JPWO2018116743A1 - 磁気抵抗素子、および磁気センサ - Google Patents

磁気抵抗素子、および磁気センサ Download PDF

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Abstract

磁気抵抗素子は、第１強磁性領域を含む第１素子部（１１）と、第２強磁性領域を含む第２素子部（１２）と、第１素子部（１１）の一端側に設けられた第１電極部、第１素子部（１１）の他端側および第２素子部（１２）の一方端部側を接続する接続電極部（１３）、ならびに、第２素子部（１２）の他方端部側に設けられた第２電極部を少なくとも含む複数の電極部と、を備え、第１強磁性領域の磁化方向および第２強磁性領域の磁化方向が同じ向きであり、第１強磁性領域を流れる電流の方向および第１強磁性領域の磁化方向が交差し、第２強磁性領域を流れる電流の方向および第２強磁性領域の磁化方向が交差し、かつ、第１強磁性領域を流れる電流の方向と、第２強磁性領域を流れる電流の方向とが交差する。

Description

本発明は、磁気抵抗素子、および磁気センサに関する。
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１０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１１は、一般的な磁気抵抗素子の出力特性を示す図である。
図１０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１１に示すように磁気抵抗素子の電気抵抗Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ２θ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素子の抵抗変化特性は磁界０を対称として偶関数特性を持つ。
検出磁場の向きおよび大きさを測定するためには、ＡＭＲ素子の抵抗変化特性を奇関数化し、線形領域を設ける必要がある。ＡＭＲ素子の抵抗変化特性を奇関数化する手法の一つとして、たとえば特表２００５−５０２８８８号公報（特許文献１）、および特表２０１１−５２５６３１号公報（特許文献２）等に記載のように、バーバーポールバイアス方法が提案されている。
バーバーポールバイアス法においては、強磁性体層の長手方向（容易軸）に対して斜めに傾けた導電膜（バーバーポール電極）を強磁性体層上に形成することにより、強磁性体層に流れる電流の方向を傾ける。たとえばバーバーポール電極は、上記長手方向に対して４５度傾斜して形成される。
このようなバーバーポール電極を形成し、強磁性体層の磁化Ｍと強磁性体層に流れる電流に適切な角度を設けることにより、ＡＭＲ素子の抵抗変化特性を奇関数化することができる。
特表２００５−５０２８８８号公報 特表２０１１−５２５６３１号公報
図１２は、奇関数化された磁気抵抗素子の出力特性を示す図である。図１３は、図１２に示すＸＩＩＩ線で囲まれた領域の拡大図である。
一般的に、バーバーポールバイアス法を用いて、ＡＭＲ素子の抵抗変化特性を奇関数化した場合には、図１２に示すように線形領域が得られる。しかしながら、図１２に示す線形領域を巨視的に見た場合には、図１３に示すように、厳密には線形ではなく、ｃｏｓ２関数状である。磁気抵抗素子を備えた磁気センサにおいては、出力特性として、上記線形領域において更なる直線性が要求されている。
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、出力の線形性を向上させることができる磁気抵抗素子、および磁気センサを提供することにある。
本発明に基づく磁気抵抗素子は、一端および他端を有し、第１強磁性領域を含む第１素子部と、一方端部および他方端部を有し、上記一方端部が上記第１素子部の上記他端側に配置され、かつ、第２強磁性領域を含む第２素子部と、上記第１強磁性領域に電気的に接続され、上記第１素子部の上記一端側に設けられた第１電極部、上記第１強磁性領域および上記第２強磁性領域に電気的に接続され、上記第１素子部の上記他端側および上記第２素子部の上記一方端部を接続する接続電極部、ならびに、上記第２強磁性領域に電気的に接続され、上記第２素子部の上記他方端部に設けられた第２電極部を少なくとも含む複数の電極部と、を備える。上記第１強磁性領域の磁化方向および上記第２強磁性領域の磁化方向が同じ向きであり、上記第１強磁性領域を流れる電流の方向および上記第１強磁性領域の磁化方向が交差し、上記第２強磁性領域を流れる電流の方向および上記第２強磁性領域の磁化方向が交差し、かつ、上記第１強磁性領域を流れる電流の方向と、上記第２強磁性領域を流れる電流の方向とが交差する。
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記第１素子部は、外部磁場に対する抵抗変化特性として、ｃｏｓ２関数状で表される第１抵抗変化特性を有することが好ましい。この場合には、上記第２素子部は、外部磁場に対する抵抗変化特性として、上記第１抵抗変化特性に合成した場合に、上記第１抵抗変化特性から求められる第１最小二乗直線と上記第１抵抗変化特性との乖離量を軽減する第２抵抗変化特性を有することが好ましい。
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記第１抵抗変化特性において、外部磁場が０となる第１基準点に対して、外部磁場の負方向側であって上記第１基準点から最も近い変曲点を第１変曲点とし、上記第１基準点に対して、外部磁場の正方向側であって上記第１基準点から最も近い変曲点を第２変曲点とし、上記第２抵抗変化特性において、外部磁場が０となる第２基準点に対して、外部磁場の負方向側であって上記第２基準点から最も近い変曲点を第３変曲点とし、上記第２基準点に対して、外部磁場の正方向側であって上記第２基準点から最も近い変曲点を第４変曲点とした場合に、上記第１変曲点および上記第３変曲点における磁場の値が一致し、上記第２変曲点および上記第４変曲点における磁場の値が一致することが好ましい。
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記第２素子部の電気抵抗は、上記第１素子部の電気抵抗よりも小さいことが好ましく、上記第１最小二乗直線の傾きと上記第２抵抗変化特性から求められる第２最小二乗直線の傾きとが逆であることが好ましい。
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記第１素子部を電流が流れる方向と、上記第２素子部を電流が流れる方向とが交差する交差角が７０度以上１１０度以下であることが好ましい。
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記第２素子部の電気抵抗の値は、上記第１素子部の電気抵抗の値の１／１０以下であることが好ましい。
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記複数の電極部は、上記第１電極部と上記接続電極部の間に位置する上記第１強磁性領域上に互いに離間して設けられた複数の第１バーバーポール電極と、上記接続電極部と上記第２電極部の間に位置する上記第２強磁性領域上に互いに離間して設けられた複数の第２バーバーポール電極と、を含んでいてもよい。この場合には、上記第１素子部の延在方向と上記第２素子部の延在方向とが平行であることが好ましい。また、互いに隣り合う上記第１バーバーポール電極間を最短でつなぐ方向と、互いに隣り合う上記第２バーバーポール電極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磁気抵抗素子にあっては、上記第１素子部を電流が流れる方向は、上記第１素子部の延在方向と平行であってもよく、上記第２素子部を電流が流れる方向は、上記第２素子部の延在方向と平行であってもよい。この場合には、上記第１素子部の延在方向と上記第２素子部の延在方向とが交差することが好ましい。
