JP4404069B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気トンネル効果素子と、前記磁気トンネル効果素子に付与する磁界を発生するためのコイルとを備えた磁気センサに関する。

従来から、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、或いは磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）等の磁気抵抗効果素子を磁界検出素子として採用した磁気センサが知られている。このような磁気センサは、図３３に示したように、磁気抵抗効果素子１００にバイアス磁界を付与するためのコイル１１０を備えることがある。この場合、コイル１１０は渦巻状に形成され、磁気抵抗効果素子１００は同コイル１１０の渦巻の周部上方に形成される。そして、磁気抵抗効果素子１００に対するバイアス磁界は、同磁気抵抗効果素子１００の直下に位置するコイル１１０の各導線に流れる電流により発生する。

しかしながら、上記従来の技術によれば、コイル１１０のうち磁界の形成に直接的に寄与しない部分が多く、同コイル１１０の占有面積が大きくなるため、同コイル１１０が磁気センサの小型化の障害となるという問題がある。また、コイル１１０の全長が長くなり、その抵抗が大きくなるので、磁界を発生するための電力消費量が大きくなり、或いは、電源電圧によっては必要な電流が確保できないことに起因して、所望の磁界を形成し難いという問題もある。

本発明による磁気センサは、基板と、前記基板上に形成された薄膜状の磁気トンネル効果素子と、前記磁気トンネル効果素子の膜平面と平行な面内に形成され同磁気トンネル効果素子に付与する磁界を発生するコイルとを備えた磁気センサにおいて、前記コイルは、平面視で渦巻を形成する第１の導線と平面視で渦巻を形成する第２の導線とからなる第１のコイルと、平面視で渦巻を形成する第３の導線と平面視で渦巻を形成する第４の導線とからなる第２のコイルと、からなり、
前記磁気トンネル効果素子は、第１の方向内の第１の向きの磁界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示すとともに同第１の方向内の同第１の向きと反対の向きの磁界の大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す第１磁気検出部と、前記第１の方向と交差する第２の方向内の第２の向きの磁界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示すとともに同第２の方向内の同第２の向きと反対の向きの磁界の大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す第２磁気検出部と、を有し、
前記第１磁気検出部は平面視で前記第１の導線の渦中心と前記第２の導線の渦中心との間に配置され、
前記第２磁気検出部は平面視で前記第３の導線の渦中心と前記第４の導線の渦中心との間に配置され、
更に、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルは直列に接続され、同第１のコイルに所定の向きで所定の大きさの電流が流されたとき、同第１のコイルが前記第１磁気検出部に前記第１の向きで所定の大きさの磁界を加えるとともに、同第２のコイルが前記第２磁気検出部に前記第２の向きと反対の向きの磁界を加えるように構成されている。

これによれば、第１磁気検出部は、平面視で渦巻状の第１の導線の渦中心と平面視で渦巻状の第２の導線の渦中心との間に配置され、且つ、第２磁気検出部は平面視で前記第３の導線の渦中心と前記第４の導線の渦中心との間に配置されている。この結果、コイルを形成する導線の多くの部分を磁気トンネル効果素子に付与する磁界の発生のために使用することができるので、コイルの占有面積を小さくすることができる。

以下、本発明による磁気センサの各実施形態について図面を参照しながら説明する。概略平面図である図１に示した第１実施形態に係る磁気センサ１０は、例えばＳｉＯ2／Ｓｉ、ガラス又は石英からなり、互いに直交するＸ軸、及びＹ軸に沿った辺を有する略正方形で、同Ｘ軸及び同Ｙ軸に直交するＺ軸の方向に厚みを有する基板１０ａと、２個の薄膜状の磁気トンネル効果素子（群）１１，１２と、磁気トンネル効果素子１１，１２に外部磁界検出（測定）用のバイアス磁界をそれぞれ付与するため、同磁気トンネル効果素子（群）１１，１２の各々の下方（基板１０ａ側、即ちＺ軸負方向側）であって前記薄膜の膜平面と平行な面（即ち、Ｘ−Ｙ平面）内に形成されたバイアス磁界用コイル２１，２２とを備えている。

磁気トンネル効果素子（群）１１，１２、及びバイアス磁界用コイル２１，２２は、基板１０ａに対して配設された位置、及び向きを除き、互いに同一構造を有している。従って、以下においては、図２〜図５を参照して、磁気トンネル効果素子（群）１１、及びバイアス磁界用コイル２１を代表例として説明する。

図２は、磁気トンネル効果素子（群）１１とバイアス磁界用コイル２１の形状及び相対位置を示した部分拡大平面図である。この図においては、磁気トンネル効果素子１１の後述する上部電極、層間絶縁層等は省略されている。また、図３、及び図４は、図２の１−１線に沿った平面、及び２−２線に沿った平面で磁気トンネル効果素子１１及びバイアス磁界用コイル２１をそれぞれ切断した断面図である。

磁気トンネル効果素子１１は、前記基板１０ａの上に形成された第１絶縁層１０ｂと、同第１絶縁層１０ｂの上に形成された第２絶縁層１０ｃとを備えている。第１絶縁層１０ｂにはバイアス磁界用コイル２１の両端部にそれぞれ接続されたＡｌ（アルミニウム）からなる引き出し線２１ａ，２１ｂが埋設され、第２絶縁層１０ｃにはＡｌからなるバイアス磁界用コイル２１が埋設されている。

第２絶縁層１０ｃの上には、平面形状がＸ軸及びＹ軸に沿った辺を有する長方形でＺ軸方向に厚みを有する下部電極１１ａが形成されている。下部電極１１ａは、導電性非磁性金属材料であるＴａ（Ｃｒ，Ｔｉでも良い。）により膜厚３０ｎｍ程度に形成されている。下部電極１１ａの上には、同下部電極１１ａと同一平面形状を有し、膜厚１５ｎｍ程度のＰｔＭｎからなる反強磁性膜１１ｂが形成されている。

反強磁性膜１１ｂの上には、図４に示したように、膜厚２０ｎｍ程度のＮｉＦｅからなる一対の強磁性膜１１ｃ，１１ｃがＸ軸方向において間隔を隔てて積層されている。この強磁性膜１１ｃ，１１ｃの各々は、平面形状がＸ軸、及びＹ軸にそれぞれ沿った短辺、及び長辺を有する長方形で、Ｚ軸方向に厚みを有する薄膜であって、各長辺が互いに平行に対向するように配置されている。強磁性膜１１ｃ，１１ｃは、反強磁性膜１１ｂにより磁化の向きが短辺方向（Ｘ軸正方向）に弱く固定（ピン）されたピンド層を構成している。即ち、強磁性膜１１ｃ，１１ｃと、反強磁性膜１１ｂは、一般には固着層と呼ばれる層を形成し、本実施形態においてはセンス層とも称呼される。

各強磁性膜１１ｃの上には、同強磁性膜１１ｃと同一平面形状を有する絶縁層１１ｄがそれぞれ形成されている。この絶縁層１１ｄは、絶縁材料であるＡｌ2Ｏ3（Ａｌ−Ｏ）からなり、その膜厚は１ｎｍ程度となるように形成されている。

各絶縁層１１ｄの上には、同絶縁層１１ｄと同一平面形状を有し、膜厚８０ｎｍ程度のＮｉＦｅからなる強磁性膜１１ｅがそれぞれ形成されている。この強磁性膜１１ｅは、その磁化の向きが外部磁界の向きに応じて変化するフリー層（自由磁化層）を構成していて、前記強磁性膜１１ｃからなるピンド層と前記絶縁層１１ｄとともに磁気トンネル接合構造を形成している。即ち、反強磁性膜１１ｂ、強磁性膜１１ｃ、絶縁層１１ｄ、及び強磁性膜１１ｅにより、一つの磁気トンネル効果素子（電極等を除く）が構成される。なお、本実施形態において、強磁性膜１１ｅは参照層とも称呼される。

各強磁性膜１１ｅの上には、同各強磁性膜１１ｅと同一平面形状のダミー膜１１ｆがそれぞれ形成されている。このダミー膜１１ｆは、膜厚４０ｎｍ程度のＴａ膜からなる導電性非磁性金属材料により構成されている。

第２絶縁層１０ｃ、下部電極１１ａ、反強磁性膜１１ｂ、強磁性膜１１ｃ、絶縁層１１ｄ、強磁性膜１１ｅ、及びダミー膜１１ｆを覆う領域には、層間絶縁層１０ｄが設けられている。層間絶縁層１０ｄはＳｉＯ2からなり、その膜厚は２５０ｎｍ程度である。

この層間絶縁層１０ｄには、各ダミー膜１１ｆ上においてコンタクトホール１０ｄ１，１０ｄ１がそれぞれ形成されている。このコンタクトホール１０ｄ１を埋設するとともに、一対のダミー膜１１ｆ，１１ｆの各々を図示しないＩＣ回路に電気的に接続するように、例えば膜厚３００ｎｍのＡｌからなる上部電極１１ｇ，１１ｇが形成されている。このように、下部電極１１ａと、上部電極１１ｇ，１１ｇとにより、一対の磁気トンネル接合構造の各強磁性膜１１ｅ，１１ｅと各強磁性膜１１ｃ，１１ｃとを電気的に接続することで、ピンド層の磁化の向きが同一であって、且つ、複数の（一対の）磁気トンネル接合構造を直列に接続した磁気トンネル効果素子（群）１１が形成される。なお、上部電極１１ｇ，１１ｇの上にはＳｉＯ及びＳｉＮからなる保護膜１０ｅが形成されている。

