JP6380530B2 - 異方性磁気抵抗素子、磁気センサおよび電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、異方性磁気抵抗素子、磁気センサおよび電流センサに関する。

従来より、異方性磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子として、ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が知られている。ＡＭＲ素子は、異方性磁気抵抗効果を示す強磁性体層を有する。

一般的に、異方性磁気抵抗効果は、磁気抵抗素子を流れる電流の向きと強磁性体層の磁化方向等によって決定される。図２０は、磁気抵抗素子を流れる電流の向きと強磁性体層の磁化方向の一例を示す図である。図２１は、一般的な磁気抵抗素子の出力特性を示す図である。

図２０に示すように、磁気抵抗素子を流れる電流Ｉの移動方向と強磁性体層の磁化Ｍの向きとが交差する角度をθとすれば、図２１に示すように、磁気抵抗素子の電気抵抗Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ^２θと表される。ここで、Ｒ０は抵抗の一定値部分であり、ΔＲは変化部分の最大値である。外部磁界がない場合、磁化Ｍは長手方向（磁化容易軸）を向くように製造されているため、ＡＭＲ素子の特性は磁界０を対称として偶関数特性を持つ。

ＡＭＲ素子は磁気記録媒体の磁気ヘッドや磁気センサに用いられることが多い。ＡＭＲ素子は、強磁性体層に対してバイアス磁界を印加することにより磁気抵抗変化を外部磁界に対して線形的に応答する状態で使用される。

ＡＭＲ素子の強磁性体層は、異なる向きを有する磁化が含まれるため多数の磁区を有する。このため、磁界を変化させた場合には、磁化を増加させるように磁壁が動く際にバルクハウゼンノイズが発生する。強磁性体層の磁化方向を制御して単磁区化させることでバルクハウゼンノイズを抑制する方法として、たとえば、反強磁性体層を強磁性体層と交換結合させることにより生じる交換結合磁界を利用する方法などが提案されている。

このような交換結合磁界を利用した磁気抵抗素子が開示された文献として、たとえば、特開平０６−０７６２４７号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１に開示の磁気抵抗素子は、ＮｉとＭｎとを含む合金からなる反強磁性体層と、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる強磁性体層とを備える。反強磁性体層と強磁性体層とは、直接接しており、交換結合している。

特開平０６−０７６２４７号公報

特許文献１に開示の磁気抵抗素子では、低温環境下でヒステリシスが大きくなり、線形応答性が劣化してしまうことがある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ヒステリシスを低減させることができる、異方性磁気抵抗素子、磁気センサ、電流センサを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ＮｉとＭｎとを含む合金からなる反強磁性体層と、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる強磁性体層との間に、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる強磁性体層を設けることにより、特に低温側においてヒステリシスを低減させることができることを見出した。

本発明に基づく異方性磁気抵抗素子は、基板と、上記基板の上方に設けられ、反強磁性体層と強磁性体層とが積層された積層体と、を備える。上記強磁性体層は、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる第１強磁性体層と、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる第２強磁性体層とを含み、上記反強磁性体層は、Ｍｎを含む合金からなり、上記第１強磁性体層は、上記反強磁性体層と上記第２強磁性体層とに接して設けられ、上記第１強磁性体層と上記反強磁性体層とが交換結合している。上記積層体は、上記基板側から順に、上記第２強磁性体層、上記第１強磁性体層および上記反強磁性体層が積層されることによって構成される。上記基板側から順に、上記反強磁性体層、上記第１強磁性体層および上記第２強磁性体層が積層されることによって構成される。上記第２強磁性体層は、上記積層体の積層方向から見た場合に、上記第１強磁性体層の全体を覆うように設けられる。上記異方性磁気抵抗素子は、互いに離間して上記積層体の上方に設けられた複数のバーバーポール電極をさらに備える。
本発明に基づく異方性磁気抵抗素子は、基板と、上記基板の上方に設けられ、反強磁性体層と強磁性体層とが積層された積層体と、を備える。上記強磁性体層は、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる第１強磁性体層と、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる第２強磁性体層とを含み、上記反強磁性体層は、Ｍｎを含む合金からなり、上記第１強磁性体層は、上記反強磁性体層と上記第２強磁性体層とに接して設けられ、上記第１強磁性体層と上記反強磁性体層とが交換結合している。上記積層体は、上記基板側から順に、上記反強磁性体層、上記第１強磁性体層および上記第２強磁性体層が積層されることによって構成される。上記第２強磁性体層は、上記積層体の積層方向から見た場合に、上記第１強磁性体層の全体を覆うように設けられる。上記異方性磁気抵抗素子は、互いに離間して上記積層体の上方に設けられた複数のバーバーポール電極をさらに備える。

上記本発明に基づく異方性磁気抵抗素子は、上記積層体の両端に設けられた電極部をさらに備えることが好ましい。この場合には、上記第１強磁性体層と上記反強磁性体層との間で生じる交換結合磁界により固定された上記第１強磁性体層の磁化方向と、上記電極部間を最短でつなぐ方向とが交差することが好ましい。

上記本発明に基づく異方性磁気抵抗素子にあっては、上記交換結合磁界により固定された上記第１強磁性体層の上記磁化方向と、上記電極部間を最短でつなぐ方向とが交差する角度が４５度であることが好ましい。

上記本発明に基づく異方性磁気抵抗素子にあっては、上記反強磁性体層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、ＰｔおよびＩｒのいずれか１種の金属とＭｎとを含む合金、ＰｄとＰｔとＭｎとを含む合金、または、ＣｒとＰｔとＭｎとを含む合金からなることが好ましい。

上記本発明に基づく異方性磁気抵抗素子は、複数の電極部をさらに備えていてもよい。この場合には、上記積層体は、複数設けられることが好ましい。さらにこの場合には、上記磁気抵抗素子は、磁化方向が揃うように複数の上記積層体が平行に並んで設けられ、かつ、複数の上記電極部が互いに隣り合う上記積層体の端部同士を交互に接続することにより、ミアンダ状に形成されることが好ましい。

上記本発明に基づく異方性磁気抵抗素子にあっては、上記積層体は、上記磁化方向が揃うようにしてミアンダ状に形成されている部分を含んでいてもよい。

上記本発明に基づく異方性磁気抵抗素子にあっては、上記ミアンダ状に形成されている部分は、平行に並ぶ複数の線状部と、互いに隣り合う上記線状部の端部同士を交互に接続する複数の折り返し部とによって構成されることが好ましい。この場合には、上記複数の折り返し部上のそれぞれに、上記強磁性体層よりも電気抵抗の低い導電層が設けられていることが好ましい。

本発明に基づく磁気センサは、上記異方性磁気抵抗素子を備える。
本発明に基づく電流センサは、測定対象の電流が流れるバスバーと、上記磁気センサと、を備える。

本発明によれば、ヒステリシスを低減させることができる、異方性磁気抵抗素子、磁気センサ、電流センサを提供することができる。

実施の形態１に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。 図１に示す磁気抵抗素子に具備されるバーバーポール電極と積層体との位置関係を示す平面図である。 図１に示す反強磁性体層と強磁性体層とが交換結合している状態を模式的に示す断面図である。 図１に示す磁気抵抗素子の磁気抵抗と磁界との関係を示す図である。 図１に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサの平面図である。 比較例における磁気抵抗素子の深さ方向における組成分析の結果を示す図である。 比較例における磁気抵抗素子を具備する磁気センサのブリッジ電圧変化率と磁界との関係を示す図である。 実施例に係る磁気抵抗素子の深さ方向における組成分析の結果を示す図である。 実施例に係る磁気抵抗素子を具備する磁気センサのブリッジ電圧変化率と磁界との関係を示す図である。 比較例および実施例に係る磁気抵抗素子のヒステリシスと温度との関係を示す図である。 実施の形態２に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。 図１１に示す磁気抵抗素子において、反強磁性体層からの交換結合磁界により固定された強磁性体層の磁化方向と、電極部間を最短でつなぐ方向とを示す平面図である。 図１１に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサの平面図である。 図１３に示す磁気センサの変形例を示す平面図である。 実施の形態３に係る電流センサを示す概略図である。 図１５に示すＸＶＩ−ＸＶＩ線矢印方向から見た断面図において、発生する磁界を模式的に示す図である。 実施の形態４に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。 実施の形態５に係る磁気センサの平面図である。 実施の形態６に係る磁気センサの平面図である。 磁気抵抗素子を流れる電流の向きと強磁性体層の磁化方向の一例を示す図である。 一般的な磁気抵抗素子の出力特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。図２は、図１に示す磁気抵抗素子に具備されるバーバーポール電極と積層体との位置関係を示す平面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１について説明する。

