JPH1183967A - 磁界検出方法、磁界検出システムおよび磁界検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁化方向が一方向に固定されている第１の強
磁性体層と、印加される磁界に応じて磁化方向が変化す
る第２の強磁性体層とを含むＧＭＲ素子を用いる。この
素子を用いて磁界を高い感度で検出する。 【解決手段】 前記第２の強磁性体層の磁化方向を前記
第１の強磁性体層の磁化方向と同じ方向にする第１の磁
界−Ｈａを素子に印加する。前記第２の強磁性体層の磁
化方向を変化させ始める磁界から前記第１の強磁性体層
の磁化方向と逆の方向にさせるまでの磁界の範囲（第１
の磁化遷移磁界範囲δＨ１）および該範囲前後の近傍の
磁界範囲から選ばれる第２の磁界Ｈａを前記素子に印加
する。これら第１および第２の磁界を交互に素子に印加
しながら、前記素子の抵抗値を監視して、前記素子に及
ぶ外部磁界を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、巨大磁気抵抗
（ＧＭＲ：Giant Magnetoresistance ）効果を利用した
磁界検出方法、その実施に好適な磁界検出システム、該
システムに用いて好適な磁界検出素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】巨大磁気抵抗効果を利用した従来の磁界
検出素子の一例が、例えば特開平６−１１２５２号公報
に開示されている。この素子は、反強磁性体層、第１の
強磁性体層、非磁性体層および第２の強磁性体層をこの
順に積層した構造を有する（上記公報の図２）。この反
強磁性体層は、第１の強磁性体層の磁化方向を固定する
役割を持つ。

【０００３】また、他の従来例として、特開平５−１１
４７６１号公報に開示されている素子がある。この素子
は、第１の強磁性体層と、非磁性体層と、第１の強磁性
体層より小さな保磁力を示す第２の強磁性体層とを、こ
の順に積層した構造を有する。この素子の場合、第１お
よび第２の強磁性体層を保磁力の異なる材料とすること
で、反強磁性体層を不要にできる。

【０００４】これらいずれの素子も、第１の強磁性体層
の磁化方向は、使用予定の磁界強度の範囲では、変化し
ない。第２の強磁性体層の磁化方向のみが、外部磁界の
大きさに応じ回転する。したがって、外部磁界の印加に
伴って、これら第１および第２の強磁性体層の磁化方向
の相対的な角度が変わるので、これら層での伝導電子の
スピンに依存する散乱が変化する。これに伴い素子の電
気抵抗値が変化する。そのため、これら素子は、外部磁
界の変化を素子の電気抵抗値の変化として検出できた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の磁気検出
素子いずれも、磁気抵抗特性は、図１３に示したような
ヒステリシス特性を有した曲線になることが知られてい
る。ただし、第１の強磁性体層の磁化方向が図１３の左
向きである例を示している。また、図１３の横軸におい
てプラスの領域は右向きの磁界を示し、マイナスの領域
は左向きの磁界を示す。

【０００６】このようにヒステリシス特性を示す理由に
ついて、従来の素子のうちの前者の素子の場合について
説明する。

【０００７】この素子は、反強磁性体層１、第１の強磁
性体層３、非磁性体層５および第２の強磁性体層７をこ
の順に有する。第１の強磁性体層３の磁化方向は、反強
磁性体層１によって、この層３の磁化方向と同じ方向
（図中、左向き）に固定されている。この状態の素子
に、図中の左向きに外部磁界−Ｈａを印加して、第２の
強磁性体層７の磁化方向を左向きにする。すると、素子
の電気抵抗は低い値Ｒ_L になる。次に、この素子に右向
きの外部磁界を印加する。この右向きの外部磁界の強度
が、反強磁性体層１が示す左向きの磁界に打ち勝つ強度
になる前までは（図１３中のＨｕ＞）、素子の電気抵抗
は低い値Ｒ_L のままであるが、打ち勝てる強度を越える
と第２の強磁性体層７の磁化方向は回転し始める。する
と、素子の電気抵抗は、徐々に大きくなる。さらに右向
きの磁界の強度が高まりある強度Ｈｖを越えると、第２
の強磁性体層７の磁化方向は、第１の強磁性体層３の磁
化方向と逆の向きになる。すると、素子の電気抵抗は、
高い抵抗値Ｒ_H になる。このＨｕとＨｖとの間の磁界
を、後の本発明の説明の都合上、第１の磁化遷移範囲磁
界と称することにする。

【０００８】第２の強磁性体層７の磁化方向が右向きと
なったこの素子に、今度は、左向きの外部磁界をかけ
る。このときは、外部磁界の向きが反強磁性体層１の磁
化方向と同じであるので、第２の強磁性体層７の磁化方
向は、比較的小さな外部磁界−Ｈｗで回転し始める。す
ると、素子の電気抵抗は減少し始める。さらに左向きの
磁界の強度が高まりある強度の磁界−Ｈｘになると、第
２の強磁性体層７の磁化方向は、第１の強磁性体層３の
磁化方向と同じになる。すると、素子の電気抵抗は、低
い抵抗値Ｒ_L になる。この−Ｈｗと−Ｈｘとの間の磁界
を、後の本発明の説明の都合上、第２の磁化遷移範囲磁
界と称することにする。このようにしてヒステリシス特
性が発現する。

【０００９】第１および第２の強磁性体層として保磁力
の異なる材料を用いる素子の場合も、その磁気抵抗特性
は、やはりヒステリシス特性を示す。

【００１０】この種の素子を用いて外部磁界を検出する
場合、次のような方法が一般にとられていた。一つの方
法として、初期化磁化として、第１および第２の強磁性
体層３，７の磁化方向が左向きになるように素子を磁化
しておく。この状態の素子では、第２の強磁性体層７の
磁化方向を右向きにできる強度の外部磁界、すなわち図
１３中のＨｖ＋αの外部磁界が該素子に及んだ場合、素
子の電気抵抗は大きな値に変化するので、この抵抗値の
変動から外部磁界を検出できる。また、初期化磁化とし
て、第１および第２の強磁性体層３，７それぞれの磁化
方向が逆向きになるように素子を磁化しておく。この状
態の素子では、第２の強磁性体層７の磁化方向を左向き
にできる強度の外部磁界すなわち、図１３中の−Ｈｘ−
αの外部磁界が該素子に及んだ場合、素子の電気抵抗は
小さな値になるので、この抵抗値の変動から外部磁界を
検出できる。したがって、この従来の磁界検出方法の場
合は、磁界検出感度は、右向きの磁界検出ではＨｖ＋α
であり、左向きの磁界検出では−Ｈｘ−αであった。

【００１１】上述した説明から理解できるように、従来
の磁界検出方法の場合、磁界検出感度は、第２の強磁性
体層の磁気特性により決定される。したがって、磁界検
出感度を高めるためには、第２の強磁性体層の材料を軟
磁気特性の優れた材料、すなわち、ヒステリシス特性に
おける幅Ａが狭くかつ高さＢが高い（図１３参照）材料
を開発するのが良い。しかし、このような材料の開発は
困難である。

