JP5832363B2 - 磁気抵抗効果素子、磁界検出器、電流検出器、磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
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Description
トンネル絶縁層と、前記トンネル絶縁層を介して前記自由層と対向する膜面方向に磁化した強磁性層からなる固着層と、が積層され、外部から磁界を印加しない状態において前記自由層と前記固着層の磁化の膜面への投影成分が互いに直交する、長手方向とこれに直交する短手方向とを有する形状を有し、前記固着層の磁化が短手方向である、ことを特徴とする磁気抵抗効果素子等にある。
図2はこの発明の実施の形態1における磁界検出器の概略構成図である。図1は図2の磁界検出器で使用されるこの発明の実施の形態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、図3はその磁気抵抗効果素子の短手方向に沿った断面構造を示す概略図である。図1の(a)は図2の磁気抵抗効果素子1の上面図、(b)(c)は(a)のそれぞれ二重矢印(b)(c)の方向から見た断面図である。
つまり、外部からの磁界Hexを印加しない状態において、トンネル絶縁層9を挟んで対向する自由層(強磁性層)8と強磁性層10aのそれぞれの磁化である81と101aは、素子1上面からの投影面でみた場合は互いに直交している。
なお、図2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。ここでは詳細な説明は省略するが、これにより、この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。
また、磁気検出器に上述の電圧計3で検出された電圧値または上記電流計で検出された電流値をそれぞれ予め設定された換算式に基づいて磁界強度に変換する演算部(図示省略)を設けてもよい(以下同様)。
この発明の実施の形態2の電流検出器は、実施の形態1と同様な磁気抵抗効果素子を有している。実施の形態1で示した磁気抵抗効果素子は、方向が決まった磁界(固着層の強磁性層10aにおける磁化101aに沿った方向)の検出に適しており、配線に対して位置を固定して用いる電流検出器に適する。まず、この実施の形態の電流検出器の構成について説明する。
上記出力信号検出回路すなわち演算部は、上記実施の形態1で記載した磁気検出器で検出された電流値または電圧値、またはさらにこれらを換算式で換算した磁界強度から、予め設定された換算式に基づいて被測定物40の電流値iを求める機能を含む(以下同様)。
この発明の実施の形態3で説明する半導体集積回路は、実施の形態1の磁気抵抗効果素子を有しており、実施の形態2と同様な動作をする電流検出器を有している。動作の原理も実施の形態2と同様である。
なお、上述の演算部(出力信号検出回路等)での、磁気検出器で検出された電流値または電圧値、またはさらにこれらを換算式で換算した磁界強度から、予め設定された換算式に基づいて被測定物の電流値を求める機能は上記電源制御部PSCに設けてもよい。
また、上記においては、実施の形態1での3つの変形例1〜3を適用することが可能であり、感度の異なる素子を同時に形成することも可能である。
Claims (15)
- 膜面に対して垂直方向を磁化容易軸とする強磁性層からなる自由層と、
トンネル絶縁層と、
前記トンネル絶縁層を介して前記自由層と対向する膜面方向に磁化した強磁性層からなる固着層と、
が積層され、
外部から磁界を印加しない状態において前記自由層と前記固着層の磁化の膜面への投影成分が互いに直交する、
長手方向とこれに直交する短手方向とを有する形状を有し、前記固着層の磁化が短手方向である、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記自由層が、Co−Fe−B合金膜からなり、前記トンネル絶縁層がMgO(酸化マグネシウム)膜、Al2O3(酸化アルミニウム)、HfO2(酸化ハフニウム)、Ta2O5(酸化タンタル)、MgAl2O4(スピネル)のいずれかの金属の酸化膜からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記自由層が、ライタノイド元素の少なくとも1つを主成分とする強磁性膜、Pt(白金)およびPd(パラジウム)を含有するまたはPt(白金)およびPd(パラジウム)との界面を有する強磁性膜のいずれかからなり、
前記トンネル絶縁層が、MgO(酸化マグネシウム)膜、Al2O3(酸化アルミニウム)、HfO2(酸化ハフニウム)、Ta2O5(酸化タンタル)、MgAl2O4(スピネル)のいずれかの金属の酸化膜からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 請求項1から3までのいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を複数、同一平面上で電気的に接続して設けたことを特徴とする磁界検出器。
- 前記複数の磁気抵抗効果素子でブリッジ回路を構成し、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ことを特徴とする請求項4に記載の磁界検出器。
- 前記複数の磁気抵抗効果素子の形状がそれぞれ異なることを特徴とする請求項4または5に記載の磁界検出器。
- 請求項1から3までのいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子に一定電流を供給する直流電源と、一定電流が供給された前記複数磁気抵抗効果素子の電圧を測定する電圧計と、を備えたことを特徴とする磁界検出器。
- 請求項1から3までのいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子に一定電圧を供給する直流電源と、一定電圧が供給された前記複数磁気抵抗効果素子の電流を測定する電流計と、を備えたことを特徴とする磁界検出器。
- 請求項1から3までのいずれか1項に記載の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し、測定された磁界と前記磁気抵抗効果素子と被測定物との距離と前記被測定物を流れる電流との関係式から前記被測定物を流れる電流を測定する電流検出器。
- 前記磁気抵抗効果素子を複数、同一平面上で電気的に接続して設けたことを特徴とする請求項9に記載の電流検出器。
- 前記磁気抵抗効果素子を複数設けてブリッジ回路を構成し、前記ブリッジ回路から検出電流に応じた信号が出力されることを特徴とする請求項9または10に記載の電流検出器。
- 前記複数の磁気抵抗効果素子の前記被測定物との距離が異なることを特徴とする請求項10または11に記載の電流検出器。
- 前記複数の磁気抵抗効果素子の形状がそれぞれ異なることを特徴とする請求項10から12までのいずれか1項に記載の電流検出器。
- 少なくとも前記被測定物と前記磁気抵抗効果素子と前記磁気抵抗効果素子の配線の部分が半導体集積回路で一体に形成されたことを特徴とする請求項9から13までのいずれか1項に記載の電流検出器。
- 膜面に対し垂直方向を磁化容易軸とする強磁性層からなる自由層、トンネル絶縁層、前記トンネル絶縁層を介して前記自由層と対向する膜面方向に磁化した強磁性層からなる固着層が積層された、長手方向とこれに直交する短手方向とを有する形状を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
同一装置内で、
基板にDCマグネトロンスパッタリングを用いてTa膜を下部電極層として形成する工程と、
前記Ta膜上にIr−Mn合金膜を前記固着層を構成する反強磁性層として形成する工程と、
前記Ir−Mn合金膜上にCo−Fe合金膜を前記固着層を構成する強磁性層として形成する工程と、
前記Co−Fe合金膜上にRu膜を前記固着層を構成する非磁性層として形成する工程と、
前記Ru膜上に第1のCo−Fe−B合金膜を前記固着層を構成する強磁性層として形成する工程と、
前記第1のCo−Fe−B合金膜上にRFマグネトロンスパッタリングを用いてMgO膜を前記トンネル絶縁層として形成する工程と、
前記MgO膜上にDCマグネトロンスパッタリングを用いて第2のCo−Fe−B合金膜を前記自由層として形成する工程と、
前記第2のCo−Fe−B合金膜上にTa膜を上部電極層として形成する工程と、
を備え、
前記磁気抵抗効果素子の短手方向の膜面方向への磁界の印加およびその後の熱処理により、前記固着層を構成する膜に磁気異方性を付与すると共に前記自由層を構成する膜の膜面の前記磁気抵抗効果素子の長手方向に磁化を持たせる工程をさらに含む、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
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