束の大きさと磁石３１とＧＭＲ素子７との距離と磁性回転体３０とＧＭＲ素子７の間隔によってＧＭＲ素子７で検知する磁界幅は様々に変化させることができる。それらを調整し、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中にＧＭＲ素子７で検知する磁界幅が収まるようにする。
【００１４】
図２では、磁性回転体３０の外周に対して対面するシリコン基板等の基板１の前面に積層処理技術で設けられたＧＭＲ素子７及び集積回路４５より成る磁気検出素子２８が配置される。この磁気検出素子２８の背面に磁石３１が図外の取付け手段で配置されている。本発明の実施の形態１では、磁気検出素子２８の基板１の前面に備えられたＧＭＲ素子７の感磁面における検出方向の磁界変化が、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上で動作させる。さらに、好ましくは、ＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中で動作させるものであるので、これを満足するような配置であれば、どのような配置でもよい。例えば、図３では、磁性回転体３０の凹凸面に対して磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７の面がほぼ垂直になるように配置され、ＧＭＲ素子７の直上（もしくは直下であってもよい）に磁石３１が配置されている。この場合も、図外の集積回路がＧＭＲ素子７の近傍に取り付けられている。
【００１５】
ＧＭＲ素子７が検知する磁界幅がＲmaxの磁界より小さい磁界まで広がるとその磁界幅における磁気抵抗曲線のヒステリシスが大きくなり、回転体３０の凹凸のエッジを検出する場合の精度が低下したり、磁気検出素子２８と対向する回転体３０の凹凸の間隔が一部狭くなっている場合のように磁界範囲がその部分だけ極端に小さくなるような場合には充分な出力信号が得られないという弊害をもたらす。
また、一般的にＧＭＲ膜の飽和磁界は、温度の上昇とともに小さくなってくるので、場合によっては、室温における飽和磁界に０．８をかけた磁界が、温度上昇とともに飽和磁界を超える場合も生じる。室温における飽和磁界近傍での抵抗変化率（％／Ｏe）は、もともと比較的小さな値しかなく、温度上昇とともに抵抗変化率（％／Ｏe）は、さらに小さくなってゆく。抵抗変化率（％／Ｏe）の大小が出力に係わってくるので、出力低下が大きくなる。このように、ＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界より大きな磁界までＧＭＲ素子７が検知する磁界幅が広がると高温動作時の出力低下が顕著となるという弊害をもたらす。
ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲でＧＭＲ素子７を動作させることにより上記のような弊害が解消でき、使用温度範囲の拡大と高感度化を進めることができる。
このように、実施の形態１では、磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７の感磁面における検出方向の磁界変化が、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中で動作させるものであるので、広い使用環境温度範囲を有し、かつ、検出感度の高い磁気検出素子を提供することができる。なお、この０．８をかけ合わせた磁界以下の下限については、次のとおりである。
「０．８をかけ合わせた磁界」をＨssと仮に名づけると、高温動作時の出力低下という観点でみると
−Ｈss≦Ｈ≦＋Ｈss
というのが有効範囲といえると思われる。
【００１６】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るＧＭＲ素子の単位磁界当りの抵抗変化率と積層回数の関係を示す図である。
図４には、上記ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、このＣｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］とＣｕをひとくくりとした積層回数との関係が示されてある。ここで、「ひとくくり」の語の定義については後述する。
図４に示す単位磁界当りの抵抗変化率（以下では、磁界感度と称す）は、磁性層としてＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］を用いた場合には、積層回数１５回から３０回付近で大きな値を採り、磁気検出素子として１５０℃付近の高温においても充分な検出感度を有するためには、積層回数１０回から４０回の範囲で使用するのが良い。積層回数１０回未満や４０回を超えた場合には、どのサンプルでも充分な磁界感度は得られない。
このように、実施の形態２では、ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつＣｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層とをひとくくりとした積層回数を１０回以上４０回以下としたので、磁気検出素子２８の感度向上を図ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るＧＭＲ素子の単位磁界当たりの抵抗変化率とＦｅＣｏ層の厚さとの関係を示す図である。