【００１２】従って、従来の磁性体材料を用いた磁界検
出素子を用いて従来より高い磁界検出感度が得られる磁
界検出方法が望まれる。また、その方法の実施に好適な
磁界検出システムが望まれる。また、そのシステムに用
いて好適な磁界検出素子が望まれる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

（１）そこで、この出願の磁界検出方法の第１の発明に
よれば、巨大磁気抵抗効果素子を用いて、磁界を検出す
るに当たり、第２の強磁性体層の磁化方向を第１の強磁
性体層の磁化方向と同じ方向にする第１の磁界を、前記
素子に印加する第１の処理と、前記第１の強磁性体層の
磁化方向と同じ方向に磁化されている前記第２の強磁性
体層の磁化方向を変化させ始める磁界から前記第１の強
磁性体層の磁化方向と逆の方向にさせるまでの磁界の範
囲（これを、第１の磁化遷移磁界範囲と略称する。）お
よび該範囲前後の近傍の磁界範囲から選ばれる第２の磁
界を、前記素子に印加する第２の処理とを、交互に実施
しながら、前記素子の抵抗値を監視して、前記素子に及
ぶ外部磁界を検出する。

【００１４】また、この出願の磁界検出方法の第２の発
明によれば、巨大磁気抵抗効果素子を用いて、磁界を検
出するに当たり、前記第２の強磁性体層の磁化方向を前
記第１の強磁性体層の磁化方向と逆の方向にする第３の
磁界を、前記素子に印加する第１の処理と、前記第１の
強磁性体層の磁化方向と逆の方向に磁化されている前記
第２の強磁性体層の磁化方向を変化させ始める磁界から
前記第１の強磁性体層の磁化方向と同じ方向にさせるま
での磁界の範囲（これを、第２の磁化遷移磁界範囲と略
称する。）および該範囲前後の近傍の磁界範囲から選ば
れる第４の磁界を、前記素子に印加する第２の処理と
を、交互に実施しながら、前記素子の抵抗値を監視し
て、前記素子に及ぶ外部磁界を検出する。

【００１５】なお、磁界検出方法の第１および第２の発
明いずれの場合も、第１および第２の処理を交互に行う
周期は測定条件に応じ決める。例えば、外部磁界の変化
の頻度を考慮してきめる。

【００１６】（２）この出願の磁界検出方法の発明の作
用について、図１を参照して説明する。ここで、図１は
巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子または素子と
もいう。）の磁気抵抗特性である。ただし、第１の強磁
性体層の磁化方向が図１の左向きである例を示してい
る。また、図１の横軸においてプラスの領域は右向きの
磁界を示し、マイナスの領域は左向きの磁界を示す。

【００１７】第１の処理として、第１および第２の強磁
性体層の磁化方向を同じにできる強度の第１の磁界−Ｈ
ａを、素子に印加する。また、第２の処理として、第１
の磁化遷移磁界範囲δＨ１およびその近傍の範囲から選
ばれる第２の磁界（ＨａまたはＨｍまたはＨｎ）を印加
する。

【００１８】ただし、Ｈａ、Ｈｎそれぞれは、第１の磁
化遷移磁界範囲δＨ１以外でその近傍の磁界である。こ
れらＨａまたはＨｎは、第１の磁化遷移磁界範囲δＨ１
の境界から磁界検出感度を考慮した強度だけマイナス側
またはプラス側にずらした強度の磁界とする。また、第
２の磁界としてＨｍを用いる場合、このＨｍは、第１の
磁化遷移磁界範囲δＨ１内の中央付近の値に選ぶのが良
い。

【００１９】上記の第１の処理は、素子をリセット状態
にする役目をもつ。一方、第２の処理は、素子を第２の
磁界分活性な状態にして、素子の電気抵抗を小さな外部
磁界で変動させる役目をもつ。

【００２０】このような第１および第２の処理を交互に
行っている状態の素子に外部磁界が及ばない場合は、素
子には第１の磁界および第２の磁界そのものが交互に印
加される。第２の磁界が印加された時の素子の電気抵抗
は、第２の磁界がＨａならＲ_L であり、また第２の磁界
がＨｍならＲ_M であり、また第２の磁界がＨｎならＲ_H
である。

【００２１】ところが、素子に、例えば＋Δｈの外部磁
界が及んでいる時に第２の磁界が印加された場合は、該
素子には、第２の磁界と外部磁界＋Δｈとの和の磁界が
印加される。すなわち、第２の磁界がＨａなら素子には
Ｈａ＋Δｈの磁界が印加され、また第２の磁界がＨｍな
ら素子にはＨｍ＋Δｈの磁界が印加され、また第２の磁
界がＨｎなら素子にはＨｎ＋Δｈの磁界が印加される。

【００２２】この外部磁界Δｈが、例えば（Ｈｎ−Ｈ
ａ）／２程度以上の大きさの外部磁界であるとする。す
ると、第２の磁界がＨａの場合は、素子の電気抵抗は、
外部磁界がないときはＲ_L であったのに対し、外部磁界
の影響でＲ_M またはＲ_H になる。また、第２の磁界がＨ
ｍの場合は、素子の電気抵抗は、外部磁界がないときは
Ｒ_M であったのに対し、外部磁界の影響でＲ_H になる。
しかし、第２の磁界がＨｎの場合は、素子の電気抵抗
は、外部磁界がないときと同じである。

【００２３】一方、素子に、例えば−Δｈの外部磁界が
及んでいる時に第２の磁界が印加された場合は、該素子
には、第２の磁界から外部磁界を引いた磁界が印加され
る。すなわち、第２の磁界がＨａなら素子にはＨａ−Δ
ｈの磁界が印加され、また第２の磁界がＨｍなら素子に
はＨｍ−Δｈの磁界が印加され、また第２の磁界がＨｎ
なら素子にはＨｎ−Δｈの磁界が印加される。

【００２４】この外部磁界−Δｈが、例えば（Ｈｎ−Ｈ
ａ）／２程度以上の大きさの外部磁界であるとする。す
ると、第２の磁界がＨｎの場合は、素子の電気抵抗は、
外部磁界がないときはＲ_H であったのに対し、外部磁界
の影響でＲ_M またはＲ_L になる。また、第２の磁界がＨ
ｍの場合は、素子の電気抵抗は、外部磁界がないときは
Ｒ_M であったのに対し、外部磁界の影響でＲ_L になる。
しかし、第２の磁界がＨａの場合は、素子の電気抵抗
は、外部磁界がないときと同じである。

