(57)【要約】【課題】スピンバルブ型のＭＲ素子を用いた磁気センサにおいて、自由層に印加される層間結合磁界による影響を低減する。【解決手段】磁気センサ１は、ＭＲ素子１０とバイアス磁界発生部２０を備えている。ＭＲ素子１０は、Ｘ方向に平行な方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界のＸ方向の成分に応じて磁化が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層を有している。磁化固定層、非磁性層および自由層は、Ｙ方向に並ぶように積層されている。自由層には、磁化固定層に起因して、Ｘ方向に平行な方向の層間結合磁界Ｈinが印加されている。バイアス磁界発生部２０は、自由層に対してバイアス磁界Ｈｂを印加する。バイアス磁界Ｈｂは、層間結合磁界Ｈinの方向とは反対方向の第１の磁界成分Ｈｂ１と、Ｚ方向の第２の磁界成分Ｈｂ２とを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界の第１の方向の成分を検出する磁気センサであって、
磁気抵抗効果素子と、バイアス磁界発生部とを備え、
前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向に平行な方向に磁化が固定された磁化固定層と、前記外部磁界の第１の方向の成分に応じて磁化が変化する自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置された非磁性層とを有し、
前記磁化固定層、前記非磁性層および前記自由層は、前記第１の方向に直交する第２の方向に並ぶように積層され、
前記自由層には、前記磁化固定層に起因して、前記第１の方向に平行な方向の層間結合磁界が印加され、
前記バイアス磁界発生部は、前記自由層に対してバイアス磁界を印加し、
前記バイアス磁界は、前記層間結合磁界の方向とは反対方向の第１の磁界成分と、前記第１および第２の方向に直交する第３の方向の第２の磁界成分とを有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記バイアス磁界発生部は、少なくとも１つの磁石を有することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの磁石は、前記磁気抵抗効果素子を挟むように配置された一対の磁石であることを特徴とする請求項２記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの磁石は、前記磁気抵抗効果素子に対して間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項２または３記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子と前記少なくとも１つの磁石は、前記第１の方向と前記第３の方向の両方に対して傾いた第４の方向に並んでいることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁石の磁化の方向は、前記第４の方向に平行であることを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁石の磁化の方向は、前記第３の方向に平行であることを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気センサと、
前記磁気センサに対する相対的位置が前記第１の方向に変化し得るスケールとを備え、
前記磁気センサに対する前記スケールの相対的位置が変化することによって、前記外部磁界の第１の方向の成分が変化することを特徴とする磁気センサシステム。
【請求項９】
外部磁界の第１の方向の成分を検出する磁気センサであって、
少なくとも１組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部を備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子は、直列に接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向に平行な方向に磁化が固定された第１の磁化固定層と、前記外部磁界の第１の方向の成分に応じて磁化が変化する第１の自由層と、前記第１の磁化固定層と前記第１の自由層の間に配置された第１の非磁性層とを有し、
前記第１の磁化固定層、前記第１の非磁性層および前記第１の自由層は、前記第１の方向に直交する第２の方向に並ぶように積層され、
前記第１の自由層には、前記第１の磁化固定層に起因して、前記第１の方向に平行な方向の第１の層間結合磁界が印加され、
前記第１のバイアス磁界発生部は、前記第１の自由層に対して第１のバイアス磁界を印加し、
前記第１のバイアス磁界は、前記第１の層間結合磁界の方向とは反対方向の第１の磁界成分と、前記第１および第２の方向に直交する第３の方向の第２の磁界成分とを有し、
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁化固定層の磁化の方向とは反対方向の第５の方向に磁化が固定された第２の磁化固定層と、前記外部磁界の第１の方向の成分に応じて磁化が変化する第２の自由層と、前記第２の磁化固定層と前記第２の自由層の間に配置された第２の非磁性層とを有し、
前記第２の磁化固定層、前記第２の非磁性層および前記第２の自由層は、前記第２の方向に並ぶように積層され、