図１に示すように、磁気抵抗素子１は、基板１０と、絶縁層１１と、積層体１２と、複数のバーバーポール電極１７と一対の電極部１８と、保護層１９とを備える。

基板１０としては、たとえば、シリコン基板が用いられる。また、基板１０として、ガラス基板やプラスチック基板などの絶縁性基板が用いられてもよい。この場合には、絶縁層１１を省略することができる。

絶縁層１１は、基板１０の主表面全体を覆うように設けられている。絶縁層１１は、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）や酸化アルミ膜（Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられる。絶縁層１１は、たとえば、ＣＶＤ法等によって形成される。

積層体１２は、たとえば、矩形形状を有する。積層体１２は、絶縁層１１上に設けられている。積層体１２は、下地層１３、反強磁性体層１４、および強磁性体層２０を含む。下地層１３としては、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ等の金属からなる１つの金属膜や、面心立方晶からなり反強磁性体層１４の界面と平行方向に（１１１）面が優先配向されている金属や合金（例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ等）からなる１つの金属膜、及びこれらの金属膜が積層された積層膜が用いられる。下地層１３は、絶縁層１１上に設けられている。下地層１３は、反強磁性体層１４の結晶を適切に成長させるために設けられている。なお、下地層１３は、反強磁性体層１４の結晶を適切に成長させることができる場合には、省略することができる。

反強磁性体層１４は、基板１０の上方に設けられている。具体的には、反強磁性体層１４は、下地層１３上に設けられている。なお、上述のように下地層１３が省略される場合には、反強磁性体層１４は、絶縁層１１上に設けられる。

反強磁性体層１４は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、およびＩｒのいずれか１種の元素とＭｎとを含む合金、ＰｄとＰｔとＭｎとを含む合金、またはＣｒとＰｔとＭｎとを含む合金などのＭｎを含む合金からなる。これら合金は、ブロッキング温度が高いことから、高温まで交換結合磁界が消失しない。このため、磁気抵抗素子１を安定に作動させることができる。

ＦｅとＭｎとを含む合金、ＰｔとＭｎとを含む合金、ＩｒとＭｎとを含む合金およびＣｒとＰｔとＭｎとを含む合金は、組成によって結晶構造が不規則合金であるため、交換結合を生じさせるための熱処理（結晶構造を規則化させるための熱処理）が不要となる。このため、反強磁性体層１４として、これら合金を採用した場合には、製造工程が単純化できる。

強磁性体層２０は、第１強磁性体層１６、および第２強磁性体層１５を有する。第１強磁性体層１６は、基板１０が位置する側とは反対側に位置する反強磁性体層１４の主面全体を覆うように反強磁性体層１４上に設けられている。第１強磁性体層１６は、反強磁性体層１４と第２強磁性体層１５との間に設けられている。第１強磁性体層１６は、たとえばＣｏもしくはＣｏとを含む合金からなる。

第２強磁性体層１５は、積層体１２の積層方向から見た場合に、第１強磁性体層１６の全体を覆うように設けられている。具体的には、第２強磁性体層１５は、基板１０が位置する側とは反対側に位置する第１強磁性体層１６の主面全体を覆うように第１強磁性体層１６上に設けられている。

第２強磁性体層１５は、ＮｉとＦｅとを含む合金やＮｉとＣｏとを含む合金など異方性磁気抵抗効果が生じる材料からなる。ＮｉとＦｅとを含む合金は、保磁力が小さいため、ヒステリシスを小さくすることができる。特に、Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０、または、Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０に近い組成を有するＮｉとＦｅとを含む合金は、立方晶の結晶磁気異方性がほぼ０ｅｒｇ／ｃｍ^３になる。結晶磁気異方性が０ｅｒｇ／ｃｍ^３になる材料は、結晶磁気異方性による磁化容易軸や磁化困難軸がないため、等方的である。また、上記組成およびこれに近い組成を有するＮｉとＦｅとを含む合金では、磁歪もほぼ０になるため、結晶の歪等により磁気弾性的に誘導される磁気異方性が小さい。また、ＮｉとＦｅとを含む合金等は、磁界中での熱処理により薄膜全体にわたった巨視的な磁化容易軸を簡単に誘導することができるため、薄膜全体にわたる磁化容易軸方向の設計がしやすくなる。

複数のバーバーポール電極１７は、積層体１２の上方に設けられている。具体的には、複数のバーバーポール電極１７は、互いに離間して第２強磁性体層１５上に設けられている。複数のバーバーポール電極１７は、積層体１２の長手方向に対して４５°傾斜するように設けられている。バーバーポール電極１７としては、Ａｌ等の電気伝導性の良好な金属が用いられる。バーバーポール電極１７と第２強磁性体層１５の密着性を高めるために、バーバーポール電極１７と第２強磁性体層１５との間には、Ｔｉなどからなる密着層が設けられてもよい。

積層体１２は、外部からの磁界が無い場合には第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向が積層体１２の長手方向と一致するように設けられている。このため、隣り合う２つのバーバーポール電極１７の間を最短で流れる検出電流Ｉの向きと、第２強磁性体層１５の磁化方向とが交差する角度は、４５°となる。なお、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向は、反強磁性体層１４から作用する交換結合磁界によって積層体１２の長手方向に固定されている。

このように第２強磁性体層１５の磁化方向を設定するに際して、まず、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層１３から第２強磁性体層１５まで形成する。続いて磁界を印加しながら熱処理を行うことで、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４の間に交換結合磁界が得られ、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向が磁界の方向に固定される。

また、磁界を印加しながら、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層１３から第２強磁性体層１５まで形成した場合、反強磁性体層１４が不規則合金なら、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向が、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４の間の交換結合磁界によって磁界の方向に固定されるため、交換結合を生じさせるための熱処理が不要となる。なお、十分な大きさの交換結合磁界を得るために、積層体１２を形成した後に、形成中に印加されていた磁界と同じ方向に磁界を印加しながら熱処理を施しても良い。

反強磁性体層１４が規則合金である場合、積層体１２を形成した後、続いて磁界を印加しながら熱処理を行うことで、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４の間に交換結合磁界が得られ、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向が磁界の方向に固定される。印加磁界の向きは、形成中に印加されていた磁界と同じ方向にする方がより良い。次に、第２強磁性体層１５の磁化方向と積層体１２の長手方向とが一致するように、積層体１２を矩形形状にパターニングする。

一対の電極部１８は、複数のバーバーポール電極１７を挟むように設けられている。一対の電極部１８は、複数のバーバーポール電極１７が並ぶ方向（積層体１２の長手方向）における積層体１２の両端に設けられている。具体的には、一対の電極部１８は、第２強磁性体層１５の上面、および、バーバーポール電極１７が並ぶ方向における積層体１２の側面及び最上層の端部を覆うように設けられている。電極部１８は、Ａｌ等の電気導電性の良好な金属材料からなる。電極部１８と第２強磁性体層１５との密着性を高めるために、電極部１８と第２強磁性体層１５との間には、Ｔｉなどからなる密着層が設けられていてもよい。

保護層１９は、積層体１２、複数のバーバーポール電極１７および一対の電極部１８を覆うように設けられる。保護層１９には、一対の電極部１８の一部が露出するようにコンタクトホール１９ａが設けられている。保護層１９は、たとえばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）からなり、第２強磁性体層１５などが酸化や腐食することを防ぐために設けられている。なお、保護層１９は設けられていなくてもよい。