図５には、図４にて最も良好な特性を示したＧＭＲ素子がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［ｘ＝０．１］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、Ｃｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界当りの抵抗変化率とＦｅ０．１Ｃｏ０．９の１層当りの膜厚との関係が示されている。
図５に示す単位磁界当りの抵抗変化率は、ＦｅＣｏ層の厚さが１０Åの付近から急激に立ち上がり、１２Åから２０Å付近で充分大きな値を示し、３０Åより大きくなると充分な磁界感度が得られなくなる。
従って、ＦｅＣｏ層１層当りの膜厚が１０Å以上３０Å以下の範囲でＧＭＲ素子７を形成するのが良い。
このように、実施の形態３では、ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層の繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、Ｃｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合のＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の膜厚を１０Å以上３０Å以下としたので、磁気検出素子２８の感度向上を図ることができる。
【００１８】
実施の形態４．
図６ないし図７は、この発明の実施の形態４に係るＧＭＲ素子の膜構成を示す断面図である。
まず、図６に示すように、ＧＭＲ素子膜５の形成過程において、例えば、Ｓｉ基板などの基板１上に形成されたＳｉ熱酸化膜等の下地層２の表面に、ＦｅＣｏの層９ａを形成してから、その上にＣｕの層１０、Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層９、Ｃｕの層１０、ＦｅＣｏの層９を順次積層していく。ＦｅＣｏの層９とＣｕの層１０のペア層９０を１０から４０回積層し、最上層が図６に示す如くＦｅＣｏの層９となるように形成する。ＦｅＣｏの層９に比べて導電率の高い材料であるＣｕの層１０を最上層とした場合には、ＧＭＲ効果に寄与しない電子が表面付近を流れる確率が増え、結果として磁気抵抗変化率（ＭＲ比）の低下を招くため、最上層は図６に示す如くＦｅＣｏの層９である事が良い。
そして、図７に示すように、最上層のＦｅＣｏの層９のさらに上に続けて保護膜８としてＳｉＮｘ膜を形成することによって、後の写真製版工程などでＧＭＲ素子膜５の酸化を防止でき、ＧＭＲ素子７の特性を安定化させることができる。上記保護膜８としてのＳｉＮｘ膜は最上層のＦｅＣｏの層９の形成後真空を破らずに続けて形成する。すなわち、Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層９とＣｕの層１０の繰返しにより積層してなるＧＭＲ素子膜５（積層膜）を設け、このＧＭＲ素子膜５の最上層の上に保護膜８を形成して巨大磁気抵抗素子を製造するのであるが、上記最上層を真空中のスパッタリングや低温プラズマＣＶＤや真空蒸着等の薄膜処理技術により形成した後、上記保護膜８も、真空を破ることなく、薄膜処理により形成する。このことにより、ＧＭＲ素子膜５の自然酸化をも抑制することができ、安定化に対してさらに効果的に作用する。
上記保護膜８としては、ＳｉＮｘ膜の代わりに酸化Ｓｉ膜や酸化Ｔａ膜などの誘電体膜の他、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒなどの金属膜やそれらを組み合せた金属膜やそれらの酸化膜や窒化膜を用いることができる。いずれもＧＭＲ素子膜５の特性を損なわないようにスパッタリングや低温プラズマＣＶＤや真空蒸着によって形成することができる。
このように、この発明の実施の形態４においては、図７に示す如くＧＭＲ素子膜５の最上層をＦｅＣｏ層の９としたので、ＧＭＲ素子７の磁気特性を向上させることができ、ＧＭＲ素子膜５形成後に保護膜８を形成したことによりＧＭＲ素子７の信頼性を向上させることができる。
ここで、前述の、「ひとくくり」の語の定義について説明する。図６や図７で示した積層構造をした膜において、図中、９がＦｅＣｏの層、１０がＣｕの層であるが、基板１から順次、基板１／下地層２／最下部のＦｅＣｏの層９ａ／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］・・・／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］というように［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］のペア層９０の繰り返しで積層構造が出来上がっている。「ひとくくり」と言っているのは、この［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］のペア層９０のことである。最初のＦｅＣｏ以外の、一組の積層構造のものと考えてよい。
この積層構造を簡略化して記述すると、最下部のＦｅＣｏの層９ａ／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］×ｎ（ひとくくりの数がｎ個）となり、このときのｎを積層回数として表記している。
この場合の最下部のＦｅＣｏの層９ａは、必ず必要と言うものではないが、あった方が安定して製造ができるので、入れている。［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］×ｎだけを表す呼び名としてＣｕの層１０とＦｅＣｏの層９とのペア層９０を「ひとくくり」と言っている。
【００１９】
実施の形態５．
