(57)【要約】【課題】  特に、磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を改良し、このＲ−Ｈ曲線を利用して成るラッチ型の磁気検出装置を提供することを目的としている。【解決手段】  磁気抵抗効果素子２３は、外部磁界がゼロから（＋）方向の外部磁界の所定範囲内、及び、外部磁界がゼロから前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界の所定範囲内では、電気抵抗値が変動せず、前記（＋）方向の外部磁界、及び前記（−）方向の外部磁界に対して、夫々、所定以上の磁界強度変化があったときに電気抵抗値が変化するＲ−Ｈ曲線を有している。これにより動作安定性に優れたラッチ型の磁気検出装置を得ることが出来る。また回路内にラッチ回路を設ける必要がなく、また磁気抵抗効果素子も一種類ですむ事から、磁気検出装置の小型化と製造コストの低減を図ることが可能である。【選択図】図２
2008102786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置であって、
前記磁気抵抗効果素子は、横軸を外部磁界の大きさ、縦軸を前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値としたグラフ上にて、ループ状で、しかも最小抵抗値Ｒ１と最大抵抗値Ｒ２の中間抵抗値Ｒ３が、（＋）方向の外部磁界のとき、及び、前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界のときの、夫々に存在するＲ−Ｈ曲線を有し、
（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化により前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の変化に基づいて第１の信号が、前記（−）方向の外部磁界の磁界強度変化により前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の変化に基づいて第２の信号が、夫々、生成され、
一旦生成された前記第１の信号は、前記（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、及び、前記（−）方向の外部磁界のうち、前記第２の信号が生成される磁界強度よりも小さい磁界強度変化に対して保持され、
一旦生成された前記第２の信号は、前記（−）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、及び、前記（＋）方向の外部磁界のうち、前記第１の信号が生成される磁界強度よりも小さい磁界強度変化に対して保持されることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、外部磁界がゼロから前記（＋）方向の外部磁界の所定範囲内、及び、外部磁界がゼロから前記（−）方向の外部磁界の所定範囲内では、電気抵抗値が変動せず、前記（＋）方向の外部磁界及び前記（−）方向の外部磁界に対して、夫々、所定以上の磁界強度変化があったときに電気抵抗値が変化する前記Ｒ−Ｈ曲線を有する請求項１記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界に対して磁化方向が変更するフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層の磁化方向は、無磁場状態において、前記固定磁性層の磁化方向と平行、あるいは反平行となるように調整されている請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子は、素子幅Ｗに比べて素子長さＬが長く形成された細長形状であり、
前記フリー磁性層は、前記無磁場状態において、前記素子長さＬの方向に磁化されている請求項３記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記フリー磁性層の保磁力Ｈｃは、７９０Ａ／ｍ以上である請求項３又は４に記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線（ヒステリシス特性）を改良し、このＲ−Ｈ曲線を利用して成るラッチ型の磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子は、磁気スイッチや磁気エンコーダ等の磁気センサとしての需要と、ハードディスク装置に内臓される磁気ヘッドとしての需要がある。【０００３】
磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして使用する場合、外部磁界の変動に対する磁気感度は良好であることが必要である。
【特許文献１】特開２００３−６０２５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２９８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、磁気センサに磁気抵抗効果素子を用いる場合、例えば磁気スイッチのように磁極変化によってＯＮ／ＯＦＦの切換信号を出力するような用途に使用する場合、前記磁気抵抗効果素子の磁気感度が良好であると逆に、外部磁界がゼロからわずかに変動しても前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値は変化してしまうため、外部磁界の磁極変化に対して、磁気抵抗効果素子の電気抵抗値がばたつきやすく、チャタリングが生じやすい等、安定した動作を得ることができなかった。【０００５】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を改良し、このＲ−Ｈ曲線を利用して成るラッチ型の磁気検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置であって、