前述したバイアス磁界用コイル２１は、上記磁気トンネル効果素子（群）１１に対し、Ｙ軸方向に沿って変化する交流のバイアス磁界を付与するためのものであって、図２に示したように、直線状の導線がＸ−Ｙ平面内（磁気トンネル効果素子１１の各薄膜のなす平面と平行な面内）で直角に折れ曲がりながら、平面視で（「平面視で」とはＺ軸方向の位置からＺ軸に沿って磁気センサを見ての意味であり、以下同様である。）互いに略同一形状の一対の渦巻を形成している。即ち、バイアス磁界用コイル２１は、平面視で反時計周り（時計周りであってもよい。）に回転するにしたがって渦中心Ｐ１からの径が次第に大きくなる渦巻を形成する第１の導線（第１コイル部）２１−１と、平面視で反時計周りに回転するにしたがって渦中心Ｐ２からの径が次第に大きくなる渦巻を形成する第２の導線（第２コイル部）２１−２とからなっている。以下、このコイル２１を、従来のコイル（シングルスパイラル型のコイル）と区別するため、ダブルスパイラル型のコイルと称呼することもある。

また、前記磁気トンネル効果素子１１は、平面視で前記第１の導線２１−１の渦中心Ｐ１と前記第２の導線２１−２の渦中心Ｐ２との間に配置されている。そして、バイアス磁界用コイル２１は、前記リード部２１ａ，２１ｂに所定の電位差が付与されたとき、平面視で少なくとも磁気トンネル効果素子１１と重なる部分に位置する（同部分を通過する）各導線に同一方向の電流が流れるように、第１の導線２１−１と第２の導線２１−２の各最外周部がＳ字状に接続されることにより構成されている。

ここで、以上のように構成された磁気トンネル効果素子１１の作用（磁界検出原理）について説明する。上述したように、センス層の強磁性膜１１ｃは、その磁化が短辺方向（Ｘ軸正方向）に弱くピンされている。この強磁性膜１１ｃに対し同強磁性膜１１ｃの長辺に沿った方向（即ち、Ｙ軸方向であり、ピンされた磁化の向きと直交する方向）内で大きさ及び向きが変化する磁場を付与すると、センス層（強磁性膜１１ｃ）の磁化の向きは徐々に変化（回転）し、同磁場の変化方向における同センス層の磁化は図５に示したように変化する。即ち、センス層の磁化（の大きさ）は、前記磁場の大きさが飽和磁界Ｈ１より大きい場合及び飽和磁界Ｈ２より小さい場合に略一定となるとともに、同磁場が飽和磁界Ｈ２〜Ｈ１の範囲内の場合に同磁場の大きさ略比例して（略直線的）に変化する。

一方、参照層の強磁性膜１１ｅに前述した磁場（Ｙ軸方向内で大きさ及び向きが変化する磁場）を付与すると、同磁場の変化方向における同参照層の磁化は図６に示したように変化する。即ち、参照層の磁化（の大きさ）は、前記磁場の大きさが飽和磁界Ｈ３より大きい場合及び飽和磁界Ｈ４より小さい場合に略一定となるとともに、同磁場の大きさが飽和磁界Ｈ３，Ｈ４に一致するとステップ状に変化するようになっている。この参照層の磁化特性は、長手方向に磁化の向きが揃う強磁性膜１１ｅの形状異方性によるものである。

この結果、磁気トンネル効果素子１１の抵抗Ｒは、図７に示したように変化する。図７において、実線は前記磁場が負から正に変化する際の抵抗値変化を示し、破線は同磁場が正から負に変化する際の抵抗値変化を示している。図７から明らかなように、抵抗値は磁場に対して偶関数（磁場をｘ軸にとり抵抗を同ｘ軸に直交するｙ軸にとると、ｙ軸について線対称）となっている。

そして、本磁気センサ１０においては、前記コイル２１を使用して、上記磁気トンネル効果素子１１に対し、Ｙ軸方向（強磁性膜１１ｅの長辺方向）内で図８に示すように三角波状に変化する交流バイアス磁界ＨACを付与する。この交流バイアス磁界ＨACは、周期４Ｔにて最大値Hmax（＝Ha>０）と同最大値Hmaxの絶対値の符号を反転した値（＝-Ha）に等しい最小値Hminとの間を直線的に変化（スイープ）する磁界である。また、この交流バイアス磁界ＨACの最大値Hmaxは、参照層の飽和磁界Ｈ３より大きく、センス層の飽和磁場Ｈ１より小さいものとする。同様に、交流バイアス磁界の最小値Hminは、参照層の飽和磁界Ｈ４より小さく、センス層の飽和磁場Ｈ２より大きいものとする。

このような交流バイアス磁界ＨACを上記磁気トンネル効果素子１１に付与するとともに、同交流バイアス磁界ＨACと平行な方向内において検出すべき外部磁界ｈを変化させると、同磁気トンネル効果素子１１の抵抗Ｒは図９に示すように変化する。図９において、一点鎖線Ａは検出すべき外部磁界ｈが「０」の場合、実線Ｂは同外部磁界ｈが正の所定値の場合、及び破線Ｃは同外部磁界ｈが負の所定値の場合における抵抗Ｒをそれぞれ示している。

一方、磁気センサ１０は、磁気トンネル効果素子１１の抵抗Ｒが所定の閾値Ｔｈを上から下へ横切った第１時点から次に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを上から下へ横切る第２時点までの時間ｘ（又はｘ１，ｘ２）と、同第２時点から更に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを上から下へ横切る第３時点までの時間ｙ（又はｙ１，ｙ２）とを計測し、下記数１により示される検出値Ｄを出力する図示しないＩＣ回路を備えている。
Ｄ＝ｙ／（ｘ＋ｙ） …数１

この検出値（デューティ）Ｄは、図１０に示したように、検出すべき外部磁界ｈ（の大きさ）に比例するとともに交流バイアス磁界ＨACの最大値Haに依存して変化する。その一方、同検出値Ｄは、磁気トンネル効果素子１１の出力特性変化には依存しない。従って、磁気トンネル効果素子１１は、素子温度変化や経時変化により同磁気トンネル効果素子（群）１１の出力特性が変化した場合であっても、これを補償し、極めて微小なＹ軸方向の磁場を精度良く検出し得るものとなっている。なお、上記時間ｘ（又はｘ１，ｘ２）は、抵抗Ｒが所定の閾値Ｔｈを下から上へ横切った第１時点から次に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを下から上へ横切る第２時点までの時間とし、時間ｙ（又はｙ１，ｙ２）は同第２時点から更に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを下から上へ横切る第３時点までの時間としてもよい。また検出値ＤはＤ＝ｘ／（ｘ＋ｙ）としてもよい。

再び、図１を参照すると、バイアス磁界用コイル２１は、図示しない制御回路に接続され、磁気トンネル効果素子１１に上記交流バイアス磁界ＨACを付与するようになっている。一方、磁気トンネル効果素子１２は、上記磁気トンネル効果素子１１を９０°だけ左回りに回転させた状態で基板１０ａに形成されたものと同じである。また、バイアス磁界用コイル２２は、図示しない制御回路に接続され、磁気トンネル効果素子１２にＸ軸方向内において変化する上記交流バイアス磁界ＨACを付与するようになっている。この結果、磁気トンネル効果素子１１，１２は、それぞれＹ軸方向の磁場を検出するＹ軸磁気センサ、及びＸ軸方向の磁場を検出するＸ軸磁気センサを構成する。

ところで、上記コイル２１，２２の各々は、平面視で一対の渦巻を形成したダブルスパイラル型のコイルであるので、その占有面積が小さく、且つ消費電力が小さい。以下、この点について、図２に示したコイル２１と、図３３に示した従来型のコイル１１０と比較しながら説明する。なお、比較を容易にするため、図２、及び図３３においては、各コイルを形成する導線の幅、及び隣接する導線間のスペースの幅を、それぞれ互いに同一とするとともに、磁気トンネル効果素子１１，１００の各直下部（平面視で各磁気トンネル効果素子１１，１００と重なる部分）に９本の導線が通過するものを例示した。

先ず、占有面積について検討すると、コイル２１は、バイアス磁界の発生に直接寄与する導線部分（磁気トンネル効果素子１１の直下を通過する導線の部分）の全体に占める割合が大きいので、コイル１１０よりも明らかに小型であることが理解できる。実際に、導線の幅を５．６μｍ、隣接する導線間のスペースの幅を０．７μｍ、磁気トンネル効果素子１１，１００の大きさを１２０×６４μｍ2として、図３３に示した従来形状のコイル１１０を作成すると、同コイル１１０の面積は２８２×３３２μｍ2となったのに対し、図２に示したダブルスパイラル型のコイル２１を作成すると、その面積は１９１×２８６μｍ2となった。

次に、バイアス磁界用コイルを、従来のコイル１１０のようにシングルスパイラル型とした場合と、コイル２１のようにダブルスパイラル型とした場合であって、磁気トンネル効果素子１１，１００の各大きさを共に６０×１２０μｍ2とし、その領域に１５Ｏｅのバイアス磁界を発生させたときの各コイルの電気的数値を調べた。その結果を表１に示す。

表１において、パターンＡ〜Ｄは従来のシングルスパイラル型コイルであり、パターンＥ，Ｆは本願発明に係るダブルスパイラル型コイルである。また、表１における「ａ」は、図２及び図３３に示したように、磁気トンネル効果素子１１，１００の各直下部を通過する導線（バイアス磁界発生に直接的に寄与する導線）の幅、「ｂ」は磁気トンネル効果素子１１，１００の各長辺に平行に延びる導線の幅（即ち、磁気トンネル効果素子１１，１００のＸ軸方向両側における導線の幅）、「ｃ」は磁気トンネル効果素子１１，１００の直下部でなく、且つ同磁気トンネル効果素子１１，１００の短辺に平行に延びる導線の幅、「Ｎ」は渦の巻き数、「Ｒ」は各コイルの抵抗、「Ｉ」は各コイルの電流、「Ｖ」は各コイルの両端電圧、及び「Ｗ」は各コイルの消費電力である。また、各コイルの何れの部位においても、隣接する導線間のスペースの幅は０．７μｍとした。

