WO2019064994A1

WO2019064994A1 - 交換結合膜ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置

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Publication number: WO2019064994A1
Application number: PCT/JP2018/030751
Authority: WO
Inventors: 正路齋藤; 広明遠藤; 文人小池
Original assignee: アルプスアルパイン株式会社
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2019-04-04
Also published as: US20200284857A1; JP6951454B2; JPWO2019064994A1; US11428757B2; CN111052424A; CN111052424B

Abstract

固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく高温条件下における安定性が高く、しかも強磁場耐性に優れる交換結合膜１０は、反強磁性層２と強磁性層２に接する固定磁性層３とを備えており、反強磁性層２は、Ｘ^１Ｃｒ層（ただし、Ｘ^１は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）２ＡとＸ^２Ｍｎ層（ただし、Ｘ^２は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ^１と同じでも異なっていてもよい）２Ｂとが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有する。

Description

交換結合膜ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置

　本発明は交換結合膜ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置に関する。

　反強磁性層と固定磁性層とを備えた交換結合膜は、磁気抵抗効果素子や磁気検出装置として用いられる。特許文献１には、磁気記録用媒体において、強磁性層としてのＣｏ合金と、反強磁性層としての種々の合金とを組み合わせることにより交換結合膜を構成できることが記載されている。反強磁性層としては、ＣｏＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＣｒなどの合金が例示されている。

特開２０００－２１５４３１号公報

　磁気検出装置は、磁気効果素子を基板に実装する際、はんだをリフロー処理（溶融処理）する必要があり、また、エンジンの周辺のような高温環境下において、用いられることがある。このため、磁気検出装置に用いられる交換結合膜には、広いダイナミックレンジで磁界を検出可能とするために、固定磁性層の磁化の方向が反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく、高温条件下における安定性が高いことが好ましい。
　特許文献１は、磁気記録媒体として用いられる交換結合膜に関するものであることから、交換結合膜を用いた磁気検出装置の高温条件下における安定性については記載されていない。
　また、近時、大出力モータなど強磁場発生源の近傍に配置されて強磁場が印加される環境であっても、固定磁性層の磁化の向きが影響を受けにくいこと、すなわち、強磁場耐性が求められている。

　本発明は、固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく、ゆえに高温条件下における安定性が高く、しかも強磁場耐性に優れる交換結合膜、ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置を提供することを目的としている。

　上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様として、反強磁性層と、前記反強磁性層に接する固定磁性層とを備える交換結合膜であって、前記反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層（ただし、Ｘ^１は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ^２Ｍｎ層（ただし、Ｘ^２は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ^１と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有することを特徴とする交換結合膜を提供する。
　上記の交換結合膜は、例えば、前記Ｘ^１がＰｔであり、前記Ｘ^２がＰｔまたはＩｒであってもよい。

　図６は、本発明に係る交換結合膜の磁化曲線のヒステリシスループを説明する図である。通常、軟磁性体のＭ－Ｈ曲線（磁化曲線）が作るヒステリシスループは、Ｈ軸とＭ軸との交点（磁界Ｈ＝０Ａ／ｍ、磁化Ｍ＝０Ａ／ｍ）を中心として対称な形状となるが、図６に示されるように、本発明に係る交換結合膜のヒステリシスループは、反強磁性層と交換結合する強磁性層を備える固定磁性層に対して交換結合磁界Ｈｅｘが作用するため、交換結合磁界Ｈｅｘの大きさに応じてＨ軸に沿ってシフトした形状となる。交換結合膜の固定磁性層は、この交換結合磁界Ｈｅｘが大きいほど外部磁界が印加されても磁化の向きが反転しにくいため、良好な固定磁性層となる。

　このＨ軸に沿ってシフトしたヒステリシスループの中心（この中心の磁界強度が交換結合磁界Ｈｅｘに相当する。）とヒステリシスループのＨ軸切片との差によって定義される保磁力ＨｃがＨｅｘよりも小さい場合には、外部磁場が印加されて交換結合膜の固定磁性層がその外部磁場に沿った方向に磁化されたとしても、外部磁場の印加が終了すれば、保磁力Ｈｃよりも相対的に強いＨｅｘによって、固定磁性層の磁化の方向を揃えることが可能となる。すなわち、Ｈｅｘと保磁力Ｈｃとの関係がＨｅｘ＞Ｈｃである場合には、交換結合膜は良好な強磁場耐性を有する。

　そして、上記のＨｅｘと保磁力Ｈｃとの関係が顕著である場合には、図６に示されるように、残留磁化Ｍ０の飽和磁化Ｍｓに対する比（Ｍ０／Ｍｓ）が負の値となる。すなわち、Ｍ０／Ｍｓが負の値であれば交換結合膜はより良好な強磁場耐性を有し、Ｍ０／Ｍｓが負の値でその絶対値が大きければ大きいほど、交換結合膜は優れた強磁場耐性を有する。

　本発明に係る交換結合膜は、Ｍ０／Ｍｓが負の値となって、しかもその絶対値を大きくすることが実現され、それゆえ、優れた強磁場耐性を有する。また、本発明に係る交換結合膜は、反強磁性層をＸ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層とが交互に三層以上積層された交互積層構造を有するため、特に、高温環境下におけるＨｅｘが大きくなる。それゆえ、本発明に係る交換結合膜は高温環境下において優れた強磁場耐性を有する。

　上記の交換結合膜において、前記反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有する構成としてもよい。この場合、前記ユニット積層部における、前記Ｘ^１Ｃｒ層および前記Ｘ^２Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚であり、前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚が、前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚よりも大きいことが好ましい。この場合において、前記ＰｔＣｒ層の膜厚と、前記ＰｔＭｎ層の膜厚と前記ＩｒＭｎ層の膜厚との総和との比は、５：１～１００：１であることが好ましい。

　本発明は、他の一態様として、反強磁性層と、前記反強磁性層に接する固定磁性層とを備える交換結合膜であって、前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、前記強磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記強磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、前記第２領域の全域にＭｎを含有することを特徴とする交換結合膜を提供する。

　上記の交換結合膜において、前記第１領域が前記強磁性層に接していてもよい。上記の交換結合膜の前記反強磁性層における元素Ｘの含有量は３０ａｔ％以上であることが好ましい。

　上記の交換結合膜において、前記固定磁性層は、第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されているセルフピン止め構造であってもよい。

　本発明は、他の一態様として、上記の交換結合膜とフリー磁性層とが積層されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。

