(57)【要約】【課題】フリー層の側方に設けられた磁石膜の磁気特性が環境温度によって影響を受けにくい磁気センサを提供する。【解決手段】磁気センサ１は、外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層２４と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層２２と、ピンド層２２とフリー層２４との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するスペーサ層２３と、フリー層２４の側方に配置され、フリー層２４にバイアス磁場を印加する少なくとも一つの磁石膜２５と、を有している。フリー層２４のキュリー温度ＴC_FLと磁石膜２５のキュリー温度ＴC_HMとの間に、０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５の関係がある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するスペーサ層と、前記フリー層の側方に配置され、前記フリー層にバイアス磁場を印加する少なくとも一つの磁石膜と、を有し、
前記フリー層のキュリー温度ＴC_FLと前記磁石膜のキュリー温度ＴC_HMとの間に
０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５
の関係がある、磁気センサ。
【請求項２】
ＴC_FLとＴC_HMとの間に
０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦０．９
の関係がある、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するスペーサ層と、前記フリー層の側方に配置され、前記フリー層にバイアス磁場を印加する少なくとも一つの磁石膜と、を有し、
前記フリー層のキュリー温度ＴC_FLと前記磁石膜の異方性磁界がゼロとなる温度ＴHK=0_HMとの間に
０．７≦ＴHK=0_HM／ＴC_FL≦１．０５
の関係がある、磁気センサ。
【請求項４】
外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するスペーサ層と、前記フリー層の側方に配置され、前記フリー層にバイアス磁場を印加する少なくとも一つの磁石膜と、を有し、
前記フリー層のキュリー温度ＴC_FLと前記磁石膜の保磁力がゼロとなる温度ＴHC=0_HMとの間に
０．７≦ＴHC=0_HM／ＴC_FL≦１．０５
の関係がある、磁気センサ。
【請求項５】
前記磁石膜はＣｏＰｔ，ＦｅＰｔまたはＳｍＣｏを主成分とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁石膜はＣｒ，Ｔａ，Ｂ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｗ，Ｖ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｒｕ，Ｒｈからなるグループから選択された１以上の元素をさらに含む、請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記フリー層と前記スペーサ層と前記外側ピンド層とが積層された方向からみて、前記磁石膜を構成する磁性粒子の平均粒径は１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記少なくとも一つの磁石膜は前記フリー層の両側に位置する一対の磁石膜であり、前記フリー層と前記スペーサ層と前記ピンド層とが積層された方向からみて、前記フリー層は前記一対の磁石膜と対向する辺が短辺である矩形形状を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記フリー層の飽和磁化と膜厚との積に対する前記磁石膜の飽和磁化と膜厚との積の比は２以上、４以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサに関し、特に磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、磁気抵抗効果によって生じる抵抗変化に基づき外部磁場を検出する。磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは他の磁気センサと比べて、磁場に対する出力及び感度が高く、かつ小型化が容易である。