JP6064656B2

JP6064656B2 - Magnetoresistive element for sensor and sensor circuit

Info

Publication number: JP6064656B2
Application number: JP2013029151A
Authority: JP
Inventors: 喬干古市; 敏史矢野; 一彦加納; 加納　　一彦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: JP2014157985A

Description

本発明は、センサ用磁気抵抗素子、およびセンサ回路に関するものである。 The present invention relates to a magnetoresistive element for a sensor and a sensor circuit.

従来、外部磁場を検出するために用いられているＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗素子）がある。図１０に示すように、ＴＭＲ素子１の基本的な構造としては、外部磁場によって磁化方向が変化するフリー層２と、磁化方向が外部磁場によらず１方向に固定されたピン層３と、フリー層２とピン層３の間に挿入されてフリー層２とピン層３の間のスピン状態により流れる電流が変化するトンネル層４から構成される。 Conventionally, there is a TMR element (tunnel magnetoresistive element) used for detecting an external magnetic field. As shown in FIG. 10, the basic structure of the TMR element 1 includes a free layer 2 whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, a pinned layer 3 whose magnetization direction is fixed in one direction regardless of the external magnetic field, The tunnel layer 4 is inserted between the free layer 2 and the pinned layer 3 and changes the current flowing depending on the spin state between the free layer 2 and the pinned layer 3.

ＴＭＲ素子１では、外部磁場の変化がフリー層２の磁化状態の変化を引き起こす。これにより、トンネル層４に流れる電流の値、すなわちＴＭＲ素子の抵抗値を観測することで外部磁場を計測することが出来る。 In the TMR element 1, a change in the external magnetic field causes a change in the magnetization state of the free layer 2. Thereby, the external magnetic field can be measured by observing the value of the current flowing through the tunnel layer 4, that is, the resistance value of the TMR element.

一般的なＴＭＲ素子１では、フリー層２にはその面内方向に異方性を持った軟磁性膜が用いられており、数ｍＴ程度で出力は飽和する（図１０参照）。このようにフリー層２にその外部から異方性が付加されておらず、自由に磁化方向を持つことが出来る構造をＮＡＴＭＲ（Ｎｏｎ−ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＴＭＲ）と呼ぶ。すなわち、ＮＡＴＭＲ素子では磁化方向は判別できるが、磁場の大きさの判定は弱磁場領域（数ｍＴ程度）に限られる。 In a general TMR element 1, a soft magnetic film having anisotropy in the in-plane direction is used for the free layer 2, and the output is saturated in about several mT (see FIG. 10). A structure in which anisotropy is not added to the free layer 2 from the outside as described above and can freely have a magnetization direction is called NATMR (Non-anisotropic TMR). That is, in the NATMR element, the magnetization direction can be determined, but the determination of the magnitude of the magnetic field is limited to the weak magnetic field region (several mT).

そこで、広い範囲の磁場を検出するために、フリー層２の磁化方向を検出磁場の方向とは異なる方向に設定し、検出磁場の方向には向き難くしたＴＭＲ素子１が提案されている（非特許文献１参照）。 Therefore, in order to detect a wide range of magnetic fields, a TMR element 1 is proposed in which the magnetization direction of the free layer 2 is set to a direction different from the direction of the detected magnetic field and is difficult to face in the direction of the detected magnetic field (non- Patent Document 1).

このようにフリー層２が１方向に異方性を持つＴＭＲ素子１をＡＴＭＲ（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＴＭＲ）素子と呼ぶ。図１１に示すように、垂直磁化膜２ｄを用いたＡＴＭＲ素子１Ａは、フリー層２の磁化方向をフリー層２に対して垂直方向に設定することで、磁化方向を面内方向に向き難くするものである。垂直磁化膜２ｄは、その面内方向に直交する垂直方向に磁化安定化方向が設定されている垂直磁化膜である。結果として、このような垂直磁化膜２ｄを用いることにより、広い磁場範囲での磁場強度の検出が可能になる。 Thus, the TMR element 1 in which the free layer 2 has anisotropy in one direction is referred to as an ATMR (Anisotropic TMR) element. As shown in FIG. 11, in the ATMR element 1A using the perpendicular magnetization film 2d, the magnetization direction of the free layer 2 is set to be perpendicular to the free layer 2, thereby making the magnetization direction difficult to face in the in-plane direction. Is. The perpendicular magnetization film 2d is a perpendicular magnetization film in which the magnetization stabilization direction is set in the perpendicular direction orthogonal to the in-plane direction. As a result, by using such a perpendicular magnetization film 2d, the magnetic field strength can be detected in a wide magnetic field range.

ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，４１，７０７（２００５）IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, 41,707 (2005)

現在、上述した垂直磁化膜については、スピンＲＡＭに適用すべく、盛んに研究が行われている。 Currently, the above-described perpendicular magnetization film has been actively researched to be applied to a spin RAM.

図１２（ａ）にＮＡＴＭＲの構造を示し、図１２（ｂ）にスピンＲＡＭの構造を示す。図１２（ａ）（ｂ）中の矢印は磁化方向を示す。 FIG. 12A shows the structure of NATMR, and FIG. 12B shows the structure of spin RAM. The arrows in FIGS. 12A and 12B indicate the magnetization direction.

図１２（ｂ）のスピンＲＡＭのフリー層２ａやピン層３ａには、垂直磁化膜が用いられている。このようにスピンＲＡＭに適用されている垂直磁化膜は、熱安定性を確保するために異方性エネルギーを大きくする必要があり、一般的には、１×１０＾７［ｅｒｇ／ｃｃ］程度の異方性エネルギーが必要とされている。しかし、このような垂直磁化膜を用いて磁気センサを構成すると、磁場検出範囲は広くなるが感度が低下するため、感度と磁場検出範囲が両立しない（図１３参照）。したがって、磁気センサに適した磁気抵抗素子を構成するためには、磁気センサに適した垂直磁化膜を用いる必要がある。 A perpendicular magnetization film is used for the free layer 2a and the pinned layer 3a of the spin RAM of FIG. As described above, the perpendicular magnetization film applied to the spin RAM needs to increase the anisotropy energy in order to ensure the thermal stability, and is generally about 1 × 10 ^ 7 [erg / cc]. Anisotropy energy is required. However, when a magnetic sensor is configured using such a perpendicularly magnetized film, the magnetic field detection range is widened, but the sensitivity is lowered, so that the sensitivity and the magnetic field detection range are not compatible (see FIG. 13). Therefore, in order to configure a magnetoresistive element suitable for the magnetic sensor, it is necessary to use a perpendicular magnetization film suitable for the magnetic sensor.

本発明は上記点に鑑みて、フリー層の磁化安定化方向がフリー層に対して垂直方向である磁気抵抗素子において、磁気センサに適したセンサ用磁気抵抗素子を提供することを第１の目的とし、センサ用磁気抵抗素子を用いたセンサ回路を提供することを第２の目的とする。 In view of the above, the present invention provides a magnetoresistive element for a sensor suitable for a magnetic sensor in a magnetoresistive element in which the magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer. A second object is to provide a sensor circuit using a magnetoresistive element for sensors.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、磁化方向が固定されているピン層（１３）と、
外部磁場によって磁化方向が追従して変化するフリー層（１５）と、
ピン層と前記フリー層との間に挟まれてピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向との間の角度によって抵抗値が変化する中間層（１４）とが積層され、
フリー層の磁化安定化方向が前記フリー層に対して垂直方向であり、
フリー層の面内方向の異方性磁界が５０［ｍＴ］〜７５［ｍＴ］の範囲に設定されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a pinned layer (13) having a fixed magnetization direction;
A free layer (15) whose magnetization direction changes following an external magnetic field;
An intermediate layer (14) sandwiched between the pinned layer and the free layer and having a resistance value that varies depending on the angle between the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer is laminated,
The magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer,
The anisotropic magnetic field in the in-plane direction of the free layer is set in a range of 50 [mT] to 75 [mT] .

