JP4316836B2

JP4316836B2 - 磁気センサ

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Publication number: JP4316836B2
Application number: JP2002125377A
Authority: JP
Inventors: 太好高
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003318466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界測定用、ナビゲーション用の地磁気センサ等の磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の磁気センサとしては、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、フラックスゲートセンサ、半導体ホール効果センサ等が用いられている。このうち、近年開発されたＭＩセンサによれば、ＭＩ素子という磁気抵抗素子を用いることで薄膜化・小型化が容易なため、近年その改良も盛んである。また、ＭＲ素子の場合もこのＭＲ素子に高周波電流を流した場合のその高周波インピーダンスの磁界による変化をもって磁界強度を検知することができる。
【０００３】
このような磁気センサに対して、最近では、磁性薄膜層が絶縁層を介して複数層形成され、伝導に関わる電子がスピンを維持しながら絶縁層をトンネル現象によって伝導されることから、この際の磁化の状態によってトンネル透過係数が異なることを利用して磁界検知を行なう原理のトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）が提案されている。強磁性体トンネル効果は非常に高い磁場感度を有するため、超高密度磁気記録におけるＨＤＤ用磁気再生ヘッドとしての利用可能性がある。この他、モータ用磁界測定装置、ナビゲーション用地磁気センサ等の磁気センサや、いわゆるＭＲＡＭと称される磁気固体メモリデバイス等への利用も可能といえる。
【０００４】
このようなＴＭＲ素子に関しては、例えば特開平１１−１６１９１９号公報（特許第３００４００５号）によれば、静磁気相互作用の動作の向上が図られている。
【０００５】
また、ＭＲ素子一般を方位計に用いる場合、特開平５−１５７５６６号公報等に示されるように、磁界感度の鋭敏さとヒステリシスのために補助磁界を与えて高感度化を図るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平１１−１６１９１９号公報（特許第３００４００５号）の場合、積層化により静磁気相互作用の動作の向上を図っているもので、本質的な解決法とはいえず、コスト高にもつながる対応策である。
【０００７】
また、例えば方位センサを実現する上で、ＭＲ素子のように補助磁界を与えて高感度化を図るのもあまり得策とはいえない。
【０００８】
結局、このような従来の磁気センサ類では、小型・軽量・低コスト化の点及び感度的な面でまだ十分とはいえず、改良の余地が多分にある。
【０００９】
そこで、本発明は、小型・軽量で高感度な磁気センサを提供することを目的とする。
【００１０】
併せて、このような磁気センサを利用することで地磁気検知等の精度を向上させることができ、ナビゲーションシステム等に有効な方位検知システム又は携帯通信端末を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の磁気センサは、（ｉ）少なくとも磁性体層と非磁性体層との積層構造を含み、前記磁性体層のうちで一軸磁気異方性及び磁化反転可能な保磁力を有する磁界感知用軟磁性体層が隣接ないし近接する他層との磁気的な結合により本来の磁気特性より特性が劣化した固着部層を含み、前記磁界感知用軟磁性体層の膜厚が前記固着部層の膜厚の２０倍以上である薄膜磁気抵抗効果素子と、（ｉｉ）保磁力が前記磁界感知用軟磁性体層の保磁力よりも低く、膜厚が前記磁界感知用軟磁性体層の膜厚よりも厚い磁性体層により前記磁界感知用軟磁性体層上に形成された引出電極と、を備える。
【００１２】
従って、成膜表面の荒れ等によって静磁気的な固着部層が磁界感知用軟磁性体層と非磁性体層との界面に発生し、この固着部層の膜厚は成膜条件によって著しく異なるものの、このような固着部層の膜厚に対して磁界感知用軟磁性体層の膜厚を２０倍以上とすることにより、成膜条件に依らず、本来の磁気特性より特性が劣化した固着部層の影響を緩和して、感度等の点で良好なる素子特性が得られる。また、磁界感知用軟磁性体層の保磁力よりも保磁力の低い磁性体層を引出電極とすることで、センサ部への磁束集中効果が期待でき、より一層感度を向上させることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁気センサにおいて、前記磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向が前記固着部層の磁化方向に対して略直交する方向に設定されている。
【００１４】
