JP5660826B2 - Magnetoresistive element, magnetic field detector, position detector, rotation detector and current detector using the same - Google Patents

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Description

本発明は、磁気抵抗効果素子、それを用いた磁界検出器、位置検出器、回転検出器および電流検出器に関し、特に、トンネル磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗効果素子、それを用いた磁界検出器、位置検出器、回転検出器および電流検出器に関するものである。   The present invention relates to a magnetoresistive effect element, a magnetic field detector using the same, a position detector, a rotation detector, and a current detector, and more particularly to a magnetoresistive effect element utilizing a tunnel magnetoresistive effect, and a magnetic field detection using the magnetoresistive effect element. The present invention relates to a detector, a position detector, a rotation detector, and a current detector.

近年、従来の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：giant-magnetoresistance）効果に対してより大きな抵抗変化率が得られるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magnetoresistance）効果を有するＴＭＲ素子のメモリおよび磁気ヘッドなどへの応用が検討されている。   In recent years, the application of TMR elements having a tunneling magnetoresistance (TMR) effect to a larger magnetoresistance (GMR: giant-magnetoresistance) effect to a memory and magnetic head, etc. It is being considered.

ＴＭＲ素子においては、強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる３層膜構造が用いられる。外部磁界によって２つの強磁性層のスピンを互いに平行あるいは反平行に設定することにより、膜面垂直方向の絶縁層を流れるトンネル電流の大きさが変化することが利用されている。トンネル電流の大きさにより、２層の強磁性層の相対的な磁化方向を検出することが可能である。   In the TMR element, a three-layer film structure comprising a ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer is used. It is used that the magnitude of the tunnel current flowing through the insulating layer in the direction perpendicular to the film surface is changed by setting the spins of the two ferromagnetic layers parallel or antiparallel to each other by an external magnetic field. It is possible to detect the relative magnetization directions of the two ferromagnetic layers depending on the magnitude of the tunnel current.

このＴＭＲ素子において、一方の強磁性層を反強磁性層と交換結合させて、その強磁性層の磁化を固定していわゆる固着層とし、他方の強磁性層の磁化を外部磁界で容易に反転することのできる自由層とする、いわゆるスピンバルブ型構造が検討されている。   In this TMR element, one ferromagnetic layer is exchange-coupled with an antiferromagnetic layer, and the magnetization of the ferromagnetic layer is fixed to a so-called fixed layer, and the magnetization of the other ferromagnetic layer is easily reversed by an external magnetic field. A so-called spin-valve structure, which is a free layer that can be formed, has been studied.

スピンバルブ型構造の磁気抵抗効果素子は、高感度な磁界検出器として用いることが可能である。スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に外部から磁界が印加されると、固着層の磁化は理想的には完全に固定されているために、自由層の磁化のみが外部印加磁界に応じて回転する。これにより、２つの強磁性層の磁化の相対角が変化し、磁気抵抗効果により素子抵抗が変化する。この抵抗値の変化を、たとえば素子に定電流を流した状態で電圧の変化として検出する。この電圧変化が印加された磁界に応じて変化する信号として読出され、高感度の磁界検出が可能となる。   A magnetoresistive element having a spin valve structure can be used as a highly sensitive magnetic field detector. When a magnetic field is applied to the spin valve magnetoresistive element from the outside, the magnetization of the pinned layer is ideally completely fixed, so that only the magnetization of the free layer rotates according to the externally applied magnetic field. As a result, the relative angle of magnetization of the two ferromagnetic layers changes, and the element resistance changes due to the magnetoresistive effect. This change in resistance value is detected as a change in voltage with a constant current flowing through the element, for example. This voltage change is read out as a signal that changes in accordance with the applied magnetic field, so that highly sensitive magnetic field detection is possible.

スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁界検出器により外部磁界の大きさを高精度で検出するために、たとえば特公平８−２１１６６号公報（特許文献１）に示されるように、無磁界（外部印加磁界がゼロの状態）において固着層と自由層の磁化方向を直交化させる構成が知られている。特公平８−２１１６６号公報の技術は、固着層の磁化方向に印加された磁界の大きさを、自由層の磁化の向きにより検出するものである。したがって、その動作領域は自由層の磁化が困難軸方向に飽和する磁界、いわゆる異方性磁界以下である。   In order to detect the magnitude of an external magnetic field with high accuracy by a magnetic field detector using a spin valve magnetoresistive element, as shown in, for example, Japanese Patent Publication No. 8-21166 (Patent Document 1), no magnetic field ( A configuration is known in which the magnetization directions of the fixed layer and the free layer are orthogonalized when the externally applied magnetic field is zero. The technique of Japanese Patent Publication No. 8-21166 detects the magnitude of the magnetic field applied in the magnetization direction of the fixed layer based on the magnetization direction of the free layer. Therefore, the operation region is below a magnetic field in which the magnetization of the free layer is saturated in the hard axis direction, that is, a so-called anisotropic magnetic field.

特公平８−２１１６６号公報は、膜面内方向に電流を流すスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いた技術を開示している。ＧＭＲ素子は、一般的に、低抵抗であるため、大きな出力信号を得るためには、供給電流量を大きくする必要があり、応じて消費電力が大きくなるという問題がある。一方、ＴＭＲ素子は、高抵抗かつ高抵抗変化率を実現することが可能であり、大出力かつ低消費電力の磁界検出器を実現することが可能である。   Japanese Examined Patent Publication No. 8-21166 discloses a technique using a spin valve type GMR element in which a current flows in the in-plane direction. Since the GMR element generally has a low resistance, in order to obtain a large output signal, it is necessary to increase a supply current amount, and there is a problem that power consumption increases accordingly. On the other hand, the TMR element can realize a high resistance and a high resistance change rate, and can realize a magnetic field detector with high output and low power consumption.

スピンバルブ型構造を有するＴＭＲ素子として最も単純な構造は、反強磁性層／強磁性層／絶縁層／強磁性層である。しかし、この構造においては、固着層と自由層とに磁気的な相互作用が発生する。すなわち、固着層と自由層との磁気的な結合（静磁結合）が生じる。そのため、磁界検出器としての動作磁界が変化する。また、固着層の固着磁界に対して大きい磁界が印加された場合、固着層の磁化が外部磁界により回転する。そのため、固着層の磁化方向の変化により誤差が発生する。上述のようにして、磁界検出誤差が発生する。   The simplest structure of a TMR element having a spin valve structure is an antiferromagnetic layer / ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer. However, in this structure, a magnetic interaction occurs between the pinned layer and the free layer. That is, magnetic coupling (magnetostatic coupling) occurs between the pinned layer and the free layer. Therefore, the operating magnetic field as a magnetic field detector changes. Further, when a magnetic field larger than the fixed magnetic field of the fixed layer is applied, the magnetization of the fixed layer is rotated by the external magnetic field. Therefore, an error occurs due to a change in the magnetization direction of the pinned layer. As described above, a magnetic field detection error occurs.

固着層と自由層とに磁気的な相互作用抑制する方法として、たとえば、特開平７−１６９０２６号公報（特許文献２）に示されるように、固着層の磁化を制御することにより固着層と自由層との静磁結合を低減する方法がある。特開平７−１６９０２６号公報では、固着層を強磁性層／非磁性層／強磁性層からなる積層構造として、これらの強磁性層が非磁性層を挟んで互いに反平行に磁化されて結合されている。この場合、固着層において２つの強磁性層の磁化方向が反平行方向であるため、それぞれ発生する磁界が相殺され、自由層に対する静磁結合の影響が低減される。つまり、固着層から発生する磁界を抑制することが可能である。   As a method for suppressing the magnetic interaction between the pinned layer and the free layer, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 7-169026 (Patent Document 2), the magnetization of the pinned layer and the free layer can be controlled freely. There are methods to reduce magnetostatic coupling with the layers. In Japanese Patent Laid-Open No. 7-169026, the pinned layer has a laminated structure composed of a ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer, and these ferromagnetic layers are magnetized and coupled antiparallel to each other with the nonmagnetic layer interposed therebetween. ing. In this case, since the magnetization directions of the two ferromagnetic layers in the fixed layer are antiparallel, the generated magnetic fields are canceled out and the influence of magnetostatic coupling on the free layer is reduced. That is, the magnetic field generated from the fixed layer can be suppressed.

たとえば特開２００７−９５７５０号公報（特許文献３）には、強磁性層の磁化方向は示されていないが、スピンバルブ型構造を有するＴＭＲ素子において、固着層を強磁性層／非磁性層／強磁性層からなる積層構造として、反強磁性層／強磁性層／非磁性層／強磁性層／絶縁層／強磁性層とする構造が提案されている。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2007-95750 (Patent Document 3) does not indicate the magnetization direction of the ferromagnetic layer. However, in the TMR element having the spin valve structure, the pinned layer is formed of a ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / As a laminated structure composed of ferromagnetic layers, a structure of antiferromagnetic layer / ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer has been proposed.

また、たとえば特開２００７−９５７５０号に示されているように、ＴＭＲ素子のトンネル絶縁膜として、従来用いられてきた非晶質であるＡｌ2Ｏ3膜に換えて結晶質であるＭｇＯ膜を適用し、強磁性膜としてＣｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜を適用することで、１００％を越える大きな抵抗変化率となることが知られている。 Further, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-95750, a crystalline MgO film is used as a tunnel insulating film of a TMR element instead of a conventionally used amorphous Al 2 O 3 film. It is known that a large resistance change rate exceeding 100% is obtained by applying a Co—Fe or Co—Fe—B alloy film as a ferromagnetic film.

なお、スピンバルブ型ＴＭＲ素子においては、各層の界面に水分子および酸素分子が吸着することを防ぐ目的で、各層の形成は、トンネル絶縁膜の形成を除き、同一の形成装置内において真空中で連続して行われる。そのため、素子を構成する材料が増加した場合は、形成装置は素子を構成する材料の増加に対応する必要がある。   In the spin-valve type TMR element, the formation of each layer is performed in a vacuum in the same forming apparatus except for the formation of a tunnel insulating film in order to prevent water molecules and oxygen molecules from adsorbing to the interface of each layer. It is done continuously. Therefore, when the material constituting the element increases, the forming apparatus needs to cope with the increase in the material constituting the element.

特公平８−２１１６６号公報Japanese Examined Patent Publication No. 8-21166 特開平７−１６９０２６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-169026 特開２００７−９５７５０号公報JP 2007-95750 A

従来のＴＭＲ素子を用いた磁界検出器では、固着層から発生する磁界および固着層の磁化の回転により、磁界の検出において誤差が発生する。また、特開平２００７−９５７５０号公報に記載されたスピンバルブ型ＴＭＲ素子を形成するためには、反強磁性層／強磁性層／非磁性層／強磁性層／絶縁層／強磁性層を備えた複雑な構造が必要である。さらに、その複雑な構造を構成する各層を同一装置内で形成するための装置が必要である。   In a magnetic field detector using a conventional TMR element, an error occurs in the detection of the magnetic field due to the rotation of the magnetic field generated from the fixed layer and the magnetization of the fixed layer. In order to form the spin valve type TMR element described in JP-A-2007-95750, an antiferromagnetic layer / ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer are provided. Complicated structure is required. Furthermore, an apparatus for forming each layer constituting the complicated structure in the same apparatus is required.

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度であり、かつ容易に形成することができる磁気抵抗効果素子、それを用いた磁界検出器、位置検出器、回転検出器および電流検出器を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to provide a magnetoresistive effect element that can be easily formed with high accuracy, a magnetic field detector using the same, a position detector, and rotation detection. And a current detector.

本発明の磁気抵抗効果素子は、４つ以上の強磁性層と、４つ以上の強磁性層のそれぞれの間に設けられた３つ以上のトンネル絶縁層とを備え、外部から磁界を印加しない状態において３つ以上のトンネル絶縁層のそれぞれを挟んで対向する強磁性層の磁化方向は互い
に反対方向である。４つ以上の強磁性層の磁化の和は、外部から磁界を印加しない状態において実質的に０である。 The magnetoresistive effect element of the present invention includes four or more ferromagnetic layers and three or more tunnel insulating layers provided between the four or more ferromagnetic layers, and does not apply a magnetic field from the outside. In the state, the magnetization directions of the ferromagnetic layers facing each other across the three or more tunnel insulating layers are opposite to each other. The sum of the magnetizations of four or more ferromagnetic layers is substantially zero in a state where no magnetic field is applied from the outside.