請求項１に記載の発明によれば、フリー層の面内方向の異方性磁界を所定範囲に設定することにより、磁気センサに適したセンサ用磁気抵抗素子を構成することができる。したがって、フリー層の磁化安定化方向がフリー層に対して垂直方向であって、かつ磁気センサに適したセンサ用磁気抵抗素子を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, a magnetoresistive element for a sensor suitable for a magnetic sensor can be configured by setting the anisotropic magnetic field in the in-plane direction of the free layer within a predetermined range. Therefore, it is possible to provide a sensor magnetoresistive element suitable for a magnetic sensor, in which the magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer.

請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のセンサ用磁気抵抗素子を２つ以上備え、
前記２つ以上のセンサ用磁気抵抗素子は、ハーフブリッジ回路を構成していることを特徴とするセンサ回路である。 The invention according to claim 15 comprises two or more magnetoresistive elements for sensors according to any one of claims 1 to 14,
The two or more sensor magnetoresistive elements constitute a half-bridge circuit.

これにより、２つ以上のセンサ用磁気抵抗素子を用いたセンサ回路を提供することができる。 Thereby, a sensor circuit using two or more magnetoresistive elements for sensors can be provided.

請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のセンサ用磁気抵抗素子を４つ以上備え、
前記４つ以上のセンサ用磁気抵抗素子は、フルブリッジ回路を構成していることを特徴とするセンサ回路である。 The invention according to claim 16 comprises four or more magnetoresistive elements for sensors according to any one of claims 1 to 14,
The four or more sensor magnetoresistive elements form a full bridge circuit.

これにより、４つ以上のセンサ用磁気抵抗素子を用いたセンサ回路を提供することができる。 Thereby, a sensor circuit using four or more magnetoresistive elements for sensors can be provided.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第１実施形態における磁気センサの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the magnetic sensor in 1st Embodiment of this invention. 第１実施形態における磁気センサの性能指数を示すグラフである。It is a graph which shows the figure of merit of the magnetic sensor in a 1st embodiment. 第１実施形態における磁気センサの磁界強度と磁化との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the magnetic field intensity and magnetization of the magnetic sensor in 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態における磁気センサの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the magnetic sensor in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態における磁気センサの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the magnetic sensor in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態における磁気センサの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the magnetic sensor in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態における磁気センサの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the magnetic sensor in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６実施形態におけるハーフブリッジ回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the half bridge circuit in 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７実施形態におけるフルブリッジ回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the full bridge circuit in 7th Embodiment of this invention. 磁気センサの説明図である。It is explanatory drawing of a magnetic sensor. 磁気センサの説明図である。It is explanatory drawing of a magnetic sensor. ＮＡＴＭＲおよびスピンＲＡＭの構造図である。It is a structural diagram of NATMR and spin RAM. 比較例におけるセンサ用磁気抵抗素子およびスピンＲＡＭの感度と磁場検出範囲との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sensitivity of the magnetoresistive element for sensors and spin RAM in a comparative example, and a magnetic field detection range.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

（第１実施形態）
図１は本発明のセンサ用磁気抵抗素子が適用される磁気センサ１０の第１実施形態を示す。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of a magnetic sensor 10 to which the sensor magnetoresistive element of the present invention is applied.

磁気センサ１０は、図１に示すように、基板１１、下地層１２、ピン層１３、中間層１４、フリー層１５、キャップ層１６から構成されている。基板１１は、例えばシリコンウエハ等からなる薄板部材である。下地層１２は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等の電気絶縁材料からなるもので、基板１１の一面に沿って薄膜状に形成されている。 As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 10 includes a substrate 11, a base layer 12, a pinned layer 13, an intermediate layer 14, a free layer 15, and a cap layer 16. The substrate 11 is a thin plate member made of, for example, a silicon wafer. The underlayer 12 is made of an electrically insulating material such as SiO 2 or SiN, and is formed in a thin film shape along one surface of the substrate 11.

ピン層１３は、強磁性体材から構成されて磁化方向が固定されている磁化固定層である。本実施形態のピン層１３の磁化方向は、基板１１の面内方向（図１中矢印Ａ１参照）に設定されている。基板１１の面内方向とは、基板１１が広がる方向のことである。ピン層１３は、下地層１２に対して基板１１と反対側に配置されている。ピン層１３は、下地層１２に沿って薄膜状に形成されている。 The pinned layer 13 is a fixed magnetization layer made of a ferromagnetic material and having a fixed magnetization direction. The magnetization direction of the pinned layer 13 of this embodiment is set in the in-plane direction of the substrate 11 (see arrow A1 in FIG. 1). The in-plane direction of the substrate 11 is a direction in which the substrate 11 spreads. The pinned layer 13 is disposed on the side opposite to the substrate 11 with respect to the base layer 12. The pinned layer 13 is formed in a thin film shape along the base layer 12.

中間層１４は、電気絶縁性膜から構成されて、ピン層１３に対して基板１１と反対側からピン層１３を覆うように形成されている非磁性中間層である。中間層１４は、ピン層１３に沿って薄膜状に形成されている。 The intermediate layer 14 is a nonmagnetic intermediate layer made of an electrically insulating film and formed so as to cover the pinned layer 13 from the side opposite to the substrate 11 with respect to the pinned layer 13. The intermediate layer 14 is formed in a thin film shape along the pinned layer 13.

フリー層１５は、ピン層１３に沿って薄膜状に形成されている。フリー層１５は、外部磁場によって磁化方向が追従して変化する強磁性層である。フリー層１５の磁化安定化方向（図１中Ｂ１矢印参照）は、基板１１（つまり、フリー層１５）に対して垂直方向に設定されている。磁化安定化方向は、その磁化し易い特定の結晶方向（つまり、磁化容易軸の方向）のことである。 The free layer 15 is formed in a thin film shape along the pinned layer 13. The free layer 15 is a ferromagnetic layer whose magnetization direction changes following an external magnetic field. The magnetization stabilization direction of the free layer 15 (see the arrow B1 in FIG. 1) is set in a direction perpendicular to the substrate 11 (that is, the free layer 15). The magnetization stabilization direction is a specific crystal direction that is easy to be magnetized (that is, the direction of the easy axis of magnetization).

フリー層１５は、ＦＭ／ＮＭ（ＦＭ；Ｆｅｒｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ、ＮＭ；Ｎｏｎ−ｍａｇｎｅｔｉｃ）の積層膜から構成されている。ＦＭ／ＮＭの積層膜は、強磁性膜１５ａと非磁性膜１５ｂとが基板１１に対して積層されて構成されている積層構造体である。本実施形態のＦＭ／ＮＭの積層膜としては、基板１１（すなわち、フリー層１５）に対して垂直方向の垂直磁気異方性を持つ積層構造体が用いられている。 The free layer 15 is composed of a laminated film of FM / NM (FM; Ferro-magnetic, NM; Non-magnetic). The FM / NM laminated film is a laminated structure in which a ferromagnetic film 15 a and a nonmagnetic film 15 b are laminated on a substrate 11. As the FM / NM laminated film of this embodiment, a laminated structure having perpendicular magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the substrate 11 (that is, the free layer 15) is used.

