JP6204391B2 - Magnetic sensor and current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、磁気センサおよび当該磁気センサを備えた電流センサに関する。
The present invention relates to a magnetic sensor and a current sensor including the magnetic sensor.
電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとしては、被測定電流からの誘導磁界を検出する磁気センサを用いたものが知られている。磁気センサ用の磁気検出素子として、例えば、ＧＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子が挙げられる。 In fields such as motor drive technology in electric vehicles and hybrid cars, a relatively large current is handled, and thus a current sensor capable of measuring a large current in a non-contact manner is required. As such a current sensor, a sensor using a magnetic sensor that detects an induced magnetic field from a current to be measured is known. Examples of the magnetic detection element for the magnetic sensor include a magnetoresistive effect element such as a GMR element.
ＧＭＲ素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基本構造とする。固定磁性層は、反強磁性層と強磁性層との積層構造による交換結合バイアスや、２つの強磁性層が非磁性中間層を介して積層されるセルフピン止め構造によるＲＫＫＹ相互作用（間接交換相互作用）により、磁化方向が一方向に固定されている。フリー磁性層は外部磁界に応じて磁化方向が変化可能とされている。 The GMR element has a basic structure of a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer. The pinned magnetic layer has an exchange coupling bias due to a laminated structure of an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer, and an RKKY interaction (indirect exchange mutual interaction) due to a self-pinned structure in which two ferromagnetic layers are laminated via a nonmagnetic intermediate layer. (Operation), the magnetization direction is fixed in one direction. The free magnetic layer can change the magnetization direction in accordance with an external magnetic field.
ＧＭＲ素子を備えた磁気センサを用いてなる電流センサでは、被測定電流からの誘導磁界がＧＭＲ素子に印加されることにより、フリー磁性層の磁化方向が変化する。このフリー磁性層の磁化方向と、固定磁性層の磁化方向との相対角度に応じてＧＭＲ素子の電気抵抗値が変動するため、この電気抵抗値を測定することにより、フリー磁性層の磁化方向を検出することができる。そして、磁気センサにより検出された磁化方向に基づいて、誘導磁界を与えた被測定電流の大きさおよびその向きを求めることが可能である。 In a current sensor using a magnetic sensor having a GMR element, an induced magnetic field from a current to be measured is applied to the GMR element, whereby the magnetization direction of the free magnetic layer changes. Since the electrical resistance value of the GMR element varies depending on the relative angle between the magnetization direction of the free magnetic layer and the magnetization direction of the pinned magnetic layer, the magnetization direction of the free magnetic layer can be determined by measuring the electrical resistance value. Can be detected. Based on the magnetization direction detected by the magnetic sensor, it is possible to determine the magnitude and direction of the current to be measured to which the induced magnetic field is applied.
ところで、電気自動車やハイブリッドカーにおいては、モータの駆動を電流値に基づいて制御する場合があり、また、バッテリーに流れ込む電流値に応じてバッテリーの制御方法を調整する場合がある。したがって、磁気センサを用いてなる電流センサには、電流値をより正確に検出できるように、磁気センサの測定精度を高めることが求められている。 By the way, in an electric vehicle or a hybrid car, driving of a motor may be controlled based on a current value, and a battery control method may be adjusted according to a current value flowing into the battery. Therefore, a current sensor using a magnetic sensor is required to increase the measurement accuracy of the magnetic sensor so that the current value can be detected more accurately.
磁気センサの測定精度を向上させるためには、オフセットの低減、出力信号のばらつきの低減、およびリニアリティ（出力線形性）の向上などを実現することが求められる。これらの要求に応えるための好ましい一手段として、磁気センサが有するＧＭＲ素子のヒステリシスを低減させることが挙げられる。ＧＭＲ素子のヒステリシスを低減させる手段の具体例として、フリー磁性層にバイアス磁界を印加して、被測定電流からの誘導磁界が印加されていない状態においてもフリー磁性層の磁化方向を揃えることが挙げられる。 In order to improve the measurement accuracy of the magnetic sensor, it is required to realize a reduction in offset, a reduction in output signal variation, an improvement in linearity (output linearity), and the like. One preferable means for meeting these requirements is to reduce the hysteresis of the GMR element included in the magnetic sensor. As a specific example of means for reducing the hysteresis of the GMR element, a bias magnetic field is applied to the free magnetic layer so that the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned even when no induced magnetic field from the current to be measured is applied. It is done.
フリー磁性層にバイアス磁界を印加する方法として、特許文献１には、フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせフリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる反強磁性層をフリー磁性層に積層させる方法が開示されている。 As a method of applying a bias magnetic field to the free magnetic layer, Patent Document 1 discloses that an exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied. A method of laminating a possible antiferromagnetic layer on a free magnetic layer is disclosed.
上記の反強磁性層による交換結合バイアスを生じさせる方法は、ＧＭＲ素子の周囲に永久磁石を配置してバイアス磁界を発生させる方法に比べてバイアス磁界の均一性など有利な点を有する。しかしながら、ＧＭＲ素子を高温環境下に長時間保存した場合にフリー磁性層に生じる交換結合バイアスによるバイアス磁界が大きくなり、その結果、ＧＭＲ素子の検出感度が低下する傾向を示す場合がある。 The method of generating the exchange coupling bias by the antiferromagnetic layer has advantages such as the uniformity of the bias magnetic field, compared with the method of generating a bias magnetic field by arranging a permanent magnet around the GMR element. However, when the GMR element is stored in a high temperature environment for a long time, the bias magnetic field due to the exchange coupling bias generated in the free magnetic layer increases, and as a result, the detection sensitivity of the GMR element tends to decrease.
本発明は、特許文献１に開示される交換結合バイアスに基づくフリー磁性層の単磁区化を基礎技術としつつ、高温（具体的な一例として１５０℃が挙げられる。）環境下に長時間（具体的な一例として１０００時間が挙げられる。）保存された場合であっても検出感度の低下が生じにくい磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を備える磁気センサおよび当該磁気センサを用いてなる電流センサを提供することを目的とする。 The present invention uses a single magnetic domain of a free magnetic layer based on the exchange coupling bias disclosed in Patent Document 1 as a basic technology, and is used for a long time (specifically, 150 ° C.) under a high temperature (specific example). A typical example is 1000 hours.) Provided are a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element (GMR element) that is unlikely to cause a decrease in detection sensitivity even when stored, and a current sensor using the magnetic sensor. The purpose is to do.
上記の課題を解決するために本発明者ら検討した結果、フリー磁性層内にある種の層を存在させることにより、高温環境下に長時間保存された場合であっても、磁気抵抗効果素子の検出感度の低下を生じにくくすることができるとの新たな知見を得た。 As a result of the study by the present inventors in order to solve the above-described problems, a magnetoresistive effect element can be obtained even when stored in a high temperature environment for a long time by having a certain layer in the free magnetic layer. New findings were obtained that it was difficult to cause a decrease in detection sensitivity.
かかる知見により完成された本発明は、一態様において、特定の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基板上に有し、前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、前記フリー磁性層は、前記フリー磁性層の前記第１反強磁性層に対する格子非整合を低減させるミスフィット低減層、前記ミスフィット低減層と前記非磁性材料層との間に位置する第１フリー磁性層、および前記ミスフィット低減層と前記第１反強磁性層との間に位置し、前記第１フリー磁性層と強磁性結合する第２フリー磁性層を備えることを特徴とする磁気センサである。 The present invention completed by such knowledge is, in one aspect, a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element having a sensitivity axis in a specific direction, wherein the magnetoresistive effect element includes a fixed magnetic layer, a free magnetic layer, On the substrate, and the free magnetic layer has an exchange coupling bias with the free magnetic layer on the side opposite to the side facing the nonmagnetic material layer. And a first antiferromagnetic layer capable of aligning the magnetization direction of the free magnetic layer with a predetermined direction in a state in which the magnetization can be varied, and the free magnetic layer includes the first antiferromagnetic layer of the free magnetic layer. A misfit reducing layer for reducing lattice mismatch to the layer, a first free magnetic layer positioned between the misfit reducing layer and the nonmagnetic material layer, and the misfit reducing layer and the first antiferromagnetic layer Located between a magnetic sensor, characterized in that it comprises a second free magnetic layer to the ferromagnetic coupling between the first free magnetic layer.