本発明の磁気抵抗効果素子によれば、強磁性層とトンネル絶縁層とで形成されているため、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子のように固着層を有していない。したがって、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子の固着層の磁化に起因した磁界検出誤差の影響がない。つまり、固着層から発生する磁界および固着層の磁化の回転による磁界検出誤差が発生しない。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   According to the magnetoresistive element of the present invention, since it is formed of a ferromagnetic layer and a tunnel insulating layer, it does not have a fixed layer unlike a spin valve magnetoresistive element. Therefore, there is no influence of the magnetic field detection error due to the magnetization of the pinned layer of the spin valve type magnetoresistive effect element. That is, a magnetic field detection error due to the rotation of the magnetic field generated from the pinned layer and the magnetization of the pinned layer does not occur. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

また、本発明の磁気抵抗効果素子では、外部から磁界を印加しない状態において３つ以上のトンネル絶縁層のそれぞれを挟んで対向する強磁性層の磁化方向は互いに反対方向である。強磁性層が４層以上であるため、結晶粒などに起因して各膜に磁気特性のばらつきが存在する場合においても、磁気特性は平均化される。このため、強磁性層に起因した磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを抑制することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   In the magnetoresistive effect element of the present invention, the magnetization directions of the ferromagnetic layers opposed to each other with each of the three or more tunnel insulating layers sandwiched in a state where no magnetic field is applied from the outside are opposite to each other. Since there are four or more ferromagnetic layers, the magnetic characteristics are averaged even when there is a variation in magnetic characteristics in each film due to crystal grains or the like. For this reason, the dispersion | variation in the characteristic of the magnetoresistive effect element resulting from a ferromagnetic layer can be suppressed. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、強磁性層と、トンネル絶縁層と、下部電極層および上部電極層との３種類の膜で形成されるため、３種類の膜を形成可能な形成装置で形成することができる。このため、従来のスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子よりも形成装置を単純化することができる。そのため磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁界検出器を容易に形成することができる。   In addition, since the magnetoresistive effect element of the present invention is formed of three types of films including a ferromagnetic layer, a tunnel insulating layer, a lower electrode layer, and an upper electrode layer, a forming apparatus capable of forming three types of films. Can be formed. Therefore, the forming apparatus can be simplified as compared with the conventional spin valve type magnetoresistive effect element. Therefore, a magnetoresistive effect element and a magnetic field detector using the same can be easily formed.

本発明の実施の形態１における磁界検出器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the magnetic field detector in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１における磁界検出器の等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the magnetic field detector in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the magnetoresistive effect element in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１における磁気抵抗効果素子の磁化方向を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetization direction of the magnetoresistive effect element in Embodiment 1 of this invention. 強磁性層の磁化方向と素子抵抗との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the magnetization direction of a ferromagnetic layer, and element resistance. 本発明の実施の形態１の変形例における磁界検出器の等価回路である。It is an equivalent circuit of the magnetic field detector in the modification of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の比較例１における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the magnetoresistive effect element in the comparative example 1 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の比較例２における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the magnetoresistive effect element in the comparative example 2 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the magnetoresistive effect element in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the magnetoresistive effect element in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態４における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross-section of the magnetoresistive effect element in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５における位置検出器を示す概略図である。It is the schematic which shows the position detector in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態６における回転検出器を示す概略図である。It is the schematic which shows the rotation detector in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態７における電流検出器を示す概略図である。It is the schematic which shows the current detector in Embodiment 7 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１の磁界検出器の構成について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the configuration of the magnetic field detector according to the first embodiment of the present invention will be described.

図１を参照して、磁界検出器１００は、ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗効果素子１と、この磁気抵抗効果素子１に所定の大きさの定電流を供給する直流電源２と、磁気抵抗効果素子１の下部電極層６と上部電極層７との間の電圧を検出する電圧計３とを主に有している。   Referring to FIG. 1, a magnetic field detector 100 includes a magnetoresistive effect element 1 that uses the TMR effect, a DC power source 2 that supplies a constant current of a predetermined magnitude to the magnetoresistive effect element 1, and a magnetoresistive effect. It mainly has a voltmeter 3 for detecting a voltage between the lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 7 of the element 1.

磁気抵抗効果素子１は、その上部電極層７が配線４により直流電源２および電圧計３に接続され、また、下部電極層６が配線５により直流電源２および電圧計３の接地ノードと結合されている。なお、図１においては外部からの磁界Ｈｅｘを印加する機構は、図示されていないが、たとえば配線に電流を流すことにより磁界Ｈｅｘを印加するように構成されていてもよい。   The magnetoresistive effect element 1 has an upper electrode layer 7 connected to the DC power supply 2 and the voltmeter 3 by wiring 4, and a lower electrode layer 6 connected to the DC power supply 2 and the ground node of the voltmeter 3 by wiring 5. ing. In FIG. 1, the mechanism for applying the magnetic field Hex from the outside is not shown, but it may be configured to apply the magnetic field Hex by passing a current through the wiring, for example.

磁界検出器１００は、次に説明する磁気抵抗効果素子１の４つ以上の強磁性層８ａ〜８ｄと３つ以上のトンネル絶縁層９ａ〜９ｃとの積層方向に電流が流されることで磁界を検出するよう構成されている。   The magnetic field detector 100 generates a magnetic field by causing a current to flow in the stacking direction of four or more ferromagnetic layers 8a to 8d and three or more tunnel insulating layers 9a to 9c of the magnetoresistive effect element 1 described below. Configured to detect.

磁気抵抗効果素子１は、その詳細構成は後に説明するが、強磁性層８と、トンネル絶縁層９とを主に有している。強磁性層８ａ〜８ｄは、４つ設けられているが、これに限定されず４つ以上であればよい。トンネル絶縁層９ａ〜９ｃは、４つの強磁性層８のそれぞれの間に３つ設けられているが、これに限定されず３つ以上であればよい。   The magnetoresistive effect element 1 mainly includes a ferromagnetic layer 8 and a tunnel insulating layer 9 as will be described in detail later. Although the four ferromagnetic layers 8a-8d are provided, it is not limited to this, What is necessary is just four or more. Three tunnel insulating layers 9 a to 9 c are provided between the four ferromagnetic layers 8, but the number is not limited to this and may be three or more.

磁気抵抗効果素子１は、ほぼ平面形状が長方形に形成され、長手方向および短手方向を有している。形状による磁気異方性および結晶磁気異方性を同一方向に付与するため、強磁性層８の形成時および熱処理時に長手方向に磁界が印加されている。このようにして、強磁性層８は、外部からの磁界Ｈｅｘの強度が０の無磁界時においては、長手方向の磁化１１を有している。外部からの磁界Ｈｅｘを印加しない状態において、３つのトンネル絶縁層９ａ〜９ｃのそれぞれを挟んで対向する強磁性層８ａ〜８ｂの磁化１１ａ〜１１ｄ方向は互いに反対方向である。   The magnetoresistive effect element 1 has a substantially planar shape that is rectangular, and has a longitudinal direction and a lateral direction. In order to impart magnetic anisotropy and crystal magnetic anisotropy depending on the shape in the same direction, a magnetic field is applied in the longitudinal direction during formation of the ferromagnetic layer 8 and during heat treatment. Thus, the ferromagnetic layer 8 has the magnetization 11 in the longitudinal direction when there is no magnetic field where the intensity of the external magnetic field Hex is zero. In a state where no external magnetic field Hex is applied, the directions of magnetizations 11a to 11d of the ferromagnetic layers 8a to 8b facing each other with the three tunnel insulating layers 9a to 9c interposed therebetween are opposite to each other.

より具体的には、トンネル絶縁層９ａを挟んで対向する強磁性層８ａ，８ｂの磁化１１ａ，１１ｂは互いに反対方向であり、トンネル絶縁層９ｂを挟んで対向する強磁性層８ｂ，８ｃの磁化１１ｂ，１１ｃは互いに反対方向であり、トンネル絶縁層９ｃを挟んで対向する強磁性層８ｃ，８ｄの磁化１１ｃ，１１ｄは互いに反対方向である。   More specifically, the magnetizations 11a and 11b of the ferromagnetic layers 8a and 8b facing each other across the tunnel insulating layer 9a are in opposite directions, and the magnetizations of the ferromagnetic layers 8b and 8c facing each other across the tunnel insulating layer 9b. 11b and 11c are in opposite directions, and the magnetizations 11c and 11d of the ferromagnetic layers 8c and 8d facing each other across the tunnel insulating layer 9c are in opposite directions.

ここで強磁性層８の磁化１１が互いに反対方向とは、磁化１１の方向が１８０°または１８０°から製造誤差により±１０°の範囲でずれている場合を含んでいる。なお、図１では、見易くするため強磁性層の磁化１１は無磁界における方向を示している。   Here, the directions in which the magnetizations 11 of the ferromagnetic layers 8 are opposite to each other include a case where the directions of the magnetizations 11 are shifted from 180 ° or 180 ° within a range of ± 10 ° due to manufacturing errors. In FIG. 1, the magnetization 11 of the ferromagnetic layer indicates the direction in the absence of a magnetic field for the sake of clarity.

図２を参照して、磁気抵抗効果素子１は、外部磁界により抵抗値が変化するため、可変抵抗素子の記号で示されている。磁気抵抗効果素子１と並列に電圧計３が接続され、磁気抵抗効果素子１と直列に直流電源２が接続されている。図２においては、直流電源２は接地ノードと磁気抵抗効果素子１との間に接続されているように示すが、直流電源２は、電源ノードと接地ノードとの間に接続されて一定の電流を磁気抵抗効果素子１に供給する。   Referring to FIG. 2, magnetoresistive effect element 1 is indicated by a symbol of a variable resistance element because its resistance value changes due to an external magnetic field. A voltmeter 3 is connected in parallel with the magnetoresistive effect element 1, and a DC power supply 2 is connected in series with the magnetoresistive effect element 1. In FIG. 2, the DC power supply 2 is shown as being connected between the ground node and the magnetoresistive effect element 1, but the DC power supply 2 is connected between the power supply node and the ground node and has a constant current. Is supplied to the magnetoresistive element 1.

図３を参照して、磁気抵抗効果素子１は、下部電極層６と、上部電極層７と、強磁性層８と、トンネル絶縁層９とを有している。基板１０上に下部電極層６は形成されている。下部電極層６上に強磁性層８ａ〜８ｄがトンネル絶縁層９ａ〜９ｃを挟むように形成されている。４層の強磁性層８ａ〜８ｄおよび３層のトンネル絶縁層９ａ〜９ｃが積層されている。   Referring to FIG. 3, magnetoresistive effect element 1 has lower electrode layer 6, upper electrode layer 7, ferromagnetic layer 8, and tunnel insulating layer 9. A lower electrode layer 6 is formed on the substrate 10. Ferromagnetic layers 8a to 8d are formed on the lower electrode layer 6 so as to sandwich the tunnel insulating layers 9a to 9c. Four ferromagnetic layers 8a to 8d and three tunnel insulating layers 9a to 9c are stacked.

より具体的には下部電極層６上に強磁性層８ａが形成されている。強磁性層８ａ表面上にトンネル絶縁層９ａが形成されている。トンネル絶縁層９ａ上に強磁性層８ｂが形成されている。強磁性層８ｂ上にトンネル絶縁層９ｂが形成されている。トンネル絶縁層９ｂ上に強磁性層８ｃが形成されている。強磁性層８ｃ上にトンネル絶縁層９ｃが形成されている。トンネル絶縁層９ｃ上に強磁性層８ｄが形成されている。そして、最上層である強磁性層８ｄ上に上部電極層７が形成されている。なお、図３では、図１と同様に強磁性層８の磁化１１（１１ａ〜１１ｄ）は無磁界における方向を示している。   More specifically, a ferromagnetic layer 8 a is formed on the lower electrode layer 6. A tunnel insulating layer 9a is formed on the surface of the ferromagnetic layer 8a. A ferromagnetic layer 8b is formed on the tunnel insulating layer 9a. A tunnel insulating layer 9b is formed on the ferromagnetic layer 8b. A ferromagnetic layer 8c is formed on the tunnel insulating layer 9b. A tunnel insulating layer 9c is formed on the ferromagnetic layer 8c. A ferromagnetic layer 8d is formed on the tunnel insulating layer 9c. An upper electrode layer 7 is formed on the uppermost ferromagnetic layer 8d. In FIG. 3, as in FIG. 1, the magnetization 11 (11a to 11d) of the ferromagnetic layer 8 indicates the direction in the absence of a magnetic field.

４つの強磁性層８ａ〜８ｄは、各々、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（コバルト−鉄−ホウ素）合金膜からなっている。なお、強磁性層８はＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜に限定されず、Ｃｏ−Ｆｅ（コバルト−鉄）合金、Ｎｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）等のＣｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）およびＦｅ（鉄）の少なくともいずれかを主成分とする強磁性膜であればよく、これらを積層した強磁性膜であっても同様な効果を得ることが可能である。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜からなる４つの強磁性層８ａ〜８ｄの厚さは、それぞれ３ｎｍである。なお、４つの強磁性層８ａ〜８ｄの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。また、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜は不可避不純物を含んでいる。   Each of the four ferromagnetic layers 8a to 8d is made of a Co—Fe—B (cobalt-iron-boron) alloy film. The ferromagnetic layer 8 is not limited to a Co—Fe—B alloy film, but may be a Co—Fe (cobalt-iron) alloy, a Ni—Fe (nickel-iron) alloy, Fe (iron), Co (cobalt), or the like. Any ferromagnetic film containing at least one of Co (cobalt), Ni (nickel), and Fe (iron) as a main component can be obtained, and the same effect can be obtained even with a laminated ferromagnetic film. It is. Each of the four ferromagnetic layers 8a to 8d made of the Co—Fe—B alloy film has a thickness of 3 nm. The thickness of the four ferromagnetic layers 8a to 8d is not limited to this, and can be changed according to the resistance of the element and the magnetic field response. Further, the Co—Fe—B alloy film contains inevitable impurities.

