JPH01316980A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁界検知に用いられる強磁性体磁気抵抗効果素
子に関する。

〔従来の技術〕

周知のように磁気抵抗素子は、磁界強度により抵抗値が
変化することを利用した磁気感応素子であり、その素子
材料には、半導体あるいは強磁性体が用いられている０
強磁性体を用いた磁気抵抗素子（以下１強磁性体磁気抵
抗素子をＭＲ素子という）は、ＮｉＦｅ、　ＮｉＣｏな
どの強磁性体内において、流れる電流と磁化の向きのな
す角度によって抵抗値が変化することを利用して磁界検
知を行う素子である。ＭＲ索子を用いた磁界検知素子と
して互いに接続され、互いに直交した２個の電流通路、
すなわち２個の直交したＭＲ素子を有する磁電変換素子
（参考：特開昭５０−２８９８９号）がある。この例に
おいては、素子を充分飽和させるに充分な外部磁界を印
加し、この外部磁界を２個のＭＲ素子を含む平面内で回
転させると、角度変化に対し正弦波状の抵抗変化を外部
磁界印加角度が検出できる。また、特開昭５０−５６２
５０号公報には前記磁電変換素子にバイアス磁界を加え
た磁界検出装置が開示されている。この例においては、
バイアス磁界印加角度から正負４５度の角度範囲の外部
磁界印加角度に対して抵抗の直線的な変化が得られる。

これらの磁界検知素子では、外部磁界の向きにＭＲ素子
の磁化を揃えることにより磁界角度を検知するので、外
部磁界の強度としてはＭＲ素子の磁化を飽和させるに充
分な大きさが要求される。一般に、ＭＲ素子の磁化を飽
和させるために必要な最低の磁界（以後、飽和磁界とい
う）は、ＭＲ素子に用いる強磁性体の磁気異方性磁界と
、ＭＲ素子をパターン化することにより生ずる反磁界に
よる形状異方性磁界によって次のようにして決まる。す
なわち、ＭＲ素子として用いられるＮｉＦｅ、　ＮｉＣ
ｏの異方性磁界は、数Ｏｅから数１００８であり、パタ
ーン化することによる形状異方性磁界は、例えば一般に
用いられるストライプパターン（パターン幅１０．、パ
ターン厚さ５００人の磁気ヘッド用）では約５００８で
ある。第３図のＭＲ素子ｔｂでは強磁性体の磁化容易軸
（異方性磁界方向のこと、以後容易軸と略す）３と、パ
ターンの長手方向とが一致する場合、飽和磁界は、強磁
性体の磁気異方性磁界と、ＭＲ素子をパターン化するこ
とにより生ずる形状異方性磁界との和となり、ＭＲ素子
の実効的容易軸２ｂは、素子長手方向と一致する。一方
、第３図のＭＲ素子１ａでは、強磁性体の容易軸（異方
性磁界方向）３と、パターンの長手方向とが直交してい
るので、飽和磁界は、強磁性体の磁気異方性磁界と、　
ＭＲ素子をパターン化することにより生ずる形状異方性
磁界の単純な和とならず、ＭＲ素子の実効的容易軸も、
素子パターンの長手方向と一致しない。図中４は電極を
示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような飽和磁界や、肝素子の実効的容易軸と素子
長手方向とのなす角が違うＭＲ素子に、バイアス磁界の
ように飽和磁界より弱い磁界を印加した場合、ＭＲ素子
の磁化が、各ＭＲ素子の長手方向から回転する角度が違
うために、ＭＲ素子出力に差が生ずる。そのため素子全
体としての特性に歪を生じる原因となり、磁界印加方向
を測定する場合には、角度分解能を悪くする欠点があっ
た。また、素子特性の違いのために、非平行配置の２個
の素子による差動構成を取ることができなかった。

本発明の目的はこのような従来の欠点を除去し、高精度
な磁気抵抗効果素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の磁気抵抗効果素子に
おいては１強磁性体の磁化容易軸が一方向に揃い、互い
に電気的に接続された対をなす偶数個の矩形の強磁性体
磁気抵抗素子を有し、各対の強磁性体磁気抵抗素子を、
各々そのパターンの長手方向に対して非平行で、かつ該
磁化容易軸方向に対して対称な角度に配置したものであ
る。