フリー磁性層内にミスフィット低減層が存在することにより、フリー磁性層の第１反強磁性層に対する格子非整合が低減する。その結果、１５０℃程度の高温に１０００時間程度の長時間保存された場合であっても、磁気抵抗効果素子の検出感度が低下しにくくなる。 Due to the presence of the misfit reduction layer in the free magnetic layer, the lattice mismatch of the free magnetic layer with respect to the first antiferromagnetic layer is reduced. As a result, even when stored at a high temperature of about 150 ° C. for a long time of about 1000 hours, the detection sensitivity of the magnetoresistive element is unlikely to decrease.
上記の磁気センサにおいて、前記ミスフィット低減層および前記第２フリー磁性層は面心立方構造（ｆｃｃ）を有し、前記ミスフィット低減層のｆｃｃ（１１１）面における格子面間隔は、前記第２フリー磁性層のｆｃｃ（１１１）面における格子面間隔よりも大きいことが好ましい。 In the above magnetic sensor, the misfit reduction layer and the second free magnetic layer have a face-centered cubic structure (fcc), and the lattice plane spacing on the fcc (111) plane of the misfit reduction layer is the second It is preferably larger than the lattice spacing in the fcc (111) plane of the free magnetic layer.
上記の磁気センサにおいて、前記ミスフィット低減層は、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有することが好ましい。 In the above magnetic sensor, the misfit reduction layer preferably contains one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta, and W.
本発明の別の一態様は、特定の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基板上に有し、前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、前記フリー磁性層は、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する第１層、前記第１層と前記非磁性材料層との間に位置する第１フリー磁性層、および前記第１層と前記第１反強磁性層との間に位置し、前記第１フリー磁性層と強磁性結合する第２フリー磁性層を備えることを特徴とする磁気センサである。 Another aspect of the present invention is a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element having a sensitivity axis in a specific direction, wherein the magnetoresistive effect element includes a fixed magnetic layer and a free magnetic layer that are nonmagnetic material layers. On the substrate, and an exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the free magnetic layer on the opposite side of the free magnetic layer opposite to the nonmagnetic material layer. A first antiferromagnetic layer capable of aligning the magnetization direction of the magnetic layer in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied, wherein the free magnetic layer is one selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta, and W; A first layer containing two or more kinds, a first free magnetic layer positioned between the first layer and the nonmagnetic material layer, and a position between the first layer and the first antiferromagnetic layer And a second film ferromagnetically coupled to the first free magnetic layer. A magnetic sensor, characterized in that it comprises an over magnetic layer.
フリー磁性層内に第１層が存在することにより、フリー磁性層の第１反強磁性層に対する格子非整合が低減する。その結果、１５０℃程度の高温に１０００時間程度の長時間保存された場合であっても、磁気抵抗効果素子の検出感度が低下しにくくなる。 The presence of the first layer in the free magnetic layer reduces lattice mismatch with the first antiferromagnetic layer of the free magnetic layer. As a result, even when stored at a high temperature of about 150 ° C. for a long time of about 1000 hours, the detection sensitivity of the magnetoresistive element is unlikely to decrease.
上記の磁気センサにおいて、前記第１反強磁性層は白金族元素およびＭｎを含有することが好ましい。 In the above magnetic sensor, the first antiferromagnetic layer preferably contains a platinum group element and Mn.
上記の磁気センサにおいて、前記第１反強磁性層は、ＩｒＭｎおよびＰｔＭｎの少なくとも一方から形成されることが好ましい。 In the above magnetic sensor, the first antiferromagnetic layer is preferably formed of at least one of IrMn and PtMn.
上記の磁気センサの前記固定磁性層は、第１磁性層と前記非磁性材料層に接する第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第１磁性層と前記第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型であってもよい。 The pinned magnetic layer of the magnetic sensor includes a first magnetic layer and a second magnetic layer that are in contact with the nonmagnetic material layer, with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween, and the first magnetic layer and the second magnetic layer. May be a self-pinning type in which the magnetization is fixed in antiparallel.
上記の磁気センサの前記固定磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記固定磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記固定磁性層の磁化方向を所定方向に揃えることができる第２反強磁性層を備えていてもよい。 An exchange coupling bias is generated between the pinned magnetic layer and the pinned magnetic layer on the opposite side of the pinned magnetic layer to the nonmagnetic material layer so that the magnetization direction of the pinned magnetic layer is aligned with a predetermined direction. A second antiferromagnetic layer that can be used may be provided.
上記の磁気センサの前記積層構造は、前記フリー磁性層が前記固定磁性層と前記基板との間に位置するように積層される、いわゆるトップピン構造であってもよいし、前記固定磁性層が前記フリー磁性層と前記基板との間に位置するように積層される、いわゆるボトムピン構造であってもよい。 The laminated structure of the magnetic sensor may be a so-called top pin structure in which the free magnetic layer is laminated so as to be positioned between the pinned magnetic layer and the substrate. It may be a so-called bottom pin structure that is laminated so as to be positioned between the free magnetic layer and the substrate.
本発明のまた別の一態様は、上記の本発明に係る磁気センサを備える電流センサである。 Another aspect of the present invention is a current sensor including the magnetic sensor according to the present invention.
本発明によれば、フリー磁性層に交換結合バイアスを生じさせる方式でありながら、高温環境下に長時間保存された場合であっても感度低下が生じくい磁気抵抗効果素子を備える磁気センサが提供される。また、かかる磁気センサを用いてなる電流センサも提供される。 According to the present invention, there is provided a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element that is less susceptible to a decrease in sensitivity even when stored in a high temperature environment for a long time, although it is a system that generates an exchange coupling bias in a free magnetic layer. Is done. A current sensor using such a magnetic sensor is also provided.
１．磁気センサ
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概念図（平面図）、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。
1. 1 is a conceptual diagram (plan view) of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、図１に示すように、ストライプ形状のＧＭＲ素子を備える磁気抵抗効果素子１１を有する。磁気抵抗効果素子１１は、そのストライプ長手方向Ｄ１（以下、単に「長手方向Ｄ１」ともいう。）が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン１２（ストライプ）が折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有する。このミアンダ形状の磁気抵抗効果素子１１において、感度軸方向は、長尺パターン１２の長手方向Ｄ１に対して直交する方向Ｄ２（以下、単に「幅方向Ｄ２」ともいう。）である。したがって、このミアンダ形状の磁気抵抗効果素子１１を備える磁気センサ１は、使用の際に、被測定磁界およびキャンセル磁界が、幅方向Ｄ２に沿うように印加される。 As shown in FIG. 1, a magnetic sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes a magnetoresistive effect element 11 including a stripe-shaped GMR element. The magnetoresistive effect element 11 is formed by folding a plurality of strip-like long patterns 12 (stripes) arranged so that the stripe longitudinal direction D1 (hereinafter also simply referred to as “longitudinal direction D1”) is parallel to each other. It has a shape (a meander shape). In this meander-shaped magnetoresistive effect element 11, the sensitivity axis direction is a direction D <b> 2 orthogonal to the longitudinal direction D <b> 1 of the long pattern 12 (hereinafter also simply referred to as “width direction D <b> 2”). Accordingly, when the magnetic sensor 1 including the meander-shaped magnetoresistive element 11 is used, the magnetic field to be measured and the canceling magnetic field are applied along the width direction D2.