図８（ａ），（ｂ）は、この発明の実施の形態５に係るＧＭＲ素子７のパターン化を行った際の膜構成を示す断面図である。
ＧＭＲ素子７は、ペア層９０をｎ回積層して成るＧＭＲ素子膜５をパターン化することで形成されるが、このＧＭＲ素子膜５のパターン化に際しては、ＧＭＲ素子膜５上に形成された保護膜８上に写真製版技術によりレジストに素子パターンを転写し、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）を用いてエッチングを行い、最後にレジスト除去をするという方法がとられている。
図８（ａ）は基板１に対するイオンビームの入射角を０度にてエッチングを実施した後にレジストパターンを除去したＧＭＲ素子７の断面図であるが、レジストパターンの側壁に再付着した膜１１が縦方向の突起として残り、この突起がＧＭＲ素子膜５の側壁保護を主たる目的とした最終保護膜形成の障害となる。
これに対し、図８（ｂ）は基板１に対してイオンビームに入射角度を持たせた場合のエッチングを実施した後にレジストパターンを除去したＧＭＲ素子７の断面図である。図８（ａ）で見られた再付着膜１１の残りがなくなり、かつ側面にテーパーがつき、最終保護膜形成におけるカバーレッジを向上させる。このときのテーパー角１２は２０°以上８０°以下で充分効果があるが、パターン幅の精度やパターン幅の縮小やパターン間の間隔の縮小などの点で４０°以上がさらに好ましく、また、再付着膜１１の残りが確率的にほとんど０になることを考慮した量産性を考えると６５°以下がさらに好ましい。
このように、実施の形態５では、ＧＭＲ素子７のパターンに２０°以上８０°以下、好ましくは、４０°以上６５°以下のテーパー角１２を設けたので、ＧＭＲ素子７の信頼性を向上させることができる。
なお、ＧＭＲ素子７は基板１の上に積層処理技術で形成するとして説明したが、ＧＭＲ素子７自体を別の基板上に製造しておいたものを、基板１の上に接着してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
この発明の磁気検出装置によれば、外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、上記磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、上記磁石の上記磁性回転体の外周に対向する位置に付設される磁気検出素子とを備えてなり、上記磁気検出素子は、上記磁性回転体の回転に伴う上記磁性回転体と上記磁石との間の磁界の変化を検出し、当該検出結果に基づき上記磁性回転体の回転量を検出するとともに、飽和磁界に０．８をかけ合せた磁界以下の範囲の中で動作させるようにしたので、これにより広い温度範囲、例えば４０℃〜１５０℃といった範囲で磁性回転体の回転に伴う磁性回転体と磁石の間の磁界の変化を高感度で検出することが可能で、検出結果に基づき磁性回転体の回転量を検出するので、感度が高く、使用温度範囲の広い磁気検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の磁気特性を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の単位磁界あたりの抵抗変化率と積層回数の関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅＣｏの層の厚さの関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の膜構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の膜構成を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の側面部の断面図である。
【図９】従来の磁気検出装置の構成を示す側面図である。
【図１０】従来の磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】従来のＧＭＲ素子の特性を示す図である。
【図１２】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す側面図である。
【図１３】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置を示すブロック図である。
【図１５】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の詳細を示すブロック図である。
【図１６】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の回路構成の一例を示す図である。
【図１７】従来の磁気検出素子の構成を示す図である。
【図１８】従来の磁気検出素子の動作を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 基板、２ 下地層、５ ＧＭＲ素子膜、７ ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）、
８ 窒化Ｓｉ膜（保護膜）、９ Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層、
１０ Ｃｕの層、１１ 再付着膜、１２ テーパー角、２８ 磁気検出素子、
３０ 磁性回転体、３１ 磁石。