前記磁気抵抗効果素子は、横軸を外部磁界の大きさ、縦軸を前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値としたグラフ上にて、ループ状のＲ−Ｈ曲線が形成され、しかも最小抵抗値Ｒ１と最大抵抗値Ｒ２の中間抵抗値Ｒ３が、（＋）方向の外部磁界のとき、及び、前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界のときの、夫々に存在するＲ−Ｈ曲線を有し、
（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化により前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の変化に基づいて第１の信号が、前記（−）方向の外部磁界の磁界強度変化により前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の変化に基づいて第２の信号が、夫々、生成され、
一旦生成された前記第１の信号は、前記（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、及び、前記（−）方向の外部磁界のうち、前記第２の信号が生成される磁界強度よりも小さい磁界強度変化に対して保持され、
一旦生成された前記第２の信号は、前記（−）方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、及び、前記（＋）方向の外部磁界のうち、前記第１の信号が生成される磁界強度よりも小さい磁界強度変化に対して保持されることを特徴とするものである。【０００７】
本発明では、磁気抵抗効果素子のヒステリシスを大きくしている。すなわち上記のように、前記磁気抵抗効果素子は、ループ状で、しかも最小抵抗値Ｒ１と最大抵抗値Ｒ２の中間抵抗値Ｒ３が、（＋）方向の外部磁界のとき、及び、前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界のときの、夫々に存在するＲ−Ｈ曲線（ヒステリシス特性）を有する。そして磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を利用することで、特に、回路内にラッチ回路を設けずとも、動作安定性に優れたラッチ型の磁気検出装置を得ることができる。また、磁気抵抗効果素子も一種類で済むため、磁気検出装置の小型化と製造コストの低減を図ることが可能である。【０００８】
本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、外部磁界がゼロから前記（＋）方向の外部磁界の所定範囲内、及び、外部磁界がゼロから前記（−）方向の外部磁界の所定範囲内では、電気抵抗値が変動せず、前記（＋）方向の外部磁界及び前記（−）方向の外部磁界に対して、夫々、所定以上の磁界強度変化があったときに電気抵抗値が変化する前記Ｒ−Ｈ曲線を有することが好適である。これによりヒステリシスを効果的に大きくできる。しかも（＋）方向の外部磁界が作用しても、磁気抵抗効果素子の電気抵抗値はなかなか変動せず、（＋）方向に所定以上の磁界強度が作用したときに電気抵抗値が変動し、同様に、（−）方向の外部磁界が作用しても、磁気抵抗効果素子の電気抵抗値はなかなか変動せず、（−）方向に所定以上の磁界強度が作用したときに電気抵抗値が変動するようにＲ−Ｈ曲線が調整されている。よって、このような磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線を利用することで、より効果的に、動作安定性に優れたラッチ型の磁気検出装置を得ることができる。【０００９】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界に対して磁化方向が変更するフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気抵抗効果素子のフリー磁性層の磁化方向は、無磁場状態において、前記固定磁性層の磁化方向と平行、あるいは反平行となるように調整されていることが好ましい。これにより、上記したＲ−Ｈ曲線を有する磁気抵抗効果素子を簡単且つ適切に得ることが可能である。【００１０】
また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、素子幅Ｗに比べて素子長さＬが長く形成された細長形状であり、
前記フリー磁性層は、前記無磁場状態において、前記素子長さＬの方向に磁化されていることが好ましい。これにより前記フリー磁性層には形状異方性が付与されて、より効果的に、上記したＲ−Ｈ曲線を有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能である。【００１１】
また本発明では、前記フリー磁性層の保磁力Ｈｃは、７９０Ａ／ｍ以上であることが好ましい。これにより、より効果的に、上記したＲ−Ｈ曲線を有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、動作安定性に優れたラッチ型の磁気検出装置を得ることが出来る。特に、本発明では、回路内にラッチ回路を設ける必要がなく、また磁気抵抗効果素子も一種類ですむ事から、磁気検出装置の小型化と製造コストの低減を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本実施形態の磁気検出装置の回路構成図、図２は、本実施形態の磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線（ヒステリシス特性）を示すグラフ、図３は、本実施形態における外部磁界と電圧（差動電位）との関係を示すグラフ、図４及び図５は、本実施形態の磁気検出装置を用いた磁気スイッチ（電子機器）の斜視図（図５は、図４の状態から磁石が１８０度回転した状態を示す）、図６は、本実施形態の磁気抵抗効果素子を図４に示すＡ−Ａ線に沿って膜厚方向に向けて切断し矢印方向から見たときの部分拡大断面図、図７は、図４に示す磁気検出装置をＡ−Ａ線に沿って膜厚方向に向けて切断し矢印方向から見たときの部分拡大断面図、である。【００１４】