従って、固着部層の磁化方向は他の磁性体層の磁化方向に倣うが、このような固着部層の磁化方向に対して略直交する方向に磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向を設定することで、磁界感知用軟磁性体層の困難軸方向の磁化状態をデバイス構成に活かすことができる。また、固着部層との磁気的カップリングも低下する。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の磁気センサにおいて、前記磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向が前記固着部層の磁化方向に対して鋭角なる角度を持つ方向に設定されている。
【００１６】
従って、固着部層の磁化方向は他の磁性体層の磁化方向に倣うが、このような固着部層の磁化方向に対して鋭角なる角度を持つ方向に磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向を設定することで、固着部層との磁気的カップリングを併用できるので、所望の電気特性を得る。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記磁界感知用軟磁性体層以外の前記磁性体層が、スピンバルブ構造を持つピン層構造とされている。
【００１８】
比較的広範囲の磁界状態においても、安定した性能をピン層が持つように設計すると、いわゆるスピンバルブ構造を持つピン層構造とした場合も請求項１ないし３記載の発明の作用・効果をいわゆる保磁力差型センサに比べて維持できる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記磁界感知用軟磁性体層は、保磁力が地磁気の強度の２／３以下に設定されている。
【００２０】
従って、磁界感知用軟磁性体層の保磁力特性としてヒステリシス特性を持たせることにより、４値以上の磁気センサとなるが、マージンを含めてその保磁力が地磁気の強度の２／３以下で十分に機能させることができる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか一記載の磁気センサにおいて、前記磁界感知用軟磁性体層は、異方性磁界強度が地磁気の強度以下に設定されている。
【００２２】
従って、磁界感知用軟磁性体層の困難軸方向の磁化特性に関して、異方性磁界強度が地磁気の強度以下となるように設定することで、軟磁性体の飽和磁束密度まで使えることになるので、Ｓ／Ｎを向上させ、センサ特性をより一層安定させることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態の磁気センサ１の構成例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。
【００４０】
本実施の形態の磁気センサ１は、ＴＭＲ素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）２を磁気検知用の薄膜磁気抵抗効果素子に用いたもので、基本的には、石英、ガラス等の絶縁性の基板３上に積層させた中程度の保磁力を持つ磁性体層４、絶縁性を有する非磁性体層５、磁性体層である磁界感知用軟磁性体層６の所定パターンによる積層構造として構成されている（積層順序は逆であってもよい）。ここに、磁界感知用軟磁性体層６は磁性体層４に対して直交するパターンで形成され、後述するような方向の一軸磁気異方性及び磁化反転容易な保磁力を有する層として、他層に比べて低い保磁力を持たせてあり、フリー層とも称される。
【００４１】
これらの層の具体例として、中程度の保磁力を持つ磁性体層４は例えばＣｏ_５０Ｆｅ_５０，Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５等により形成され、非磁性体層５はＡｌ−Ｏ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｓｉ−Ｏ，ＳｉＯ_２，Ｓｉ−Ｏ−Ｎ，ＺｎＯ，Ｓｉ_３Ｎ_４等により形成され、磁界感知用軟磁性体層６はＦｅ_２０Ｎｉ_８０，Ｆｅ_２１Ｎｉ_７９等のパーマロイ、Ｍｏ−パーマロイ、Ｃｕ−Ｍｏパーマロイ、センダスト、ＣｏＺｒＮｂアモルファス等により形成されている。
【００４２】
本実施の形態で利用するＴＭＲ素子２は、基本的には、近年において見出された現象、即ち、強磁性体と絶縁膜と強磁性体との接合構造により形成されて、両強磁性体の磁化の相対角度に依存してトンネル効果が現れる強磁性体トンネル効果という現象を利用したもので、例えば、特開平１０−９１９２５号公報、特開平１０−２５５２３１号公報中にも記載されているように、Ｓ．Ｍaeksawa and Ｖ．Ｇafvert等は、ＩＥＥＥＴrans.Ｍagn.,ＭＡＧ−18,707(1982)において、磁性体／絶縁体／磁性体結合で両磁性層の磁化の相対角度に依存してトンネル効果が現れることが規定されることを理論的、実験的に示している。
【００４３】
このような基本構成において、成膜表面の荒れ等によって磁界感知用軟磁性体層６中には非磁性体層５との界面に静電気的な固着部層７が発生する。この固着部層７は、隣接ないし近接する他層との磁気的な結合により本来の磁気特性より特性が劣化した層として発生する。
【００４４】