　本発明は、他の一態様として、上記の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする磁気検出装置を提供する。
　上記の磁気検出装置は、同一基板上に上記の磁気抵抗効果素子を複数備えており、複数の前記磁気抵抗効果素子には、固定磁化方向が異なるものが含まれていてもよい。

　本発明によれば、高温条件下における安定性が向上し、しかも強磁場耐性に優れる交換結合膜が提供される。したがって、本発明の交換結合膜とフリー磁性層とが積層された磁気抵抗効果素子を用いれば、高温環境下や強磁場環境下に置かれても安定な磁気検出装置とすることが可能である。

本発明の第１の実施形態の交換結合膜１０の膜構成を示す説明図本発明の第２の実施形態の交換結合膜１５の膜構成を示す説明図本発明の第３の実施形態の交換結合膜２０の膜構成を示す説明図本発明の実施形態の磁気センサ３０の回路ブロック図磁気センサ３０に使用される磁気検出素子１１を示す平面図本発明に係る交換結合膜の磁化曲線のヒステリシスループの説明図実施例１および比較例１～２の温度とＨｅｘとの関係を示すグラフ実施例１および比較例１～２の温度と規格Ｈｅｘとの関係を示すグラフ参考例１～３の比抵抗を示すグラフ参考例１～３のAs depo（製膜直後）に対する比抵抗変動率を示すグラフ参考例４～５の交換結合膜の各温度におけるＨｅｘを室温のＨｅｘで除して得られた規格化Ｈｅｘを示すグラフ実施例２－１から実施例２－８および比較例２－１から比較例２－３に係る交換結合膜についての残留磁化Ｍ０／飽和磁化Ｍｓと交換結合磁界Ｈｅｘとの関係を示すグラフ実施例２－１から実施例２－８および比較例２－１から比較例２－３に係る交換結合膜についての交換結合磁界Ｈｅｘ／保持力Ｈｃと交換結合磁界Ｈｅｘとの関係を示すグラフ実施例２－５に係る交換結合膜のデプスプロファイル実施例２－５に係る積層構造体のデプスプロファイル（ａ）実施例２－１に係る積層構造体のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）実施例２－１に係る積層構造体のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイル（ａ）実施例２－１に係る交換結合膜のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）実施例２－１に係る交換結合膜のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイル（ａ）実施例２－５に係る積層構造体（未アニール処理）のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）実施例２－５に係る積層構造体（未アニール処理）のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイル（ａ）実施例２－５に係る交換結合膜のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）実施例２－５に係る交換結合膜のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイル実施例３－１ならびに比較例３－１および比較例３－２に係るＸ線回折スペクトル（ａ）図２０について２θが４５度～５０度の範囲を拡大したＸ線回折スペクトル、（ｂ）図２０について２θが１０２度～１１２度の範囲を拡大したＸ線回折スペクトル

＜第１の実施形態＞
　図１に本発明の第１の実施形態に係る交換結合膜１０を使用した磁気検出素子１１の膜構成が示されている。
　磁気検出素子１１は、基板の表面から、下地層１、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５および保護層６の順に積層されて成膜されている。

　反強磁性層２は、Ｘ^１Ｃｒ層２ＡとＸ^２Ｍｎ層２Ｂとが交互に三層積層された交互積層構造（ただし、Ｘ^１およびＸ^２はそれぞれ白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であり、Ｘ^１とＸ^２とは同じでも異なっていてもよい）である。これら各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。反強磁性層２と固定磁性層３とが本発明の第１の実施の形態の交換結合膜１０である。

　磁気検出素子１１は、いわゆるシングルスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した積層素子であり、固定磁性層３の固定磁化のベクトルと、フリー磁性層５の外部磁場によって変化する磁化のベクトルとの相対関係で電気抵抗が変化する。

　下地層１は、ＮｉＦｅＣｒ合金（ニッケル・鉄・クロム合金）、ＣｒあるいはＴａなどで形成される。本実施形態の交換結合膜１０において固定磁性層３の磁化の向きが反転する磁界（以下、適宜「Ｈｅｘ」ともいう）を高くするために、ＮｉＦｅＣｒ合金が好ましい。

　図１には、Ｘ^１Ｃｒ層２ＡとＸ^２Ｍｎ層２Ｂとが三層以上積層された交互積層構造の一態様として、Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層２Ａの三層構造であってＸ^１Ｃｒ層２Ａが固定磁性層３に接する反強磁性層２を示した。しかし、Ｘ^１Ｃｒ層２ＡとＸ^２Ｍｎ層２Ｂとを入れ替えた、Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂの三層構造としてもよい。この三層構造の場合、Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂが固定磁性層３に接する。反強磁性層２を４層以上とする場合の形態については、後述する。

　Ｈｅｘを高くするためには、Ｘ^１Ｃｒ層２Ａが固定磁性層３に接する場合、下地層１側のＸ^１Ｃｒ層２Ａの膜厚Ｄ１は、固定磁性層３に接するＸ^１Ｃｒ層２Ａの膜厚Ｄ３よりも大きいことが好ましい。また、反強磁性層２のＸ^１Ｃｒ層２Ａの膜厚Ｄ１は、Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂの膜厚Ｄ２よりも大きいことが好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ２の比（Ｄ１：Ｄ２）は、５：１～１００：１がより好ましく、１０：１～５０：１がさらに好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ３の比（Ｄ１：Ｄ３）は、５：１～１００：１がより好ましく、１０：１～５０：１がさらに好ましい。

　なお、Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂが固定磁性層３に接するＸ^２Ｍｎ層２Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂの三層構造の場合、固定磁性層３に接するＸ^２Ｍｎ層２Ｂと下地層１側のＸ^１Ｃｒ層２Ａとを同じ膜厚Ｄ２としてもよい。

　Ｈｅｘを高くする観点から、Ｘ^１Ｃｒ層２ＡのＸ^１はＰｔが好ましく、Ｘ^２Ｍｎ層２ＢのＸ^２は、ＰｔまたはＩｒが好ましく、Ｐｔがより好ましい。Ｘ^１Ｃｒ層２ＡをＰｔＣｒ層とする場合、Ｐｔ_ＸＣｒ_{１００－Ｘ}（Ｘは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）であることが好ましく、Ｘ^１ _ＸＣｒ_{１００－Ｘ}（Ｘは５０ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であることがより好ましい。同様の観点から、Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂは、ＰｔＭｎ層が好ましい。