図４ないし図６に示すＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、Ｚ１−Ｚ２方向の夫々一つの方向が、他の２つの方向に対して直交する関係となっている。Ｙ１−Ｙ２方向は、磁気抵抗効果素子２３と磁石５０とが対向する方向であり、Ｚ１−Ｚ２方向は、磁気抵抗効果素子２３の積層方向である。【００１５】
図１に示す本実施形態の磁気検出装置２０は、抵抗素子部２１と集積回路（ＩＣ）２２とを有して構成される。【００１６】
前記抵抗素子部２１には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）２３と第１固定抵抗素子２４とが第１出力取り出し部２５を介して直列接続された第１直列回路２６が設けられている。【００１７】
図１に示すように、集積回路２２内には、第２固定抵抗素子２７と第３固定抵抗素子２８とが第２出力取り出し部２９を介して直列接続された第２直列回路３０が設けられる。図１に示すように、磁気抵抗効果素子２３と第２固定抵抗素子２７は並列接続され、また第１固定抵抗素子２４と第３固定抵抗素子２８が並列接続されている。図１に示すように、磁気抵抗効果素子２３、第１固定抵抗素子２４、第２固定抵抗素子２７及び第３固定抵抗素子２８とでブリッジ回路が構成されている。【００１８】
図１に示すように前記集積回路２２には入力端子（電源）３９、アース端子４２及び外部出力端子４０が設けられている。前記入力端子３９、アース端子４２及び外部出力端子４０は夫々図示しない機器側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。【００１９】
図１に示すように集積回路２２内には、１つの差動増幅器３５が設けられ、前記差動増幅器３５に、前記第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５及び第２直列回路３０の第２出力取り出し部２９が接続されている。【００２０】
図１に示すように、前記差動増幅器３５の出力部は、比較回路（コンパレータ）３８に接続されている。さらに前記比較回路３８の出力部側が、外部出力端子４０に接続される。【００２１】
本実施形態の磁気検出装置２０は、図７に示すように、基板７０上に、集積回路２２を構成する差動増幅器やコンパレータ等の能動素子７１〜７４が形成されている。【００２２】
図７に示すように、前記基板７０上及び集積回路２２上は、レジスト層等から成る絶縁層７８で覆われている。前記絶縁層７８上には、磁気抵抗効果素子２３や第１固定抵抗素子２４が形成され、前記磁気抵抗効果素子２３上及び第１固定抵抗素子２４上は、例えばアルミナやシリカで形成された絶縁層８０で覆われている。そして前記磁気検出装置２０はモールド樹脂によりパッケージ化される。【００２３】
前記磁気抵抗効果素子２３及び第１固定抵抗素子２４と集積回路２２間は図示しない配線層によって電気的に接続されている。【００２４】
磁気抵抗効果素子２３は、図６に示す積層構造で形成される。図６に示すように、前記磁気抵抗効果素子２３は、下から反強磁性層６２、固定磁性層６３、非磁性中間層６４、フリー磁性層６５、及び保護層６６の順で積層されている。前記反強磁性層６２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性層６２は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。前記固定磁性層６３及びフリー磁性層６５はＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料で形成される。また前記非磁性中間層６４はＣｕ等で形成される。また前記保護層６６はＴａ等で形成される。前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５は積層フェリ構造（磁性層／非磁性層／磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ２つの磁性層の磁化方向が反平行である構造）であってもよい。また前記固定磁性層６３やフリー磁性層６５は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。また前記反強磁性層６２の下側にＴａ等で形成された下地層や、ＮｉＦｅＣｒ等で形成されたシード層が設けられていてもよい。【００２５】
前記磁気抵抗効果素子２３では、前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより前記反強磁性層６２と前記固定磁性層６３との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記固定磁性層６３の磁化方向は一方向に固定される。図６では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａを矢印方向で示している。前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａは図示Ｘ２方向である。【００２６】