強磁性膜１５ａは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）などの強磁性金属から構成されている。具体的には、強磁性膜１５ａとしては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちいずれか１つの金属から構成してもよい。或いは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちいずれか２つ以上の金属からなる合金によって強磁性膜１５ａを構成してもよい。 The ferromagnetic film 15a is made of a ferromagnetic metal such as Fe (iron), Co (cobalt), or Ni (nickel). Specifically, the ferromagnetic film 15a may be made of any one of Fe, Co, and Ni. Alternatively, the ferromagnetic film 15a may be made of an alloy made of any two or more metals of Fe, Co, and Ni.

非磁性膜１５ｂは、Ｐｔ（プラチナ）、Ｐｄ（パラジウム）などの非磁性金属（すなわち、常磁性を有する金属）からなる。本実施形態の非磁性膜１５ｂとしてはＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１つの金属から構成してもよい。或いは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのうち少なくとも２つ以上の金属からなる合金によって非磁性膜１５ｂを構成してもよい。 The nonmagnetic film 15b is made of a nonmagnetic metal (that is, a metal having paramagnetism) such as Pt (platinum) or Pd (palladium). The nonmagnetic film 15b of this embodiment may be made of any one of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au. Or you may comprise the nonmagnetic film | membrane 15b with the alloy which consists of an at least 2 or more metal among Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au.

本実施形態のピン層１３、中間層１４、およびフリー層１５は、これらの層１３、１４、１５が積層されるＴＭＲ素子（ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を構成している。 The pinned layer 13, the intermediate layer 14, and the free layer 15 of the present embodiment constitute a TMR element (Tunneling Magneto Resistance) in which these layers 13, 14, 15 are stacked.

また、キャップ層１６は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等の電気絶縁材料からなるもので、フリー層１５に沿って薄膜状に形成されている。 The cap layer 16 is made of an electrically insulating material such as SiO 2 or SiN, and is formed in a thin film shape along the free layer 15.

次に、本実施形態の磁気センサ１０の特性について説明する。 Next, the characteristics of the magnetic sensor 10 of this embodiment will be described.

まず、磁気センサ１０のフリー層１５を垂直磁化膜で構成する場合において、垂直磁化膜の面内方向の異方性磁界（図３参照）と性能指数の関係は図２中の性能指数１、２、３、４のグラフで表される。 First, when the free layer 15 of the magnetic sensor 10 is composed of a perpendicular magnetization film, the relationship between the anisotropic magnetic field (see FIG. 3) in the in-plane direction of the perpendicular magnetization film and the figure of merit is the figure of merit 1 in FIG. It is represented by 2, 3, and 4 graphs.

ここで、性能指数とは、磁気センサ１０で求められる検出範囲に対する感度を表す指標である。 Here, the figure of merit is an index representing the sensitivity to the detection range obtained by the magnetic sensor 10.

図２中の性能指数１のグラフは、Ｈｃｎｔ＝６２．５（ｍＴ）とした下記の数式（１）で表される。性能指数２のグラフは、Ｈｃｎｔ＝８７．５（ｍＴ）とした数式（１）で表される。性能指数３のグラフは、Ｈｃｎｔ＝３００（ｍＴ）とした数式（１）で表される。性能指数４のグラフは、Ｈｃｎｔ＝７５０（ｍＴ）とした数式（１）で表される。 The graph of the figure of merit 1 in FIG. 2 is expressed by the following formula (1) with Hcnt = 62.5 (mT). The graph of the figure of merit 2 is expressed by Equation (1) with Hcnt = 87.5 (mT). The graph of the figure of merit 3 is expressed by Equation (1) with Hcnt = 300 (mT). The graph of the figure of merit 4 is expressed by Equation (1) with Hcnt = 750 (mT).

ＰＩ＝−Ｓ×（Ｈｋ−Ｈｃｎｔ）＾２／Ｈｃｎｔ＾２＋１００・・・（数式１）
Ｓは感度（ｍＶ／Ｖ・ｍＴ）、Ｈｋは垂直磁化膜の面内方向の異方性磁界である。Ｈｃｎｔは、中心磁界であって、図２中の性能指数１のグラフのうち性能指数が１００となる異方性磁界の値を示している。 PI = −S × (Hk−Hcnt) ^ 2 / Hcnt ^ 2 + 100 (Equation 1)
S is sensitivity (mV / V · mT), and Hk is an anisotropic magnetic field in the in-plane direction of the perpendicular magnetization film. Hcnt is a central magnetic field, and indicates the value of an anisotropic magnetic field at which the figure of merit is 100 in the figure of figure of merit 1 in FIG.

性能指数１〜４のグラフは、それぞれ、異方性磁界に対する性能指数の勾配が大きいほど、磁場検出範囲は狭くなり、感度が向上する。つまり、性能指数１〜４のグラフは、それぞれ、前記勾配が小さいほど、磁場検出範囲は広くなり、感度が低下する。 In the graphs of the performance indexes 1 to 4, the larger the gradient of the performance index with respect to the anisotropic magnetic field, the narrower the magnetic field detection range, and the sensitivity is improved. That is, in the graphs of the performance indexes 1 to 4, the smaller the gradient, the wider the magnetic field detection range and the lower the sensitivity.

ここでは、経験から性能指数１、２、３、４のグラフにおいて性能指数が２０以上である範囲を磁気センサ１０に適用可能とした。 Here, based on experience, a range in which the performance index is 20 or more in the graphs of the performance index 1, 2, 3, 4 can be applied to the magnetic sensor 10.

性能指数１のグラフは、性能指数２〜４のグラフに比べて、前記勾配が大きく、異方性磁界に対して性能指数が急峻に変化するグラフである。つまり、性能指数１のグラフは、性能指数２〜４のグラフに比べて、急峻な山型のグラフになっている。 The performance index 1 graph is a graph in which the gradient is large and the performance index changes sharply with respect to the anisotropic magnetic field as compared with the performance index 2 to 4 graphs. That is, the graph with the performance index 1 is a steep mountain-shaped graph as compared with the graphs with the performance index 2 to 4.

そこで、本実施形態では、図２の性能指数１のグラフのうち性能指数が２０以上である範囲としてＨｋ＝５０［ｍＴ］〜７５［ｍＴ］を選択し、Ｈｋ＝５０〜７５［ｍＴ］である垂直磁化膜をフリー層１５として用いる。このことにより、適用できる磁場検出範囲は狭くなるものの感度が向上するため、地磁気など弱い磁場検出に適していることになる。 Therefore, in the present embodiment, Hk = 50 [mT] to 75 [mT] is selected as a range where the performance index is 20 or more in the graph of the performance index 1 in FIG. 2, and Hk = 50 to 75 [mT]. A certain perpendicular magnetization film is used as the free layer 15. As a result, although the applicable magnetic field detection range is narrowed, the sensitivity is improved, so that it is suitable for weak magnetic field detection such as geomagnetism.