本発明に基づく磁気センサは、上記のいずれかに記載の磁気抵抗素子を備える。
本発明によれば、出力の線形性を向上させることができる磁気抵抗素子、および磁気センサを提供することができる。
実施の形態１に係る磁気センサを示す図である。 実施の形態１に係る磁気抵抗素子を示す断面図である。 実施の形態１に係る磁気抵抗素子の抵抗変化特性を説明する図である。 実施の形態２に係る磁気センサを示す図である。 実施の形態２に係る磁気抵抗素子を示す断面図である。 実施の形態の効果を検証するために行なった第１実験例の結果を示す図である。 実施の形態の効果を検証するために行なった第２実験例の結果を示す図である。 実施の形態の効果を検証するために行なった第３実験例の結果を示す図である。 実施の形態の効果を検証するために行なった第４実験例の結果を示す図である。 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。 奇関数化された磁気抵抗素子の出力特性を示す図である。 図１２に示すＸＩＩＩ線で囲まれた領域の拡大図である。
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、実施の形態１に係る磁気センサを示す図である。図１を参照して、実施の形態１に係る磁気センサ１について説明する。
図１に示すように、磁気センサ１は、４つの磁気抵抗素子１０，２０，３０，４０を含む。磁気センサ１は、これら４つの磁気抵抗素子１０，２０，３０，４０を接続し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１０の一方側には、出力電圧Ｖｏｕｔ１を取り出すための電極部Ｐ１が設けられている。磁気抵抗素子１０の他方側には、電源電圧Ｖｄｄを印加するための電極部Ｐ２が設けられている。
磁気抵抗素子２０の一方側には、出力電圧Ｖｏｕｔ２を取り出すための電極部Ｐ３が設けられている。磁気抵抗素子２０の他方側には、電源電圧Ｖｄｄを印加するための電極部Ｐ２が設けられている。
磁気抵抗素子３０の一方側には、グランド電極としての電極部Ｐ４が設けられている。磁気抵抗素子３０の他方側には、出力電圧Ｖｏｕｔ１を取り出すための電極部Ｐ１が設けられている。
磁気抵抗素子４０の一方側には、グランド電極としての電極部Ｐ４が設けられている。磁気抵抗素子４０の他方側には、出力電圧Ｖｏｕｔ２を取り出すための電極部Ｐ３が設けられている。
磁気抵抗素子１０は、第１素子部１１、第２素子部１２、接続電極部１３、複数の第１バーバーポール電極１４、および複数の第２バーバーポール電極１５を備える。
第１素子部１１および第２素子部１２は、直線状に並んでいる。第１素子部１１は、磁気抵抗素子１０の一方側に位置し、第２素子部１２は、磁気抵抗素子１０の他方側に位置する。
第１素子部１１の一端側には、電極部Ｐ１が設けられている。第１素子部１１の他端側には、接続電極部１３が設けられている。第１素子部１１は、後述する第１強磁性領域１０６１（図２参照）を有する。第１強磁性領域１０６１の磁化方向は、第１素子部１１の延在方向に平行となるように固定されている。第１強磁性領域１０６１の磁化方向は、接続電極部１３から電極部Ｐ１に向かう方向である。
第１強磁性領域１０６１上には、複数の第１バーバーポール電極１４が設けられている。複数の第１バーバーポール電極１４は、電極部Ｐ１と接続電極部１３との間に配置されている。複数の第１バーバーポール電極１４は、互いに離間して設けられている。複数の第１バーバーポール電極１４は、互いに平行に設けられている。
複数の第１バーバーポール電極１４の各々は、ブリッジ回路において内側から外側に向かうにつれて電極部Ｐ１から離れるように傾斜する。複数の第１バーバーポール電極１４の各々は、第１素子部１１の延在方向に対して４５°の角度で傾斜する。
複数の第１バーバーポール電極１４が設けられることにより、第１強磁性領域１０６１を流れる電流は、互いに隣り合う第１バーバーポール電極１４間を最短でつなぐ方向に沿って流れる。
第２素子部１２の一方端部側には、接続電極部１３が設けられている。第２素子部１２の他方端部側には、電極部Ｐ２が設けられている。第２素子部１２は、後述する第２強磁性領域１０６２（図２参照）を有する。第２強磁性領域１０６２の磁化方向は、第１素子部１１の延在方向に平行となるように固定されている。第２強磁性領域１０６２の磁化方向は、第１強磁性領域１０６１の磁化方向と同じ向きである。
第２強磁性領域１０６２上には、複数の第２バーバーポール電極１５が設けられている。複数の第２バーバーポール電極１５は、接続電極部１３と電極部Ｐ２との間に配置されている。複数の第２バーバーポール電極１５は、互いに離間して設けられている。複数の第２バーバーポール電極１５は、互いに平行に設けられている。
複数の第２バーバーポール電極１５の各々は、ブリッジ回路において内側から外側に向うにつれて電極部Ｐ１に近づくように傾斜する。複数の第１バーバーポール電極１４の各々は、第２素子部１２の延在方向に対して４５°の角度で傾斜する。
複数の第２バーバーポール電極１５が設けられることにより、第２強磁性領域１０６２を流れる電流は、互いに隣り合う第２バーバーポール電極１５間を最短でつなぐ方向に沿って流れる。
第２強磁性領域１０６２を流れる電流の方向は、第１強磁性領域１０６１を流れる電流の方向に交差する。第２強磁性領域１０６２を流れる電流の方向と第１強磁性領域１０６１を流れる電流の方向とが成す交差角は、たとえば９０度である。この交差角は、９０度に限定されず、７０度以上１１０度以下であってもよい。
磁気抵抗素子２０は、第１素子部２１、第２素子部２２、接続電極部２３、複数の第１バーバーポール電極２４、および複数の第２バーバーポール電極２５を備える。磁気抵抗素子２０は、磁気抵抗素子１０と比較した場合に、複数の第１バーバーポール電極２４および複数の第２バーバーポール電極２５の向きが相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
複数の第１バーバーポール電極２４は、第１素子部２１上に設けられている。複数の第１バーバーポール電極２４は、磁気抵抗素子１０の第２バーバーポール電極１５と平行である。
複数の第２バーバーポール電極２５は、第２素子部２２上に設けられている。複数の第２バーバーポール電極２５は、磁気抵抗素子１０の第１バーバーポール電極１４と平行である。
磁気抵抗素子３０は、第１素子部３１、第２素子部３２、接続電極部３３、複数の第１バーバーポール電極３４、および複数の第２バーバーポール電極３５を備える。磁気抵抗素子３０は、磁気抵抗素子１０と比較した場合に、第１素子部３１および第２素子部３２の位置、ならびに、複数の第１バーバーポール電極３４および複数の第２バーバーポール電極３５の向きが相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
第１素子部３１は、磁気抵抗素子３０の他方側に位置し、第２素子部３２は、磁気抵抗素子３０の一方側に位置する。
複数の第１バーバーポール電極３４は、第１素子部３１上に設けられている。複数の第１バーバーポール電極３４は、磁気抵抗素子１０の第２バーバーポール電極１５と平行である。
複数の第２バーバーポール電極３５は、第２素子部３２上に設けられている。複数の第２バーバーポール電極３５は、磁気抵抗素子１０の第１バーバーポール電極１４と平行である。