一般的な磁気センサは外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層と、磁気抵抗効果を奏するスペーサ層と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層とがこの順で積層された多層膜構造を有している。特許文献１には、フリー層の側方に磁石膜が設けられた磁気センサが開示されている。特許文献２には、磁性膜の表面に横バイアス磁界を付加する導体膜が設けられた磁気センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００３０９４９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１４／２０８１０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フリー層の側方に設けられた磁石膜はフリー層の磁化方向を均一化する。しかし、磁気センサの出力特性に加えて、磁石膜の磁気特性も環境温度の影響を受ける。
【０００５】
本発明は、フリー層の側方に設けられた磁石膜の磁気特性を制御することにより、磁気センサの出力特性が環境温度によって影響を受けにくい磁気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁気センサは、外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層と、ピンド層とフリー層との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するスペーサ層と、フリー層の側方に配置され、フリー層にバイアス磁場を印加する少なくとも一つの磁石膜と、を有している。フリー層のキュリー温度ＴC_FLと磁石膜のキュリー温度ＴC_HMとの間に０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５の関係がある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁気センサの出力特性が環境温度によって影響を受けにくい磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】磁気センサの概略構成を示す回路図である。
【図２】磁気抵抗効果素子の概略構成を示す概念図である。
【図３】磁気センサの出力とオフセットを説明する概念図である。
【図４】環境温度に対するオフセット変化の測定結果を示すグラフである。
【図５】ＴC_HM／ＴC_FLとオフセット変化との関係を示すグラフである。
【図６】磁石膜の膜厚とＭsｔ_HM／Ｍsｔ_FLとの関係を示すグラフである。
【図７】キュリー温度に影響を与えるパラメータを説明するグラフである。
【図８】磁石膜のキュリー温度と、磁石膜の異方性磁界がゼロとなる温度と、磁石膜の保磁力がゼロとなる温度との関係を示す概念図である。
【図９】本発明の磁気センサを用いた電流センサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る磁気センサについて説明する。以下の説明及び図面において、Ｘ方向は磁気センサの感磁方向であり、ピンド層の磁化方向及び磁気抵抗効果素子の短軸方向に一致する。Ｙ方向は磁気センサの感磁方向（Ｘ方向）と直交する方向であり、無磁場状態におけるフリー層の磁化方向及び磁気抵抗効果素子の長軸方向に一致する。「無磁場」は、本明細書においてはバイアス磁場以外の磁場がない状態を意味する。Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向と直交する方向であり、磁気抵抗効果素子の多層膜の積層方向に一致する。なお、各図面におけるＸ方向を示す矢印の向きを＋Ｘ方向、矢印の向きと反対側の向きを−Ｘ方向ということがある。
【００１０】