３つのトンネル絶縁層９ａ〜９ｃは、各々、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）膜からなっている。なお、トンネル絶縁層９はこれに限定されない。ＭｇＯ膜からなる３つのトンネル絶縁膜９ａ〜９ｃの厚さは、それぞれ０．８ｎｍである。なお、３つのトンネル絶縁層９ａ〜９ｃの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。また、ＭｇＯ膜は不可避不純物を含んでいる。   Each of the three tunnel insulating layers 9a to 9c is made of an MgO (magnesium oxide) film. The tunnel insulating layer 9 is not limited to this. The thicknesses of the three tunnel insulating films 9a to 9c made of the MgO film are each 0.8 nm. The thickness of the three tunnel insulating layers 9a to 9c is not limited to this, and can be changed according to the resistance of the element and the magnetic field response. Further, the MgO film contains inevitable impurities.

下部電極層６および上部電極層７は、各々、Ｔａ（タンタル）膜からなっている。なお、下部電極層６および上部電極層７は、各々、これに限定されない。下部電極層６が図１に示す配線５に接続され、上部電極層７が、図１に示す配線４に接続されている。配線４，５には、各々、Ａｌ（アルミニウム）が用いられている。なお、配線４，５は、各々、これに限定されない。   The lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 7 are each made of a Ta (tantalum) film. The lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 7 are not limited to this. The lower electrode layer 6 is connected to the wiring 5 shown in FIG. 1, and the upper electrode layer 7 is connected to the wiring 4 shown in FIG. Al (aluminum) is used for each of the wirings 4 and 5. The wirings 4 and 5 are not limited to this.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、トンネル絶縁層９ａを挟んで対向する強磁性層８ａ，８ｂの磁化１１ａ，１１ｂは、それぞれ反平行に結合している。これにより、無磁界において強磁性層８ａ，８ｂの磁化１１ａ，１１ｂは見掛け上打ち消し合う。トンネル絶縁層９ｃを挟んで対向する強磁性層８ｃ，８ｄの磁化１１ｃ，１１ｄも、それぞれ反平行に結合している。   In the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the magnetizations 11a and 11b of the ferromagnetic layers 8a and 8b facing each other across the tunnel insulating layer 9a are coupled in antiparallel. Thereby, the magnetizations 11a and 11b of the ferromagnetic layers 8a and 8b apparently cancel each other in the absence of a magnetic field. The magnetizations 11c and 11d of the ferromagnetic layers 8c and 8d facing each other across the tunnel insulating layer 9c are also coupled in antiparallel.

これにより、無磁界において強磁性層８ｃ，８ｄの磁化１１ｃ，１１ｄも見掛け上打ち消し合う。強磁性層８の個数が偶数個の４つであることから、無磁界において磁気抵抗効果素子１全体としての見掛け上の磁化は実質的に０である。４つ以上の強磁性層８の一方向の磁化を正とし、反対方向の磁化を負とした場合の正負の磁化の和は外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において実質的に０である。つまり、たとえば強磁性層８ａ,８ｃの磁化１１ａ,１１ｃの方向を正とし、強磁性層８ｂ，８ｄの磁化１１ｂ，１１ｄの方向を負とした場合、正の磁化と負の磁化とが互いに相殺されて磁化１１〜１１ｄの和は無磁界において実質的にゼロとなる。   Thereby, the magnetizations 11c and 11d of the ferromagnetic layers 8c and 8d apparently cancel each other in the absence of a magnetic field. Since the number of the ferromagnetic layers 8 is four, which is an even number, the apparent magnetization of the magnetoresistive effect element 1 as a whole is substantially zero in the absence of a magnetic field. The sum of the positive and negative magnetizations when the unidirectional magnetization of the four or more ferromagnetic layers 8 is positive and the negative magnetization is negative is substantially 0 in a state where the magnetic field Hex is not applied from the outside. That is, for example, when the directions of the magnetizations 11a and 11c of the ferromagnetic layers 8a and 8c are positive and the directions of the magnetizations 11b and 11d of the ferromagnetic layers 8b and 8d are negative, the positive magnetization and the negative magnetization cancel each other. Thus, the sum of the magnetizations 11 to 11d is substantially zero in the absence of a magnetic field.

ここで実質的に０とは、強磁性層８ａ〜８ｄのそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが反平行方向に結合した状態を保ったまま全体として磁化が回転しない状態である。たとえば、強磁性層８が４層の場合、飽和磁化に対して磁場が発生していない場所の磁化が１／４以下となるような状態である。強磁性層８がｎ層（ｎは４以上の整数）の場合には、飽和磁化に対して磁場が発生していない場所の磁化が１／ｎ以下となるような状態である。   Here, “substantially 0” is a state in which the magnetizations 11 a to 11 d of the ferromagnetic layers 8 a to 8 d do not rotate as a whole while maintaining a state where the magnetizations 11 a to 11 d are coupled in the antiparallel direction. For example, when the ferromagnetic layer 8 has four layers, the magnetization in a place where no magnetic field is generated with respect to the saturation magnetization is ¼ or less. When the ferromagnetic layer 8 is an n layer (n is an integer of 4 or more), the magnetization at a location where no magnetic field is generated with respect to the saturation magnetization is 1 / n or less.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１の磁化１１の配置によれば、図１および図３に示すように外部から磁界が印加された場合、強磁性層８ａ〜８ｄのそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが回転することにより、トンネル絶縁層９ａ〜９ｃのそれぞれにおける電子のトンネル確率が変化する。   According to the arrangement of the magnetizations 11 of the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, when a magnetic field is applied from the outside, the magnetizations 11a to 11d of the ferromagnetic layers 8a to 8d, respectively. Rotates, the tunneling probability of electrons in each of the tunnel insulating layers 9a to 9c changes.

次に、本実施の形態の磁気抵抗効果素子および磁界検出器の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the magnetoresistive effect element and the magnetic field detector of the present embodiment will be described.

図３を参照して、磁気抵抗効果素子１を構成するそれぞれの金属膜は、基板１０上にＤＣマグネトロンスパッタリングにより形成される。基板１０はＳｉ（ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ガラスなどが用いられる。なお、基板１０はこれに限定されず、その他の材料であってもよい。   Referring to FIG. 3, each metal film constituting magnetoresistive effect element 1 is formed on substrate 10 by DC magnetron sputtering. The substrate 10 is made of Si (silicon), SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), GaAs (gallium arsenide), glass, or the like. In addition, the board | substrate 10 is not limited to this, Other materials may be sufficient.

ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリングを用いてＴａ膜が下部電極層６として形成される。下部電極層６としてのＴａ膜が形成された後、大気に曝されることなく同一装置内で膜厚３ｎｍのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜が強磁性層８ａとして形成される。引続き、大気に曝すことなくＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタリングを用いて膜厚０．８ｎｍのＭｇＯ膜がトンネル絶縁層９ａとして形成される。同様に、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜とＭｇＯ膜とが繰り返し形成される。   A Ta film is formed as the lower electrode layer 6 using DC (direct current) magnetron sputtering. After the Ta film as the lower electrode layer 6 is formed, a Co—Fe—B alloy film having a thickness of 3 nm is formed as the ferromagnetic layer 8a in the same apparatus without being exposed to the atmosphere. Subsequently, an MgO film having a thickness of 0.8 nm is formed as the tunnel insulating layer 9a using RF (radio frequency) magnetron sputtering without being exposed to the atmosphere. Similarly, a Co—Fe—B alloy film and an MgO film are repeatedly formed.

これにより、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜が強磁性層８ｂ〜８ｄとして形成され、ＭｇＯ膜がトンネル絶縁層９ａ〜９ｃとして形成される。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜が強磁性層８ｄとして形成された後に、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用いてＴａ膜が上部電極層７として形成される。   As a result, Co—Fe—B alloy films are formed as the ferromagnetic layers 8b to 8d, and MgO films are formed as the tunnel insulating layers 9a to 9c. After the Co—Fe—B alloy film is formed as the ferromagnetic layer 8d, a Ta film is formed as the upper electrode layer 7 using DC magnetron sputtering.

なお、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜を形成する際は、１００Ｏｅの磁界が印加される。これによってＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜からなる強磁性層８に磁気異方性が付与される。磁気抵抗効果素子１を構成する下部電極層６および上部電極層７としてのＴａ膜、強磁性層８としていのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜、トンネル絶縁層９としてのＭｇＯ膜の３種類の膜は、全て同一装置内で形成される。   Note that when a Co—Fe—B alloy film is formed, a magnetic field of 100 Oe is applied. As a result, magnetic anisotropy is imparted to the ferromagnetic layer 8 made of the Co—Fe—B alloy film. Three types of films, that is, a Ta film as the lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 7 constituting the magnetoresistive effect element 1, a Co—Fe—B alloy film as the ferromagnetic layer 8, and an MgO film as the tunnel insulating layer 9. Are all formed in the same apparatus.

この後、フォトリソグラフィにより所望のパターンが形成される。積層化された磁気抵抗効果素子１を構成するＴａ膜、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜、ＭｇＯ膜の３種類の膜が形成された後、フォトレジストにより所望のパターンが形成される。その後、フォトレジストにより形成された所望のパターンをマスクとして、イオンミリングにより磁気抵抗効果素子１の形状が得られる。ここでの磁気抵抗効果素子１は前述のように長方形であり、たとえば短辺×長辺が５μｍ×１０μｍの長方形状に形成される。磁気抵抗効果素子１の長手方向は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の形成時の磁界印加方向と同一である。   Thereafter, a desired pattern is formed by photolithography. After three types of films, that is, a Ta film, a Co—Fe—B alloy film, and an MgO film constituting the laminated magnetoresistive effect element 1 are formed, a desired pattern is formed by a photoresist. Thereafter, the shape of the magnetoresistive element 1 is obtained by ion milling using a desired pattern formed of a photoresist as a mask. The magnetoresistive effect element 1 here is rectangular as described above, and is formed in, for example, a rectangular shape having a short side × long side of 5 μm × 10 μm. The longitudinal direction of the magnetoresistive effect element 1 is the same as the magnetic field application direction when forming the Co—Fe—B alloy film.

その後にＣｏ−Ｆｅ−Ｂ膜およびＭｇＯ膜の結晶化を促進する熱処理が実施される。ここでは、磁気抵抗効果素子１にＣｏ−Ｆｅ−Ｂ膜の磁化を飽和する磁界である５ｋＯｅが印加され、磁気抵抗効果素子１はＣｏ−Ｆｅ−Ｂ膜を結晶化するための温度である３５０℃で１時間保持された。なお、たとえば４００℃などの３５０℃以上の熱処理温度も適用することができる。磁界印加方向は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の成膜時と同様であり、磁気抵抗効果素子１の長手方向である。   After that, heat treatment for promoting crystallization of the Co—Fe—B film and the MgO film is performed. Here, 5 kOe, which is a magnetic field that saturates the magnetization of the Co—Fe—B film, is applied to the magnetoresistive element 1, and the magnetoresistive element 1 has a temperature of 350 for crystallization of the Co—Fe—B film. Hold at 1 ° C. for 1 hour. For example, a heat treatment temperature of 350 ° C. or higher such as 400 ° C. can also be applied. The direction in which the magnetic field is applied is the same as that in forming the Co—Fe—B alloy film, and is the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element 1.

上記の熱処理を経た後、ＭｇＯ膜を介して隣接するＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の磁化は、それぞれ１８０°の方向を向く。つまり、トンネル絶縁層９としてのＭｇＯ膜を挟んで対向する強磁性層８としてのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の磁化１１は互いに反対方向を向く。   After the above heat treatment, the magnetizations of the Co—Fe—B alloy films adjacent to each other through the MgO film are oriented in the direction of 180 °. That is, the magnetizations 11 of the Co—Fe—B alloy films as the ferromagnetic layers 8 facing each other across the MgO film as the tunnel insulating layer 9 are in opposite directions.

なお、図１に示すように配線４，５を、それぞれ下部電極層６および上部電極層７に接続することで磁気抵抗効果素子１と直流電源２および電圧計３とは電気的に接続される。これにより、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００が形成される。   As shown in FIG. 1, the magnetoresistive effect element 1, the DC power source 2 and the voltmeter 3 are electrically connected by connecting the wirings 4 and 5 to the lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 7, respectively. . Thereby, the magnetic field detector 100 using the magnetoresistive effect element 1 of this Embodiment is formed.