磁気抵抗素子４０は、第１素子部４１、第２素子部４２、接続電極部４３、複数の第１バーバーポール電極４４、および複数の第２バーバーポール電極４５を備える。磁気抵抗素子４０は、磁気抵抗素子１０と比較した場合に、第１素子部４１および第２素子部４２の位置、ならびに、複数の第１バーバーポール電極４４および複数の第２バーバーポール電極４５の向きが相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
第１素子部４１は、磁気抵抗素子４０の他方側に位置し、第２素子部４２は、磁気抵抗素子４０の一方側に位置する。
複数の第１バーバーポール電極４４は、第１素子部４１上に設けられている。複数の第１バーバーポール電極４４は、磁気抵抗素子１０の第１バーバーポール電極１４と平行である。
複数の第２バーバーポール電極４５は、第２素子部４２上に設けられている。複数の第２バーバーポール電極４５は、磁気抵抗素子１０の第２バーバーポール電極１５と平行である。
磁気抵抗素子１０，３０が、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２０，４０が、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、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１０，３０は、正出力性を有し、磁気抵抗素子２０，４０は負出力性を有する。
電極部Ｐ２と電極部Ｐ４との間に電源電圧Ｖｃｃを印加すると、電極部Ｐ１および電極部Ｐ３からは、磁界強度に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が取り出される。出力電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、差動増幅器（不図示）を介して差動増幅される。
図２は、実施の形態１に係る磁気抵抗素子を示す断面図である。図２を参照して、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１０の詳細な構成について説明する。なお、磁気抵抗素子２０，３０，４０は、磁気抵抗素子１０と比較して、上述のようにバーバーポール電極の方向、接続電極部の位置が相違し、その他の構成についてはほぼ同等である。このため、磁気抵抗素子１０の構成を代表して説明し、磁気抵抗素子２０，３０，４０の詳細な構成については説明を省略する。
図２に示すように、磁気抵抗素子１０は、基板１００、絶縁層１０１、積層体１０２、第１電極部１６、第２電極部１７、接続電極部１３、複数の第１バーバーポール電極１４、複数の第２バーバーポール電極１５、および保護層１０９を備える。
基板１００としては、たとえば、シリコン基板が用いられる。また、基板１００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１０１を省略することができる。
絶縁層１０１は、基板１００の主表面全体を覆うように設けられている。絶縁層１０１は、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）や酸化アルミ膜（Ａｌ２Ｏ３）が用いられる。絶縁層１０１は、これらシリコン酸化膜および酸化アルミ膜に限定されず、基板１００と絶縁がとれるものであれば適宜採用することができる。絶縁層１０１は、たとえば、ＣＶＤ法等によって形成することができる。
積層体１０２は、たとえば、矩形形状を有する。積層体１０２は、絶縁層１０１上に設けられている。積層体１０２は、下地層１０３、反強磁性体層１０４、交換結合磁界調整層１０５、および強磁性体層１０６を含む。
下地層１０３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１０４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１０３は、反強磁性体層１０４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１０３は、反強磁性体層１０４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１０４は、下地層１０３上に設けられている。なお、下地層１０３が省略される場合には、反強磁性体層１０４は、絶縁層１０１上に設けられる。
反強磁性体層１０４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１０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１０４として、これら合金を採用した場合には、製造工程を単純化できる。
交換結合磁界調整層１０５は、反強磁性体層１０４と強磁性体層１０６との間に設けられ、反強磁性体層１０４と強磁性体層１０６との間に発生する交換結合磁界の大きさを調整する。交換結合磁界調整層１０５は、たとえばＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる強磁性体層である。交換結合磁界調整層１０５は、反強磁性体層１０４の上面を覆うように反強磁性体層１０４上に設けられている。
交換結合磁界調整層１０５を設けて交換結合磁界の大きさを調整することにより、線形的に応答する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。なお、交換結合磁界調整層１０５は、省略することができる。
たとえば、交換結合磁界調整層１０５と反強磁性体層１０４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１０４上に直接強磁性体層１０６を積層した場合に反強磁性体層１０４と強磁性体層１０６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、交換結合磁界調整層１０５を設けることにより、反強磁性体層１０４から強磁性体層１０６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、線形的に応答する領域の範囲を拡張することができる。
また、ＣｏもしくはＣｏを含む合金からなる強磁性体層からなる交換結合磁界調整層１０５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１０４に含まれるＭｎが強磁性体層１０６に拡散することを防止することができる。これにより、拡散に伴う性能劣化を抑制でき、特性が安定するとともに、信頼性を向上させることができる。
強磁性体層１０６は、交換結合磁界調整層１０５上に設けられている。なお、交換結合磁界調整層１０５が省略される場合には、強磁性体層１０６は、反強磁性体層１０４の上面全体を覆うように反強磁性体層１０４上に設けられる。
強磁性体層１０６は、ＣｏとＦｅとを含む合金、ＮｉとＦｅとを含む合金、ＮｉとＣｏを含む合金、ＣｏまたはＮｉを含む金属層など、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、Ｎｉ８０Ｆｅ２０、または、Ｎｉ８０Ｆｅ２０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／ｃｍ３になる。結晶磁気異方性が０ｅｒｇ／ｃｍ３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。
複数の第１バーバーポール電極１４は、積層体１０２上に設けられている。具体的には、複数の第１バーバーポール電極１４は、強磁性体層１０６上に設けられている。複数の第１バーバーポール電極１４は、上述のように、電極部Ｐ１としての第１電極部１６と接続電極部１３との間に設けられている。
接続電極部１３は、積層体１０２上に設けられている。具体的には、接続電極部１３は、強磁性体層１０６上に設けられている。接続電極部１３は、上述のように、第１電極部１６と電極部Ｐ２としての第２電極部１７との間に設けられている。接続電極部１３は、第１電極部１６と第２電極部１７との間の中央よりも第２電極部１７寄りに位置する。