　本実施形態では、反強磁性層２をアニール処理して規則化し、固定磁性層３との間（界面）で交換結合を生じさせる。交換結合に基づく磁界（交換結合磁界）によって交換結合膜１０のＨｅｘを高くするとともに強磁場耐性を向上させる。この規則化に基づく交換結合の発生を安定的に実現させる観点から、反強磁性層２全体における元素Ｘ^１および元素Ｘ^２の含有量の総和は、３０ａｔ％以上であることが好ましく、４０ａｔ％以上であることがより好ましく、４５ａｔ％以上であることが特に好ましい。

　固定磁性層３は、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、ＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）またはＮｉＦｅ合金（ニッケル・鉄合金）で形成される。ＣｏＦｅ合金およびＮｉＦｅ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。固定磁性層３はスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層であり、固定磁性層３の固定磁化方向Ｐが延びる方向が磁気検出素子１１の感度軸方向である。

　交換結合膜１０は、固定磁性層３におけるＦｅの含有割合によらず、高いＨｅｘが得られる。これは、上述した積層構造を備えた反強磁性層２が多種類の強磁性材料と交換結合するためである。
　磁歪の観点から交換結合膜１０に設計上の制約が生じることがある。しかし、交換結合膜１０の反強磁性層２が多種類の強磁性材料と交換結合するから、固定磁性層３として用いる合金の組成に依存せず高いＨｅｘが得られる。このように、交換結合膜１０は、固定磁性層３として多種類の金属、合金を用いることが可能であるため、使用できる材料の選択幅が広く、従来よりも設計上の自由度が高いという点において優れている。

　非磁性材料層４は、Ｃｕ（銅）、Ｒｕ（ルテニウム）などを用いて形成することができる。
　フリー磁性層５は、その材料および構造が限定されるものではないが、例えば、材料としてＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）、ＮｉＦｅ合金（ニッケル・鉄合金）などを用いることができ、単層構造、積層構造、積層フェリ構造などとして形成することができる。
　保護層６は、Ｔａ（タンタル）などを用いて形成することができる。

　なお、交換結合膜１０のＸ^１Ｃｒ層２Ａなど合金層を成膜する際には、合金を形成する複数種類の金属（Ｘ^１Ｃｒ層２Ａの場合にはＸ^１およびＣｒ）を同時に供給してもよいし、合金を形成する複数種類の金属を交互に供給してもよい。前者の具体例として合金を形成する複数種類の金属の同時スパッタが挙げられ、後者の具体例として異なる種類の金属膜の交互積層が挙げられる。合金を形成する複数種類の金属の同時供給が交互供給よりもＨｅｘを高めることにとって好ましい場合がある。

＜第２の実施形態＞
　図２に本発明の第２の実施形態の交換結合膜１５を使用した磁気検出素子（磁気抵抗効果素子）１６の膜構成を示す説明図が示されている。本実施形態では、図１に示す磁気検出素子１１と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
　図２に示す第２の実施形態の磁気検出素子１６が図１の磁気検出素子１１と相違している点は、反強磁性層２が４層以上であり、Ｘ^１Ｃｒ層２ＡとＸ^２Ｍｎ層２Ｂ（図１参照）とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有する点である。図２では、Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ１とＸ^２Ｍｎ層２Ｂ１とからなるユニット積層部２Ｕ１からＸ^１Ｃｒ層２ＡｎとＸ^２Ｍｎ層２Ｂｎとからなるユニット２Ｕｎまで、ｎ層積層されたユニット積層部２Ｕ１～２Ｕｎを有している（ｎは２以上の整数）。

　ユニット積層部２Ｕ１～２Ｕｎにおける、Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ１、・・・Ｘ^１Ｃｒ層２Ａｎは、それぞれ同じ膜厚Ｄ１であり、Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂ１、・・・Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂｎも、それぞれ同じ膜厚Ｄ２である。同じ構成のユニット積層部２Ｕ１～２Ｕｎを積層することにより、反強磁性層２の高温安定性がよくなる。

　なお、図２の反強磁性層２は、ユニット積層部２Ｕ１～２ＵｎとＸ^１Ｃｒ層２Ａとからなり、Ｘ^１Ｃｒ層２Ａが固定磁性層３に接しているが、ユニット積層部２Ｕ１～２Ｕｎのみからなるものであってもよい。ユニット積層部２Ｕ１～２Ｕｎのみからなる反強磁性層２は、Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂｎが固定磁性層３に接する。

　ユニット積層部２Ｕ１～２Ｕｎの積層数は、反強磁性層２、膜厚Ｄ１および膜厚Ｄ２の大きさに応じて、設定することができる。例えば、膜厚Ｄ１が５～１５Å、膜厚Ｄ１が３０～４０Åの場合、高温環境下におけるＨｅｘを高くするために、積層数は、３～１５が好ましく、５～１２がより好ましい。

＜第３の実施形態＞
　図３に本発明の第３の実施形態の交換結合膜２０を使用した磁気検出素子（磁気抵抗効果素子）２１の膜構成を示す説明図が示されている。本実施形態では、図１に示す磁気検出素子１１と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
　図３に示す第３の実施形態の磁気検出素子２１が図１の磁気検出素子１１と相違している点は、交換結合膜２０がセルフピン止め構造の固定磁性層３と反強磁性層２とが接合されて構成されている点、および、非磁性材料層４とフリー磁性層５が固定磁性層３よりも下地層１側に形成されている点である。

　本実施形態の交換結合膜２０の反強磁性層２は、交換結合膜１０（図１参照）と同じ三層の交互積層構造であるが、四層以上の交互積層構造であってもよい。例えば、三層の交互積層構造の代わりに、Ｘ^１Ｃｒ層２ＡとＸ^２Ｍｎ層２Ｂとからなるユニットが複数積層された交互積層構造としてもよい。

　磁気検出素子２１も、いわゆるシングルスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果を利用した積層素子である。固定磁性層３の第１磁性層３Ａの固定磁化のベクトルと、フリー磁性層５の外部磁場によって変化する磁化のベクトルとの相対関係で電気抵抗が変化する。

　固定磁性層３は、第１磁性層３Ａおよび第２磁性層３Ｃと、これらの二層の間に位置する非磁性中間層３Ｂと、で構成されたセルフピン止め構造となっている。第１磁性層３Ａの固定磁化方向Ｐ１と、第２磁性層３Ｃの固定磁化方向Ｐとは、相互作用により反平行となっている。非磁性材料層４に隣接する第１磁性層３Ａの固定磁化方向Ｐ１が固定磁性層３の固定磁化方向である。この固定磁化方向Ｐ１が延びる方向が磁気検出素子１１の感度軸方向である。