次に、本実施の形態の磁界検出器の磁界検出動作について説明する。
図２を参照して、磁界検出時に磁気抵抗効果素子１に配線４，５を通じて直流電源２から一定電流Ｉが供給される。磁気抵抗効果素子１に対して外部から磁界Ｈｅｘが印加されると、外部からの磁界Ｈｅｘの印加方向に応じて磁気抵抗効果素子１の抵抗値が変化する。この外部からの磁界Ｈｅｘの印加方向に応じた磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化により、直流電源２から供給される一定電流Ｉに対して、磁気抵抗効果素子１の下部電極層６と上部電極層７との間の電圧が変化する。この電圧変化が電圧計３で検出されて、外部からの磁界Ｈｅｘが検出される。 Next, the magnetic field detection operation of the magnetic field detector of the present embodiment will be described.
With reference to FIG. 2, a constant current I is supplied from the DC power source 2 to the magnetoresistive effect element 1 through the wirings 4 and 5 when the magnetic field is detected. When the magnetic field Hex is applied to the magnetoresistive effect element 1 from the outside, the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 changes in accordance with the application direction of the magnetic field Hex from the outside. Due to the change in the resistance value of the magnetoresistive effect element 1 in accordance with the application direction of the magnetic field Hex from the outside, the lower electrode layer 6 and the upper part of the magnetoresistive effect element 1 with respect to the constant current I supplied from the DC power source 2. The voltage between the electrode layers 7 changes. This voltage change is detected by the voltmeter 3, and the external magnetic field Hex is detected.

続いて、図１に示すように磁気抵抗効果素子１の短手方向（長手方向に交差する方向）に磁気抵抗効果素子１に対して外部から磁界Ｈｅｘが印加された場合の磁気抵抗効果素子１の動作について説明する。   Subsequently, as shown in FIG. 1, the magnetoresistive effect element 1 when a magnetic field Hex is applied from the outside to the magnetoresistive effect element 1 in the short direction (direction intersecting the longitudinal direction) of the magnetoresistive effect element 1. Will be described.

図４を参照して、図中矢印方向に外部から磁界Ｈｅｘが印加されると、強磁性層８ａ〜８ｄの無磁界における磁化１１ａ〜１１ｄは、相互に作用しながら磁界Ｈｅｘ方向に回転する。この結果、強磁性層８ａ〜８ｄの無磁界における磁化１１ａ〜１１ｄは、外部磁界印加後の磁化１２ａ〜１２ｄに示されるように回転する。   Referring to FIG. 4, when a magnetic field Hex is applied from the outside in the direction of the arrow in the figure, the magnetizations 11 a to 11 d of the ferromagnetic layers 8 a to 8 d in the non-magnetic field rotate in the direction of the magnetic field Hex while interacting with each other. As a result, the magnetizations 11a to 11d in the non-magnetic field of the ferromagnetic layers 8a to 8d rotate as indicated by the magnetizations 12a to 12d after applying the external magnetic field.

ここで、図５を参照して、ＴＭＲ素子を用いた磁界方向の検出方法について説明する。ＴＭＲ素子を構成する２層の強磁性層の磁化２２，２３の向きをそれぞれ、θ1、θ2とすると、素子抵抗Ｒは近似的に以下で表される。 Here, with reference to FIG. 5, the detection method of the magnetic field direction using a TMR element is demonstrated. If the directions of the magnetizations 22 and 23 of the two ferromagnetic layers constituting the TMR element are θ 1 and θ 2 , respectively, the element resistance R is approximately expressed as follows.

Ｒ＝Ｒ0−ΔＲ／２・ｃｏｓ（θ2−θ1） （１）
上記式（１）においてＲ0は素子抵抗の中心値であり、ΔＲは素子の抵抗変化量である。ＴＭＲ素子を構成する２層の強磁性層の磁化２２、２３は、外部磁界の大きさと向きに依存して磁化方向が変化する。この結果、上記式（１）においてθ2−θ1は外部磁界に依存して変化する。これによって、素子抵抗Ｒを測定することにより、磁界が検出される。 R = R 0 −ΔR / 2 · cos (θ 2 −θ 1 ) (1)
In the above formula (1), R 0 is the center value of the element resistance, and ΔR is the resistance change amount of the element. The magnetization directions of the two ferromagnetic layers constituting the TMR element change depending on the magnitude and direction of the external magnetic field. As a result, in the above formula (1), θ 2 −θ 1 changes depending on the external magnetic field. Thus, the magnetic field is detected by measuring the element resistance R.

再び図４を参照して、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、図中矢印方向に外部から磁界Ｈｅｘが印加されることにより、強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄはそれぞれが相互に作用しながら外部からの磁界Ｈｅｘの方向へ回転する。すなわち、強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄは、それぞれ磁界Ｈｅｘの方向へ回転して、磁化１２ａ〜１２ｄに変化する。したがって、強磁性層８ａと８ｂ、強磁性層８ｂと８ｃ、強磁性層８ｃと８ｄのそれぞれにおいて相対的な磁化方向が変化する。そのため、図３に示すトンネル絶縁層９を通じた電子のトンネル確率も変化する。   Referring to FIG. 4 again, in the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the magnetic field Hex is applied from the outside in the direction of the arrow in the figure, so that the magnetizations 11a to 11d of the ferromagnetic layers 8a to 8d are respectively Rotate in the direction of the external magnetic field Hex while interacting. That is, the magnetizations 11a to 11d of the ferromagnetic layers 8a to 8d rotate in the direction of the magnetic field Hex and change to magnetizations 12a to 12d. Therefore, the relative magnetization directions change in the ferromagnetic layers 8a and 8b, the ferromagnetic layers 8b and 8c, and the ferromagnetic layers 8c and 8d, respectively. Therefore, the tunnel probability of electrons through the tunnel insulating layer 9 shown in FIG. 3 also changes.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、図３に示すトンネル絶縁層９ａを挟んで対向する強磁性層８ａ，８ｂで抵抗２１ａが形成されており、トンネル絶縁層９ｂを挟んで対向する強磁性層８ｂ，８ｃで抵抗２１ｂが形成されており、トンネル絶縁層９ｃを挟んで対向する強磁性層８ｃ，８ｄで抵抗２１ｃが形成されているとみなされる。そして、トンネル絶縁層９ａ〜９ｃを挟んで対向する強磁性層８ａ〜８ｄによって形成される抵抗２１ａ〜２１ｃが３つ直列に接続されているとみなされ、外部からの磁界Ｈｅｘに依存した素子抵抗Ｒの変化が得られる。   In the magnetoresistive effect element 1 according to the present exemplary embodiment, the resistance 21a is formed by the ferromagnetic layers 8a and 8b facing each other with the tunnel insulating layer 9a shown in FIG. It is considered that the resistor 21b is formed by the magnetic layers 8b and 8c, and the resistor 21c is formed by the ferromagnetic layers 8c and 8d facing each other across the tunnel insulating layer 9c. The three resistors 21a to 21c formed by the ferromagnetic layers 8a to 8d facing each other across the tunnel insulating layers 9a to 9c are considered to be connected in series, and the element resistance depending on the magnetic field Hex from the outside. A change in R is obtained.

なお、さらに外部からの磁界Ｈｅｘを大きくするとすべての磁化１２ａ〜１２ｄが外部からの磁界Ｈｅｘの印加方向へと飽和するため、素子抵抗Ｒは最小値で飽和する。外部からの磁界Ｈｅｘと素子抵抗Ｒとの関係を用いて、磁気抵抗効果素子１の積層方向（膜面に垂直方向）に一定の電流Ｉを流し、図２に示す電圧計３により磁気抵抗効果素子１にかかる電圧Ｖを測定することで、外部からの磁界Ｈｅｘの強度が検出される。   If the magnetic field Hex from the outside is further increased, all the magnetizations 12a to 12d are saturated in the application direction of the magnetic field Hex from the outside, so that the element resistance R is saturated at the minimum value. Using the relationship between the external magnetic field Hex and the element resistance R, a constant current I flows in the stacking direction of the magnetoresistive effect element 1 (perpendicular to the film surface), and the voltmeter 3 shown in FIG. By measuring the voltage V applied to the element 1, the strength of the external magnetic field Hex is detected.

次に、本実施の形態の変形例について説明する。
本実施の形態の変形例として、磁気抵抗効果素子を複数個用いてブリッジ回路を構成してもよい。図６を参照して、磁界検出器１００は、直流電源２からの電流が供給されるブリッジ回路３０と、ブリッジ回路３０のノードＮ２およびＮ４の電圧を差動増幅する差動増幅器３２と、この差動増幅器３２の出力信号の電圧レベルを検出する電圧計３とを有している。磁界検出器１００では、ブリッジ回路３０から検出磁界に応じた信号が出力される。 Next, a modification of the present embodiment will be described.
As a modification of the present embodiment, a bridge circuit may be configured using a plurality of magnetoresistive elements. Referring to FIG. 6, magnetic field detector 100 includes a bridge circuit 30 to which a current from DC power supply 2 is supplied, a differential amplifier 32 that differentially amplifies voltages at nodes N2 and N4 of bridge circuit 30, and this And a voltmeter 3 for detecting the voltage level of the output signal of the differential amplifier 32. In the magnetic field detector 100, a signal corresponding to the detected magnetic field is output from the bridge circuit 30.

ブリッジ回路３０は、ノードＮ１およびＮ２の間に接続される磁気抵抗効果素子１ａと、ノードＮ２と接地ノードＮ３の間に接続される定抵抗素子３１ｂと、ノードＮ１およびＮ４の間に接続される定抵抗素子３１ａと、ノードＮ４と接地ノードＮ３の間に接続される磁気抵抗効果素子１ｂとを有している。ノードＮ１が直流電源２に接続されている。ノードＮ２およびＮ４が、差動増幅器３２の相補入力にそれぞれ接続されている。ノードＮ３が接地ノードに接続されている。   Bridge circuit 30 is connected between nodes N1 and N4, magnetoresistive element 1a connected between nodes N1 and N2, constant resistance element 31b connected between node N2 and ground node N3, and nodes N1 and N4. Constant resistance element 31a and magnetoresistive effect element 1b connected between node N4 and ground node N3 are provided. Node N1 is connected to DC power supply 2. Nodes N2 and N4 are connected to complementary inputs of the differential amplifier 32, respectively. Node N3 is connected to the ground node.

磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂは、図３に示す構成を有している。また、外部磁界のこれらの磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂへの影響は同じである。定抵抗素子３１ａおよび３１ｂも、抵抗値が同じである。直流電源２から、ノードＮ１へ一定の大きさの電流が供給される。磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂでは、その抵抗値が、ほぼ同じ特性で変化し、ブリッジ回路３０において２つの電流経路、すなわちノードＮ１、ノードＮ２および接地ノードＮ３の経路を流れる電流と、ノードＮ１、Ｎ４およびＮ３を流れる電流の大きさは同じとなる。   The magnetoresistive effect elements 1a and 1b have the configuration shown in FIG. The influence of the external magnetic field on these magnetoresistive elements 1a and 1b is the same. The constant resistance elements 31a and 31b also have the same resistance value. A constant current is supplied from the DC power supply 2 to the node N1. In the magnetoresistive effect elements 1a and 1b, the resistance values change with substantially the same characteristics, and the current flowing through two current paths in the bridge circuit 30, that is, the paths of the node N1, the node N2, and the ground node N3, and the nodes N1, The magnitudes of currents flowing through N4 and N3 are the same.

外部磁界の影響により、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値が大きくなった場合、ノードＮ２の電圧が低下し、一方、ノードＮ４の電圧レベルが上昇する。逆に、外部磁界により、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値が小さくなった場合、ノードＮ２の電圧レベルが上昇し、ノードＮ４の電圧レベルが低下する。   When the resistance values of the magnetoresistive effect elements 1a and 1b increase due to the influence of the external magnetic field, the voltage at the node N2 decreases, while the voltage level at the node N4 increases. Conversely, when the resistance values of the magnetoresistive effect elements 1a and 1b are reduced by the external magnetic field, the voltage level of the node N2 increases and the voltage level of the node N4 decreases.

したがって、ノードＮ２およびＮ４の電圧レベルは、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値変化に対して相補的に変化し、この差分値を、差動増幅器３２で増幅する。これにより、１つの磁気抵抗効果素子による電圧変化に較べて、ノードＮ２およびＮ４の差分信号変化量が大きくなり、電圧計３で、高精度で、外部磁界により生じる電圧変化を検出することができる。そのため、大きな出力信号が得られる。また、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの温度依存性を相殺することができるので、温度に依存した磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗変化を緩和することが可能である。   Therefore, the voltage levels of nodes N2 and N4 change complementarily to the resistance value changes of magnetoresistive effect elements 1a and 1b, and the difference value is amplified by differential amplifier 32. Thereby, compared with the voltage change by one magnetoresistive effect element, the difference signal change amount of node N2 and N4 becomes large, and the voltmeter 3 can detect the voltage change which arises with an external magnetic field with high precision. . Therefore, a large output signal can be obtained. Moreover, since the temperature dependence of the magnetoresistive effect elements 1a and 1b can be offset, it is possible to reduce the resistance change of the magnetoresistive effect elements 1a and 1b depending on the temperature.