前記第２の自由層には、前記第２の磁化固定層に起因して、前記第１の層間結合磁界の方向とは反対方向の第２の層間結合磁界が印加され、
前記第２のバイアス磁界発生部は、前記第２の自由層に対して第２のバイアス磁界を印加し、
前記第２のバイアス磁界は、前記第２の層間結合磁界の方向とは反対方向の第３の磁界成分と、前記第３の方向の第４の磁界成分とを有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１のバイアス磁界発生部は、少なくとも１つの第１の磁石を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記少なくとも１つの第１の磁石は、前記第１の方向と前記第３の方向の両方に対して傾いた第６の方向に並び、
前記第２のバイアス磁界発生部は、少なくとも１つの第２の磁石を有し、
前記第２の磁気抵抗効果素子と前記少なくとも１つの第２の磁石は、前記第１の方向と前記第３の方向の両方に対して傾いた第７の方向に並び、
前記第６の方向と前記第７の方向は、前記第３の方向に対して互いに反対方向に傾き、
前記少なくとも１つの第１の磁石の磁化の方向と前記少なくとも１つの第２の磁石の磁化の方向は、前記第３の方向に平行な同じ方向であることを特徴とする請求項９記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記少なくとも１組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部は、２組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部であり、
前記２組における前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、ホイートストンブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項９または１０記載の磁気センサ。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれかに記載の磁気センサと、
前記磁気センサに対する相対的位置が前記第１の方向に変化し得るスケールとを備え、
前記磁気センサに対する前記スケールの相対的位置が変化することによって、前記外部磁界の第１の方向の成分が変化することを特徴とする磁気センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサ、ならびにこの磁気センサとスケールとを備えた磁気センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、動作体の回転動作や直線的動作に関連する物理量を検出する磁気センサシステムが用いられている。一般的に、磁気センサシステムは、スケールと磁気センサとを備え、磁気センサによって、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する信号を生成するようになっている。このような磁気センサシステムは、例えば特許文献１ないし４に記載されている。
【０００３】
動作体が回転動作をするものである場合に用いられる磁気センサシステムのスケールは、一般的には、動作体に連動する回転体である。この回転体は、例えば、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有する多極着磁磁石や、磁性材料によって構成された複数の歯を有する歯車である。この場合、磁気センサシステムは、前記物理量として、回転体の回転位置や回転速度等を検出する。
【０００４】
動作体が直線的動作をするものである場合に用いられる磁気センサシステムのスケールは、例えば、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有するリニアスケールである。この場合、リニアスケールと磁気センサの一方が動作体に連動し、磁気センサシステムは、前記物理量として、磁気センサに対するリニアスケールの相対的な位置や速度を検出する。
【０００５】
磁気センサは、感磁素子を含んでいる。特許文献１ないし３には、感磁素子として、いわゆるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を用いた磁気センサが記載されている。スピンバルブ型のＭＲ素子は、磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化の方向および大きさが変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子には、非磁性層がトンネルバリア層であるＴＭＲ素子と、非磁性層が非磁性導電層であるＧＭＲ素子とが含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５１７５９号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０７２６１０号
【特許文献３】特開２００３−２１５１４５号公報
【特許文献４】特開平８−１２２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているように、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いた磁気センサでは、磁化固定層に起因して自由層に層間結合磁界が印加される場合がある。層間結合磁界の方向は、磁化固定層の磁化の方向と同じか反対方向である。自由層に層間結合磁界が印加されていると、外部磁界の方向によって外部磁界の大きさの変化に対するＭＲ素子の抵抗値の変化量が異なったり、外部磁界の大きさの変化に対するＭＲ素子の抵抗値の変化量が小さくなったりするという問題が生じる。