　第１磁性層３Ａおよび第２磁性層３Ｃは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、ＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）またはＮｉＦｅ合金（ニッケル・鉄合金）で形成される。ＣｏＦｅ合金およびＮｉＦｅ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。非磁性材料層４に隣接する第１磁性層３Ａはスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層である。
　非磁性中間層３ＢはＲｕ（ルテニウム）などで形成されている。Ｒｕからなる非磁性中間層３Ｂの膜厚は、３～５Åまたは８～１０Åであることが好ましい。
　本実施形態のセルフピン止め構造の固定磁性層３における第１磁性層３Ａおよび第２磁性層３Ｃとして使用できる材料の選択幅が広いことから、交換結合膜２０は、第１の実施形態同様、従来よりも設計上の自由度が高い。

＜磁気センサの構成＞
　図４に、図１に示す磁気検出素子１１を組み合わせた磁気センサ（磁気検出装置）３０が示されている。図４では、固定磁化方向Ｐ（図１参照）が異なる磁気検出素子１１を、それぞれ１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂの異なる符号を付して区別している。磁気センサ３０では、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂが同一基板上に設けられている。

　図４に示す磁気センサ３０は、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙを有しており、同一基板上に磁気検出素子１１（図１参照）を複数備えている。フルブリッジ回路３２Ｘは、２つの磁気検出素子１１Ｘａと２つの磁気検出素子１１Ｘｂとを備えており、フルブリッジ回路３２Ｙは、２つの磁気検出素子１１Ｙａと２つの磁気検出素子１１Ｙｂとを備えている。磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂはいずれも、図１に示した磁気検出素子１１の交換結合膜１０の膜構造を備えている。これらを特に区別しない場合、以下適宜、磁気検出素子１１と記す。

　フルブリッジ回路３２Ｘとフルブリッジ回路３２Ｙとは、検出磁場方向を異ならせるために、図４中に矢印で示した固定磁化方向が異なる磁気検出素子１１を用いたものであって、磁場を検出する機構は同じである。そこで、以下では、フルブリッジ回路３２Ｘを用いて磁場を検出する機構を説明する。

　フルブリッジ回路３２Ｘは、第１の直列部３２Ｘａと第２の直列部３２Ｘｂとが並列に接続されて構成されている。第１の直列部３２Ｘａは、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂとが直列に接続されて構成され、第２の直列部３２Ｘｂは、磁気検出素子１１Ｘｂと磁気検出素子１１Ｘａとが直列に接続されて構成されている。

　第１の直列部３２Ｘａを構成する磁気検出素子１１Ｘａと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子１１Ｘｂに共通の電源端子３３とに、電源電圧Ｖｄｄが与えられる。第１の直列部３２Ｘａを構成する磁気検出素子１１Ｘｂと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子１１Ｘａとに共通の接地端子３４が接地電位ＧＮＤに設定されている。

　フルブリッジ回路３２Ｘを構成する第１の直列部３２Ｘａの中点３５Ｘａの出力電位（ＯｕｔＸ１）と、第２の直列部３２Ｘｂの中点３５Ｘｂの出力電位（ＯｕｔＸ２）との差動出力（ＯｕｔＸ１）－（ＯｕｔＸ２）がＸ方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＸｓとして得られる。

　フルブリッジ回路３２Ｙも、フルブリッジ回路３２Ｘと同様に作用することで、第１の直列部３２Ｙａの中点３５Ｙａの出力電位（ＯｕｔＹ１）と、第２の直列部３２Ｙｂの中点３５Ｙｂの出力電位（ＯｕｔＹ２）との差動出力（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）がＹ方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＹｓとして得られる。

　図４に矢印で示すように、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する磁気検出素子１１Ｘａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの感度軸方向と、フルブリッジ回路３２Ｙを構成する磁気検出素子１１Ｙａおよび各磁気検出素子１１Ｙｂの感度軸方向とは互いに直交している。

　図４に示す磁気センサ３０では、それぞれの磁気検出素子１１のフリー磁性層５の向きが外部磁場Ｈの方向に倣うように変化する。このとき、固定磁性層３の固定磁化方向Ｐと、フリー磁性層５の磁化方向との、ベクトルの関係で抵抗値が変化する。

　例えば、外部磁場Ｈが図４に示す方向に作用したとすると、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する磁気検出素子１１Ｘａでは感度軸方向と外部磁場Ｈの方向が一致するため電気抵抗値は小さくなり、一方、磁気検出素子１１Ｘｂでは感度軸方向と外部磁場Ｈの方向が反対であるため電気抵抗値は大きくなる。この電気抵抗値の変化により、検知出力電圧ＶＸｓ＝（ＯｕｔＸ１）－（ＯｕｔＸ２）が極大となる。外部磁場Ｈが紙面に対して右向きに変化するにしたがって、検知出力電圧ＶＸｓが低くなっていく。そして、外部磁場Ｈが図４の紙面に対して上向きまたは下向きになると、検知出力電圧ＶＸｓがゼロになる。

　一方、フルブリッジ回路３２Ｙでは、外部磁場Ｈが図４に示すように紙面に対して左向きのときは、全ての磁気検出素子１１で、フリー磁性層５の磁化の向きが、感度軸方向（固定磁化方向Ｐ）に対して直交するため、磁気検出素子１１Ｙａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの電気抵抗値は同じである。したがって、検知出力電圧ＶＹｓはゼロである。図４において外部磁場Ｈが紙面に対して下向きに作用すると、フルブリッジ回路３２Ｙの検知出力電圧ＶＹｓ＝（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）が極大となり、外部磁場Ｈが紙面に対して上向きに変化するにしたがって、検知出力電圧ＶＹｓが低くなっていく。

　このように、外部磁場Ｈの方向が変化すると、それに伴いフルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙの検知出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓも変動する。したがって、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙから得られる検知出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓに基づいて、検知対象の移動方向や移動量（相対位置）を検知することができる。

　図４には、Ｘ方向と、Ｘ方向に直交するＹ方向の磁場を検出可能に構成された磁気センサ３０を示した。しかし、Ｘ方向またはＹ方向の磁場のみを検出するフルブリッジ回路３２Ｘまたはフルブリッジ回路３２Ｙのみを備えた構成としてもよい。