次に、本実施の形態の作用効果について比較例と比較して説明する。
図７を参照して、比較例１の磁界検出器におけるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１では、基板１０上にＴａ膜からなる下部電極層６が形成されている。下部電極層６上にＩｒ−Ｍｎ膜からなる反強磁性層１５が形成されている。反強磁性層１５上に反強磁性層１５により磁化方向が固定された固着層８Ｘが形成されている。固着層８ＸにはＣｏ−Ｆｅ（コバルト−鉄）膜が用いられている。固着層８Ｘ上にＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）膜からなるトンネル絶縁層９Ｘが形成されている。 Next, the effect of this embodiment will be described in comparison with a comparative example.
Referring to FIG. 7, in spin valve magnetoresistive element 1 in the magnetic field detector of Comparative Example 1, lower electrode layer 6 made of a Ta film is formed on substrate 10. An antiferromagnetic layer 15 made of an Ir—Mn film is formed on the lower electrode layer 6. On the antiferromagnetic layer 15, a fixed layer 8X whose magnetization direction is fixed by the antiferromagnetic layer 15 is formed. A Co—Fe (cobalt-iron) film is used for the fixed layer 8X. A tunnel insulating layer 9X made of an Al 2 O 3 (aluminum oxide) film is formed on the fixed layer 8X.

トンネル絶縁層９Ｘ上に外部からの磁界Ｈｅｘによって磁化方向が変化する自由層８Ｙが形成されている。自由層８ＹにはＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）膜が用いられている。自由層８Ｙ上にはＴａ膜からなる上部電極層７が形成されている。図４では省略しているが、下部電極層６および上部電極層７は各々図２に示すのと同様にＡｌによって形成される配線４，５と接続されている。   A free layer 8Y whose magnetization direction is changed by a magnetic field Hex from the outside is formed on the tunnel insulating layer 9X. A Ni—Fe (nickel-iron) film is used for the free layer 8Y. An upper electrode layer 7 made of a Ta film is formed on the free layer 8Y. Although omitted in FIG. 4, the lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 7 are respectively connected to wirings 4 and 5 formed of Al as shown in FIG.

この比較例１の磁気抵抗効果素子１の構造においては、固着層８Ｘの端部から漏洩磁界が発生する。そのため、自由層８Ｙの磁化１１Ｙは、この漏洩磁界の影響によって回転する。また、この固着層８Ｘの磁化１１Ｘは、外部からの磁界Ｈｅｘの大きさに依存して回転する。結果として磁気抵抗効果素子１は、外部からの磁界Ｈｅｘに依存して変化する固着層８Ｘからの漏洩磁界の影響も受ける。このようにして、比較例１の磁気抵抗効果素子１では外部磁界の検出において固着層８Ｘからの漏洩磁界の影響に基づく誤差が発生する。   In the structure of the magnetoresistive effect element 1 of the comparative example 1, a leakage magnetic field is generated from the end portion of the fixed layer 8X. Therefore, the magnetization 11Y of the free layer 8Y rotates due to the influence of this leakage magnetic field. Further, the magnetization 11X of the pinned layer 8X rotates depending on the magnitude of the external magnetic field Hex. As a result, the magnetoresistive effect element 1 is also affected by a leakage magnetic field from the fixed layer 8X that changes depending on the magnetic field Hex from the outside. Thus, in the magnetoresistive effect element 1 of the comparative example 1, an error based on the influence of the leakage magnetic field from the fixed layer 8X occurs in the detection of the external magnetic field.

磁界検出器におけるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１において、固着層８Ｘからの漏洩磁界の影響を抑制する構造として、図８に示す構造を有する比較例２の磁気抵抗効果素子１がある。図８を参照して、比較例２の磁界検出器におけるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１では、比較例１と比較して固着層８Ｘが積層化されている点が異なっている。   In the spin valve magnetoresistive effect element 1 in the magnetic field detector, there is a magnetoresistive effect element 1 of Comparative Example 2 having the structure shown in FIG. 8 as a structure for suppressing the influence of the leakage magnetic field from the fixed layer 8X. Referring to FIG. 8, the spin valve magnetoresistive effect element 1 in the magnetic field detector of Comparative Example 2 is different from that of Comparative Example 1 in that the pinned layer 8X is laminated.

固着層８Ｘは、Ｉｒ−Ｍｎ膜からなる反強磁性層１５により磁化方向が固定されている。固着層８Ｘは、は強磁性層８Ｘa／非磁性層８Ｘb／強磁性層８Ｘcと積層化されている。強磁性層８Ｘa，８Ｘcはともに同一の厚さのＣｏ−Ｆｅ合金膜からなっている。非磁性層８ＸbはＲｕ（ルテニウム）膜からなっている。 The pinned layer 8X has a magnetization direction fixed by an antiferromagnetic layer 15 made of an Ir—Mn film. Pinned layer 8X is being laminated ferromagnetic layer 8X a / the nonmagnetic layer 8X b / ferromagnetic layer 8X c. Ferromagnetic layer 8X a, 8X c are both made from Co-Fe alloy film of the same thickness. Nonmagnetic layer 8X b consists Ru (ruthenium) layer.

この比較例２の磁気抵抗効果素子１の構造においては、固着層８Ｘを構成する強磁性層８Ｘaおよび強磁性層８Ｘcは、非磁性層８Ｘbを挟んで、互い逆向きの磁化方向となるように反強磁性結合を形成している。この結果、強磁性層８Ｘaおよび強磁性層８Ｘcのそれぞれの磁化１１Ｘa，１１Ｘbは相殺されるため、固着層８Ｘからの漏洩磁界の発生を抑制することが可能である。また固着層８Ｘは、見かけ上の磁化が０であるため、外部磁界による磁化の回転力が抑制され、固着層８Ｘの磁化の回転も抑制される。 In the structure of the magnetoresistive element 1 of Comparative Example 2, the ferromagnetic layer 8X a and the ferromagnetic layer 8X c constituting the pinned layer 8X is across the non-magnetic layer 8X b, the magnetization direction of each other opposite Thus, antiferromagnetic coupling is formed. As a result, each of the magnetization 11X a ferromagnetic layer 8X a and the ferromagnetic layer 8X c, since 11X b is canceled, it is possible to suppress the occurrence of leakage magnetic field from the pinned layer 8X. Further, since the apparent magnetization of the pinned layer 8X is 0, the rotational force of magnetization due to the external magnetic field is suppressed, and the rotation of the magnetization of the fixed layer 8X is also suppressed.

比較例２の磁気抵抗効果素子１ｂの構造においては、Ｃｏ−Ｆｅ膜からなる強磁性層８Ｘaおよび強磁性層８Ｘcの厚さによって漏洩磁界を抑制するように磁化の調整を行う必要がある。しかしながら、比較例２の磁気抵抗効果素子１ｂでは、製造工程に起因してＣｏ−Ｆｅ膜の厚さが変動した場合、固着層８Ｘからの漏洩磁界も変動するため、安定性に問題がある。また、比較例２の磁気抵抗効果素子１ｂでは、比較例１の磁気抵抗効果素子１の構造と比較した場合、構造が複雑となる問題がある。 In the structure of the magnetoresistive element 1b of the comparative example 2, it is necessary to perform the magnetization of adjustment so as to suppress the leakage magnetic field by the thickness of the Co-Fe consisting film ferromagnetic layer 8X a and the ferromagnetic layer 8X c . However, in the magnetoresistive effect element 1b of the comparative example 2, when the thickness of the Co—Fe film varies due to the manufacturing process, the leakage magnetic field from the fixed layer 8X also varies, which causes a problem in stability. Further, the magnetoresistive effect element 1b of the comparative example 2 has a problem that the structure becomes complicated when compared with the structure of the magnetoresistive effect element 1 of the comparative example 1.

比較例１の磁気抵抗効果素子１では、各層に５種類の材料が用いられており、比較例２の磁気抵抗効果素子１では、各層に６種類の材料が用いられている。各層の形成においては、金属膜ではたとえばＤＣマグネトロンスパッタリングが用いられる。この場合、各界面における水分子や酸素分子の吸着を抑制するため、真空に保持された同一装置内で複数の材料からなる膜を形成する必要がある。この際、膜種の数に応じたスパッタリング・ターゲットを備えた装置が必要である。そのため、磁気抵抗効果素子１に複雑な構造を適用することにより形成に必要な装置も複雑となる問題がある。   In the magnetoresistive effect element 1 of Comparative Example 1, five types of materials are used in each layer, and in the magnetoresistive effect element 1 of Comparative Example 2, six types of materials are used in each layer. In forming each layer, for example, DC magnetron sputtering is used for the metal film. In this case, in order to suppress the adsorption of water molecules and oxygen molecules at each interface, it is necessary to form a film made of a plurality of materials in the same apparatus held in a vacuum. At this time, an apparatus having a sputtering target corresponding to the number of film types is required. For this reason, there is a problem that an apparatus necessary for formation becomes complicated by applying a complicated structure to the magnetoresistive element 1.

また、比較例１および比較例２の磁気抵抗効果素子１では、自由層８Ｙは１層の強磁性層からなるために、たとえばＮｉ−Ｆｅ膜の結晶粒径の大きさに起因して、複数の磁気抵抗効果素子１の間で自由層８Ｙの特性のばらつきが発生するおそれがある。   Moreover, in the magnetoresistive effect element 1 of the comparative example 1 and the comparative example 2, since the free layer 8Y is composed of one ferromagnetic layer, for example, due to the crystal grain size of the Ni—Fe film, a plurality of There is a risk that variations in the characteristics of the free layer 8Y may occur between the magnetoresistive effect elements 1.

一方、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、強磁性層８とトンネル絶縁層９とで形成されているため、比較例１および２のようなスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１のように固着層８Ｘを有していない。したがって、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１の固着層８Ｘの磁化に起因した磁界検出誤差の影響がない。つまり、固着層８Ｘから発生する磁界および固着層８Ｘの磁化の回転による磁界検出誤差が発生しない。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   On the other hand, according to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the spin valve type magnetoresistive effect element 1 as in Comparative Examples 1 and 2 is formed by the ferromagnetic layer 8 and the tunnel insulating layer 9. Thus, the fixed layer 8X is not provided. Therefore, there is no influence of the magnetic field detection error caused by the magnetization of the pinned layer 8X of the spin valve magnetoresistive element 1. That is, the magnetic field detection error due to the rotation of the magnetic field generated from the pinned layer 8X and the magnetization of the pinned layer 8X does not occur. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において３つ以上のトンネル絶縁層９のそれぞれを挟んで対向する強磁性層８の磁化１１方向は互いに反対方向である。強磁性層８が４層以上であるため、結晶粒などに起因して各層に磁気特性のばらつきが存在する場合においても、磁気特性は効果的に平均化される。このため、強磁性層８に起因した磁気抵抗効果素子１の特性のばらつきを抑制することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   Further, in the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the directions of the magnetizations 11 of the ferromagnetic layers 8 facing each other across the three or more tunnel insulating layers 9 in a state where no magnetic field Hex is applied from the outside are opposite to each other. It is. Since the ferromagnetic layer 8 has four or more layers, the magnetic characteristics are effectively averaged even when there are variations in the magnetic characteristics due to crystal grains and the like. For this reason, variation in characteristics of the magnetoresistive element 1 due to the ferromagnetic layer 8 can be suppressed. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１は、強磁性層８と、トンネル絶縁層９と、下部電極層６および上部電極層７との３種類の膜で形成されるため、３種類の膜を形成可能な形成装置、たとえば３個のスパッタリング・ターゲットを有する形成装置で形成することができる。このため、従来のスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１よりも形成装置を単純化することができる。そのため磁気抵抗効果素子１およびそれを用いた磁界検出器１００を容易に形成することができる。   In addition, since the magnetoresistive effect element 1 according to the present embodiment is formed of three types of films including the ferromagnetic layer 8, the tunnel insulating layer 9, the lower electrode layer 6, and the upper electrode layer 7, there are three types of films. It can be formed by a forming apparatus capable of forming a film, for example, a forming apparatus having three sputtering targets. Therefore, the forming apparatus can be simplified as compared with the conventional spin valve type magnetoresistive effect element 1. Therefore, the magnetoresistive effect element 1 and the magnetic field detector 100 using the same can be easily formed.