【００２５】したがって、この磁界検出方法の第１の発
明では、±Δｈ程度の小さな外部磁界によって素子の電
気抵抗を変化させることができる。そのため、従来に比
べて高い磁界検出感度が実現される。具体的には、第２
の磁界として、上記Ｈａを印加した場合は、＋Δｈ程度
の小さな外部磁界であってもそれを検出できる。また、
第２の磁界として、上記Ｈｎを印加した場合は、−Δｈ
程度の小さな外部磁界であってもそれを検出できる。ま
た、第２の磁界として、上記Ｈｍを印加した場合は、右
向き、左向き両方向のΔｈ程度の小さな磁界であっても
それぞれを検出できる。

【００２６】ただし、第２の磁界として第１の磁化遷移
磁界範囲δＨ１内の磁界（上記例ではＨｍ）を用いる場
合、巨大磁気抵抗効果素子は、磁化遷移磁界範囲δＨ１
での磁界−抵抗線の勾配が急でない素子の方が好まし
い。該勾配が急な素子である程、第２の磁界発生源が生
成する磁界Ｈｍには高い再現性が要求されるが、該勾配
が急でない素子では第２の磁界発生源の磁界再現性はそ
れほど高くなくて済むからである。

【００２７】また、磁界検出方法の第２の発明、すなわ
ち第１および第２の強磁性体層の磁化方向を逆方向にす
る第３の磁界を素子に印加する第１の処理と、第２の磁
化遷移磁界範囲δＨ２（図１参照）およびその近傍の磁
界範囲から選ばれる第４の磁界を素子に印加する第２の
処理とを交互に実施する第２の発明の場合を、具体例に
より、簡単に説明する。

【００２８】この第２の発明の場合、第３の磁界とし
て、例えば上記のＨｎより大きなＨｐなる磁界（図１参
照）を用いれば良い。また、第４の磁界として、上記の
第２の磁化遷移磁界範囲δＨ２およびその近傍の磁界範
囲から選ばれる−Ｈｑまたは−Ｈｒまたは−Ｈｓを用い
ればよい（図１参照）。ただし、−Ｈｑまたは−Ｈｓそ
れぞれは、第２の磁化遷移磁界範囲δＨ２外でかつ該範
囲のプラス側またはマイナス側の磁界である。また、−
Ｈｒは第２の磁化遷移磁界範囲δＨ２内の中央付近の磁
界とするのが良い。

【００２９】第４の磁界として−Ｈｑを用いた場合は、
素子に、該第４の磁界と左向きの外部磁界とが同時に及
ぶと、素子の電気抵抗はＲ_H からＲ_L に変化する。ま
た、第４の磁界として−Ｈｓを用いた場合は、素子に、
該第４の磁界と右向きの外部磁界とが同時に及ぶと、素
子の電気抵抗はＲ_L からＲ_H に変化する。また、第４の
磁界として−Ｈｒを用いた場合は、素子に、該第４の磁
界と右向きまたは左向きの外部磁界が及ぶと、素子の電
気抵抗はＲ_M からＲ_H またはＲ_L に変化する。このよう
な抵抗値変化を利用できるので、この第２発明の場合
も、外部磁界の有無を第１発明と同様に従来より高感度
に検出できる。

【００３０】（３）なお、上記の磁界検出方法の第１の
発明を実施するために、巨大磁気抵抗素子と、該素子に
上記の第１の磁界および第２の磁界を交互に印加する磁
界発生手段と、該素子の抵抗値を検出する抵抗値検出手
段と、前記第２の磁界を印加した時の前記素子の抵抗値
を少なくとも監視しそれに基づいて外部磁界の有無を判
定する磁界判定手段とを具えた装置を用意するのが好適
である。

【００３１】また、上記の磁界検出方法の第２の発明を
実施するために、巨大磁気抵抗素子と、該素子に上記の
第３の磁界および第４の磁界を交互に印加する磁界発生
手段と、該素子の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、
前記第４の磁界を印加した時の前記素子の抵抗値を少な
くとも監視しそれに基づいて外部磁界の有無を判定する
磁界判定手段とを具えた装置を用意するのが好適であ
る。

【００３２】（４）なお、磁界検出システムで用いる巨
大磁気抵抗素子として、その第１および第２の強磁性体
層が所定形状にパタ−ニングされている素子を用いるの
が好適である。このような素子は、第２の強磁性体層が
単磁区特性を示し、ヒステリシス特性が四角形状の特性
を示す素子となる（詳細は後述する。）。したがって、
磁化遷移磁界範囲外でかつ該範囲近傍の磁界を第２の磁
界や第４の磁界として用いる場合に、これら第２の磁界
や第４の磁界を、磁化遷移磁界範囲の近くに設定し易
い。

【００３３】また、磁界検出システムの発明を実施する
に当たり、前記磁界発生手段を、前記素子上に形成され
磁界発生のための電流が流される電流層と、前記各強度
すなわち、第１および第２の磁界（または第３および第
４の磁界）を生じさせる電流を前記電流層に供給する電
流源とで構成するのが好適である。こうすると、システ
ムの小型化が図れまた第１の磁界などを素子に効率良く
印加できる等の利点が得られる。

【００３４】その意味から、巨大磁気抵抗効果素子から
なる磁界検出素子として、該素子にバイアス磁界を印加
するための電流を流す電流層を具えた素子を用意するの
が好適である。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの出願の
各発明の実施の形態についてそれぞれ説明する。しかし
ながら説明に用いる各図はこの発明を理解出来る程度
に、各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に
示してあるにすぎない。

【００３６】１．磁界検出方法の第１の発明の説明 １−１．第１の実施の形態 図２は、この第１の実施の形態で用いて好適な磁界検出
システム（第１の磁界検出システム）１０を示した図で
ある。

【００３７】この磁界検出システム１０は、巨大磁気抵
抗素子１０ａと、磁界発生手段１２と、抵抗値検出手段
１４と、磁界判定手段１６とを具えている。これら各構
成要素のうち、１０ａ、１２、１４は、例えば基板１８
の上に設けられている。磁界判定手段１６は、この場合
は、基板１８の外部に用意されている。もちろん、この
配置例は一例である。なお、以下の説明では、巨大磁気
抵抗効果素子１０ａを、ＧＭＲ素子１０ａまたは素子１
０ａと略称することもある。

【００３８】この磁界検出システム１０は、例えば、磁
気記録媒体に記録されている磁気データを再生するため
の装置として用いることができる。磁気データは、磁気
記録媒体に画成されている記録領域の磁化の向きを制御
することにより記録される。磁気データを再生する（読
み出す）ためには、ＧＭＲ素子１０ａにより記録媒体の
漏洩磁界を検出する。ＧＭＲ素子１０ａは、この漏洩磁
界の変化を電気抵抗の変化として検出する。

【００３９】また、このＧＭＲ素子１０ａには、抵抗値
検出手段１４が導線によって結合されている。抵抗値検
出手段１４は、この導線を通してＧＭＲ素子１０ａに電
流を流し、その電流の変化に基づいてＧＭＲ素子１０ａ
の電気抵抗を検出する。抵抗値検出手段１４は、例えば
抵抗測定器などの従来公知の任意の手段で実現できる。
また、素子の電気抵抗の検出は、抵抗値そのものでも、
電圧値でも、電流値でも、良い。ここでは、抵抗値を電
圧値の形で検出する。