互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン１２のうち、配列方向端部に位置するもの以外の長尺パターン１２のそれぞれは、端部において最近位の他の帯状の長尺パターン１２と導電部１３により接続されている。配列方向端部に位置する長尺パターン１２は、導電部１３を介して接続端子１４に接続されている。こうして、２つの接続端子１４，１４間に、複数の長尺パターン１２が直列に導電部１３により接続された構成を、磁気抵抗効果素子１１は備える。導電部１３および接続端子１４は非磁性、磁性の別を問わないが、電気抵抗の低い材料から構成することが好ましい。磁気センサ１は、２つの接続端子１４，１４から磁気抵抗効果素子１１からの信号を出力可能である。接続端子１４，１４から出力される磁気抵抗効果素子１１からの信号は、図示しない演算部に入力され、演算部において当該信号に基づいて被測定電力が算出される。 Among the plurality of strip-like long patterns 12 arranged so as to be parallel to each other, each of the long patterns 12 other than those located at the end portion in the arrangement direction is the other strip-like long portion closest to the end portion. The pattern 12 and the conductive portion 13 are connected. The long pattern 12 positioned at the end in the arrangement direction is connected to the connection terminal 14 via the conductive portion 13. Thus, the magnetoresistive effect element 11 has a configuration in which the plurality of long patterns 12 are connected in series by the conductive portion 13 between the two connection terminals 14 and 14. The conductive portion 13 and the connection terminal 14 may be nonmagnetic or magnetic, but are preferably made of a material with low electrical resistance. The magnetic sensor 1 can output signals from the magnetoresistive effect element 11 from the two connection terminals 14 and 14. Signals from the magnetoresistive effect element 11 output from the connection terminals 14 and 14 are input to a calculation unit (not shown), and the calculation unit calculates electric power to be measured based on the signals.
図２に示すように、磁気抵抗効果素子１１の長尺パターン１２のそれぞれは、基板２９上に、図示しない絶縁層等を介して、下から、シード層２０、固定磁性層２１、非磁性材料層２２、フリー磁性層２３、第１反強磁性層２４、および保護層２５の順に積層されて成膜される。これらの層の成膜方法は限定されない。例えばスパッタにて成膜してもよい。 As shown in FIG. 2, each of the long patterns 12 of the magnetoresistive effect element 11 is formed on a substrate 29 from below through an insulating layer (not shown), from the seed layer 20, the fixed magnetic layer 21, the nonmagnetic material. The layer 22, the free magnetic layer 23, the first antiferromagnetic layer 24, and the protective layer 25 are stacked in this order. The method for forming these layers is not limited. For example, the film may be formed by sputtering.
シード層２０は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒ等で形成される。 The seed layer 20 is formed of NiFeCr or Cr.
固定磁性層２１は、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃと、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃと間に位置する非磁性中間層２１ｂとのセルフピン止め構造である。図２に示されるように、第１磁性層２１ａの固定磁化方向と、第２磁性層２１ｃの固定磁化方向とは反平行となっている。そして、第２磁性層２１ｃの固定磁化方向が、固定磁性層２１における固定磁化方向、すなわち感度軸方向である。 The pinned magnetic layer 21 has a self-pinned structure of a first magnetic layer 21a, a second magnetic layer 21c, and a nonmagnetic intermediate layer 21b located between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c. As shown in FIG. 2, the fixed magnetization direction of the first magnetic layer 21a and the fixed magnetization direction of the second magnetic layer 21c are antiparallel. The fixed magnetization direction of the second magnetic layer 21c is the fixed magnetization direction in the fixed magnetic layer 21, that is, the sensitivity axis direction.
図２に示されるように、第１磁性層２１ａはシード層２０上に形成されており、第２磁性層２１ｃは、後述する非磁性材料層２２に接して形成されている。第１磁性層２１ａは、第２磁性層２１ｃよりも高保磁力材料のＣｏＦｅ合金で形成されることが好適である。 As shown in FIG. 2, the first magnetic layer 21a is formed on the seed layer 20, and the second magnetic layer 21c is formed in contact with a nonmagnetic material layer 22 described later. The first magnetic layer 21a is preferably formed of a CoFe alloy that is a higher coercive force material than the second magnetic layer 21c.
非磁性材料層２２に接する第２磁性層２１ｃは磁気抵抗効果（具体的にはＧＭＲ効果）に寄与する層であり、第２磁性層２１ｃには、アップスピンを持つ伝導電子とダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を大きくできる磁性材料が選択される。 The second magnetic layer 21c in contact with the nonmagnetic material layer 22 is a layer that contributes to the magnetoresistance effect (specifically, the GMR effect), and the second magnetic layer 21c has conduction electrons having up spins and down spins. A magnetic material that can increase the mean free path difference of conduction electrons is selected.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１では、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃとの磁化量（飽和磁化Ｍｓ・層厚ｔ）の差が実質的にゼロとなるように調整されている。 In the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2, the difference in the magnetization amount (saturation magnetization Ms · layer thickness t) between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c is adjusted to be substantially zero. Yes.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１の固定磁性層２１は、セルフピン止め構造であるから、反強磁性層を備えない。これにより磁気抵抗効果素子１１の温度特性が反強磁性層のブロッキング温度に制約を受けない。 Since the pinned magnetic layer 21 of the magnetoresistive element 11 shown in FIG. 2 has a self-pinned structure, it does not include an antiferromagnetic layer. Thereby, the temperature characteristic of the magnetoresistive effect element 11 is not restricted by the blocking temperature of the antiferromagnetic layer.
固定磁性層２１の磁化固定力を高めるには、第１磁性層２１ａの保磁力Ｈｃを高めること、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃの磁化量の差を実質的にゼロに調整すること、更に非磁性中間層２１ｂの厚さを調整して第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を強めることが重要とされている。このように適宜調整することで、固定磁性層２１が外部からの磁界に対して影響を受けることなく、磁化がより強固に固定される。 In order to increase the magnetization pinning force of the pinned magnetic layer 21, the coercive force Hc of the first magnetic layer 21a is increased, and the difference in magnetization between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c is adjusted to substantially zero. In addition, it is important to adjust the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 21b to increase the antiparallel coupling magnetic field due to the RKKY interaction generated between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c. By appropriately adjusting in this way, the magnetization of the pinned magnetic layer 21 is more strongly fixed without being affected by an external magnetic field.
非磁性材料層２２は、Ｃｕ（銅）などである。 The nonmagnetic material layer 22 is made of Cu (copper) or the like.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１のフリー磁性層２３は、第１フリー磁性層２３ａ、ミスフィット低減層２３ｂおよび第２フリー磁性層２３ｃから構成される。第１フリー磁性層２３ａおよび第２フリー磁性層２３ｃは、ＮｉＦｅやＣｏＦｅ等の強磁性材料の単層構造、あるいは積層構造で構成され、ミスフィット低減層２３ｂを介して強磁性結合している。すなわち、図２に示されるように、第１フリー磁性層２３ａと第２フリー磁性層２３ｃとは、平行で同じ向きに磁化している。 The free magnetic layer 23 of the magnetoresistive element 11 shown in FIG. 2 includes a first free magnetic layer 23a, a misfit reduction layer 23b, and a second free magnetic layer 23c. The first free magnetic layer 23a and the second free magnetic layer 23c have a single-layer structure or a laminated structure of a ferromagnetic material such as NiFe or CoFe, and are ferromagnetically coupled via the misfit reduction layer 23b. That is, as shown in FIG. 2, the first free magnetic layer 23a and the second free magnetic layer 23c are magnetized in parallel and in the same direction.