このように構成される本実施形態において、フリー層１５を電源Ｖｃｃに接続して、ピン層１３をグランドに接続した状態で、磁気センサ１０の中間層１４の抵抗値は、地磁気などの外部磁界の方向に対応する値になる。そこで、中間層１４を介するフリー層１５およびピン層１３の間の抵抗値を検出することにより、外部磁界の方向を計測することができる。 In the present embodiment configured as described above, the resistance value of the intermediate layer 14 of the magnetic sensor 10 is an external magnetic field such as geomagnetism with the free layer 15 connected to the power source Vcc and the pinned layer 13 connected to the ground. The value corresponds to the direction of. Therefore, the direction of the external magnetic field can be measured by detecting the resistance value between the free layer 15 and the pinned layer 13 via the intermediate layer 14.

以上説明した本実施形態によれば、磁気センサ１０は、基板１１と、基板１１に沿って形成されて磁化方向が基板１１の面内方向に固定されているピン層１３と、基板１１の一面１１ａに沿って形成されて外部磁場によって磁化方向が追従して変化するフリー層１５と、ピン層１３とフリー層１５との間に挟まれてピン層１３の磁化方向とフリー層１５の磁化方向との間の角度によって抵抗値が変化する中間層１４とが積層されている。フリー層の磁化安定化方向がフリー層に対して垂直方向である。フリー層１５の面内方向の異方性磁界が５０［ｍＴ］〜７５［ｍＴ］であることを特徴とする。 According to the present embodiment described above, the magnetic sensor 10 includes the substrate 11, the pinned layer 13 formed along the substrate 11 and having the magnetization direction fixed in the in-plane direction of the substrate 11, and one surface of the substrate 11. A free layer 15 that is formed along 11a and changes its magnetization direction following an external magnetic field, and is sandwiched between the pinned layer 13 and the free layer 15, and the magnetization direction of the pinned layer 13 and the magnetization direction of the free layer 15 And an intermediate layer 14 whose resistance value varies depending on the angle between the two. The magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer. The anisotropic magnetic field in the in-plane direction of the free layer 15 is 50 [mT] to 75 [mT].

これにより、磁気センサ１０において、適用できる磁場検出範囲は狭くなるものの磁気検出の感度が向上するため、地磁気など弱い磁場を検出に適したＴＭＲ素子を構成することができる。したがって、地磁気など弱い磁場の検出に適した磁気センサ１０を提供することができる。 Thereby, although the applicable magnetic field detection range becomes narrow in the magnetic sensor 10, the sensitivity of the magnetic detection is improved, and thus a TMR element suitable for detecting a weak magnetic field such as geomagnetism can be configured. Therefore, the magnetic sensor 10 suitable for detecting a weak magnetic field such as geomagnetism can be provided.

上記第１の実施形態では、面内方向の異方性磁界が５０［ｍＴ］〜７５［ｍＴ］である垂直磁化膜をフリー層１５としてＴＭＲ素子を構成した例について説明したが、これに代えて、次の（１）、（２）、（３）、（４）のようにしてもよい。
（１）図２の性能指数２のグラフのうち性能指数が２０以上である範囲としてＨｋ＝７５［ｍＴ］〜１００［ｍＴ］を選択し、面内方向の異方性磁界（Ｈｋ）が７５［ｍＴ］〜１００［ｍＴ］である垂直磁化膜をフリー層１５としてＴＭＲ素子を構成する。ここで、図２中の性能指数２のグラフのうち異方性磁界（Ｈｋ）が７５［ｍＴ］〜１００［ｍＴ］である範囲では、前記勾配が性能指数１のグラフに比べて小さい。これにより、磁場の検出範囲が広くなるため、例えば、特許公報３６０５８８０の明細書に記載のごとく、フェライト磁石を用いて回転角度を検出する非接触型の回転角度センサの適用に適したＴＭＲ素子を構成することができる。したがって、回転角度の検出に適した磁気センサ１０を提供することができる。
（２）図２の性能指数３のグラフのうち性能指数が２０以上である範囲としてＨｋ＝１００［ｍＴ］〜５００［ｍＴ］を選択し、面内方向の異方性磁界（Ｈｋ）が１００［ｍＴ］〜５００［ｍＴ］である垂直磁化膜をフリー層１５としてＴＭＲ素子を構成する。これにより、強磁場の検出が可能であるため、例えば、特許公報４４１５７８４号公報に記載のごとく、大電流の検知に適したＴＭＲ素子を構成することができる。したがって、大電流の検知に適した磁気センサ１０を提供することができる。
（３）図２の性能指数４のグラフのうち性能指数が２０以上である範囲としてＨｋ＝５００［ｍＴ］〜１０００［ｍＴ］を選択し、面内方向の異方性磁界（Ｈｋ）が５００［ｍＴ］〜１０００［ｍＴ］である垂直磁化膜をフリー層１５として用いてＴＭＲ素子を構成する。 In the first embodiment, the example in which the TMR element is configured using the perpendicular magnetization film having an in-plane anisotropic magnetic field of 50 [mT] to 75 [mT] as the free layer 15 has been described. Then, the following (1), (2), (3), (4) may be used.
(1) Hk = 75 [mT] to 100 [mT] is selected as the range in which the figure of merit is 20 or more in the graph of figure of merit 2 in FIG. 2, and the anisotropic magnetic field (Hk) in the in-plane direction is 75. The TMR element is configured with the perpendicular magnetic film of [mT] to 100 [mT] as the free layer 15. Here, in the graph of the figure of merit 2 in FIG. 2, the gradient is smaller than the graph of the figure of merit 1 in the range where the anisotropic magnetic field (Hk) is 75 [mT] to 100 [mT]. As a result, the detection range of the magnetic field becomes wide. For example, as described in the specification of Japanese Patent Publication No. 3605880, a TMR element suitable for application of a non-contact type rotation angle sensor that detects a rotation angle using a ferrite magnet is provided. Can be configured. Therefore, the magnetic sensor 10 suitable for detecting the rotation angle can be provided.
(2) Hk = 100 [mT] to 500 [mT] is selected as the range in which the figure of merit is 20 or more from the graph of figure of merit 3 in FIG. 2, and the anisotropic magnetic field (Hk) in the in-plane direction is 100. The TMR element is configured with the perpendicular magnetic film of [mT] to 500 [mT] as the free layer 15. Thereby, since a strong magnetic field can be detected, a TMR element suitable for detecting a large current can be configured as described in, for example, Japanese Patent No. 4415784. Therefore, the magnetic sensor 10 suitable for detecting a large current can be provided.
(3) Hk = 500 [mT] to 1000 [mT] is selected as a range where the figure of merit is 20 or more in the graph of figure of merit 4 in FIG. 2, and the anisotropic magnetic field (Hk) in the in-plane direction is 500. A TMR element is configured using a perpendicular magnetization film of [mT] to 1000 [mT] as the free layer 15.