表１に示した各数値の求め方について簡単に述べると、先ず、コイルの上部に１Ｏｅの磁界を発生させるために、同コイルを構成する導線の単位幅あたりに必要な電流ｉ（即ち、電流密度）を求める。そして、電流ｉと、コイルの導線幅ａと隣接する導線間のスペースの幅の和（ａ＋０．７）μｍとを考慮することにより、下記数２にしたがってコイルの上部に１５Ｏｅの磁界を発生させるために必要な電流Ｉを求める。
Ｉ＝ｉ・１５・（ａ＋０．７） …数２

一方、コイルのターン数Ｎは、素子の長辺の長さ（１２０μｍ）をコイルの導線幅と隣接する導線間のスペースの幅の和（ａ＋０．７）μｍで除することにより求められる。これにより、コイルの形状が決まるので、同コイルの全長と、コイルに用いる材料（この場合はＡｌ）のシート抵抗値と、コイルの各部の導線幅「ａ」，「ｂ」，「ｃ」とから抵抗Ｒが求められ、従って、電流Ｉと抵抗Ｒとから、電圧Ｖ、及び消費電力Ｗが求められる。

表１から解るように、導線幅ａ〜ｃを総べて同一とした場合、パターンＡ〜Ｄに示した従来のシングルスパイラル型コイルは、導線幅ａ〜ｃを大きくするに従って、電流Ｉは大きくなり、巻き数Ｎ及び電圧Ｖは小さくなる。消費電力Ｗは、導線幅ａ〜ｃの各々が約４μｍのとき最小値をとる（パターンＣを参照）。

これに対し、パターンＥに示した本発明によるダブルスパイラル型コイルは、抵抗Ｒ、両端電圧Ｖ、及び消費電力Ｗを従来のコイルに比べ非常に小さくすることができる。例えば、パターンＤとパターンＥとの比較から理解できるように、パターンＥのコイルは、その消費電力をパターンＤの従来のコイルの約半分程度にまで低下できる。パターンＥのコイルは、消費電力Ｗが最小値近傍のパターンＣのコイルと比べても、その消費電力Ｗを相当量小さくすることができる。

また、表１から解るように、本発明によるコイルは両端電圧Ｖを小さくすることができる。従って、本発明によるコイルは、電源電圧が低い場合であっても必要な大きさの磁界を発生することができる。加えて、パターンＥとパターンＦとの比較から理解できるように、本発明のコイルにおいて素子の直下部に位置していない部分の導線幅ｂ，ｃを調整することにより、即ち、前記磁気抵抗効果素子である磁気トンネル効果素子１１と平面視で重なる部分に位置する前記第１及び前記第２の導線の各幅ａは互いに等しく、且つ、他の部分に位置する同第１及び同第２の導線の各幅ｂ，ｃと異なるように形成することにより、消費電力Ｗを更に低下させることができる。

以上に説明したように、第１実施形態によれば、センス層と参照層とを有するＴＭＲ素子にバイアス磁界を付与して外部磁場を検出するように構成したことにより、検出特性変化の小さい磁気センサが得られる。また、第１実施形態によれば、コイルがダブルスパイラル型であるので、小型で低消費電力の磁気センサが提供される。なお、上記磁気センサ１０の各磁気トンネル効果素子（群）１１，２１は、それぞれ一対の磁気トンネル効果素子を直列に接続したものであったが、更に多くの磁気トンネル効果素子を直列に接続したものであってもよい。

次に、本発明による磁気センサの第２実施形態について説明すると、上記第１実施形態の磁気センサはＴＭＲ素子を採用していたのに対し、第２実施形態の磁気センサはピンド層を含むピン層、スペーサ層、及びフリー層からなるＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を採用している点で相違する。また、第１実施形態のコイル２１，２２は外部磁界を検出するためのバイアス磁界を発生するものであったが、第２実施形態のコイルはＧＭＲ素子のフリー層の磁化の向きを初期化するための初期化用磁界を発生する点で相違する。

より具体的に述べると、図１１に示したように、第２実施形態に係る磁気センサ３０は、互いに直交するＸ軸、及びＹ軸に沿った辺を有する長方形状（略正方形状）であって、Ｘ軸、及びＹ軸に直交するＺ軸方向に小さな厚みを有する石英ガラスからなる基板３０ａと、同基板３０ａの上に形成された合計で８個のＧＭＲ素子３１〜３８と、ＧＭＲ素子３１〜３８のそれぞれに初期化用磁界を付与するための初期化用コイル４１〜４８と、各コイル４１〜４８にそれぞれ接続されるとともに、同コイル４１〜４８の各々の両端に所定の電位差を付与する制御回路５１〜５８とを備えている。

第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１は、基板３０ａのＹ軸方向略中央部下方でＸ軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸負方向となっている。第２Ｘ軸ＧＭＲ素子３２は、基板３０ａのＹ軸方向略中央部上方でＸ軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸負方向となっている。第３Ｘ軸ＧＭＲ素子３３は、基板３０ａのＹ軸方向略中央部上方でＸ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸正方向となっている。第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３４は、基板３０ａのＹ軸方向略中央部下方でＸ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸正方向となっている。

第１Ｙ軸ＧＭＲ素子３５は、基板３０ａのＸ軸方向略中央部左方でＹ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸正方向となっている。第２Ｙ軸ＧＭＲ素子３６は、基板３０ａのＸ軸方向略中央部右方でＹ軸正方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸正方向となっている。第３Ｙ軸ＧＭＲ素子３７は、基板３０ａのＸ軸方向略中央部右方でＹ軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸負方向となっている。第４Ｙ軸ＧＭＲ素子３８は、基板３０ａのＸ軸方向略中央部左方でＹ軸負方向端部近傍に形成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸負方向となっている。

ＧＭＲ素子３１〜３８、及びコイル４１〜４８は、基板３０ａに対して配設された位置、及び向きを除き、互いに同一構造を有している。従って、以下においては、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１、及びコイル４１を代表例として説明する。

図１２にコイル４１とともに平面図を示した第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１は、拡大平面図である図１３、及び、図１２の３−３線に沿った平面にて第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１及びコイル４１を切断した概略断面図である図１４に示したように、スピンバルブ膜ＳＶからなりＹ軸方向に長手方向を有する複数の幅狭帯状部３１ａ…３１ａと、各幅狭帯状部３１ａのＹ軸方向両端部の下方に形成されたＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体であって、高保磁力、高角型比を有する材質からなるバイアス磁石膜（硬質強磁性体薄膜層）３１ｂ…３１ｂとを備えている。各幅狭帯状部３１ａは、各バイアス磁石膜３１ｂの上面にてＸ軸方向に伸び、隣接する幅狭帯状部３１ａと接合している。

第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１のスピンバルブ膜ＳＶは、図１５に膜構成を示したように、基板３０ａの上に順に積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．４ｎｍ（２４Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のチタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層Ｃを含んで構成されている。

フリー層Ｆは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層であり、基板３０ａの直上に形成された膜厚が８ｎｍ（８０Å）のＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層３１−１と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層３１−１の上に形成された膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層３１−２と、ＮｉＦｅ磁性層３１−２の上に形成された１〜３ｎｍ（１０〜３０Å）程度の膜厚のＣｏＦｅ層３１−３とからなっている。ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層３１−１とＮｉＦｅ磁性層３１−２は軟質強磁性体薄膜層を構成している。ＣｏＦｅ層３１−３はＮｉＦｅ層３１−２のＮｉ、及びスペーサ層ＳのＣｕ３１−４の拡散を防止するものである。なお、前述したバイアス磁石膜３１ｂ…３１ｂは、フリー層Ｆの一軸異方性を維持するため、同フリー層Ｆに対してＹ軸方向（図１２、及び図１３の幅広矢印にて示したＹ軸負方向）にバイアス磁界を与えている。

ピン層Ｐは、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）のＣｏＦｅ磁性層３１−５と、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金から形成した膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜３１−６とを重ね合わせたものである。ＣｏＦｅ磁性層３１−５は、着磁（磁化）された反強磁性膜３１−６に交換結合的に裏打されることにより、前述したように、磁化の向きがＸ軸負方向にピン（固着）されている。

このように構成された第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１は、図１６の実線にて示したように、Ｘ軸に沿って変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界に略比例して変化する抵抗値を呈し、図１６の破線にて示したように、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を呈する。

この磁気センサ３０においては、図１７に示したように、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３１〜３４がフルブリッヂ接続されることによりＸ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気センサが構成される。図１７において、各ＧＭＲ素子３１〜３４の中に付した矢印は同ＧＭＲ素子３１〜３４のピン層（ピンド層）のピンされた磁化の向きを示している。このような構成において、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子３２と第３Ｘ軸ＧＭＲ素子３３との結合点Ｖａと、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１と第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３４との結合点Ｖｂの間に一定の電位差が付与され、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１と第３Ｘ軸ＧＭＲ素子３３との結合点Ｖｃと、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子３２と第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３４との結合点Ｖｄとの間の電位差（Ｖｃ−Ｖｄ）がセンサ出力Ｖoutとして取り出される。

この結果、Ｘ軸磁気センサは、図１８の実線にて示したように、Ｘ軸に沿って変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界に略比例して変化する出力電圧Ｖxoutを示し、同図１８の破線にて示したように、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略「０」の出力電圧を示す。

