JPH09231517A - 磁気抵抗センサ - Google Patents
磁気抵抗センサInfo
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- JPH09231517A JPH09231517A JP8039319A JP3931996A JPH09231517A JP H09231517 A JPH09231517 A JP H09231517A JP 8039319 A JP8039319 A JP 8039319A JP 3931996 A JP3931996 A JP 3931996A JP H09231517 A JPH09231517 A JP H09231517A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 印加磁界強度および磁界印加角度による抵抗
変化が、良好な線形性を呈する磁気抵抗センサを得る。 【解決手段】 磁気抵抗効果膜８は非磁性層を介して設
けた軟質強磁性体の第１磁性薄膜層と硬質強磁性体の第
２磁性薄膜層とを有し、印加磁界により第１、第２磁性
薄膜層の磁化の相対角度が変化し、それに応じて抵抗が
変化する。磁気抵抗効果膜８をホイートストーンブリッ
ジに構成し、隣り合う磁気抵抗効果膜８の第２磁性薄膜
層の磁化方向２０が互いに反平行である。
変化が、良好な線形性を呈する磁気抵抗センサを得る。 【解決手段】 磁気抵抗効果膜８は非磁性層を介して設
けた軟質強磁性体の第１磁性薄膜層と硬質強磁性体の第
２磁性薄膜層とを有し、印加磁界により第１、第２磁性
薄膜層の磁化の相対角度が変化し、それに応じて抵抗が
変化する。磁気抵抗効果膜８をホイートストーンブリッ
ジに構成し、隣り合う磁気抵抗効果膜８の第２磁性薄膜
層の磁化方向２０が互いに反平行である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果に基
づいて磁界の強度または印加角度の変化を読み出すこと
ができる磁気抵抗効果膜を、磁気トランスデューサーと
して用いた磁気抵抗センサに関するものである。
づいて磁界の強度または印加角度の変化を読み出すこと
ができる磁気抵抗効果膜を、磁気トランスデューサーと
して用いた磁気抵抗センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、磁気抵抗効果とは、磁気抵抗効
果膜に磁界が印加されると、その磁界の強度および方向
によって、磁気抵抗効果膜の抵抗値が変化する現象であ
る。従来、パーマロイ薄膜やＣｏ薄膜等で見られる異方
性磁気抵抗効果（ＡＭＲ効果）は古くより知られ、磁気
ヘッド等に応用されている。ＡＭＲ効果では、抵抗値が
電流方向と強磁性体の磁化のなす角度φの関数として変
化し、抵抗変化は ｃｏｓ2φ に比例する。
果膜に磁界が印加されると、その磁界の強度および方向
によって、磁気抵抗効果膜の抵抗値が変化する現象であ
る。従来、パーマロイ薄膜やＣｏ薄膜等で見られる異方
性磁気抵抗効果（ＡＭＲ効果）は古くより知られ、磁気
ヘッド等に応用されている。ＡＭＲ効果では、抵抗値が
電流方向と強磁性体の磁化のなす角度φの関数として変
化し、抵抗変化は ｃｏｓ2φ に比例する。
【０００３】一方、特開平４―３５８３１０号公報に、
スピンバルブ（ＳＶ）磁気抵抗と称する磁気抵抗効果を
応用した磁気トランスデューサーが示されている。ＳＶ
磁気抵抗効果は、磁界が印加されると非磁性層を介して
隣り合う磁性層の磁化の相対角度の余弦として抵抗が変
化する現象を指す。このＳＶ磁気抵抗効果は、ＡＭＲ効
果に比べて磁界強度変化に対する抵抗変化がより直線的
に生じるという特長、すなわち線型性を有するという特
長がある。
スピンバルブ（ＳＶ）磁気抵抗と称する磁気抵抗効果を
応用した磁気トランスデューサーが示されている。ＳＶ
磁気抵抗効果は、磁界が印加されると非磁性層を介して
隣り合う磁性層の磁化の相対角度の余弦として抵抗が変
化する現象を指す。このＳＶ磁気抵抗効果は、ＡＭＲ効
果に比べて磁界強度変化に対する抵抗変化がより直線的
に生じるという特長、すなわち線型性を有するという特
長がある。
【０００４】図７は上記公報で示されているＳＶ磁気抵
抗効果を示すＳＶ構造の磁気抵抗効果膜（ＳＶ構造の多
層膜）の立体展開図である。この磁気抵抗効果膜は、絶
縁体からなるサブストレート１１０上に、例えば、軟質
強磁性体の第１薄膜層１１２、非磁性金属体の薄膜層１
１４および硬質強磁性体の第２薄膜層１１６を付着させ
た構造である。硬質強磁性体の第２薄膜層１１６は、軟
質強磁性体の第１薄膜層１１２に比べて大きな保磁力を
持つ。従って、上記第１薄膜層１１２の磁化方向１２２
が変化する程度の小さな磁界ｈを印加しても、上記第２
薄膜層１１６の磁化方向１２０は動かない。１１８は反
強磁性体の薄膜層で上記第２薄膜層１１６の磁化方向１
２０を固定するためのもので、上記公報では、反強磁性
体の薄膜層１１８を上記第２薄膜層１１６に直接に接触
して付着する方法を開示している。図中、ｈは印加磁界
方向で上記第２薄膜層１１６の磁化方向１２０に平行の
場合を示している。
抗効果を示すＳＶ構造の磁気抵抗効果膜（ＳＶ構造の多
層膜）の立体展開図である。この磁気抵抗効果膜は、絶
縁体からなるサブストレート１１０上に、例えば、軟質
強磁性体の第１薄膜層１１２、非磁性金属体の薄膜層１
１４および硬質強磁性体の第２薄膜層１１６を付着させ
た構造である。硬質強磁性体の第２薄膜層１１６は、軟
質強磁性体の第１薄膜層１１２に比べて大きな保磁力を
持つ。従って、上記第１薄膜層１１２の磁化方向１２２
が変化する程度の小さな磁界ｈを印加しても、上記第２
薄膜層１１６の磁化方向１２０は動かない。１１８は反
強磁性体の薄膜層で上記第２薄膜層１１６の磁化方向１
２０を固定するためのもので、上記公報では、反強磁性
体の薄膜層１１８を上記第２薄膜層１１６に直接に接触
して付着する方法を開示している。図中、ｈは印加磁界
方向で上記第２薄膜層１１６の磁化方向１２０に平行の
場合を示している。
【０００５】硬質強磁性体の第２薄膜層１１６の磁化方
向１２０は、例えば図７において、上向きに固定されて
いる。一方、軟質強磁性体の第１薄膜層１１２の磁化方
向１２２は、印加磁界がゼロの時、上記第２薄膜層１１
６の磁化方向１２０にほぼ直交するように設定されてい
る。ところで、このように印加磁界０において、磁化の
方向をある方向に決定することを、その方向に容易軸を
付けると呼ぶ。またその方向を磁化容易軸方向と呼ぶ。
さらに、容易軸方向に直交した方向を磁化困難軸方向と
呼ぶ。
向１２０は、例えば図７において、上向きに固定されて
いる。一方、軟質強磁性体の第１薄膜層１１２の磁化方
向１２２は、印加磁界がゼロの時、上記第２薄膜層１１
６の磁化方向１２０にほぼ直交するように設定されてい
る。ところで、このように印加磁界０において、磁化の
方向をある方向に決定することを、その方向に容易軸を
付けると呼ぶ。またその方向を磁化容易軸方向と呼ぶ。
さらに、容易軸方向に直交した方向を磁化困難軸方向と
呼ぶ。
【０００６】上記のように構成されたＳＶ抵抗効果を利
用した磁気トランスデューサーを磁気センサに適用した
場合のＳＶ構造を図８に示す。サブストレート１１０上
にＳＶ構造の多層膜（軟質強磁性体の第１薄膜層１１
２、非磁性金属体の薄膜層１１４、硬質強磁性体の第２
薄膜層１１６および反強磁性体の薄膜層１１８）が積層
されている。リソグラフィ等の手段によりＳＶ構造の多