【０００８】
特許文献１には、層間結合磁界をゼロにすると磁気センサの出力波形が不安定になることが記載されている。また、特許文献１には、永久磁石を用いて、自由層に対して、磁化固定層の磁化の方向に直交する方向にバイアス磁界を印加することによって、磁気センサの出力波形を安定化する技術が記載されている。しかし、この技術では、層間結合磁界がゼロではない場合には、層間結合磁界による上述の問題を解決することはできない。
【０００９】
特許文献２には、ＭＲ素子の側方に軟磁性体を設けることによって、自由層に層間結合磁界が印加されていても、見かけ上、磁気センサの磁気検出感度を向上させる技術が記載されている。しかし、この技術は、層間結合磁界による影響を直接低減する訳ではない。
【００１０】
特許文献３，４には、ＭＲ素子にバイアス磁界を印加する技術が記載されている。しかし、特許文献３，４では、層間結合磁界による影響は考慮されていない。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサおよび磁気センサシステムであって、自由層に印加される層間結合磁界による影響を低減できるようにした磁気センサおよび磁気センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様の磁気センサは、外部磁界の第１の方向の成分を検出するものである。この磁気センサは、磁気抵抗効果素子と、バイアス磁界発生部とを備えている。磁気抵抗効果素子は、第１の方向に平行な方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界の第１の方向の成分に応じて磁化が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。磁化固定層、非磁性層および自由層は、第１の方向に直交する第２の方向に並ぶように積層されている。自由層には、磁化固定層に起因して、第１の方向に平行な方向の層間結合磁界が印加されている。バイアス磁界発生部は、自由層に対してバイアス磁界を印加する。バイアス磁界は、層間結合磁界の方向とは反対方向の第１の磁界成分と、第１および第２の方向に直交する第３の方向の第２の磁界成分とを有している。
【００１３】
本発明の第１の態様の磁気センサにおいて、バイアス磁界発生部は、少なくとも１つの磁石を有していてもよい。少なくとも１つの磁石は、磁気抵抗効果素子を挟むように配置された一対の磁石であってもよい。また、少なくとも１つの磁石は、磁気抵抗効果素子に対して間隔を置いて配置されていてもよい。
【００１４】
また、磁気抵抗効果素子と少なくとも１つの磁石は、第１の方向と第３の方向の両方に対して傾いた第４の方向に並んでいてもよい。この場合、少なくとも１つの磁石の磁化の方向は、第４の方向に平行であってもよいし、第３の方向に平行であってもよい。
【００１５】
本発明の第１の態様の磁気センサシステムは、本発明の第１の態様の磁気センサと、磁気センサに対する相対的位置が第１の方向に変化し得るスケールとを備え、磁気センサに対するスケールの相対的位置が変化することによって、外部磁界の第１の方向の成分が変化するものである。
【００１６】
本発明の第２の態様の磁気センサは、外部磁界の第１の方向の成分を検出するものである。この磁気センサは、少なくとも１組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部を備えている。第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子は、直列に接続されている。
【００１７】
第１の磁気抵抗効果素子は、第１の方向に平行な方向に磁化が固定された第１の磁化固定層と、外部磁界の第１の方向の成分に応じて磁化が変化する第１の自由層と、第１の磁化固定層と第１の自由層の間に配置された第１の非磁性層とを有している。第１の磁化固定層、第１の非磁性層および第１の自由層は、第１の方向に直交する第２の方向に並ぶように積層されている。第１の自由層には、第１の磁化固定層に起因して、第１の方向に平行な方向の第１の層間結合磁界が印加されている。第１のバイアス磁界発生部は、第１の自由層に対して第１のバイアス磁界を印加する。第１のバイアス磁界は、第１の層間結合磁界の方向とは反対方向の第１の磁界成分と、第１および第２の方向に直交する第３の方向の第２の磁界成分とを有している。
【００１８】
第２の磁気抵抗効果素子は、第１の磁化固定層の磁化の方向とは反対方向の第５の方向に磁化が固定された第２の磁化固定層と、外部磁界の第１の方向の成分に応じて磁化が変化する第２の自由層と、第２の磁化固定層と第２の自由層の間に配置された第２の非磁性層とを有している。第２の磁化固定層、第２の非磁性層および第２の自由層は、第２の方向に並ぶように積層されている。第２の自由層には、第２の磁化固定層に起因して、第１の層間結合磁界の方向とは反対方向の第２の層間結合磁界が印加されている。第２のバイアス磁界発生部は、第２の自由層に対して第２のバイアス磁界を印加する。第２のバイアス磁界は、第２の層間結合磁界の方向とは反対方向の第３の磁界成分と、第３の方向の第４の磁界成分とを有している。
【００１９】