図３は、図１に示す反強磁性体層と強磁性体層とが交換結合している状態を模式的に示す断面図である。図３を参照して、反強磁性体層１４と第２強磁性体層１５が交換結合している状態について説明する。

図３に示すように、第２強磁性体層１５の下面全面にわたって反強磁性体層１４が設けられていることにより、交換結合磁界が第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の全体に作用する。これにより、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向を一方向に揃えることができる。すなわち、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５を単磁区化することができる。

また、第１強磁性体層１６を設けて交換結合磁界の大きさを調整することにより、線形的に応答可能な領域の範囲を調整することができる。これにより、入力ダイナミックレンジの設計の自由度を大きくすることができる。

たとえば、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４との間に発生する交換結合磁界の大きさは、反強磁性体層１４上に直接第２強磁性体層１５を積層した場合に反強磁性体層１４と第２強磁性体層１５との間に発生する交換結合磁界の大きさよりも大きいことが好ましい。この場合には、第１強磁性体層１６を設けることにより、反強磁性体層１４から第２強磁性体層１５に作用する交換結合磁界の大きさを大きくすることができる。これにより、線形的に応答可能な領域の範囲を拡張することができる。

なお、交換結合磁界の大きさは、たとえば第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の膜厚によって調整することができる。第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の膜厚を薄くすることにより、交換結合磁界の大きさが大きくなる。

図４は、図１に示す磁気抵抗素子の磁気抵抗と磁界との関係を示す図である。図４を参照して、磁気抵抗素子１の磁気抵抗と磁界との関係について説明する。

本実施の形態においては、複数のバーバーポール電極１７は、第２強磁性体層１５上に設けられている。第２強磁性体層１５の電気抵抗は反強磁性体層１４の電気抵抗よりも小さいため、一端側の電極部１８から他端側の電極部１８に向けて流れる検出電流は、第２強磁性体層１５およびバーバーポール電極１７を主に流れる。この際、第２強磁性体層１５を流れる検出電流の向きを隣り合うバーバーポール電極１７間を最短でつなぐ方向に確実に傾けることができる。隣り合う２つのバーバーポール電極１７の間を最短で流れる検出電流Ｉの向きと、第２強磁性体層１５の磁化容易軸Ｍの向きとが交差する角度を４５°とすることにより、図４に示すような良好な線形的に応答する領域を得ることができる。

一般的に、交換結合を生じさせるため、あるいは十分な大きさの交換結合磁界を得るために、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層１３から第２強磁性体層１５および保護層１９を形成した後には、磁界を印加しながら熱処理がなされる。反強磁性体層としてＭｎを含む合金を採用した場合には、熱処理の際に反強磁性体層１４中のＭｎが第２強磁性体層１５中に拡散する場合がある。Ｍｎが第２強磁性体層中に拡散すると、磁気抵抗素子の磁気モーメントが低下したり、性能が劣化したりする場合がある。

ここで、本実施の形態においては、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる第１強磁性体層１６を設けることにより、製造工程における熱処理中に、反強磁性体層１４に含まれるＭｎが第２強磁性体層１５に拡散することを防止することができる。これにより、低温環境下で磁気抵抗素子を使用した場合でも、ヒステリシスを低減させることができる。さらに、下地層１３と反強磁性体層１４との間に、ＣｏもしくはＣｏＦｅを含む強磁性体層を形成した場合には、反強磁性体層１４から下地層１３へのＭｎの拡散が低減でき、信頼性をより向上させることができる。

また、強磁性体層２０が反強磁性体層１４の主面全体を覆うように反強磁性体層１４上に設けられていることにより、強磁性体層２０を単磁区化することができる。これにより、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。さらに、第２強磁性体層１５の磁化方向は、反強磁性体層１４からの交換結合磁界によって一方向に固定されることにより、第２強磁性体層１５の磁化を動かすためには、より大きな磁界が必要となる。これにより、大きな磁界が印加された場合でも、磁気抵抗素子１は磁気飽和せず、線形的に応答する領域を拡張することができる。

（磁気センサ）
図５は、図１に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサの平面図である。図５を参照して、図１に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサ１００について説明する。

図５に示すように、磁気センサ１００は、４個の磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられる。磁気抵抗素子１Ａの一端側は、配線パターン３Ａを介して、出力電圧Ｖｏｕｔ２を取り出すための電極パッドＰ１と電気的に接続される。磁気抵抗素子１Ａの他端側は、配線パターン３Ｂを介して、電源電圧Ｖｃｃを印加するための電極パッドＰ３と電気的に接続される。磁気抵抗素子１Ｄの一端側は、配線パターン３Ａを介して電極パッドＰ１と電気的に接続されている。磁気抵抗素子１Ｄの他端側は、配線パターン３Ｄを介して、グランドに接続される電極パッドＰ４と電気的に接続される。

磁気抵抗素子１Ｂの一端側は、配線パターン３Ｃを介して、出力電圧Ｖｏｕｔ１を取り出すための電極パッドＰ２と電気的に接続される。磁気抵抗素子１Ｂの他端側は、配線パターン３Ｂを介して、電極パッドＰ３と電気的に接続される。磁気抵抗素子１Ｃの一端側は、配線パターン３Ｃを介して、電極パッドＰ２に電気的に接続される。磁気抵抗素子１Ｃの他端側は、配線パターン３Ｄを介して電極パッドＰ４に接続される。

磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、それぞれ磁化方向が平行となるように配置される。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃにおけるバーバーポール電極の延在方向と、磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄにおけるバーバーポール電極の延在方向とは、交差する。

磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃにおけるバーバーポール電極の延在方向は、それぞれ平行である。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃにおけるバーバーポール電極は、内側から外側に向かうにつれて、磁気抵抗素子１Ｄ，１Ｂから離れるように傾斜する。

磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄにおけるバーバーポール電極の延在方向は、それぞれ平行である。磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄにおけるバーバーポール電極は、内側から外側に向かうにつれて、磁気抵抗素子１Ｃ，１Ａから離れるように傾斜する。

磁気抵抗素子１Ａ，１Ｄが、配線パターン３Ｂ，３Ａ，３Ｄおよび電極パッドＰ３，Ｐ１，Ｐ４を介して直列接続されることにより、第１の直列回路（ハーフブリッジ回路）が形成される。磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｃが、配線パターン３Ｂ，３Ｃ，３Ｄおよび電極パッドＰ３，Ｐ２，Ｐ４を介して直列接続されることにより、第２の直列回路（ハーフブリッジ回路）が形成される。第１の直列回路（ハーフブリッジ回路）および第２の直列回路（ハーフブリッジ回路）が、電極パッドＰ３，Ｐ４を介して並列接続されることにより、フルブリッジ回路が形成される。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃは、正出力性を有し、磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄは負出力性を有する。

電極パッドＰ３と電極パッドＰ４との間に電源電圧Ｖｃｃを印加すると、電極パッドＰ１および電極パッドＰ２からは、磁界強度に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１が取り出される。出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１は、差動増幅器（不図示）を介して差動増幅される。

このように構成することにより、磁気抵抗素子および磁気センサの製造時において、反強磁性体層から第２強磁性体層１５へのＭｎ拡散が抑制されるため、低温環境下でもヒステリシスを低減させることができる。また、ブリッジ回路を構成することにより、温度などの外部環境の変化に対する耐性を向上させることができる。

（検証実験）
比較例および実施例を交えながら、本発明の効果を検証するために行なった検証実験の条件および結果について説明する。比較例における磁気抵抗素子は、第１強磁性体層を設けず、反強磁性体層上に直接第２強磁性体層を設けたものを用いている。実施例に係る磁気抵抗素子は、実施の形態１に係る磁気抵抗素子を用いている。

比較例および実施例において、積層方向に沿った積層体の断面について上層（表層）から下層までの組成をＴＥＭ−ＥＤＸを用いて分析している。なお、比較例における磁気抵抗素子においては、積層体１２上に保護層を設けず、実施例においては、積層体１２上に保護層を設けている。また、比較例および実施例に係る磁気抵抗素子を複数用いて構成される磁気センサを用いて、磁界を変化させつつ電極パッドＰ１および電極パッドＰ２から出力させる出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１に基づき、ブリッジ電圧変化率を測定している。