層膜を適切な大きさに加工する。その後、やはりリソグ
ラフィ等の手段により、電気伝導部１３０、１３２を設
ける。電気伝導部１３０、１３２は、電流を流したり電
圧を検知するための端子になる。そして定電流源１３
４、電圧検知手段１３６が設けられている。
用した磁気トランスデューサーを磁気センサに適用した
場合のＳＶ構造を図８に示す。サブストレート１１０上
にＳＶ構造の多層膜（軟質強磁性体の第１薄膜層１１
２、非磁性金属体の薄膜層１１４、硬質強磁性体の第２
薄膜層１１６および反強磁性体の薄膜層１１８）が積層
されている。リソグラフィ等の手段によりＳＶ構造の多
層膜を適切な大きさに加工する。その後、やはりリソグ
ラフィ等の手段により、電気伝導部１３０、１３２を設
ける。電気伝導部１３０、１３２は、電流を流したり電
圧を検知するための端子になる。そして定電流源１３
４、電圧検知手段１３６が設けられている。
【０００７】この磁気センサに図８において紙面に垂直
な方向の適切な大きさの磁界が印加されると、図７に示
されているように、軟質強磁性体の第１薄膜層１１２の
磁化方向１２２のみが点線で表される方向に変化する。
それにより、軟質強磁性体の第１薄膜層１１２の磁化方
向１２２と硬質強磁性体の第２薄膜層１１６の磁化方向
１２０のなす角度θが変化する。ＳＶ構造の多層膜の抵
抗値は角度θの関数であり、角度θの変化に伴い、ＳＶ
構造の多層膜の抵抗値が変化する。この抵抗変化は電圧
検知手段１３６により電圧変化として検知される。特
に、磁界印加方向を第１磁性層の困難軸に平行とする
と、図９に示すように、抵抗変化は磁界強度に対してか
なり直線的な変化をしめす。図９は従来の磁気センサの
印加磁界強度による抵抗変化を示す特性図であり、横軸
は印加磁界（Ｏｅ）、縦軸は抵抗変化（arb.unit）を示
す。また磁化の変化が、磁壁移動ではなく、ドメインの
回転で生じるため、高速で安定な動作が可能である。こ
こで抵抗変化が磁界Ｈ＝０を中心に生じず、磁界の正の
方向にシフトしているのは、硬質強磁性体の第２磁性薄
膜層１１６の磁化から軟質強磁性体の第１磁性薄膜層１
１２の磁化に対してバイアスとなる相互作用が働いてい
るからである。
な方向の適切な大きさの磁界が印加されると、図７に示
されているように、軟質強磁性体の第１薄膜層１１２の
磁化方向１２２のみが点線で表される方向に変化する。
それにより、軟質強磁性体の第１薄膜層１１２の磁化方
向１２２と硬質強磁性体の第２薄膜層１１６の磁化方向
１２０のなす角度θが変化する。ＳＶ構造の多層膜の抵
抗値は角度θの関数であり、角度θの変化に伴い、ＳＶ
構造の多層膜の抵抗値が変化する。この抵抗変化は電圧
検知手段１３６により電圧変化として検知される。特
に、磁界印加方向を第１磁性層の困難軸に平行とする
と、図９に示すように、抵抗変化は磁界強度に対してか
なり直線的な変化をしめす。図９は従来の磁気センサの
印加磁界強度による抵抗変化を示す特性図であり、横軸
は印加磁界（Ｏｅ）、縦軸は抵抗変化（arb.unit）を示
す。また磁化の変化が、磁壁移動ではなく、ドメインの
回転で生じるため、高速で安定な動作が可能である。こ
こで抵抗変化が磁界Ｈ＝０を中心に生じず、磁界の正の
方向にシフトしているのは、硬質強磁性体の第２磁性薄
膜層１１６の磁化から軟質強磁性体の第１磁性薄膜層１
１２の磁化に対してバイアスとなる相互作用が働いてい
るからである。
【０００８】ところで、上記のような磁気センサから得
られる抵抗変化は、ＳＶ磁気抵抗効果だけに起因する抵
抗変化だけではない。軟質強磁性体の第１薄膜層１１２
の磁化方向１２２の変化に伴い、軟質強磁性体の第１薄
膜層１１２の磁化方向１２２と電流方向でなす角度φも
変化するため、ＡＭＲ効果に起因する抵抗変化も生じ
る。したがって、上記のような磁気センサから得られる
抵抗変化は、ＳＶ磁気抵抗効果に起因する抵抗変化とＡ
ＭＲ効果に起因する抵抗変化が重畳されたものになる。
ただし、この重畳のされ方は、電流を流す方向により、
足し算にも引き算にもなりうる。
られる抵抗変化は、ＳＶ磁気抵抗効果だけに起因する抵
抗変化だけではない。軟質強磁性体の第１薄膜層１１２
の磁化方向１２２の変化に伴い、軟質強磁性体の第１薄
膜層１１２の磁化方向１２２と電流方向でなす角度φも
変化するため、ＡＭＲ効果に起因する抵抗変化も生じ
る。したがって、上記のような磁気センサから得られる
抵抗変化は、ＳＶ磁気抵抗効果に起因する抵抗変化とＡ
ＭＲ効果に起因する抵抗変化が重畳されたものになる。
ただし、この重畳のされ方は、電流を流す方向により、
足し算にも引き算にもなりうる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、ＳＶ磁気抵
抗効果において得られる抵抗変化は、印加磁界強度変化
に対して線形な抵抗変化であり、また印加磁界強度一定
で印加磁界角度ηを変化させたときには、ｓｉｎηに比
例した抵抗変化になる。このような単純な関数形で表さ
れる信号変化は、信号処理を容易にする等の大きなメリ
ットを持つ。しかし、従来の発明においては、磁気セン
サから得られる抵抗変化が、ＳＶ磁気抵抗効果に起因す
る抵抗変化とＡＭＲ効果に起因する抵抗変化が重畳され
たものになるため、結果として、抵抗変化は複雑な関数
形になってしまう。
抗効果において得られる抵抗変化は、印加磁界強度変化
に対して線形な抵抗変化であり、また印加磁界強度一定
で印加磁界角度ηを変化させたときには、ｓｉｎηに比
例した抵抗変化になる。このような単純な関数形で表さ
れる信号変化は、信号処理を容易にする等の大きなメリ
ットを持つ。しかし、従来の発明においては、磁気セン
サから得られる抵抗変化が、ＳＶ磁気抵抗効果に起因す
る抵抗変化とＡＭＲ効果に起因する抵抗変化が重畳され
たものになるため、結果として、抵抗変化は複雑な関数
形になってしまう。
【００１０】図１０は一般的な磁気センサにおけるＡＭ
Ｒ効果を説明する説明図であり、１１２は例えば、ＳＶ
構造の内の軟質の磁性薄膜単層である。もちろんパーマ
ロイ等の軟質の磁性薄膜でよい。図では、電流Ｉの方向
と磁性膜１１２の磁化容易軸方向とが平行である場合を
示している。磁界を磁性膜１１２の磁化困難軸方向に印
加すると、電流方向（又は磁化容易軸方向）と磁化方向
は角度φをなす。図中、ｈは印加磁界方向である。この
時の磁性膜の抵抗変化は次式で与えられる。 ΔＲAMR（φ）＝−ｒAMR・ｓｉｎ2φ （式１） ここでｒAMRはＡＭＲ効果による最大抵抗変化量であ
る。また、磁化困難軸方向に沿って印加する磁化強度を
Ｈとすると、磁化容易軸方向と磁化方向１２０のなす角
度φは次式で与えられる。 ｓｉｎφ＝Ｈ／ＨS （−ＨS＜Ｈ＜ＨSの時） ＝１ （−Ｈ＜−ＨSまたはＨ＞ＨSの時） （式２） ここで、ＨSは磁性膜の飽和磁界である。（式２）を
（式１）に代入すると、−ＨS＜Ｈ＜ＨS の磁界範囲で
次の関係を得る。 ΔＲAMR（Ｈ）＝−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2 （式３）
Ｒ効果を説明する説明図であり、１１２は例えば、ＳＶ
構造の内の軟質の磁性薄膜単層である。もちろんパーマ
ロイ等の軟質の磁性薄膜でよい。図では、電流Ｉの方向
と磁性膜１１２の磁化容易軸方向とが平行である場合を
示している。磁界を磁性膜１１２の磁化困難軸方向に印
加すると、電流方向（又は磁化容易軸方向）と磁化方向
は角度φをなす。図中、ｈは印加磁界方向である。この