【００４０】また、このＧＭＲ素子１０ａは、その側面
１１を基板１８の端縁１８ａにそろえた状態にして設け
られている。この磁界検出システム１０は、外部磁気を
検出する時、被検出対象領域（例えば磁気記録媒体）
に、上述の側面１１を近接させて用いられる。

【００４１】また、このＧＭＲ素子１０ａの、被検出対
象領域側の側面１１とは反対側の側面に近接させて、磁
界発生手段１２を設けてある。この場合の磁界発生手段
１２は、交流電源１２ａとソレノイドコイル１２ｂとを
具えている。これら交流電源１２ａおよびソレノイドコ
イル１２ｂ間は導線によって結合されている。そして、
磁界検出動作時には交流電源１２ｂによりソレノイドコ
イル１２ａに電流を流して、電磁石として機能させる。
従って、磁界発生手段１２ａにより、ＧＭＲ素子１０ａ
に対して一定の方向（図２の矢印ａで示す方向）に交流
磁界が印加される。この交流磁界は、磁界検出方法の第
１の発明でいう、第１の磁界および第２の磁界を含む交
流磁界である（詳細は動作説明において後述する。）。

【００４２】また、磁界判定手段１６は、この発明でい
う第２の磁界を素子１０ａに印加した時の該記素子の抵
抗値を少なくとも監視する。そして、監視結果に基づい
て、例えば該抵抗値に変動があった場合を、前記素子に
外部磁界が及んだと判定する。この磁界判定手段１６
は、例えば、公知の比較回路、論理回路、メモリ等を組
み合わせた電子回路またはコンピュータで構成できる。

【００４３】次に、ＧＭＲ素子１０ａの構成について説
明する。図３は、ＧＭＲ素子１０ａの第１構造を示す断
面図である。図３は、図２に示すＩ−Ｉ線の位置の切り
口の断面を示す図である。

【００４４】ＧＭＲ素子１０ａは、基板１８の上に反強
磁性体層２８、第１強磁性体層２２、非磁性体層２４お
よび第２強磁性体層２６を順次に積層させて具えてい
る。反強磁性体層２８として、２７．０ｎｍの膜厚のＮ
ｉＯ層を用いている。また、第１強磁性体層２２は、
２．０ｎｍの膜厚のＮｉ₃₅Ｆｅ₂₀Ｃｏ₄₅層である。ま
た、非磁性体層２４は、２．０ｎｍの膜厚のＣｕ層であ
る。さらに、第２強磁性体層２６は、１０．０ｎｍの膜
厚のＮｉ₃₅Ｆｅ₂₀Ｃｏ₄₅層である。これら各層は、スパ
ッタ法により成膜する。もちろん、ここで述べた各層の
材料や、膜厚は、一例にすぎない。

【００４５】このＧＭＲ素子１０ａの磁気抵抗特性を、
直流４端子法により測定した結果を、図４（Ａ），
（Ｂ）に示した。これらの図のうち、図４（Ａ）はいわ
ゆるメジャーループを示し、図４（Ｂ）はいわゆるマイ
ナーループを示す。いずれの図も、横軸は磁界の強度エ
ルステッド（Ｏｅ）であり、縦軸は素子の抵抗変化率
（％）である。ただし、抵抗変化率は、第１および第２
の強磁性体層の磁化方向が同じになっているときの電気
抵抗を、基準としている。なお、以下の説明では、反強
磁性体層２８の磁化方向が図４の左向きの磁界であると
する。図４の横軸においてプラスの領域は右向きの磁界
を示し、マイナスの領域は左向きの磁界を示す。

【００４６】図４（Ａ）から理解できるように、この素
子１０ａの磁気抵抗特性は、反強磁性体層と第１の強磁
性体層との交換結合のため、印加磁界に対し非対称とな
る。また、図４（Ｂ）は、素子１０ａに、左向きの５０
０Ｏｅ以上の強度の磁界を印加した後、±４０Ｏｅまで
の低磁界を印加したときの、磁気抵抗特性である。この
素子１０ａは、図１３を用いて既に説明した理由と同様
の理由から、ヒステリシス特性を持つ磁気抵抗特性を示
す。

【００４７】この図４（Ｂ）のような磁気抵抗特性を示
すＧＭＲ素子での、この発明でいう第１の磁化遷移磁界
範囲は、おおよそ＋２６〜＋３４Ｏｅであり、第２の磁
化遷移磁界範囲は、おおよそ−５〜−１２Ｏｅである。

【００４８】次に、磁界検出動作について説明する。こ
こでは、外部磁界として、右向きのΔｈａまたは右向き
のΔＨａを検出する例を考える。図５（Ａ）、（Ｂ）は
その説明のための図である。詳細には、図５（Ａ）は、
ちょうど、図４（Ｂ）の磁気抵抗特性と、図３の素子１
０ａの状態とを模式的に示した図である。また、図５
（Ｂ）は、この発明の磁界検出方法を実施した時に抵抗
値検出手段で検出される信号を電圧値として示した図で
ある。

【００４９】素子１０ａに初期化磁界として左向きの大
きな磁界を印加する。たとえば、強度が５００Ｏｅの左
向きの磁界を印加する。

【００５０】続いて磁界検出動作を開始する。磁界検出
動作時は、素子１０ａに、この発明でいう第１の磁界お
よび第２の磁界を交互に印加する。

【００５１】この第１の磁界は、第１および第２の強磁
性体層の磁化方向をそろえることのできる強度の磁界の
範囲から選ぶ。この第１の磁界を左向きの磁界−Ｈａと
する。図４（Ｂ）の磁気抵抗特性の例で考えると、この
第１の磁界−Ｈａを、例えば−２４Ｏｅとする。一方、
第２の磁界は、この発明でいう第１の磁化遷移磁界範囲
およびその前後の近傍の磁界範囲から選ぶ。この実施の
形態では、この第２の磁界を、右向きの磁界であって、
第１の磁化遷移磁界範囲の下限値よりやや小さな強度の
磁界Ｈａとする。図４（Ｂ）の磁気抵抗特性の例で考え
ると、この第２の磁界Ｈａを、例えば２４Ｏｅとする。

【００５２】これら第１の磁界および第２の磁界は、素
子１０ａに、所定周期で交互に印加するのが良い。な
お、この周期は、測定対象の外部磁界がどのような頻度
で生じるか等を考慮して決める。また、第１および第２
の磁界をパルス状に加える。

【００５３】この素子１０ａに外部磁界が及ばない時
は、この素子１０ａに印加される磁界は、上記の第１お
よび第２の磁界そのものであるので、±Ｈａである。し
たがって、素子１０ａの電気抵抗は、低い状態Ｒ_L1であ
る。したがって、抵抗値検出手段で検出される出力は、
Ｖ_L1である（図５（Ｂ）の領域Ｉ）。