本発明の第２の態様の磁気センサにおいて、第１のバイアス磁界発生部は、少なくとも１つの第１の磁石を有していてもよい。第１の磁気抵抗効果素子と少なくとも１つの第１の磁石は、第１の方向と第３の方向の両方に対して傾いた第６の方向に並んでいてもよい。第２のバイアス磁界発生部は、少なくとも１つの第２の磁石を有していてもよい。第２の磁気抵抗効果素子と少なくとも１つの第２の磁石は、第１の方向と第３の方向の両方に対して傾いた第７の方向に並んでいてもよい。第６の方向と第７の方向は、第３の方向に対して互いに反対方向に傾いている。少なくとも１つの第１の磁石の磁化の方向と少なくとも１つの第２の磁石の磁化の方向は、第３の方向に平行な同じ方向である。
【００２０】
また、本発明の第２の態様の磁気センサにおいて、少なくとも１組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部は、２組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部であってもよい。２組における第１および第２の磁気抵抗効果素子は、ホイートストンブリッジ回路を構成していてもよい。
【００２１】
本発明の第２の態様の磁気センサシステムは、本発明の第２の態様の磁気センサと、磁気センサに対する相対的位置が第１の方向に変化し得るスケールとを備え、磁気センサに対するスケールの相対的位置が変化することによって、外部磁界の第１の方向の成分が変化するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の態様の磁気センサおよび磁気センサシステムでは、バイアス磁界発生部によって自由層に印加されるバイアス磁界は、層間結合磁界の方向とは反対方向の第１の磁界成分と、第１および第２の方向に直交する第３の方向の第２の磁界成分とを有している。第１の磁界成分は、層間結合磁界を相殺するように作用する。第２の磁界成分は、外部磁界の第１の方向の成分がゼロであるときの自由層の磁化の方向を安定化させるように作用する。これらのことから、本発明の第１の態様によれば、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサおよび磁気センサシステムにおいて、自由層に印加される層間結合磁界による影響を低減することができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明の第２の態様の磁気センサおよび磁気センサシステムでは、第１のバイアス磁界発生部によって第１の自由層に印加される第１のバイアス磁界は、第１の層間結合磁界の方向とは反対方向の第１の磁界成分と、第１および第２の方向に直交する第３の方向の第２の磁界成分とを有している。第１の磁界成分は、第１の層間結合磁界を相殺するように作用する。第２の磁界成分は、外部磁界の第１の方向の成分がゼロであるときの第１の自由層の磁化の方向を安定化させるように作用する。また、第２のバイアス磁界発生部によって第２の自由層に印加される第２のバイアス磁界は、第２の層間結合磁界の方向とは反対方向の第３の磁界成分と、第３の方向の第４の磁界成分とを有している。第３の磁界成分は、第２の層間結合磁界を相殺するように作用する。第４の磁界成分は、外部磁界の第１の方向の成分がゼロであるときの第２の自由層の磁化の方向を安定化させるように作用する。これらのことから、本発明の第２の態様によれば、スピンバルブ型の第１および第２の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサおよび磁気センサシステムにおいて、第１の自由層に印加される第１の層間結合磁界による影響と第２の自由層に印加される第２の層間結合磁界による影響とを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの平面図である。
【図３】図２に示したＭＲ素子の構成の一例を示す側面図である。
【図４】外部磁界のＸ方向の成分とＭＲ素子の抵抗値との関係の一例を示す特性図である。
【図５】バイアス磁界の第１の磁界成分の作用を示す特性図である。
【図６】図２に示した一対の磁石間の距離とバイアス磁界強度との関係を示す特性図である。
【図７】図２に示した磁石の傾き角度とバイアス磁界の第１および第２の磁界成分との関係を示す特性図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの平面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの平面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの平面図である。
【図１２】図１１における１２−１２線で示す位置の断面を示す断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの回路図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサにおける第１の磁気抵抗効果素子と第１のバイアス磁界発生部を示す平面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサにおける第２の磁気抵抗効果素子と第２のバイアス磁界発生部を示す平面図である。
【図１６】比較例の磁気センサにおけるＭＲ素子とバイアス磁界発生部を示す平面図である。