Ｙ軸磁気センサは、Ｘ軸磁気センサと同様に、第１〜第４Ｙ軸ＧＭＲ素子３５〜３９がフルブリッヂ接続されることにより構成され、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界に略比例して変化する出力電圧Ｖyoutを示すとともに、Ｘ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略「０」の出力電圧を示す。以上説明したように、磁気センサ３０は、磁気センサ１０のように外部磁界を検出するための交流バイアス磁界ＨAC等を必要とすることなく、外部磁界を検出することができる。

その一方、図１２、及び図１３に示したように、幅狭帯状部３１ａのフリー層Ｆにはバイアス磁石膜３１ｂ…３１ｂから幅広矢印で示した向きのバイアス磁界が与えられ、これにより、外部磁界が加わらない状態においてフリー層Ｆの磁化の向きが一定となるように設計されている。しかしながら、強い外部磁界が加わると、フリー層Ｆはバイアス磁石膜３１ｂ…３１ｂから離間した位置（図１２，図１３においてＹ軸方向中央部近傍）において磁化の向きが反転することがあり、その結果、ＧＭＲ素子の特性が変化してしまう。

そこで、本実施形態においては、上述したコイル４１〜４８により、フリー層Ｆの磁化の向きを初期化するためのバイアス磁界を付与するようになっている。以下、この点につき、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１とコイル４１を代表例として詳述する。コイル４１は、図１２に示したように、上記第１実施形態のバイアス磁界用コイル２１と同様な構成を有するダブルスパイラル型のコイルであって、一対の渦巻を形成する導線（即ち、第１の導線４１−１，第２の導線４１−２）からなっている。また、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１は、平面視で（Ｚ軸正方向からみて）一対の渦中心Ｐ１，Ｐ２の間に配置されている。更に、同平面視で第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１と重なる部分（第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１の直下を通過する部分）の第１の導線４１−１及び第２の導線４１−２の部分は、互いに平行な直線状であって、この部分の各導線には同一方向の電流が流れ、しかも、同部分の各導線の長手方向は平面視で幅狭帯状部３１ａの長手方向と直交している。また、図１１に示した制御回路５１は、外部磁界の測定開始前等の所定の条件下において、コイル４１の両端に電位差を付与し、これによりコイル４１に所定の電流を流すようになっている。

即ち、この実施形態の磁気センサは、ＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子等のフリー層とピン層とを含む磁気抵抗効果素子を含んでなる磁気センサであって、外部磁界が加わらない状態におけるフリー層の磁化の向きを安定化させるために同フリー層の両端に配設されるとともに同フリー層に所定の向き（ピン層のピンされた磁化の向きと直交する向き）のバイアス磁界を発生させるバイアス磁石３１ｂ…３１ｂと、同フリー層の下方に（同フリー層に近接して）設けられ所定条件下（例えば、磁気検出開始前等）での通電により前記バイアス磁界と同一方向の磁界を発生するとともに同磁界を同フリー層に加える初期化用コイル４１〜４８を備えた磁気センサである。

以上の構成により、コイル４１は所定条件下にてフリー層Ｆの磁化の向きを設計された向き（バイアス磁石膜３１ｂ…３１ｂによるバイアス磁界の向き）に戻すための初期化用磁界を発生させるので、強い磁界が磁気センサに加わる等の何らかの理由によりフリー層Ｆの磁化の向きが乱された場合であっても（即ち、磁区が不安定となった場合であっても）、これを修正することができ、信頼性の高い磁気センサが提供される。

このように、第２実施形態においては、フリー層Ｆの磁化の向きを初期化することができるので、ＧＭＲ素子の特性を初期の特性に維持することが可能となる。また、各コイル４１〜４８はダブルスパイラル型のコイルであるから、同コイルの占有面積が小さいことにより磁気センサ３０を小型化することができるとともに、初期化のための消費電力を低下することが可能となる。また、第２実施形態においては、各コイル４１〜４８に対し、初期化用磁界を発生させるための電流を流す制御回路５１〜５８がそれぞれ設けられている。従って、各コイル４１〜４８を直列に接続して一つの制御回路により電流を流すように構成した場合に比較して、電気的接続経路の全長を短くできるので、全体の抵抗値が低下できて消費電力を抑制することができる。

次に、本発明による磁気センサの第３実施形態について説明する。図１９は、第３実施形態に係る磁気センサ６０の平面図であり、この磁気センサ６０は上記第２実施形態に係る磁気センサ３０に対し、コイル７１〜７８の向きと、同コイル７１〜７８間の接続方法が異なっている。また、磁気センサ３０のコイル４１〜４８は初期化用磁界を発生させるものであったのに対し、磁気センサ６０のコイル７１〜７８は各ＧＭＲ素子が正常に機能する（外部磁界を正常に検出する）か否かを判定するためのテスト用磁界を発生させる点で相違している。

具体的に述べると、磁気センサ６０は基板６０ａ上に８個のＧＭＲ素子６１〜６８と、各ＧＭＲ素子６１〜６８の下方であってＧＭＲ素子６１〜６８の各膜平面と平行な面内にそれぞれ形成された８個のコイル７１〜７８と、一つの制御回路７９とを備えている。

ＧＭＲ素子６１〜６８は、上記第２実施形態のＧＭＲ素子３１〜３８と、基板に対する位置、及び構成において同一である。即ち、ＧＭＲ素子６１〜６４はブリッヂ接続されてＸ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気センサを構成し、ＧＭＲ素子６５〜６８は同様にブリッヂ接続されてＹ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気センサを構成する。更に、ＧＭＲ素子６１〜６８の各々は、図示しない検出回路（磁場検出用の制御ＬＳＩ）に接続されていて、同ＧＭＲ素子６１〜６８の呈する抵抗値が検出されるようになっている。

コイル７１〜７８は、上記第１実施形態のコイル２１，２２、及び上記第２実施形態のコイル４１〜４８と同様のダブルスパイラル型コイルである。コイル７１〜７４は、図１９の幅広矢印にて示したように、各渦中心を結ぶ線分の近傍においてＸ軸正方向の磁界を発生させるように形成され、コイル７５〜７８は、各渦中心を結ぶ線分の近傍においてＹ軸負方向の磁界を発生させるように形成されている。また、制御回路７９の一端とコイル７６の一端が接続されるとともに、以下、コイル７６，７５，７２，７１，７８，７７，７４，７３の順に直列接続され、最後にコイル７３のコイル７４と接続されていない側の端部が制御回路７９の他端に接続されている。更に、ＧＭＲ素子６１〜６８は、第１，第２実施形態と同様に、コイル７１〜７８の平面視で各対応する各一対の渦中心の間に配置されている。

このような構成において、磁気センサ６０による外部磁界の検出開始時等の所定の条件が成立すると、制御回路７９は前記両端に電位差を発生し、これにより、各コイル７１〜７８に電流が流れ、同コイル７１〜７８によりＧＭＲ素子６１〜６８にテスト用の磁界がそれぞれ付与される。磁気センサ６０は、図示しない前記検出回路により、この状態における各ＧＭＲ素子６１〜６８の出力を監視し、予定した出力が検出されたか否かに基づいて同各ＧＭＲ素子６１〜６８の異常の有無を判定する。異常有無の判定は、例えば、各ＧＭＲ素子６１〜６８のオープン故障の有無、ショート（短絡）故障の有無、感度不足となっているか否か、及び制御用トランジスタの異常有無等について行われる。

このように、第３実施形態においては、各ＧＭＲ素子６１〜６８の異常の有無を判定するための磁界を発生することができるので、磁気センサ６０の自己診断を行うことができる。また、各コイル７１〜７８はダブルスパイラル型のコイルであるから、同コイルの占有面積が小さいことにより磁気センサ６０の小型化が達成され得るとともに、テスト用磁界を発生するための消費電力を低下することが可能となる。更に、各コイル７１〜７８は直列接続されていて、一つの制御回路７９により同時に電流が流されるから、同一の大きさのテスト用磁界を各ＧＭＲ素子６１〜６８の各々に対して発生することができ、より精度良く各ＧＭＲ素子６１〜６８の異常の有無を判定することができる。

また、前記検出回路が、各ＧＭＲ素子６１〜６８の一つを独立して選択する機能を有している場合、同選択機能の異常有無を簡単に検出することができる。これは、テスト用磁界が総べてのＧＭＲ素子６１〜６８に同時に付与されるため、検出回路の選択機能が異常であると、例えばＸ軸方向の磁場を検出するＧＭＲ素子を選択したにもかかわらず、Ｙ軸方向の磁場に応じた出力が得られるからである。

次に、本発明による磁気センサの第４実施形態について説明する。図２０は、第４実施形態に係る磁気センサ８０の平面図であり、この磁気センサ８０は基板８０ａの上に形成された２個のＴＭＲ素子８１，８２と、各ＴＭＲ素子８１，８２の下方の基板８０ａ内であって同ＴＭＲ素子８１，８２の各膜平面と平行な面内にそれぞれ形成された２個の検査用（テスト用）コイル９１，９２とを備えている。また、磁気センサ８０は、基板８０ａの上にそれぞれ形成された、検出回路９３、電流供給回路９４、及び制御回路９５を備えている。

第１磁気検出部（Ｘ軸磁気検出部）を構成するＴＭＲ素子８１は、第１実施形態において説明したＴＭＲ素子と同様の膜構造を備えている（図３，図４を参照。）。但し、ＴＭＲ素子８１のピンド層は磁化の向きがＸ軸負方向に強く固定（ピン）されていて、検出しようとする外部磁界に対して同磁化の向きが変化しないようになっている。また、ＴＭＲ素子８１のフリー層は検出しようとする磁界のＸ軸方向成分の向きと大きさにしたがって磁化の向きと大きさが直線的に変化するようになっている。