また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、比較例１および２のようなスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１と異なり反強磁性層１５を有しないため、熱処理の条件として強磁性層８を構成するＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜を結晶化するための条件を選択することができる。このため、反強磁性層１５を有する場合より熱処理の条件の選択の幅を広げることができる。そのため磁気抵抗効果素子１およびそれを用いた磁界検出器１００を容易に形成することができる。   Further, unlike the spin valve magnetoresistive effect element 1 as in Comparative Examples 1 and 2, the magnetoresistive effect element 1 according to the present embodiment does not have the antiferromagnetic layer 15. The conditions for crystallizing the Co—Fe—B alloy film constituting 8 can be selected. For this reason, the range of selection of the heat treatment conditions can be expanded as compared with the case where the antiferromagnetic layer 15 is provided. Therefore, the magnetoresistive effect element 1 and the magnetic field detector 100 using the same can be easily formed.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、４つ以上の強磁性層８の磁化１１の和は、外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において実質的に０であってもよい。本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８の磁化１１は互いに反対方向に結合されているため、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄは互いに見掛け上打ち消し合い、見掛け上の磁化を実質的に０にすることができる。   In the magnetoresistive effect element 1 of the present exemplary embodiment, the sum of the magnetizations 11 of the four or more ferromagnetic layers 8 may be substantially zero in a state where no magnetic field Hex is applied from the outside. According to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the magnetizations 11 of the ferromagnetic layers 8 facing each other across the tunnel insulating layer 9 are coupled in opposite directions to each other, so that they face each other across the tunnel insulating layer 9. The respective magnetizations 11a to 11d of the ferromagnetic layer 8 apparently cancel each other, and the apparent magnetization can be made substantially zero.

磁気抵抗効果素子１の見掛け上の磁化が実質的に０でない場合には、強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが反平行方向（１８０°方向）に結合した状態を保ったまま、全体の磁化が回転する可能性がある。この場合には抵抗変化が小さいため、磁界検出は困難である。   When the apparent magnetization of the magnetoresistive effect element 1 is not substantially 0, the entire magnetization 11a to 11d of the ferromagnetic layer 8 remains coupled in the antiparallel direction (180 ° direction). May rotate. In this case, since the resistance change is small, magnetic field detection is difficult.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、４つ以上の強磁性層８の磁化１１の和は、外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において実質的に０であるため、外部から磁界Ｈｅｘが印加された状態で、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが個別に回転する。よって、強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが反平行方向（１８０°方向）に結合を保持した状態での磁化の回転を抑制し、磁界の誤検出を防止することができる。このため、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。   According to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the sum of the magnetizations 11 of the four or more ferromagnetic layers 8 is substantially 0 in a state where the magnetic field Hex is not applied from the outside. In the state where is applied, the magnetizations 11a to 11d of the ferromagnetic layers 8 facing each other across the tunnel insulating layer 9 rotate individually. Therefore, it is possible to suppress the rotation of the magnetization in a state where the respective magnetizations 11a to 11d of the ferromagnetic layer 8 maintain the coupling in the antiparallel direction (180 ° direction), and prevent the erroneous detection of the magnetic field. For this reason, the resistance change can be detected with high accuracy by the ferromagnetic layer 8 facing the tunnel insulating layer 9 therebetween. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、４つ以上の強磁性層８の個数は、偶数個であってもよい。本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、４つ以上の強磁性層８の個数が偶数個であるため、２つの強磁性層８からなる組を２つ以上設けることができる。磁化１１を互いに見掛け上打ち消し合う２つの強磁性層８を２組以上設けることで強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｂを見掛け上の打ち消し合い、相殺することが容易である。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   In the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the number of the four or more ferromagnetic layers 8 may be an even number. According to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, since the number of the four or more ferromagnetic layers 8 is an even number, two or more pairs of the two ferromagnetic layers 8 can be provided. By providing two or more pairs of the two ferromagnetic layers 8 that apparently cancel the magnetizations 11, the magnetizations 11 a to 11 b of the ferromagnetic layer 8 are apparently canceled and canceled easily. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、３つ以上のトンネル絶縁層９は、ＭｇＯ膜からなっていてもよい。トンネル絶縁層９がＭｇＯ膜からなっているため、１００％を超える大きな磁気抵抗変化率を得ることで高感度化することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   In the magnetoresistive effect element 1 of the present exemplary embodiment, the three or more tunnel insulating layers 9 may be made of an MgO film. Since the tunnel insulating layer 9 is made of an MgO film, the sensitivity can be increased by obtaining a large magnetoresistance change rate exceeding 100%. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、４つ以上の強磁性層８は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの少なくともいずれかを主成分としていてもよい。４つ以上の強磁性層８がＣｏ、ＮｉおよびＦｅの少なくともいずれかを主成分としているため、１００％を超える大きな磁気抵抗変化率を得ることで高感度化することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   In the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the four or more ferromagnetic layers 8 may contain at least one of Co, Ni, and Fe as a main component. Since the four or more ferromagnetic layers 8 are mainly composed of at least one of Co, Ni, and Fe, the sensitivity can be increased by obtaining a large magnetoresistance change rate exceeding 100%. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

本実施の形態の磁界検出器１００は、磁気抵抗効果素子の４つ以上の強磁性層８と３つ以上のトンネル絶縁層９との積層方向に電流が流されることで磁界を検出してもよい。４つ以上の強磁性層８と３つ以上のトンネル絶縁層９との積層方向に電流が流されるため、強磁性層８とトンネル絶縁層９とが３つの直列に接続された抵抗として機能する。３つの直列に接続された抵抗として機能することにより、たとえば抵抗が１つの場合と比較して抵抗変化を精度よく検出することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。   The magnetic field detector 100 according to the present embodiment detects a magnetic field by flowing a current in the stacking direction of four or more ferromagnetic layers 8 and three or more tunnel insulating layers 9 of the magnetoresistive effect element. Good. Since current flows in the stacking direction of four or more ferromagnetic layers 8 and three or more tunnel insulating layers 9, the ferromagnetic layer 8 and the tunnel insulating layer 9 function as three resistors connected in series. . By functioning as three resistors connected in series, for example, a change in resistance can be detected more accurately than in the case of one resistor. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

本実施の形態の磁界検出器１００は、磁気抵抗効果素子１を複数個用いて構成されるブリッジ回路３０を備え、ブリッジ回路３０から検出磁界に応じた信号が出力されてもよい。磁気抵抗効果素子１を複数個用いて構成されるブリッジ回路３０により、１つの磁気抵抗効果素子１による電圧変化に較べて、差分信号変化量を大きくすることができる。   The magnetic field detector 100 of the present embodiment may include a bridge circuit 30 configured by using a plurality of magnetoresistive effect elements 1, and a signal corresponding to the detected magnetic field may be output from the bridge circuit 30. The bridge circuit 30 configured by using a plurality of magnetoresistive effect elements 1 can increase the difference signal change amount as compared with the voltage change caused by one magnetoresistive effect element 1.

このため、電圧計３で、高精度で、外部磁界により生じる電圧変化を検出することができる。また、複数個の磁気抵抗効果素子１で温度依存性を相殺することができるので、温度に依存した磁気抵抗効果素子１の抵抗変化を緩和することができる。よって、高精度な磁界検出を実現することができる。   Therefore, the voltmeter 3 can detect a voltage change caused by the external magnetic field with high accuracy. In addition, since the temperature dependence can be offset by the plurality of magnetoresistive effect elements 1, the change in resistance of the magnetoresistive effect element 1 depending on the temperature can be reduced. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の磁気抵抗効果素子は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子と比較して、強磁性層およびトンネル絶縁層の積層数が主に異なっている。 (Embodiment 2)
The magnetoresistive effect element according to the second embodiment of the present invention is mainly different from the magnetoresistive effect element according to the first embodiment in the number of laminated ferromagnetic layers and tunnel insulating layers.

図９を参照して、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１は、基板１０上に下部電極層６が形成され、下部電極層６上に強磁性層８ａが形成されている。強磁性層８ａ上にトンネル絶縁層９ａが形成されている。強磁性層８およびトンネル絶縁層９の形成が繰り返されて、結果的に２０層の強磁性層８ａ〜８ｕと１９層のトンネル絶縁層９ａ〜９ｔが積層されている。最上層の強磁性層８ｕ上には上部電極層７が形成されている。   Referring to FIG. 9, in magnetoresistive element 1 of the present exemplary embodiment, lower electrode layer 6 is formed on substrate 10, and ferromagnetic layer 8 a is formed on lower electrode layer 6. A tunnel insulating layer 9a is formed on the ferromagnetic layer 8a. The formation of the ferromagnetic layer 8 and the tunnel insulating layer 9 is repeated. As a result, 20 layers of ferromagnetic layers 8a to 8u and 19 layers of tunnel insulating layers 9a to 9t are stacked. An upper electrode layer 7 is formed on the uppermost ferromagnetic layer 8u.

強磁性層８ａ〜８ｕの厚さは、それぞれ３ｎｍであり、トンネル絶縁層９ａ〜９ｔの厚さは、それぞれ０．６ｎｍである。なお、強磁性層８ａ〜８ｕの厚さおよびトンネル絶縁層９ａ〜９ｔの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。また、強磁性層８およびトンネル絶縁層９の積層数についても、ここでは一例を示したが、本実施の形態の積層数に限られない。   The thicknesses of the ferromagnetic layers 8a to 8u are each 3 nm, and the thicknesses of the tunnel insulating layers 9a to 9t are each 0.6 nm. The thickness of the ferromagnetic layers 8a to 8u and the thickness of the tunnel insulating layers 9a to 9t are not limited to this, and can be changed according to the resistance of the element and the magnetic field response. In addition, an example of the number of laminated ferromagnetic layers 8 and tunnel insulating layers 9 is shown here, but the number is not limited to the number of laminated layers in the present embodiment.

なお、本実施の形態のこれ以外の構成、製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。   In addition, since the structure and manufacturing method of this Embodiment other than this are the same as that of Embodiment 1 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is not repeated.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、結晶粒などに起因して強磁性層８の各層ごとの磁気特性のばらつきが発生した場合においても、強磁性層８の層数が多いため、磁気特性が平均化される際の影響が小さくなる。そのため、磁気特性のばらつきによる影響を抑制する効果を高くすることができる。   According to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the number of layers of the ferromagnetic layer 8 is large even when the magnetic characteristics of each layer of the ferromagnetic layer 8 vary due to crystal grains or the like. The influence when the magnetic characteristics are averaged is reduced. For this reason, it is possible to increase the effect of suppressing the influence due to variations in magnetic characteristics.

また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、下部電極層６および上部電極層７のそれぞれと強磁性層８との界面において変質層が生じることがある。この場合、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、層数が多いことから、磁気特性への影響を相対的に小さくすることができる。   Further, in the magnetoresistive effect element 1 of the present exemplary embodiment, an altered layer may be generated at the interface between the lower electrode layer 6 and the upper electrode layer 7 and the ferromagnetic layer 8. In this case, according to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, since the number of layers is large, the influence on the magnetic characteristics can be relatively reduced.

なお、上記では強磁性層８の層数が偶数個の場合について説明したが、強磁性層８の層数が奇数個であってもよい。強磁性層８の層数が奇数個の場合、１層分の磁化が相殺されないが、全体の層数が多いため、その影響は小さい。そのため、結果として、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。   Although the case where the number of the ferromagnetic layers 8 is an even number has been described above, the number of the ferromagnetic layers 8 may be an odd number. When the number of ferromagnetic layers 8 is an odd number, the magnetization of one layer is not canceled out, but the influence is small because the total number of layers is large. Therefore, as a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained. That is, the resistance change can be detected with high accuracy by the ferromagnetic layer 8 facing the tunnel insulating layer 9 therebetween. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の磁気抵抗効果素子は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子と比較して、強磁性層の厚さが主に異なっている。 (Embodiment 3)
The magnetoresistive effect element according to the third embodiment of the present invention is mainly different from the magnetoresistive effect element according to the first embodiment in the thickness of the ferromagnetic layer.

図１０を参照して、強磁性層８ａ，８ｂと強磁性層８ｃ，８ｄとの厚さが異なっている。強磁性層８ａ，８ｂの厚さはそれぞれ４ｎｍであり、強磁性層８ｃ，８ｄの厚さはそれぞれ３ｎｍである。したがって、強磁性層８ａの磁化１１ａと強磁性層８ｂの磁化１１ｂは等しく、強磁性層８ｃの磁化１１ｃと強磁性層８ｄの磁化１１ｄは等しい。また、磁化１１ａ，１１ｂは、磁化１１ｃ，１１ｄより大きい。   Referring to FIG. 10, the ferromagnetic layers 8a and 8b and the ferromagnetic layers 8c and 8d have different thicknesses. The thicknesses of the ferromagnetic layers 8a and 8b are each 4 nm, and the thicknesses of the ferromagnetic layers 8c and 8d are each 3 nm. Therefore, the magnetization 11a of the ferromagnetic layer 8a and the magnetization 11b of the ferromagnetic layer 8b are equal, and the magnetization 11c of the ferromagnetic layer 8c and the magnetization 11d of the ferromagnetic layer 8d are equal. Further, the magnetizations 11a and 11b are larger than the magnetizations 11c and 11d.