また、無磁場状態（外部磁界が作用していないとき）での前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは図示Ｘ２方向である。よって無磁場状態では、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａと前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａは平行状態である。【００２７】
図６の磁気抵抗効果素子２３は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）である。本実施形態では、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）であってもよい。【００２８】
また、無磁場状態において、前記固定磁性層６３の磁化方向６３ａとフリー磁性層６５の磁化方向６５ａは反平行であってもよい。【００２９】
前記第１固定抵抗素子２４は、外部磁界に対して電気抵抗値が変化しなければどのような構造であってもよい。ただし、本実施形態では、図６に示す磁気抵抗効果素子２３と同じ材料構成で、且つ、磁気抵抗効果素子２３と異なって、フリー磁性層６５に相当する磁性層と、非磁性中間層６４とが逆積層される構成であることが第１固定抵抗素子２４と磁気抵抗効果素子２３の温度係数（ＴＣＲ）のばらつきを小さくでき好適である。フリー磁性層６５に相当する磁性層と、非磁性中間層６４とを逆積層すると、フリー磁性層６５に相当する磁性層は固定磁性層６３に接することで外部磁界に対して磁化変動せず、これにより外部磁界に対して電気抵抗が変化しない固定抵抗素子となる。【００３０】
本実施形態の磁気抵抗効果素子２３は図２に示すＲ−Ｈ曲線を有している。前記磁気抵抗効果素子２３は、外部磁界がゼロから（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の所定範囲内、及び、外部磁界がゼロから前記（＋）方向とは逆方向の（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の所定範囲内では、電気抵抗値が変動せず、前記（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）、及び前記（−）方向の外部磁界（−Ｈ）に対して、夫々、所定以上の磁界強度変化があったときに電気抵抗値が変化するＲ−Ｈ曲線（ヒステリシス特性）を有している。【００３１】
磁気抵抗効果素子２３は、無磁場状態では、前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは平行であるから、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは最小抵抗値Ｒ１となっている。【００３２】
（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）が作用しても、磁気抵抗効果素子２３の前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは平行状態を保ち、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは一定のままである（図２の経路（１））。【００３３】
（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度が徐々に強まり、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以上になると、フリー磁性層６５の磁化方向６５ａがＸ２方向からＸ１方向へ向けて徐々に反転し始め、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは、図２のＲ−Ｈ曲線上の（２）の位置を境にして、徐々に上昇する（図２の経路（３））。【００３４】
（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度がさらに強くなり、やがてフリー磁性層６５の磁化方向６５ａがＸ２方向に向くと、前記磁気抵抗効果素子２３の前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは反平行状態となり、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは最大抵抗値Ｒ２に達する。【００３５】
そこから今度は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度を徐々に小さくしていっても、前記磁気抵抗効果素子２３の前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは反平行状態を保ち、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは最大抵抗値Ｒ２のままである（図２の経路（４））。【００３６】
やがて外部磁界Ｈがゼロになり、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）が作用しても、磁気抵抗効果素子２３の前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは反平行状態を保ち、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは一定のままである（図２の経路（４））。【００３７】