【図１７】比較例の磁気センサにおける外部磁界のＸ方向の成分と２つのＭＲ素子の抵抗値との関係の一例を示す特性図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサにおける外部磁界のＸ方向の成分と２つのＭＲ素子の抵抗値との関係の一例を示す特性図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの平面図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。図１に示したように、本実施の形態に係る磁気センサシステムは、本実施の形態に係る磁気センサ１と、この磁気センサ１に対する相対的位置が第１の方向に変化し得るスケール３０とを備えている。以下、第１の方向をＸ方向と言う。本実施の形態では特に、スケール３０は、Ｘ方向に沿って交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有するリニアスケールである。スケール３０は、Ｘ方向に平行な側面３０ａを有している。磁気センサ１は、側面３０ａに対向する位置に配置されている。磁気センサ１とスケール３０の一方は、図示しない動作体に連動してＸ方向に移動する。これにより、磁気センサ１に対するスケール３０の相対的位置がＸ方向に変化する。図１において、曲線の矢印は、スケール３０が発生する磁束を表している。磁気センサ１は、外部磁界のＸ方向の成分を検出するものである。以下、外部磁界のＸ方向の成分を、記号Ｈｘで表す。外部磁界は、スケール３０によって発生される。磁気センサ１に対するスケール３０の相対的位置が変化すると、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘが変化する。
【００２６】
次に、図１および図２を参照して、磁気センサ１について説明する。図２は、磁気センサ１の平面図である。磁気センサ１は、基板２と、この基板２上に配置されたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）１０と、バイアス磁界発生部２０とを備えている。ＭＲ素子１０は、ＴＭＲ素子でもよいし、ＧＭＲ素子でもよい。バイアス磁界発生部２０は、少なくとも１つの磁石を有している。少なくとも１つの磁石は、ＭＲ素子１０に対して間隔を置いて配置されていてもよい。本実施の形態では特に、少なくとも１つの磁石は、ＭＲ素子１０を挟むように配置された一対の磁石２１，２２である。磁石２１，２２は、いずれも、ＭＲ素子１０に対して間隔を置いて、基板２上に配置されている。磁石２１，２２は、それぞれ、例えば直方体形状を有している。また、図１および図２には、ＭＲ素子１０の形状が円柱形状である例を示している。しかし、ＭＲ素子１０の形状は、直方体形状等の他の形状であってもよい。
【００２７】
次に、図３を参照して、ＭＲ素子１０について説明する。図３は、ＭＲ素子１０の構成の一例を示す側面図である。ＭＲ素子１０は、少なくとも、Ｘ方向に平行な方向に磁化が固定された磁化固定層１３と、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて磁化が変化する自由層１５と、磁化固定層１３と自由層１５の間に配置された非磁性層１４とを有している。
【００２８】
図３に示した例では、ＭＲ素子１０は、更に、下地層１１、反強磁性層１２および保護層１６を有している。この例では、基板２の上に、下地層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５および保護層１６が、この順に積層されている。下地層１１と保護層１６は、導電性を有している。下地層１１は、基板２の結晶軸の影響を排除し、下地層１１の上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるために用いられる。下地層１１の材料としては、例えばＴａやＲｕが用いられる。反強磁性層１２は、磁化固定層１３との交換結合により、磁化固定層１３における磁化の方向を固定する層である。反強磁性層１２は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。
【００２９】
磁化固定層１３では、反強磁性層１２との界面における交換結合により、磁化の方向が固定されている。図３に示した例では、磁化固定層１３は、反強磁性層１２の上に順に積層されたアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層１３１とインナー層１３３は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって形成されている。アウター層１３１は、反強磁性層１２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。アウター層１３１とインナー層１３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。非磁性中間層１３２は、アウター層１３１とインナー層１３３の間に反強磁性交換結合を生じさせ、アウター層１３１の磁化の方向とインナー層１３３の磁化の方向を互いに逆方向に固定する。非磁性中間層１３２は、Ｒｕ等の非磁性材料によって形成されている。磁化固定層１３がアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有する場合には、磁化固定層１３の磁化の方向とは、インナー層１３３の磁化の方向を指す。図３では、磁化固定層１３の磁化を、記号Ｍpinを付した矢印で表している。この矢印が示す方向が、磁化固定層１３の磁化の方向である。
【００３０】