ミスフィット低減層２３ｂは、フリー磁性層２３の第１反強磁性層２４に対する格子非整合を低減させる層である。この点を、フリー磁性層を構成する材料がＮｉＦｅを含み、第１反強磁性層を構成する材料がＩｒＭｎである場合を例として説明すれば、ＮｉＦｅを含むフリー磁性層とＩｒＭｎからなる第１反強磁性層とを積層した状態でＸ線回折スペクトルを測定すると、フリー磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくピークが５１．５°程度に頂点を有して測定され、第１反強磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくピークが４８．５°程度に頂点を有して測定される。これらの測定結果に基づくと、第１反強磁性層を構成するＩｒＭｎの格子面間隔は２．１８Å、フリー磁性層を構成するＮｉＦｅの格子面間隔は２．０６Åと算出され、６％程度の格子非整合が存在すると見積もられる。 The misfit reduction layer 23 b is a layer that reduces lattice mismatch with the first antiferromagnetic layer 24 of the free magnetic layer 23. This will be explained by taking as an example the case where the material constituting the free magnetic layer contains NiFe and the material constituting the first antiferromagnetic layer is IrMn. First, the first magnetic magnetic layer containing NiFe and IrMn is used. When the X-ray diffraction spectrum is measured in a state where the antiferromagnetic layer is laminated, the peak based on the fcc (111) plane of the free magnetic layer is measured with a peak at about 51.5 °, and the first antiferromagnetic layer is measured. The peak based on the fcc (111) plane of the layer is measured with a peak at about 48.5 °. Based on these measurement results, the lattice spacing of IrMn constituting the first antiferromagnetic layer is calculated to be 2.18 mm, and the lattice spacing of NiFe constituting the free magnetic layer is calculated to be 2.06 mm, which is about 6%. It is estimated that there is a lattice mismatch.
これに対して、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子１１のように、フリー磁性層２３がミスフィット低減層２３ｂを有する場合には、フリー磁性層２３とＩｒＭｎからなる第１反強磁性層２４とを積層した状態でＸ線回折スペクトルを測定すると、フリー磁性層２３に基づくピークは低角度側にシフトし、フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減する。フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減した理由は、ミスフィット低減層２３ｂの格子面間隔が第２フリー磁性層２３ｃの格子面間隔よりも大きいため、第２フリー磁性層２３ｃの格子面間隔が第１反強磁性層２４の格子面間隔に近づくように広がったと考えられる。なお、Ｐｔのｆｃｃ（１１１）面の格子面間隔は、２．２６Åである。このように、ミスフィット低減層２３ｂのｆｃｃ（１１１）面における格子面間隔は、フリー磁性層２３、特に、第２フリー磁性層２３ｃのｆｃｃ（１１１）面における格子面間隔よりも大きいことが好ましい。 On the other hand, when the free magnetic layer 23 has the misfit reduction layer 23b as in the magnetoresistive effect element 11 according to the embodiment of the present invention, the first antiferromagnetic strength composed of the free magnetic layer 23 and IrMn. When the X-ray diffraction spectrum is measured in a state where the magnetic layer 24 is laminated, the peak based on the free magnetic layer 23 shifts to a lower angle side, and the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is caused. To reduce. The reason why the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is reduced is that the lattice spacing of the misfit reducing layer 23b is larger than the lattice spacing of the second free magnetic layer 23c. It is considered that the lattice spacing of the free magnetic layer 23c has expanded so as to approach the lattice spacing of the first antiferromagnetic layer 24. The lattice spacing of the Pt fcc (111) plane is 2.26 mm. Thus, the lattice spacing on the fcc (111) plane of the misfit reducing layer 23b is preferably larger than the lattice spacing on the fcc (111) plane of the free magnetic layer 23, particularly the second free magnetic layer 23c. .
このようにフリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減することにより、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子１１を備える磁気センサ１は、格子非整合が大きい場合に比べて、高温環境下に長時間保存された場合における検出感度の低下が生じにくくなる。 Thus, by reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24, the magnetic sensor 1 including the magnetoresistive element 11 according to the embodiment of the present invention has a lattice mismatch. Compared to a large case, the detection sensitivity is less likely to be lowered when stored in a high temperature environment for a long time.
フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減することにより、磁気センサ１の高温環境下に長時間保存された場合における検出感度の低下が生じにくくなる理由は、第１反強磁性層２４との格子の整合性が高くなった結果、第１反強磁性層２４に含有される原子が動きにくくなるため、高温環境下に長時間保存された前後の交換結合磁界の変動が小さくなったことに起因していると考えられる。 The reason why the detection sensitivity is hardly lowered when the magnetic sensor 1 is stored in a high temperature environment for a long time by reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is as follows. As a result of the high lattice matching with the antiferromagnetic layer 24, the atoms contained in the first antiferromagnetic layer 24 become difficult to move, so that the exchange coupling magnetic fields before and after being stored for a long time in a high temperature environment This is thought to be due to the fact that fluctuations in
フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合を低減させることに寄与する限り、ミスフィット低減層２３ｂの組成は限定されない。ミスフィット低減層２３ｂは、フリー磁性層を構成する材料よりも原子半径の大きな材料から構成されていることが好ましい。また、ミスフィット低減層２３ｂは単層構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。第１フリー磁性層２３ａおよび第２フリー磁性層２３ｃを構成する材料がＮｉＦｅやＣｏＦｅであって、第１反強磁性層２４を構成する材料がＩｒＭｎやＰｔＭｎである場合には、ミスフィット低減層２３ｂは、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する第１層から構成されていてもよい。第１フリー磁性層２３ａと第２フリー磁性層２３ｃとの強磁性結合を安定的に生じさせる観点から、ミスフィット低減層２３ｂは、ＰｔおよびＰｄの少なくとも１種を含有することが好ましく、Ｐｔ、ＰｄおよびＰｔＰｄからなる群から選ばれる１種または２種以上からなることがより好ましい。第１フリー磁性層２３ａと第２フリー磁性層２３ｃとの強磁性結合が生じにくくなると、フリー磁性層２３に交換結合バイアスが生じにくくなってしまう。生産性などもさらに考慮すれば、ミスフィット低減層２３ｂはＰｔまたはＰｄからなることが好ましい。 As long as it contributes to reducing lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24, the composition of the misfit reducing layer 23b is not limited. The misfit reduction layer 23b is preferably made of a material having an atomic radius larger than that of the material constituting the free magnetic layer. Further, the misfit reduction layer 23b may have a single layer structure or a laminated structure. When the material constituting the first free magnetic layer 23a and the second free magnetic layer 23c is NiFe or CoFe and the material constituting the first antiferromagnetic layer 24 is IrMn or PtMn, the misfit reducing layer 23b may be composed of a first layer containing one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta and W. From the viewpoint of stably generating ferromagnetic coupling between the first free magnetic layer 23a and the second free magnetic layer 23c, the misfit reduction layer 23b preferably contains at least one of Pt and Pd, and Pt, More preferably, it consists of one or more selected from the group consisting of Pd and PtPd. When the ferromagnetic coupling between the first free magnetic layer 23a and the second free magnetic layer 23c is difficult to occur, an exchange coupling bias is hardly generated in the free magnetic layer 23. In consideration of productivity and the like, the misfit reduction layer 23b is preferably made of Pt or Pd.
フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合を低減させることに寄与する限り、ミスフィット低減層２３ｂの厚さは限定されない。ミスフィット低減層２３ｂが過度に薄い場合には、フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合を低減させることとが困難となり、ミスフィット低減層２３ｂが過度に厚い場合には、第１フリー磁性層２３ａと第２フリー磁性層２３ｃとの強磁性結合を維持することが困難となることを考慮して、適宜設定すればよい。第１フリー磁性層２３ａおよび第２フリー磁性層２３ｃを構成する材料がＮｉＦｅやＣｏＦｅからなり、第１反強磁性層２４を構成する材料がＩｒＭｎやＰｔＭｎからなり、かつミスフィット低減層２３ｂがＰｔからなる場合には、ミスフィット低減層２３ｂを３Å以上１５Å以下とすることが好ましい。 As long as it contributes to reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24, the thickness of the misfit reducing layer 23b is not limited. When the misfit reduction layer 23b is excessively thin, it is difficult to reduce the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24, and when the misfit reduction layer 23b is excessively thick. May be set as appropriate in consideration of the difficulty in maintaining the ferromagnetic coupling between the first free magnetic layer 23a and the second free magnetic layer 23c. The material constituting the first free magnetic layer 23a and the second free magnetic layer 23c is made of NiFe or CoFe, the material constituting the first antiferromagnetic layer 24 is made of IrMn or PtMn, and the misfit reducing layer 23b is made of Pt. When it consists of, it is preferable that the misfit reduction layer 23b shall be 3 to 15 inches.