図１は磁気センサの概略回路構成を示している。磁気センサ１は４つの磁気抵抗効果素子(以下、第１の磁気抵抗効果素子１１、第２の磁気抵抗効果素子１２、第３の磁気抵抗効果素子１３、第４の磁気抵抗効果素子１４という)を有し、これらの磁気抵抗効果素子１１〜１４がブリッジ回路（ホイートストンブリッジ）で相互に接続されている。４つの磁気抵抗効果素子１１〜１４は２つの組１１，１２及び１３，１４に分割され、それぞれの組の磁気抵抗効果素子１１，１２及び磁気抵抗効果素子１３，１４は直列接続されている。磁気抵抗効果素子の組１１，１２及び１３，１４のそれぞれの一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端が接地（ＧＮＤ）されている。また、第１の磁気抵抗効果素子１１と第２の磁気抵抗効果素子１２の間の中点電圧Ｖ１と、第３の磁気抵抗効果素子１３と第４の磁気抵抗効果素子１４の間の中点電圧Ｖ２が取り出されるようにされている。従って、第１〜第４の磁気抵抗効果素子１１〜１４の電気抵抗をそれぞれＲ１〜Ｒ４とすると、中点電圧Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ下式のように求められる。
【００１１】
【数１】
2020067365.tif 000003
【００１２】
【数２】
2020067365.tif 000004
【００１３】
図２は第１〜第４の磁気抵抗効果素子１１〜１４の概略構成を示す概念図である。第１〜第４の磁気抵抗効果素子１１〜１４は同一の構成を有しているため、ここでは第１の磁気抵抗効果素子１１について説明する。図２（ａ）は第１の磁気抵抗効果素子１１の概略斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。第１の磁気抵抗効果素子１１は一般的なスピンバルブ型の膜構成を有している。第１の磁気抵抗効果素子１１は反強磁性層２１と、ピンド層２２と、スペーサ層２３と、フリー層２４と、を含む積層膜であり、これらの層はこの順で積層されている。また、ピンド層２２は内側ピンド層２２Ａと、非磁性中間層２２Ｂと、外側ピンド層２２Ｃとからなっており、内側ピンド層２２Ａがスペーサ層２３に、外側ピンド層２２Ｃが反強磁性層２１に接している。積層膜はＺ方向において一対の電極層（図示せず）に挟まれており、電極層から積層膜にＺ方向にセンス電流が流れるようにされている。
【００１４】
フリー層２４は外部磁場に応じて磁化方向が変化する磁性層であり、例えばＮｉＦｅで形成することができる。外側ピンド層２２Ｃは反強磁性層２１との交換結合によって外部磁場に対して磁化方向が固定された強磁性層である。反強磁性層２１はＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ，ＮｉＭｎなどで形成することができる。内側ピンド層２２Ａは外側ピンド層２２Ｃとスペーサ層２３との間に挟まれた強磁性層であり、Ｒｕ，Ｒｈなどの非磁性中間層２２Ｂを介して外側ピンド層２２Ｃと磁気的に結合、より具体的には外側ピンド層２２Ｃと反強磁性結合している。従って、内側ピンド層２２Ａと外側ピンド層２２Ｃはいずれも外部磁場に対して磁化方向が固定されているが、その磁化方向は互いに反平行の向きとされている。スペーサ層２３はフリー層２４と内側ピンド層２２Ａとの間に位置し、磁気抵抗効果を奏する非磁性層である。スペーサ層２３は、Ｃｕなどの非磁性金属からなる非磁性導電層、またはＡｌ2Ｏ3などの非磁性絶縁体からなるトンネルバリア層である。スペーサ層２３が非磁性導電層である場合、第１の磁気抵抗効果素子１１は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子として機能し、スペーサ層２３がトンネルバリア層である場合、第１の磁気抵抗効果素子１１はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子として機能する。ＭＲ変化率が大きく、ブリッジ回路の出力電圧を大きくすることができるという点で、第１の磁気抵抗効果素子１１はＴＭＲ素子であることがより好ましい。本実施形態では、第１の磁気抵抗効果素子１１はＴＭＲ素子である。
【００１５】
内側ピンド層２２Ａ（または外側ピンド層２２Ｃ）と非磁性中間層２２Ｂを省略し、ピンド層２２を単層構成とすることもできる。しかし、内側ピンド層２２Ａと非磁性中間層２２Ｂと外側ピンド層２２Ｃとからなるシンセティック構造のピンド層２２は、単層構成のピンド層２２と比べ、内側ピンド層２２Ａの磁化方向が安定化する。また、内側ピンド層２２Ａから放出される磁場が外側ピンド層２２Ｃから放出される磁場によって打ち消され、外部への漏れ磁場を抑制することができる。これらの点から、ピンド層２２はシンセティック構造であることが好ましい。
【００１６】