なお、トンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはそれぞれ０．８ｎｍである。強磁性層８ａ〜８ｄおよびトンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。   The tunnel insulating films 9a to 9d each have a thickness of 0.8 nm. The thicknesses of the ferromagnetic layers 8a to 8d and the tunnel insulating films 9a to 9d are not limited to this, and can be changed according to the resistance and magnetic field response of the element.

なお、本実施の形態のこれ以外の構成、製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。   In addition, since the structure and manufacturing method of this Embodiment other than this are the same as that of Embodiment 1 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is not repeated.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、外部から磁界を印加しない状態（無磁界）において、強磁性層８ａの磁化１１ａと強磁性層８ｂの磁化１１ｂとが見掛け上打ち消し合い、強磁性層８ｃの磁化１１ｃと強磁性層８ｄの磁化１１ｄとが見掛け上打ち消し合っている。そして、４層の強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄは、全体として見掛け上打ち消されている。そのため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。   According to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the magnetization 11a of the ferromagnetic layer 8a and the magnetization 11b of the ferromagnetic layer 8b apparently cancel each other in a state where no magnetic field is applied from the outside (no magnetic field). The magnetization 11c of the magnetic layer 8c and the magnetization 11d of the ferromagnetic layer 8d apparently cancel each other. The magnetizations 11a to 11d of the four ferromagnetic layers 8a to 8d are apparently canceled as a whole. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained. That is, the resistance change can be detected with high accuracy by the ferromagnetic layer 8 facing the tunnel insulating layer 9 therebetween. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の磁気抵抗効果素子は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子と比較して、強磁性層の厚さが主に異なっている。 (Embodiment 4)
The magnetoresistive effect element according to the fourth embodiment of the present invention is mainly different from the magnetoresistive effect element according to the first embodiment in the thickness of the ferromagnetic layer.

図１１を参照して、強磁性層８ａと強磁性層８ｂとの厚さが異なり、強磁性層８ｃと強磁性層８ｄとの厚さが異なっている。つまり、強磁性層８ａ，８ｄと強磁性層８ｂ，８ｃとの厚さが異なっている。強磁性層８ａ，８ｄの厚さはそれぞれ４ｎｍであり、強磁性層８ｂ，８ｃの厚さはそれぞれ３ｎｍである。したがって、強磁性層８ａの磁化１１ａと強磁性層８ｄの磁化１１ｄは等しく、強磁性層８ｂの磁化１１ｂと強磁性層８ｃの磁化１１ｃは等しい。また、磁化１１ａ，１１ｄは、磁化１１ｂ，１１ｃより大きい。   Referring to FIG. 11, the ferromagnetic layer 8a and the ferromagnetic layer 8b have different thicknesses, and the ferromagnetic layer 8c and the ferromagnetic layer 8d have different thicknesses. That is, the thicknesses of the ferromagnetic layers 8a and 8d and the ferromagnetic layers 8b and 8c are different. The thickness of the ferromagnetic layers 8a and 8d is 4 nm, respectively, and the thickness of the ferromagnetic layers 8b and 8c is 3 nm, respectively. Therefore, the magnetization 11a of the ferromagnetic layer 8a and the magnetization 11d of the ferromagnetic layer 8d are equal, and the magnetization 11b of the ferromagnetic layer 8b and the magnetization 11c of the ferromagnetic layer 8c are equal. Further, the magnetizations 11a and 11d are larger than the magnetizations 11b and 11c.

トンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはそれぞれ０．８ｎｍである。強磁性層８ａ〜８ｄおよびトンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。   Each of the tunnel insulating films 9a to 9d has a thickness of 0.8 nm. The thicknesses of the ferromagnetic layers 8a to 8d and the tunnel insulating films 9a to 9d are not limited to this, and can be changed according to the resistance and magnetic field response of the element.

なお、本実施の形態のこれ以外の構成、製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。   In addition, since the structure and manufacturing method of this Embodiment other than this are the same as that of Embodiment 1 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is not repeated.

本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、強磁性層８ａと強磁性層８ｂとの厚さが異なり、強磁性層８ｃと強磁性層８ｄとの厚さも異なっているが、強磁性層８ａと強磁性層８ｄとの厚さが同じであり、強磁性層８ｂと強磁性層８ｃとの厚さが同じである。したがって、外部から磁界を印加しない状態（無磁界）において、４層の強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄは、全体として見掛け上打ち消されている。そのため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。   According to the magnetoresistive effect element 1 of the present embodiment, the ferromagnetic layer 8a and the ferromagnetic layer 8b have different thicknesses, and the ferromagnetic layer 8c and the ferromagnetic layer 8d have different thicknesses. The thickness of the layer 8a and the ferromagnetic layer 8d is the same, and the thickness of the ferromagnetic layer 8b and the ferromagnetic layer 8c is the same. Therefore, in a state where no magnetic field is applied from the outside (no magnetic field), the magnetizations 11a to 11d of the four ferromagnetic layers 8a to 8d are apparently canceled as a whole. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained. That is, the resistance change can be detected with high accuracy by the ferromagnetic layer 8 facing the tunnel insulating layer 9 therebetween. Therefore, highly accurate magnetic field detection can be realized.

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５の位置検出器は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子を有している。まず、本実施の形態の位置検出器の構成について説明する。 (Embodiment 5)
The position detector according to the fifth embodiment of the present invention has the magnetoresistive effect element according to the first embodiment. First, the configuration of the position detector according to the present embodiment will be described.

図１２を参照して、位置検出器１０１は、実施の形態１の磁界検出器１００（図１）が用いられている。被測定物４０ａは図中矢印Ｄ方向に移動可能に設けられている。被測定物４０ａには周期的に複数の磁石４１が備えられている。複数の磁石４１においては、隣り合う磁石４１同士は逆の極性を有している。これにより、被測定物４０ａは磁界Ｈｅｘを帯びている。   Referring to FIG. 12, the position detector 101 uses the magnetic field detector 100 (FIG. 1) of the first embodiment. The DUT 40a is provided so as to be movable in the direction of arrow D in the figure. A plurality of magnets 41 are periodically provided in the DUT 40a. In the plurality of magnets 41, adjacent magnets 41 have opposite polarities. Thereby, the device under test 40a has a magnetic field Hex.

なお、磁気抵抗効果素子１のみ図示されているが、位置検出器１０１は実施の形態１に示された構成を全て備えている。また位置検出器１０１は、図示しない出力信号検出回路も備えている。   Although only the magnetoresistive effect element 1 is shown, the position detector 101 has all the configurations shown in the first embodiment. The position detector 101 also includes an output signal detection circuit (not shown).

次に、本実施の形態の位置検出器における位置検出動作について説明する。
被測定物４０ａが図中矢印Ｄ方向に移動すると、被測定物４０ａに備えられた複数の磁石４１からの磁束により、磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘが変化する。被測定物４０ａは周期的に複数の磁石４１を備えているために、被測定物４０ａの移動による磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘの変化を検出することにより、磁気抵抗効果素子１を通過した磁石４１を計数することが可能である。これにより、被測定物４０ａの移動量を測定することが可能となる。 Next, the position detection operation in the position detector of the present embodiment will be described.
When the device under test 40a moves in the direction of arrow D in the figure, the magnetic field Hex in the magnetoresistive element 1 changes due to the magnetic flux from the plurality of magnets 41 provided in the device under test 40a. Since the device under test 40 a periodically includes a plurality of magnets 41, it passed through the magnetoresistive device 1 by detecting a change in the magnetic field Hex in the magnetoresistive device 1 due to the movement of the device under test 40 a. It is possible to count the magnets 41. Thereby, it becomes possible to measure the movement amount of the DUT 40a.

なお、本実施の形態の位置検出器１０１によれば、直線的に移動する被測定物４０ａの移動量に限らず、たとえば回転体の回転量を検出することも可能である。   In addition, according to the position detector 101 of the present embodiment, it is possible to detect not only the amount of movement of the object to be measured 40a that moves linearly but also the amount of rotation of the rotating body, for example.

また、実施の形態２〜４の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００を位置検出器１０１に用いることも可能である。   Further, the magnetic field detector 100 using the magnetoresistive effect element 1 according to the second to fourth embodiments can be used as the position detector 101.

本実施の形態の位置検出器１０１は、上記の構成に限定されるものではなく、被測定物４０ａからの磁束の変化を検出できる構成であれば良く、たとえば磁界Ｈｅｘの有無のみを検出する構成であってもよい。   The position detector 101 of the present embodiment is not limited to the above configuration, and may be any configuration that can detect a change in magnetic flux from the device under test 40a. For example, a configuration that detects only the presence or absence of the magnetic field Hex. It may be.

本実施の形態の位置検出器１０１は、上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた移動可能な被測定物４０ａの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ａの位置を測定する。上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた移動可能な被測定物４０ａの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ａの位置を測定するため、位置検出において誤差が少なく安定した出力信号が得られ、高精度な位置検出を行うことができる。また、位置検出器１０１の形成も容易である。   The position detector 101 of the present embodiment measures the position of the device under test 40a by measuring the magnetic field Hex of the movable device under test 40a having a magnetic field Hex with the magnetoresistive element 1 described above. Since the position of the device under test 40a is measured by measuring the magnetic field Hex of the movable device under test 40a bearing the magnetic field Hex with the magnetoresistive effect element 1, a stable output signal with little error in position detection is obtained. Thus, highly accurate position detection can be performed. Further, the position detector 101 can be easily formed.

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６の回転検出器は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子を有している。まず、本実施の形態の回転検出器の構成について説明する。 (Embodiment 6)
The rotation detector according to the sixth embodiment of the present invention has the magnetoresistive effect element according to the first embodiment. First, the configuration of the rotation detector of the present embodiment will be described.

図１２を参照して、回転検出器１０２は、実施の形態１の磁界検出器１００（図１）が用いられている。また、回転検出器１０２は、被測定物４０ｂの方向に着磁した永久磁石４３を有している。   Referring to FIG. 12, the rotation detector 102 uses the magnetic field detector 100 (FIG. 1) of the first embodiment. The rotation detector 102 has a permanent magnet 43 magnetized in the direction of the object to be measured 40b.

被測定物４０ｂは図中矢印Ｒ方向に回転可能に設けられている。被測定物４０ｂは透磁率の大きな軟磁性体からなっている。被測定物４０ｂは、たとえば歯車に形成されている。被測定物４０ｂは、永久磁石４３からの磁界Ｈｅｘを帯びている。   The device under test 40b is rotatably provided in the direction of arrow R in the figure. The DUT 40b is made of a soft magnetic material having a high magnetic permeability. The device under test 40b is formed, for example, in a gear. The device under test 40 b is tinged with a magnetic field Hex from the permanent magnet 43.

なお、磁気抵抗効果素子１のみ図示されているが、回転検出器１０２は実施の形態１に示された構成を全て備えている。また回転検出器１０２は、図示しない出力信号検出回路も備えている。   Although only the magnetoresistive effect element 1 is shown, the rotation detector 102 has all the configurations shown in the first embodiment. The rotation detector 102 also includes an output signal detection circuit (not shown).

磁気抵抗効果素子１は、永久磁石４３および被測定物４０ｂである歯車により発生する外部磁界Ｈｅｘを検出可能な方向に配置されている。たとえば、磁気抵抗効果素子１の強磁性層８（図３）の無磁界における磁化方向は、歯車の中心方向に対して直角に設けられている。   The magnetoresistive effect element 1 is arranged in a direction in which the external magnetic field Hex generated by the permanent magnet 43 and the gear to be measured 40b can be detected. For example, the magnetization direction in the absence of a magnetic field of the ferromagnetic layer 8 (FIG. 3) of the magnetoresistive effect element 1 is provided perpendicular to the center direction of the gear.

次に、本実施の形態の回転検出器における回転検出動作について説明する。
回転検出器１０２は被測定物４０ｂ方向に着磁した永久磁石４３を備えているため、被測定物４０ｂである歯車の個々の歯４２は永久磁石４３からの磁束により磁化される。被測定物４０ｂである歯車が回転すると、磁化された個々の歯４２により磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘが変化する。被測定物４０ｂである歯車の回転による磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘの変化を検出することにより、磁気抵抗効果素子１を通過した個々の歯４２の数を計数することが可能である。これにより、被測定物４０ｂの回転量を測定することが可能となる。 Next, the rotation detection operation in the rotation detector of the present embodiment will be described.
Since the rotation detector 102 includes a permanent magnet 43 that is magnetized in the direction of the object to be measured 40 b, each tooth 42 of the gear that is the object to be measured 40 b is magnetized by the magnetic flux from the permanent magnet 43. When the gear as the DUT 40b rotates, the magnetic field Hex in the magnetoresistive effect element 1 is changed by the individual magnetized teeth 42. By detecting the change of the magnetic field Hex in the magnetoresistive effect element 1 due to the rotation of the gear that is the device under test 40b, the number of individual teeth 42 that have passed through the magnetoresistive effect element 1 can be counted. Thereby, it becomes possible to measure the rotation amount of the DUT 40b.