【００５４】素子１０ａに外部磁界Δｈａが及んだ時
は、この素子１０ａに印加される磁界は、Ｈａ＋Δｈ
ａ、−Ｈａ＋Δｈａになる。この外部磁界Δｈａの大き
さが、第１の磁界Ｈａに該Δｈａが加わると素子１０ａ
に印加される磁界を第１の磁化遷移磁界範囲内の磁界に
するような大きさであるとする。すると、この第２の磁
界Ｈａが印加されたときの素子の電気抵抗は、この外部
磁界Δｈａの影響で、Ｒ_M1になる。したがって、第１の
磁界および第２の磁界が交互に加わるときの検出手段で
出力される出力はＶ_L1とＶ_M1との間で変化する（図５
（Ｂ）の領域ＩＩ）。

【００５５】また、素子１０ａに外部磁界ΔＨａが及ん
だ時は、この素子１０ａに印加される磁界は、Ｈａ＋Δ
Ｈａ、−Ｈａ＋ΔＨａになる。この外部磁界ΔＨａの大
きさが、第１の磁界Ｈａに該ΔＨａが加わると素子１０
ａに印加される磁界を第１の磁化遷移磁界範囲を越える
磁界にするような大きさであるとする。すると、この第
２の磁界Ｈａが印加されたときの素子の電気抵抗は、こ
の外部磁界ΔＨａの影響で、Ｒ_H1になる。したがって、
第１の磁界および第２の磁界が交互に加わるときの検出
手段で出力される出力はＶ_L1とＶ_H1との間で変化する
（図５（Ｃ）の領域ＩＩＩ）。これら出力変動を観測す
ることで、外部磁界を検出できる。

【００５６】これらの説明から理解できるように、この
発明の磁界検出方法によれば、第２の磁界Ｈａが、素子
１０ａに対しバイアス磁界として作用する。そのため、
ΔｈａやΔＨａ程度に小さな外部磁界であってもそれを
検出できる。例えば、図４（Ｂ）の磁気抵抗特性を持つ
素子の例で具体的に説明すれば、従来方法では、約３０
Ｏｅ以上の強度の外部磁界でないと検出できなかったの
に対し、この発明の場合は、ΔＨａとして約８Ｏｅの外
部磁界をも検出できる。

【００５７】なお、この実施の形態では、磁界発生手段
１２で発生させる第１および第２の磁界をパルス波形を
示す交流磁界としたが、これに限らなくてもよい。例え
ば、正弦波や三角波などの波形の交流磁界としてもよ
い。

【００５８】また、第１強磁性体層２２および第２強磁
性体層２６として、例えばＦｅやＮｉやＣｏやこれらの
合金を用いてもよい。さらに、反強磁性体層２８とし
て、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＣｏＯ、アモルフ
ァスＦｅ₂ Ｏ₃ などを用いてもよい。

【００５９】また、上述の実施の形態では外部磁界その
ものを検出する例を説明したが、この発明でいう外部磁
界とは、次のような場合も該当する。例えば、第２の磁
界を印加した素子１０ａに金属が近づいて、第２の磁界
の強度を変化させた場合のように、素子１０ａに印加さ
れている磁界が変化する場合も、外部磁界の変化に該当
する。すなわち、この発明の磁界検出方法は、金属探知
にも応用できる。

【００６０】１−２．第２の実施の形態次に、図３を用
いて説明した素子１０ａの代わりに、別の構造のＧＭＲ
素子を用いて本発明の方法により磁界を検出する例を説
明する。すなわち、第１および第２の強磁性体層を保磁
力が異なる材料で構成した第２構造のＧＭＲ素子を用い
る。

【００６１】図６は、第２構造のＧＭＲ素子１０ｂを示
す断面図である。このＧＭＲ素子１０ｂは、基板１８の
上に複数の積層単位４０ｆ、４０ｅ、４０ｄ、４０ｃ、
４０ｂおよび４０ａをこの順序で積層させて具えている
（図６（Ａ））。各積層単位４０ａ〜４０ｆはそれぞれ
同じ構造である。図６（Ｂ）に、積層単位４０ａの構造
の一例を示してある。

【００６２】積層単位４０ａは、順次に積層した第２強
磁性体層４２、非磁性体層４４、第１強磁性体層４６お
よび非磁性体層４８を有する積層構造である。そして、
第１強磁性体層４６の保磁力を第２強磁性体層４２の保
磁力に比べて大きくしてある。第２強磁性体層４２とし
て、１０．０ｎｍの膜厚のＮｉ₃₅Ｆｅ₂₀Ｃｏ₄₅層を用い
ている。また、第１強磁性体層４６として、６．０ｎｍ
の膜厚のＣｏ層を用いている。非磁性体層４４および４
８の各々は、それぞれ２．８ｎｍの膜厚のＣｕ層であ
る。上述した各層はスパッタ法により成膜する。

【００６３】なお、この第２構造のＧＭＲ素子１０ｂは
６層の積層単位を積層させて構成してあるが、この層数
に限らない。また、各積層単位を構成する層の積層順は
逆にしてもよい。

【００６４】この第２構造のＧＭＲ素子１０ｂでは、第
１強磁性体層４６の保磁力と第２強磁性体層４２の保磁
力との間に差をもたせてある。従って、第１構造のＧＭ
Ｒ素子１０ａのような反強磁性体層は不要である。すな
わち、第１強磁性体層４６の保磁力が比較的大きいの
で、この第１強磁性体層４６の磁化の向きは一方向に固
定される。そして、第２強磁性体層４２の保磁力は比較
的弱く設定してあるので、外部磁界に応じて第２強磁性
体層４２の磁化だけが自在に向きを変える。

【００６５】このＧＭＲ素子１０ｂの磁気抵抗特性を、
直流４端子法により測定した結果を、図７（Ａ），
（Ｂ）に示した。これらの図のうち、図７（Ａ）はいわ
ゆるメジャーループを示し、図７（Ｂ）はいわゆるマイ
ナーループを示す。いずれの図も、横軸は磁界の強度
（Ｏｅ）であり、縦軸は素子の抵抗変化率（％）であ
る。ただし、抵抗変化率は、第１および第２の強磁性体
層の磁化方向の磁化方向が同じになっているときの電気
抵抗を、基準としている。なお、以下の説明では、保磁
力が大である第１の強磁性体層４６の磁化方向が図７の
左向きの磁界であるとする。また、図７の横軸において
プラスの領域は右向きの磁界を示し、マイナスの領域は
左向きの磁界を示す。

【００６６】図７（Ａ）から理解できるように、この素
子１０ｂでは、第１および第２の強磁性体層の保磁力の
違いに起因する磁気抵抗特性が得られることが分かる。
また、図７（Ｂ）は、素子１０ｂに、マイナス方向の１
５０Ｏｅ以上の強度の磁界を印加した後、±６０Ｏｅま
での低磁界を印加したときの、磁気抵抗特性である。ヒ
ステリシス特性を持つ磁気抵抗特性を示すことが分か
る。