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界の変化を検出する磁気検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子という）は、強磁性体（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等）薄膜の磁化方向と電流方向のなす角度によって抵抗値が変化する素子である。
このようなＭＲ素子は、電流方向と磁化方向が直角に交わるときに抵抗値が最小になり、電流方向と磁化方向のなす角が０度、すなわち同一あるいは全く逆の方向になるときにその抵抗値が最大になる。このような抵抗値の変化をＭＲ変化率と呼び、一般にＮｉ−Ｆｅで２〜３％、Ｎｉ−Ｃｏで５〜６％である。
【０００３】
図９及び図１０は従来の磁気検出装置の構成を示す側面図及び斜視図である。
図９に示すように、従来の磁気検出装置は、回転軸４１と、少なくとも１つ以上の凹凸を外周側に有し、回転軸４１の回転に同期して回転する円板状の磁性回転体４２と、この磁性回転体４２の外周側と所定の間隙をもって配置されたＭＲ素子４３と、このＭＲ素子４３の背部に固着され、このＭＲ素子４３に磁界を与える磁石４４と、ＭＲ素子４３の出力を処理する集積回路４５とからなり、ＭＲ素子４３は、磁気抵抗パターン４６と、薄膜面（感磁面）４７とを備える。
このような磁気検出装置において、磁性回転体４２が回転することでＭＲ素子４３の感磁面である薄膜面４７を貫く磁界が変化し、磁気抵抗パターン４６の抵抗値が変化する。
しかし、このような磁気検出装置で用いられている磁気検出素子のＭＲ素子４３は出力レベルが小さいため、精度の高い検出ができず、これを解決するために、出力レベルの大きな巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子という。）を用いた磁気検出素子が、近時提案されている。
【０００４】
図１１は、従来のＧＭＲ素子の特性を示す図である。
図１１の特性を示すＧＭＲ素子は、日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．５１９９１，第８１３〜８２１頁の「人工格子の磁気抵抗効果」と題する論文に記載されている数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させたいわゆる人工格子膜としての積層体（Ｆｅ／Ｃｒ、パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ、Ｃｏ／Ｃｕ、ＦｅＣｏ／Ｃｕ）である。この積層体は、上述のＭＲ素子と比較して格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有するとともに、外部磁界の向きが電流に対してどのような角度であっても同じ抵抗値の変化が得られる素子である。
磁界の変化を検出するためにＧＭＲ素子で実質的に感磁面を形成し、その感磁面の各端に電極を形成してブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路の対向する２つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、ＧＭＲ素子の抵抗値変化を電圧変化に変換して、このＧＭＲ素子に作用している磁界変化を検出することが考えられる。
【０００５】
図１２および図１３は、従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す側面図および斜視図である。
図１２および図１３において、この磁気検出装置は、回転軸４１と、少なくとも１つ以上の凹凸を外周に有し、回転軸４１の回転に同期して回転する磁界変化付与手段としての円板状の磁性回転体４２と、この磁性回転体４２の外周と所定の間隙をもって配置されたＧＭＲ素子４８と、このＧＭＲ素子４８に磁界を与える磁界発生手段としての磁石４４と、ＧＭＲ素子４８の出力を処理する集積回路４５とからなり、ＧＭＲ素子４８は、感磁パターンとしての磁気抵抗パターン４９と、薄膜面５０とを有する。
このような磁気検出装置では、磁性回転体４２が回転することで、ＧＭＲ素子４８の薄膜面（感磁面）５０を貫く磁界が変化し、磁気抵抗パターン４９の抵抗値が変化する。
【０００６】
図１４は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置を示すブロック図であり、図１５は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の詳細を示すブロック図である。
図１４および図１５に示す磁気検出装置は、磁性回転体４２と所定の間隙をもって配置され、磁石４４より磁界が与えられるＧＭＲ素子４８を用いたホイートストンブリッジ回路５１と、このホイートストンブリッジ回路５１の出力を増幅する差動増幅回路５２と、この差動増幅回路５２の出力を基準値と比較して“０”または“１”の信号を出力する比較回路５３と、この比較回路５３の出力を受けてスイッチングする出力回路５４とを備える。
【０００７】
図１６は従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の回路構成の一例を示す図である。
図１６において、ホイートストンブリッジ回路５１は、例えば各辺にそれぞれＧＭＲ素子４８ａ，４８ｂ，４８ｃおよび４８ｄを有し、ＧＭＲ素子４８ａとＧＭＲ素子４８ｃは電源端子ＶＣＣに接続され、ＧＭＲ素子４８ｂとＧＭＲ素子４８ｄは接地され、ＧＭＲ素子４８ａとＧＭＲ素子４８ｂの各他端は接続点５５に接続され、ＧＭＲ素子４８ｃとＧＭＲ素子４８ｄの各他端は接続点５６に接続される。
【０００８】