時の磁性膜の抵抗変化は次式で与えられる。 ΔＲAMR（φ）＝−ｒAMR・ｓｉｎ2φ （式１） ここでｒAMRはＡＭＲ効果による最大抵抗変化量であ
る。また、磁化困難軸方向に沿って印加する磁化強度を
Ｈとすると、磁化容易軸方向と磁化方向１２０のなす角
度φは次式で与えられる。 ｓｉｎφ＝Ｈ／ＨS （−ＨS＜Ｈ＜ＨSの時） ＝１ （−Ｈ＜−ＨSまたはＨ＞ＨSの時） （式２） ここで、ＨSは磁性膜の飽和磁界である。（式２）を
（式１）に代入すると、−ＨS＜Ｈ＜ＨS の磁界範囲で
次の関係を得る。 ΔＲAMR（Ｈ）＝−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2 （式３）
【００１１】図１１は一般的なＳＶ磁気抵抗効果を説明
する説明図であり、ＳＶ磁気抵抗効果膜は軟質の磁性薄
膜１１２と硬質の磁性薄膜１１６および非磁性金属薄膜
１１４よりなっている。図中ｈは印加磁界方向を示す。
ＳＶ磁気抵抗効果による抵抗変化は、基本的には電流方
向とは無関係である。磁界０において、軟質の磁性薄膜
１１２と硬質の磁性薄膜１１６の磁化方向は直交してい
る。磁界を軟質の磁性薄膜１１２の磁化困難軸方向に印
加し、その大きさをＨとすると、この磁界により、軟質
の磁性薄膜１１２と硬質の磁性薄膜１１６の磁化方向の
なす角度θ（＝π／２−φ）は変化し、θに対する磁性
膜の抵抗変化は次式で与えられる。 ΔＲSV（φ）＝−（ｒSV／２）・ｃｏｓθ ＝−（ｒSV／２）・ｓｉｎφ （式４） ここでｒSVはＳＶ効果による最大抵抗変化量である。ま
た、磁化困難軸方向に沿って印加する磁化強度をＨとす
ると、軟質の磁性薄膜１１２の磁化容易軸方向と磁化方
向のなす角度φは、やはり（式２）で与えられる。（式
２）を（式４）に代入すると、−ＨS＜Ｈ＜ＨS の磁界
範囲で次の関係を得る。 ΔＲSV（Ｈ）＝−（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS （式５）
する説明図であり、ＳＶ磁気抵抗効果膜は軟質の磁性薄
膜１１２と硬質の磁性薄膜１１６および非磁性金属薄膜
１１４よりなっている。図中ｈは印加磁界方向を示す。
ＳＶ磁気抵抗効果による抵抗変化は、基本的には電流方
向とは無関係である。磁界０において、軟質の磁性薄膜
１１２と硬質の磁性薄膜１１６の磁化方向は直交してい
る。磁界を軟質の磁性薄膜１１２の磁化困難軸方向に印
加し、その大きさをＨとすると、この磁界により、軟質
の磁性薄膜１１２と硬質の磁性薄膜１１６の磁化方向の
なす角度θ（＝π／２−φ）は変化し、θに対する磁性
膜の抵抗変化は次式で与えられる。 ΔＲSV（φ）＝−（ｒSV／２）・ｃｏｓθ ＝−（ｒSV／２）・ｓｉｎφ （式４） ここでｒSVはＳＶ効果による最大抵抗変化量である。ま
た、磁化困難軸方向に沿って印加する磁化強度をＨとす
ると、軟質の磁性薄膜１１２の磁化容易軸方向と磁化方
向のなす角度φは、やはり（式２）で与えられる。（式
２）を（式４）に代入すると、−ＨS＜Ｈ＜ＨS の磁界
範囲で次の関係を得る。 ΔＲSV（Ｈ）＝−（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS （式５）
【００１２】さて、ＳＶ磁気抵抗効果による抵抗変化
は、基本的には電流方向とは無関係であると書いたが、
実際には、軟質の磁性薄膜１１２の磁化方向と電流方向
のなす角度も変化するため、ＡＭＲ効果も同時に生じ
る。したがって、ＳＶ磁気抵抗効果膜の抵抗変化は、
（式５）で与えられるＳＶ磁気抵抗効果による抵抗変化
と（式３）で与えられるＡＭＲ効果による抵抗変化の重
ね合わせであり、−ＨS＜Ｈ＜ＨS の磁界範囲で次式で
表される。 ΔＲ（Ｈ）＝−（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2 （式６） このように磁界強度Ｈの２乗に比例する抵抗変化が生じ
るＡＭＲ効果も同時に生じるため、ＳＶ磁気抵抗効果の
最大の特長である磁界強度に対する抵抗変化の直線性が
損なわれる。
は、基本的には電流方向とは無関係であると書いたが、
実際には、軟質の磁性薄膜１１２の磁化方向と電流方向
のなす角度も変化するため、ＡＭＲ効果も同時に生じ
る。したがって、ＳＶ磁気抵抗効果膜の抵抗変化は、
（式５）で与えられるＳＶ磁気抵抗効果による抵抗変化
と（式３）で与えられるＡＭＲ効果による抵抗変化の重
ね合わせであり、−ＨS＜Ｈ＜ＨS の磁界範囲で次式で
表される。 ΔＲ（Ｈ）＝−（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2 （式６） このように磁界強度Ｈの２乗に比例する抵抗変化が生じ
るＡＭＲ効果も同時に生じるため、ＳＶ磁気抵抗効果の
最大の特長である磁界強度に対する抵抗変化の直線性が
損なわれる。
【００１３】ここまでの説明では、磁界強度を困難軸に
沿って変化させる場合を示したが、磁界強度Ｈは一定で
その印加方向が回転する場合も、数々の応用において重
要である。この時の磁界強度Ｈは、軟質の磁性薄膜１１
２の磁化を磁界印加方向に飽和させるに十分な程大きい
とする。磁界印加方向と軟質の磁性薄膜１１２の容易軸
方向のなす角度をηとすると、（式１）、（式４）およ
び φ＝η の関係式より、この時の抵抗変化は次式で
与えられる。 ΔＲ（η）＝−（ｒSV／２）・ｓｉｎη−ｒAMR・ｓｉｎ2η （式７） ＳＶ磁気抵抗効果だけ生じる場合には単純なηの正弦関
数で与えられるはずであるが、ＡＭＲ効果が混在してい
るために、（式８）のような複雑な関数形になってしま
う。
沿って変化させる場合を示したが、磁界強度Ｈは一定で
その印加方向が回転する場合も、数々の応用において重
要である。この時の磁界強度Ｈは、軟質の磁性薄膜１１
２の磁化を磁界印加方向に飽和させるに十分な程大きい
とする。磁界印加方向と軟質の磁性薄膜１１２の容易軸
方向のなす角度をηとすると、（式１）、（式４）およ
び φ＝η の関係式より、この時の抵抗変化は次式で
与えられる。 ΔＲ（η）＝−（ｒSV／２）・ｓｉｎη−ｒAMR・ｓｉｎ2η （式７） ＳＶ磁気抵抗効果だけ生じる場合には単純なηの正弦関
数で与えられるはずであるが、ＡＭＲ効果が混在してい
るために、（式８）のような複雑な関数形になってしま
う。
【００１４】ところで上記公報においては、磁界０にお
いて、軟質の磁性薄膜１１２と硬質の磁性薄膜１１６の
磁化方向は直交している。その直交した磁化の２等分線
に直角な方向に電流を流すことによって、ＡＭＲ効果と
ＳＶ磁気抵抗効果とが丁度足し算になり、最大の出力が
得られることを開示している。この配置をとることによ
って、確かに出力としては大きくなるが、やはり磁界強
度に対する抵抗変化の直線性は損なわれてしまう。ま
た、軟質の磁性薄膜１１２の容易軸方向は電流方向であ
るパターンの長手方向に付きやすく、このような配置を
実現することは、技術的に困難である。
いて、軟質の磁性薄膜１１２と硬質の磁性薄膜１１６の
磁化方向は直交している。その直交した磁化の２等分線
に直角な方向に電流を流すことによって、ＡＭＲ効果と
ＳＶ磁気抵抗効果とが丁度足し算になり、最大の出力が
得られることを開示している。この配置をとることによ
って、確かに出力としては大きくなるが、やはり磁界強
度に対する抵抗変化の直線性は損なわれてしまう。ま
た、軟質の磁性薄膜１１２の容易軸方向は電流方向であ
るパターンの長手方向に付きやすく、このような配置を