この結果、ＴＭＲ素子８１は、図２０において白抜きの矢印にて示した検出方向を有する。即ち、ＴＭＲ素子８１は、図２１に示したように、第１の方向（即ち、Ｘ軸方向）内の第１の向き（即ち、Ｘ軸正方向）の磁界の大きさが所定値となるまでの範囲内で大きくなるほど大きい物理量である抵抗値を示すとともに、同第１の方向内の同第１の向きと反対の向き（即ち、Ｘ軸負方向）の磁界の大きさが所定値となるまでの範囲内で大きくなるほど小さい物理量である抵抗値を示すようになっている。

また、ＴＭＲ素子８１は、その特性が正常であれば、第１の検査用コイル９１から前記第１の方向内の第１の向き（即ち、Ｘ軸正方向）に所定の大きさＨｂの磁界が加えられたときに第１の大きさの抵抗値Ｓｘ１を示し、第１の検査用コイル９１から磁界が加えられないとき抵抗値Ｓｘ２を示し、第１の検査用コイル９１から前記第１の方向内の第１の向きと反対の向き（即ち、Ｘ軸負方向）に前記所定の大きさＨｂの磁界が加えられたとき第２の大きさの抵抗値Ｓｘ３を示すようになっている。

第２磁気検出部（Ｙ軸磁気検出部）を構成するＴＭＲ素子８２は、ＴＭＲ素子８１と同様な膜構造を備え、ＴＭＲ素子８２のピンド層は磁化の向きがＹ軸負方向に強く固定（ピン）されていて、検出しようとする外部磁界に対して同磁化の向きが変化しないようになっている。また、ＴＭＲ素子８２のフリー層は検出しようとする磁界のＹ軸方向成分の向きと大きさにしたがって磁化の向きと大きさが直線的に変化するようになっている。

この結果、ＴＭＲ素子８２は、図２０において白抜きの矢印にて示した検出方向を有する。即ち、ＴＭＲ素子８２は、図２２に示したように、前記第１の方向（即ち、Ｘ軸方向）と交差する（この場合は、直交する）第２の方向（即ち、Ｙ軸方向）内の第２の向き（即ち、Ｙ軸正方向）の磁界の大きさが所定値となるまでの範囲内で大きくなるほど大きい物理量である抵抗値を示すとともに、同第２の方向内の同第２の向きと反対の向き（即ち、Ｙ軸負方向）の磁界の大きさが所定値となるまでの範囲内で大きくなるほど小さい物理量である抵抗値を示すようになっている。

また、ＴＭＲ素子８２は、その特性が正常であれば、第２の検査用コイル９２から前記第２の方向内の第２の向き（即ち、Ｙ軸正方向）に所定の大きさＨｂの磁界が加えられたときに第１の大きさの前記物理量である抵抗値Ｓｘ１と同じ大きさの抵抗値Ｓｙ１を示し、第２の検査用コイル９２から磁界が加えられないとき抵抗値Ｓｘ２と同じ大きさの抵抗値Ｓｙ２を示し、第２の検査用コイル９２から前記第２の方向内の第２の向きと反対の向き（即ち、Ｙ軸負方向）に前記所定の大きさＨｂの磁界が加えられたとき第２の大きさの前記物理量である抵抗値Ｓｘ３と同じ大きさの抵抗値Ｓｙ３を示すようになっている。

第１の検査用コイル９１は、磁気センサ１０のコイル２２と同様に形成されたダブルスパイラル型のコイルであって、その一端が接続導線９６ａを介して電流供給回路９４の一の端子Ｐ１に接続されるとともに、その他端が接続導線９６ｂを介して第２の検査用コイル９２の一の端子と接続されていて、ＴＭＲ素子８１にＸ軸方向において向き及び大きさが変化する磁界を加えるようになっている。第２の検査用コイル９２は、磁気センサ１０のコイル２２と同様に形成されたダブルスパイラル型のコイルであって、その他端が接続導線９６ｃを介して電流供給回路９４の他の端子Ｐ２と接続されていて、ＴＭＲ素子８２にＹ軸方向において向き及び大きさが変化する磁界を加えるようになっている。

このように、第１の検査用コイル９１及び第２の検査用コイル９２は、電流供給回路９４に対して接続導線９６ａ〜９６ｃを介して直列に接続されているから、第１の検査用コイル９１及び第２の検査用コイル９２には大きさが同一の電流が流れるようになっている。また、図２０において黒塗りの矢印にて示したように、第１の検査用コイル９１に所定の向きで所定の大きさの電流が流されたとき、同第１の検査用コイル９１はＸ軸正方向で所定の大きさＨｂの磁界をＴＭＲ素子８１に加え、第２の検査用コイル９２はＹ軸負方向で同所定の大きさＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加えるとともに、第１の検査用コイル９１に同所定の向きとは反対の向きで同所定の大きさの電流が流されたとき、同第１の検査用コイル９１はＸ軸負方向で同所定の大きさＨｂの磁界をＴＭＲ素子８１に加え、同第２の検査用コイル９２はＹ軸正方向で同所定の大きさＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加えるように構成されている。

検出回路９３は、ＴＭＲ素子８１又はＴＭＲ素子８２の何れかを選択し、同選択されたＴＭＲ素子の抵抗値をデジタル値として検出し、同検出したデジタル値を制御回路９５に出力するための回路であって、１チャンネルのアナログ−デジタルコンバータ９３ａ（以下「ＡＤＣ９３ａ」と称呼する。）と、実際にはトランジスタからなるスイッチング素子９３ｂとを備えている。

ＡＤＣ９３ａの一つの入力端子はＴＭＲ素子８１及びＴＭＲ素子８２の両素子の各一端に接続され、他の一つの入力端子はスイッチング素子９３ｂの固定端子に接続されている。スイッチング素子９３ｂは制御回路９５から指示信号が入力されるとともに、同指示信号に応じて、固定端子をＴＭＲ素子８１の他端又はＴＭＲ素子８２の他端と接続し、これにより、ＡＤＣ９３ａがその出力である抵抗値をＡＤ変換する素子を選択するようになっている。

電流供給回路９４は、スイッチング素子ＭＳ、電流方向切換回路を構成するスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４（スイッチング素子ＭＳとスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は通電制御回路を構成する。）、及び一定電流を供給する定電流源（電流供給源）ＩＳを備えている。スイッチング素子ＭＳ，Ｓ１〜Ｓ４は、実際にはトランジスタであって、制御回路９５からの指示信号に応じて「オン」状態（導通状態）又は「オフ」状態（非導通状態）に切り換えられるようになっている。

スイッチング素子ＭＳは、所謂メインスイッチとして機能するもので、一端が前記定電流源ＩＳの出力側に接続され、他端が電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３の各一端に接続されている。スイッチング素子Ｓ１の他端はスイッチング素子Ｓ２の一端に接続され、同スイッチング素子Ｓ２の他端は定電流源ＩＳの他端に接続されている。同様に、スイッチング素子Ｓ３の他端はスイッチング素子Ｓ４の一端に接続され、同スイッチング素子Ｓ４の他端は定電流源ＩＳの他端に接続されている。また、第１の検査用コイル９１が接続された電流供給回路９４の端子Ｐ１はスイッチング素子Ｓ３とＳ４の間に接続され、第２の検査用コイル９２が接続された同電流供給回路９４の端子Ｐ２はスイッチング素子Ｓ１とＳ２の間に接続されている。

制御回路９５は、通常時はスイッチング素子ＭＳ、及び電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を「オフ」状態とする指示信号を同スイッチング素子ＭＳ，Ｓ１〜Ｓ４に送出するとともに、所定時間の経過毎にスイッチング素子９３ｂに指示信号を供給し、その抵抗値がＡＤＣ９３ａによりＡＤ変換されるＴＭＲ素子を選択し、ＡＤ変換されたＴＭＲ素子８１，８２の何れか一方の抵抗値をデジタル値として取得するようになっている。

また、制御回路９５は、図示しないスイッチが投入される等の所定の条件（検査条件）が成立したとき、スイッチング素子ＭＳを「オン」状態とする指示信号を同メインスイッチＭＳに供給するとともに、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オン」状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オフ」状態とする指示信号、又は、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オン」状態及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オフ」状態とする指示信号を、同スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に供給するようになっている。

次に、上記のように構成された磁気センサ８０における作動について説明する。前述したように、通常時はスイッチング素子ＭＳ、及び電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が「オフ」状態とされるから、第１，第２の検査用コイル９１，９２は、如何なる磁界も発生しない。また、所定時間の経過毎にスイッチング素子９３ｂが切換られるので、ＴＭＲ素子８１の示す抵抗値又はＴＭＲ素子８２の示す抵抗値がＡＤＣ９３ａにより交互にデジタル値に変換され（検出され）、同変換された値が制御回路による地磁気の検出等に用いられる。

次に、前記所定の条件が成立して、磁気センサ８０の検査を行う際の作動について説明する。この磁気センサ８０においては、ＴＭＲ素子８１，８２の特性不良（感度不良であるか否か、ヒステリシスが過大であるか否か）の検査に加え、第１，第２のテスト用コイル９１，９２が予定するテスト用磁界を発生しているか否か（検出回路９３や電流供給回路９４が正常に機能するか否か）についても判定される。以下、かかる検査の手順について、磁気センサ８０のＴＭＲ素子８１，８２、検出回路９３、及び電流供給回路９４の総べてが正常に作動する場合を例にして説明を行う。