ホイートストンブリッジ回路５１の接続点５５が抵抗器５７を介して差動増幅回路５８のアンプ５９の反転入力端子に接続され、接続点５６が抵抗器６０を介してアンプ５９の非反転入力端子に接続されるとともに、更に抵抗器６１を介して、電源端子ＶＣＣから供給される電圧にもとづいて基準電圧を構成する分圧回路６２に接続される。
また、アンプ５９の出力端子は抵抗器６３を介して自己の反転入力端子に接続されるとともに、比較回路６４のアンプ６５の反転入力端子に接続され、アンプ６５の非反転入力端子は、電源端子ＶＣＣから供給される電圧にもとづいて基準電圧を構成する分圧回路６６に接続されるとともに、抵抗器６７を介してアンプ６５の出力端子に接続される。
そして、比較回路６４の出力端は、出力回路６８のトランジスタ６９のベースに接続され、トランジスタ６９のコレクタは、出力回路６８の出力端子７０に接続されるとともに、抵抗器７１を介して電源端子ＶＣＣに接続され、そのエミッタは接地される。
【０００９】
図１７は、従来の磁気検出素子の構成を示す図であり、図１８は、従来の磁気検出素子の動作を示す特性図である。
図１７に示すように、ホイートストンブリッジは、ＧＭＲ素子４８（４８ａないし４８ｄから構成される）を備える。
磁性回転体４２が回転すると、図１８に示すように、ＧＭＲ素子４８（４８ａないし４８ｄ）に供給される磁界が変化し、差動増幅回路５８の出力端には図１８に示すように、磁性回転体４２の凹凸に対応した出力が得られる。
この差動増幅回路５８の出力は、比較回路６４に供給されて、その比較レベルである基準値と比較されて“０”または“１”の信号に変換され、この信号は更に出力回路６８で波形整形され、この結果、その出力端子７０には図１８に示すようにその立ち上がり、立ち下がりの急峻な“０”または“１”の出力が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の磁気検出素子に用いられるＧＭＲ素子の特性は印加磁界に対してヒステリシスを有しており、磁気検出装置で設定されている磁界範囲が小さい場合には感度が低下し、検出が困難となるおそれがある。また、各磁界におけるＧＭＲ素子の抵抗値は、一般の金属膜と同様、温度によって変化するので、ＧＭＲ素子の磁気特性は温度依存性を有する。磁気検出装置で設定されている磁界範囲で室温では充分な検出感度を有していても使用温度が上昇すると検出が困難になる場合が生じるおそれもある。
このため、磁気検出素子と対向する回転体の凹凸の間隙が一部狭くなっている場合のように磁界範囲がその部分だけ極端に小さくなるような場合には充分な出力信号が得られないという問題点があった。
また、自動車搭載用途などの使用環境温度が厳しい場合（例えば−４０℃以上１５℃以下）には、高温側で出力が得られない場合が生ずるという問題点があった。なお、自動車搭載では、この素子はエンジン制御やブレーキ制御用にエンジンの回転数や車輪の回転数を計測する等の用途が考えられる。
【００１１】
従って、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、広い使用環境温度範囲を有し、かつ、検出感度の高い磁気検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の磁気検出装置は、外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、上記磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、上記磁石の上記磁性回転体の外周に対向する位置に付設される磁気検出素子とを備えてなり、上記磁気検出素子は、上記磁性回転体の回転に伴う上記磁性回転体と上記磁石との間の磁界の変化を検出し、当該検出結果に基づき上記磁性回転体の回転量を検出するとともに、飽和磁界に０．８をかけ合せた磁界以下の範囲の中で動作させるようにした巨大磁気抵抗素子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図にもとづいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子およびその装置を構成するＧＭＲ素子の磁気特性を示す図である。
図１に示すように、この発明の実施の形態１に係るＧＭＲ素子の磁気特性を示す磁気曲線は、磁界０の近傍に抵抗値の最大値（以下Ｒmaxという）を有し、磁界の増大とともに抵抗値は減少していき、充分大きな磁界（例えば２ＫＯｅ以上）である飽和状態をとる。この飽和状態での抵抗値をＲminと定義する。磁界を飽和磁界から戻して行くと磁界を増大させた場合とは異なる経路で磁界０まで抵抗値が上昇していく、いわゆるヒステリシスを有する。
一般に飽和磁界とは、飽和状態に達する最小磁界を意味するが、規程が曖昧であるので、本発明においては、飽和磁界を「Ｒminに１％抵抗値を上乗せした値（Ｒmin×１．０１）と磁界を増大させた場合の磁気抵抗曲線との交点の磁界」と定義する。
図２及び図３に示すように、磁気検出素子を備える磁気検出装置は、外周に沿って少なくとも１つ以上の凹凸を有し、回転軸２９の回転に同期して回転する円板状の磁性回転体３０と、この磁性回転体３０と所定の間隙をもって磁性回転体３０の外周に対向するように配置された磁気検出素子２８と、磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７に磁界を与える磁石３１と、ＧＭＲ素子７の出力を処理する集積回路４５とを備える。磁石３１の漏洩磁束の大きさと磁石３１とＧＭＲ素子７との距離と磁性回転体３０とＧＭＲ素子７の間隔によってＧＭＲ素子７で検知する磁界幅は様々に変化させることができる。それらを調整し、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中にＧＭＲ素子７で検知する磁界幅が収まるようにする。