このような構成において、固着部層７の膜厚は１０ｎｍ以下であることが多いが、成膜条件によって著しく異なる。そこで、本発明者は、固着部層７の膜厚に対して磁界感知用軟磁性体層６の膜厚を数種類変えたバッチを作製し、各々のバッチ（磁界感知用軟磁性体層６／固着部層７の比）のバッチ内最小保磁力、最大保磁力を評価する実験を行ったところ、表１に示すような結果が得られたものである。
【００４５】
【表１】

【００４６】
この実験結果によれば、磁界感知用軟磁性体層６／固着部層７の比が２０以上、即ち、固着部層７の膜厚に対して磁界感知用軟磁性体層６の膜厚が２０倍以上であれば、成膜条件に依らず、バッチ内最大保磁力が０．２Ｏｅに収まり、本来の磁気特性より特性が劣化した固着部層７の影響が緩和され、感度等の点で良好なる素子特性が得られたものである。
【００４７】
ところで、本実施の形態の磁気センサ１の磁化方向について説明する。まず、磁性体層４は図１中に矢印ａで示すようにそのパターン形状長手方向に磁化方向が設定されている。ここに、固着部層７の磁化方向は磁性体層４の磁化方向に倣うため、固着部層７の磁化方向も矢印ａで示す方向となる。一方、磁界感知用軟磁性体層６の一軸磁気異方性の方向が、図１中に矢印ｂで示すように、固着部層７の磁化方向ａに対して直交する方向に設定されている（厳密に９０°である必要はなく、多少の許容範囲を考慮すると、略直交でよい）。
【００４８】
このような方向性の設定により、磁界感知用軟磁性体層６の困難軸方向の磁化状態を当該磁気センサ１のデバイス構成に活かすことができる。また、固着部層７との磁気的カップリングも低下する。
【００４９】
なお、本実施の形態の磁気センサ１を構成する上で、その層構成としては、中程度の保磁力を持つ磁性体層４をいわゆるスピンバルブ構造を持つピン層構造としてもよい。即ち、特に図示しないが、磁性体層４部分を、低又は中程度の保磁力の磁性体層／反強磁性体層／保護層により構成するものである。この場合も素子全体における積層順序を逆としてもよい。また、この場合の反強磁性体層としては、ＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等により形成され、保護層はＤＬＣ，Ｔａ，Ｔｉ，ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４等により形成される。
【００５０】
本発明の第二の実施の形態を図２に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実施の形態でも同様とする）。
【００５１】
本実施の形態の磁気センサ１は、基本的には、第一の実施の形態の場合と同様であるが、磁界感知用軟磁性体層６の一軸磁気異方性の方向を、図２中に矢印ｂで示すように、磁性体層４（固着部層７）の磁化方向ａに対して鋭角なる角度を持つ方向に設定したものである。
【００５２】
このような方向性の設定により、当該磁気センサ１のデバイス構成において固着部層７との磁気的カップリングを併用できるので、所望の電気特性を得ることができる。
【００５３】
本発明の第三の実施の形態を図３に基づいて説明する。本実施の形態は、前述したような磁気センサ１に関して、磁界感知用軟磁性体層６のヒステリシス特性として図３に示すような特性を持たせたものである。
【００５４】
このようなヒステリシス特性により、当該磁気センサ１として４値以上の地磁気検知が可能な地磁気センサを提供できる。ここに、図示例では、磁界感知用軟磁性体層６の保磁力として地磁気を１（磁界相対値）に対して１／２に設定した例を示すが、通常、地磁気センサとして利用する上では、最低でも４方向の検知能力が要求されるので、マージン等を含めて４方向の検知能力を発揮し得る範囲を検討したところ、保磁力として地磁気の２／３以下であれば十分機能し得ることを確認したものである。
【００５５】
本発明の第四の実施の形態を図４に基づいて説明する。本実施の形態は、前述したような磁気センサ１に関して、磁界感知用軟磁性体層６の困難軸方向の磁化特性（異方性磁界強度）として図４に示すような特性を持たせたものである。
【００５６】
このような磁化特性を持たせることにより、磁気センサ１としてのセンサ特性をより一層安定させることができる。ここに、図示例では、異方性磁界強度として地磁気の強度程度の場合を示しているが、マージン等を含めてその適正な範囲を検討したところ、地磁気の強度程度以下であれば、軟磁性体の飽和磁束密度まで使えることになるので、Ｓ／Ｎが向上し、十分センサ特性のより一層の安定性が確認できたものである。
【００５７】
本発明の第五の実施の形態を図５に基づいて説明する。本実施の形態は、前述したような磁気センサ１に関して、磁界感知用軟磁性体層６の上層にこの磁界感知用軟磁性体層６を覆うような引出電極８を設けたものである。この引出電極８は、その保磁力が磁界感知用軟磁性体層６の保磁力よりも低く、かつ、その膜厚が磁界感知用軟磁性体層６の膜厚よりも厚い磁性体層により積層形成されている。
【００５８】
このように、磁界感知用軟磁性体層６の保磁力よりも保磁力の低い磁性体層を引出電極８とすることで、センサ部への磁束集中効果が期待でき、センサとしてより一層感度を向上させることができる。
【００５９】