第１の磁気抵抗効果素子１１のＹ方向側方には少なくとも一つの磁石膜２５が設けられている。本実施形態では第１の磁気抵抗効果素子１１のＹ方向両側側方に一対の磁石膜２５が設けられている。磁石膜２５はフリー層２４とピンド層２２のＹ方向側方に位置しているが、少なくともフリー層２４のＹ方向側方に位置していればよい。フリー層２４及びピンド層２２と磁石膜２５との間には、フリー層２４とピンド層２２の短絡を防止する絶縁膜（図示せず）が設けられている。磁石膜２５はＹ方向のバイアス磁場をフリー層２４に印加し、無磁場状態で、フリー層２４の磁化方向をＹ方向に揃える。磁石膜２５はＣｏＰｔ，ＦｅＰｔまたはＳｍＣｏを主成分とし、さらにＣｒ，Ｔａ，Ｂ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｗ，Ｖ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｒｕ，Ｒｈからなるグループから選択された１以上の元素を含んでいてもよい。ここで主成分とは当該元素の原子分率の合計が７０％以上であることを意味する。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、第１の磁気抵抗効果素子１１はＺ方向からみて、長軸ＬＡと短軸ＳＡを有し一対の磁石膜２５と対向する辺が短辺Ｓである概ね矩形の平面形状を有している。従って、フリー層２４と内側ピンド層２２Ａと外側ピンド層２２Ｃは、一対の磁石膜２５と対向する辺が短辺Ｓである概ね矩形の平面形状を有している。
【００１８】
図２（ｃ）はフリー層２４と内側ピンド層２２Ａと外側ピンド層２２Ｃの無磁場状態での磁化を概念的に示している。図中の矢印は各層の磁化方向を模式的に示している。フリー層２４は磁石膜２５からのバイアス磁場によって無磁場状態では概ね長軸ＬＡ方向（Ｙ方向）に磁化されている。内側ピンド層２２Ａと外側ピンド層２２Ｃは概ね短軸ＳＡ方向（Ｘ方向）に磁化されており、上述の通り、磁化方向は互いに反平行である。感磁方向であるＸ方向に外部磁場が印加されると、フリー層２４の磁化方向は外部磁場の強さに応じて図２（ｃ）において時計回りまたは反時計回りに回転する。これによって内側ピンド層２２Ａの磁化方向とフリー層２４の磁化方向との間の相対角度が変化し、センス電流に対する電気抵抗が変化する。内側ピンド層２２Ａはフリー層２４の磁化方向の回転角度の基準となることから、レファレンス層と呼ばれることもある。
【００１９】
再び図１を参照すると、第１〜第４の磁気抵抗効果素子１１〜１４の内側ピンド層２２Ａの磁化方向は図中の矢印の方向を向いている。従って、＋Ｘ方向に外部磁場が印加されると第１及び第３の第１の磁気抵抗効果素子１１、１３の電気抵抗が減少し、第２及び第４の磁気抵抗効果素子１２，１４の電気抵抗が増加する。これにより、図３（ａ）に示すように、中点電圧Ｖ１が増加し中点電圧Ｖ２が低下する。−Ｘ方向に外部磁場が印加された場合は、これとは逆に、中点電圧Ｖ１が低下し中点電圧Ｖ２が増加する。中点電圧Ｖ１，Ｖ２の差分Ｖ１−Ｖ２を検出することで、中点電圧Ｖ１，Ｖ２を検出する場合と比べて２倍の感度が得られる。また、中点電圧Ｖ１，Ｖ２がオフセットしている場合（すなわち、図３（ａ）において中点電圧Ｖ１，Ｖ２が出力軸方向にシフトしている場合）も差分を検出することでオフセットの影響を排除することができる。
【００２０】
しかし、第１〜第４の磁気抵抗効果素子１１〜１４のばらつきのため、式１，２は厳密には成立せず多少の誤差が生じる。このため、図３（ａ）のＡ部拡大図である図３（ｂ）に示すように、差分Ｖ１−Ｖ２にオフセットが生じる。オフセットは外部磁場がゼロのときの、差分Ｖ１−Ｖ２のゼロからの偏差である。オフセットは外部磁場の測定精度に影響を与える。
【００２１】
オフセットの大きさは、磁気抵抗効果素子の環境温度によって変化する。例えば、ＴＭＲ素子の場合、高温下では電気抵抗は減少する。また、ＴＭＲ素子の場合、高温下ではＭＲ変化率が低下するため、出力が低下する。これらの温度特性はオフセットの大きさに影響を与える。また、磁気センサ１は使用温度範囲が−５０〜１５０℃程度と広く、オフセットの変動範囲が大きくなる傾向がある。しかし、環境温度を制御することは困難であるため、本質的にはオフセットが環境温度によって影響を受けにくいことが望まれる。
【００２２】
さらに、磁石膜２５を備えた磁気センサ１では、オフセットの温度依存性が磁石膜２５のキュリー温度（強磁性の性質が失われる温度）に依存する。この課題に対処するため、本実施形態の磁気センサ１はフリー層２４のキュリー温度ＴC_FLと磁石膜２５のキュリー温度ＴC_HMとの間に、０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５の関係、より好ましくは、０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦０．９の関係がある。以下、実施例で説明する。