実現することは、技術的に困難である。
【００１５】本発明は、かかる課題を解消するためにな
されたもので、印加磁界強度および磁界印加角度による
抵抗変化が、良好な線形性を呈する磁気抵抗センサを得
ることを目的とする。
されたもので、印加磁界強度および磁界印加角度による
抵抗変化が、良好な線形性を呈する磁気抵抗センサを得
ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の磁気
抵抗センサは、非磁性層を介して設けた軟質強磁性体の
第１磁性薄膜層と硬質強磁性体の第２磁性薄膜層とを有
し、印加磁界により変化する上記第１、第２磁性薄膜層
の磁化の相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果
膜がホイートストーンブリッジに構成され、上記隣り合
う磁気抵抗効果膜の上記第２磁性薄膜層の磁化方向が反
平行のものである。
抵抗センサは、非磁性層を介して設けた軟質強磁性体の
第１磁性薄膜層と硬質強磁性体の第２磁性薄膜層とを有
し、印加磁界により変化する上記第１、第２磁性薄膜層
の磁化の相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果
膜がホイートストーンブリッジに構成され、上記隣り合
う磁気抵抗効果膜の上記第２磁性薄膜層の磁化方向が反
平行のものである。
【００１７】本発明に係る第２の磁気抵抗センサは、上
記磁気抵抗効果膜の第１磁性薄膜層に作用する第２磁性
薄膜層によるバイアス磁界が、第１磁性薄膜層の飽和磁
界の１／２以下のものである。
記磁気抵抗効果膜の第１磁性薄膜層に作用する第２磁性
薄膜層によるバイアス磁界が、第１磁性薄膜層の飽和磁
界の１／２以下のものである。
【００１８】本発明に係る第３の磁気抵抗センサは、上
記非磁性層が銅または銅を主成分とする銅合金のもので
ある。
記非磁性層が銅または銅を主成分とする銅合金のもので
ある。
【００１９】本発明に係る第４の磁気抵抗センサは、上
記非磁性層が２ｎｍ以上のものである。
記非磁性層が２ｎｍ以上のものである。
【００２０】本発明に係る第５の磁気抵抗センサは、上
記磁気抵抗効果膜が長方形にパターニングされ、長方形
の長手方向に平行に第１磁性薄膜層の磁化容易軸が設定
されていものである。
記磁気抵抗効果膜が長方形にパターニングされ、長方形
の長手方向に平行に第１磁性薄膜層の磁化容易軸が設定
されていものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】図面を使って、本発明の実施の形
態を説明する。図１は本発明の磁気抵抗センサの平面図
で、磁気抵抗センサは磁気抵抗効果膜８が電気伝導部３
０により電気的に接合されホイートストーンブリッジ型
に構成されている。しかも、隣合う上記磁気抵抗効果膜
８の第２磁性薄膜層の磁化方向２０が紙面上で互いに反
平行である。なお、印加磁界方向ｈは紙面上で上下方向
である。
態を説明する。図１は本発明の磁気抵抗センサの平面図
で、磁気抵抗センサは磁気抵抗効果膜８が電気伝導部３
０により電気的に接合されホイートストーンブリッジ型
に構成されている。しかも、隣合う上記磁気抵抗効果膜
８の第２磁性薄膜層の磁化方向２０が紙面上で互いに反
平行である。なお、印加磁界方向ｈは紙面上で上下方向
である。
【００２２】図２は上記磁気抵抗センサの磁気抵抗効果
膜８部分を切り欠いて示す断面図である。ＳＶ磁気抵抗
効果を示す磁気抵抗効果膜８は、軟質強磁性体の第１磁
性薄膜層１２、非磁性金属体の非磁性層１４、硬質強磁
性体の第２磁性薄膜層１６および第２磁性薄膜層１６の
磁化方向を固定するための固定層１８からなっている。
硬質強磁性体の第２磁性薄膜層１６は、軟質強磁性体の
第１磁性薄膜層１２に比べて大きな保磁力を持ち、軟質
強磁性体の第１磁性薄膜層１２の磁化方向が変化する程
度の小さな磁界を印加しても、第２磁性薄膜層１６の磁
化方向は動かない。また、基板１０としては、酸化絶縁
膜を設けたＳｉ基板および表面をよく研磨したガラス等
の基板を用いる。
膜８部分を切り欠いて示す断面図である。ＳＶ磁気抵抗
効果を示す磁気抵抗効果膜８は、軟質強磁性体の第１磁
性薄膜層１２、非磁性金属体の非磁性層１４、硬質強磁
性体の第２磁性薄膜層１６および第２磁性薄膜層１６の
磁化方向を固定するための固定層１８からなっている。
硬質強磁性体の第２磁性薄膜層１６は、軟質強磁性体の
第１磁性薄膜層１２に比べて大きな保磁力を持ち、軟質
強磁性体の第１磁性薄膜層１２の磁化方向が変化する程
度の小さな磁界を印加しても、第２磁性薄膜層１６の磁
化方向は動かない。また、基板１０としては、酸化絶縁
膜を設けたＳｉ基板および表面をよく研磨したガラス等
の基板を用いる。
【００２３】まず基板上に、アルミニウムや銅等の良導
体からなる電気伝導部３０を設け、その上にＳＶ磁気抵
抗効果膜８を設ける。ＳＶ磁気抵抗効果膜８の上にＳｉ
Ｎ、ＳｉＯ等の保護膜を設ける場合もある。電気伝導部
３０およびＳＶ磁気抵抗効果膜８は適当な形にリソグラ
フィ等により加工される。図１に示すように、ＳＶ磁気
抵抗効果膜８は独立した４つの抵抗体として形成され、
電気伝導部３０により電気的に接合されることでホイー
トストンブリッジを構成する。さらに、ホイートストン
ブリッジの各頂点には、電圧印加装置や電位差測定装置
と半田付け等により接合するためのパッド部４０が設け
られている。ホイートストンブリッジに構成した隣合う
ＳＶ磁気抵抗効果膜の第２磁性薄膜層の磁化方向２０は
互いに反平行になるように初期化されている。この初期
化には、適当なギャップ長の磁気ヘッドを用いる。
体からなる電気伝導部３０を設け、その上にＳＶ磁気抵
抗効果膜８を設ける。ＳＶ磁気抵抗効果膜８の上にＳｉ
Ｎ、ＳｉＯ等の保護膜を設ける場合もある。電気伝導部
３０およびＳＶ磁気抵抗効果膜８は適当な形にリソグラ
フィ等により加工される。図１に示すように、ＳＶ磁気
抵抗効果膜８は独立した４つの抵抗体として形成され、
電気伝導部３０により電気的に接合されることでホイー
トストンブリッジを構成する。さらに、ホイートストン
ブリッジの各頂点には、電圧印加装置や電位差測定装置
と半田付け等により接合するためのパッド部４０が設け
られている。ホイートストンブリッジに構成した隣合う
ＳＶ磁気抵抗効果膜の第２磁性薄膜層の磁化方向２０は
互いに反平行になるように初期化されている。この初期
化には、適当なギャップ長の磁気ヘッドを用いる。
【００２４】上記第１磁性薄膜層１２へ作用する第２磁
性薄膜層によるバイアス磁界が第１磁性薄膜層１２の飽
和磁界の半分を越えると特性が急激に劣化するので、上
記バイアス磁界は第１磁性薄膜層の飽和磁界の１／２以
下であることが望ましい。
性薄膜層によるバイアス磁界が第１磁性薄膜層１２の飽
和磁界の半分を越えると特性が急激に劣化するので、上
記バイアス磁界は第１磁性薄膜層の飽和磁界の１／２以
下であることが望ましい。
【００２５】また、非磁性層１４は銅または銅を主成分
とする合金等良導体のものが用いられ、これらを用いる
ことによりＳＶ磁気抵抗効果を大きくすることができ
る。
とする合金等良導体のものが用いられ、これらを用いる
ことによりＳＶ磁気抵抗効果を大きくすることができ
る。
【００２６】非磁性層１４が薄くなると第２磁性薄膜層
１６の磁化から第１磁性薄膜層１２の磁化にバイアスと
なる相互作用が強く働き、その結果、ホイートストーン
ブリッジの構成においても、非線形のＡＭＲ効果を完全