保護層２５を構成する材料は限定されない。Ｔａ（タンタル）などが例示される。図２に示される磁気抵抗効果素子１１におけるフリー磁性層２３の磁化方向Ｆは初期磁化方向を示しており、フリー磁性層２３の磁化方向Ｆは固定磁性層２１の固定磁化方向（第２磁性層２１ｃの固定磁化方向）に対して直交する方向に揃えられている。 The material constituting the protective layer 25 is not limited. Examples include Ta (tantalum). The magnetization direction F of the free magnetic layer 23 in the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2 indicates the initial magnetization direction, and the magnetization direction F of the free magnetic layer 23 is the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 21 (second magnetic layer). 21c (fixed magnetization direction).
図２に示される磁気抵抗効果素子１１では、第１反強磁性層２４がフリー磁性層２３の上面全体に成膜されているが、これに限定されず、第１反強磁性層２４をフリー磁性層２３の上面に非連続的に形成してもよい。ただし、第１反強磁性層２４がフリー磁性層２３の全面に形成されているほうが、フリー磁性層２３全体を適切に一方向に単磁区化でき、ヒステリシスをより低減できるため、測定精度を向上させることができ好適である。 In the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2, the first antiferromagnetic layer 24 is formed on the entire upper surface of the free magnetic layer 23, but the present invention is not limited to this, and the first antiferromagnetic layer 24 is free. It may be formed discontinuously on the upper surface of the magnetic layer 23. However, if the first antiferromagnetic layer 24 is formed on the entire surface of the free magnetic layer 23, the entire free magnetic layer 23 can be appropriately single-domained in one direction and the hysteresis can be further reduced, thereby improving measurement accuracy. This is preferable.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１では、固定磁性層２１はセルフピン止め構造を有するが、これに限定されない。例えば、図３に示される磁気抵抗効果素子１１’のように、固定磁性層２１は第２反強磁性層２１ｄと強磁性層２１ｅとの積層構造を有し、第２反強磁性層２１ｄとの交換結合により強磁性層２１ｅが特定の向き（図３では紙面の法線方向奥向き）に磁化されることで、固定磁性層２１の磁化が行われていてもよい。 In the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2, the pinned magnetic layer 21 has a self-pinning structure, but is not limited to this. For example, like the magnetoresistive effect element 11 ′ shown in FIG. 3, the pinned magnetic layer 21 has a laminated structure of a second antiferromagnetic layer 21d and a ferromagnetic layer 21e, and the second antiferromagnetic layer 21d The pinned magnetic layer 21 may be magnetized by magnetizing the ferromagnetic layer 21 e in a specific direction (in FIG. 3, the back in the normal direction of the paper surface) by exchange coupling.
２．磁気センサの製造方法
本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法は限定されない。次に説明する方法によれば、本実施形態に係る磁気センサを効率的に製造することが可能である。
2. Method for Manufacturing Magnetic Sensor A method for manufacturing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention is not limited. According to the method described below, the magnetic sensor according to this embodiment can be efficiently manufactured.
基板２９上に、図２では図示しない絶縁層を介してシード層２０を成膜し、その上に、セルフピン止め構造を有する固定磁性層２１を積層する。具体的には、図２に示されるような、第１磁性層２１ａ、非磁性中間層２１ｂおよび第２磁性層２１ｃを順次積層する。各層の成膜手段は限定されない。スパッタが例示される。第１磁性層２１ａを成膜する際に磁場を印加しながら行うことにより、第１磁性層２１ａを図１における幅方向Ｄ２に沿うように磁化させれば、ＲＫＫＹ相互作用により第２磁性層２１ｃを第１磁性層２１ａの磁化方向と反平行な向きに強く磁化することが可能である。こうして磁化された第２磁性層２１ｃは、その後の製造過程において自らの磁化方向と異なる向きの磁場が印加されても、その影響を受けずに幅方向Ｄ２に磁化された状態を維持することが可能である。 A seed layer 20 is formed on the substrate 29 via an insulating layer (not shown in FIG. 2), and a pinned magnetic layer 21 having a self-pinning structure is laminated thereon. Specifically, a first magnetic layer 21a, a nonmagnetic intermediate layer 21b, and a second magnetic layer 21c are sequentially stacked as shown in FIG. The film forming means for each layer is not limited. Sputtering is exemplified. If the first magnetic layer 21a is magnetized along the width direction D2 in FIG. 1 by applying a magnetic field when forming the first magnetic layer 21a, the second magnetic layer 21c is caused by the RKKY interaction. Can be strongly magnetized in a direction antiparallel to the magnetization direction of the first magnetic layer 21a. The second magnetic layer 21c magnetized in this way can maintain a state magnetized in the width direction D2 without being affected by a magnetic field having a direction different from its magnetization direction in a subsequent manufacturing process. Is possible.
次に、固定磁性層２１上に非磁性材料層２２を積層する。非磁性材料層２２の積層方法は限定されず、スパッタが具体例として挙げられる。 Next, the nonmagnetic material layer 22 is laminated on the pinned magnetic layer 21. The method for stacking the nonmagnetic material layer 22 is not limited, and a specific example is sputtering.
続いて、非磁性材料層２２上に、長手方向Ｄ１に沿った方向の磁場を印加しながら、フリー磁性層２３、第１反強磁性層２４および保護層２５を順次積層する。これらの層の積層方法は限定されず、スパッタが具体例として挙げられる。このように磁場中成膜を行うことにより、フリー磁性層２３の磁化方向に沿った方向に第１反強磁性層２４との間で交換結合バイアスが生じる。なお、これらの層の成膜中には、固定磁性層２１に対しても磁場が印加されるが、固定磁性層２１はＲＫＫＹ相互作用に基づくピン止め構造を有するため、この印加された磁場によっては磁化方向が変動することはない。 Subsequently, the free magnetic layer 23, the first antiferromagnetic layer 24, and the protective layer 25 are sequentially stacked on the nonmagnetic material layer 22 while applying a magnetic field in the direction along the longitudinal direction D1. The method for laminating these layers is not limited, and a specific example is sputtering. By performing film formation in a magnetic field in this way, an exchange coupling bias is generated between the first antiferromagnetic layer 24 in the direction along the magnetization direction of the free magnetic layer 23. During the formation of these layers, a magnetic field is also applied to the pinned magnetic layer 21. However, since the pinned magnetic layer 21 has a pinning structure based on the RKKY interaction, Does not change the magnetization direction.
ここで、第１反強磁性層２４を構成する材料としてＩｒＭｎ系の材料を用いた場合には、特段の加熱処理を伴わない磁場中成膜により第１反強磁性層２４の磁化方向を揃えることが可能である。したがって、磁気抵抗効果素子１１を製造するプロセス全体を通じて磁場中アニール処理を行わないプロセスとすることが可能である。磁気抵抗効果素子１１の製造プロセスを上記のように磁場中アニールフリープロセスとすることにより、同一の基板２９上に異なる感度軸（磁化方向が反対向きの場合を含む。）を有する磁気抵抗効果素子１１を容易に製造することが可能となる。磁気抵抗効果素子１１の製造プロセスが磁場中アニール処理を必要とする場合には、磁場中アニール処理を複数回行うと、先に行った磁場中アニール処理の効果が薄れ、磁化方向を適切に設定することが困難となるおそれがある。 Here, when an IrMn-based material is used as the material constituting the first antiferromagnetic layer 24, the magnetization direction of the first antiferromagnetic layer 24 is aligned by film formation in a magnetic field that does not involve any special heat treatment. It is possible. Therefore, it is possible to make the process in which the annealing process in the magnetic field is not performed throughout the process of manufacturing the magnetoresistive effect element 11. The magnetoresistive effect element 11 having a different sensitivity axis (including the case where the magnetization directions are opposite to each other) on the same substrate 29 by making the manufacturing process of the magnetoresistive effect element 11 an annealing-free process in a magnetic field as described above. 11 can be easily manufactured. When the manufacturing process of the magnetoresistive effect element 11 requires annealing in the magnetic field, if the annealing in the magnetic field is performed a plurality of times, the effect of the annealing in the magnetic field previously performed is reduced, and the magnetization direction is appropriately set. May be difficult to do.