図６は、比較例における磁気抵抗素子の深さ方向における組成分析の結果を示す図である。図７は、比較例における磁気抵抗素子を具備する磁気センサのブリッジ電圧変化率と磁界との関係を示す図である。図６および図７を参照して、比較例における磁気抵抗素子の深さ方向における組成分析結果、および、ブリッジ電圧変化率と磁界との関係について説明する。

比較例における磁気抵抗素子においては、積層体として、基板側から順に、下地層、反強磁性体層、強磁性体層の順に積層させた積層体（Ｓｉ／ＳｉＯ_２／Ｔａ／Ｎｉ−Ｆｅ／Ｎｉ−Ｍｎ／Ｎｉ−Ｆｅ）を用いている。なお、上述のＳｉ／ＳｉＯ_２は、基板および絶縁層であり、積層体には含まれない。比較例においては、下地層１３としてＴａ膜に、ＮｉとＦｅとを含む合金を積層させた積層膜を用いている。反強磁性体層としてＮｉとＭｎとを含む合金を用いている。強磁性体層としてＮｉとＦｅとを含む合金を用いている。下地層において、Ｔａ膜の厚さは２ｎｍであり、ＮｉとＦｅとを含む合金層の厚さは５ｎｍである。反強磁性体層において、ＮｉとＭｎとを含む合金層の厚さは４０ｎｍである。強磁性体層としてＮｉとＦｅとを含む合金層の厚さは３０ｎｍである。

図６に示すように、比較例における磁気抵抗素子は、積層体の表層からの深さが数ｎｍあたりの位置でＭｎのピークが確認される。積層体の表層からの深さが１０ｎｍから３０ｎｍまでの位置では、強磁性体層を構成する元素であるＦｅ、Ｎｉが主として確認される。積層体の表層からの深さが４０ｎｍから７０ｎｍまでの位置では、反強磁性体層を構成する元素であるＮｉ、Ｍｎが主として確認される。積層体の表層からの深さが略７５ｎｍの位置では、下地層の一部を構成する元素であるＦｅ、Ｎｉが主として確認される。積層体の表層からの深さが略８０ｎｍの位置においては、下地層を構成する元素であるＴａのピークが確認される。さらに、積層体の表層から８０ｎｍ以降の位置では、絶縁層を構成する元素であるＳｉが主として確認される。このように、比較例における磁気抵抗素子では、強磁性体層１５の上層にＭｎが拡散されている。

図７に示すように、比較例における磁気抵抗素子においては、−６［ｍＴ］以上６［ｍＴ］以下の範囲にて、ブリッジ電圧変化率が線形性を示す。

図８は、実施例に係る磁気抵抗素子の深さ方向における組成分析の結果を示す図である。図９は、実施例に係る磁気抵抗素子を具備する磁気センサのブリッジ電圧変化率と磁界との関係を示す図である。図８および図９を参照して、実施例に係る磁気抵抗素子の深さ方向における組成分析結果、および、ブリッジ電圧変化率と磁界との関係について説明する。

実施例に係る磁気抵抗素子においては、積層体１２として、基板１０側から順に、下地層１３、反強磁性体層１４、第１強磁性体層１６、第２強磁性体層１５の順に積層させた積層体（Ｓｉ／ＳｉＯ_２／Ｔａ／Ｎｉ−Ｆｅ／Ｎｉ−Ｍｎ／Ｃｏ−Ｆｅ／Ｎｉ−Ｆｅ）を用いている。なお、上述のＳｉ／ＳｉＯ_２は、基板および絶縁層であり、積層体には含まれない。実施例においては、下地層１３としてＴａ膜に、ＮｉとＦｅとを含む合金を積層させた積層膜を用いている。反強磁性体層１４としてＮｉとＭｎとを含む合金を用いている。第１強磁性体層１６として、ＣｏとＦｅとを含む合金を用い、第２強磁性体層１５としてＮｉとＦｅとを含む合金を用いている。

下地層１３において、Ｔａ膜の厚さは２ｎｍであり、ＮｉとＦｅとを含む合金層の厚さは５ｎｍである。反強磁性体層１４において、ＮｉとＭｎとを含む合金層の厚さは４０ｎｍである。第１強磁性体層１６において、ＣｏとＦｅとを含む合金層の厚さは、３ｎｍである。第２強磁性体層１５において、ＮｉとＦｅとを含む合金層の厚さは３０ｎｍである。

図８に示すように、実施例に係る磁気抵抗素子にあっては、保護層１９が設けられた積層体１２の表層（保護層１９の上層）からの深さが数ｎｍの位置までは、保護層１９を構成する元素であるＳｉが確認される。保護層１９の上層からの深さが、数ｎｍから略３７ｎｍまでの位置では、第２強磁性体層１５を構成する元素であるＦｅ、Ｎｉが主として確認される。保護層１９の上層からの深さが略４０ｎｍの位置では、第１強磁性体層１６を構成する元素の一種であるＣｏのピークが確認される。

また、保護層１９の上層からの深さが略４５ｎｍから略７７ｎｍまでの位置では、反強磁性体層１４を構成する元素であるＮｉ、Ｍｎが主として確認される。保護層１９の上層からの深さが略８０ｎｍの位置では、下地層１３の一部を構成する元素であるＦｅ、Ｎｉが主として確認される。保護層１９の上層からの深さが略８７ｎｍの位置においては、下地層１３の一部を構成する元素であるＴａのピークが主として確認される。さらに、保護層１９の上層から略８７ｎｍ以降の位置では、絶縁層１１を構成する元素であるＳｉが主として確認される。このように、実施例に係る磁気抵抗素子にあっては、比較例における磁気抵抗素子と比較して、反強磁性体層１４から第２強磁性体層１５へのＭｎの拡散が抑制されている。なお、保護層１９を形成する前の工程で熱処理を行っているため、保護膜の有無はＭｎの拡散に影響しない。

図９に示すように、実施例に係る磁気抵抗素子を具備する磁気センサにおいては、−１０［ｍＴ］以上１０［ｍＴ］以下の範囲にて、ブリッジ電圧変化率が線形性を示している。

図１０は、比較例および実施例に係る磁気抵抗素子のヒステリシスと温度との関係を示す図である。図１０を参照して、比較例および実施例に係る磁気抵抗素子のヒステリシスと温度との関係について説明する。

図１０に示すように、比較例における磁気抵抗素子では、低温になるほどヒステリシスが大きくなり、低温側ではヒステリシスが大幅に大きくなっている。一方、実施例に係る磁気抵抗素子では、−４０℃〜１２５℃の範囲においてヒステリシスは小さく、ヒステリシスの大きさはほとんど変化していない。

このように、実施例に係る磁気抵抗素子は、比較例における磁気抵抗素子と比較して、特に低温側でのヒステリシスが小さくなっている。

以上の検証実験の結果から、反強磁性体層１４と第２強磁性体層１５との間に第１強磁性体層１６を設けることにより、反強磁性体層１４から第２強磁性体層１５へのＭｎの拡散を抑制することができることが実験的にも証明されたと言える。

また、第１強磁性体層１６を設けることにより、線形的に応答する領域を拡張できるとともに、低温側におけるヒステリシスを低減させることができることが実験的にも証明されたと言える。

（実施の形態２）
図１１は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。図１１を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１Ｅについて説明する。

図１１に示すように、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１Ｅは、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１と比較した場合に、バーバーポール電極を備えていない点、ならびに、反強磁性体層１４からの交換結合磁界によって固定された第１強磁性体層１６の磁化方向および第２強磁性体層１５の磁化方向が異なる点において相違する。

図１２は、図１１に示す磁気抵抗素子において、反強磁性体層からの交換結合磁界により固定された強磁性体層の磁化方向と、電極部間を最短でつなぐ方向とを示す平面図である。図１２を参照して、反強磁性体層からの交換結合磁界により固定された強磁性体層の磁化方向と、電極部間を最短でつなぐ方向について説明する。