に除去できなくなるので、非磁性層は２．０ｎｍ以上が
望ましい。
１６の磁化から第１磁性薄膜層１２の磁化にバイアスと
なる相互作用が強く働き、その結果、ホイートストーン
ブリッジの構成においても、非線形のＡＭＲ効果を完全
に除去できなくなるので、非磁性層は２．０ｎｍ以上が
望ましい。
【００２７】ＳＶ磁気抵抗効果膜８は、長方形にパター
ニングされたもので、かつ軟質強磁性体の第１磁性薄膜
層１２の磁化容易軸方向を上記長方形の長手方向に平行
に（図１における左右方向に）設定している。それによ
り、上記パターニングによる反磁界を活かすことができ
各層の磁化容易軸を確実に着けることができる。
ニングされたもので、かつ軟質強磁性体の第１磁性薄膜
層１２の磁化容易軸方向を上記長方形の長手方向に平行
に（図１における左右方向に）設定している。それによ
り、上記パターニングによる反磁界を活かすことができ
各層の磁化容易軸を確実に着けることができる。
【００２８】さて、この様に構成されたホイートストー
ンブリッジ型磁気抵抗センサに磁界を印加した場合の各
抵抗体の抵抗変化を考える。例えば、磁界方向を図１に
示すように紙面上で上下方向にとり、磁界強度を変化さ
せる。抵抗変化は前述の（式６）に従う。ただし第２磁
性薄膜層１６の磁化方向が紙面上で上向きの場合と下向
きの場合で、（式６）の磁界Ｈの符号を逆にする必要が
あることは対称性より明らかである。したがって、第２
磁性薄膜層１６の磁化方向が上向きの場合の抵抗変化
は、 ΔＲup（Ｈ）＝ΔＲ（Ｈ） ＝−（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2
（式８）となる。下向きの場合の抵抗変化は、 ΔＲdn（Ｈ）＝ΔＲ（−Ｈ） ＝（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2
（式９） となり、ＳＶ効果による抵抗変化の項（第１
項）の符号が反転する。ところで磁気抵抗体の抵抗値
は、基底となる抵抗値Ｒ0と ΔＲの和で与えられるの
で、 Ｒup（Ｈ）＝Ｒ0＋ΔＲ（Ｈ）
（式１０） Ｒdn（Ｈ）＝Ｒ0＋ΔＲ（−
Ｈ） （式１１）である。
ここではＲ0up＝Ｒ0dn＝Ｒ0を考慮している。
ンブリッジ型磁気抵抗センサに磁界を印加した場合の各
抵抗体の抵抗変化を考える。例えば、磁界方向を図１に
示すように紙面上で上下方向にとり、磁界強度を変化さ
せる。抵抗変化は前述の（式６）に従う。ただし第２磁
性薄膜層１６の磁化方向が紙面上で上向きの場合と下向
きの場合で、（式６）の磁界Ｈの符号を逆にする必要が
あることは対称性より明らかである。したがって、第２
磁性薄膜層１６の磁化方向が上向きの場合の抵抗変化
は、 ΔＲup（Ｈ）＝ΔＲ（Ｈ） ＝−（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2
（式８）となる。下向きの場合の抵抗変化は、 ΔＲdn（Ｈ）＝ΔＲ（−Ｈ） ＝（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS−ｒAMR・Ｈ2／ＨS 2
（式９） となり、ＳＶ効果による抵抗変化の項（第１
項）の符号が反転する。ところで磁気抵抗体の抵抗値
は、基底となる抵抗値Ｒ0と ΔＲの和で与えられるの
で、 Ｒup（Ｈ）＝Ｒ0＋ΔＲ（Ｈ）
（式１０） Ｒdn（Ｈ）＝Ｒ0＋ΔＲ（−
Ｈ） （式１１）である。
ここではＲ0up＝Ｒ0dn＝Ｒ0を考慮している。
【００２９】次にホイートストーンブリッジの出力を考
える。図１に示すように、対角位置にある一組の頂点に
定電流Ｉｃｃを与える。そして、もう一組の頂点間の電
位差（Ｖａｂ＝Ｖａ−Ｖｂ）を図では示していない電圧
測定装置で測定する。この場合の出力は、キルヒホッフ
の法則より次のようになる。 Ｖａｂ＝Ｉ・（Ｒdn（Ｈ）−Ｒup（Ｈ））／２ （式１２） （式１２）に（式８）〜（式１１）を代入し、次に示す
Ｖａｂの−ＨS＜Ｈ＜ＨSなる磁界範囲での磁界強度Ｈ依
存性が得られる。 Ｖａｂ（Ｈ）＝Ｉ・（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS
（式１３） このように、非線形のＡＭＲ効果
による項は相殺除去され、完全に磁界強度Ｈに比例した
出力特性が得られる。
える。図１に示すように、対角位置にある一組の頂点に
定電流Ｉｃｃを与える。そして、もう一組の頂点間の電
位差（Ｖａｂ＝Ｖａ−Ｖｂ）を図では示していない電圧
測定装置で測定する。この場合の出力は、キルヒホッフ
の法則より次のようになる。 Ｖａｂ＝Ｉ・（Ｒdn（Ｈ）−Ｒup（Ｈ））／２ （式１２） （式１２）に（式８）〜（式１１）を代入し、次に示す
Ｖａｂの−ＨS＜Ｈ＜ＨSなる磁界範囲での磁界強度Ｈ依
存性が得られる。 Ｖａｂ（Ｈ）＝Ｉ・（ｒSV／２）・Ｈ／ＨS
（式１３） このように、非線形のＡＭＲ効果
による項は相殺除去され、完全に磁界強度Ｈに比例した
出力特性が得られる。
【００３０】次にこのセンサに、磁界強度Ｈは一定でそ
の印加方向ηが回転する磁界を与える場合を考える。そ
の時の抵抗体の抵抗変化は基本的に（式７）で与えられ
る。ただし、この場合も第２磁性薄膜層１６の磁化方向
が、図１において紙面上で上向きの場合と下向きの場合
で、（式７）を少し変更する必要がある。第２磁性薄膜
層１６の磁化方向が上向きの場合の抵抗変化は、 ΔＲup（η）＝ΔＲ（η） ＝−（ｒSV／２）・ｓｉｎη−ｒAMR・ｓｉｎ2η（式１４） である。下向きの場合の抵抗変化は、式４において、θ
→π−θとすることより、 ΔＲdn（η）＝（ｒSV／２）・ｓｉｎη−ｒAMR・ｓｉ
ｎ2η （式１５）となり、やはりＳＶ磁気抵抗効果に
よる抵抗変化の項（第１項）の符号が逆転する。ホイー
トストーンブリッジの出力は、（式１４）、（式１５）
および（式１０）〜（式１２）より Ｖａｂ（Ｈ）＝Ｉ・（ｒSV／２）・ｓｉｎη （式１６） となり、ｓｉｎ2ηに比例したＡＭＲ効果による項は相
殺除去され、ｓｉｎηに比例した出力特性が得られる。
の印加方向ηが回転する磁界を与える場合を考える。そ
の時の抵抗体の抵抗変化は基本的に（式７）で与えられ
る。ただし、この場合も第２磁性薄膜層１６の磁化方向
が、図１において紙面上で上向きの場合と下向きの場合
で、（式７）を少し変更する必要がある。第２磁性薄膜
層１６の磁化方向が上向きの場合の抵抗変化は、 ΔＲup（η）＝ΔＲ（η） ＝−（ｒSV／２）・ｓｉｎη−ｒAMR・ｓｉｎ2η（式１４） である。下向きの場合の抵抗変化は、式４において、θ
→π−θとすることより、 ΔＲdn（η）＝（ｒSV／２）・ｓｉｎη−ｒAMR・ｓｉ
ｎ2η （式１５）となり、やはりＳＶ磁気抵抗効果に
よる抵抗変化の項（第１項）の符号が逆転する。ホイー
トストーンブリッジの出力は、（式１４）、（式１５）
および（式１０）〜（式１２）より Ｖａｂ（Ｈ）＝Ｉ・（ｒSV／２）・ｓｉｎη （式１６） となり、ｓｉｎ2ηに比例したＡＭＲ効果による項は相
殺除去され、ｓｉｎηに比例した出力特性が得られる。
【００３１】ところで、ここでは磁界強度Ｈに対するＡ
ＭＲ効果による抵抗変化が磁界Ｈ＝０に対して対称にな
ることを仮定している。しかし、第２磁性薄膜層１６の
磁化から第１磁性薄膜層１２の磁化にバイアスとなる相
互作用が非常に強く働く場合には、ＡＭＲ効果による抵
抗変化が磁界Ｈ＝０に対して対称にならず、ＡＭＲ効果
による項は相殺除去されないので注意が必要である。