　図５に、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂの平面構造が示されている。図４と図５は、ＢＸａ－ＢＸｂ方向がＸ方向である。図５（Ａ）（Ｂ）に、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの固定磁化方向Ｐが矢印で示されている。磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂでは、固定磁化方向ＰがＸ方向であり、互いに逆向きである。

　図５に示すように、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂは、ストライプ形状の素子部１２を有している。素子部１２の長手方向がＢＹａ－ＢＹｂ方向に向けられている。素子部１２は複数本が平行に配置されており、隣り合う素子部１２の図示右端部が導電部１３ａを介して接続され、隣り合う素子部１２の図示右端部が導電部１３ｂを介して接続されている。素子部１２の図示右端部と図示左端部では、導電部１３ａ，１３ｂが互い違いに接続されており、素子部１２はいわゆるミアンダ形状に連結されている。磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの、図示右下部の導電部１３ａは接続端子１４ａと一体化され、図示左上部の導電部１３ｂは接続端子１４ｂと一体化されている。

　各素子部１２は複数の金属層（合金層）が積層されて構成されている。図１に素子部１２の積層構造が示されている。なお、各素子部１２は図２または図３に示す積層構造であってもよい。

　なお、図４と図５に示す磁気センサ３０では、磁気検出素子１１を図２または図３に示す第２または第３の実施形態の磁気検出素子１６または磁気検出素子２１に置き換えることが可能である。

　以上、本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態に示した例の特徴を適宜組み合わせたものなども、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、反強磁性層２は、その機能を適切に発揮できる限り、Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ１およびＸ^２Ｍｎ層２Ｂ１以外の層を有していてもよい。そのような具体例として、反強磁性層２が固定磁性層３に最近位の層としてＭｎ層を有する場合が挙げられる。

（実施例１）
　以下の構成を備えた交換結合膜を形成し、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２（図２参照）の磁化を固定した。以下の実施例、比較例および参考例では（）内の数値は膜厚（Å）を示す。
　基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／非磁性材料層４〔Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（２０）〕／固定磁性層３：Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（１００）／反強磁性層２：{Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕｝／保護層６：Ｔａ（９０）

（比較例１）
　実施例１の反強磁性層２をＰｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（３００）に変えた交換結合膜を形成し、実施例１の温度を３５０℃から温度２９０℃に変更し、磁場強度１５ｋＯｅの条件で４時間アニール処理し、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定した。

（比較例２）
　実施例１の反強磁性層２をＰｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）に変えた交換結合膜を形成し、実施例１同様、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定した。

　実施例１および比較例１～２の交換結合膜について、温度とＨｅｘおよび規格化Ｈｅｘとの関係を測定した結果を表１に示す。

　図７は、表１に示す実施例および比較例の温度とＨｅｘとの関係を示すグラフである。図８は、表１に示す実施例および比較例の温度と規格化Ｈｅｘと温度との関係を示すグラフである。規格化Ｈｅｘは、各温度におけるＨｅｘを室温におけるＨｅｘで除して規格化したものである。

　図７に示すように、積層構造を備えた反強磁性層を有する実施例１の交換結合膜は、当該積層構造を構成する二種類の反強磁性層のそれぞれからなる反強磁性層を備えた比較例１および比較例２の交換結合膜よりも室温から３００℃を超える高温条件下において高いＨｅｘを備えており、高温環境下における安定性が良好であった。

（参考例１）
　基板上に反強磁性膜層としてＰｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（５２０）を形成し、製膜直後（Ａｓ　ｄｅｐｏ、熱処理前）、２９０℃で４時間の熱処理後、３５０℃で４時間の熱処理後、および４００℃で４時間の熱処理後の各試料について、比抵抗（μΩ・cm）を測定した。

（参考例２）
　基板上に反強磁性膜層としてＰｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（４９０）を形成し、参考例１と同様の試料について、比抵抗（μΩ・cm）を測定した。

（参考例３）
　基板上に反強磁性膜層として｛Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（１０）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（４０）｝を１０層積層したものを形成し、参考例１と同様の試料について、比抵抗（μΩ・cm）を測定した。

　参考例１～３の測定結果を表２に示す。

　図９および図１０は、参考例１～３の測定結果をまとめたグラフである。これらのグラフに示されるように、｛Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（１０）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_４
_９ａｔ％（４０）｝のユニット層を積層した参考例３の反強磁性層は、当該ユニット層の一方と同じ材料を用いた層からなる参考例１～２の反強磁性層よりも、高温で処理することによる比抵抗の変化が少なかった。

（参考例４）
　以下の構成を備えた以下の交換結合膜を形成し、磁場強度１ｋＯｅ、温度３５０℃の条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
　基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／非磁性材料層４：［Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（１０）］／固定磁性層３：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（１００）／反強磁性層２：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（２８０）／保護層
６：Ｔａ（９０）

（参考例５）
　実施例５における反強磁性層２のＰｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（２８０）をＰｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１８）Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（２８０）／に変えた交換結合膜を形成し、実施例５同様、磁場強度１ｋＯｅ、温度３５０℃の条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。

　参考例４～５の交換結合膜について、ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて、交換結合磁界Ｈｅｘ（単位：Ｏｅ）を測定し、室温のＨｅｘで除して得られた規格化Ｈｅｘを表３に示す。

　図１１は、参考例４～５の交換結合膜の各温度におけるＨｅｘを室温のＨｅｘで除して得られた規格化Ｈｅｘを示すグラフである。同グラフに示すように、Ｘ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層とが積層した二層の積層構造を有する反強磁性層を有する交換結合膜も、温度の上昇に伴うＨｅｘの減少割合が小さく高温環境下における安定性が良好であった。この結果からも、Ｘ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層との積層構造を有する反強磁性層の積層構造によって高温環境下におけるＨｅｘが高くなることが示唆されている。

（実施例２－１）
　以下の構成を備えた積層構造体を形成し、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。
　基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４０）／非磁性材料層４〔Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（１０）〕／固定磁性層３：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（２０）／反強磁性層２：ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕／保護層６：〔Ｔａ（９０）／Ｒｕ（２０）〕