ここで、図２中の性能指数４のグラフのうち異方性磁界（Ｈｋ）が５００［ｍＴ］〜１０００［ｍＴ］である範囲では、異方性磁界に対する性能指数の勾配が性能指数１、２、３のグラフに比べて小さい。これにより、広い磁場範囲での検出が可能となる。このため、強磁場を発生する強磁場を発生するコイルの磁場を広い磁場範囲に亘って検出することに適したＴＭＲ素子を構成することができる。したがって、強磁場発生コイルの磁場検出に適した磁気センサ１０を提供することができる。 Here, in the graph of the figure of merit 4 in FIG. 2, in the range where the anisotropic magnetic field (Hk) is 500 [mT] to 1000 [mT], the slope of the figure of merit with respect to the anisotropic magnetic field is the figure of merit 1, Smaller than a few graphs. Thereby, detection in a wide magnetic field range becomes possible. For this reason, the TMR element suitable for detecting the magnetic field of the coil which generates a strong magnetic field over a wide magnetic field range can be configured. Therefore, the magnetic sensor 10 suitable for the magnetic field detection of the strong magnetic field generating coil can be provided.

以上により、面内方向の異方性磁界を、５０［ｍＴ］〜７５［ｍＴ］、７５［ｍＴ］〜１００［ｍＴ］、１００［ｍＴ］〜５００［ｍＴ］、５００［ｍＴ］〜１０００［ｍＴ］の各領域にすることにより、異方性磁界の領域毎に磁気センサに適したＴＭＲ素子を構成することができる。これにより、異方性磁界の領域毎にセンサ特性が高い磁気センサ１０を構成することができる。 As described above, the anisotropic magnetic field in the in-plane direction is set to 50 [mT] to 75 [mT], 75 [mT] to 100 [mT], 100 [mT] to 500 [mT], 500 [mT] to 1000 [ By setting each region of mT], a TMR element suitable for a magnetic sensor can be configured for each region of an anisotropic magnetic field. Thereby, the magnetic sensor 10 with a high sensor characteristic can be comprised for every area | region of an anisotropic magnetic field.

上記第１の実施形態では、ＦＭ／ＮＭの積層膜によってフリー層１５を構成した例について説明したが、これに限らず、次の（１）、（２）のようにしてもよい。
（１）垂直磁気異方性を持つＦＭ−ＮＭの合金によってフリー層１５を構成する。ＦＭ−ＮＭの合金とは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうち少なくとも１つの強磁性金属と、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ｏｓ（オーステニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｕ（金）のうち少なくとも１つの非磁性金属とを溶かし合わせた合金である。
（２）垂直磁気異方性を持つＦＭ−ＦＭの合金によってフリー層１５を構成する。ＦＭ−ＦＭの合金とは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうち異なる２つ以上の強磁性金属を溶かし合わせた合金のことである。 In the first embodiment, the example in which the free layer 15 is configured by the FM / NM laminated film has been described. However, the present invention is not limited to this, and the following (1) and (2) may be used.
(1) The free layer 15 is made of an FM-NM alloy having perpendicular magnetic anisotropy. The FM-NM alloy is at least one ferromagnetic metal of Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), Ag (silver). ), Os (austenium), Ir (iridium), Pt (platinum), and Au (gold), and is an alloy in which at least one nonmagnetic metal is melted together.
(2) The free layer 15 is made of an FM-FM alloy having perpendicular magnetic anisotropy. The FM-FM alloy is an alloy obtained by melting two or more different ferromagnetic metals among Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel).

（第２実施形態）
上記第１の実施形態では、フリー層１５よりもピン層１３を基板１１側に形成した例について説明したが、これに代えて、図４に示すように、フリー層１５をピン層１３よりも基板１１側に形成してもよい。図４において、図１と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, the example in which the pinned layer 13 is formed closer to the substrate 11 than the free layer 15 has been described. Instead, as shown in FIG. You may form in the board | substrate 11 side. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components, and the description thereof is omitted.

（第３実施形態）
上記第１の実施形態では、垂直磁気異方性を持つＦＭ／ＮＭの積層膜をフリー層１５として用いてＴＭＲ素子を構成した例について説明したが、これに代えて、本第３実施形態では、次のように、ＴＭＲ素子を構成する。 (Third embodiment)
In the first embodiment, the example in which the TMR element is configured using the FM / NM laminated film having the perpendicular magnetic anisotropy as the free layer 15 has been described. Instead, in the third embodiment, The TMR element is configured as follows.

図５に本発明の本実施形態に係る磁気センサ１０を示す。図５において、図１と同一符号は、同一のものを示す。 FIG. 5 shows a magnetic sensor 10 according to this embodiment of the present invention. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components.

本実施形態の磁気センサ１０のフリー層１５は、第１、第２のフリー層１５ｃ、１５ｄから構成されている。第１、第２のフリー層１５ｃ、１５ｄは、中間層１４とキャップ層１６との間に積層されている。 The free layer 15 of the magnetic sensor 10 of the present embodiment is composed of first and second free layers 15c and 15d. The first and second free layers 15 c and 15 d are stacked between the intermediate layer 14 and the cap layer 16.

第１のフリー層１５ｃは、基板１１（つまり、フリー層１５）の面内方向に対して垂直方向の磁気異方性を有する垂直磁気異方性膜である。第１のフリー層１５ｃは、上記第１実施形態のフリー層１５と同様に、ＦＭ／ＮＭの積層膜から構成されている。ＦＭ／ＮＭの積層膜は、強磁性膜と非磁性膜とが基板１１に対して垂直方向に積層されて構成されている積層構造体である。強磁性膜としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちいずれか１つの金属から構成してもよい。或いは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちいずれか２つ以上の金属からなる合金によって強磁性膜を構成してもよい。非磁性膜としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１つの金属から構成してもよい。或いは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのうち少なくとも２つ以上の金属からなる合金によって非磁性膜を構成してもよい。 The first free layer 15c is a perpendicular magnetic anisotropy film having a magnetic anisotropy perpendicular to the in-plane direction of the substrate 11 (that is, the free layer 15). Similar to the free layer 15 of the first embodiment, the first free layer 15c is composed of an FM / NM laminated film. The FM / NM laminated film is a laminated structure in which a ferromagnetic film and a nonmagnetic film are laminated in a direction perpendicular to the substrate 11. The ferromagnetic film may be made of any one of Fe, Co, and Ni. Or you may comprise a ferromagnetic film with the alloy which consists of any two or more metals among Fe, Co, and Ni. The nonmagnetic film may be made of any one of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au. Alternatively, the nonmagnetic film may be composed of an alloy made of at least two metals of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au.

第２のフリー層１５ｄは、高スピン分極率層を構成するものであって、基板１１（すなわち、第２のフリー層１５ｄ）に対する面内方向の磁気異方性を有する面内磁気異方性膜である。第２のフリー層１５ｃは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうちいずれか１つの強磁性金属から構成してもよい。或いは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちいずれか２つ以上の強磁性金属からなる合金によって第２のフリー層１５ｄを構成してもよい。 The second free layer 15d constitutes a high spin polarizability layer and has in-plane magnetic anisotropy having in-plane magnetic anisotropy with respect to the substrate 11 (that is, the second free layer 15d). It is a membrane. The second free layer 15c may be made of any one ferromagnetic metal among Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel). Or you may comprise the 2nd free layer 15d with the alloy which consists of any two or more ferromagnetic metals among Fe, Co, and Ni.

このように構成される第１、第２のフリー層１５ｃ、１５ｄが互いに強磁性結合されている。 The first and second free layers 15c and 15d thus configured are ferromagnetically coupled to each other.