（第１手順）
制御回路９５は、先ず、メインスイッチＭＳを「オン」状態とする指示信号、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オン」状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オフ」状態とする指示信号、並びに、スイッチング素子９３ｂにＴＭＲ素子８１を選択するための指示信号を、各対応するスイッチング素子に供給する。

この場合、総べては正常に作動するから、スイッチング素子ＭＳが「オン」状態へと切り換えられるとともに、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が「オン」状態へと切り換えられ、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ２が「オフ」状態へと切り換えられる。これにより、定電流源ＩＳの電流は、スイッチング素子ＭＳ、スイッチング素子Ｓ１、第２の検査用コイル９２、第１の検査用コイル９１、スイッチング素子Ｓ４、及び同定電流源ＩＳの順に流れる。なお、本明細書において、かかる状態は第１，第２の検査用コイルに対する指示電流を所定の大きさの正の電流とした状態であるとも言う。

この場合、第２の検査用コイル９２はＹ軸負方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加え、第１の検査用コイル９１はＸ軸正方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８１に加える。このとき、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ１の抵抗を示し、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８１の抵抗値をデジタル値に変換する。従って、図２３（Ａ）に示したように、制御回路９５は、ＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｘ１を値Ｘ１として取得する。

（第２手順）
次に、制御回路９５は、スイッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同スイッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチング素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断された非通電状態となる。従って、第１，第２の検査用コイル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

このとき、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ２の大きさの抵抗を示し、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８１の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ａ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｘ１より小さい抵抗値Ｓｘ２を値Ｘ２として取得する。

（第３手順）
次に、制御回路９５は、メインスイッチＭＳを再び「オン」状態とする指示信号と、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オフ」状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オン」状態とする指示信号とを、各対応するスイッチング素子に供給する。

この結果、スイッチング素子ＭＳが「オン」状態へと切り換えられるとともに、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が「オフ」状態へと切り換えられ、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ２が「オン」状態へと切り換えられる。これにより、定電流源ＩＳの電流は、スイッチング素子ＭＳ、スイッチング素子Ｓ３、第１の検査用コイル９１、第２の検査用コイル９２、スイッチング素子Ｓ２、及び同定電流源ＩＳの順に流れる。なお、本明細書において、かかる状態は、第１，第２の検査用コイルに対する指示電流を所定の大きさの負の電流とした状態であるとも言う。

この結果、第１の検査用コイル９１はＸ軸負方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８１に加え、第２の検査用コイル９２はＹ軸正方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加える。このとき、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ３の大きさの抵抗を示していて、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８１の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ａ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｘ３を値Ｘ３として取得する。

（第４手順）
次に、制御回路９５は、スイッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同スイッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチング素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断された非通電状態となる。従って、第１，第２の検査用コイル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

このとき、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ２近傍の大きさＳｘ４の抵抗を示し、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８１の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ａ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｘ４を値Ｘ４として取得する。

（第５手順）
次いで、制御回路９５は、メインスイッチＭＳを「オン」状態とする指示信号、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オン」状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オフ」状態とする指示信号、並びに、スイッチング素子９３ｂにＴＭＲ素子８２を選択するための指示信号を、各対応するスイッチング素子に供給する。

これにより、定電流源ＩＳの電流は、スイッチング素子ＭＳ、スイッチング素子Ｓ１、第２の検査用コイル９２、第１の検査用コイル９１、スイッチング素子Ｓ４、及び同定電流源ＩＳの順に流れる。この結果、第２の検査用コイル９２はＹ軸負方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加えるから、ＴＭＲ素子８２は抵抗値Ｓｙ３の抵抗を示していて、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８２の抵抗値をデジタル値に変換する。従って、図２３（Ｂ）に示したように、制御回路９５は、ＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｙ３を値Ｙ１として取得する。

（第６手順）
次に、制御回路９５は、スイッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同スイッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチング素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断された非通電状態となる。従って、第１，第２の検査用コイル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

このとき、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８２の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ｂ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｙ３より大きい抵抗値Ｓｙ２を値Ｙ２として取得する。

（第７手順）
次に、制御回路９５は、メインスイッチＭＳを再び「オン」状態とする指示信号と、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オフ」状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オン」状態とする指示信号とを、各対応するスイッチング素子に供給する。

この結果、スイッチング素子ＭＳが「オン」状態へと切り換えられるとともに、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が「オフ」状態へと切り換えられ、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ２が「オン」状態へと切り換えられる。これにより、第２の検査用コイル９２はＹ軸正方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加える。このとき、ＴＭＲ素子８２は抵抗値Ｓｙ１の大きさの抵抗を示していて、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８２の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ｂ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｙ１を値Ｙ３として取得する。

（第８手順）
次に、制御回路９５は、スイッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同スイッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチング素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断された非通電状態となる。この結果、第１，第２の検査用コイル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

このとき、ＴＭＲ素子８２は抵抗値Ｓｙ２近傍の大きさの値Ｓｙ４の抵抗を示し、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８２の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ｂ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｙ４を値Ｙ４として取得する。

（第９手順：異常判定ステップ）
制御回路９５は、以上の第１〜第８手順により、値Ｘ１〜Ｘ４、及び値Ｙ１〜Ｙ４を取得すると、下記の数３〜数６が成立するか否かを判定する。
Ｘ１−Ｘ３≧Ｃ１ …数３
|Ｘ２−Ｘ４|＜Ｃ２ …数４
Ｙ３−Ｙ１≧Ｃ１ …数５
|Ｙ２−Ｙ４|＜Ｃ２ …数６

上記数３，数５における値Ｃ１は、ＴＭＲ素子８１の感度が不十分であるときの値（Ｘ１−Ｘ３）の最大値及びＴＭＲ素子８２の感度が不十分であるときの値（Ｙ３−Ｙ１）の最大値の各々よりも大きい値に選択されている。上記数４，数６における値Ｃ２は、ＴＭＲ素子８１のヒステリシスが過大であるときの値｜Ｘ２−Ｘ４｜及びＴＭＲ素子８２のヒステリシスが過大であるときの値｜Ｙ２−Ｙ４｜の最小値よりも小さい値に選択されている。なお、値Ｃ１，Ｃ２は、何れも正の値である。

現時点では、磁気センサ８０のＴＭＲ素子８１，８２、検出回路９３、及び電流供給回路９４の総べてが正常に作動していて、Ｘ１−Ｘ３＝Ｓｘ１−Ｓｘ３≧Ｃ１、|Ｘ２−Ｘ４|＝|Ｓｘ２−Ｓｘ４|＜Ｃ２、Ｙ３−Ｙ１＝Ｓｙ３−Ｓｙ１≧Ｃ１、及び|Ｙ２−Ｙ４|＝|Ｓｙ２−Ｓｙ４|＜Ｃ２となる。即ち、上記数３〜数６は総べて成立する。従って、制御回路９５は、磁気センサ８０のＴＭＲ素子８１，８２、検出回路９３、及び電流供給回路９４の総べてが正常であると判定する。

次に、ＴＭＲ素子８１の感度が不足し、且つ、他は正常に作動している場合について説明する。この場合、ＴＭＲ素子８１は、Ｘ軸正方向に大きさがＨｂの磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｘ１よりも小さく抵抗値Ｓｘ２よりも大きい値を示し、Ｘ軸負方向に大きさがＨｂの磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｘ３よりも大きく抵抗値Ｓｘ２よりも小さい値を示す。このため、制御回路９５は、上記手順１〜手順８を行うことで、図２４（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２４（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

この場合、上記数４〜６は成立するが、ＴＭＲ素子８１の感度が不足しているから、値（Ｘ１−Ｘ３）が小さくなるために上記数３が成立しない。制御回路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ素子８１の感度が不足する異常が発生していると判定する。

次に、ＴＭＲ素子８２の感度が不足し、且つ、他は正常に作動している場合について説明する。この場合、ＴＭＲ素子８２は、Ｙ軸正方向に大きさがＨｂの磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｙ１よりも小さく抵抗値Ｓｙ２よりも大きい値を示し、Ｙ軸負方向に大きさがＨｂの磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｙ３よりも大きく抵抗値Ｓｙ２よりも小さい値を示す。このため、制御回路９５は、上記手順１〜手順８を行うことで、図２５（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２５（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

この場合、上記数３，数４，数６は成立するが、ＴＭＲ素子８２の感度が不足しているから、値（Ｙ３−Ｙ１）が小さくなって上記数５が成立しない。制御回路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ素子８２の感度が不足する異常が発生していると判定する。

次に、ＴＭＲ素子８１のヒステリシスが過大となっており、且つ、他は正常に作動している場合について説明する。このようなＴＭＲ素子８１は、Ｘ軸正方向に大きさがＨｂの磁界が加えられた後、同磁界を消滅させた場合、抵抗値Ｓｘ２より相当大きく抵抗値Ｓｘ１より小さい値を示し、Ｘ軸負方向に大きさがＨｂの磁界が加えられた後、同磁界を消失させた場合、抵抗値Ｓｘ２よりも相当小さく抵抗値Ｓｘ３より大きい値を示す。このため、制御回路９５は、上記手順１〜手順８を行うことで、図２６（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２６（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

この場合、上記数３，数５，数６は成立するが、ＴＭＲ素子８１のヒステリシスが過大となっているから、値｜Ｘ２−Ｘ４｜が大きくなって上記数４が成立しない。制御回路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ素子８１のヒステリシスが過大となる異常が発生していると判定する。