図１２に示すように、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４との間で生じる交換結合磁界により固定された第２強磁性体層１５の磁化方向と、電極部１８間を最短でつなぐ方向とは、交差している。具体的には、交換結合磁界により固定された第２強磁性体層１５の磁化方向と、電極部１８間を最短でつなぐ方向とが交差する角度θは、４５度となる。電極部１８間を最短でつなぐ方向は、積層体１２の長手方向に一致する。

このような磁気抵抗素子１Ｅは、以下のようにして製造される。まず、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層１３から第２強磁性体層１５まで形成した後に、磁界を印加しながら熱処理を行う。これにより、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４との間に交換結合磁界が得られ、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向が磁界の方向に固定される。

なお、反強磁性体層１４が不規則合金である場合には、磁界を印加しながら、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層１３から第２強磁性体層１５まで形成することにより、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向が、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４の間の交換結合磁界によって磁界の方向に固定される。この場合には、交換結合を生じさせるための熱処理が不要となる。

一方、反強磁性体層１４が規則合金である場合、積層体１２を形成した後、続いて磁界を印加しながら熱処理を行うことで、第１強磁性体層１６と反強磁性体層１４の間に交換結合磁界が得られ、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向が磁界の方向に固定される。この場合には、印加磁界の向きは、形成中に印加されていた磁界と同じ方向にする方がより良い。

続いて、交換結合磁界によって固定された第２強磁性体層１５の磁化方向と、積層体１２の長手方向とが交差する角度が４５°となるように、フォトリソグラフィ法等によって積層体１２が矩形形状にパターニングされる。

本実施の形態においては、一端側の電極部１８から他端側の電極部１８に向けて流れる検出電流Ｉの大部分は、一対の電極部１８間を最短で繋ぐ方向に流れる。このため、積層体１２を形成する際に、電極部１８間を最短で繋ぐ方向と第２強磁性体層１５の磁化方向とが４５°で交差するように予め第２強磁性体層１５の磁化方向を固定することにより、良好な線形的に応答する領域を得ることができる。

本実施の形態においても、第１強磁性体層１６は、反強磁性体層１４と第２強磁性体層１５との間に設けられている。これにより、反強磁性体層１４からのＭｎの拡散を抑制することができ、低温環境下でのヒステリシスを低減させることができる。

また、本実施の形態にあっては、バーバーポール電極を第２強磁性体層１５層上に設けることなく、第２強磁性体層１５の磁化方向を検出電流が流れる方向（電極間を最短でつなぐ方向）に対して４５°傾けて固定することができる。これにより、第２強磁性体層１５の感磁領域が減少することを抑制することができる。

また、バーバーポール電極が設けられないため、バーバーポール電極の電気抵抗が強磁性体層の電気抵抗に加算されることを防止できる。これらの結果、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１Ｅは、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる。

（磁気センサ）
図１３は、図１１に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサの平面図である。図１３を参照して、図１１に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサ１００Ａについて説明する。

図１３に示すように、磁気センサ１００Ａは、実施の形態１に係る磁気センサ１００と比較した場合に、４個の磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが実施の形態２に係る磁気抵抗素子１Ｅによって構成されている点において相違する。その他の構成は、ほぼ同様であり、これら４個の磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄによってフルブリッジ回路が形成されている。

磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、磁化方向が一定方向に揃うように配置されている。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、これらによって囲まれる領域が略正方形となるように配置されている。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂは、互いに直交するように配置される。磁気抵抗素子１Ｃ，１Ｄは、互いに直交するように配置されている。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃは、電極間を最短で結ぶ方向が平行となるように配置されている。磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄは、電極間を最短で結ぶ方向が平行となるように配置されている。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃは、正出力性を有し、磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄは負出力性を有する。

電極パッドＰ３と電極パッドＰ４との間に電源電圧Ｖｃｃを印加すると、電極パッドＰ１および電極パッドＰ２からは、磁界強度に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１が取り出される。出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１は、差動増幅器（不図示）を介して差動増幅される。

このように構成することにより、磁気抵抗素子および磁気センサの製造時において、反強磁性体層１４から第２強磁性体層１５へのＭｎ拡散が抑制されるため、低温環境下でもヒステリシスを低減させることができる。

また、本実施の形態に係る磁気センサにあっては、磁気抵抗素子にバーバーポール電極が設けられていないため、バーバーポール電極の加工ばらつきが生じない。このため、磁気抵抗素子の電気抵抗のばらつきが小さく、フルブリッジ回路を構成した場合に、オフセット電圧が合わせやすくなる。

（磁気センサの変形例）
図１４は、図１３に示す磁気センサの変形例を示す平面図である。図１４を参照して、磁気センサの変形例について説明する。

変形例における磁気センサ１００Ｂは、実施の形態２に係る磁気センサ１００Ａと比較した場合に、磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが、複数の積層体１２がミアンダ形状に配置されてこれらが電気的に接続されることにより構成されている点において相違する。

具体的には、図１４に示すように、各磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに、積層体１２が複数設けられている。各磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、複数の接続電極４０をさらに備える。各磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄにおいて、複数の積層体１２は、磁化方向が揃うように平行に並んで設けられている。電極部としての接続電極４０は、互いに隣り合う積層体１２の端部同士を交互に接続する。これにより、各磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄがミアンダ状に形成されている。

より具体的には、磁気抵抗素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれは、長い短冊状パターンの積層体１２と、短い短冊状パターンの接続電極４０とを交互に直交させて接続することで、ミアンダ状に形成される。

磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃに含まれる複数の積層体１２のそれぞれは、同一方向に沿って延在し、延在方向に直交する方向に所定の間隔をあけて配置される。磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄに含まれる複数の積層体１２のそれぞれは、同一方向に沿って延在し、延在方向に直交する方向に所定の間隔をあけて配置される。磁気抵抗素子１Ａ，１Ｃに含まれる複数の積層体１２の延在方向は、磁気抵抗素子１Ｂ，１Ｄに含まれる複数の積層体１２の延在方向と直交する。

このように構成した場合であっても、磁気抵抗素子および磁気センサの製造時において、反強磁性体層から第２強磁性体層１５へのＭｎ拡散が抑制されるため、低温環境下でもヒステリシスを低減させることができる。また、バーバーポール電極を設けていないため、オフセット電圧を合わせやすくなる。

（実施の形態３）
（電流センサ）
図１５は、本実施の形態に係る電流センサを示す概略図である。図１５を参照して、本実施の形態に係る電流センサについて説明する。

図１５に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１５０は、磁気センサ１００Ｃ，１００Ｄ、測定対象の電流が流れるバスバー１１０および減算器１３０を備える。磁気センサ１００Ｃ，１００Ｄは、実施の形態１に係る磁気センサ１００と同様の構成を有し、奇関数入出力特性を有する。磁気センサ１００Ｃ，１００Ｄは、バスバー１１０を流れる電流により発生する磁界の強さを検出し、この磁界の強さに応じた信号を上述のブリッジ回路から出力する。減算器１３０は、磁気センサ１００Ｃおよび磁気センサ１００Ｄの各検出値を減算することにより上記電流の値を算出する算出部である。

バスバー１１０は、電気的に直列に接続されている第１バスバー部１１１、第２バスバー部および第３バスバー部１１３を含む。第１バスバー部１１１と第３バスバー部１１３とは、互いに離間して平行に延在する。第１バスバー部１１１と第３バスバー部１１３とは、第２バスバー部によって接続されている。

第２バスバー部は、第１バスバー部１１１および第３バスバー部１１３の各々に対して間隔を置いて平行に並んで延在する平行部１１２を含む。また、第２バスバー部は、第１バスバー部１１１の他端と第２バスバー部の平行部１１２の一端とを連結する第１連結部１１４と、第２バスバー部の平行部１１２の他端と第３バスバー部１１３の一端とを連結する第２連結部１１５とを含む。