ＭＲ効果による抵抗変化が磁界Ｈ＝０に対して対称にな
ることを仮定している。しかし、第２磁性薄膜層１６の
磁化から第１磁性薄膜層１２の磁化にバイアスとなる相
互作用が非常に強く働く場合には、ＡＭＲ効果による抵
抗変化が磁界Ｈ＝０に対して対称にならず、ＡＭＲ効果
による項は相殺除去されないので注意が必要である。
【００３２】
実施例１．図２に示したＳＶ構造の磁気抵抗効果膜の実
施例について述べる。図２に示した磁気抵抗センサは、
ガラス基板１０上に５０ｎｍのアルミニウムからなる電
気伝導部３０およびＳＶ磁気抵抗効果膜８を備えてい
る。ＳＶ磁気抵抗効果膜８は８ｎｍ厚さのパーマロイか
らなる第１磁性薄膜層１２、３ｎｍ厚さの銅からなる非
磁性層１４、２ｎｍ厚さのコバルトからなる第２磁性薄
膜層１６、１０ｎｍ厚さのアモルファスのフェリ磁性体
であるＴｂ副格子磁化優勢のＴｂＣｏからなる固定層１
８および３００ｎｍ厚さのＳｉＮからなる保護層からな
っている。いずれの層もスパッタにより作成されてい
る。
施例について述べる。図２に示した磁気抵抗センサは、
ガラス基板１０上に５０ｎｍのアルミニウムからなる電
気伝導部３０およびＳＶ磁気抵抗効果膜８を備えてい
る。ＳＶ磁気抵抗効果膜８は８ｎｍ厚さのパーマロイか
らなる第１磁性薄膜層１２、３ｎｍ厚さの銅からなる非
磁性層１４、２ｎｍ厚さのコバルトからなる第２磁性薄
膜層１６、１０ｎｍ厚さのアモルファスのフェリ磁性体
であるＴｂ副格子磁化優勢のＴｂＣｏからなる固定層１
８および３００ｎｍ厚さのＳｉＮからなる保護層からな
っている。いずれの層もスパッタにより作成されてい
る。
【００３３】第１磁性薄膜層１２を成膜するときには、
後にパターン長手方向になる方向に磁界１００（Ｏｅ）
を印加した。また、硬質強磁性体の第２磁性薄膜層１６
と固定層１８を成膜するときには、後にパターン長手方
向になる方向に垂直に磁界１００（Ｏｅ）を印加した。
このようにすることで、所望の方向に各層の磁化容易軸
を確実に着けることができる。軟質の第１磁性薄膜層１
２の磁化容易軸方向をパターン長手方向に平行になるよ
うに設定したのは、このパターニングによる反磁界を活
かすためである。一方、硬質強磁性体の第２磁性薄膜層
１６と固定層１８の磁化容易軸方向はパターン長手方向
に垂直になるように設定してあるが、これらの層の反転
磁界は室温で約２ｋＯｅと非常に硬質であるため、パタ
ーニングによる反磁界の影響は無視できる。ＳＶ磁気抵
抗効果膜８のパターン幅は１０μｍ、パターン長さは３
００μｍとした。軟質強磁性体の第１磁性薄膜層１２は
成膜時に既に磁化容易軸が着けられているが、パターニ
ングによる反磁界により、より強固に磁化容易軸が形成
される。
後にパターン長手方向になる方向に磁界１００（Ｏｅ）
を印加した。また、硬質強磁性体の第２磁性薄膜層１６
と固定層１８を成膜するときには、後にパターン長手方
向になる方向に垂直に磁界１００（Ｏｅ）を印加した。
このようにすることで、所望の方向に各層の磁化容易軸
を確実に着けることができる。軟質の第１磁性薄膜層１
２の磁化容易軸方向をパターン長手方向に平行になるよ
うに設定したのは、このパターニングによる反磁界を活
かすためである。一方、硬質強磁性体の第２磁性薄膜層
１６と固定層１８の磁化容易軸方向はパターン長手方向
に垂直になるように設定してあるが、これらの層の反転
磁界は室温で約２ｋＯｅと非常に硬質であるため、パタ
ーニングによる反磁界の影響は無視できる。ＳＶ磁気抵
抗効果膜８のパターン幅は１０μｍ、パターン長さは３
００μｍとした。軟質強磁性体の第１磁性薄膜層１２は
成膜時に既に磁化容易軸が着けられているが、パターニ
ングによる反磁界により、より強固に磁化容易軸が形成
される。
【００３４】本発明の磁気抵抗センサは、上記のように
して得られた磁気抵抗効果膜８が、アルミニウムと酸化
防止用の１００ｎｍの金層とを表面に設けた電気伝導部
３０により図１に示すように電気的に接合されてホイー
トストーンブリッジ型に構成されている。しかも、隣合
う上記磁気抵抗効果膜８の第２磁性薄膜層の磁化方向２
０が反平行になるように、すべてのプロセスが終了後
に、第２磁性薄膜層１６と固定層１８の磁化の初期化を
ギャップ長３０μｍの磁気ヘッドを用いて行った。
して得られた磁気抵抗効果膜８が、アルミニウムと酸化
防止用の１００ｎｍの金層とを表面に設けた電気伝導部
３０により図１に示すように電気的に接合されてホイー
トストーンブリッジ型に構成されている。しかも、隣合
う上記磁気抵抗効果膜８の第２磁性薄膜層の磁化方向２
０が反平行になるように、すべてのプロセスが終了後
に、第２磁性薄膜層１６と固定層１８の磁化の初期化を
ギャップ長３０μｍの磁気ヘッドを用いて行った。
【００３５】上記の様にして得た本発明の磁気抵抗セン
サの入力抵抗（ホイートストーンブリッジの対角位置に
ある一組の頂点ホイート間の抵抗値）は約５００Ωであ
った。磁界方向をパターン長手方向に垂直にとり、印加
磁界強度を変化させた。このとき、定電流としてＩｃｃ
＝２ｍＡを流し、電位差（Ｖａｂ＝Ｖａ−Ｖｂ）を測定
し、結果を図３に示す。図３は本発明の磁気抵抗センサ
の出力の印加磁界強度依存性を示す特性図であり、横軸
は印加磁界（Ｏｅ）、縦軸は出力（ｍＶ）である。図に
示されているように、−２０＜Ｈ＜２０（Ｏｅ）の範囲
で非常に直線的な電位差変化を得た。この磁界Ｈの範囲
での直線度は約０．３％と非常に良好な値であった。た
だし直線度の定義は次のとおりである。 直線度＝理想直線からのずれの最大電位差／振幅電位差
×１００（％） ここで理想直線とは、Ｈ−Ｖａｂ平面上で（−２０，Ｖ
ａｂ（−２０））と（＋２０，Ｖａｂ（＋２０））を結
んだ直線である。また振幅電位差とは、（Ｖａｂ（２
０）−Ｖａｂ（−２０））の絶対値である。
サの入力抵抗（ホイートストーンブリッジの対角位置に
ある一組の頂点ホイート間の抵抗値）は約５００Ωであ
った。磁界方向をパターン長手方向に垂直にとり、印加
磁界強度を変化させた。このとき、定電流としてＩｃｃ
＝２ｍＡを流し、電位差（Ｖａｂ＝Ｖａ−Ｖｂ）を測定
し、結果を図３に示す。図３は本発明の磁気抵抗センサ
の出力の印加磁界強度依存性を示す特性図であり、横軸
は印加磁界（Ｏｅ）、縦軸は出力（ｍＶ）である。図に
示されているように、−２０＜Ｈ＜２０（Ｏｅ）の範囲
で非常に直線的な電位差変化を得た。この磁界Ｈの範囲
での直線度は約０．３％と非常に良好な値であった。た
だし直線度の定義は次のとおりである。 直線度＝理想直線からのずれの最大電位差／振幅電位差
×１００（％） ここで理想直線とは、Ｈ−Ｖａｂ平面上で（−２０，Ｖ
ａｂ（−２０））と（＋２０，Ｖａｂ（＋２０））を結
んだ直線である。また振幅電位差とは、（Ｖａｂ（２
０）−Ｖａｂ（−２０））の絶対値である。
【００３６】比較例１．図４は磁気抵抗効果膜をホイー
トストーンブリッジ型に構成した比較として示す磁気セ
ンサの平面図で、印加磁界の方向は紙面上上向きで、磁
気抵抗効果膜の硬質強磁性体の第２磁性薄膜層１６と固
定層１８の磁化方向はすべて紙面上で上向きに初期化し
ている。ホイートストーンブリッジの対角位置にある一
組の頂点ホイート間の抵抗値を測定し結果を図５に示
す。図５は比較として示す磁気センサの印加磁界強度に
よる抵抗変化を示す特性図であり、横軸は印加磁界（Ｏ
ｅ）、縦軸は抵抗変化（％）を示す。このようにして測
定した抵抗値の変化は、ホイートストーンブリッジの一
辺の抵抗値の変化と同じものが得られる。図５から抵抗