（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度がさらに強まり、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ２以上になると、フリー磁性層６５の磁化方向６５ａがＸ１方向からＸ２方向へ向けて徐々に反転し始め、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは、図２のＲ−Ｈ曲線上の（５）の位置を境にして、徐々に低下する（図２の経路（６））。【００３８】
（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度がさらに強くなり、やがてフリー磁性層６５の磁化方向６５ａがＸ２方向に向くと、前記磁気抵抗効果素子２３の前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは平行状態となり、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは最小抵抗値Ｒ１に達する。【００３９】
そこから今度は、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度を徐々に小さくしていっても、前記磁気抵抗効果素子２３の前記固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向６３ａ，６５ａは平行状態を保ち、前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは最小抵抗値Ｒ１のままである（図２の経路（１））。【００４０】
前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値の最小抵抗値Ｒ１と最大抵抗値Ｒ２の中間抵抗値でのＲ−Ｈ曲線の広がり幅の中心が、Ｒ−Ｈ曲線の「中点」である。そして前記「中点」から外部磁界Ｈがゼロまでの横軸の距離、すなわち「中点」位置での磁界の強さでフリー磁性層６５と固定磁性層６３間に作用する層間結合磁界Ｈｉｎの大きさが決定される。図２では、前記層間結合磁界Ｈｉｎは、ほぼゼロとなっている。【００４１】
また、縦軸に関して前記磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒの最大抵抗値Ｒ２と最小抵抗値Ｒ１の中間抵抗値Ｒ３のレベル位置でのＲ−Ｈ曲線の広がり幅は、２×保磁力Ｈｃで定義される。図２に示すように、中間抵抗値Ｒ３は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ３のとき、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ４のときの夫々に存在する。【００４２】
以上のように、磁気抵抗効果素子２３は、図２のＲ−Ｈ曲線上での経路（１）−経路（３）−経路（４）−経路（６）を辿るループ状のＲ−Ｈ曲線を有している。磁気抵抗効果素子２３は（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以上になったときに電気抵抗値が変化し、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ２以上になったときに電気抵抗値が変化し、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以下であり、また（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ２以下では、磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値は最小抵抗値Ｒ１か最大抵抗値Ｒ２のどちらかに一定となっている。このように前記磁気抵抗効果素子２３は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）から（−）方向の外部磁界（−Ｈ）に跨る大きなヒステリシスを有している。【００４３】
前記磁気抵抗効果素子２３のヒステリシスを大きくするには、例えば次のような調整を行う。【００４４】
１．磁気抵抗効果素子２３の形状を適正化し、形状異方性により、前記フリー磁性層６５の磁化方向６５ａがＸ１−Ｘ２方向と平行な方向に優先的に向くように調整される。図４に示すように磁気抵抗効果素子２３の素子幅はＷで形成され、前記素子幅Ｗと直交する方向の素子長さはＬで形成される。前記素子長さＬは図示Ｘ１−Ｘ２方向と平行な方向に形成され、前記素子長さＬは、前記素子幅Ｗよりも大きく形成される。無磁場状態において、前記フリー磁性層６５は、形状異方性により、素子長さＬの方向に強く磁化される。例えば、前記素子幅Ｗは１μｍ〜５μｍの範囲内で形成され、前記素子長さＬは５０μｍ〜２５０μｍの範囲内で形成される。【００４５】
前記磁気抵抗効果素子２３は図４に示すような長方形状でなく、例えばミアンダー形状であってもよい。ミアンダー形状にすると、限られた領域内で、素子長さＬを長く形成でき、形状異方性をより大きくできるというメリットのほかに素子抵抗を増大させて消費電流を低減できるというメリットもある。【００４６】
２．前記磁気抵抗効果素子２３のフリー磁性層６５の保磁力Ｈｃを大きくする。前記フリー磁性層６５の保磁力Ｈｃは、７９０Ａ／ｍ（約１０Ｏｅ）以上であることが好適である。【００４７】
例えば前記フリー磁性層６５は、ＮｉＦｅよりもＣｏＦｅで形成されるほうが、保磁力Ｈｃを大きくでき好適である。また、前記フリー磁性層６５はＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ等の硬磁性材料で形成されてもよい。【００４８】
また、前記層間結合磁界Ｈｉｎはできる限りゼロに近づくように調整することが好適である。例えば前記層間結合磁界Ｈｉｎは、前記非磁性中間層６４の膜厚により調整できる。【００４９】