第１バスバー部１１１と第２バスバー部の平行部１１２と第３バスバー部１１３とは、等間隔に配置されている。第１バスバー部１１１、第２バスバー部の平行部１１２および第３バスバー部１１３の各々は、直方体状の形状を有している。ただし、第１バスバー部１１１、第２バスバー部の平行部１１２および第３バスバー部１１３の各々の形状は直方体状に限られず、たとえば円柱状であってもよい。

第２バスバー部の第１連結部１１４は、側面視にて直線状に延在して第１バスバー部１１１および第２バスバー部の平行部１１２の各々と直交している。第２バスバー部の第２連結部１１５は、側面視にて直線状に延在して第２バスバー部の平行部１１２および第３バスバー部１１３の各々と直交している。

第２バスバー部の第１連結部１１４および第２連結部１１５の各々は、直方体状の形状を有している。ただし、第２バスバー部の第１連結部１１４および第２連結部１１５の各々の形状は直方体状に限られず、たとえば円柱状であってもよい。

バスバー１１０は、側面視にてＳ字状の形状を有している。このように折り返すように曲折した形状を有する１つのバスバー部材によってバスバー１１０を構成することにより、機械的強度が高くシンメトリーな形状を有するバスバー１１０を得ることができる。ただし、バスバー１１０の形状はこれに限られず、たとえば、バスバー１１０が、Ｅ字形状のように第１バスバー部１１１と第２バスバー部と第３バスバー部１１３とを有する形状であれば適宜選択することができる。

バスバー１１０は、たとえばアルミニウムで構成されている。ただし、バスバー１１０の材料はこれに限られず、銀、銅などの金属単体、または、これらの金属と他の金属との合金でもよい。また、バスバー１１０は、表面処理を施されていてもよい。たとえば、ニッケル、錫、銀、銅などの金属単体またはこれらの合金からなるめっき層を、バスバー１１０の表面に単層または複層で形成してもよい。

バスバー１１０は、薄板をプレス加工することにより形成される。ただし、バスバー１１０の形成方法はこれに限られず、切削，鋳造または鍛造などの方法でバスバー１１０を形成してもよい。

第１バスバー部１１１を電流が流れる方向２１１と第３バスバー部１１３を電流が流れる方向２１５とは同一である。第１バスバー部１１１を電流が流れる方向２１１、および第３バスバー部１１３を電流が流れる方向２１５と、第２バスバー部の平行部１１２を電流が流れる方向２１３とは反対である。第２バスバー部の第１連結部１１４を電流が流れる方向２１２と、第２バスバー部の第２連結部１１５を電流が流れる方向２１４とは同一である。

磁気センサ１００Ｃは、互いに対向する第１バスバー部１１１と第２バスバー部の平行部１１２との間に位置している。磁気センサ１００Ｄは、互いに対向する第２バスバー部の平行部１１２と第３バスバー部１１３との間に位置している。

磁気センサ１００Ｃは、第１バスバー部１１１と第３バスバー部１１３とが並ぶ方向に対して直交する方向、かつ、第１バスバー部１１１の延在方向に対して直交する方向である、図１５中の矢印１０１Ａで示す方向に検出軸を有する。

磁気センサ１００Ｄは、第１バスバー部１１１と第３バスバー部１１３とが並ぶ方向に対して直交する方向、かつ、第３バスバー部１１３の延在方向に対して直交する方向である、図１５中の矢印１０１Ｂで示す方向に検出軸を有する。

磁気センサ１００Ｃ，１００Ｄは、検出軸の一方向に向いた磁界を検出した場合に正の値で出力し、かつ、検出軸の一方向とは反対方向に向いた磁界を検出した場合に負の値で出力する、奇関数入出力特性を有している。すなわち、バスバー１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについて、磁気センサ１００Ｃの検出値の位相と、磁気センサ１００Ｄの検出値の位相とは、逆相である。

磁気センサ１００Ｃは、第１接続配線１４１によって減算器１３０と電気的に接続されている。磁気センサ１００Ｄは、第２接続配線１４２によって減算器１３０と電気的に接続されている。

減算器１３０は、磁気センサ１００Ｃの検出値と、磁気センサ１００Ｄの検出値とを減算することにより、バスバー１１０を流れる電流の値を算出する。なお、本実施形態においては、算出部として減算器１３０を用いているが、算出部はこれに限られず、差動増幅器などでもよい。

図１６は、図１５に示すＸＶＩ−ＸＶＩ線矢印方向から見た断面図において、発生する磁界を模式的に示す図である。図１６においては、磁気センサ１００Ｃおよび磁気センサ１００Ｄの検出軸方向をＸ方向、第１バスバー部１１１と第２バスバー部の平行部１１２と第３バスバー部１１３とが並ぶ方向をＹ方向として示している。なお、第２バスバー部の平行部１１２の延在方向がＺ方向である。

図１６に示すように、第１バスバー部１１１に電流が流れることにより、いわゆる右ねじの法則によって図中の右回りに周回する磁界１１１ｅが発生する。同様に、第２バスバー部の平行部１１２に電流が流れることにより、図中の左回りに周回する磁界１１２ｅが発生する。第３バスバー部１１３に電流が流れることにより、図中の右回りに周回する磁界１１３ｅが発生する。

その結果、磁気センサ１００Ｃには、矢印１０１Ａで示す検出軸の方向において、図中の左向きの磁界が印加される。一方、磁気センサ１００Ｄには、矢印１０１Ｂで示す検出軸の方向において、図中の右向きの磁界が印加される。

よって、磁気センサ１００Ｃの検出した磁界の強さを正の値とすると、磁気センサ１００Ｄの検出した磁界の強さは負の値となる。磁気センサ１００Ｃの検出値と磁気センサ１００Ｄの検出値とは、減算器１３０に送信される。

減算器１３０は、磁気センサ１００Ｃの検出値から磁気センサ１００Ｄの検出値を減算する。その結果、磁気センサ１００Ｃの検出値の絶対値と、磁気センサ１００Ｄの検出値の絶対値とが加算される。この加算結果から、バスバー１１０を流れた電流の値が算出される。

なお、磁気センサ１００Ｃと磁気センサ１００Ｄとの入出力特性を互いに逆の極性にしつつ、減算器１３０に代えて加算器または加算増幅器を算出部として用いてもよい。

本実施形態における電流センサ１５０においては、第１バスバー部１１１および第３バスバー部１１３は横断面において、第２バスバー部の平行部１１２の中心点を中心として互いに点対称に位置している。かつ、第１バスバー部１１１および第３バスバー部１１３は横断面において、磁気センサ１００Ｃおよび磁気センサ１００Ｄの検出軸の方向における第２バスバー部の平行部１１２の中心線を中心として互いに線対称に位置している。

また、磁気センサ１００Ｃおよび磁気センサ１００Ｄは横断面において、第２バスバー部の平行部１１２の中心点を中心として互いに点対称に位置している。かつ、磁気センサ１００Ｃおよび磁気センサ１００Ｄは横断面において、磁気センサ１００Ｃおよび磁気センサ１００Ｄの検出軸の方向における第２バスバー部の平行部１１２の中心線を中心として互いに線対称に位置している。

このように点対称に配置された磁気センサ１００Ｃおよび磁気センサ１００Ｄは、バスバー１１０を流れる電流により発生する磁界を等しく反映した検出値を示す。そのため、バスバー１１０を流れる電流により発生する磁界の強さとそれから算出されるバスバー１１０を流れる電流の値との線形性を高めることができる。

なお、本実施の形態においては、電流センサ１５０に具備される磁気センサ１００Ｃ，１００Ｄが、実施の形態１に係る磁気抵抗素子によって構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態２に係る磁気抵抗素子および後述する実施の形態４に係る磁気抵抗素子のいずれかによって構成されてもよい。また、磁気センサ１００Ｃ，１００Ｄとして、後述する実施の形態５に係る磁気センサ１００Ｈ１または後述する実施の形態に係る磁気センサ１００Ｈ２が用いられてもよい。

以上のように構成することにより、本実施の形態に係る電流センサ１５０は、反強磁性体層から第２強磁性体層１５へのＭｎ拡散が抑制されるため、低温環境下でもヒステリシスを低減させることができる。