変化は、図３と比べて直線より大きくずれ、ＡＭＲ効果
による抵抗変化も含まれていることがわかる。この図５
と図３を比較することで、ホイートストーンブリッジの
構成による効果は明確である。
トストーンブリッジ型に構成した比較として示す磁気セ
ンサの平面図で、印加磁界の方向は紙面上上向きで、磁
気抵抗効果膜の硬質強磁性体の第２磁性薄膜層１６と固
定層１８の磁化方向はすべて紙面上で上向きに初期化し
ている。ホイートストーンブリッジの対角位置にある一
組の頂点ホイート間の抵抗値を測定し結果を図５に示
す。図５は比較として示す磁気センサの印加磁界強度に
よる抵抗変化を示す特性図であり、横軸は印加磁界（Ｏ
ｅ）、縦軸は抵抗変化（％）を示す。このようにして測
定した抵抗値の変化は、ホイートストーンブリッジの一
辺の抵抗値の変化と同じものが得られる。図５から抵抗
変化は、図３と比べて直線より大きくずれ、ＡＭＲ効果
による抵抗変化も含まれていることがわかる。この図５
と図３を比較することで、ホイートストーンブリッジの
構成による効果は明確である。
【００３７】実施例２．実施例１では、非磁性金属体の
非磁性層１４として３ｎｍの銅を用いて良好な直線度が
得られたが、この実施の形態では銅の厚みを変化させ、
直線度を調べた。その結果を下表に示す。
非磁性層１４として３ｎｍの銅を用いて良好な直線度が
得られたが、この実施の形態では銅の厚みを変化させ、
直線度を調べた。その結果を下表に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】表から銅層が薄くなるに伴い、直線度が著
しく悪くなることがわかる。これは、銅層が薄くなると
第２磁性薄膜層１６の磁化から第１磁性薄膜層１２の磁
化にバイアスとなる相互作用が強く働き、その結果、ホ
イートストーンブリッジの構成においても、非線形のＡ
ＭＲ効果を完全に除去できなくなることに起因すること
がわかる。したがって、銅層は２．０ｎｍ以上が望まし
い。ところで軟質強磁性体の第１磁性薄膜層１２の飽和
磁界Ｈsは２０（Ｏｅ）であるので、第１磁性薄膜層１
２へのバイアス磁界が１０（Ｏｅ）になると、すなわち
軟質強磁性体の磁性薄膜層１２の飽和磁界Ｈsの半分を
越えると特性が急激に劣化することがわかった。
しく悪くなることがわかる。これは、銅層が薄くなると
第２磁性薄膜層１６の磁化から第１磁性薄膜層１２の磁
化にバイアスとなる相互作用が強く働き、その結果、ホ
イートストーンブリッジの構成においても、非線形のＡ
ＭＲ効果を完全に除去できなくなることに起因すること
がわかる。したがって、銅層は２．０ｎｍ以上が望まし
い。ところで軟質強磁性体の第１磁性薄膜層１２の飽和
磁界Ｈsは２０（Ｏｅ）であるので、第１磁性薄膜層１
２へのバイアス磁界が１０（Ｏｅ）になると、すなわち
軟質強磁性体の磁性薄膜層１２の飽和磁界Ｈsの半分を
越えると特性が急激に劣化することがわかった。
【００４０】実施例３．図６は本発明の磁気抵抗センサ
の構成図であり、印加磁界方向ｈは紙面上で上向きであ
る。上記実施例とは異なる磁気抵抗効果膜のホイートス
トーンブリッジの構成を示している。この構成では、電
気伝導部３０の線の引き回しが少し複雑になるが、第２
磁性薄膜層１６と固定層１８の磁化方向の初期化に関し
ては有効である。すなわち、図６に示した左側の２つの
ＳＶ磁気抵抗効果膜からなる抵抗体を、一つの磁気ヘッ
ドによって一挙に紙面上で上向きに初期化することが可
能になる。右側の２つの抵抗体も同様に紙面上で下向き
に一挙に初期化できるため、初期化の効率が上がる。
の構成図であり、印加磁界方向ｈは紙面上で上向きであ
る。上記実施例とは異なる磁気抵抗効果膜のホイートス
トーンブリッジの構成を示している。この構成では、電
気伝導部３０の線の引き回しが少し複雑になるが、第２
磁性薄膜層１６と固定層１８の磁化方向の初期化に関し
ては有効である。すなわち、図６に示した左側の２つの
ＳＶ磁気抵抗効果膜からなる抵抗体を、一つの磁気ヘッ
ドによって一挙に紙面上で上向きに初期化することが可
能になる。右側の２つの抵抗体も同様に紙面上で下向き
に一挙に初期化できるため、初期化の効率が上がる。
【００４１】
【発明の効果】本発明の第１の磁気抵抗センサによれ
ば、非磁性層を介して設けた軟質強磁性体の第１磁性薄
膜層と強磁性体の第２磁性薄膜層とを有し、印加磁界に
より変化する上記第１、第２磁性薄膜層の磁化の相対角
度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果膜をホイートス
トーンブリッジに構成し、隣り合う磁気抵抗効果膜の上
記第２磁性薄膜層の磁化方向が反平行であることにより
磁界強度および磁界印加角度による抵抗変化の線形性が
良好であるという効果がある。
ば、非磁性層を介して設けた軟質強磁性体の第１磁性薄
膜層と強磁性体の第２磁性薄膜層とを有し、印加磁界に
より変化する上記第１、第２磁性薄膜層の磁化の相対角
度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果膜をホイートス
トーンブリッジに構成し、隣り合う磁気抵抗効果膜の上
記第２磁性薄膜層の磁化方向が反平行であることにより
磁界強度および磁界印加角度による抵抗変化の線形性が
良好であるという効果がある。
【００４２】本発明の第２の磁気抵抗センサによれば、
上記磁気抵抗効果膜の第１磁性薄膜層に作用する第２磁
性薄膜層によるバイアス磁界が、第１磁性薄膜層の飽和
磁界の１／２以下であることにより特性が良好であると
いう効果がある。
上記磁気抵抗効果膜の第１磁性薄膜層に作用する第２磁
性薄膜層によるバイアス磁界が、第１磁性薄膜層の飽和
磁界の１／２以下であることにより特性が良好であると
いう効果がある。
【００４３】本発明の第３の磁気抵抗センサによれば、
上記非磁性層が銅または銅を主成分とする銅合金である
ことによりＳＶ効果膜の効果が大きくなるという効果が
ある。
上記非磁性層が銅または銅を主成分とする銅合金である
ことによりＳＶ効果膜の効果が大きくなるという効果が
ある。
【００４４】本発明の第４の磁気抵抗センサによれば、
上記非磁性層が２ｎｍ以上であることにより磁界強度お
よび磁界印加角度による抵抗変化の線形性が良好である
という効果がある。
上記非磁性層が２ｎｍ以上であることにより磁界強度お
よび磁界印加角度による抵抗変化の線形性が良好である
という効果がある。
【００４５】本発明の第５の磁気抵抗センサによれば、
上記磁気抵抗効果膜が長方形にパターニングされ、長方
形の長手方向に平行に第１磁性薄膜層の磁化容易軸が設
定されていることにより、反磁界を小さくでき、第１磁
性薄膜層の磁化容易軸を容易に確実に長手方向に付与で
きるという効果がある。
上記磁気抵抗効果膜が長方形にパターニングされ、長方
形の長手方向に平行に第１磁性薄膜層の磁化容易軸が設
定されていることにより、反磁界を小さくでき、第１磁
性薄膜層の磁化容易軸を容易に確実に長手方向に付与で
きるという効果がある。
【図１】 本発明の磁気抵抗センサの平面図である。
【図２】 本発明の磁気抵抗センサの磁気抵抗効果膜部
分を切り欠いて示す断面図である。
分を切り欠いて示す断面図である。
【図３】 本発明の磁気抵抗センサの出力の磁界強度依
存性を示す特性図である。
存性を示す特性図である。
【図４】 比較例の磁気センサの平面図である。
【図５】 比較例の磁気センサの印加磁界強度による抵
抗変化を示す特性図である。