ＭＲ素子１０がＴＭＲ素子である場合には、非磁性層１４はトンネルバリア層である。トンネルバリア層は、例えば、マグネシウム層の一部または全体を酸化させて形成したものであってもよい。ＭＲ素子１０がＧＭＲ素子である場合には、非磁性層１４は非磁性導電層である。自由層１５は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって形成されている。保護層１６は、その下の各層を保護するための層である。保護層１６の材料としては、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔｉ等が用いられる。
【００３１】
磁化固定層１３、非磁性層１４および自由層１５は、Ｘ方向に直交する第２の方向に並ぶように積層されている。以下、第２の方向をＹ方向と言う。本実施の形態では、Ｙ方向は、スケール３０の側面３０ａに垂直な方向である。
【００３２】
ＭＲ素子１０では、自由層１５に印加される磁界に応じて、自由層１５の磁化が変化する。より詳しく説明すると、自由層１５に印加される磁界の方向および大きさに応じて、自由層１５の磁化の方向および大きさが変化する。ＭＲ素子１０の抵抗値は、自由層１５の磁化の方向および大きさによって変化する。例えば、自由層１５の磁化の大きさが一定の場合には、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向と同じであるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最小値となり、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向とは反対方向であるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最大値となる。
【００３３】
ＭＲ素子１０がＧＭＲ素子である場合には、ＭＲ素子１０は、ＭＲ素子１０を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子１０を構成する各層の面に対して垂直な方向に電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）タイプでもよいし、ＭＲ素子１０を構成する各層の面に対してほぼ平行な方向に電流を流すＣＩＰ（Current In Plane）タイプでもよい。ＭＲ素子１０がＴＭＲ素子である場合には、ＭＲ素子１０は、ＣＰＰタイプになる。
【００３４】
ＭＲ素子１０がＣＰＰタイプである場合には、例えば、下地層１１と保護層１６に、それぞれ図示しない電極が接続され、これらの電極によって、磁気センサ１がＭＲ素子１０の抵抗値に対応した信号を生成するための電流が、ＭＲ素子１０に供給される。この電流は、ＭＲ素子１０を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子１０を構成する各層の面に対して垂直な方向に流れる。例えば、ＭＲ素子１０に一定値の電流を供給する場合には、ＭＲ素子１０の両端間の電位差によって、ＭＲ素子１０の抵抗値に対応した信号を生成することができる。ＭＲ素子１０がＣＩＰタイプである場合には、例えば、保護層１６における互いに離れた２つの位置に図示しない２つの電極が接続され、これらの電極によって上記の電流がＭＲ素子１０に供給される。この電流は、ＭＲ素子１０を構成する各層の面に対してほぼ平行な方向に流れる。この場合も、上記と同様にしてＭＲ素子１０の抵抗値に対応した信号を生成することができる。
【００３５】
本実施の形態では、自由層１５と磁化固定層１３の間では、非磁性層１４を介した磁気的層間結合が生じる。これにより、自由層１５には、磁化固定層１３に起因して、Ｘ方向に平行な方向の層間結合磁界Ｈinが印加されている。層間結合磁界Ｈinの方向は、磁化固定層１３の磁化の方向と同じか反対方向である。図３では、層間結合磁界Ｈinを、記号Ｈinを付した矢印で表している。この矢印が示す方向が、層間結合磁界Ｈinの方向である。図３には、層間結合磁界Ｈinの方向が、磁化固定層１３の磁化Ｍpinの方向と同じである例を示している。
【００３６】
図２に示したように、バイアス磁界発生部２０、すなわち一対の磁石２１，２２は、自由層１５に対してバイアス磁界Ｈｂを印加する。バイアス磁界Ｈｂは、層間結合磁界Ｈinの方向とは反対方向の第１の磁界成分Ｈｂ１と、Ｘ方向およびＹ方向に直交する第３の方向の第２の磁界成分Ｈｂ２とを有している。以下、第３の方向をＺ方向と言う。
【００３７】
なお、本出願において用いるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、いずれも、図１において双方向の矢印で示したように、特定の一方向とその反対方向とを含むものとして定義される。一方、磁界の方向や磁化の方向は、特定の一方向のみを表すものとして定義される。
【００３８】
ＭＲ素子１０と、一対の磁石２１，２２は、Ｘ方向とＺ方向の両方に対して傾いた第４の方向Ｄ４に並んでいる。より詳しく説明すると、図２に示したように、Ｙ方向から見たときに、ＭＲ素子１０と磁石２１，２２のそれぞれの中心は、第４の方向Ｄ４に延びる同一直線Ｌ上に位置している。
【００３９】
本実施の形態では、磁石２１，２２の磁化の方向は、第４の方向Ｄ４に平行であり、且つ同一方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と同様に、第４の方向Ｄ４も、特定の一方向とその反対方向とを含むものとして定義される。図２では、磁石２１の磁化を、記号Ｍ２１を付した矢印で表している。この矢印が示す方向が、磁石２１の磁化の方向である。また、図２では、磁石２２の磁化を、記号Ｍ２２を付した矢印で表している。この矢印が示す方向が、磁石２２の磁化の方向である。