以上説明した本実施形態によれば、フリー層１５は、第１、第２のフリー層１５ｃ、１５ｄから構成されている。第１のフリー層１５ｃは、垂直磁気異方性膜である。第２のフリー層１５ｄは、面内磁気異方性膜である。第１、第２のフリー層１５ｃ、１５ｄが互いに強磁性結合されている。これにより、第２のフリー層１５ｄの磁化方向が第１のフリー層１５ｃ垂直磁気異方性の影響を受ける。したがって、外部磁界により、第２のフリー層１５ｄの磁化方向が面内方向に向き難くなる。このため、広い範囲の外部磁界を検出することができる。 According to the present embodiment described above, the free layer 15 includes the first and second free layers 15c and 15d. The first free layer 15c is a perpendicular magnetic anisotropic film. The second free layer 15d is an in-plane magnetic anisotropic film. The first and second free layers 15c and 15d are ferromagnetically coupled to each other. Thereby, the magnetization direction of the second free layer 15d is influenced by the perpendicular magnetic anisotropy of the first free layer 15c. Therefore, the magnetization direction of the second free layer 15d is difficult to face in the in-plane direction due to the external magnetic field. For this reason, a wide range of external magnetic fields can be detected.

上記第３の実施形態では、ＦＭ／ＮＭの積層膜によって面内方向の磁気異方性を有する第１のフリー層１５ｃを構成した例について説明したが、これに限らず、次の（１）、（２）のようにしてもよい。
（１）面内方向の磁気異方性を持つＦＭ−ＮＭの合金によって第１のフリー層１５ｃを構成する。ＦＭ−ＮＭの合金とは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうち少なくとも１つの強磁性金属と、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ｏｓ（オーステニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｕ（金）のうち少なくとも１つの非磁性金属とを溶かし合わせた合金である。
（２）面内方向の磁気異方性を持つＦＭ−ＦＭの合金によって第１のフリー層１５ｃを構成する。ＦＭ−ＦＭの合金とは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうち異なる２つ以上の強磁性金属を溶かし合わせた合金のことである。 In the third embodiment, the example in which the first free layer 15c having the magnetic anisotropy in the in-plane direction is configured by the FM / NM laminated film has been described. However, the present invention is not limited to this, and the following (1) , (2).
(1) The first free layer 15c is made of an FM-NM alloy having in-plane magnetic anisotropy. The FM-NM alloy is at least one ferromagnetic metal of Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), Ag (silver). ), Os (austenium), Ir (iridium), Pt (platinum), and Au (gold), and is an alloy in which at least one nonmagnetic metal is melted together.
(2) The first free layer 15c is made of an FM-FM alloy having in-plane magnetic anisotropy. The FM-FM alloy is an alloy obtained by melting two or more different ferromagnetic metals among Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel).

（第４実施形態）
上記第３の実施形態では、フリー層１５よりもピン層１３を基板１１側に形成した例について説明したが、これに代えて、図６に示すように、フリー層１５をピン層１３よりも基板１１側に形成してもよい。この場合、第２のフリー層１５ｄよりも第１のフリー層１５ｃを基板１１側に形成してもよい。図６において、図１と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。 (Fourth embodiment)
In the third embodiment, the example in which the pinned layer 13 is formed on the substrate 11 side rather than the free layer 15 has been described. Instead, as shown in FIG. You may form in the board | substrate 11 side. In this case, the first free layer 15c may be formed closer to the substrate 11 than the second free layer 15d. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG.

（第５実施形態）
上記第１の実施形態では、ピン層１３の磁化方向を基板１１の面内方向に設定した例について説明したが、これに代えて、本実施形態では、図７に示すように、ピン層１３の磁化方向を基板１１の面内方向に対する垂直方向に設定する。 (Fifth embodiment)
In the first embodiment, the example in which the magnetization direction of the pinned layer 13 is set in the in-plane direction of the substrate 11 has been described. Instead, in the present embodiment, as shown in FIG. Is set to a direction perpendicular to the in-plane direction of the substrate 11.

図７は、本発明の第５実施形態の磁気センサ１０を示す。 FIG. 7 shows a magnetic sensor 10 according to a fifth embodiment of the present invention.

本実施形態の磁気センサ１０では、ピン１３層の磁化方向（図中矢印Ａ２参照）と、フリー層１５の磁化方向（図中矢印Ｂ２参照）とをそれぞれ垂直方向に設定されている。このため、面内磁気異方性の影響を受けずに検出が出来るため、精度よく磁場の検出が可能となる。 In the magnetic sensor 10 of the present embodiment, the magnetization direction of the pin 13 layer (see the arrow A2 in the figure) and the magnetization direction of the free layer 15 (see the arrow B2 in the figure) are set in the vertical direction. For this reason, since detection can be performed without being affected by in-plane magnetic anisotropy, the magnetic field can be detected with high accuracy.

この場合、ピン層１３の面直方向の異方性磁界を、フリー層１５の面直方向の異方性磁界よりも十分大きくすることが必要になる。 In this case, the anisotropic magnetic field in the perpendicular direction of the pinned layer 13 needs to be sufficiently larger than the anisotropic magnetic field in the perpendicular direction of the free layer 15.

ピン層１３の面直方向の異方性磁界は、ピン層１３（すなわち、基板１１）に対して直交する方向の異方性磁界のことである。フリー層１５の面直方向の異方性磁界は、フリー層１５（すなわち、基板１１）に対して直交する方向の異方性磁界のことである。 The anisotropic magnetic field in the direction perpendicular to the plane of the pinned layer 13 is an anisotropic magnetic field in a direction orthogonal to the pinned layer 13 (that is, the substrate 11). The anisotropic magnetic field in the direction perpendicular to the free layer 15 is an anisotropic magnetic field in a direction perpendicular to the free layer 15 (that is, the substrate 11).

（第６実施形態）
本第６実施形態では、２つの磁気センサ１０を用いてハーフブリッジ回路を構成する例について説明する。 (Sixth embodiment)
In the sixth embodiment, an example in which a half bridge circuit is configured using two magnetic sensors 10 will be described.

図８は、本発明の第６実施形態のハーフブリッジ回路２０を示す。 FIG. 8 shows a half-bridge circuit 20 according to the sixth embodiment of the present invention.

ハーフブリッジ回路２０は、センサ回路を構成する磁気センサ１０ａ、１０ｂを備える。磁気センサ１０ａ、１０ｂは、それぞれ、上記第１実施形態の磁気センサ１０と同様に構成されている。磁気センサ１０ａのピン層１３の磁化方向（矢印Ａ１参照）は、面内方向のうち一方向（図８中右側）に設定されている。磁気センサ１０ｂのピン層１３の磁化方向（矢印Ａ１参照）は、面内方向のうち他方向（図８中左側）に設定されている。つまり、磁気センサ１０ａのピン層１３の磁化方向と、磁気センサ１０ｂのピン層１３の磁化方向とは、面内方向において互いに逆の方向に設定されている。 The half bridge circuit 20 includes magnetic sensors 10a and 10b constituting a sensor circuit. Each of the magnetic sensors 10a and 10b is configured similarly to the magnetic sensor 10 of the first embodiment. The magnetization direction (see arrow A1) of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10a is set to one of the in-plane directions (the right side in FIG. 8). The magnetization direction (see arrow A1) of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10b is set to the other direction (left side in FIG. 8) in the in-plane direction. That is, the magnetization direction of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10a and the magnetization direction of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10b are set in opposite directions in the in-plane direction.

磁気センサ１０ａ、１０ｂは、電源Ｖｃｃとグランドとの間で直列接続されている。 The magnetic sensors 10a and 10b are connected in series between the power supply Vcc and the ground.