こうして、磁場中成膜によりフリー磁性層２３および第１反強磁性層２４を積層したら、最後に、保護層２５を積層する。保護層２５の積層方法は限定されず、スパッタが具体例として挙げられる。 After the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 are thus laminated by film formation in a magnetic field, the protective layer 25 is finally laminated. The lamination method of the protective layer 25 is not limited, and a specific example is sputtering.
以上の成膜工程により得られた積層構造体に対して除去加工（ミリング）を行い、複数の長尺パターン１２が幅方向Ｄ２に沿って配列された状態とする。これらの複数の長尺パターン１２を接続する導電部１３および導電部１３に接続する接続端子１４を形成して、図１に示されるミアンダ形状を有する磁気抵抗効果素子１１を得る。 Removal processing (milling) is performed on the laminated structure obtained by the above film forming process, and a plurality of long patterns 12 are arranged along the width direction D2. A conductive portion 13 for connecting the plurality of long patterns 12 and a connection terminal 14 for connecting to the conductive portion 13 are formed to obtain the magnetoresistive element 11 having a meander shape shown in FIG.
３．電流センサ
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、電流センサとして好適に使用されうる。かかる電流センサは、磁気抵抗効果素子を１つ備える構成でもよいが、特許文献１に記載されるように、４つの素子を用い、ブリッジ回路を組んで測定精度を高めることが好ましい。本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、好ましい一例において磁場中アニール処理を備えないため、複数の磁気抵抗効果素子を同一基板上に製造することが容易である。
3. Current Sensor A magnetic sensor including a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention can be suitably used as a current sensor. Such a current sensor may have a configuration including one magnetoresistive effect element, but as described in Patent Document 1, it is preferable to use four elements and build a bridge circuit to improve measurement accuracy. In a preferred example, the method for manufacturing a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention does not include annealing in a magnetic field, and therefore it is easy to manufacture a plurality of magnetoresistive elements on the same substrate.
本発明の一実施形態に係る電流センサの具体例として、磁気比例式電流センサおよび磁気平衡式電流センサが挙げられる。 Specific examples of the current sensor according to the embodiment of the present invention include a magnetic proportional current sensor and a magnetic balanced current sensor.
磁気比例式電流センサは、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子（固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を備える磁気抵抗効果素子であって、フリー磁性層における非磁性材料層に対向する側の反対側に、フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、フリー磁性層は、フリー磁性層の第１反強磁性層に対する格子非整合を低減させるミスフィット低減層、ミスフィット低減層と非磁性材料層との間に位置する第１フリー磁性層、およびミスフィット低減層と第１反強磁性層との間に位置し、前記第１フリー磁性層と強磁性結合する第２フリー磁性層を備える磁気抵抗効果素子、または、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を備える磁気抵抗効果素子であって、フリー磁性層における非磁性材料層に対向する側の反対側に、フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせフリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、フリー磁性層は、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する第１層、第１層と非磁性材料層との間に位置する第１フリー磁性層、および第１層と第１反強磁性層との間に位置し、第１フリー磁性層と強磁性結合する第２フリー磁性層を備える磁気抵抗効果素子。）を少なくとも１つ含んで構成され、被測定電流からの誘導磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する。そして、磁気比例式電流センサでは、誘導磁界に応じて磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差により、被測定電流が測定される。 A magnetic proportional current sensor is a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention (a magnetoresistive effect element having a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer). An exchange coupling bias is generated with the free magnetic layer on the opposite side of the free magnetic layer opposite to the nonmagnetic material layer so that the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied. A first antiferromagnetic layer capable of reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer and the first antiferromagnetic layer, and a misfit reducing layer between the misfit reducing layer and the nonmagnetic material layer. And a second free magnetic layer that is located between the misfit reduction layer and the first antiferromagnetic layer and is ferromagnetically coupled to the first free magnetic layer. Or A magnetoresistive effect element having a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer, wherein the free magnetic layer has a free magnetic layer on a side opposite to the side facing the nonmagnetic material layer. A first antiferromagnetic layer capable of causing an exchange coupling bias with the layer and aligning the magnetization direction of the free magnetic layer in a predetermined direction in a state in which the magnetization can be varied, and the free magnetic layer includes Pt, Pd, Ta And a first layer containing one or more selected from the group consisting of W, a first free magnetic layer located between the first layer and the nonmagnetic material layer, and a first layer and a first anti-strength A magnetoresistive element including a second free magnetic layer that is located between the magnetic layer and ferromagnetically coupled to the first free magnetic layer. The magnetoresistive element is configured to respond to an induced magnetic field from a current to be measured. With two outputs that produce different potential differences Having a field detection bridge circuit. In the magnetic proportional current sensor, the current to be measured is measured by the potential difference output from the magnetic field detection bridge circuit according to the induced magnetic field.
磁気平衡式電流センサは、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を少なくとも１つ含んで構成され、被測定電流からの誘導磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路と、磁気抵抗効果素子の近傍に配置され、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルと、を具備する。そして、磁気平衡式電流センサでは、電位差によりフィードバックコイルに通電して誘導磁界とキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときのフィードバックコイルに流れる電流に基づいて、被測定電流が測定される。 A magnetic balance type current sensor includes at least one magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention, and includes a magnetic field detection bridge circuit having two outputs that generate a potential difference according to an induced magnetic field from a current to be measured. And a feedback coil that is disposed in the vicinity of the magnetoresistive element and generates a canceling magnetic field that cancels the induced magnetic field. In the magnetic balance type current sensor, the current to be measured is measured based on the current flowing in the feedback coil when the feedback coil is energized by the potential difference and the induced magnetic field cancels the canceling magnetic field. .
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、図２や図３に示される磁気抵抗効果素子１１，１１’は、固定磁性層２１がフリー磁性層２３と基板２９との間に位置するように積層される、いわゆるボトムピン構造であるが、フリー磁性層が固定磁性層と基板との間に位置するように積層される、いわゆるトップピン構造であってもよい。 For example, the magnetoresistive effect elements 11 and 11 ′ shown in FIGS. 2 and 3 have a so-called bottom pin structure in which the pinned magnetic layer 21 is laminated so as to be positioned between the free magnetic layer 23 and the substrate 29. A so-called top pin structure in which the free magnetic layer is laminated so as to be positioned between the pinned magnetic layer and the substrate may be employed.
以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example etc. demonstrate this invention further more concretely, the scope of the present invention is not limited to these Examples etc.
（比較例１）
絶縁層を有する基板上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層［第１磁性層；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層［Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（７０）］／反強磁性層；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（８０）／保護層；Ｔａ（１００）の順に積層して第１比較積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
(Comparative Example 1)
On the substrate having the insulating layer, the seed layer from the bottom; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer [first magnetic layer; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (3.6) / second magnetic layer Layer: Co 90 Fe 10 (24)] / nonmagnetic material layer; Cu (22) / free magnetic layer [Co 90 Fe 10 (10) / Ni 82.5 Fe 17.5 (70)] / antiferromagnetic layer Ir 22 Mn 78 (80) / protective layer; Ta (100) were laminated in this order to obtain a first comparative laminated structure. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å.