【００４０】
磁石２１は、ＭＲ素子１０に向いた端面２１ａを有している。磁石２２は、ＭＲ素子１０に向いた端面２２ａを有している。これら端面２１ａ，２２ａは、第４の方向Ｄ４に垂直である。図２に示した例では、端面２１ａに磁石２１のＮ極が現れ、端面２２ａに磁石２２のＳ極が現れている。本実施の形態では、バイアス磁界Ｈｂの方向は、第４の方向Ｄ４に平行である。
【００４１】
磁石２１，２２間の距離、すなわち端面２１ａ，２２ａ間の距離を、記号Ｇで表す。また、第４の方向Ｄ４がＺ方向に対してなす角度を、磁石２１，２２の傾き角度と定義し、記号θで表す。第１の磁界成分Ｈｂ１と第２の磁界成分Ｈｂ２は、距離Ｇと角度θによって調整することができる。これについては、後で詳しく説明する。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１および磁気センサシステムの作用および効果について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステムでは、スケール３０によって、磁気センサ１が検出する外部磁界が発生される。磁気センサ１に対するスケール３０の相対的位置が変化すると、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘが変化する。より詳しく説明すると、磁気センサ１に対するスケール３０の相対的位置が変化すると、磁気センサ１から見て、外部磁界は、その方向がＺ方向の軸を中心として回転するように変化する。その結果、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘが変化する。成分Ｈｘは、磁化固定層１３の磁化Ｍpinの方向と同じ方向に向いているときと、磁化Ｍpinの方向とは反対方向に向いているときがある。以下、成分Ｈｘが磁化Ｍpinの方向とは反対方向に向いているときの成分Ｈｘの大きさを正の値で表し、成分Ｈｘが磁化Ｍpinの方向と同じ方向に向いているときの成分Ｈｘの大きさを負の値で表す。
【００４３】
磁気センサ１は、スピンバルブ型のＭＲ素子１０を備えている。ＭＲ素子１０の抵抗値は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて変化する。磁気センサ１は、ＭＲ素子１０の抵抗値に対応した信号を生成する。この信号によって、動作体の直線的動作に関連する物理量、例えば、磁気センサ１に対するスケール３０の相対的な位置や速度を検出することが可能になる。
【００４４】
ＭＲ素子１０では、磁化固定層１３に起因して、自由層１５に、Ｘ方向に平行な方向の層間結合磁界Ｈinが印加されている。ここで、本実施の形態におけるバイアス磁界発生部２０が設けられていない場合について考える。この場合には、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘの方向によって成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が異なったり、成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が小さくなってＭＲ素子１０の感度が低くなったりするという問題が生じる。以下、これについて、図４を参照して詳しく説明する。
【００４５】
図４は、外部磁界のＸ方向の成分ＨｘとＭＲ素子１０の抵抗値との関係の一例を示す特性図である。図４において、横軸は外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘを示し、縦軸はＭＲ素子１０の抵抗値を示している。横軸の単位はＯｅ（１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）であり、縦軸の単位はオームである。図４に示したように、ＭＲ素子１０の抵抗値の最大値をＲmaxとし、ＭＲ素子１０の抵抗値の最小値をＲminとし、ＲmaxとＲminの中央の値（Ｒmax＋Ｒmin）／２をＲｃとする。成分ＨｘがゼロのときにＭＲ素子１０の抵抗値がＲｃであれば、成分Ｈｘの方向によって成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が異ならず、また、成分Ｈｘがゼロの近傍において成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が大きくなってＭＲ素子１０の感度が高くなる。しかし、自由層１５に層間結合磁界Ｈinが印加されていると、ＭＲ素子１０の抵抗値がＲｃとなるときの成分Ｈｘの値が、層間結合磁界Ｈinの分だけゼロからずれる。その結果、成分Ｈｘの方向によって成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が異なり、また、成分Ｈｘがゼロの近傍において成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が小さくなってＭＲ素子１０の感度が低くなる。
【００４６】
なお、本実施の形態において、バイアス磁界発生部２０を設けていない状態で、図４に示したような成分ＨｘとＭＲ素子１０の抵抗値との関係を求め、更に、ＭＲ素子１０の抵抗値がＲｃとなるときの成分Ｈｘの値を求めることにより、自由層１５に印加されている層間結合磁界Ｈinの方向と大きさを求めることが可能である。