〔作用〕

第１図は本発明の磁気抵抗効果素子の実施例を示す図で
ある。

１’ａ、ｌｂはＭＲ素子、２ａ　、　２ｂはＭＲ素子の
実効的容易軸。

３は強磁性体の容易軸、４は電極、５は基板である。第
１図において、片方のＭＲ素子１ａは、素子の長手方向
が強磁性体の容易軸３の方向から右回りに４５度の方向
にパターン化される。そして、もう一方のＭＲ素子１ｂ
は、素子の長手方向が強磁性体の容易軸３の方向から左
回りに４５度の方向にパターン化される。肝素子の実効
的容易軸方向は、強磁性体の異方性磁界の影響で、　Ｍ
Ｒ素子の長手方向からある程度ＭＲ素子の短軸方向に回
転する。しかし、２個の肝素子ではＭＲ素子長手方向と
ＭＲ素子の実効的容易軸とのなす角は等しいので、２個
の肝素子特性は同じになる。

第２図は単独のＭＲ素子に、腫素子の短軸方向から磁界
を印加したときの磁界強度と肝素子出力（ＭＲ素子の両
端電圧）との関係を示すグラフである。

使用したＭＲ素子はＮｉＦｅで、強磁性体の異方性磁界
は約５０ｅ、ストライプ幅２０ｔ１ｍ、膜厚４００人で
形状異方性磁界は約２００ｅである。第２図において、
ＭＲ素子長手方向と強磁性体の容易軸のなす角が０度の
場合には、素子出力は磁界０を中心として。

磁界の方向に対して対称であるが、ＭＲ素子長手方向と
強磁性体の容易軸とのなす角が９０度の場合には、対称
性が崩れ、磁界の印加力向によって出力が変ってしまう
。しかし、ＭＲ素子長手方向と強磁性体の容易軸とのな
す角が４５度の場合には、これが９０度の場合に比べて
対称性の乱れは小さく、０度と４５度との出力差の最大
値は、０度と９０度との出力差の最大値の１／３以下で
ある。

以上のことから、ＭＲ素子長手方向と強磁性体の容易軸
とのなす角を４５度で使った場合、ＭＲ素子長手方向と
強磁性体の容易軸とのなす角を９０度と０度で使う場合
に比べて、２個の素子特性を同じにする以外に磁界の印
加力向に対して歪が小さくなる作用もある。

なお、以上は、２個の肝素子が直交している例で説明を
したが、２個の素子が非平行配置であれば９０度以外の
角度でも、２個の素子を強磁性体の容易軸方向に対して
対称な角度に配置することによって２個の素子特性を揃
えられることはいうまでもない。また、２個のＮＲ素子
と強磁性体の容易軸とのなす角が違っても、ＭＲ素子の
パターンの幅や厚さを変えることによっても、　ＭＲ素
子の実効的容易軸方向に飽和磁界を揃えることは可能で
あるが、同じパターンを強磁性体の容易軸に対して対称
に配置する方が製作が容易である。

〔実施例〕

次に第１図を参照して本発明の実施例について説明する
。第１図において、基板Ｓ上に、幅２〇−のすだれ状の
ＭＲ素子１ａ及び１ｂが構成されている。

ＭＲ素子には、異方性磁界５０ｅ、膜厚４００人、パタ
ーン幅２０趨のＮｉＦｅを用いている。すだれ状ＭＲ素
子１本の長さはＩＩ、それを８本組み合わせて１つの肝
素子を構成した。このときの素子抵抗は、約２にΩであ
った。ＭＲ素子の両端には厚さ０．２ｐのＡｕ膜の電極
４が形成されており、片方の腫索子１ａは、素子の長手
方向が強磁性体の容易軸方向から右回りに４５度の方向
に、もう一方のＭＲ索子１ｂは、素子の長手方向が強磁
性体の容易軸方向から左回りに４５度の方向にパターン
化されている。よって２個の肝素子の長手方向は９０度
の角度をなす。