（実施例２－２）
　実施例２－１の反強磁性層２を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
　Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂ：Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（８）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕
　得られた積層構造体に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例２－３）
　実施例２－１の反強磁性層２を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
　Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}（８）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｃｒ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕
　得られた積層構造体に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例２－４）
　実施例２－１の反強磁性層２を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
　Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}（８）／Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂ：Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｃｒ_{５２ａｔ％}（８）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕
　得られた積層構造体に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例２－５）
　実施例２－１の反強磁性層２を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
　Ｘ^２Ｃｒ層２Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕
　得られた積層構造体に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例２－６）
　実施例２－１の反強磁性層２を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
　Ｘ^２Ｍｎ層２Ｂ：Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（８）／Ｘ^２Ｃｒ層２Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕
　得られた積層構造体に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例２－７）
　実施例２－１の反強磁性層２を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
　Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}（８）／Ｘ^２Ｃｒ層２Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕
　得られた積層構造体に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（実施例２－８）
　実施例２－１の反強磁性層２を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
　Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}（８）／Ｘ^１Ｃｒ層２Ａ：Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｃｒ_{５２ａｔ％}（８）／Ｘ^２Ｃｒ層２Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕
　得られた積層構造体に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。

（比較例２－１）
　実施例２－１の反強磁性層２をＩｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（８０）としたこと以外は、実施例２－１と同様にして、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定した。

（比較例２－２）
　実施例２－１の反強磁性層２をＰｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（３００）としたこと以外は、実施例２－１と同様にして、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定して交換結合膜
を得た。

（比較例２－３）
　実施例２－１の反強磁性層２をＰｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）としたこと以外は、実施例２－１と同様にして、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定して交換結合膜を得た。

　ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて、実施例２－１から実施例２－８およびび比較例２－１から比較例２－３に係る交換結合膜の磁化曲線を測定し、得られたヒステリシスループから、交換結合磁界Ｈｅｘ（単位：Ｏｅ）、保磁力Ｈｃ（単位：Ｏｅ）、残留磁化Ｍ０の飽和磁化Ｍｓに対する比（Ｍ０／Ｍｓ）および交換結合磁界Ｈｅｘの保磁力Ｈｃに対する比（Ｈｅｘ／Ｈｃ）を求めた。結果を表４に示す。また、表４の結果に基づき、残留磁化Ｍ０／飽和磁化Ｍｓと交換結合磁界Ｈｅｘとの関係を図１２に示し、交換結合磁界Ｈｅｘ／保持力Ｈｃと交換結合磁界Ｈｅｘとの関係を図１３に示した。

　実施例２－５に係る交換結合膜について、保護層６側からアルゴンスパッタリングしながらオージェ電子分光装置により表面分析（測定面積：７１μｍ×７１μｍ）を行うことによって、深さ方向におけるＰｔ，ＣｒおよびＭｎの含有量分布（デプスプロファイル）を得た。アルゴンによるスパッタ速度はＳｉＯ_２換算で求め、１．０ｎｍ／分であった。

　図１４は、実施例２－５に係る交換結合膜のデプスプロファイルである。固定磁性層３および非磁性材料層４の深さ位置を確認するために、Ｆｅ（固定磁性層３の構成元素の１つ）およびＴａ（保護層６の反強磁性層２側を構成する元素）についてもデプスプロファイルに含めた。図１４に示されるように、実施例２－５に係る交換結合膜のデプスプロファイルには、深さ３５ｎｍ程度から深さ５５ｎｍ程度の範囲に、固定磁性層３の影響および保護層６の影響を実質的に受けていない反強磁性層２の組成のみを反映した深さ範囲が認められた。この深さ範囲の平均値として、Ｐｔ，ＣｒおよびＭｎの含有量を測定した。その結果、次のようになった。

　　Ｐｔ：６５．５ａｔ％
　　Ｃｒ：２８．５ａｔ％
　　Ｍｎ：４．２ａｔ％
　この結果から、反強磁性層２のＰｔの含有量は３０ａｔ％以上であることが確認された。したがって、反強磁性層２は面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有していると考えられる。

　また、上記の結果に基づき、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比率（Ｍｎ／Ｃｒ比）を求めたところ、０．１５となった。上記の深さ範囲は、Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）からなるユニットが７層積層されたユニット積層部に対応する部分である。このＰｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）からなるユニットについてＰｔ，ＣｒおよびＭｎの含有量を算出すると、次のようになる。
　　Ｐｔ：５０．６ａｔ％
　　Ｃｒ：４１．７ａｔ％
　　Ｍｎ：７．８ａｔ％

　これらの含有量に基づくＭｎ／Ｃｒ比は０．１９であった。アニール処理における各元素（Ｐｔ，ＣｒおよびＭｎ）の移動しやすさの違いやデプスプロファイルの測定精度を考慮すると、測定されたＭｎ／Ｃｒ比は積層構造体を形成する際の設計値におおむね近いといえる。

　確認のため、実施例２－５を与える積層構造体（アニール処理が行われていないもの）についても、同様にデプスプロファイルを求めた。その結果を図１５に示す。図１５に示されるように、アルゴンスパッタリングしながらオージェ電子分光装置により表面分析する方法により得られるデプスプロファイルでは、上記のユニットが７層積層されてなるユニット積層部においてＭｎの含有量やＣｒの含有量がユニットの繰り返しに対応して変動する結果は得られなかった。すなわち、このデプスプロファイルの分解能は４ｎｍに達していないことが確認された。

　そこで、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて、Ｂｉ^＋イオンを一次イオンとして１００μｍ×１００μｍの領域に照射して二次電子を検出し、ミリングイオンとしてＯ_２ ^＋イオンを用いてデプスプロファイルを得た。平均ミリングレートは約１．５Å／秒であった。

　Ｍｎに関するイオンとして、Ｍｎ^＋、ＭｎＯ^＋など７種類のイオンが検出され、Ｃｒに関するイオンとして、Ｃｒ^＋、ＣｒＯ^＋など８種類のイオンが検出された。これらのイオンのうち、Ｃｒ^＋については検出感度が高すぎて、定量的な評価を行うことができなかった。なお、Ｐｔ^＋については検出感度が低すぎて、定量的な評価を行うことができなかった。そこで、Ｍｎに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイルおよびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイルを求め、これらの結果から、各深さにおける検出強度比（「Ｍｎに関する７種のイオンの検出強度の総和」／「Ｃｒに関する７種のイオンの検出強度の総和」）を「Ｉ－Ｍｎ／Ｃｒ」として、このデプスプロファイルを求めた。