抗変化を示す特性図である。
【図６】 本発明の磁気抵抗センサの構成図である。
【図７】 一般的なＳＶ磁気抵抗効果膜の立体展開図で
ある。
ある。
【図８】 従来の磁気センサの構成図である。
【図９】 従来の磁気センサの印加磁界強度による抵抗
変化を示す特性図である。
変化を示す特性図である。
【図１０】 一般的な磁気センサにおけるＡＭＲ効果を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図１１】 一般的な磁気センサにおけるＳＶ磁気抵抗
効果を説明する説明図である。
効果を説明する説明図である。
８ 磁気抵抗効果膜、１０ ガラス基板、１２ 第１磁
性薄膜層、１４ 非磁性層、１６ 第２磁性薄膜層、１
８ 固定層、２０ 第２磁性薄膜層の磁化方向、３０
電気伝導部。
性薄膜層、１４ 非磁性層、１６ 第２磁性薄膜層、１
８ 固定層、２０ 第２磁性薄膜層の磁化方向、３０
電気伝導部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川野 裕司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 非磁性層を介して設けた軟質強磁性体の
第１磁性薄膜層と硬質強磁性体の第２磁性薄膜層とを有
し、印加磁界により変化する上記第１、第２磁性薄膜層
の磁化の相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果
膜がホイートストーンブリッジに構成され、上記隣り合
う磁気抵抗効果膜の上記第２磁性薄膜層の磁化方向が反
平行である磁気抵抗センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、磁気抵抗
効果膜の第１磁性薄膜層に作用する第２磁性薄膜層によ
るバイアス磁界が、第１磁性薄膜層の飽和磁界の１／２
以下であることを特徴とする磁気抵抗センサ。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のものに
おいて、非磁性層が銅または銅を主成分とする銅合金で
あることを特徴とする磁気抵抗センサ。 - 【請求項４】 請求項３に記載のものにおいて、非磁性
層が２ｎｍ以上であることを特徴とする磁気抵抗セン
サ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の何れかに記載
のものにおいて、磁気抵抗効果膜が長方形にパターニン
グされ、長方形の長手方向に平行に第１磁性薄膜層の磁
化容易軸が設定されていることを特徴とする磁気抵抗セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8039319A JPH09231517A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 磁気抵抗センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8039319A JPH09231517A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 磁気抵抗センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09231517A true JPH09231517A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12549797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8039319A Pending JPH09231517A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 磁気抵抗センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09231517A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502876A (ja) * | 1999-06-18 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 不可逆特性を持つ磁気システムおよびこの種システムを作成し修理し操作する方法 |
| JP5265689B2 (ja) * | 2008-09-22 | 2013-08-14 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 磁気結合型アイソレータ |
| JP2014006127A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 多軸磁気センサ、および、その製造方法 |
| JP2014006126A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 磁気センサ |
| CN103575302A (zh) * | 2012-08-10 | 2014-02-12 | 北京嘉岳同乐极电子有限公司 | 磁传感器芯片、磁传感器及其制作方法 |
| CN110207586A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-06 | 歌尔股份有限公司 | 一种磁传感器芯片中磁阻的布置结构及磁传感器芯片 |
-
1996
- 1996-02-27 JP JP8039319A patent/JPH09231517A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502876A (ja) * | 1999-06-18 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 不可逆特性を持つ磁気システムおよびこの種システムを作成し修理し操作する方法 |
| JP5265689B2 (ja) * | 2008-09-22 | 2013-08-14 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 磁気結合型アイソレータ |
| JP2014006127A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 多軸磁気センサ、および、その製造方法 |
| JP2014006126A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 磁気センサ |
| CN103575302A (zh) * | 2012-08-10 | 2014-02-12 | 北京嘉岳同乐极电子有限公司 | 磁传感器芯片、磁传感器及其制作方法 |
| CN110207586A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-06 | 歌尔股份有限公司 | 一种磁传感器芯片中磁阻的布置结构及磁传感器芯片 |
| CN110207586B (zh) * | 2019-05-23 | 2020-09-18 | 潍坊歌尔微电子有限公司 | 一种磁传感器芯片中磁阻的布置结构及磁传感器芯片 |
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