【００１４】
図２では、磁性回転体３０の外周に対して対面するシリコン基板等の基板１の前面に積層処理技術で設けられたＧＭＲ素子７及び集積回路４５より成る磁気検出素子２８が配置される。この磁気検出素子２８の背面に磁石３１が図外の取付け手段で配置されている。本発明の実施の形態１では、磁気検出素子２８の基板１の前面に備えられたＧＭＲ素子７の感磁面における検出方向の磁界変化が、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上で動作させる。さらに、好ましくは、ＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中で動作させるものであるので、これを満足するような配置であれば、どのような配置でもよい。例えば、図３では、磁性回転体３０の凹凸面に対して磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７の面がほぼ垂直になるように配置され、ＧＭＲ素子７の直上（もしくは直下であってもよい）に磁石３１が配置されている。この場合も、図外の集積回路がＧＭＲ素子７の近傍に取り付けられている。
【００１５】
ＧＭＲ素子７が検知する磁界幅がＲmaxの磁界より小さい磁界まで広がるとその磁界幅における磁気抵抗曲線のヒステリシスが大きくなり、回転体３０の凹凸のエッジを検出する場合の精度が低下したり、磁気検出素子２８と対向する回転体３０の凹凸の間隔が一部狭くなっている場合のように磁界範囲がその部分だけ極端に小さくなるような場合には充分な出力信号が得られないという弊害をもたらす。
また、一般的にＧＭＲ膜の飽和磁界は、温度の上昇とともに小さくなってくるので、場合によっては、室温における飽和磁界に０．８をかけた磁界が、温度上昇とともに飽和磁界を超える場合も生じる。室温における飽和磁界近傍での抵抗変化率（％／Ｏe）は、もともと比較的小さな値しかなく、温度上昇とともに抵抗変化率（％／Ｏe）は、さらに小さくなってゆく。抵抗変化率（％／Ｏe）の大小が出力に係わってくるので、出力低下が大きくなる。このように、ＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界より大きな磁界までＧＭＲ素子７が検知する磁界幅が広がると高温動作時の出力低下が顕著となるという弊害をもたらす。
ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲でＧＭＲ素子７を動作させることにより上記のような弊害が解消でき、使用温度範囲の拡大と高感度化を進めることができる。
このように、実施の形態１では、磁気検出素子２８に備えられたＧＭＲ素子７の感磁面における検出方向の磁界変化が、ＧＭＲ素子７の抵抗値が最大値となる磁界以上でＧＭＲ素子７の飽和磁界に０．８をかけ合わせた磁界以下の範囲の中で動作させるものであるので、広い使用環境温度範囲を有し、かつ、検出感度の高い磁気検出素子を提供することができる。なお、この０．８をかけ合わせた磁界以下の下限については、次のとおりである。
「０．８をかけ合わせた磁界」をＨssと仮に名づけると、高温動作時の出力低下という観点でみると
−Ｈss≦Ｈ≦＋Ｈss
というのが有効範囲といえると思われる。
【００１６】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るＧＭＲ素子の単位磁界当りの抵抗変化率と積層回数の関係を示す図である。
図４には、上記ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、このＣｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］とＣｕをひとくくりとした積層回数との関係が示されてある。ここで、「ひとくくり」の語の定義については後述する。
図４に示す単位磁界当りの抵抗変化率（以下では、磁界感度と称す）は、磁性層としてＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］を用いた場合には、積層回数１５回から３０回付近で大きな値を採り、磁気検出素子として１５０℃付近の高温においても充分な検出感度を有するためには、積層回数１０回から４０回の範囲で使用するのが良い。積層回数１０回未満や４０回を超えた場合には、どのサンプルでも充分な磁界感度は得られない。
このように、実施の形態２では、ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつＣｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層とをひとくくりとした積層回数を１０回以上４０回以下としたので、磁気検出素子２８の感度向上を図ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るＧＭＲ素子の単位磁界当たりの抵抗変化率とＦｅＣｏ層の厚さとの関係を示す図である。
図５には、図４にて最も良好な特性を示したＧＭＲ素子がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［ｘ＝０．１］の層とＣｕの層との繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、Ｃｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合の単位磁界当りの抵抗変化率とＦｅ０．１Ｃｏ０．９の１層当りの膜厚との関係が示されている。