【００２３】
図１に示すブロック回路と図２に示す膜構成を有する複数の磁気センサ１１を作成した。第１〜第４の磁気抵抗効果素子１１〜１４はＺ方向からみて長軸ＬＡが３．５μｍ、短軸ＳＡが０．５μｍの矩形形状とした。フリー層２４はＣｏＦｅ層（膜厚２ｎｍ）／ＮｉＦｅ層（膜厚６ｎｍ）、内側ピンド層２２ＡはＣｏＦｅ層（膜厚１．８ｎｍ）、外側ピンド層２２ＣはＣｏＦｅ層（膜厚１．７ｎｍ）、反強磁性層２１はＩｒＭｎ層（膜厚１０ｎｍ）、磁石膜２５はＣｏＰｔ層（膜厚３５ｎｍまたは５０ｎｍ）で形成した。なお、フリー層２４のＣｏＦｅ層／ＮｉＦｅ層はＣｏＦｅ層が先に成膜されること、すなわちＣｏＦｅ層がスペーサ層２３と接していることを意味する。スペーサ層２３はＭｇＯ、非磁性中間層２２ＢはＲｕで形成した。磁石膜２５のキュリー温度を４５０〜９００Ｋの範囲で変動させ、環境温度の変化に対するオフセット変化を測定した。キュリー温度は図７（ａ）に示すようにＰｔの原子分率を変えることで調整した。
【００２４】
図４（ａ）に磁石膜２５の膜厚が３５ｎｍのときの、図４（ｂ）に磁石膜２５の膜厚が５０ｎｍのときのオフセット変化の測定結果を示す。縦軸はオフセット変化を示している。オフセット変化は５０℃でのオフセットで規格化している。すなわち、オフセット変化は５０℃でのオフセットに対する偏差である。図４より、オフセット変化は、磁石膜２５のキュリー温度が低いときは環境温度に対して単調増加しており、キュリー温度が高いときは環境温度に対して単調減少している。環境温度に対するオフセット変化はＴｃ＝７５０Ｋのときに最も小さくなっている。環境温度が１５０℃を超えるとオフセットが急激に変化している。これは反強磁性層２１のブロッキング温度が低く、１５０℃を超えると反強磁性層２１と外側ピンド層２２Ｃとの間の結合磁界が低下するためである。
【００２５】
磁石膜２５のキュリー温度によってオフセット変化が変動するのは次の理由によると考えられる。一般にＴＭＲ素子では環境温度が上がると磁気センサ１の感度は低下する。一方、磁石膜２５からのバイアス磁場は、キュリー温度と環境温度との関係によって変化する。キュリー温度が低い場合、環境温度が上がるに従い磁石膜２５のバイアス磁場が低下しやすくなるため、フリー層２４の磁化方向の拘束力が弱められ（つまり、フリー層２４の磁化方向が回転しやすくなり）、感度が増加する。これは環境温度に対するオフセット変化が増加する要因である。キュリー温度が高いときは、この温度範囲ではバイアス磁場の低下は小さいことから、フリー層２４の感度は温度上昇とともに低下する。従って、図４に示す傾向が得られる。また、これらの要因がバランスしたとき、オフセット変化が最小化される。
【００２６】
磁石膜２５を備える磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ１の最大出力電圧は概ね４００ｍＶ程度であり、温度によるオフセット変化が最大１％以内であればオフセットの影響は実用上大きな問題とならない。従って、オフセット変化は概ね±４ｍＶ以内とすることが望ましい。上述のようにオフセット変化は単調増加または単調減少することから、単位温度当たりのオフセット変化量の目標値は０．０４ｍＶ／℃程度となる。そこで、環境温度が−５０〜１５０℃の範囲でオフセット変化が概ね０．０４ｍＶ／℃となるＴC_HM／ＴC_FL（フリー層２４のキュリー温度ＴC_FLに対する磁石膜２５のキュリー温度ＴC_HMの比）の関係を求めた。図５に結果を示す。図５には磁石膜２５の膜厚２０ｎｍに対する結果も記載している。磁石膜２５の膜厚が２０ｎｍまたは３５ｎｍのときは、０．５≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５の範囲でオフセット変化が目標値に収まり、ＴC_HM／ＴC_FLが０．７〜０．９の範囲でオフセット変化が最も少なくなる。一方、磁石膜２５の膜厚が５０ｎｍのときは、０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５の範囲でオフセット変化が目標値に収まり、ＴC_HM／ＴC_FLが０．８〜１．０５の範囲でオフセット変化が最も少なくなる。
【００２７】