図２に示すＲ−Ｈ曲線を有する磁気抵抗効果素子２３をブリッジ回路に設けることで、外部磁界の磁界強度と前記ブリッジ回路から得られる電圧（差動電位）との関係は例えば図３のようになる。【００５０】
図３に示す電圧変化の経路（１）（３）（４）（６）は、図２に示すＲ−Ｈ曲線上の経路（１）（３）（４）（６）と連動している。磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒが最小抵抗値Ｒ１のとき、電圧は最大値Ｖ１であり、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以下の範囲では、磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値は経路（１）上にて一定値（最小抵抗値Ｒ１）を保ち、このとき電圧は経路（１）上にて一定値（最大電圧値Ｖ１）を保つ。（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以上となり、磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値が経路（３）上にて上昇すると、電圧は経路（３）上にて低下し、やがて磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは最大抵抗値Ｒ２となり、このとき電圧は最小電圧値Ｖ２となる。そこから今度は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）を徐々に弱めていき、さらに（−）方向の外部磁界（−Ｈ）をＨ２以下の範囲内で徐々に大きくしていっても、磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒは経路（４）上にて一定値（最大抵抗値Ｒ２）を保ち、またこのとき電圧は経路（４）上にて一定値（最小電圧値Ｖ２）を保つ。そして、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ２以上となり、磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値Ｒが経路（６）上にて徐々に低下すると、電圧は経路（６）上にて徐々上昇し、やがて磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値は最小抵抗値Ｒ１となり、このとき電圧は最大電圧値Ｖ１となる。【００５１】
図１に示す比較回路３８では、ある閾値電圧Ｖ３が設定されている（図３参照）。電圧が前記閾値電圧Ｖ３以下になるとＯＮ信号（第１の信号）が生成され、前記電圧が閾値電圧Ｖ３以上になるとＯＦＦ信号（第２の信号）が生成されるとき、図３に示すように、経路（３）上にて電圧値が徐々に小さくなり、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ５以上になると、ＯＮ信号（第１の信号）が生成され、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ６以上になると、ＯＦＦ信号（第２の信号）が生成される。なお例えば、前記（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度Ｈ５は、図２での磁界強度Ｈ３、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度Ｈ６は、図２での磁界強度Ｈ４と夫々同じになるように設定される。【００５２】
本実施形態では、一旦生成されたＯＮ信号は、前記（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度変化に対して、及び、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）のうち、ＯＦＦ信号が生成される磁界強度（Ｈ６）よりも小さい磁界強度変化に対して保持される。すなわちＯＮ信号は、Ｈ６以上の（−）方向の外部磁界（−Ｈ）が作用しない限り、保持され続けるのである。【００５３】
また本実施形態では、一旦生成されたＯＦＦ信号は、前記（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度変化に対して、及び、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）のうち、ＯＮ信号が生成される磁界強度（Ｈ５）よりも小さい磁界強度変化に対して保持される。すなわちＯＦＦ信号は、Ｈ５以上の（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）が作用しない限り、保持され続けるのである。【００５４】
図３に示す経路（１）→経路（３）→経路（４）→経路（６）の順に電圧変化するとき、経路（１）上ではＯＦＦ信号が生成され、経路（３）上のうち、磁界強度がＨ５よりも小さい範囲ではＯＦＦ信号が生成され、磁界強度がＨ５以上の範囲ではＯＮ信号が生成され、経路（４）ではＯＮ信号が生成され、経路（６）上のうち、磁界強度がＨ６よりも小さい範囲ではＯＮ信号が生成され、磁界強度がＨ６以上の範囲ではＯＦＦ信号が生成される。【００５５】
よって本実施形態では、外部磁界が（＋）方向から（−）方向（あるいはその逆方向）へ変動する近辺では、ＯＮ信号／ＯＦＦ信号が感度良く切り換わらず、外部磁界が（＋）方向から（−）方向へ変動する近辺は不感領域となって、そのときの信号を保持し続けている。このため、従来のように、外部磁界が（＋）方向から（−）方向（あるいはその逆方向）へ変動する近辺でチャタリングは生じず、従来に比べて動作安定性を向上させることができる。【００５６】