【００６７】この図７（Ｂ）のような磁気抵抗特性を示
すＧＭＲ素子での、この発明でいう第１の磁化遷移磁界
範囲は、おおよそ＋３３〜＋４７Ｏｅであり、第２の磁
化遷移磁界範囲は、おおよそ−６〜＋１５Ｏｅである。

【００６８】この第２の構造の素子１０ｂを用いた場合
の磁界検出動作は、第１の実施の形態の場合と同様であ
るので、その説明を省略する。

【００６９】１−３．第３の実施の形態この第１の発明
の磁界検出方法の実施に当たり、ＧＭＲ素子として、以
下に説明する第３構造の素子（図示せず）を用いても良
い。この第３構造の素子は、上述の第１構造の素子１０
ａの構成での反強磁性体層、第１の強磁性体層、非磁性
体層および第２の強磁性体層それぞれを、所定形状に、
パターニングした素子である。または、上述の第２構造
の素子１０ｂの構成での第１の強磁性体層、非磁性体層
および第２の強磁性体層それぞれを、所定形状に、パタ
ーニングした素子である。パターニングは、例えば数１
０μｍ程度の四角形状に、行う。また、その手法とし
て、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング
技術を用いる。各磁性体層をパターニングすると、第２
の強磁性体層は単磁区状となり、パターニングしない場
合に比べて、ヒステリシス特性が四角形状になる。すな
わち、第１および第２の磁化遷移磁界範囲が狭いヒステ
リシス特性、つまり、急激に抵抗変化を示すヒステリシ
ス特性を持つＧＭＲ素子が得られる。

【００７０】図８は、第１構造の素子１０ａの反強磁性
体層、第１の強磁性体層、非磁性体層および第２の強磁
性体層それぞれを、５０μｍ×３０μｍの長方形状に加
工した場合の第３構造の素子の、磁気抵抗特性である。
ただし、第１および第２の強磁性体の磁化容易軸の方向
が上記の５０μｍとなるようにパターニングした素子で
の磁気抵抗特性である。測定は、いままで同様、直流４
端子法で行った。

【００７１】この図８と図４とを、比較することで理解
できるように、各磁性体層をパターニングした素子の方
が、ヒステリシス特性が四角状になることが分かる。

【００７２】この図８のような磁気抵抗特性を示すＧＭ
Ｒ素子での、この発明でいう第１の磁化遷移磁界範囲
は、おおよそ＋２２〜＋２３Ｏｅであり、第２の磁化遷
移磁界範囲は、おおよそ−２２〜−２１Ｏｅである。第
３の素子構造の場合、第１および第２の磁化遷移磁界範
囲それぞれが、第１構造の素子１０ａや第２構造の素子
１０ｂに比べて、非常に狭い。

【００７３】次に、第３構造の素子を用いた場合の磁界
検出動作について説明する。この説明を図９（Ａ）およ
び（Ｂ）を参照して行う。図９（Ａ）は、ちょうど、図
８の磁気抵抗特性を模式的に示した図である。また、図
９（Ｂ）は、この発明の磁界検出方法を実施した時に抵
抗値検出手段で検出される信号を電圧値として示した図
である。

【００７４】図９の例では、この発明でいう第１の磁界
として第１および第２の強磁性体層の磁化方向を同じに
できる強度の磁界−Ｈｄを用い、第２の磁界として、第
１の磁化遷移磁界範囲外の、かつ、該範囲の下限よりや
や小さな磁界Ｈｃを用いる。そして、磁界検出動作時
は、これら第１および第２の磁界を、素子に交互に印加
する。

【００７５】この磁界検出動作での、外部磁界が素子に
及ばない場合と、及んだ場合それぞれの動作原理は、第
１の実施の形態の場合と同様である。すなわち、外部磁
界が素子に及ばない場合は、素子の抵抗値はＲ_L3であ
り、また、抵抗値検出手段で検出される電圧はＶ_L3であ
る（図９（Ｂ）の領域Ｉ）。外部磁界が及ぶと素子の抵
抗値はＲ_H3になる。したがって、外部磁界が素子に及ん
でいる時は、第１および第２の磁界の交互印加に応じ、
抵抗値検出手段で検出される電圧値は、Ｖ_L3とＶ_H3との
間で変化する（図９（Ｂ）の領域ＩＩ）。

【００７６】この第３構造の素子の場合は、図８の磁気
抵抗特性を持つ素子の例でいえば、外部磁界Δｈｃが２
Ｏｅ程度でもそれを検出できる。

【００７７】また、この第３構造の素子の場合、上記の
ように四角形状のヒステリシス特性を持つため、抵抗値
検出時のノイズを低減することができる。そのため、磁
界検出を、高いＳ／Ｎ比で行うことができる。

【００７８】ただし、第３構造の素子では、上述のよう
なヒステリシス特性であるため、磁化遷移磁界範囲内の
強度の磁界を素子に印加するのが難しい。そのため、磁
化遷移磁界範囲内の磁界に起因する抵抗値、すなわち、
素子の抵抗値として、Ｒ_L3とＲ_H3との中間値を利用した
磁界検出を行いにくい。したがって、外部磁界の大きさ
を定量的に評価するのは困難である。

【００７９】１−４．第４の実施の形態上述の各実施の
形態では、第１の磁界および第２の磁界は、ＧＭＲ素子
に近接させた別途の磁界発生手段から印加されていた。
しかし、ＧＭＲ素子上に磁界発生のための電流が流され
る電流層（バイアス電流層ともいう。）を形成し、該バ
イアス電流層に、前記の第１および第２の磁界を生じさ
せる電流を電流源から供給する構成としても良い。この
第４の実施の形態はその例である。

【００８０】図１０は、この第４の実施の形態の実施に
好適な磁界検出システム（第２の磁界検出システム）３
０の構成を示す平面図である。また、図１１は、第４構
造のＧＭＲ素子１０ｃすなわちバイアス電流層５０を具
えたＧＭＲ素子１０ｃの構造を示す断面図である。図１
１は、図１０に示すＪ−Ｊ線の位置の切り口の断面を示
す図である。

【００８１】この第２の磁界検出システム３０では、磁
界発生手段１２を、ＧＭＲ素子１０ｃに設けたバイアス
電流層５０と交流電源１２ａとで構成する。このバイア
ス電流層５０は、所定の交流電流を流すことにより、こ
の発明でいう第１の磁界および第２の磁界を交互に発生
させる膜体である。このバイアス電流層５０は、例えば
１．０μｍの膜厚のＣｕ層である。