（実施の形態４）
（磁気抵抗素子）
図１７は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。図１７を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１Ｆについて説明する。

図１７に示すように、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１Ｆは、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１と比較した場合に、積層体１２Ｆの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

積層体１２Ｆは、基板１０側から順に、下地層１３、第２強磁性体層１５、第１強磁性体層１６および反強磁性体層１４が積層されることによって構成されている。

下地層１３は、絶縁層１１上に設けられている。下地層１３は、第２強磁性体層１５、第１強磁性体層１６および反強磁性体層１４の結晶を適切に成長させるために設けられている。なお、下地層１３は、これを用いずに第２強磁性体層１５、第１強磁性体層１６結晶および反強磁性体層１４を適切に成長させることができる場合には、省略することができる。下地層１３を省略する場合には、磁気抵抗素子１の構成を簡素化することができる。

第２強磁性体層１５は、基板１０の上方に設けられている。具体的には、第２強磁性体層１５は、下地層１３上に設けられている。第１強磁性体層１６は、基板１０が位置する側とは反対側に位置する第２強磁性体層１５の主面全体を覆うように第２強磁性体層１５上に設けられている。第１強磁性体層１６は、第２強磁性体層１５と反強磁性体層１４との間に設けられている。

第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５は、反強磁性体層１４の結晶を適切に成長させるための下地層として機能する。反強磁性体層１４は、基板１０が位置する側とは反対側に位置する第１強磁性体層１６の主面全体を覆うように第１強磁性体層１６上に設けられている。

この場合においても、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向は、反強磁性体層１４から作用する交換結合磁界によって所定の方向に固定される。たとえば、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向は、積層体１２Ｆの長手方向に固定されている。

複数のバーバーポール電極１７は、積層体１２の上方に設けられている。具体的には、複数のバーバーポール電極１７は、互いに離間して反強磁性体層１４上に設けられている。複数のバーバーポール電極１７は、積層体１２の長手方向に対して４５°傾斜するように設けられている。バーバーポール電極１７を設けることにより、第２強磁性体層２０を流れる検出電流の向きを隣り合うバーバーポール電極１７間を最短でつなぐ方向に確実に傾けることができる。なお、バーバーポール電極１７と反強磁性層１４との密着性を高めるために、バーバーポール電極１７と反強磁性体層１４との間には、Ｔｉなどからなる密着層が設けられてもよい。

本実施の形態においても、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる第１強磁性体層１６を第２強磁性体層と反強磁性体層との間に設けることにより、製造工程における熱処理中に、反強磁性体層１４に含まれるＭｎが第２強磁性体層１５に拡散することを防止することができる。これにより、低温環境下で磁気抵抗素子を使用した場合でも、ヒステリシスを低減させることができる。

なお、本実施の形態においては、バーバーポール電極１７を備える場合を例示して説明したが、これに限定されず、反強磁性体層１４から作用する交換結合磁界によって積層体１２の長手方向と対して略４５度の角度で交差する方向に、第１強磁性体層１６および第２強磁性体層１５の磁化方向を固定する場合には、実施の形態２と同様に、バーバーポール電極１７を省略することができる。

（実施の形態５）
（磁気センサ）
図１８は、本実施の形態に係る磁気センサの平面図である。図１８を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１００Ｈ１について説明する。

図１８に示すように、本実施の形態に係る磁気センサ１００Ｈ１は、４個の磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ２，１Ｈ３，１Ｈ４を用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられている。

磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ２，１Ｈ３，１Ｈ４は、基本的には、実施の形態２に係る磁気抵抗素子１Ｅに準じた構成を有する。磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ２，１Ｈ３，１Ｈ４は、実施の形態２に係る磁気抵抗素子１Ｅと比較した場合に、後述するように磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ２，１Ｈ３，１Ｈ４に含まれる積層体１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，１２Ｈ４の形状が相違する。

磁気抵抗素子１Ｈ１の一端側には、配線パターン３Ａと、出力電圧Ｖｏｕｔ２を取り出すための電極パッドＰ１とが形成されている。磁気抵抗素子１Ｈ１の他端側には、配線パターン３Ｂと、電源電圧Ｖｃｃを印加するための電極パッドＰ３とが形成されている。

磁気抵抗素子１Ｈ４の一端側には、配線パターン３Ａと、電極パッドＰ１とが形成されている。磁気抵抗素子１Ｈ４の他端側には、配線パターン３Ｄと、グランドに接続される電極パッドＰ４とが形成されている。

磁気抵抗素子１Ｈ２の一端側には、配線パターン３Ｃと、出力電圧Ｖｏｕｔ１を取り出すための電極パッドＰ２とが形成されている。磁気抵抗素子１Ｈ２の他端側には、配線パターン３Ｂと、電極パッドＰ３とが形成されている。

磁気抵抗素子１Ｈ３の一端側には、配線パターン３Ｃと、電極パッドＰ２とが形成されている。磁気抵抗素子１Ｈ３の他端側には、配線パターン３Ｄと、電極パッドＰ４とが形成されている。

当該磁気センサ１００Ｈ１においては、磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ３は、正出力性を有し、磁気抵抗素子１Ｈ２，１Ｈ４は負出力性を有する。電極パッドＰ３と電極パッドＰ４との間に電源電圧Ｖｃｃを印加すると、電極パッドＰ１および電極パッドＰ２からは、磁界強度に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１が取り出される。出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１は、差動増幅器（不図示）を介して差動増幅される。

積層体１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，１２Ｈ４は、磁化方向が揃うようにしてミアンダ状に形成されている部分２１と、ミアンダ状に形成されている部分２１の両端に接続される電極下地部２２を有する。

ミアンダ状に形成されている部分２１は、平行に並ぶ複数の線状部２１ａと、互いに隣り合う線状部２１ａの端部同士を交互に接続する複数の折り返し部２１ｂとによって構成される。

磁気抵抗素子１Ｈ１、１Ｈ３において、積層体１２が有する複数の線状部２１ａは、同一方向に沿って延在する。磁気抵抗素子１Ｈ２，１Ｈ４において、積層体１２が有する複数の線状部２１ａは、同一方向に延在する。

磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ３に含まれる線状部２１ａの延在方向は、磁気抵抗素子１Ｈ２，１Ｈ４に含まれる線状部２１ａの延在方向と直交する。

積層体１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，１２Ｈ４は、強磁性体層２０となる強磁性体膜の磁化方向が交換結合磁界によって所定の方向に固定された積層体膜をパターニングすることにより、一体に形成されている。

積層体膜は、実施の形態１と同様に真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層１３となる下地膜、反強磁性体層１４となる反強磁性体膜、第１強磁性体層１６となる第１強磁性体膜、および第２強磁性体層１５となる第２強磁性体膜とを積層することにより形成される。実施の形態１と同様に、磁界を印加しながら積層体膜を形成したり、積層体膜を形成後に積層体膜に磁界を印加しながら熱処理したりすることにより、第１強磁性体膜および第２強磁性体膜と反強磁性体膜との間で生じる交換結合磁界によって第１強磁性体膜および第２強磁性体膜の磁化方向が固定される。

磁気抵抗素子１Ｈ１と磁気抵抗素子１Ｈ２とは、共通の電極下地部２２を有する。磁気抵抗素子１Ｈ１と磁気抵抗素子１Ｈ２との共通の電極下地部２２上には、配線パターン３Ｂおよび電源電圧Ｖｃｃを印加するための電極パッドＰ３が形成される。

磁気抵抗素子１Ｈ２と磁気抵抗素子１Ｈ３とは、共通の電極下地部２２を有する。磁気抵抗素子１Ｈ２と磁気抵抗素子１Ｈ３との共通の電極下地部２２上には、配線パターン３Ｃおよび出力電圧Ｖｏｕｔ１を取り出すための電極パッドＰ２が形成される。

磁気抵抗素子１Ｈ３と磁気抵抗素子１Ｈ４とは、共通の電極下地部２２を有する。磁気抵抗素子１Ｈ３と磁気抵抗素子１Ｈ４との共通の電極下地部２２上には、配線パターン３Ｄおよびグランドに接続される電極パッドＰ４が形成される。