　これらのデプスプロファイルを、実施例２－１に係る積層構造体（未アニール処理）および交換結合膜、ならびに実施例２－５に係る積層構造体（未アニール処理）および交換結合膜について求めた。図１６（ａ）は、実施例２－１に係る積層構造体（未アニール処理）のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイルである。図１６（ｂ）は、実施例２－１に係る積層構造体（未アニール処理）のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルである。図１７（ａ）は、実施例２－１に係る交換結合膜のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイルである。図１７（ｂ）は、実施例２－１に係る交換結合膜のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルである。図１８（ａ）は、実施例２－５に係る積層構造体（未アニール処理）のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイルである。図１８（ｂ）は、実施例２－５に係る積層構造体（未アニール処理）のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルである。図１９（ａ）は、実施例２－５に係る交換結合膜のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイルである。図１９（ｂ）は、実施例２－５に係る交換結合膜のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルである。

　図１６（ａ）に示されるように、ＴＯＦ－ＳＩＭＳを用いることにより、デプスプロファイルにおいて、ユニット積層部の構成（交互積層構造）に基づくＭｎ強度の変動およびＣｒ強度の変動を確認することができた。これらの結果に基づく図１６（ｂ）に示されるＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルには、ユニット積層部における各ユニットの積層に対応するＩ－Ｍｎ／Ｃｒの変動が確認されるとともに、固定磁性層３に近位な側に、他の領域よりもＭｎの含有量が相対的に高い領域が存在することが確認された。

　この傾向は、アニール処理により規則化して得られた交換結合膜においてもみられた。図１７（ａ）に示されるように、アニール処理によって、ユニット積層部を構成する各ユニットの内部および積層された複数のユニット間でＭｎおよびＣｒの相互拡散が生じ、図１６（ａ）において認められたユニット積層部の構成（交互積層構造）に基づくＭｎに関するイオンの検出強度の変動およびＣｒに関するイオンの検出強度の変動は認められなかかった。このため、Ｉ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルでは規則的な変動は認められなかった。

　その一方で、固定磁性層３に近位な領域に他の領域よりもＭｎの含有量が相対的に高い領域が存在することは明確に確認された。このように、実施例２－１に係る交換結合膜が備えるＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層（Ｐｔ（Ｃｒ－Ｍｎ）層）からなる反強磁性層２は、固定磁性層３に相対的に近位な第１領域Ｒ１と、固定磁性層３から相対的に遠位な第２領域Ｒ２とを有すること、および第１領域Ｒ１におけるＭｎの含有量は、第２領域Ｒ２におけるＭｎの含有量よりも高いことが確認された。

　図１８および図１９に示されるように、実施例２－１に係る積層構造体および交換結合膜においてみられた傾向は、実施例２－５に係る積層構造体および交換結合膜においても確認された。すなわち、実施例２－５に係る積層構造体において、ユニット積層部の構成（交互積層構造）に基づくＭｎ強度の変動およびＣｒ強度の変動が確認され（図１８（ａ））、ユニット積層部の構成（交互積層構造）に基づくＩ－Ｍｎ／Ｃｒの変動が確認された（図１８（ｂ））。アニール処理により規則化させた実施例２－５に係る交換結合膜では、ユニット積層部を構成する各ユニットの内部および積層された複数のユニット間でＭｎおよびＣｒの相互拡散が生じていることが確認され（図１９（ａ））、反強磁性層２は、固定磁性層３に相対的に近位であって相対的にＭｎの含有量が高い第１領域Ｒ１と、固定磁性層３から相対的に遠位であって相対的にＭｎの含有量が低い第２領域Ｒ２とを有することが確認された（図１９（ｂ））。

　図１９（ｂ）に細い破線で示した実施例２－１に係る交換結合膜の結果との対比から明らかなように、実施例２－５に係る交換結合膜の第１領域Ｒ１におけるＩ－Ｍｎ／Ｃｒは、実施例２－１に係る交換結合膜の第１領域Ｒ１におけるＩ－Ｍｎ／Ｃｒよりも低くなった。これは、実施例２－５に係る交換結合膜が、実施例２－１に係る積層構造体との対比で固定磁性層３に最近位な位置に５１ＰｔＣｒ（６）がさらに設けられた構成を有する積層構造体から形成されたものであることを反映していると考えられる。

　なお、本実施例では、第１領域Ｒ１におけるＭｎの含有量が相対的に高い反強磁性層２を備える交換結合膜を、Ｘ^１Ｃｒ層（ＰｔＣｒ層）とＸ^２Ｍｎ層（ＭｎＣｒ層）とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を備える積層構造体から形成したが、これに限定されない。固定磁性層３に近位な側にＭｎからなる層またはＭｎリッチな合金層（Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}層が例示される。）を積層し、その層にＸＣｒＭｎからなる層を積層させることにより得られた積層構造体から交換結合膜を形成してもよい。

（実施例３－１）
　以下の構成を備えた積層構造体を形成し、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。
　基板／下地層１：〔Ｔａ（３０）／ＮｉＦｅＣｒ（４２）〕／非磁性材料層４〔Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（１０）〕／固定磁性層３：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（２０）／反強磁性層２：｛Ｘ^２Ｃｒ層２Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部２Ｕ１～ユニット２Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕｝／保護層６：Ｔａ（１００）

（比較例３－１）
　以下の構成を備えた積層構造体を形成し、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定して交換結合膜を得た。
　基板／下地層１：〔Ｔａ（３０）／ＮｉＦｅＣｒ（４２）〕／非磁性材料層４〔Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（３０）〕／固定磁性層３：Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（４０）／反強磁性層２：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（３００）／保護層６：Ｔａ（５０）

（比較例３－２）
　比較例３－１の反強磁性層２をＰｔ_{５０ａｔ％}Ｃｒ_{５０ａｔ％}（３００）に換えた積層構造体を形成し、比較例３－１と同様に、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層と反強磁性層の磁化を固定して交換結合膜を得た。

　上記の実施例３－１ならびに比較例３－１および比較例３－２により作成した積層構造体（未アニール処理）および交換結合膜のそれぞれについて、Ｃｏ－Ｋα線を用い、θ－２θ法により、２θを２０度から１２０度の範囲でＸ線解析を行った。

　その結果を図２０に示す。いずれの測定においても、Ｓｉ基板に基づく２つＸ線反射ピーク（図２０において黒矢印で示された、２θが３８度程度に位置するピーク、および２θが８３度程度に位置するピーク）以外のピークが、２θが４５度～５５度の範囲、および２θが１０５度～１１５度の範囲に認められた。これらのうち、２θが４５度～５０度の範囲のピークは反強磁性層２の（１１１）面に基づくＸ線反射ピークであり、２θが１０２度～１１２度の範囲のピークは反強磁性層２の（２２２）面に基づくＸ線反射ピークであった。なお、図２０において４９度から５３度の範囲に認められるピークは、反強磁性層２以外の層、具体的には、ＮｉＦｅＣｒ層、Ｃｕ層、Ｒｕ層、およびＣｏＦｅ層に基づくＸ線反射ピークである。