複数の第２バーバーポール電極１５は、積層体１０２上に設けられている。具体的には、複数の第２バーバーポール電極１５は、強磁性体層１０６上に設けられている。第２バーバーポール電極１５は、上述のように、接続電極部１３と第２電極部１７との間に設けられている。
複数の第１バーバーポール電極１４、接続電極部１３、および複数の第２バーバーポール電極１５としては、Ａｌ等の電気伝導性の良好な金属が用いられる。複数の第１バーバーポール電極１４、接続電極部１３、および複数の第２バーバーポール電極１５と強磁性体層１０６との密着性を高めるために、複数の第１バーバーポール電極１４、接続電極部１３、および複数の第２バーバーポール電極１５と強磁性体層１０６と間に、Ｔｉなどからなる密着層が設けられていてもよい。
積層体１０２は、外部からの磁界が無い場合には強磁性体層１０６の磁化方向が積層体１０２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つの第１バーバーポール電極１４の間を最短で流れる電流の向き、または隣り合う２つの第２バーバーポール電極１５の間を最短で流れる電流の向きと、強磁性体層１０６の磁化方向とが交差する角度は、４５°となる。
なお、強磁性体層１０６の磁化方向は、反強磁性体層１０４から作用する交換結合磁界によって積層体１０２の長手方向に固定されている。
このように強磁性体層１０６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１０３から強磁性体層１０６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、強磁性体層１０６と反強磁性体層１０４の間に交換結合磁界が得られ、強磁性体層１０６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１０３から強磁性体層１０６まで形成した場合、反強磁性体層１０４が不規則合金なら、強磁性体層１０６の磁化方向が、強磁性体層１６０等と反強磁性体層１０４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１０２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１０４が規則合金である場合、積層体１０２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、強磁性体層１０６と反強磁性体層１０４の間に交換結合磁界が得られ、強磁性体層１０６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。
強磁性体層１０６の磁化方向と積層体１０２の長手方向とが一致するように、積層体１０２を矩形形状にパターニングする。
第１電極部１６は、磁気抵抗素子１０の一方側に設けられている。第１電極部１６は、一方側に位置する強磁性体層１０６の上面の一部、および一方側に位置する積層体１０２の側面を覆うように設けられている。
第２電極部１７は、磁気抵抗素子１０の他方側に設けられている。第２電極部１７は、他方側に位置する強磁性体層１０６の上面の一部、および他方側に位置する積層体１０２の側面を覆うように設けられている。
第１電極部１６および第２電極部１７は、Ａｌ等の電気導電性の良好な金属材料からなる。第１電極部１６および第２電極部１７と強磁性体層１０６との密着性を高めるために、第１電極部１６および第２電極部１７と強磁性体層１０６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１０９は、積層体１０２、複数の第１バーバーポール電極１４、接続電極部１３、複数の第２バーバーポール電極１５、第１電極部１６、および第２電極部１７を覆うように設けられる。
保護層１０９には、第１電極部１６の一部および第２電極部１７の一部が露出するようにコンタクトホール１０９ａ，１０９ｂが設けられている。保護層１０９は、たとえばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなり、強磁性体層１０６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１０９は省略することができる。
ここで、磁気抵抗素子１０は、上述のように第１素子部１１と第２素子部１２とを備える。第１素子部１１は、積層体１０２のうち、その一方端から接続電極部１３の一端部が設けられている部分に至るまでの箇所である。すなわち、第１素子部１１は、図２に示すＲ１の範囲に位置する部分の積層体１０２である。
同様に、第１素子部１１に含まれる第１強磁性領域１０６１は、強磁性体層１０６のうち、その一方端から、接続電極部１３の一端部が設けられている部分に対応する部分に至るまでの箇所である。すなわち、第１素子部１１に含まれる第１強磁性領域１０６１は、図２に示すＲ１の範囲に位置する部分の強磁性体層１０６である。
第２素子部１２は、積層体１０２のうち、接続電極部１３の他端部が設けられている部分から積層体１０２の他方端に至るまでの部分である。すなわち、第２素子部１２は、図２に示すＲ２の範囲に位置する部分の積層体１０２である。第２素子部１２に含まれる第２強磁性領域１０６２とは、Ｒ２の範囲に位置する部分の強磁性体層１０６である。
同様に、第２素子部１２に含まれる第２強磁性領域１０６２は、強磁性体層１０６のうち、接続電極部１３の他端部が設けられている部分に対応する部分から強磁性体層１０６の他方端に至るまでの部分である。すなわち、第２素子部１２に含まれる第２強磁性領域１０６２とは、Ｒ２の範囲に位置する部分の強磁性体層１０６である。
接続電極部１３は、第１強磁性領域１０６１および第２強磁性領域１０６２に電気的に接続され、第１素子部１１の他端側および第２素子部１２の一方端部側を接続する。
図３は、実施の形態１に係る磁気抵抗素子の抵抗変化特性を説明する図である。図３を参照して、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１０の抵抗変化特性について説明する。なお、図３においては、横軸を磁場とし、縦軸を抵抗値とし、磁場に対する抵抗値の変化を抵抗変化特性として図示している。
一般的に、磁気抵抗素子を電流が流れる方向と、強磁性体層の磁化の向きとが交差する角度をθとすれば、磁気抵抗素子の電気抵抗Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ２θで表され、抵抗変化特性は磁界０を対称として偶関数特性を持つ。
強磁性体層の磁化の向きを固定し、抵抗変化特性を奇関数化した場合であっても、ΔＲｃｏｓ２θの部分を完全に直線化することが困難であり、巨視的に見た場合には、抵抗変化特性は、ｃｏｓ２関数状で表される。
図３に示すように、第１素子部１１は、外部磁場に対する抵抗変化特性として、ｃｏｓ２関数状で表される第１抵抗変化特性Ｆ１を有する。
第１抵抗変化特性Ｆ１は、外部磁場が０となる第１基準点Ｐ０１に対して、外部磁場の負方向側であって当該第１基準点Ｐ０１から最も近い第１変曲点Ｐ１１を有する。また、第１抵抗変化特性Ｆ１は、外部磁場が０となる第１基準点Ｐ０１に対して、外部磁場の正方向側であって当該第１基準点Ｐ０１から最も近い第２変曲点Ｐ１２を有する。
たとえば、第１変曲点Ｐ１１の抵抗値は、第１基準点Ｐ０１の抵抗値よりも小さくなっている。第２変曲点Ｐ１２の抵抗値は、第１基準点Ｐ０１の抵抗値よりも大きくなっている。これにより、第１抵抗変化特性Ｆ１から求められる第１最小二乗直線Ｌ１は、正の傾きを有する。