しかし、磁石膜２５の膜厚が大きいとバイアス磁場が増加し、フリー層２４の磁化方向が容易に回転しなくなるため、磁気ヘッド１の出力が低下する。一方、磁石膜２５の膜厚が小さいとフリー層２４を単磁区化することができない。フリー層２４の磁化膜厚Ｍsｔ_FL（Ｍsはフリー層２４の飽和磁化、ｔはフリー層２４の膜厚）に対する磁石膜２５の磁化膜厚Ｍsｔ_HM（Ｍsは磁石膜２５の飽和磁化、ｔは磁石膜２５の膜厚）の比Ｍsｔ_HM／Ｍsｔ_FLは２以上、４以下であるのが好ましい。実施例のフリー層２４の磁化膜厚は７．８Ａ（０．７８ｅｍｕ／ｃｍ2）であるので、磁石膜２５の好ましい磁化膜厚は１５．６〜３１．２Ａ（１．５６〜３．１２ｅｍｕ／ｃｍ2）となり、これを膜厚に換算すると２６〜５２ｎｍとなる。なお、磁石膜２５の膜厚ｔ_HMとＭsｔ_HM／Ｍsｔ_FLの関係は図７に示すような比例関係となっている。
【００２８】
以上より、磁石膜２５の好ましい膜厚を考慮すると、ＴHK=0_HM／ＴC_FLは０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５を満たすことが好ましい。
【００２９】
磁石膜２５のキュリー温度ＴC_HMは図７（ａ）を参照して説明したように、組成を変更することで容易に調整することができる。また、磁石膜２５のキュリー温度ＴC_HMは、図７（ｂ）に示すように、磁性粒子の平均粒径を変更することで調整することもできる。図７（ｂ）は横軸に、Ｚ方向からみた磁石膜２５を構成する磁性粒子の平均粒径を、縦軸にキュリー温度を示している。磁性膜はＣｏ５０Ｐｔ５０であり、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の平均粒径の範囲でキュリー温度は４２０〜８２０Ｋの間で変化する。フリー層２４のキュリー温度ＴC_FLは通常６５０〜９００Ｋの範囲にあるため、平均粒径が１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であれば０．７≦ＴC_HM／ＴC_FL≦１．０５の関係を満たすことが容易である。
【００３０】
また、磁石膜２５の磁化と異方性磁界と保磁力と環境温度との間には概ね図８に示す関係がある。磁石膜２５の磁化と異方性磁界は温度が増加するにつれてほぼ同じ経路で減少し、ほぼ同じ温度でゼロになる。すなわち、磁石膜２５の異方性磁界がゼロとなる温度ＴHK=0_HMは磁石膜２５のキュリー温度ＴC_HMと一致する。また、磁石膜２５の保磁力も温度が増加するにつれて、磁化及び異方性磁界とほぼ同じ経路で減少するが、キュリー温度ＴC_HM及び異方性磁界がゼロとなる温度ＴHK=0_HMより若干低い温度ＴHC=0_HMでゼロになる。しかし、保磁力がゼロとなる温度ＴHC=0_HMはＴC_HM及びＴHK=0_HMと相関している。以上より、フリー層２４のキュリー温度ＴC_FLと磁石膜２５の異方性磁界がゼロとなる温度ＴHK=0_HMとの間に、０．７≦ＴHK=0_HM／ＴC_FL≦１．０５の関係があると言え、フリー層２４のキュリー温度ＴC_FLと磁石膜２５の保磁力がゼロとなる温度ＴHC=0_HMとの間に、０．７≦ＴHC=0_HM／ＴC_FL≦１．０５の関係があると言える。
【００３１】
以上説明した磁気センサ１は例えば電流センサに用いることができる。図９（ａ）は磁気センサ１を備える電流センサ１０１の概略断面図を示している。図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。磁気センサ１は電流線１０２の近傍に設置され、印加される信号磁場Ｂｓの変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる。電流センサ１０１は、磁場強度調整手段である第１及び第２の軟磁性体１０３，１０４と、磁気センサ１の近傍に設けられたソレノイド型のフィードバックコイル１０５と、を有している。フィードバックコイル１０５は信号磁場Ｂｓをキャンセルするキャンセル磁場Ｂｃを発生させる。フィードバックコイル１０５は、磁気センサ１と第２の軟磁性体１０４の周りを螺旋状に巻回している。図９（ａ）において紙面手前から奥側（ｙ方向）に、図９（ｂ）において左から右に、電流ｉが電流線１０２を流れている。この電流ｉによって、図９（ａ）において時計回りの外部磁場Ｂｏが誘起される。外部磁場Ｂｏは第１の軟磁性体１０３で減衰され、第２の軟磁性体１０４で増幅され、信号磁場Ｂｓとして磁気センサ１に左向きに印加される。磁気センサ１は信号磁場Ｂｓに相当する電圧信号を出力し、電圧信号がフィードバックコイル１０５に入力される。フィードバックコイル１０５にはフィードバック電流Ｆｉが流れ、フィードバック電流Ｆｉは信号磁場Ｂｓをキャンセルするキャンセル磁場Ｂｃを発生させる。信号磁場Ｂｓとキャンセル磁場Ｂｃは絶対値が同じで方向が逆向きであるため、信号磁場Ｂｓはキャンセル磁場Ｂｃと相殺され、磁気センサ１に印加される磁場は実質的にゼロとなる。フィードバック電流Ｆｉは抵抗（図示せず）によって電圧に変換され、電圧値として出力される。電圧値はフィードバック電流Ｆｉ、キャンセル磁場Ｂｃ及び信号磁場Ｂｓに比例するため、電圧値から電流線１０２を流れる電流を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  磁気センサ