また図２に示す磁気抵抗効果素子２３のＲ−Ｈ曲線を利用することで、図１に示す集積回路２２内に、ラッチ回路を設けずとも、動作安定性に優れたラッチ型の磁気検出装置２０を得ることができる。【００５７】
また本実施形態に示すように、磁気抵抗効果素子２３も一種類で済むため、磁気検出装置２０の小型化と製造コストの低減を図ることが可能である。【００５８】
本実施形態では、前記磁気抵抗効果素子２３は、図２のグラフ上にて、ループ状で、しかも（＋）方向の外部磁界がＨ３のとき、及び、前記（−）方向の外部磁界がＨ４のときに、夫々、中間抵抗値Ｒ３となるＲ−Ｈ曲線を有することが必須である。さらに、磁気抵抗効果素子２３は（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以上になったときに電気抵抗値が変化し、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ２以上になったときに電気抵抗値が変化し、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以下であり、また（−）方向の外部磁界（−Ｈ）がＨ２以下では、磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値は最小抵抗値Ｒ１か最大抵抗値Ｒ２のどちらかに一定となるＲ−Ｈ曲線を有することが、ヒステリシスを大きくでき、しかも、ゼロの外部磁界から（＋）方向及び（−）方向への一定の外部磁界領域で電気抵抗が変化しないため、動作安定性を効果的に向上させることができる。【００５９】
本実施形態の磁気検出装置２０は例えば図４，図５に示す磁気スイッチ５１に使用できる。【００６０】
前記磁気スイッチ５１は磁気検出装置２０と磁石５０とを備える。前記磁石５０の中心には、図示しない回転軸（図示Ｙ１−Ｙ２方向へ延びる軸）が設けられており、前記磁石５０は前記回転軸を中心にして回転自在に支持されている。【００６１】
前記磁石５０の前記磁気検出装置２０との対向面（Ｘ−Ｚ平面）は半分がＮ極に、残り半分がＳ極に着磁されている。【００６２】
前記磁気抵抗効果素子２３は、素子幅Ｗが向く方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と素子長さＬが向く方向（Ｘ１−Ｘ２方向）から成るＸ−Ｙ平面が、前記磁石５０との対向面と直交する向きに支持されている。前記Ｘ−Ｙ平面は、前記磁気抵抗効果素子２３を構成する各層の界面と平行な面である。【００６３】
図４は前記磁気抵抗効果素子２３に対して、最も強く（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）が作用している状態を示す。【００６４】
前記磁石５０を回転させると、徐々に前記磁気抵抗効果素子２３に作用する（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度が弱くなり、やがて前記磁気抵抗効果素子２３に作用する外部磁界がゼロになる。さらに前記磁石５０を回転させると、前記磁気抵抗効果素子２３に（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度が作用し、徐々に、（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度が強くなり、やがて前記磁気抵抗効果素子２３に作用する（−）方向の外部磁界（−Ｈ）の磁界強度が最大に大きくなる（図５の状態）。【００６５】
図４，図５に示す磁気スイッチを用いることで、前記磁石５０の回転に伴って、ＯＮ信号とＯＦＦ信号を交互に切換えることが出来る。しかも、図３に示すように（＋）方向の外部磁界がＨ３以上の磁界強度に、（−）方向の外部磁界がＨ４以上の磁界強度にならないと、ＯＦＦ信号とＯＮ信号とが切り換わらないため、磁極が変化する近辺でのわずかな磁界強度の変動によって信号の切り換えがばたつかず、チャタリングの発生を従来よりも抑えることができる。【００６６】
また前記磁気抵抗効果素子２３は、水平磁場（界面と平行な面に作用する磁界）を検知するものであり、また弱磁場をも検知できるので、磁気スイッチ５１内部での広い範囲を前記磁気検出装置２０の設置場所に設定できる。【００６７】
本実施形態の磁気検出装置２０は、（＋）方向の外部磁界、及び（−）方向の外部磁界が作用し、磁極の変化によって信号を切り換える電子機器であれば、図４，図５に示す回転式の磁気スイッチ以外に、例えばスライド式の磁気スイッチにも適用可能である。また、本実施形態の磁気検出装置２０は、例えば磁気エンコーダにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態の磁気検出装置の回路構成図、
【図２】本実施形態の磁気抵抗効果素子のＲ−Ｈ曲線（Ｒ−Ｈ曲線）を示すグラフ、
【図３】本実施形態における外部磁界と電圧（差動電位）との関係を示すグラフ、
【図４】本実施形態の磁気検出装置を用いた磁気スイッチの斜視図、
【図５】本実施形態の磁気検出装置を用いた磁気スイッチの斜視図（図５は、図４の状態から磁石が１８０度回転した状態を示す）、
【図６】本実施形態の磁気抵抗効果素子を図４に示すＡ−Ａ線に沿って膜厚方向に向けて切断し矢印方向から見たときの部分拡大断面図、
【図７】図４に示す磁気検出装置をＡ−Ａ線に沿って膜厚方向に向けて切断し矢印方向から見たときの部分拡大断面図、
【符号の説明】
【００６９】
２０  磁気検出装置
２１  抵抗素子部
２２  集積回路（ＩＣ）
２３  磁気抵抗効果素子
２４  第１固定抵抗素子
２５  第１出力取り出し部
２６  第１直列回路
２７  第２固定抵抗素子
２８  第３固定抵抗素子