図５に示す単位磁界当りの抵抗変化率は、ＦｅＣｏ層の厚さが１０Åの付近から急激に立ち上がり、１２Åから２０Å付近で充分大きな値を示し、３０Åより大きくなると充分な磁界感度が得られなくなる。
従って、ＦｅＣｏ層１層当りの膜厚が１０Å以上３０Å以下の範囲でＧＭＲ素子７を形成するのが良い。
このように、実施の形態３では、ＧＭＲ素子７がＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層とＣｕの層の繰り返しによりなる積層膜よりなり、かつ上記Ｃｕ層として、Ｃｕ層１層の厚さに対する磁気抵抗変化が第２のピーク近傍となるＣｕ厚を用いた場合のＦｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の膜厚を１０Å以上３０Å以下としたので、磁気検出素子２８の感度向上を図ることができる。
【００１８】
実施の形態４．
図６ないし図７は、この発明の実施の形態４に係るＧＭＲ素子の膜構成を示す断面図である。
まず、図６に示すように、ＧＭＲ素子膜５の形成過程において、例えば、Ｓｉ基板などの基板１上に形成されたＳｉ熱酸化膜等の下地層２の表面に、ＦｅＣｏの層９ａを形成してから、その上にＣｕの層１０、Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層９、Ｃｕの層１０、ＦｅＣｏの層９を順次積層していく。ＦｅＣｏの層９とＣｕの層１０のペア層９０を１０から４０回積層し、最上層が図６に示す如くＦｅＣｏの層９となるように形成する。ＦｅＣｏの層９に比べて導電率の高い材料であるＣｕの層１０を最上層とした場合には、ＧＭＲ効果に寄与しない電子が表面付近を流れる確率が増え、結果として磁気抵抗変化率（ＭＲ比）の低下を招くため、最上層は図６に示す如くＦｅＣｏの層９である事が良い。
そして、図７に示すように、最上層のＦｅＣｏの層９のさらに上に続けて保護膜８としてＳｉＮｘ膜を形成することによって、後の写真製版工程などでＧＭＲ素子膜５の酸化を防止でき、ＧＭＲ素子７の特性を安定化させることができる。上記保護膜８としてのＳｉＮｘ膜は最上層のＦｅＣｏの層９の形成後真空を破らずに続けて形成する。すなわち、Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層９とＣｕの層１０の繰返しにより積層してなるＧＭＲ素子膜５（積層膜）を設け、このＧＭＲ素子膜５の最上層の上に保護膜８を形成して巨大磁気抵抗素子を製造するのであるが、上記最上層を真空中のスパッタリングや低温プラズマＣＶＤや真空蒸着等の薄膜処理技術により形成した後、上記保護膜８も、真空を破ることなく、薄膜処理により形成する。このことにより、ＧＭＲ素子膜５の自然酸化をも抑制することができ、安定化に対してさらに効果的に作用する。
上記保護膜８としては、ＳｉＮｘ膜の代わりに酸化Ｓｉ膜や酸化Ｔａ膜などの誘電体膜の他、Ｔｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒなどの金属膜やそれらを組み合せた金属膜やそれらの酸化膜や窒化膜を用いることができる。いずれもＧＭＲ素子膜５の特性を損なわないようにスパッタリングや低温プラズマＣＶＤや真空蒸着によって形成することができる。
このように、この発明の実施の形態４においては、図７に示す如くＧＭＲ素子膜５の最上層をＦｅＣｏ層の９としたので、ＧＭＲ素子７の磁気特性を向上させることができ、ＧＭＲ素子膜５形成後に保護膜８を形成したことによりＧＭＲ素子７の信頼性を向上させることができる。
ここで、前述の、「ひとくくり」の語の定義について説明する。図６や図７で示した積層構造をした膜において、図中、９がＦｅＣｏの層、１０がＣｕの層であるが、基板１から順次、基板１／下地層２／最下部のＦｅＣｏの層９ａ／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］・・・／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］というように［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］のペア層９０の繰り返しで積層構造が出来上がっている。「ひとくくり」と言っているのは、この［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］のペア層９０のことである。最初のＦｅＣｏ以外の、一組の積層構造のものと考えてよい。
この積層構造を簡略化して記述すると、最下部のＦｅＣｏの層９ａ／［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］×ｎ（ひとくくりの数がｎ個）となり、このときのｎを積層回数として表記している。
この場合の最下部のＦｅＣｏの層９ａは、必ず必要と言うものではないが、あった方が安定して製造ができるので、入れている。［Ｃｕの層１０／ＦｅＣｏの層９］×ｎだけを表す呼び名としてＣｕの層１０とＦｅＣｏの層９とのペア層９０を「ひとくくり」と言っている。
【００１９】
実施の形態５．
図８（ａ），（ｂ）は、この発明の実施の形態５に係るＧＭＲ素子７のパターン化を行った際の膜構成を示す断面図である。
ＧＭＲ素子７は、ペア層９０をｎ回積層して成るＧＭＲ素子膜５をパターン化することで形成されるが、このＧＭＲ素子膜５のパターン化に際しては、ＧＭＲ素子膜５上に形成された保護膜８上に写真製版技術によりレジストに素子パターンを転写し、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）を用いてエッチングを行い、最後にレジスト除去をするという方法がとられている。