１１  第１の磁気抵抗効果素子
１２  第２の磁気抵抗効果素子
１３  第３の磁気抵抗効果素子
１４  第４の磁気抵抗効果素子
２１  反強磁性層
２２  ピンド層
２２Ａ  内側ピンド層
２２Ｂ  非磁性中間層
２２Ｃ  外側ピンド層
２３  スペーサ層
２４  フリー層
２５  磁石膜
ＴC_FL  フリー層のキュリー温度
ＴC_HM  磁石膜のキュリー温度
ＴHK=0_HM  磁石膜の異方性磁界がゼロとなる温度
ＴHC=0_HM  磁石膜の保磁力がゼロとなる温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月29日(2019.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記フリー層の磁化膜厚に対する前記磁石膜の磁化膜厚の比は２以上、４以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
しかし、磁石膜２５の膜厚が大きいとバイアス磁場が増加し、フリー層２４の磁化方向が容易に回転しなくなるため、磁気ヘッド１の出力が低下する。一方、磁石膜２５の膜厚が小さいとフリー層２４を単磁区化することができない。フリー層２４の磁化膜厚Ｍsｔ_FL（Ｍsはフリー層２４の飽和磁化、ｔはフリー層２４の膜厚）に対する磁石膜２５の磁化膜厚Ｍsｔ_HM（Ｍsは磁石膜２５の飽和磁化、ｔは磁石膜２５の膜厚）の比Ｍsｔ_HM／Ｍsｔ_FLは２以上、４以下であるのが好ましい。実施例のフリー層２４の磁化膜厚は７．８Ａ（０．７８ｅｍｕ／ｃｍ2）であるので、磁石膜２５の好ましい磁化膜厚は１５．６〜３１．２Ａ（１．５６〜３．１２ｅｍｕ／ｃｍ2）となり、これを膜厚に換算すると２６〜５２ｎｍとなる。なお、磁石膜２５の膜厚ｔ_HMとＭsｔ_HM／Ｍsｔ_FLの関係は図６に示すような比例関係となっている。
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月28日(2019.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記フリー層の飽和磁化と膜厚との積に対する前記磁石膜の飽和磁化と膜厚との積の比は２以上、４以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
しかし、磁石膜２５の膜厚が大きいとバイアス磁場が増加し、フリー層２４の磁化方向が容易に回転しなくなるため、磁気ヘッド１の出力が低下する。一方、磁石膜２５の膜厚が小さいとフリー層２４を単磁区化することができない。フリー層２４の磁化膜厚Ｍsｔ_FLに対する磁石膜２５の磁化膜厚Ｍsｔ_HMの比Ｍsｔ_HM／Ｍsｔ_FLは２以上、４以下であるのが好ましい。ここで、フリー層２４の磁化膜厚Ｍsｔ_FLは、フリー層２４の飽和磁化をＭs_FL、フリー層２４の膜厚をｔ_FLとしたときにＭs_FL×ｔ_FLの意味であり、磁石膜２５の磁化膜厚Ｍsｔ_HMは、磁石膜２５の飽和磁化をＭs_HM、磁石膜２５の膜厚をｔ_HMとしたときにＭs_HM×ｔ_HMの意味である。実施例のフリー層２４の磁化膜厚は７．８Ａ（０．７８ｅｍｕ／ｃｍ2）であるので、磁石膜２５の好ましい磁化膜厚は１５．６〜３１．２Ａ（１．５６〜３．１２ｅｍｕ／ｃｍ2）となり、これを膜厚に換算すると２６〜５２ｎｍとなる。なお、磁石膜２５の膜厚ｔ_HMとＭsｔ_HM／Ｍsｔ_FLの関係は図６に示すような比例関係となっている。
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月17日(2019.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記フリー層と前記スペーサ層と前記ピンド層とが積層された方向からみて、前記磁石膜を構成する磁性粒子の平均粒径は１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気センサ。