具体的には、磁気センサ１０ａのフリー層１５が電源Ｖｃｃに接続されて、磁気センサ１０ａのピン層１３と磁気センサ１０ｂのフリー層１５とが接続されている。磁気センサ１０ｂのピン層１３にグランドに接続されている。 Specifically, the free layer 15 of the magnetic sensor 10a is connected to the power supply Vcc, and the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10a and the free layer 15 of the magnetic sensor 10b are connected. The pin layer 13 of the magnetic sensor 10b is connected to the ground.

磁気センサ１０ａ、１０ｂの間の共通接続端子から、外部磁場の印加角度θを示す角度電圧Ｖａを出力することができる。角度電圧Ｖａと外部磁場の印加角度θとの関係がＣＯＳ関数（すなわち、Ｖ＝ＣＯＳθ）となる。 An angular voltage Va indicating the application angle θ of the external magnetic field can be output from a common connection terminal between the magnetic sensors 10a and 10b. The relationship between the angle voltage Va and the applied angle θ of the external magnetic field is a COS function (that is, V = COSθ).

以上説明した本実施形態によれば、ハーフブリッジ回路２０は、電源Ｖｃｃとグランドとの間で直列接続されている磁気センサ１０ａ、１０ｂから構成されている。このため、磁気センサ１０ａ、１０ｂの間の共通接続端子から、外部磁場の印加角度θを示す角度電圧Ｖａを出力することができる。したがって、角度電圧Ｖａにおいて、磁気センサ１０ａ、１０ｂのそれぞれの抵抗値のバラツキを排除することができる。このことにより、上記第１実施形態のＴＭＲ素子を２つ用いて構成したセンサ回路を提供することができる。 According to the present embodiment described above, the half bridge circuit 20 includes the magnetic sensors 10a and 10b connected in series between the power supply Vcc and the ground. Therefore, the angle voltage Va indicating the application angle θ of the external magnetic field can be output from the common connection terminal between the magnetic sensors 10a and 10b. Therefore, it is possible to eliminate variations in the resistance values of the magnetic sensors 10a and 10b at the angular voltage Va. Thus, a sensor circuit configured using two TMR elements of the first embodiment can be provided.

（第７実施形態）
本第７実施形態では、４つの磁気センサ１０を用いてフルブリッジ回路を構成する例について説明する。 (Seventh embodiment)
In the seventh embodiment, an example in which a full bridge circuit is configured using four magnetic sensors 10 will be described.

図９は、本発明の第７実施形態のフルブリッジ回路３０を示す。 FIG. 9 shows a full bridge circuit 30 according to a seventh embodiment of the present invention.

フルブリッジ回路３０は、センサ回路を構成する磁気センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを備える。磁気センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、それぞれ、上記第１実施形態の磁気センサ１０と同様に構成されている。 The full bridge circuit 30 includes magnetic sensors 10a, 10b, 10c, and 10d that constitute a sensor circuit. Each of the magnetic sensors 10a, 10b, 10c, and 10d is configured similarly to the magnetic sensor 10 of the first embodiment.

磁気センサ１０ａ、１０ｄのピン層１３の磁化方向（矢印Ａ１参照）は、面内方向のうち一方向（図９中右側）に設定されている。磁気センサ１０ｂ、１０ｃのピン層１３の磁化方向矢印Ａ１参照は、面内方向ののうち他方向（図９中左側）に設定されている。 The magnetization direction (see arrow A1) of the pinned layer 13 of the magnetic sensors 10a and 10d is set to one direction (the right side in FIG. 9) of the in-plane directions. The magnetization direction arrow A1 reference of the pinned layer 13 of the magnetic sensors 10b and 10c is set in the other direction (left side in FIG. 9) of the in-plane directions.

つまり、磁気センサ１０ａのピン層１３の磁化方向と、磁気センサ１０ｂのピン層１３の磁化方向とは、面内方向において互いに逆の方向に設定されている。磁気センサ１０ｃのピン層１３の磁化方向と、磁気センサ１０ｄのピン層１３の磁化方向とは、面内方向において互いに逆の方向に設定されている。 That is, the magnetization direction of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10a and the magnetization direction of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10b are set in opposite directions in the in-plane direction. The magnetization direction of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10c and the magnetization direction of the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10d are set in opposite directions in the in-plane direction.

磁気センサ１０ａ、１０ｂが電源Ｖｃｃとグランドとの間で直列接続されている。磁気センサ１０ａが磁気センサ１０ｂに対して電源Ｖｃｃ側に配置されている。磁気センサ１０ａ、１０ｂは、ハーフブリッジ回路２０Ａを構成する。 Magnetic sensors 10a and 10b are connected in series between the power supply Vcc and the ground. The magnetic sensor 10a is disposed on the power supply Vcc side with respect to the magnetic sensor 10b. The magnetic sensors 10a and 10b constitute a half bridge circuit 20A.

磁気センサ１０ｃ、１０ｄが電源Ｖｃｃとグランドとの間で直列接続されている。磁気センサ１０ｃが磁気センサ１０ｄに対して電源Ｖｃｃ側に配置されている。磁気センサ１０ｃ、１０ｄは、ハーフブリッジ回路２０Ａを構成する。 Magnetic sensors 10c and 10d are connected in series between the power supply Vcc and the ground. The magnetic sensor 10c is disposed on the power supply Vcc side with respect to the magnetic sensor 10d. The magnetic sensors 10c and 10d constitute a half bridge circuit 20A.

具体的には、磁気センサ１０ｃのフリー層１５が電源Ｖｃｃに接続されて、磁気センサ１０ｄのピン層１３と磁気センサ１０ｂのフリー層１５とが接続されている。磁気センサ１０ｄのピン層１３にグランドに接続されている。 Specifically, the free layer 15 of the magnetic sensor 10c is connected to the power source Vcc, and the pinned layer 13 of the magnetic sensor 10d and the free layer 15 of the magnetic sensor 10b are connected. The pin layer 13 of the magnetic sensor 10d is connected to the ground.

以上のように構成されているフルブリッジ回路３０において、ハーフブリッジ回路２０Ａの共通接続端子から出力される角度電圧Ｖａと、ハーフブリッジ回路２０Ｂの共通接続端子から出力される角度電圧Ｖｂとの差分ΔＶ（＝Ｖａ−Ｖｂ）と印加角度θとの関係はＳＩＮ関数（すなわち、ΔＶｙ＝２ＳＩＮθ）となる。したがって、差分ΔＶにおいて、磁気センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのそれぞれの抵抗値のバラツキを排除することができる。このことにより、上記第１実施形態のＴＭＲ素子を４つ用いて構成したセンサ回路を提供することができる。 In the full bridge circuit 30 configured as described above, the difference ΔV between the angular voltage Va output from the common connection terminal of the half bridge circuit 20A and the angular voltage Vb output from the common connection terminal of the half bridge circuit 20B. The relationship between (= Va−Vb) and the applied angle θ is a SIN function (that is, ΔVy = 2SINθ). Therefore, it is possible to eliminate variations in the resistance values of the magnetic sensors 10a, 10b, 10c, and 10d at the difference ΔV. Thus, it is possible to provide a sensor circuit configured using the four TMR elements of the first embodiment.