　図２１（ａ）は、図２０について２θが４５度～５０度の範囲を拡大したＸ線回折スペクトルであり、図２１（ｂ）は、図２０について２θが１０２度～１１２度の範囲を拡大したＸ線回折スペクトルである。これらの図に示されるＸ線反射ピークの極大値を表５（（１１１）面）および表６（（２２２）面）にまとめた。

　表５および表６に示されるように、実施例３－１に係る交換結合膜の面間隔は、比較例３－１（ＰｔＣｒ）に係る交換結合膜の面間隔と比較例３－２（ＰｔＭｎ）に係る交換結合膜の面間隔との間に位置した。この傾向はアニール処理が行われていない積層構造体（未アニール）においても認められた。これらの結果から、実施例３－１に係る交換結合膜では、Ｐｔ－（Ｍｎ，Ｃｒ）の３元合金となっている可能性が強く示唆された。なお、いずれの交換結合膜においても、アニール処理により積層構造体（未アニール）から面間隔に変化があった。そして、実施例３－１と比較例３－１（ＰｔＭｎ）、比較例３－２（ＰｔＣｒ）の（１１１）面間隔には次の関係があった。
　　｛実施例３－１の（１１１）面間隔―ＰｔＣｒの（１１１）面間隔｝÷｛ＰｔＭｎ（１１１）の面間隔－ＰｔＣｒ（１１１）の面間隔｝＝０．１７

　すなわち、ＰｔＭｎの（１１１）面間隔とＰｔＣｒ（１１１）の面間隔の差０．０３Åを１００％とした場合、実施例３－１の（１１１）面間隔はＰｔＭｎの（１１１）面間隔より８３％狭く、ＰｔＣｒ（１１１）面間隔より１７％広い結果となった。この結果を、オージェ電子分光法により求めたＭｎ／Ｃｒ比０．１９と合わせて考察すると、実施例３－１に係る交換結合膜では、Ｐｔ－（Ｍｎ，Ｃｒ）の３元合金となっている可能性が強く示唆された。

　比較例３－１に関するＰｔＣｒおよび比較例３－２に関するＰｔＭｎについては、不規則ｆｃｃ構造からなるバルクのＸ線回折スペクトルおよびＬ１_０規則構造からなるバルクのＸ線回折スペクトルが知られており、これらのスペクトルデータから、（１１１）面の面間隔および（２２２）面の面間隔は表７に示されるように算出される。比較例３－１および比較例３－２の面間隔をこれらの公知のデータと対比した。その結果、表７に示されるように、比較例３－１および比較例３－２のいずれについても、アニール処理が行われていない積層構造体（未アニール）は不規則ｆｃｃ構造を有している可能性が高く、アニール処理により得られた交換結合膜はＬ１_０規則構造を有している可能性が高い。したがって、実施例３－１についても、積層構造体（未アニール）は不規則ｆｃｃ構造を有していると考えられ、交換結合膜はＬ１_０規則構造を有していると考えられる。

１　　　　：下地層
２　　　　：反強磁性層
２Ａ　　　：Ｘ^１Ｃｒ層
２Ｂ　　　：Ｘ^２Ｍｎ層
２Ｕ１～２Ｕｎ：ユニット，ユニット積層部
３　　　　：固定磁性層
３Ａ　　　：第１磁性層
３Ｂ　　　：非磁性中間層
３Ｃ　　　：第２磁性層
４　　　　：非磁性材料層
５　　　　：フリー磁性層
６　　　　：保護層
１０，１５，２０：交換結合膜
１１，１１Ｘａ,１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂ，１６，２１：磁気検出素子
１２　　　：素子部
１３ａ，１３ｂ：導電部
１４ａ，１４ｂ：接続端子
２１　　　：磁気検出素子（磁気抵抗効果素子）
３０　　　：磁気センサ（磁気検出装置）
３２Ｘ　　：フルブリッジ回路
３２Ｘａ，３２Ｙａ：第１の直列部
３２Ｘｂ，３２Ｙｂ：第２の直列部
３２Ｙ　　：フルブリッジ回路
３３　　　：電源端子
３４　　　：接地端子
３５Ｘａ，３５Ｘｂ，３５Ｙａ，３５Ｙｂ　：中点
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３：膜厚
ＧＮＤ　　：接地電位
Ｈ　　　　：外部磁場
Ｈｅｘ　　：交換結合磁界
Ｍ　　　　：磁化
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２：固定磁化方向
ＶＸｓ，ＶＹｓ：検知出力電圧
Ｖｄｄ　　：電源電圧
Ｒ１　　　：第１領域
Ｒ２　　　：第２領域

Claims

　反強磁性層と、前記反強磁性層に接する固定磁性層とを備える交換結合膜であって、
　前記反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層（ただし、Ｘ^１は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ^２Ｍｎ層（ただし、Ｘ^２は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ^１と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有することを特徴とする交換結合膜。
　前記Ｘ^１がＰｔであり、
　前記Ｘ^２がＰｔまたはＩｒである、
請求項１に記載の交換結合膜。
　前記反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有する、
請求項１または２に記載の交換結合膜。
　前記ユニット積層部における、前記Ｘ^１Ｃｒ層および前記Ｘ^２Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚であり、
　前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚が、前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚よりも大きい、
請求項３に記載の交換結合膜。
　前記前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚と前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚との比が、５：１～１００：１である、
請求項４に記載の交換結合膜。
　反強磁性層と、前記反強磁性層に接する固定磁性層とを備える交換結合膜であって、
　前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、
　前記強磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記強磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
　前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、
　前記第２領域の全域にＭｎを含有すること
を特徴とする交換結合膜。
　前記第１領域が前記強磁性層に接している、請求項６に記載の交換結合膜。
　前記反強磁性層における元素Ｘの含有量は３０ａｔ％以上である、請求項６または７に記載の交換結合膜。
　前記固定磁性層は、第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されているセルフピン止め構造である、
請求項１～８のいずれか１項に記載の交換結合膜。
　請求項１～９のいずれか１項に記載の交換結合膜とフリー磁性層とが積層されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
　請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする磁気検出装置。
　同一基板上に前記磁気抵抗効果素子を複数備えており、
　複数の前記磁気抵抗効果素子には、固定磁化方向が異なるものが含まれている請求項１１に記載の磁気検出装置。