磁気抵抗素子１Ｈ４と磁気抵抗素子１Ｈ１とは、共通の電極下地部２２を有する。磁気抵抗素子１Ｈ４と磁気抵抗素子１Ｈ１との共通の電極下地部２２上には、配線パターン３Ａおよび出力電圧Ｖｏｕｔ２を取り出すための電極パッドＰ１が形成される。

このように構成した場合であっても、磁気抵抗素子および磁気センサの製造時において、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる第１強磁性体層１６を反強磁性体層と第２強磁性体層１５との間に設けることにより、反強磁性体層から第２強磁性体層１５へのＭｎ拡散が抑制されるため、低温環境下でもヒステリシスを低減させることができる。また、バーバーポール電極を設けていないため、オフセット電圧を合わせやすくなる。

また、電極下地部２２を設け、電極下地部２２上に、配線パターン３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄおよび電極パッドＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成することにより、配線パターン３Ａと電極パッドＰ１，配線パターン３Ｂと電極パッドＰ３、配線パターン３Ｃと電極パッドＰ２、および配線パターン３Ｄと電極パッド４のそれぞれにおいて段差が形成されることを防止することができる。

これにより、配線パターン３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄおよび電極パッドＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が断線することを防止でき、信頼性を向上させることができる。

（実施の形態６）
（磁気センサ）
図１９は、本実施の形態に係る磁気センサの平面図である。図１９を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１００Ｈ２について説明する。

図１９に示すように、本実施の形態に係る磁気センサ１００Ｈ２は、実施の形態５に係る磁気センサ１００Ｈ１と比較した場合に、複数の折り返し部２１ｂ上のそれぞれに、強磁性体層２０よりも電気抵抗の低い導電層４４が設けられている点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

各磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ２，１Ｈ３，１Ｈ４において、導電層４４が設けられていない場合には、積層体１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，１２Ｈ４内では、線状部２１ａに位置する強磁性体層と、折り返し部２１ｂに位置する強磁性体層の両方に電流が流れる。

線状部２１ａに位置する強磁性体層を流れる電流の方向と、折り返し部２１ｂに位置する強磁性体層を流れる電流の方向とは、直交する。このため、折り返し部２１ｂに位置する強磁性体層に電流が流れた場合には、線状部２１ａに位置する強磁性体層から生成される出力の一部が、折り返し部２１ｂに位置する強磁性体層から生成される出力によって打ち消される。これにより、取出される出力電圧Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１が低下する場合がある。

本実施の形態においては、強磁性体層よりも電気抵抗の低い導電層４４を折り返し部２１ｂ上（より具体的には折り返し部２１ｂに位置する強磁性体層上）に設けることにより、折り返し部２１ｂにおいて電流は、導電層４４を流れる。このため、線状部２１ａに位置する強磁性体層２０から生成される出力の一部が、折り返し部２１ｂに位置する強磁性体層から生成される出力によって打ち消されることを防止することができる。

上述した実施の形態５，６に係る磁気センサ１００Ｈ１，１００Ｈ２にあっては、磁気抵抗素子１Ｈ１，１Ｈ２，１Ｈ３，１Ｈ４が、基本的に実施の形態２に係る磁気抵抗素子１Ｅに準じた構成を有する場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態１，４に係る磁気抵抗素子に準じた構成を有していてもよい。

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｈ１，１Ｈ２，１Ｈ３，１Ｈ４ 磁気抵抗素子、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 配線パターン、１０ 基板、１１ 絶縁層、１２，１２Ｆ，１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，１２Ｈ４ 積層体、１３ 下地層、１４ 反強磁性体層、１５ 第２強磁性体層、１６ 第１強磁性体層、１７ バーバーポール電極、１８ 電極部、１９ 保護層、１９ａ コンタクトホール、２０ 強磁性体層、２１ ミアンダ状に形成されている部分、２１ａ 線状部、２１ｂ 折り返し部、２２ 電極下地部、４０ 接続電極、４４ 導電層、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｈ１，１００Ｈ２ 磁気センサ、１１０ バスバー、１１１ 第１バスバー部、１１１ｅ，１１２ｅ，１１３ｅ 磁界、１１２ 平行部、１１３ 第３バスバー部、１１４ 第１連結部、１１５ 第２連結部、１３０ 減算器、１４１ 第１接続配線、１４２ 第２接続配線、１５０ 電流センサ。

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の上方に設けられ、反強磁性体層と強磁性体層とが積層された積層体と、を備え、
   前記強磁性体層は、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる第１強磁性体層と、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる第２強磁性体層とを含み、
   前記反強磁性体層は、Ｍｎを含む合金からなり、
   前記第１強磁性体層は、前記反強磁性体層と前記第２強磁性体層とに接して設けられ、
   前記第１強磁性体層と前記反強磁性体層とが交換結合しており、
   前記積層体は、前記基板側から順に、前記第２強磁性体層、前記第１強磁性体層および前記反強磁性体層が積層されることによって構成され、
   前記第２強磁性体層は、前記積層体の積層方向から見た場合に、前記第１強磁性体層の全体を覆うように設けられ、
   互いに離間して前記積層体の上方に設けられた複数のバーバーポール電極をさらに備える、異方性磁気抵抗素子。
2. 基板と、
   前記基板の上方に設けられ、反強磁性体層と強磁性体層とが積層された積層体と、を備え、
   前記強磁性体層は、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる第１強磁性体層と、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる第２強磁性体層とを含み、
   前記反強磁性体層は、Ｍｎを含む合金からなり、
   前記第１強磁性体層は、前記反強磁性体層と前記第２強磁性体層とに接して設けられ、
   前記第１強磁性体層と前記反強磁性体層とが交換結合しており、
   前記積層体は、前記基板側から順に、前記反強磁性体層、前記第１強磁性体層および前記第２強磁性体層が積層されることによって構成され、
   前記第２強磁性体層は、前記積層体の積層方向から見た場合に、前記第１強磁性体層の全体を覆うように設けられ、
   互いに離間して前記積層体の上方に設けられた複数のバーバーポール電極をさらに備える、異方性磁気抵抗素子。
3. 前記積層体の両端に設けられた電極部をさらに備え、
   前記第１強磁性体層と前記反強磁性体層との間で生じる交換結合磁界により固定された前記第１強磁性体層の磁化方向と、前記電極部間を最短でつなぐ方向とが交差する、請求項１または２に記載の異方性磁気抵抗素子。
4. 前記交換結合磁界により固定された前記第１強磁性体層の前記磁化方向と、前記電極部間を最短でつなぐ方向とが交差する角度が４５度である、請求項３に記載の異方性磁気抵抗素子。
5. 前記反強磁性体層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、ＰｔおよびＩｒのいずれか１種の金属とＭｎとを含む合金、ＰｄとＰｔとＭｎとを含む合金、または、ＣｒとＰｔとＭｎとを含む合金からなる、請求項１から４のいずれか１項に記載の異方性磁気抵抗素子。
6. 複数の接続電極部をさらに備え、
   前記積層体は、複数設けられ、
   磁化方向が揃うように複数の前記積層体が平行に並んで設けられ、かつ、複数の前記接続電極部が互いに隣り合う前記積層体の端部同士を交互に接続することにより、ミアンダ状に形成された、請求項１から５のいずれか１項に記載の異方性磁気抵抗素子。
7. 前記積層体は、前記磁化方向が揃うようにしてミアンダ状に形成されている部分を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の異方性磁気抵抗素子。
8. 前記ミアンダ状に形成されている部分は、平行に並ぶ複数の線状部と、互いに隣り合う前記線状部の端部同士を交互に接続する複数の折り返し部とによって構成され、
   前記複数の折り返し部上のそれぞれに、前記強磁性体層よりも電気抵抗の低い導電層が設けられている、請求項７に記載の異方性磁気抵抗素子。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の異方性磁気抵抗素子を備える、磁気センサ。
10. 測定対象の電流が流れるバスバーと、
    請求項９に記載の磁気センサと、を備える、電流センサ。

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