図８（ａ）は基板１に対するイオンビームの入射角を０度にてエッチングを実施した後にレジストパターンを除去したＧＭＲ素子７の断面図であるが、レジストパターンの側壁に再付着した膜１１が縦方向の突起として残り、この突起がＧＭＲ素子膜５の側壁保護を主たる目的とした最終保護膜形成の障害となる。
これに対し、図８（ｂ）は基板１に対してイオンビームに入射角度を持たせた場合のエッチングを実施した後にレジストパターンを除去したＧＭＲ素子７の断面図である。図８（ａ）で見られた再付着膜１１の残りがなくなり、かつ側面にテーパーがつき、最終保護膜形成におけるカバーレッジを向上させる。このときのテーパー角１２は２０°以上８０°以下で充分効果があるが、パターン幅の精度やパターン幅の縮小やパターン間の間隔の縮小などの点で４０°以上がさらに好ましく、また、再付着膜１１の残りが確率的にほとんど０になることを考慮した量産性を考えると６５°以下がさらに好ましい。
このように、実施の形態５では、ＧＭＲ素子７のパターンに２０°以上８０°以下、好ましくは、４０°以上６５°以下のテーパー角１２を設けたので、ＧＭＲ素子７の信頼性を向上させることができる。
なお、ＧＭＲ素子７は基板１の上に積層処理技術で形成するとして説明したが、ＧＭＲ素子７自体を別の基板上に製造しておいたものを、基板１の上に接着してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
この発明の磁気検出装置によれば、外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、上記磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、上記磁石の上記磁性回転体の外周に対向する位置に付設される磁気検出素子とを備えてなり、上記磁気検出素子は、上記磁性回転体の回転に伴う上記磁性回転体と上記磁石との間の磁界の変化を検出し、当該検出結果に基づき上記磁性回転体の回転量を検出するとともに、飽和磁界に０．８をかけ合せた磁界以下の範囲の中で動作させるようにしたので、これにより広い温度範囲、例えば４０℃〜１５０℃といった範囲で磁性回転体の回転に伴う磁性回転体と磁石の間の磁界の変化を高感度で検出することが可能で、検出結果に基づき磁性回転体の回転量を検出するので、感度が高く、使用温度範囲の広い磁気検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の磁気特性を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の単位磁界あたりの抵抗変化率と積層回数の関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の単位磁界あたりの抵抗変化率とＦｅＣｏの層の厚さの関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の膜構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の膜構成を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る磁気検出素子に用いる巨大磁気抵抗素子の側面部の断面図である。
【図９】従来の磁気検出装置の構成を示す側面図である。
【図１０】従来の磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】従来のＧＭＲ素子の特性を示す図である。
【図１２】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す側面図である。
【図１３】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置を示すブロック図である。
【図１５】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の詳細を示すブロック図である。
【図１６】従来のＧＭＲ素子を用いた磁気検出装置の回路構成の一例を示す図である。
【図１７】従来の磁気検出素子の構成を示す図である。
【図１８】従来の磁気検出素子の動作を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 基板、２ 下地層、５ ＧＭＲ素子膜、７ ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）、
８ 窒化Ｓｉ膜（保護膜）、９ Ｆｅ（ｘ）Ｃｏ（１−ｘ）［０≦ｘ≦０．３］の層、
１０ Ｃｕの層、１１ 再付着膜、１２ テーパー角、２８ 磁気検出素子、
３０ 磁性回転体、３１ 磁石。
Claims (1)
- 外周に沿って凹凸を有し、回転軸を中心に回転する磁性回転体と、上記磁性回転体の外周に対向するように配設される磁石と、上記磁石の上記磁性回転体の外周に対向する位置に付設される磁気検出素子とを備えてなり、上記磁気検出素子は、上記磁性回転体の回転に伴う上記磁性回転体と上記磁石との間の磁界の変化を検出し、当該検出結果に基づき上記磁性回転体の回転量を検出するとともに、飽和磁界に０．８をかけ合せた磁界以下の範囲の中で動作させるようにした巨大磁気抵抗素子を備えたことを特徴とする磁気検出装置。
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