（Ｘ線回折測定）
第１比較積層構造体のＸ線回折測定を行った。Ｘ線源はＣｏＫα線（λ＝１．７８９Å）を用いた。その結果（２θが４６°から５６°の範囲）を図４に示す。図４に示されるように、４８．５°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークは反強磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくものであって、格子面間隔は２．１８Åと算出された。また、５１．５°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークはフリー磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくものであって、格子面間隔は２．０６Åと算出された。これらの格子面画の算出結果に基づく格子非整合は６％であった。
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement of the first comparative laminated structure was performed. As the X-ray source, CoKα ray (λ = 1.789Å) was used. The results (2θ ranges from 46 ° to 56 °) are shown in FIG. As shown in FIG. 4, a peak having a vertex in the vicinity of 48.5 ° was measured. This peak is based on the fcc (111) plane of the antiferromagnetic layer, and the lattice spacing was calculated to be 2.18 cm. In addition, a peak having a peak near 51.5 ° was measured. This peak was based on the fcc (111) plane of the free magnetic layer, and the lattice spacing was calculated to be 2.06 cm. The lattice mismatch based on the calculation results of these lattice planes was 6%.
（実施例１−１）
絶縁層を有する基板２９上に、下からシード層２０；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層２１［第１磁性層２１ａ；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層２１ｂ；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層２１ｃ；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層２２；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層２３［第１フリー磁性層２３ａ；｛Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（４０）｝／ミスフィット低減層２３ｂ；Ｐｔ（３）／第２フリー磁性層２３ｃ；Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（３０）］／第１反強磁性層２４；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（８０）／保護層２５；Ｔａ（１００）の順に積層して第１積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。第１積層構造体が備えるミスフィット低減層２３ｂは、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する層でもあるため、第１層としても位置付けられる。
(Example 1-1)
On the substrate 29 having an insulating layer, the seed layer 20; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer 21 [first magnetic layer 21a; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer 21b; Ru (3.6) from below. ) / Second magnetic layer 21c; Co 90 Fe 10 (24)] / nonmagnetic material layer 22; Cu (22) / free magnetic layer 23 [first free magnetic layer 23a; {Co 90 Fe 10 (10) / Ni 82.5 Fe 17.5 (40)} / misfit reduction layer 23b; Pt (3) / second free magnetic layer 23c; Ni 82.5 Fe 17.5 (30)] / first antiferromagnetic layer 24 Ir 22 Mn 78 (80) / protective layer 25; Ta (100) were laminated in this order to obtain a first laminated structure. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å. The misfit reduction layer 23b included in the first laminated structure is also a layer containing one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta, and W, and is therefore positioned as the first layer.
（実施例１−２）
実施例１−１と同様であるが、ミスフィット低減層２３ｂとして、Ｐｔからなる層に代えてＴａからなる層（厚さ：３Å）を用いて、第２積層構造体を得た。第２積層構造体が備えるミスフィット低減層２３ｂは、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する層でもあるため、第１層としても位置付けられる。
(Example 1-2)
Although it is the same as that of Example 1-1, it replaced with the layer which consists of Pt as a misfit reduction layer 23b, and obtained the 2nd laminated structure using the layer (thickness: 3 mm) which consists of Ta. Since the misfit reduction layer 23b included in the second laminated structure is also a layer containing one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta, and W, it is also positioned as the first layer.
（Ｘ線回折測定）
第１比較積層構造体、第１積層構造体および第２積層構造体のＸ線回折測定を行った。Ｘ線源はＣｏＫα線（λ＝１．７８９Å）を用いた。その結果（２θが５０．５°から５２．５°の範囲）を図５に示す。図５に示されるように、第１比較積層構造体におけるフリー磁性層のピークの頂点よりも、第１積層構造体および第２積層構造体におけるフリー磁性層のピークの頂点のほうが低角度側にシフトし、ミスフィット低減層２３ｂを導入することにより、フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減されることが確認された。
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement was performed on the first comparative laminated structure, the first laminated structure, and the second laminated structure. As the X-ray source, CoKα ray (λ = 1.789Å) was used. The results (2θ ranges from 50.5 ° to 52.5 °) are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the peak of the free magnetic layer in the first stacked structure and the second stacked structure is on the lower angle side than the peak of the free magnetic layer in the first comparative stacked structure. It was confirmed that the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is reduced by shifting and introducing the misfit reducing layer 23b.
（高温保存試験）
第１比較積層構造体、第１積層構造体および第２積層構造体を備える磁気センサ（それぞれ、「第１比較磁気センサ」、「第１磁気センサ」および「第２磁気センサ」という。）を製造した。各磁気センサを、１５０℃の環境下に所定時間保存して、初期に比べて平均感度がどの程度変化したかを測定した。測定結果を図６に示す。図６に示されるように、第１磁気センサおよび第２磁気センサは、第１比較磁気センサに比べて、高温環境に長時間保存された場合の平均感度が変化しにくかった。
(High temperature storage test)
Magnetic sensors including a first comparative multilayer structure, a first multilayer structure, and a second multilayer structure (referred to as “first comparative magnetic sensor”, “first magnetic sensor”, and “second magnetic sensor”, respectively)). Manufactured. Each magnetic sensor was stored for a predetermined time in an environment of 150 ° C., and how much the average sensitivity changed compared with the initial value was measured. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, the average sensitivity when the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are stored in a high temperature environment for a long time is less likely to change than the first comparative magnetic sensor.
（実施例２）
絶縁層を有する基板２９上に、下からシード層２０；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層２１［第１磁性層２１ａ；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層２１ｂ；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層２１ｃ；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層２２；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層２３［第１フリー磁性層２３ａ；｛Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（４０）｝／ミスフィット低減層２３ｂ；Ｐｔ（実施例２−１）またはＴａ（実施例２−２）／第２フリー磁性層２３ｃ；Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（３０）］／第１反強磁性層２４；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（８０）／保護層２５；Ｔａ（１００）の順に積層して第３積層構造体（実施例２−１）または第４積層構造体（実施例２−２）を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。第３積層構造体または第４積層構造体が備えるミスフィット低減層２３ｂは、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する層でもあるため、第１層としても位置付けられる。
(Example 2)
On the substrate 29 having an insulating layer, the seed layer 20; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer 21 [first magnetic layer 21a; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer 21b; Ru (3.6) from below. ) / Second magnetic layer 21c; Co 90 Fe 10 (24)] / nonmagnetic material layer 22; Cu (22) / free magnetic layer 23 [first free magnetic layer 23a; {Co 90 Fe 10 (10) / Ni 81.5 Fe 18.5 (40)} / misfit reduction layer 23b; Pt (Example 2-1) or Ta (Example 2-2) / second free magnetic layer 23c; Ni 81.5 Fe 18. 5 (30)] / first antiferromagnetic layer 24; Ir 22 Mn 78 (80) / protective layer 25; Ta (100) are laminated in this order, and the third laminated structure (Example 2-1) or fourth A laminated structure (Example 2-2) was obtained. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å. Since the misfit reduction layer 23b included in the third laminated structure or the fourth laminated structure is also a layer containing one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta, and W, the first layer It is also positioned as.
第３積層構造体および第４積層構造体のそれぞれについて、ミスフィット低減層２３ｂの厚さを０Åから２０Åの範囲で変化させたものを作製し、それらの積層構造体について、フリー磁性層２３に発生する交換結合バイアスの大きさ（単位：ｋＡ／ｍ）を測定した。測定結果を図７に示す。図７に示されるように、ミスフィット低減層２３ｂの厚さが過大になると、交換結合バイアスが小さくなる傾向が認められた。Ｐｔ層をミスフィット低減層２３ｂとして備える第３積層構造体は、ミスフィット低減層２３ｂの厚さが１８Å以上となると上記の傾向が顕在化した。Ｔａ層をミスフィット低減層２３ｂとして備える第４積層構造体は、ミスフィット低減層２３ｂの厚さが５Å以上となると上記の傾向が顕在化した。 For each of the third stacked structure and the fourth stacked structure, the misfit reduction layer 23b having a thickness changed in the range of 0 to 20 mm is manufactured. The stacked structure is formed in the free magnetic layer 23. The magnitude of exchange coupling bias generated (unit: kA / m) was measured. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the thickness of the misfit reduction layer 23b is excessive, the exchange coupling bias tends to be reduced. In the third laminated structure including the Pt layer as the misfit reduction layer 23b, the above tendency becomes apparent when the thickness of the misfit reduction layer 23b is 18 mm or more. In the fourth laminated structure including the Ta layer as the misfit reduction layer 23b, the above-described tendency becomes apparent when the thickness of the misfit reduction layer 23b is 5 mm or more.