２９  第２出力取り出し部
３０  第２直列回路
３５  差動増幅器
３８  比較回路（コンパレータ）
３９  入力端子
４０  外部出力端子
４２  アース端子
５０  磁石
５１  磁気スイッチ
６２  反強磁性層
６３  固定磁性層
６４  非磁性中間層
６５  フリー磁性層
６６  保護層
７０  基板
７１〜７４  能動素子
７８、８０  絶縁層
【図１】
2008102786.tif 000003
【図２】
2008102786.tif 000004
【図３】
2008102786.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008102786.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月8日(2008.7.8)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子と、集積回路とを有する磁気検出装置、及び、前記磁気検出装置との対向面が着磁面で、前記着磁面にＮ極とＳ極とが設けられた磁石を、有する磁気スイッチであって、
Ｎ極からＳ極に至る外部磁界の一方向を（＋）方向、前記（＋）方向とは逆方向を（−）方向としたとき、
前記磁気抵抗効果素子を構成する各層の界面と平行な面は着磁面と直交する方向の面であり、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層され、磁化方向が外部磁界により変動するフリー磁性層とを有して構成され、前記固定磁性層の磁化は、前記（＋）方向あるいは前記（−）方向のいずれかの方向に固定されており、前記磁石から前記磁気検出装置には前記（＋）方向あるいは（−）方向の外部磁界の磁界強度が徐々に弱まり、やがて無磁場状態になり、続いて、前記（−）方向あるいは（＋）方向の外部磁界の磁界強度が徐々に強まるように、前記磁石が前記磁気検出装置に対して動的に支持されており、
前記磁気抵抗効果素子は、横軸を外部磁界の大きさ、縦軸を前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値としたグラフ上にて、ループ状で、しかも最小抵抗値Ｒ１と最大抵抗値Ｒ２の中間抵抗値Ｒ３が、前記（＋）方向の外部磁界のとき、及び、前記（−）方向の外部磁界のときの、夫々に存在するＲ−Ｈ曲線を有し、
前記集積回路は、入力端子、グランド端子、出力端子、及び比較回路を備え、且つラッチ回路がない構成であり、前記比較回路には閾値が設定されており、
前記（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化による前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の変化に基づいて変化する電圧値が前記閾値を下回ったとき、第１の信号が、前記（−）方向の外部磁界の磁界強度変化による前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の変化に基づいて変化する電圧値が前記閾値を上回ったとき第２の信号が、夫々、生成され、
一旦生成された前記第１の信号は、前記（＋）方向の外部磁界の磁界強度変化、及び、前記（−）方向の外部磁界のうち、前記第２の信号が生成される磁界強度よりも小さい磁界強度変化に対して前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく電圧値が常に、前記閾値を下回ることで、前記集積回路に前記ラッチ回路が無くても保持され、
一旦生成された前記第２の信号は、前記（−）方向の外部磁界の磁界強度変化、及び、前記（＋）方向の外部磁界のうち、前記第１の信号が生成される磁界強度よりも小さい磁界強度変化に対して前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化に基づく電圧値が常に、前記閾値を上回ることで、前記集積回路に前記ラッチ回路が無くても保持されることを特徴とする磁気スイッチ。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、外部磁界がゼロから前記（＋）方向の外部磁界の所定範囲内、及び、外部磁界がゼロから前記（−）方向の外部磁界の所定範囲内では、電気抵抗値が変動せず、前記（＋）方向の外部磁界及び前記（−）方向の外部磁界に対して、夫々、所定以上の磁界強度変化があったときに電気抵抗値が変化する前記Ｒ−Ｈ曲線を有する請求項１記載の磁気スイッチ。
【請求項３】
前記フリー磁性層の磁化方向は、無磁場状態において、前記固定磁性層の磁化方向と平行、あるいは反平行となるように調整されている請求項１又は２に記載の磁気スイッチ。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子は、素子幅Ｗに比べて素子長さＬが長く形成された細長形状であり、
前記フリー磁性層は、前記無磁場状態において、前記素子長さＬの方向に磁化されている請求項３記載の磁気スイッチ。
【請求項５】
前記フリー磁性層の保磁力Ｈｃは、７９０Ａ／ｍ以上である請求項３又は４に記載の磁気スイッチ。
【請求項６】
前記固定磁性層と前記フリー磁性層間に作用する層間結合磁界Ｈｉｎはほぼ０である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気スイッチ。
【請求項７】
Ｒ−Ｈ曲線上にて中間抵抗値Ｒ３となる前記（＋）方向の外部磁界と、前記（−）方向の外部磁界とが等しい請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気スイッチ。
【国際調査報告】
2008102786.tif 000010
2008102786.tif 000011