第２素子部１２においては、第２強磁性領域１０６２の磁化の向きは、第１素子部１１における第１強磁性領域１０６１の磁化の向きと同じであるが、第２強磁性領域１０６２を流れる電流の向きは、第１強磁性領域１０６１を流れる電流の向きが異なる。これにより、第２素子部１２は、外部磁場に対する抵抗変化特性として、第１抵抗変化特性Ｆ１に合成した場合に、第１抵抗変化特性Ｆ１から求められる第１最小二乗直線Ｌ１と第１抵抗変化特性Ｆ１との乖離量ｄを軽減する第２抵抗変化特性Ｆ２を有する。
たとえば、第２抵抗変化特性Ｆ２は、第１抵抗変化特性Ｆ１と逆の特性を有する。第２抵抗変化特性Ｆ２は、第１抵抗変化特性Ｆ１を図３において上下に反転させたような関数状に表される。
第２抵抗変化特性Ｆ２は、外部磁場が０となる第２基準点Ｐ０２に対して、外部磁場の負方向側であって、当該第２基準点Ｐ０２から最も近い第３変曲点Ｐ１３を有する。また、第２抵抗変化特性Ｆ２は、外部磁場が０となる第２基準点Ｐ０２に対して、外部磁場の正方向側であって当該第２基準点Ｐ０２から最も近い第４変曲点Ｐ１４を有する。
第３変曲点Ｐ１３の抵抗値は、第２基準点Ｐ０２の抵抗値よりも大きくなっている。第４変曲点Ｐ１４の抵抗値は、第２基準点Ｐ０２の抵抗値よりも小さくなっている。これにより、第２抵抗変化特性Ｆ２から求められる第２最小二乗直線Ｌ２は、負の傾きを有する。すなわち、第２最小二乗直線の傾きは、第１最小二乗直線Ｌ１の傾きの逆となっている。
第１素子部１１の第１抵抗変化特性Ｆ１と第２素子部１２の第２抵抗変化特性Ｆ２を合成した合成抵抗変化特性Ｆ３が、本実施の形態の磁気抵抗素子１０の抵抗変化特性となる。
第２抵抗変化特性Ｆ２が、第１抵抗変化特性Ｆ１から求められる第１最小二乗直線Ｌ１と第１抵抗変化特性Ｆ１との乖離量ｄを軽減する特性を有することにより、第２抵抗変化特性Ｆ２と第１抵抗変化特性Ｆ１とを合成することで、当該合成抵抗変化特性Ｆ３から求められる最小二乗直線Ｌ３と合成抵抗変化特性Ｆ３との乖離量を、第１素子部１１における上記第１最小二乗直線Ｌ１と第１抵抗変化特性Ｆ１との乖離量よりも小さくすることができる。
この結果、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１０および磁気センサ１において、出力の線形性を向上させることができる。
さらに、第１抵抗変化特性Ｆ１の第１変曲点Ｐ１１における磁場の値が、第２抵抗変化特性Ｆ２の第３変曲点Ｐ１３における磁場の値に一致し、第１抵抗変化特性Ｆ１の第２変曲点Ｐ１２における磁場の値が、第２抵抗変化特性Ｆ２の第４変曲点における磁場の値に一致する場合には、最小二乗直線Ｌ３と合成抵抗変化特性Ｆ３との乖離量を、第１最小二乗直線Ｌ１と第１抵抗変化特性Ｆ１との乖離量よりも小さくすることができる。
なお、交換結合磁界強度、第１素子部１１および第２素子部１２の長さおよび幅、ならびに、第１強磁性領域１０６１を流れる電流の向きと第２強磁性領域１０６２を流れる電流の向きとの交差角を適宜調整することにより、上記のように第１変曲点Ｐ１１の磁場の値と第３変曲点Ｐ１３の磁場の値とを一致させ、第２変曲点Ｐ１２の磁場の値と第４変曲点Ｐ１４の磁場の値とを一致させることができる。第１素子部１１と第２素子部１２とにおいて、交換結合磁界強度を調整する場合には、第１素子部１１、第２素子部１２を別途独立して形成してもよいし、強磁性体層１０６の厚さを部分的に厚くしたり薄くしたりしてもよい。
また、上記磁気抵抗素子１０を用いた磁気センサ１において、フルブリッジ回路の出力電圧変化率を大きくするためには、第２素子部１２の交換結合磁界強度を第１素子部１１の交換結合磁界強度で割った交換結合磁界強度比を大きくし、第２素子部１２の長手方向に沿った長さを第１素子部１１の長手方向に沿った長さで割った長さ比を小さくすることが好ましい。すなわち、第２素子部１２の電気抵抗の値は、第１素子部１１の電気抵抗の値よりも小さいことが好ましい。第２素子部１２の電気抵抗の値を第１素子部１１の電気抵抗の値よりも小さくすることにより、第１素子部１１と第２素子部１２の合成抵抗値を小さくすることでき、抵抗変化量を合成抵抗値で割った値（センサ出力値）を大きくすることができる。第２素子部１２の電気抵抗の値は、第１素子部１１の電気抵抗の値の１／１０以下であることで、上記センサ出力値をより大きくすることができる。
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る磁気センサを示す図である。図４を参照して、実施の形態２に係る磁気センサ１Ａについて説明する。
図４に示すように、実施の形態２に係る磁気センサ１Ａは、実施の形態１に係る磁気センサ１と比較した場合に、磁気抵抗素子のパターンおよび磁気抵抗素子の構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
磁気センサ１Ａは、４つの磁気抵抗素子１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａを含む。磁気センサ１は、これら４つの磁気抵抗素子１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａを接続し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。
電極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、略矩形形状を描くように配置されている。電極部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、略矩形形状の角部にそれぞれ位置する。
磁気抵抗素子１０Ａは、第１素子部１１Ａ、第２素子部１２Ａ、および接続電極部１３Ａを備える。第１素子部１１Ａの延在方向と、第２素子部１２Ａの延在方向とは交差する。たとえば、第１素子部１１Ａの延在方向と、第２素子部１２Ａの延在方向とは９０°の角度で交差する。なお、第１素子部１１Ａの延在方向と第２素子部１２Ａの延在方向との交差角は、９０°に限定されず、たとえば当該交差角が７０度以上１１０度以下であってもよい。
第１素子部１１Ａの一端側には、電極部Ｐ１が設けられている。第１素子部１１Ａの他端側には、接続電極部１３Ａが設けられている。第１素子部１１Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ１から遠ざかるように傾斜する。
第１素子部１１Ａは、後述する第１強磁性領域１０６１（図５参照）を有する。第１強磁性領域１０６１の磁化方向は、磁石（不図示）によって、第１素子部１１Ａの延在方向と交差する方向に固定されている。たとえば、第１強磁性領域１０６１の磁化方向は、第１素子部１１Ａの延在方向に対して４５°の角度で傾斜している。
第１素子部１１Ａにおいて、第１強磁性領域１０６１を流れる電流は、第１素子部１１Ａの延在方向に沿って流れる。第１強磁性領域１０６１を流れる電流の方向と、第１強磁性領域１０６１の磁化方向とは交差する。
第２素子部１２Ａの一方端部側には、接続電極部１３Ａが設けられている。第２素子部１２Ａの他方端部側には、電極部Ｐ２が設けられている。第２素子部１２Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ２から遠ざかるように傾斜する。
第２素子部１２Ａは、後述する第２強磁性領域１０６２（図５参照）を有する。第２強磁性領域１０６２の磁化方向は、磁石（不図示）によって、第２素子部１２Ａの延在方向と交差する方向に固定されている。たとえば、第２強磁性領域１０６２の磁化方向は、第２素子部１２Ａの延在方向に対して４５°の角度で傾斜している。第２強磁性領域１０６２の磁化方向は、第１強磁性領域１０６１の磁化方向と同じ向きである。
第２素子部１２Ａにおいて、第２強磁性領域１０６２を流れる電流は、第２素子部１２Ａの延在方向に沿って流れる。