本発明の第一の参考例を図６に基づいて説明する。図６は本参考例の磁気センサ１1の原理的構成を示す模式図である。本参考例の磁気センサ１1は、複数の薄膜磁気抵抗効果素子として、Ｓｉ熱酸化基板等の薄膜作製基板上に並列に配置させてモノリシックに薄膜形成される高精度なＴＭＲ素子を利用することを基本とする。より具体的には、例えば、外形形状が長方形状にチップ構成されてその長手方向に磁気異方性を持たせた４個のＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄをプリント基板等のチップ搭載基板１３上に実装させることにより構成されている。即ち、長方形状を利用した形状効果異方性を持たせたＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄが用いられており、各々のチップ方向＝磁気異方性の方向Ａ〜Ｄ（従って、ＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの長手方向）が相互に相対角度を持つように並列に配置されている。なお、図示した磁気異方性の方向Ａ〜Ｄは、中程度の保磁力を持つ磁性体層４（又は、相当するピン層）の磁化方向を示している。
【００６０】
このような磁気センサ１１は検知対象となる磁気が作用し得る環境下に置かれ、各々のＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの検知出力に基づき磁界のベクトル成分（磁気角度或いは磁気方位）を検知するために使用される。ここに、磁気センサ１１に或る磁界が作用した場合、並列に配置されている複数のＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ間の磁気異方性の方向Ａ〜Ｄがずれており、各々のＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄが呈示する抵抗値対応の検知出力が大小異なることとなり、これらの検知出力を簡単な演算回路により演算処理することにより、磁気方位を特定検知することができる。即ち、複数のＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ間の磁気異方性の方向Ａ〜Ｄをずらすことにより、磁界のベクトル成分を検知するにあたってその角度検知分解能を向上させ、高感度化を図れるものとなる。
【００６１】
また、元々薄膜技術等を用いて作製されるＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄを用いているので、磁気センサ１１としても小型・軽量化を図ることができる。また、各薄膜磁気抵抗効果素子がＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄとしてチップ構成されてチップ搭載基板１３上に実装されることにより磁気センサ１１が作製されるので、一括して熱処理工程を行なうことが可能で、その分、製造が容易となり、ＴＭＲ素子モジュール作製の歩留まりが高く、低コストな磁気センサ１１とすることができる。
【００６２】
本発明の第二の参考例を図７に基づいて説明する。本参考例も、前述したような磁気センサ２１のより実際的な構成例を示すものである。
【００６３】
本参考例では、前述のＴＭＲ素子１２ａ〜１２ｄに相当するＴＭＲ素子２２ａ〜２２ｄが、そのチップ外形形状（長方形状）に対して異なる方向の磁気異方性を持たせてチップ構成されたＴＭＲ素子であって、チップ搭載基板２３上にチップ外形形状を揃えて並列配置させて実装させることにより磁気センサ２１が構成されている。作用的には、前述した参考例の場合と同様である。
【００６４】
従って、前述の第一の参考例の効果に加えて、本参考例によれば、チップ外形形状に対して磁気異方性の方向を異ならせてチップ外形形状を揃えて並列配置させてＴＭＲ素子２２ａ〜２２ｄを実装させているので、実装に際して汎用実装機を用いることもでき、より一層の低コスト化を図ることができる。
【００６５】
本発明の第三の参考例を図８に基づいて説明する。本参考例は、前述したような磁気センサの一次的な信号処理も含めた構成例を示すものである。
【００６６】
本参考例の磁気センサ３１は、隣接する各薄膜磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ間、３２ｂ，３２ｃ間、及び、３２ｃ，３２ｄ間の出力の差動をとる差動演算手段としての差動演算器３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備えて構成されている。即ち、磁気異方性の方向Ａ〜Ｄに関して各々相対角度を持たせた隣接する各薄膜磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ間、３２ｂ，３２ｃ間、及び、３２ｃ，３２ｄ間の出力の差動を差動演算器３３ａ，３３ｂ，３３ｃで演算し、これらの差動演算手段の差動演算結果を比較し、この比較結果に基づき対象となる磁気ベクトルを検知特定するように構成されている。
【００６７】
本参考例のように、隣接する各薄膜磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ間、３２ｂ，３２ｃ間、及び、３２ｃ，３２ｄ間の出力の差動をとり、その差動演算結果に基づき対象となる磁気ベクトルを検知特定することで、ノイズをキャンセルでき、よって、磁気センサ３１としてノイズによる誤検知動作を防止することができる。また、携帯電話等へ搭載する上で、他の部品から発生する磁界に対して耐性を持つことになる。