なお、本実施の形態の回転検出器１０２によれば、回転移動する被測定物４０ｂの回転量に限らず、たとえば直線的に移動する被測定物４０ｂの移動量を検出することも可能である。   In addition, according to the rotation detector 102 of the present embodiment, it is possible to detect not only the rotation amount of the measurement object 40b that rotates and also the movement amount of the measurement object 40b that moves linearly, for example. .

また、実施の形態２〜４の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００を回転検出器１０２に用いることも可能である。   Further, the magnetic field detector 100 using the magnetoresistive effect element 1 according to the second to fourth embodiments can be used as the rotation detector 102.

本実施の形態の回転検出器１０２は、上記の構成に限定されるものではなく、被測定物４０ｂからの磁束の変化を検出できる構成であれば良く、たとえば磁界Ｈｅｘの有無のみを検出する構成であってもよい。   The rotation detector 102 of the present embodiment is not limited to the above configuration, and may be any configuration that can detect a change in magnetic flux from the device under test 40b. For example, a configuration that detects only the presence or absence of the magnetic field Hex. It may be.

本実施の形態の回転検出器１０２は、上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた回転可能な被測定物４０ｂの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｂの回転を測定する。上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた回転可能な被測定物４０ｂの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｂの回転を測定するため、回転検出において誤差が少なく安定した出力信号が得られ、高精度な回転検出を行うことができる。また、回転検出器１０２の形成も容易である。   The rotation detector 102 of the present embodiment measures the rotation of the object 40b to be measured by measuring the magnetic field Hex of the rotatable object 40b having the magnetic field Hex with the magnetoresistive element 1 described above. Since the rotation of the device under test 40b is measured by measuring the magnetic field Hex of the rotatable device under test 40b with the magnetic field Hex by the magnetoresistive effect element 1, a stable output signal with little error in rotation detection is obtained. Obtained and highly accurate rotation detection can be performed. Further, the rotation detector 102 can be easily formed.

また、回転検出器１０２が被測定物４０ｂ方向に着磁した永久磁石４３を備えているため、被測定物４０ｂに磁界検出用の磁石を設置する必要がない。   Further, since the rotation detector 102 includes the permanent magnet 43 magnetized in the direction of the object to be measured 40b, it is not necessary to install a magnet for detecting the magnetic field on the object to be measured 40b.

また、被測定物４０ｂである回転体が透磁率の大きな軟磁性体からなっており、歯車形状を有していれば、既存の回転体を利用することができる。   Further, the existing rotating body can be used as long as the rotating body that is the object to be measured 40b is made of a soft magnetic body having a high magnetic permeability and has a gear shape.

（実施の形態７）
本発明の実施の形態７の電流検出器は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子を有している。まず、本実施の形態の電流検出器の構成について説明する。 (Embodiment 7)
The current detector according to the seventh embodiment of the present invention has the magnetoresistive effect element according to the first embodiment. First, the configuration of the current detector of the present embodiment will be described.

図１３を参照して、電流検出器１０３は、実施の形態１の磁界検出器１００（図１）が用いられている。電流検出器１０３は、被測定物４０ｃである配線から一定の距離が保たれて配置されている。被測定物４０ｃである配線には被測定用の電流ｉが流れている。   Referring to FIG. 13, the current detector 103 uses the magnetic field detector 100 (FIG. 1) of the first embodiment. The current detector 103 is arranged at a certain distance from the wiring that is the device under test 40c. A current i for measurement flows through the wiring that is the device under test 40c.

なお、磁気抵抗効果素子１のみ図示されているが、電流検出器１０３は実施の形態１に示された構成を全て備えている。また電流検出器１０３は、図示しない出力信号検出回路も備えている。   Although only the magnetoresistive effect element 1 is shown, the current detector 103 has all the configurations shown in the first embodiment. The current detector 103 also includes an output signal detection circuit (not shown).

磁気抵抗効果素子１は、被測定用の電流ｉが流れる配線から発生する外部磁界Ｈｅｘの方向と検出方向が一致するように配置されている。   The magnetoresistive effect element 1 is arranged so that the direction of the external magnetic field Hex generated from the wiring through which the current i to be measured flows coincides with the detection direction.

次に、本実施の形態の電流検出器における電流検出動作について説明する。
被測定用の電流ｉが配線に流れると、電流ｉの作用により、配線と垂直な方向に環状磁界が発生する。この磁界Ｈｅｘの大きさは次式で表される。 Next, a current detection operation in the current detector of the present embodiment will be described.
When the current i to be measured flows through the wiring, an annular magnetic field is generated in a direction perpendicular to the wiring due to the action of the current i. The magnitude of this magnetic field Hex is expressed by the following equation.

Ｈｅｘ＝ｋ・ｉ／ｒ （２）
上記式（２）においてｋは比例定数であり、ｒは配線から磁気抵抗効果素子１の距離である。磁気抵抗効果素子１と配線との距離ｒを測定しておけば、比例定数ｋは既知であるので、磁界Ｈｅｘを測定することにより電流ｉを測定することが可能である。 Hex = k · i / r (2)
In the above formula (2), k is a proportional constant, and r is the distance from the wiring to the magnetoresistive element 1. If the distance r between the magnetoresistive effect element 1 and the wiring is measured, the proportionality constant k is known, so that the current i can be measured by measuring the magnetic field Hex.

なお、被測定物４０ｃである配線は電流検出器１０３と同一基板上に配置されていてもよい。また、実施の形態２〜４の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００を電流検出器１０３に用いることも可能である。   The wiring that is the device under test 40 c may be arranged on the same substrate as the current detector 103. Further, the magnetic field detector 100 using the magnetoresistive effect element 1 according to the second to fourth embodiments can be used for the current detector 103.

本実施の形態の電流検出器１０３は、上記の磁気抵抗効果素子１で磁界を帯びた被測定物４０ｃの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｃを流れる電流ｉを測定する。   The current detector 103 of the present embodiment measures the current i flowing through the device under test 40c by measuring the magnetic field Hex of the device under test 40c having a magnetic field with the magnetoresistive element 1 described above.

上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた被測定物４０ｃの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｃを流れる電流ｉを測定するため、電流検出において誤差が少なく安定した出力信号が得られ、高精度な電流検出を行うことができる。また、電流検出器１０３の形成も容易である。   Since the current i flowing through the device under test 40c is measured by measuring the magnetic field Hex of the device under test 40c with the magnetic field Hex by the magnetoresistive effect element 1, a stable output signal can be obtained with little error in current detection. Therefore, highly accurate current detection can be performed. In addition, the current detector 103 can be easily formed.

なお、上記においては磁界検出器１００およびこれを用いた位置検出器１０１、回転検出器１０２および電流検出器１０３について説明したが、これに限定されるものではなく、磁気記憶装置、磁気記録ヘッド、磁気記録媒体などのパターン化された磁気素子、および電力検出器などの被測定物が磁界を発する検出器であれば類似する他の装置に広く適用することができる。   In the above description, the magnetic field detector 100 and the position detector 101, the rotation detector 102, and the current detector 103 using the magnetic field detector 100 have been described. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic storage device, a magnetic recording head, The present invention can be widely applied to other similar devices as long as a patterned magnetic element such as a magnetic recording medium and a device to be measured such as a power detector generate a magnetic field.

また、上記においては１個もしくは２個の磁気抵抗効果素子１からなる磁界検出器１００について説明したが、磁界検出器１００にはそれ以外の数の磁気抵抗効果素子１が含まれていてもよい。さらにこれらの磁気抵抗効果素子１がたとえばブリッジ回路３０を形成していてもよい。   In the above description, the magnetic field detector 100 including one or two magnetoresistive elements 1 has been described. However, the magnetic field detector 100 may include other numbers of magnetoresistive elements 1. . Further, these magnetoresistive elements 1 may form a bridge circuit 30, for example.

上記の各実施の形態は、適時組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The above embodiments can be combined in a timely manner.
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１，１ａ，１ｂ 磁気抵抗効果素子、２ 直流電源、３ 電圧計、４，５ 配線、６ 下部電極層、７ 上部電極層、８，８ａ〜８ｕ，８Ｘa，８Ｘc 強磁性層、８Ｘ 固着層、８Ｘb 非磁性層、８Ｙ 自由層、９，９ａ〜９ｔ トンネル絶縁層、１０ 基板、１１，１１ａ〜１１ｕ，１１Ｘ，１１Ｘa，１１Ｘb，１１Ｙ，１２ａ〜１２ｃ，２２，２３ 磁化、１５ 反強磁性層、２１ａ〜２１ｃ 抵抗、３０ ブリッジ回路、３１ａ，３１ｂ 定抵抗素子、３２ 差動増幅器、４０ａ〜４０ｃ 被測定物、４１ 磁石、４２ 歯、４３ 永久磁石、１００ 磁界検出器、１０１ 位置検出器、１０２ 回転検出器、１０３ 電流検出器、Ｈｅｘ 磁界。 1, 1a, 1b magnetoresistive element second DC power supply, 3 voltmeter, 4,5 wiring 6 lower electrode layer, 7 an upper electrode layer, 8,8a~8u, 8X a, 8X c ferromagnetic layer, 8X sticking layers, 8X b nonmagnetic layer, 8Y free layer, 9,9A～9t tunnel insulating layer, 10 a substrate, 11,11a~11u, 11X, 11X a, 11X b, 11Y, 12a~12c, 22,23 magnetization, 15 Antiferromagnetic layer, 21a-21c resistance, 30 bridge circuit, 31a, 31b constant resistance element, 32 differential amplifier, 40a-40c DUT, 41 magnet, 42 teeth, 43 permanent magnet, 100 magnetic field detector, 101 position Detector, 102 Rotation detector, 103 Current detector, Hex magnetic field.

Claims (9)

４つ以上の強磁性層と、
前記４つ以上の強磁性層のそれぞれの間に設けられた３つ以上のトンネル絶縁層とを備え、
外部から磁界を印加しない状態において前記３つ以上のトンネル絶縁層のそれぞれを挟んで対向する前記強磁性層の磁化方向は互いに反対方向であり、
前記４つ以上の強磁性層の磁化の和は、外部から磁界を印加しない状態において実質的に０である、磁気抵抗効果素子。 Four or more ferromagnetic layers;
Three or more tunnel insulating layers provided between each of the four or more ferromagnetic layers,
The magnetization direction of the ferromagnetic layer in a state of not applying a magnetic field from the outside to face each other across each of the three or more of the tunnel insulating layer Ri opposite directions der each other,
The magnetoresistive effect element, wherein a sum of magnetizations of the four or more ferromagnetic layers is substantially 0 in a state where no magnetic field is applied from the outside . 前記４つ以上の強磁性層の個数は、偶数個である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the number of the four or more ferromagnetic layers is an even number. 前記３つ以上のトンネル絶縁層は、ＭｇＯ膜からなる、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。 Wherein three or more of the tunnel insulating layer is formed of a MgO film, the magnetoresistance effect element according to claim 1 or 2. 前記４つ以上の強磁性層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの少なくともいずれかを主成分とする、請求項１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 The four or more ferromagnetic layers, Co, as a main component at least one of Ni and Fe, the magnetoresistance effect element according to any one of claims 1-3. 請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子の前記４つ以上の強磁性層と前記３つ以上のトンネル絶縁層との積層方向に電流が流されることで磁界を検出する、磁界検出器。 A magnetic field is detected by flowing a current in a stacking direction of the four or more ferromagnetic layers and the three or more tunnel insulating layers of the magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 4 . Magnetic field detector. 前記磁気抵抗効果素子を複数個用いて構成されるブリッジ回路を備え、
前記ブリッジ回路から検出磁界に応じた信号が出力される、請求項５に記載の磁界検出器。 A bridge circuit configured by using a plurality of the magnetoresistive effect elements,
The magnetic field detector according to claim 5 , wherein a signal corresponding to a detected magnetic field is output from the bridge circuit. 請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子で磁界を帯びた移動可能な被測定物の前記磁界を測定することで前記被測定物の位置を測定する、位置検出器。 Measuring the position of the object to be measured by measuring the magnetic field of the movable object to be measured tinged field in the magnetoresistive element according to any one of claims 1-4, the position detector. 請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子で磁界を帯びた回転可能な被測定物の前記磁界を測定することで前記被測定物の回転を測定する、回転検出器。 The rotation detector which measures rotation of the said to-be-measured object by measuring the said magnetic field of the rotatable to-be-measured object with the magnetic field with the said magnetoresistive effect element in any one of Claims 1-4 . 請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子で磁界を帯びた被測定物の前記磁界を測定することで前記被測定物を流れる電流を測定する、電流検出器。 Wherein by measuring the magnetic field of the magnetoresistive element DUT tinged magnetic field according to claim 1-4 to measure the current flowing through the object to be measured, the current detector.
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