磁気抵抗素子２０Ａは、第１素子部２１Ａ、第２素子部２２Ａ、および接続電極部２３Ａを備える。磁気抵抗素子２０Ａは、磁気抵抗素子１０Ａと比較した場合に、第１素子部２１Ａおよび第２素子部２２Ａの延在方向が相違する。その他の構成は、ほぼ同様である。
第１素子部２１Ａの一端側には、電極部Ｐ３が設けられている。第１素子部２１Ａの他端側には、接続電極部２３Ａが設けられている。第１素子部２１Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ３から離れる方向に傾斜する。第１素子部２１Ａの延在方向は、磁気抵抗素子１０の第２素子部１２Ａの延在方向と平行である。
第２素子部２２Ａの一方端部側には、接続電極部２３Ａが設けられている。第２素子部２２Ａの他方端部側には、電極部Ｐ２が設けられている。第２素子部２２Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ２から遠ざかるように傾斜する。第２素子部２２Ａの延在方向は、磁気抵抗素子１０の第１素子部１１Ａの延在方向と平行である。
磁気抵抗素子３０Ａは、第１素子部３１Ａ、第２素子部３２Ａ、および接続電極部３３Ａを備える。磁気抵抗素子３０Ａは、磁気抵抗素子１０Ａと比較した場合に、第１素子部３１Ａおよび第２素子部３２Ａの延在方向が相違する。その他の構成は、ほぼ同様である。
第１素子部３１Ａの一端側には、接続電極部３３Ａが設けられている。第１素子部３１Ａの他端側には、電極部Ｐ１が設けられている。第１素子部３１Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ１から離れる方向に傾斜する。第１素子部３１Ａの延在方向は、磁気抵抗素子１０の第２素子部１２Ａの延在方向と平行である。
第２素子部３２Ａの一方端部側には、電極部Ｐ４が設けられている。第２素子部３２Ａの他方端部側には、接続電極部３３Ａが設けられている。第２素子部３２Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ４から遠ざかるように傾斜する。第２素子部３２Ａの延在方向は、磁気抵抗素子１０の第１素子部１１Ａの延在方向と平行である。
磁気抵抗素子４０Ａは、第１素子部４１Ａ、第２素子部４２Ａ、および接続電極部４３Ａを備える。磁気抵抗素子４０Ａは、磁気抵抗素子１０Ａと比較した場合に、第１素子部４１Ａおよび第２素子部４２Ａの配置が相違する。その他の構成は、ほぼ同様である。
第１素子部４１Ａの一端側には、接続電極部４３Ａが設けられている。第１素子部４１Ａの他端側には、電極部Ｐ３が設けられている。第１素子部４１Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ１から離れる方向に傾斜する。第１素子部４１Ａの延在方向は、磁気抵抗素子１０の第１素子部１１Ａと平行である。
第２素子部４２Ａの一方端部側には、電極部Ｐ４が設けられている。第２素子部４２Ａの他方端部側には、接続電極部４３Ａが設けられている。第２素子部４２Ａは、フルブリッジ回路の外側から内側に向かうにつれて、電極部Ｐ４から遠ざかるように傾斜する。第２素子部４２Ａの延在方向は、磁気抵抗素子１０の第１素子部１１Ａの延在方向と平行である。
磁気抵抗素子１０Ａ，３０Ａが、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２０Ａ，４０Ａが、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、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１０Ａ，３０Ａは、正出力性を有し、磁気抵抗素子２０Ａ，４０Ａは負出力性を有する。
電極部Ｐ２と電極部Ｐ４との間に電源電圧Ｖｃｃを印加すると、電極部Ｐ１および電極部Ｐ３からは、磁界強度に応じて、出力電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が取り出される。出力電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、差動増幅器（不図示）を介して差動増幅される。
図５は、実施の形態２に係る磁気抵抗素子を示す断面図である。図５を参照して、実施の形態２に係る磁気抵抗素子１０Ａについて説明する。
なお、磁気抵抗素子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａは、磁気抵抗素子１０Ａと比較して、第１素子部、接続電極部、および第２素子部の配置が相違し、その他の構成についてはほぼ同等である。このため、磁気抵抗素子１０Ａの構成を代表して説明し、磁気抵抗素子２０Ａ，３０Ａ，４０Ａの詳細な構成については説明を省略する。
図５に示すように、磁気抵抗素子１０Ａは、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１０と比較した場合に、磁気抵抗素子のパターンおよび磁気抵抗素子の構成が相違する。磁気抵抗素子１０Ａは、基板１００、絶縁層１０１、積層体１０２Ａ、接続電極部１３Ａ、第１電極部１６、第２電極部１７、および保護層１０９を備える。
基板１００としては、たとえば、シリコン基板が用いられる。また、基板１００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１０１を省略することができる。
絶縁層１０１は、基板１００の主表面全体を覆うように設けられている。絶縁層１０１は、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）や酸化アルミ膜（Ａｌ２Ｏ３）が用いられる。絶縁層１０１は、これらシリコン酸化膜および酸化アルミ膜に限定されず、基板１００と絶縁がとれるものであれば適宜採用することができる。絶縁層１０１は、たとえば、ＣＶＤ法等によって形成することができる。
積層体１０２Ａは、第１素子部１１Ａおよび第２素子部１２Ａを含む。上述の説明および図４に示すように、第１素子部１１Ａの延在方向と、第２素子部１２Ａの延在方向とは交差する。第１素子部１１Ａおよび第２素子部１２Ａは、互いに離間して設けられている。第１素子部１１Ａおよび第２素子部１２Ａは、積層体１０２Ａの前駆体である積層膜をパターニングすることで形成される。積層膜は、後述する下地層１０３の前駆体となる下地膜、強磁性体層１０６の前駆体となる強磁性体膜、および後述するキャップ層１０７の前駆体となるキャップ膜を積層することで形成される。
積層体１０２Ａは、絶縁層１０１上に設けられている。積層体１０２Ａは、下地層１０３、強磁性体層１０６、およびキャップ層１０７を有する。
下地層１０３は、基板１００上に設けられている。下地層１０３としては、たとえばＴａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等の金属からなる１つの金属膜を用いることができる。下地層１０３は、強磁性体層１０６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１０３は、強磁性体層１０６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。
強磁性体層１０６は、下地層１０３上に設けられている。なお、下地層１０３が省略される場合には、強磁性体層１０６は、絶縁層１０１上に設けられる。
強磁性体層１０６は、ＣｏとＦｅとを含む合金、ＮｉとＦｅとを含む合金、ＮｉとＣｏを含む合金、ＣｏまたはＮｉを含む金属層など、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。