（実施例３）
絶縁層を有する基板２９上に、下からシード層２０；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層２１［第１磁性層２１ａ；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層２１ｂ；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層２１ｃ；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層２２；Ｃｕ（２２）／フリー磁性層２３［第１フリー磁性層２３ａ；｛Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（７０−Ｘ）｝／ミスフィット低減層２３ｂ；Ｐｔ（５）／第２フリー磁性層２３ｃ；Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（Ｘ）］／第１反強磁性層２４；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（８０）／保護層２５；Ｔａ（１００）の順に積層して第５積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。第５積層構造体が備えるミスフィット低減層２３ｂは、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する層でもあるため、第１層としても位置付けられる。
(Example 3)
On the substrate 29 having an insulating layer, the seed layer 20; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer 21 [first magnetic layer 21a; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer 21b; Ru (3.6) from below. ) / Second magnetic layer 21c; Co 90 Fe 10 (24)] / nonmagnetic material layer 22; Cu (22) / free magnetic layer 23 [first free magnetic layer 23a; {Co 90 Fe 10 (10) / Ni 81.5 Fe 18.5 (70-X)} / misfit reduction layer 23b; Pt (5) / second free magnetic layer 23c; Ni 81.5 Fe 18.5 (X)] / first antiferromagnetic Layer 24; Ir 22 Mn 78 (80) / protective layer 25; Ta (100) were laminated in this order to obtain a fifth laminated structure. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å. Since the misfit reduction layer 23b included in the fifth laminated structure is also a layer containing one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta, and W, it is also positioned as the first layer.
第５積層構造体における第１フリー磁性層２３ａの厚さと第２フリー磁性層２３ｃの厚さとの総和を７０Åとしつつ、第２フリー磁性層２３ｃの厚さＸ（単位：Å）を、０から７０の範囲で変更させて、フリー磁性層２３に発生する交換結合バイアスの大きさ（単位：ｋＡ／ｍ）を測定するとともに、第５積層構造体を備える磁気センサを１５０℃の環境下に１０００時間保存した後の磁気センサの平均感度の低下率（平均感度の変化率の絶対値）を測定した。結果を図８に示す。 While the sum of the thickness of the first free magnetic layer 23a and the thickness of the second free magnetic layer 23c in the fifth stacked structure is 70 mm, the thickness X (unit: Å) of the second free magnetic layer 23c is The magnitude of the exchange coupling bias (unit: kA / m) generated in the free magnetic layer 23 is measured in a range of 70, and the magnetic sensor including the fifth stacked structure is 1000 in an environment of 150 ° C. The rate of decrease in average sensitivity of the magnetic sensor after storage for a period of time (the absolute value of the rate of change in average sensitivity) was measured. The results are shown in FIG.
図８に示されるように、交換結合バイアスの大きさと平均感度の低下率とは、第２フリー磁性層の厚さＸ（単位：Å）に対する依存性は異なる傾向を示した。交換結合バイアスの大きさは、第２フリー磁性層の厚さＸが５（Å）に至るまでに急激に高くなり、Ｘが５（Å）以上となると、以降は、第２フリー磁性層の厚さＸにほぼ影響を受けず、ほぼ一定の値となった。これに対し、平均感度の低下率は、第２フリー磁性層の厚さＸが５０（Å）から薄くなるほど平均感度の低下率は単調に小さくなる傾向を示した。これは第２フリー磁性層の厚さＸが薄いほど、ミスフィット低減層の効果がより顕著に現れるためと考えられる。 As shown in FIG. 8, the dependency of the exchange coupling bias and the average sensitivity reduction rate on the thickness X (unit: Å) of the second free magnetic layer tended to be different. The magnitude of the exchange coupling bias increases rapidly until the thickness X of the second free magnetic layer reaches 5 (Å), and when X becomes 5 (Å) or more, thereafter, It was almost unaffected by the thickness X and became a substantially constant value. On the other hand, the decrease rate of the average sensitivity tended to decrease monotonously as the thickness X of the second free magnetic layer was reduced from 50 (Å). This is presumably because the effect of the misfit reduction layer appears more markedly as the thickness X of the second free magnetic layer is thinner.
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、電気自動車はハイブリッドカーなどの電流センサの構成要素として好適に使用されうる。 In the magnetic sensor including the magnetoresistive effect element according to the embodiment of the present invention, the electric vehicle can be suitably used as a component of a current sensor such as a hybrid car.
１ 磁気センサ
１１，１１’ 磁気抵抗効果素子
１２ 長尺パターン
２０ シード層
２１ 固定磁性層
２１ａ 第１磁性層
２１ｂ 非磁性中間層
２１ｃ 第２磁性層
２１ｄ 第２反強磁性層
２１ｅ 強磁性層
２２ 非磁性材料層
２３ フリー磁性層
２３ａ 第１フリー磁性層
２３ｂ ミスフィット低減層
２３ｃ 第２フリー磁性層
２４ 第１反強磁性層
２５ 保護層
２９ 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 11, 11 'Magnetoresistance effect element 12 Long pattern 20 Seed layer 21 Fixed magnetic layer 21a First magnetic layer 21b Nonmagnetic intermediate layer 21c Second magnetic layer 21d Second antiferromagnetic layer 21e Ferromagnetic layer 22 Non Magnetic material layer 23 Free magnetic layer 23a First free magnetic layer 23b Misfit reduction layer 23c Second free magnetic layer 24 First antiferromagnetic layer 25 Protective layer 29 Substrate
Claims (11)
前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基板上に有し、
前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、
前記フリー磁性層は、前記フリー磁性層の前記第１反強磁性層に対する格子非整合を低減させるミスフィット低減層、前記ミスフィット低減層と前記非磁性材料層との間に位置する第１フリー磁性層、および前記ミスフィット低減層と前記第１反強磁性層との間に位置し、前記第１フリー磁性層と強磁性結合する第２フリー磁性層を備えること
を特徴とする磁気センサ。 A magnetic sensor having a magnetoresistive element having a sensitivity axis in a specific direction,
The magnetoresistive element has a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer on a substrate,
On the opposite side of the free magnetic layer opposite to the nonmagnetic material layer, an exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer is set in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied. A first antiferromagnetic layer that can be aligned,
The free magnetic layer includes a misfit reduction layer that reduces lattice mismatch of the free magnetic layer with respect to the first antiferromagnetic layer, and a first free layer located between the misfit reduction layer and the nonmagnetic material layer. A magnetic sensor comprising: a magnetic layer; and a second free magnetic layer positioned between the misfit reduction layer and the first antiferromagnetic layer and ferromagnetically coupled to the first free magnetic layer.
前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基板上に有し、
前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、
前記フリー磁性層は、Ｐｔ，Ｐｄ，ＴａおよびＷからなる群から選ばれる１種または２種以上を含有する第１層、前記第１層と前記非磁性材料層との間に位置する第１フリー磁性層、および前記第１層と前記第１反強磁性層との間に位置し、前記第１フリー磁性層と強磁性結合する第２フリー磁性層を備えること
を特徴とする磁気センサ。 A magnetic sensor having a magnetoresistive element having a sensitivity axis in a specific direction,
The magnetoresistive element has a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer on a substrate,
On the opposite side of the free magnetic layer opposite to the nonmagnetic material layer, an exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer is set in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied. A first antiferromagnetic layer that can be aligned,
The free magnetic layer is a first layer containing one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ta, and W, and a first layer located between the first layer and the nonmagnetic material layer. A magnetic sensor comprising: a free magnetic layer; and a second free magnetic layer positioned between the first layer and the first antiferromagnetic layer and ferromagnetically coupled to the first free magnetic layer.
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