【００８２】図１１に示すように、ＧＭＲ素子１０ｃ
は、基板１８の上に反強磁性体層２８、第１強磁性体層
２２、非磁性体層２４および第２強磁性体層２６を順次
に積層させて具えている。また、ＧＭＲ素子１０ｃは、
第２強磁性体層２６の上に絶縁体層５２を具えている。
そして、この絶縁体層５２の上にバイアス電流層５０が
設けられている。従って、バイアス電流層５０とＧＭＲ
素子１０ｃとは絶縁体層５２によって絶縁分離されてい
る。

【００８３】また、ＧＭＲ素子１０ｃは、反強磁性体層
２８、第１強磁性体層２２、非磁性体層２４および第２
強磁性体層２６の各々の側面に接触させて抵抗検出用電
極５４を具えている。この抵抗検出用電極５４は、導線
によって抵抗値検出手段１４に結合されている。この抵
抗検出用電極５４とバイアス電流層５０とは、非接触の
状態となるように設計してある。

【００８４】反強磁性体層２８、第１強磁性体層２２、
非磁性体層２４および第２強磁性体層２６の積層構造
は、第１構造のＧＭＲ素子１０ａと同一の構造である。
絶縁体層５２は、１．０μｍの膜厚のＳｉＯ₂ 層であ
る。このＳｉＯ₂ 層は、スパッタ法により第２強磁性体
層２６の上面に成膜される。そして、フォトリソグラフ
ィ技術を用いてパタン形成することにより、所定形状の
絶縁体層５２を完成させている。絶縁体層５２は、直方
体形状の膜体である。絶縁体層５２は、下側の積層構造
に比べてＪ−Ｊ線に沿う方向のサイズが小さく形成され
ている。

【００８５】上述の抵抗検出用電極５４は、例えば、Ｃ
ｕ層をスパッタ法により成膜して形成する。このＣｕ層
の膜厚は１．０μｍである。

【００８６】また、各層は、逆の順に積層させてもよ
い。すなわち、基板１８の上にバイアス電流層５０、絶
縁体層５２、第２強磁性体層２６、非磁性体層２４、第
１強磁性体層２２および反強磁性体層２８をこの順序で
積層させる。

【００８７】この第４構造のＧＭＲ素子１０ｃの磁気抵
抗特性は、第１構造のＧＭＲ素子１０ａの磁気抵抗特性
（図３）と同じであるから説明を省略する。

【００８８】上述のバイアス電流層５０には、図１１の
矢印で示される方向に沿ってバイアス電流５６が流れ
る。従って、バイアス電流層５０の周囲に磁界が発生す
る。この磁界は、第１強磁性体層２２の磁化の方向に沿
って印加される。この磁界がこの発明でいう第１の磁界
および第２の磁界となるように、バイアス電流層５０に
流す電流を制御する。こうすることで、この発明の磁界
検出方法を実施できる。磁界検出の原理は第１の実施の
形態で説明した原理と同様であるので、その説明は省略
する。

【００８９】この第４の実施の形態の場合、第１の実施
の形態で必要であったソレノイドコイルを不要にできる
ので、磁界検出システムの小型化を図りつつ本発明の磁
界検出方法を実施できる。

【００９０】なお、バイアス電流層をＧＭＲ素子に設け
るという思想は、第２の実施の形態で用いた第２構造の
素子や、第３の実施の形態で用いた第３構造の素子にも
もちろん適用できる。

【００９１】１−５．第５の実施の形態 この発明の磁界検出方法は、以下に説明する第５構造の
ＧＭＲ素子１０ｄを用いる場合にも適用できる。

【００９２】図１２は、第５構造のＧＭＲ素子１０ｄを
示す断面図である。このＧＭＲ素子１０ｄは、基板１８
の上に第２強磁性体層２６、非磁性体層２４および第１
強磁性体層２２を順次に積層させて具えている。そし
て、この第１強磁性体層２２の上に絶縁性の反強磁性体
層５８が設けられている。さらに、この絶縁性の反強磁
性体層５８の上にバイアス電流層５０を具えている。ま
た、第２強磁性体層２６、非磁性体層２４および第１強
磁性体層２２の側面に接触させて抵抗検出用電極５４を
具えている。

【００９３】このように、この第５構造のＧＭＲ素子１
０ｄは、反強磁性体層（例えば第３構造を構成する反強
磁性体層２８）と絶縁体層（例えば第３構造の絶縁体層
５２）とを共通の膜体として構成している。従って、絶
縁性の反強磁性体層５８は、交換バイアス磁界により第
１強磁性体層２２の磁化の向きを固定する。また、絶縁
性の反強磁性体層５８は、バイアス電流層５０と第１強
磁性体層２２との間を絶縁分離させる。

【００９４】よって、この構成は、例えば第３構造のＧ
ＭＲ素子１０ｃに比べると層数を少なくできるから、作
製が容易である。絶縁性の反強磁性体層５８として、Ｃ
ｏＯやアモルファスＦｅ₂ Ｏ₃ などを用いるのが好適で
ある。

【００９５】なお、この第５構造の素子であって、第３
の実施の形態で説明したように、各磁性体層を所定形状
にパターニングした素子に対しても、この発明の磁界検
出方法は適用できる。

【００９６】２．磁界検出方法の第２の発明 この出願の磁界検出方法の第２の発明は、上述の第１の
発明の各実施の形態での各ＧＭＲ素子に、第２の強磁性
体層の磁化方向を第１の強磁性体層の磁化方向と逆の方
向にする第３の磁界と、第２の磁化遷移磁界範囲および
その前後の近傍の磁界範囲から選ばれる第４の磁界とを
交互に印加する。これ以外は、磁界検出方法の第１の発
明の処理と同様にすれば良い。

【００９７】この出願の磁界検出方法の第１および第２
の発明は、バイアス磁界の印加条件が逆である。いずれ
の方法を用いるかは、検出対象磁界の方向や、磁界検出
環境に存在するノイズ磁界等を考慮して、磁界検出の効
率や精度等の向上に好ましい方法を選択すれば良い。

【００９８】

【発明の効果】この出願の磁界検出方法の第１の発明に
よれば、ＧＭＲ素子に所定の第１の磁界を印加する処理
と、所定の第２の磁界を印加する処理とを交互に実施す
る。また、この出願の磁界検出方法の第２の発明によれ
ば、ＧＭＲ素子に所定の第３の磁界を印加する処理と、
所定の第４の磁界を印加する処理とを交互に実施する。
上記の第１の処理は、ＧＭＲ素子をリセット状態にする
役目をもつ。一方、第２の処理は、ＧＭＲ素子を第２の
磁界分（第２の発明では第４の磁界分）活性な状態にし
て、このＧＭＲ素子の電気抵抗を小さな外部磁界で変動
させる役目をもつ。そのため、この出願の磁界検出方法
の各発明によれば、従来に比べて小さな外部磁界を検出
できるので、高感度の磁界検出方法が実現される。した
がって、例えば磁気記録媒体の情報読みとり等に応用し
た場合は、磁気記録媒体の漏洩磁界の変化が比較的小さ
くても、該記録の読み出しが行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の磁界検出方法の原理を説明する図で
ある。