なお、強磁性体層１０６の磁化方向は、磁石（不図示）によって固定されている。第１素子部１１Ａにおける強磁性体層、すなわち第１強磁性領域１０６１の磁化方向は、第１素子部１１Ａの延在方向に対して４５°の角度で傾斜している。第２素子部１２Ａにおける強磁性体層、すなわち第２強磁性領域１０６２の磁化方向は、第２素子部１２Ａの延在方向に対して４５°の角度で傾斜している。第１強磁性領域１０６１の磁化方向と第２強磁性領域１０６２の磁化方向とは同じ向きである。
キャップ層１０７は、強磁性体層１０６上に設けられている。キャップ層１０７としては、Ｔａ等の金属からなる１つの金属膜を用いることができる。なお、キャップ層１０７は省略することができる。
接続電極部１３Ａは、第１強磁性領域１０６１および第２強磁性領域１０６２に電気的に接続され、第１素子部１１の他端側および第２素子部１２の一方端部側を接続する。接続電極部１３Ａは、第１素子部１１Ａの他端側に位置する上面の一部および第１素子部１１Ａの他端側の側面、ならびに、第２素子部１２Ａの一方端部側に位置する上面の一部および第２素子部１２Ａの他方端部側の側面を覆うように設けられている。接続電極部１３Ａは、Ａｌ等の電気導電性の良好な金属材料からなる。
第１電極部１６は、磁気抵抗素子１０Ａの一方側に設けられている。第１電極部１６は、第１素子部１１Ａの一端側に位置する上面および側面を覆うように設けられている。第１電極部１６は、図４においては、電極部Ｐ１に相当する。
第２電極部１７は、磁気抵抗素子１０Ａの他方側に設けられている。第２電極部１７は、第２素子部１２Ａの他方端部側に位置する上面および側面を覆うように設けられている。第２電極部１７は、図４においては、電極部Ｐ２に相当する。
このように構成される場合であっても、第１強磁性領域１０６１の磁化方向と第２強磁性領域１０６２の磁化方向とが同じ向きとなる。また、第１強磁性領域１０６１を流れる電流の方向と第１強磁性領域１０６１の磁化方向とは交差し、第２強磁性領域１０６２を流れる電流の方向と第２強磁性領域１０６２の磁化方向とは交差する。さらに、第１強磁性領域１０６１を流れる電流の方向と第２強磁性領域１０６２を流れる電流の方向とが交差する。
これにより、第２素子部１２Ａが有する外部磁場に対する抵抗変化特性は、第１素子部における外部磁場に対する抵抗変化特性に合成した場合に、第１素子部の抵抗変化特性から求められる最小二乗直線と第１素子部の抵抗変化特性との乖離量を軽減することとなる。
以上の結果、実施の形態２に係る磁気抵抗素子１０Ａ、およびこれを備えた磁気センサ１Ａは、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１０、および磁気センサ１とほぼ同様の効果が得られる。
（検証実験）
図６は、実施の形態の効果を検証するために行なった第１実験の結果を示す図である。図６を参照して、実施の形態の効果を検証するために行なった第１実験の結果について説明する。
第１実験においては、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１０とほぼ同様の構成を有する４種類の磁気抵抗素子を準備した。４種類の磁気抵抗素子としては、第２素子部１２の長さを第１素子部１１の長さで割った長さ比を０．０３、０．０５、０．１、０．５とする磁気抵抗素子を準備した。
これら４種類の磁気抵抗素子について、第２素子部１２の交換結合磁界強度を第１素子部１１の交換結合磁界強度で割った交換結合磁界強度比を変化させ、磁気抵抗素子の抵抗変化特性における直線性を評価した。
直線性の評価としては、磁気抵抗素子の外部磁場に対する抵抗変化特性において、抵抗値の最大値と最小値との差を基準量とした場合に、当該抵抗変化特性から求められる最小二乗直線と所定の磁場における抵抗値との乖離量の絶対値が当該基準量に占める割合（％）を算出した。所定の磁場とは、たとえば−１０［ｍＴ］や１０［ｍＴ］である。
直線性を評価した結果、図６に示すように、４種類の磁気抵抗素子の各々において、下に凸となる略Ｖ字または略Ｕ字形状を有するグラフが得られた。これにより、各磁気抵抗素子にて、当該グラフが極小値を示す交換結合磁化強度比を選択することにより、磁気抵抗素子の抵抗変化特性における直線性、すなわち出力の線形性を効果的に向上できることが確認された。
図７は、実施の形態の効果を検証するために行なった第２実験の結果を示す図である。図７を参照して、実施の形態の効果を検証するために行なった第２実験の結果について説明する。
第２実験においては、実施の形態１に係る磁気抵抗素子１０とほぼ同様の構成を有する３種類の磁気抵抗素子を準備した。３種類の磁気抵抗素子としては、第２素子部１２の交換結合磁界強度を第１素子部１１の交換結合磁界強度で割った交換結合磁界強度比を１．４、３．５、５．５とする磁気抵抗素子を準備した。
これら３種類の磁気抵抗素子について、第２素子部１２の長さを第１素子部１１の長さで割った長さ比を変化させ、磁気抵抗素子の抵抗変化特性における直線性を評価した。直線性の評価は、上述の第１実験と同様の方法で評価した。
直線性を評価した結果、図７に示すように、３種類の磁気抵抗素子の各々において、下に凸となる略Ｖ字形状または略Ｕ字形状を有するグラフが得られた。これにより、各磁気抵抗素子にて、当該グラフが極小値を示す長さ比を選択することにより、磁気抵抗素子の抵抗変化特性における直線性、すなわち出力の線形性を効果的に向上できることが確認された。
図８は、実施の形態の効果を検証するために行なった第３実験の結果を示す図である。図８を参照して、実施の形態の効果を検証するために行なった第３実験の結果について説明する。
第３実験においては、実施例１から３に係る磁気抵抗素子、および比較例に係る磁気抵抗素子を準備し、これらについて直線性を評価した。なお、直線性の評価としては、磁気抵抗素子の外部磁場に対する抵抗変化特性において、抵抗値の最大値と最小値との差を基準量とした場合に、当該抵抗変化特性から求められる最小二乗直線と抵抗値との乖離量の絶対値が当該基準量に占める割合（％）を磁場毎に算出した。
実施例１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とほぼ同様の構成を有する。実施例１に係る磁気抵抗素子においては、第２素子部１２の交換結合磁界強度を第１素子部１１の交換結合磁界強度で割った交換結合磁界強度比を５．５とし、第２素子部１２の長さを第１素子部１１の長さで割った長さ比を０．０５とした。すなわち図７において、交換結合磁界強度比を５．５とした場合に、グラフが極小値となる長さ比を選定した。
実施例２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とほぼ同様の構成を有する。実施例１に係る磁気抵抗素子においては、第２素子部１２の交換結合磁界強度を第１素子部１１の交換結合磁界強度で割った交換結合磁界強度比を３．５とし、第２素子部１２の長さを第１素子部１１の長さで割った長さ比を０．１とした。すなわち図７において、交換結合磁界強度比を３．５とした場合に、グラフが極小値となる長さ比を選定した。
実施例３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とほぼ同様の構成を有する。実施例３に係る磁気抵抗素子においては、第２素子部１２の交換結合磁界強度を第１素子部１１の交換結合磁界強度で割った交換結合磁界強度比を１．４とし、第２素子部１２の長さを第１素子部１１の長さで割った長さ比を０．５とした。すなわち図７において、交換結合磁界強度比を１．４とした場合に、グラフが極小値となる長さ比を選定した。
比較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から第２素子部１２を除去した構成、すなわち積層体が第１素子部１１のみを備える構成を有する。
実施例１における出力電圧変化率は、６．２（％）となった。また、実施例１における直線性は、比較例における直線性よりも改善されていた。