次に、この磁気抵抗効果素子の製造方法を簡単に説明す
る。まず、基板Ｓ上に、ＮｉＦｅ膜とＡｕ膜とを直流磁
界下で蒸着法によって連続成膜する。このときの直流磁
界印加方向が強磁性体の容易軸方向になる。フォトリソ
グラフィーとイオンエツチングによって、すだれ状のパ
ターンに形成した後、化学エツチングにより電極４とな
る部分以外のＡｕ膜を除去し、ＮｉＦｅ膜を露出させて
ＭＲ素子１ａ、　ｌｂとする。その後、ＭＲ素子１ａ、
　ｌｂ上にＳｉｎ、膜を成膜し、ＭＲ素子を保護した後
、基板５を所定の形状に切断した。この実施例では、Ｍ
Ｒ素子部は、電流通路の折れ曲がり部分を除いて構成し
たが、折れ曲がり部分も含めて肝素子としても本発明が
有効であることはいうまでもない。

以上の実施例で、磁界の角度検出を行った場合、０．３
度と、従来素子に比べ３倍の分解能が得られた。また、
差動素子としてバイアス磁界を印加して働かせた場合、
最大感度２　Ｖｌｏｓ、磁界の最小分解能１ｍ０ｅで、
従来素子に比べ２倍の感度が得られた。

バイアス磁界発生手段として磁気変換器のソフトフィル
ムバイアス法（特開昭４９−７４５２２号公報参照）を
使用した実施例でも本発明は有効であった。

ソフトフィルムバイアス法では、ＭＲ素子部に磁気抵抗
効果を有する膜（以後、磁気抵抗効果膜という）の他に
、磁気分離膜、ソフトフィルム膜の三層構造を有し、該
磁気抵抗効果膜とソフトフィルム膜の磁気的結合によっ
て、該磁気抵抗効果膜にバイアス磁界が印加される。

ソフトフィルムバイアス法を用いた磁気抵抗効果素子の
製造方法は以下の通りである。まず、基板５上に、Ｎｉ
Ｆｅ膜、Ｔｉ膜（磁気分離膜）を蒸着法によって連続成
膜し、続いてＲＦマグネトロンスパッタリングによりＣ
ｏＺｒにＯ膜（ソフトフィルム）を成膜する。さらにＡ
ｕ膜を蒸着法によって成膜し、フォトリソグラフィーと
イオンエツチングによって。

すだれ状のパターンに形成した後、化学エツチングによ
り電極４となる部分以外のＡｕ膜を除去し、肝素子１ａ
−，ｌｂとする。その後、ＭＲ素子１ａ、　ｌｂ上に５
ｉ０２膜を成膜してＭＲ素子１ａ、　ｌｂを保護し、基
板５を所定の形状に切断した。ＮｉＦｅ［厚は４００人
、Ｔｉ膜厚は２００人、ＣｏＺｒＭｏ膜厚６００人であ
り、１０ｍＡの電流を流したとき、ＣｏＺｒＭｏ膜の磁
化は飽和し、ＮｉＦｅ膜にバイアス磁界が印加される。

ソフトフィルムバイアス法を用いた実施例でも、磁界の
角度検出で、従来比２倍の分解能０．５度が、差動構成
で使用した場合に最大感度Ｉ　Ｖｌｏｅ、磁界の最小分
解能２ｍ０ｅで、従来素子に比べ２倍の感度が得られた
。

以上、２個のＭＲ素子を使った場合について述べたが、
強磁性体の容易軸方向に対して対称な角度に配置するこ
とによって、対をなす偶数個のＭＲ素子中の非平行配置
の各対のＭＲ素子の特性を揃えることができるのはいう
までもない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の磁気抵抗効果素子によれば、各
対のＭＲ素子特性を揃えることによって対をなす偶数個
の腫素子からなる素子全体としての特性の歪をなくし、
その結果、角度分解能や感度を改善できる効果を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す素子の平面図、第２図は
ＭＲ素子の短軸方向に磁界を印加したときの磁界強度と
ＭＲ素子出力の関係を示すグラフ、第３図は従来技術を
説明する素子の平面図である。 ｌａ、ｌｂ・・・ＭＲ素子　　２ａ　、　２ｂ・・・Ｍ
Ｒ素子の実効的容易軸３・・・強磁性体の容易軸　　４
・・・電極５・・・基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）強磁性体の磁化容易軸が一方向に揃い、互いに電
   気的に接続された対をなす偶数個の矩形の強磁性体磁気
   抵抗素子を有し、各対の強磁性体磁気抵抗素子を、各々
   そのパターンの長手方向に対して非平行で、かつ該磁化
   容易軸方向に対して対称な角度に配置したことを特徴と
   する磁気抵抗効果素子。