【００６８】
なお、これらの参考例では、薄膜磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を用いたが、磁性体層、非磁性絶縁体層及び磁性体層で構成される膜面に垂直に電流を流すｃｐｐ型巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の場合にも同様に適用することができる。
【００６９】
本発明の第四の参考例を図９に基づいて説明する。本参考例は、前述した磁気センサを利用して構成した地磁気検知の方位検知システムへの適用例を示す。まず、例えば３つの磁気センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ（前述した磁気センサ１，１１，２１，３１の何れの形態でもよい）をｘｙｚ３軸ベクトルの方向に独立して配置させた地磁気センサ４２が設けられている。これらの磁気センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの検知出力はデータ取り込み部４３を介して検知手段としての３磁気成分検知部４４に入力されている。この３磁気成分検知部４４は地磁気検知に関して、磁気センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの検知出力に基づき３軸ベクトル成分を検知する。一方、データ取り込み部４３を介して取り込まれた磁気センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの検知出力に関してその絶対値を算出する絶対値演算部４５と、この絶対値演算部４５により算出された絶対値の大きさを予め設定されている比較地磁気強度に測定マージンを加味した閾値と比較する比較部４６とによる異常検知手段４７が設けられている。比較部４６では算出された絶対値の大きさが閾値を越えている場合に検知結果に異常があると判断する。この比較部４６の出力側には異常検知出力に基づき動作する報知手段としての警報部４８が設けられている。
【００７０】
これにより、本参考例の方位検知システムによれば、測定済みの地磁気強度に測定マージンを加味して予め設定されている閾値を超えるような大きさの検知結果が得られた場合には、警報部４８を通じて測定値に異常がある旨を報知するので、誤った検知結果の利用を未然に防止できる。なお、より実際的には、３磁気成分検知部４４から得られる検知結果とともに、この警報部４８の出力も通信部４９を通じて当該システムの使用者に通信によって通知するシステム構成とすればよい。これにより、ＧＰＳシステムや後述の携帯電話等の通信システムのようなビジネス形態に利用することも可能となる。
【００７１】
なお、本参考例の方位検知システムでは、３つの磁気センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃを用いたが、３つ以上の磁気センサを３軸ベクトル以上の方向に独立に配置させて地磁気の方向検知を３軸以上のベクトル検知として行なうようにしてもよい。或いは、逆に、１つの磁気センサのみを用いる一軸ベクトル検知を行なう方位検知システムとして構成してもよい。
【００７２】
本発明の第五の参考例を図１０に基づいて説明する。本参考例は、前述した磁気センサを利用して構成したＧＰＳ対応の携帯通信端末としての携帯電話５１への適用例を示す。図１０は携帯電話５１の外観構成を示す概略正面図で、種々の構成例があるが、一例としてマイク部５２、入力操作部５３、スピーカ部５４、ＬＣＤ等による表示部５５等を備え、ヒンジ部５６により２つ折り構造とされている。
【００７３】
このような基本的な構成に加え、本参考例では、ＧＰＳ機能を発揮させるための地磁気の方位検知に利用する磁気センサ５７（前述した磁気センサ１，１１，２１，３１の何れの形態でもよい）が表示部５５の裏面側に埋め込まれることにより搭載されている。
【００７４】
従って、携帯電話５１等の実装面積が限られた携帯通信端末に関して、方位検知用の磁気センサ５７を備えるＧＰＳ対応の機種の場合でもその実装面積の低減が見込まれる。特に、表示部５５の裏面側に埋め込み実装しているので、本参考例のような折り畳みタイプの携帯電話５１の場合であっても、表示面に近接又は一体化されるので、誤差が少なくなる。また、磁気センサ５７は受動的な部品であるので、他に電気・磁気的なノイズは発生せず、表示部５５のように外来ノイズに敏感な箇所にも適合可能となる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の磁気センサによれば、成膜条件に依らず、本来の磁気特性より特性が劣化した固着部層の影響を緩和し、感度等の点で良好なる素子特性を得ることができるだけでなく、センサ部への磁束集中効果が期待でき、より一層感度を向上させることができる。
【００７６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の磁気センサにおいて、固着部層の磁化方向は他の磁性体層の磁化方向に倣うが、このような固着部層の磁化方向に対して略直交する方向に磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向を設定したので、磁界感知用軟磁性体層の困難軸方向の磁化状態をデバイス構成に活かすことができ、また、固着部層との磁気的カップリングも低下させることができる。