実施例２における出力電圧変化率は、５．８（％）となった。また、実施例１における直線性は、比較例および実施例１における直線性よりも改善されていた。
実施例３における出力電圧変化率は、２．４（％）となった。また、実施例１における直線性は、比較例および実施例２における直線性よりも改善されていた。
以上のように、実施例１から３と比較例とを比較して、実施の形態１に係る構成を有する磁気抵抗素子にあっては、直線性を改善でき、出力の線形性を向上させることができることが実験的にも確認されたと言える。
また、実施例１から３の結果から、第２素子部１２の交換結合磁界強度を第１素子部１１の交換結合磁界強度で割った交換結合磁界強度比を大きくし、第２素子部１２の長さを第１素子部１１の長さで割った長さ比を小さくすることにより、出力電圧変化率を大きくできることが実験的にも確認されたと言える。
図９は、実施の形態の効果を検証するために行なった第４実験例の結果を示す図である。図９を参照して、実施の形態の効果を検証するために行なった第４実験の結果について説明する。
第４実験においては、第３実験の実施例１から３に係る磁気抵抗素子において、第１強磁性領域１０６１を電流が流れる方向と、第２強磁性領域１０６２を電流が流れる方向とが交差する交差角を変化させ、磁気抵抗素子の抵抗変化特性における直線性を評価した。
具体的には、実施例１から３に係る磁気抵抗素子において、第１素子部１１にて互いに隣り合う第１バーバーポール電極１４間を最短でつなぐ方向と第２素子部１２にて互いに隣り合う第２バーバーポール電極１５間を最短でつなぐ方向とを交差する交差角を変化させ、磁気抵抗素子の抵抗変化特性における直線性を評価した。直線性の評価は、上述の第１実験と同様の方法で評価した。
図９に示すように、実施例１から３に係る磁気抵抗素子の各々において、略Ｕ字形状を有するグラフが得られた。このような結果から、第１強磁性領域１０６１を電流が流れる方向と、第２強磁性領域１０６２を電流が流れる方向とが交差する交差角７０度以上１１０度以下であることにより、直線性を向上でき、当該交差角が８５度以上９５度以下となることにより、さらに直線性を向上できることが実験的にも確認されたと言える。
以上、今回発明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 磁気センサ、１０，１０Ａ 磁気抵抗素子、１１，１１Ａ 第１素子部、１２，１２Ａ 第２素子部、１３，１３Ａ 接続電極部、１４ 第１バーバーポール電極、１５ 第２バーバーポール電極、１６ 第１電極部、１７ 第２電極部、２０，２０Ａ 磁気抵抗素子、２１，２１Ａ 第１素子部、２２，２２Ａ 第２素子部、２３，２３Ａ 接続電極部、２４ 第１バーバーポール電極、２５ 第２バーバーポール電極、３０，３０Ａ 磁気抵抗素子、３１，３１Ａ 第１素子部、３２，３２Ａ 第２素子部、３３，３３Ａ 接続電極部、３４ 第１バーバーポール電極、３５ 第２バーバーポール電極、４０，４０Ａ 磁気抵抗素子、４１，４１Ａ 第１素子部、４２，４２Ａ 第２素子部、４３，４３Ａ 接続電極部、４４ 第１バーバーポール電極、４５ 第２バーバーポール電極、１００ 基板、１０１ 絶縁層、１０２，１０２Ａ 積層体、１０３ 下地層、１０４ 反強磁性体層、１０５ 交換結合磁界調整層、１０６ 強磁性体層、１０７ キャップ層、１０９ 保護層、１０９ａ，１０９ｂ コンタクトホール、１０６１ 第１強磁性領域、１０６２ 第２強磁性領域。

Claims (9)

  1. 一端および他端を有し、第１強磁性領域を含む第１素子部と、
    一方端部および他方端部を有し、前記一方端部が前記第１素子部の前記他端側に配置され、かつ、第２強磁性領域を含む第２素子部と、
    前記第１強磁性領域に電気的に接続され、前記第１素子部の前記一端側に設けられた第１電極部、前記第１強磁性領域および前記第２強磁性領域に電気的に接続され、前記第１素子部の前記他端側および前記第２素子部の前記一方端部側を接続する接続電極部、ならびに、前記第２強磁性領域に電気的に接続され、前記第２素子部の前記他方端部側に設けられた第２電極部を少なくとも含む複数の電極部と、を備え、
    前記第１強磁性領域の磁化方向および前記第２強磁性領域の磁化方向が同じ向きであり、
    前記第１強磁性領域を流れる電流の方向および前記第１強磁性領域の磁化方向が交差し、前記第２強磁性領域を流れる電流の方向および前記第２強磁性領域の磁化方向が交差し、かつ、前記第１強磁性領域を流れる電流の方向と、前記第２強磁性領域を流れる電流の方向とが交差する、磁気抵抗素子。
  2. 前記第１素子部は、外部磁場に対する抵抗変化特性として、ｃｏｓ２関数状で表される第１抵抗変化特性を有し、
    前記第２素子部は、外部磁場に対する抵抗変化特性として、前記第１抵抗変化特性に合成した場合に、前記第１抵抗変化特性から求められる第１最小二乗直線と前記第１抵抗変化特性との乖離量を軽減する第２抵抗変化特性を有する、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
  3. 前記第１抵抗変化特性において、外部磁場が０となる第１基準点に対して、外部磁場の負方向側であって前記第１基準点から最も近い変曲点を第１変曲点とし、前記第１基準点に対して、外部磁場の正方向側であって前記第１基準点から最も近い変曲点を第２変曲点とし、前記第２抵抗変化特性において、外部磁場が０となる第２基準点に対して、外部磁場の負方向側であって前記第２基準点から最も近い変曲点を第３変曲点とし、前記第２基準点に対して、外部磁場の正方向側であって前記第２基準点から最も近い変曲点を第４変曲点とした場合に、
    前記第１変曲点および前記第３変曲点における磁場の値が一致し、
    前記第２変曲点および前記第４変曲点における磁場の値が一致する、請求項２に記載の磁気抵抗素子。
  4. 前記第２素子部の電気抵抗は、前記第１素子部の電気抵抗よりも小さく、
    前記第１最小二乗直線の傾きと前記第２抵抗変化特性から求められる第２最小二乗直線の傾きとが逆である、請求項２または３に記載の磁気抵抗素子。
  5. 前記第１強磁性領域を電流が流れる方向と、前記第２強磁性領域を電流が流れる方向とが交差する交差角が７０度以上１１０度以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
  6. 前記第２素子部の電気抵抗の値は、前記第１素子部の電気抵抗の値の１／１０以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
  7. 前記複数の電極部は、前記第１電極部と前記接続電極部の間に位置する前記第１強磁性領域上に互いに離間して設けられた複数の第１バーバーポール電極と、前記接続電極部と前記第２電極部の間に位置する前記第２強磁性領域上に互いに離間して設けられた複数の第２バーバーポール電極と、を含み、
    前記第１素子部の延在方向と前記第２素子部の延在方向とが平行であり、
    互いに隣り合う前記第１バーバーポール電極間を最短でつなぐ方向と、互いに隣り合う前記第２バーバーポール電極間を最短でつなぐ方向とが交差する、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
  8. 前記第１強磁性領域を電流が流れる方向は、前記第１素子部の延在方向と平行であり、
    前記第２強磁性領域を電流が流れる方向は、前記第２素子部の延在方向と平行であり、
    前記第１素子部の延在方向と前記第２素子部の延在方向とが交差する、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子を備えた磁気センサ。
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