【図２】第１の磁界検出システムの説明図である。

【図３】ＧＭＲ素子の第１構造を示す図である。

【図４】第１構造の素子の特性例を示した図である。

【図５】第１の実施の形態での磁界検出動作の説明図で
ある。

【図６】ＧＭＲ素子の第２構造を示す図である。

【図７】第２構造の素子の特性例を示した図である。

【図８】第３構造の素子の特性例を示した図である。

【図９】第３の実施の形態での磁界検出動作の説明図で
ある。

【図１０】第２の磁界検出システムの説明図である。

【図１１】ＧＭＲ素子の第４構造を示す図である。

【図１２】ＧＭＲ素子の第５構造を示す図である。

【図１３】課題を説明するための図である。

【符号の説明】

−Ｈａ：第１の磁界 Ｈａ（、Ｈｍ、Ｈｎ）：第２の磁界 δＨ１：第１の磁化遷移磁界範囲 δＨ２：第２の磁化遷移磁界範囲 Ｈｐ：第３の磁界 −Ｈｑ（、−Ｈｒ、−Ｈｓ）：第４の磁界 １０：第１の磁界検出システム １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ：ＧＭＲ素子 １２：磁界発手段 １４：抵抗値検出手段 １６：磁界判定手段 １８：基板 ２２：第１強磁性体層 ２４：非磁性体層 ２６：第２強磁性体層 ２８：反強磁性体層 ３０：第２の磁界検出システム ４０ａ〜４０ｆ：積層単位 ４２：第２強磁性体層 ４４、４８：非磁性体層 ４６：第１強磁性体層 ５０：バイアス電流層 ５２：絶縁体層 ５４：抵抗値検出用電極 ５８：絶縁性の反強磁性体層

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁化方向が一方向に固定されている第１
   の強磁性体層と、印加される磁界に応じて磁化方向が変
   化する第２の強磁性体層とを含み、これら第１および第
   ２の強磁性体層の磁化方向の相対的な角度に応じて異な
   る電気抵抗値を示す巨大磁気抵抗効果素子を用いて、磁
   界を検出するに当たり、 前記第２の強磁性体層の磁化方向を前記第１の強磁性体
   層の磁化方向と同じ方向にする第１の磁界を、前記素子
   に印加する第１の処理と、 前記第１の強磁性体層の磁化方向と同じ方向に磁化され
   ている前記第２の強磁性体層の磁化方向を変化させ始め
   る磁界から前記第１の強磁性体層の磁化方向と逆の方向
   にさせるまでの磁界の範囲（第１の磁化遷移磁界範囲）
   および該範囲前後の近傍の磁界範囲から選ばれる第２の
   磁界を、前記素子に印加する第２の処理とを、 交互に実施しながら、前記素子の抵抗値を監視して、 前記素子に及ぶ外部磁界を検出することを特徴とする磁
   界検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁界検出方法におい
   て、 前記第２の磁界を、前記近傍の磁界範囲から選ばれる磁
   界とすることを特徴とする磁界検出方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の磁界検出方法におい
   て、 前記第２の磁界を、前記第１の磁化遷移磁界範囲の中央
   付近の磁界とすることを特徴とする磁界検出方法。
4. 【請求項４】 磁化方向が一方向に固定されている第１
   の強磁性体層と、印加される磁界に応じて磁化方向が変
   化する第２の強磁性体層とを含み、これら第１および第
   ２の強磁性体層の磁化方向の相対的な角度に応じて異な
   る抵抗値を示す巨大磁気抵抗効果素子を用いて、磁界を
   検出するに当たり、 前記第２の強磁性体層の磁化方向を前記第１の強磁性体
   層の磁化方向と逆の方向にする第３の磁界を、前記素子
   に印加する第１の処理と、 前記第１の強磁性体層の磁化方向と逆の方向に磁化され
   ている前記第２の強磁性体層の磁化方向を変化させ始め
   る磁界から前記第１の強磁性体層の磁化方向と同じ方向
   にさせるまでの磁界の範囲（第２の磁化遷移磁界範囲）
   および該範囲前後の近傍の磁界範囲から選ばれる第４の
   磁界を、前記素子に印加する第２の処理とを、 交互に実施しながら、前記素子の抵抗値を監視して、 前記素子に及ぶ外部磁界を検出することを特徴とする磁
   界検出方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の磁界検出方法におい
   て、 前記第４の磁界を、前記近傍の磁界範囲から選ばれる磁
   界とすることを特徴とする磁界検出方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の磁界検出方法におい
   て、 前記第４の磁界を、前記第２の磁化遷移磁界範囲の中央
   付近の磁界とすることを特徴とする磁界検出方法。
7. 【請求項７】 請求項１または４に記載の磁界検出方法
   において、 前記巨大磁気抵抗素子として、前記第１および第２の強
   磁性体層が所定形状にパタ−ニングされ、前記第２の強
   磁性体層が単磁区状の磁気特性を示す素子を用いること
   を特徴とする磁界検出方法。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の巨大磁気抵抗素子と、 該素子に請求項１に記載の第１の磁界および第２の磁界
   を交互に印加する磁界発生手段と、 該素子の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、 前記第２の磁界を印加した時の前記素子の抵抗値を少な
   くとも監視しそれに基づいて外部磁界の有無を判定する
   磁界判定手段とを具えたことを特徴とする磁界検出シス
   テム。
9. 【請求項９】 請求項４に記載の巨大磁気抵抗素子と、 該素子に請求項４に記載の第３の磁界および第４の磁界
   を交互に印加する磁界発生手段と、 該素子の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、 前記第４の磁界を印加した時の前記素子の抵抗値を少な
   くとも監視しそれに基づいて外部磁界の有無を判定する
   磁界判定手段とを具えたことを特徴とする磁界検出シス
   テム。
10. 【請求項１０】 請求項８または９に記載の磁界検出シ
    ステムにおいて、 前記巨大磁気抵抗素子として、前記第１および第２の強
    磁性体層が所定形状にパタ−ニングされ、前記第２の強
    磁性体層が単磁区状の磁気特性を示す素子を具えたこと
    を特徴とする磁界検出システム。
11. 【請求項１１】 請求項８または９に記載の磁界検出シ
    ステムにおいて、 前記磁界発生手段を、前記素子上に形成され、磁界発生
    のための電流が流される電流層と、前記各強度の磁界を
    生じさせる電流を前記電流層に供給する電流源とで構成
    したことを特徴とする磁界検出システム。
12. 【請求項１２】 磁化方向が一方向に固定されている第
    １の強磁性体層と、印加される磁界に応じて磁化方向が
    変化する第２の強磁性体層とを含み、これら第１および
    第２の強磁性体層の磁化方向の相対的な角度に応じて異
    なる抵抗値を示す巨大磁気抵抗効果素子からなる磁界検
    出素子において、 該素子にバイアス磁界を印加するための電流を流す電流
    層を具えたことを特徴とする磁界検出素子。