次に、ＴＭＲ素子８２のヒステリシスが過大となっており、且つ、他は正常に作動している場合について説明する。このようなＴＭＲ素子８２は、Ｙ軸負方向に大きさがＨｂの磁界が加えられた後、同磁界を消滅させた場合、抵抗値Ｓｙ２より相当小さく抵抗値Ｓｙ３より大きい値を示し、Ｙ軸正方向に大きさがＨｂの磁界が加えられた後、同磁界を消失させた場合、抵抗値Ｓｙ２よりも相当大きく抵抗値Ｓｙ１より小さい値を示す。このため、制御回路９５は、上記手順１〜手順８を行うことで、図２７（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２７（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

この場合、上記数３〜数５は成立するが、ＴＭＲ素子８２のヒステリシスが過大となっているから、値｜Ｙ２−Ｙ４｜が大きくなって上記数６が成立しない。制御回路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ素子８２のヒステリシスが過大となる異常が発生していると判定する。

次に、メインスイッチとして機能するスイッチング素子ＭＳが常時「オン」の状態となり、「オフ」状態に変化しないような場合等であって、第１，第２の検査用コイル９１，９２に電流が流れ続けてしまう（但し、第１，第２の検査用コイル９１，９２に流れる電流の向きは切り換えられ得る）異常が発生しているが、その他は正常に作動する場合について説明する。

この場合も、制御回路は上記手順１〜手順８を行う。このような異常状態が発生すると、手順１と手順２において、ＴＭＲ素子８１には第１の検査用コイル９１によりＸ軸正方向の一定の大きさＨｂの磁界が加わるので、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ１を示す。また、手順３と手順４において、ＴＭＲ素子８１には第１の検査用コイル９１によりＸ軸負方向の一定の大きさＨｂの磁界が加わるので、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ３を示す。同様に、手順５と手順６において、ＴＭＲ素子８２には第２の検査用コイル９２によりＹ軸負方向の一定の大きさＨｂの磁界が加わるので、ＴＭＲ素子８２は抵抗値Ｓｙ３を示す。また、手順７と手順８において、ＴＭＲ素子８２には第２の検査用コイル９２によりＹ軸正方向の一定の大きさＨｂの磁界が加わるので、ＴＭＲ素子８２は抵抗値Ｓｙ１を示す。このため、制御回路９５は、図２８（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２８（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

この結果、上記数３，数５は成立するが、値Ｘ２は値Ｘ１と同一の抵抗値Ｓｘ１となるとともに値Ｘ４は値Ｘ３と同一の抵抗値Ｓｘ３となるため、上記数４は不成立となる。同様に、値Ｙ２は値Ｙ１と同一の抵抗値Ｓｙ３となるとともに値Ｙ４は値Ｙ３と同一の抵抗値Ｓｙ１となるので、上記数６は不成立となる。制御回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８０に異常が発生していると判定する。

次に、メインスイッチとして機能するスイッチング素子ＭＳが常時「オフ」の状態となり「オン」状態に変化しないような場合、第１，第２の検査用コイル９１，９２が断線した場合、或いは接続導線９６ａ〜９６ｃが断線した場合等であって、第１，第２の検査用コイル９１，９２に電流を流すことができない異常が発生している場合について説明する。

この場合にも、制御回路は上記手順１〜手順８を行う。このような異常状態が発生すると、上記手順１〜手順８の総べての場合において第１，第２の検査用コイル９１，９２は如何なる磁界も発生しない。従って、図２９（Ａ）に示したように、値Ｘ１〜Ｘ４は総べて同一の値である抵抗値Ｓｘ２となり、図２９（Ｂ）に示したように、値Ｙ１〜Ｙ４は総べて同一の値である抵抗値Ｓｙ２となる。従って、上記数４，数６は成立するが、上記数３，数５は不成立となる。制御回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８０に異常が発生していると判定する。

次に、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が常時「オン」の状態となり「オフ」状態に変化せず、且つスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が常時「オフ」の状態となり「オン」状態に変化しないような場合等であって、第１，第２の検査用コイル９１，９２に流れる電流の向きを変更することができない異常が発生している場合について説明する。

この場合にも、制御回路は上記手順１〜手順８を行う。このような異常状態においては、手順１と手順３において、同じ向きで同じ大きさの電流が第１の検査用コイル９１に流れるので、ＴＭＲ素子８１にはＸ軸正方向で大きさＨｂの磁界が加わる。従って、図３０（Ａ）の実線にて示したように、制御回路９５が取得する値Ｘ１と値Ｘ３は同一の抵抗値Ｓｘ１となるから、上記数４は成立するが、上記数３は不成立となる。

同様に、手順５と手順７において、同じ向きで同じ大きさの電流が第２の検査用コイル９２に流れるので、ＴＭＲ素子８２にはＹ軸負方向で大きさＨｂの磁界が加わる。従って、図３０（Ｂ）の実線にて示したように、値Ｙ１と値Ｙ３は同一の値Ｓｙ３となるから、上記数６は成立するが、上記数５は不成立となる。制御回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８０に異常が発生していると判定する。

なお、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２が常時「オン」の状態となり「オフ」状態に変化せず、且つスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が常時「オフ」の状態となり「オン」状態に変化しないような場合、図３０（Ａ），（Ｂ）の破線にて示したように、値Ｘ１と値Ｘ３は同一の抵抗値Ｓｘ３となり、値Ｙ１と値Ｙ３は同一の抵抗値Ｓｙ１となるので、やはり、上記数３，数５は不成立となる。従って、制御回路９５は、かかる結果が得られたときも、磁気センサ８０に異常が発生していると判定する。

次に、検出回路９３のスイッチング素子９３ｂが、常にＴＭＲ素子８１を選択するようになり、ＴＭＲ素子８２を選択できなくなった異常が発生している場合について説明する。

このような異常状態においては、常にＴＭＲ素子８１の抵抗値が検出され、手順５〜手順８の結果は手順１〜手順４の結果と実質同一となるので、図３１（Ａ），（Ｂ）に示したように、値Ｘ１〜値Ｘ４と値Ｙ１〜値Ｙ４の各値は実質的にそれぞれ同じ値となる。即ち、値Ｙ１は値Ｘ１と同じ抵抗値Ｓｘ１、値Ｙ３は値Ｘ３と同じ抵抗値Ｓｘ３となるので、値（Ｙ３−Ｙ１）は値（Ｘ３−Ｘ１）と同じ負の値となる。従って、上記数３，数４，数６は成立するが、上記数５は不成立となる。制御回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８０（検出回路９３）に異常が発生していると判定する。

同様に、検出回路９３のスイッチング素子９３ｂが、常にＴＭＲ素子８２を選択するようになり、ＴＭＲ素子８１を選択できなくなった異常が発生している場合について説明する。

このような異常状態においては、常にＴＭＲ素子８２の抵抗値が検出され、手順１〜手順４の結果は手順５〜手順８の結果と実質同一となるので、図３２（Ａ），（Ｂ）に示したように、値Ｘ１〜値Ｘ４と値Ｙ１〜値Ｙ４の各値は実質的にそれぞれ同じ値となる。即ち、値Ｘ１は値Ｙ１と同じ抵抗値Ｓｙ３、値Ｘ３は値Ｙ３と同じ抵抗値Ｓｙ１となるので、値（Ｘ１−Ｘ３）は値（Ｙ１−Ｙ３）と同じ負の値となる。従って、上記数４〜数６は成立するが、上記数３は不成立となる。制御回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８０（検出回路９３）に異常が発生していると判定する。

（第１０手順：バランス判定ステップ）
最後に、制御回路９５は、これまでの手順にて異常が発生していないと判定したとき、ＴＭＲ素子８１とＴＭＲ素子８２の特性上のバランスがとれているか否かを判定するため、下記数７，数８が成立するか否かを判定する。値Ｃ３は正の所定値である。
|Ｘ１−Ｙ３|＜Ｃ３ …数７
|Ｘ３−Ｙ１|＜Ｃ３ …数８

そして、上記数７及び数８の何れかが成立しないとき、制御回路９５はＴＭＲ素子８１とＴＭＲ素子８２の出力の均衡（バランス）が崩れている異常が生じていると判定する。

以上、説明したように、第４実施形態に係る磁気センサ８０によれば、第１の検査用コイル９１と第２の検査用コイル９２をチップ（基板８０ａ）内に備えていて、ＴＭＲ素子８１，８２に検査用の磁界を付与することができるので、磁気センサ８０の検査装置に磁界発生機能を備えさせる必要がない。

また、係る磁気センサ８０によれば、第１の検査用コイル９１と第２の検査用コイル９２が電流供給源である定電流源ＩＳに対して直列に接続され、通電制御回路として機能するスイッチング素子ＭＳ及びスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をその閉回路中に介装しているから、スイッチング素子ＭＳ，Ｓ１〜Ｓ４の抵抗値等の特性がばらついたとしても、第１，第２の検査用コイル９１，９２には同じ大きさの電流を流すことができる。従って、ＴＭＲ素子８１，８２に同じ大きさの磁界を加えることが可能であるので、例えば、上記数７，数８の判定を行うことにより、即ち、ＴＭＲ素子８１，８２の呈する抵抗値に基いて、両素子の出力上の均衡がとれているか否かを判定することが可能となる。

更に、第４実施形態に係る磁気センサ８０によれば、検出回路９３がＴＭＲ素子８１，８２の何れかを選択してＡＤ変換するようになっているから、ＡＤＣ９３ａは安価で小型な１チャンネルのＡＤＣを採用することが可能となるとともに、その検出回路９３（のスイッチング素子９３ｂ）の選択機能が正常であるか否かをも判定できるので、信頼性の高い磁気センサ８０を提供することができる。