【００７７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の磁気センサにおいて、固着部層の磁化方向は他の磁性体層の磁化方向に倣うが、このような固着部層の磁化方向に対して鋭角なる角度を持つ方向に磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向を設定したので、固着部層との磁気的カップリングを併用できるので、所望の電気特性を得ることができる。
【００７８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３の何れか一記載の磁気センサにおいて、磁界感知用軟磁性体層以外の磁性体層を、いわゆるスピンバルブ構造を持つピン層構造とした場合も請求項１ないし３記載の発明の作用・効果を維持することができる。
【００７９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサにおいて、磁界感知用軟磁性体層の保磁力特性としてヒステリシス特性を持たせることにより、４値以上の磁気センサとなるが、マージンを含めてその保磁力が地磁気の強度の２／３以下で十分に機能させることができる。
【００８０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５の何れか一記載の磁気センサにおいて、磁界感知用軟磁性体層の困難軸方向の磁化特性に関して、異方性磁界強度が地磁気の強度以下となるように設定することで、軟磁性体の飽和磁束密度まで使えることになるので、Ｓ／Ｎを向上させ、センサ特性をより一層安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の磁気センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態の磁気センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態の磁気センサの保磁力の特性図である。
【図４】本発明の第四の実施の形態の磁気センサの異方性磁界強度の特性図である。
【図５】本発明の第五の実施の形態の磁気センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。
【図６】本発明の第一の参考例の磁気センサの原理的構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第二の参考例の磁気センサの原理的構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第三の参考例の磁気センサの原理的構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第四の参考例の方位検知システムの構成例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第五の参考例の携帯電話の構成例を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１磁気センサ
２薄膜磁気抵抗効果素子、ＴＭＲ素子
４磁性体層
５非磁性体層
６磁界感知用軟磁性体層
７固着部層
８引出電極
１１磁気センサ
１２薄膜磁気抵抗効果素子、ＴＭＲ素子
２１磁気センサ
２２薄膜磁気抵抗効果素子、ＴＭＲ素子
２３チップ搭載基板
３１磁気センサ
３２薄膜磁気抵抗効果素子
３３差動演算手段
４１磁気センサ
４２薄膜磁気抵抗効果素子
４３薄膜作製基板
４４検知手段
４７異常検知手段
４８報知手段
５５表示部
５７磁気センサ

Claims

少なくとも磁性体層と非磁性体層との積層構造を含み、前記磁性体層のうちで一軸磁気異方性及び磁化反転可能な保磁力を有する磁界感知用軟磁性体層が隣接ないし近接する他層との磁気的な結合により本来の磁気特性より特性が劣化した固着部層を含み、前記磁界感知用軟磁性体層の膜厚が前記固着部層の膜厚の２０倍以上である薄膜磁気抵抗効果素子と、
保磁力が前記磁界感知用軟磁性体層の保磁力よりも低く、膜厚が前記磁界感知用軟磁性体層の膜厚よりも厚い磁性体層により前記磁界感知用軟磁性体層上に形成された引出電極と、
を備える磁気センサ。
前記磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向が前記固着部層の磁化方向に対して略直交する方向に設定されている請求項１記載の磁気センサ。
前記磁界感知用軟磁性体層の一軸磁気異方性の方向が前記固着部層の磁化方向に対して鋭角なる角度を持つ方向に設定されている請求項１記載の磁気センサ。
前記磁界感知用軟磁性体層以外の前記磁性体層が、スピンバルブ構造を持つピン層構造とされている請求項１ないし３の何れか一記載の磁気センサ。
前記磁界感知用軟磁性体層は、保磁力が地磁気の強度の２／３以下に設定されている請求項１ないし４の何れか一記載の磁気センサ。
前記磁界感知用軟磁性体層は、異方性磁界強度が地磁気の強度以下に設定されている請求項１ないし５の何れか一記載の磁気センサ。