（他の実施形態）
上記第１〜第７実施形態では、センサ用磁気抵抗素子としてＴＭＲ素子を構成した例について説明したが、これに代えて、中間層１４としての導電性膜を有するＧＭＲ素子（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）をセンサ用磁気抵抗素子として構成してもよい。 (Other embodiments)
In the first to seventh embodiments, the example in which the TMR element is configured as the magnetoresistive element for sensor has been described. Instead, a GMR element (Giant Magneto Resistance) having a conductive film as the intermediate layer 14 is used. You may comprise as a magnetoresistive element for sensors.

上記第６実施形態では、上記第１実施形態の磁気センサ１０を用いてハーフブリッジ回路（センサ回路）を構成した例について説明したが、これに代えて、上記第２〜５の実施形態のうちいずれかの実施形態の磁気センサ１０を用いてハーフブリッジ回路を構成してもよい。 In the sixth embodiment, an example in which a half-bridge circuit (sensor circuit) is configured using the magnetic sensor 10 of the first embodiment has been described, but instead of this, of the second to fifth embodiments. You may comprise a half bridge circuit using the magnetic sensor 10 of any embodiment.

上記第７実施形態では、上記第１実施形態の磁気センサ１０を用いてフルブリッジ回路（センサ回路）を構成した例について説明したが、これに代えて、上記第２〜５の実施形態のうちいずれかの実施形態の磁気センサ１０を用いてフルブリッジ回路を構成してもよい。 In the seventh embodiment, the example in which the full bridge circuit (sensor circuit) is configured by using the magnetic sensor 10 of the first embodiment has been described, but instead of this, among the second to fifth embodiments. A full bridge circuit may be configured using the magnetic sensor 10 of any of the embodiments.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記第１〜第７の実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記第１〜第７の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記第１〜第７の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably. Further, the first to seventh embodiments are not irrelevant to each other, and can be appropriately combined except when the combination is clearly impossible. Further, in the first to seventh embodiments, elements constituting the embodiment are not necessarily required except when clearly stated to be essential and when clearly considered essential in principle. It goes without saying that it is not. Also, in the first to seventh embodiments, when numerical values such as the number and range of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly indicated that it is particularly essential and clearly specified in principle. The number is not limited to a specific number except in a limited case.

１０磁気センサ
１１基板
１２下地層
１３ピン層
１４中間層
１５フリー層
１５ｃ第１のフリー層
１５ｄ第２のフリー層
１６キャップ層
２０ハーフブリッジ回路（センサ回路）
３０フルブリッジ回路（センサ回路） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetic sensor 11 Board | substrate 12 Underlayer 13 Pin layer 14 Intermediate layer 15 Free layer 15c 1st free layer 15d 2nd free layer 16 Cap layer 20 Half bridge circuit (sensor circuit)
30 Full bridge circuit (sensor circuit)

Claims

A pinned layer (13) whose magnetization direction is fixed;
A free layer (15) whose magnetization direction changes following an external magnetic field;
An intermediate layer (14) sandwiched between the pinned layer and the free layer, the resistance value of which varies depending on the angle between the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer, is laminated,
The magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer;
An anisotropic magnetic field in the in-plane direction of the free layer is set in a range of 50 [mT] to 75 [mT] .

A pinned layer (13) whose magnetization direction is fixed;
A free layer (15) whose magnetization direction changes following an external magnetic field;
An intermediate layer (14) sandwiched between the pinned layer and the free layer, the resistance value of which varies depending on the angle between the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer, is laminated,
The magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer;
An in-plane anisotropic magnetic field of the free layer is set in a range of 75 [mT] to 100 [mT] .

A pinned layer (13) whose magnetization direction is fixed;
A free layer (15) whose magnetization direction changes following an external magnetic field;
An intermediate layer (14) sandwiched between the pinned layer and the free layer, the resistance value of which varies depending on the angle between the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer, is laminated,
The magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer;
A magnetoresistive element for a sensor, wherein an in-plane anisotropic magnetic field of the free layer is set in a range of 100 [mT] to 500 [mT] .

A pinned layer (13) whose magnetization direction is fixed;
A free layer (15) whose magnetization direction changes following an external magnetic field;
An intermediate layer (14) sandwiched between the pinned layer and the free layer, the resistance value of which varies depending on the angle between the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer, is laminated,
The magnetization stabilization direction of the free layer is perpendicular to the free layer;
An in-plane anisotropic magnetic field of the free layer is set in a range of 500 [mT] to 1000 [mT] .

The free layer is
A laminated structure in which a ferromagnetic film and a nonmagnetic film are laminated;
An alloy composed of one or more metals of Fe, Co, Ni and one or more metals of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au,
And an alloy composed of two or more metals of Fe, Co, and Ni, and
The ferromagnetic film is made of any one metal of Fe, Co, Ni, or an alloy composed of two or more of Fe, Co, Ni,
The nonmagnetic film may be any one of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au, or two or more of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au. magnetoresistive element sensor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is constituted by consisting of a metal alloy.

The free layer is formed into a thin film and has a first free layer (15c) having a magnetic anisotropy perpendicular to the in-plane direction. The free layer is formed into a thin film and has a magnetic difference in the in-plane direction. The sensor magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 4 , wherein a second free layer (15d) having directionality is laminated.

The first free layer is
A laminated structure in which a ferromagnetic film and a nonmagnetic film are laminated;
An alloy composed of one or more metals of Fe, Co, Ni and one or more metals of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au,
And an alloy composed of two or more metals of Fe, Co, and Ni, and
The ferromagnetic film is made of any one metal of Fe, Co, Ni, or an alloy composed of two or more of Fe, Co, Ni,
The nonmagnetic film may be any one of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au, or two or more of Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au. 7. The sensor magnetoresistive element according to claim 6 , wherein the magnetoresistive element is made of an alloy made of any of the above metals.

The second free layer, Fe, Co, any one metal selected from Ni, or Fe, Co, to claim 6 or 7, characterized in that an alloy of two or more metals among Ni The magnetoresistive element for sensors as described.

The pinned layer, the free layer, and the intermediate layer are laminated to the substrate (11);
Sensor magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 8, wherein the pinned layer is disposed on the substrate side of the free layer.

The pinned layer, the free layer, and the intermediate layer are laminated to the substrate (11);
Sensor magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the free layer is disposed on the substrate side of the pin layer.

The magnetization stabilization direction of the pinned layer and the free layer is a direction perpendicular to the free layer,
Anisotropic magnetic field of the orthogonal direction of the pinned layer, a sensor according to any one of claims 1 to 1 0, characterized in larger than the anisotropy field of the orthogonal direction of the free layer Magnetoresistive element.

The said pinned layer, the said free layer, and the said intermediate | middle layer comprise the TMR element which has an electrically insulating film as the said intermediate | middle layer, The any one of Claim 1 thru | or 11 characterized by the above-mentioned. Magnetoresistive element for sensors.

The pinned layer, the free layer, and the intermediate layer, according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in constituting the GMR element having a conductive film as the intermediate layer Magnetoresistive element for sensors.

It claims 1 to comprise two or more magnetoresistive element sensor according to any one of 1 to 3,
The two or more magnetoresistive elements for sensors constitute a half-bridge circuit.

It claims 1 to comprise four or more magnetoresistive element sensor according to any one of 1 to 3,
The sensor circuit, wherein the four or more magnetoresistive elements for sensors constitute a full bridge circuit.