また、以上に説明したように、本発明による各実施形態に係る磁気センサは、ダブルスパイラルコイルを採用しているので、小型で且つ低消費電力でありながら、それぞれに必要な磁界を発生させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、第３実施形態の磁気センサ６０は、ＧＭＲ素子を採用していたが、同ＧＭＲ素子に代えてＴＭＲ素子を採用することもできる。また、第４実施形態の磁気センサ８０は、ＴＭＲ素子８１，８２を採用していたが、ＴＭＲ素子８１，８２に代えて、ＧＭＲ素子等の他の磁気抵抗効果素子を採用してもよく、又は、これらの磁気抵抗効果素子が基板上に分散配置されて形成されるとともに接続導線でブリッジ回路状に接続されることにより構成される磁気検出部を採用してもよい。更に、上記の初期化用コイル、バイアス磁界用コイル、検査用コイルの任意の二つ以上のコイルを、各磁気センサの基板内に積層して組込んでもよい。

また、上記各実施形態においては、初期化用コイル、バイアス磁界用コイル、検査用コイルは、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子が形成される基板と同一基板内（同一チップ内）に形成されているが、これらの素子が形成される基板とは別体の基板内にこれらのコイルを形成するとともに、素子が形成された基板とコイルが形成された基板とを密着させる構造とすることもできる。

本発明の第１実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。 図１に示した磁気センサの磁気トンネル効果素子（群）とバイアス磁界用コイルの部分拡大平面図である。 図２の１−１線に沿った平面で磁気トンネル効果素子及びバイアス磁界用コイルを切断した断面図である。 図２の２−２線に沿った平面で磁気トンネル効果素子及びバイアス磁界用コイルを切断した断面図である。 図１に示した磁気トンネル効果素子のセンス層の磁化曲線を示すグラフである。 図１に示した磁気トンネル効果素子の参照層の磁化曲線を示すグラフである。 図１に示した磁気トンネル効果素子のＭＲ曲線（磁場に対する抵抗の変化）を示すグラフである。 図１に示した磁気トンネル効果素子に加える交流バイアス磁界を示すグラフである。 図１に示した磁気トンネル効果素子に図８に示した交流バイアス磁界を印加し、検出すべき外部磁界を変化させた場合の同素子の抵抗の変化を示すグラフである。 図１に示した磁気トンネル効果素子の検出すべき外部磁界に対する検出値の変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。 図１１に示した磁気センサのＧＭＲ素子とコイルの部分拡大平面図である。 図１２に示したＧＭＲ素子の平面図である。 図１２の３−３線に沿った平面にてＧＭＲ素子及びコイルを切断した概略断面図である。 図１２に示したＧＭＲ素子のスピンバルブ膜構成を示す図である。 図１２に示したＧＭＲ素子の外部磁界に対する抵抗値の変化を示したグラフである。 図１２に示した磁気センサが備えるＸ軸磁気センサの等価回路図である。 図１７に示したＸ軸磁気センサのＸ軸方向に変化する外部磁界に対する出力電圧（実線）、及びＹ軸方向に変化する磁界に対する出力電圧（破線）の変化を示したグラフである。 本発明による第３実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。 本発明による第４実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。 図２０に示した第１磁気検出部のＴＭＲ素子の抵抗値特性を示したグラフである。 図２０に示した第２磁気検出部のＴＭＲ素子の抵抗値特性を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサが正常である場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサの第１磁気検出部の感度が不足している場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサの第２磁気検出部の感度が不足している場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサの第１磁気検出部のヒステリシスが過大となっている場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサの第２磁気検出部のヒステリシスが過大となっている場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサのテスト用コイルに流れる電流の大きさが変更できない（検査用の電流を遮断できない）異常が生じている場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサのテスト用コイルに電流を流すことができない異常が生じている場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサのテスト用コイルに流れる電流の向きが変更できない異常が生じている場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサにおいて検出回路が常に第１磁気検出部を選択してしまう異常が生じている場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 図２０に示した磁気センサにおいて検出回路が常に第２磁気検出部を選択してしまう異常が生じている場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。 従来の磁気センサの磁気トンネル効果素子（群）とバイアス磁界用コイルの部分拡大平面図である。

符号の説明

１０…磁気センサ、１０ａ…基板、１１，１２…磁気トンネル効果素子、２１、２１−１…第１導線部、２１−２…第２導線部、Ｐ１，Ｐ２…渦中心。

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された薄膜状の磁気トンネル効果素子と、
   前記磁気トンネル効果素子の膜平面と平行な面内に形成され同磁気トンネル効果素子に付与する磁界を発生するコイルとを備えた磁気センサにおいて、
   前記コイルは、平面視で渦巻を形成する第１の導線と平面視で渦巻を形成する第２の導線とからなる第１のコイルと、平面視で渦巻を形成する第３の導線と平面視で渦巻を形成する第４の導線とからなる第２のコイルと、からなり、
   前記磁気トンネル効果素子は、第１の方向内の第１の向きの磁界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示すとともに同第１の方向内の同第１の向きと反対の向きの磁界の大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す第１磁気検出部と、前記第１の方向と交差する第２の方向内の第２の向きの磁界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示すとともに同第２の方向内の同第２の向きと反対の向きの磁界の大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す第２磁気検出部と、を有し、
   前記第１磁気検出部は平面視で前記第１の導線の渦中心と前記第２の導線の渦中心との間に配置され、
   前記第２磁気検出部は平面視で前記第３の導線の渦中心と前記第４の導線の渦中心との間に配置され、
   更に、
   前記第１のコイル及び前記第２のコイルは直列に接続され、同第１のコイルに所定の向きで所定の大きさの電流が流されたとき、同第１のコイルが前記第１磁気検出部に前記第１の向きで所定の大きさの磁界を加えるとともに、同第２のコイルが前記第２磁気検出部に前記第２の向きと反対の向きの磁界を加えるように構成されてなる磁気センサ。
2. 薄膜状の磁気トンネル効果素子と、
   前記磁気トンネル効果素子の膜平面と平行な面内に形成され同磁気トンネル効果素子に付与する磁界を発生するコイルとを備えた磁気センサにおいて、
   前記コイルは、平面視で渦巻を形成する第１の導線と、平面視で渦巻を形成する第２の導線とからなり、
   前記磁気トンネル効果素子は、平面視で前記第１の導線の渦中心と前記第２の導線の渦中心との間に配置され、
   前記磁気トンネル効果素子と平面視で重なる部分に位置する前記第１の導線の部分及び同磁気トンネル効果素子と平面視で重なる部分に位置する前記第２の導線の部分に、略同一方向の電流が流れるように前記第１の導線と前記第２の導線が接続され、
   前記磁気トンネル効果素子と平面視で重なる部分に位置する前記第１の導線の部分及び同磁気トンネル効果素子と平面視で重なる部分に位置する前記第２の導線の部分が、同磁気トンネル効果素子が同素子に加わる外部磁界を検出するためのバイアス磁界を発生する磁気センサにおいて、
   前記磁気トンネル効果素子は、
   平面形状がＸ軸及び同Ｘ軸に直交するＹ軸にそれぞれ沿った短辺及び長辺を有する長方形の強磁性の薄膜であり、その磁化が、同Ｘ軸方向に弱く固定され、同Ｙ軸方向内で大きさ及び向きが変化する磁場の大きさが飽和磁界Ｈ１より大きい場合及び同飽和磁界Ｈ１よりも小さい飽和磁界Ｈ２より小さい場合に略一定となるとともに同磁場が同飽和磁界Ｈ２から同飽和磁界Ｈ１の範囲内の場合に同磁場の大きさに略比例して変化するピンド層を含むセンス層と、
   平面形状が前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸にそれぞれ沿った短辺及び長辺を有する長方形の強磁性の薄膜であり、その磁化が形状異方性により、前記磁場が飽和磁界Ｈ３より大きい場合及び同飽和磁界Ｈ３よりも小さい飽和磁界Ｈ４より小さい場合に略一定となるとともに、同磁場が同飽和磁界Ｈ３又は同飽和磁界Ｈ４に一致するとステップ状に変化する参照層と、
   前記センス層及び前記参照層に挟まれた絶縁層と、
   を含み、
   前記コイルは、
   前記Ｙ軸方向内で三角波状に変化する交流バイアス磁界であって前記参照層の飽和磁界Ｈ３より大きく前記センス層の飽和磁界Ｈ１より小さい最大値Hmaxと同最大値Hmaxの絶対値の符号を反転した値であって前記参照層の飽和磁界Ｈ４より小さく前記センス層の飽和磁界Ｈ２より大きい最小値Hminとの間を直線的に変化する磁界である交流バイアス磁界を前記バイアス磁界として前記磁気トンネル効果素子に付与するように構成された磁気センサ。
3. 請求項２に記載の磁気センサであって、
   前記磁気トンネル効果素子の抵抗Ｒが所定の閾値Ｔｈを上から下へ横切った第１時点から次に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを上から下へ横切る第２時点までの時間ｘと、同第２時点から更に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを上から下へ横切る第３時点までの時間ｙとを計測し、Ｄ＝ｙ／（ｘ＋ｙ）又はＤ＝ｘ／（ｘ＋ｙ）なる検出値Ｄを出力する回路を備えた磁気センサ。
4. 請求項２に記載の磁気センサであって、
   前記磁気トンネル効果素子の抵抗Ｒが所定の閾値Ｔｈを下から上へ横切った第１時点から次に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを下から上へ横切る第２時点までの時間ｘと、同第２時点から更に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを下から上へ横切る第３時点までの時間ｙとを計測し、Ｄ＝ｙ／（ｘ＋ｙ）又はＤ＝ｘ／（ｘ＋ｙ）なる検出値Ｄを出力する回路を備えた磁気センサ。

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