【００４７】
図２に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、自由層１５に対してバイアス磁界Ｈｂを印加するバイアス磁界発生部２０を備えている。バイアス磁界Ｈｂは、層間結合磁界Ｈinの方向とは反対方向の第１の磁界成分Ｈｂ１と、Ｚ方向の第２の磁界成分Ｈｂ２とを有している。第１の磁界成分Ｈｂ１は、層間結合磁界Ｈinを相殺するように作用する。
【００４８】
ここで、第１の磁界成分Ｈｂ１の上記の作用を確認した実験の結果を示す。実験では、バイアス磁界発生部２０（磁石２１，２２）を設けていない状態と、バイアス磁界発生部２０を設けた状態とについて、外部磁界のＸ方向の成分ＨｘとＭＲ素子１０の抵抗値との関係を求めた。図５は、その結果を示している。図５おける横軸と縦軸は、図４と同様である。図５において、破線は、バイアス磁界発生部２０を設けていない状態における成分ＨｘとＭＲ素子１０の抵抗値との関係を示し、実線は、バイアス磁界発生部２０を設けた状態における成分ＨｘとＭＲ素子１０の抵抗値との関係を示している。図５に示したように、バイアス磁界発生部２０を設けた状態では、成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が、成分Ｈｘが正の値の領域と成分Ｈｘが負の値の領域とで、ほぼ等しくなっている。また、バイアス磁界発生部２０を設けていない状態に比べて、バイアス磁界発生部２０を設けた状態では、成分Ｈｘがゼロの近傍において成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０の抵抗値の変化量が大きくなってＭＲ素子１０の感度が高くなっている。
【００４９】
また、バイアス磁界Ｈｂの第２の磁界成分Ｈｂ２は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘがゼロであるときの自由層１５の磁化の方向を安定化させるように作用する。これにより、第１の磁界成分Ｈｂ１によって層間結合磁界Ｈinが相殺されたことによって磁気センサ１の出力信号の波形が不安定になることを防止することができる。
【００５０】
以上のことから、本実施の形態によれば、スピンバルブ型のＭＲ素子１０を用いた磁気センサ１および磁気センサシステムにおいて、自由層１５に印加される層間結合磁界Ｈinによる影響を低減することができる。
【００５１】
第１の磁界成分Ｈｂ１と第２の磁界成分Ｈｂ２は、図２に示した磁石２１，２２間の距離Ｇと、磁石２１，２２の傾き角度θによって調整することができる。以下、これについて、図６および図７を参照して詳しく説明する。
【００５２】
図６は、第１のシミュレーションによって求めた磁石２１，２２間の距離Ｇとバイアス磁界Ｈｂの強度との関係を示す特性図である。第１のシミュレーションでは、磁石２１，２２の表面磁束密度を１．０４Ｔとした。図６において、横軸は距離Ｇを示し、縦軸はバイアス磁界Ｈｂの強度を示している。横軸の単位はμｍである。縦軸の単位は、磁束密度の大きさを表すｍＴである。バイアス磁界Ｈｂの強度は、Ｙ方向から見たときの自由層１５の中心における値で示している。図６から、距離Ｇが大きくなるほどバイアス磁界Ｈｂの強度が小さくなることが分かる。
【００５３】
図７は、第２のシミュレーションによって求めた磁石２１，２２の傾き角度θと磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２との関係を示す特性図である。図７において、横軸は角度θを示し、縦軸は磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２の強度を示している。横軸の単位は度（ｄｅｇ）である。縦軸の単位はｍＴである。第２のシミュレーションでは、磁石２１，２２の表面磁束密度を１．０４Ｔとし、磁石２１，２２間の距離Ｇを４μｍとした。図７から、角度θが０度から４５度の範囲内で、角度θが大きくなるほど、磁界成分Ｈｂ１の強度は大きくなり、磁界成分Ｈｂ２の強度は小さくなることが分かる。すなわち、図７から、角度θによって、磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２の強度の比を調整できることが分かる。更に、図６に示した結果から、角度θを一定にした状態で距離Ｇを変えることにより、磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２の強度の比を一定にしたままで、磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２の強度を変えることができることは明らかである。
【００５４】
図６および図７に示した結果から、磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２は、距離Ｇと角度θによって調整ができることが分かる。なお、磁石２１，２２の表面磁束密度を変えた場合には、バイアス磁界Ｈｂと磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２のそれぞれの強度は変わるが、図６および図７に示した傾向は変わらないことは明らかである。磁石２１，２２の表面磁束密度は、磁石２１，２２の材料、形状、大きさ等の磁石２１，２２の設計によって調整することができる。従って、磁界成分Ｈｂ１，Ｈｂ２は、距離Ｇと角度θに加えて、磁石２１，２２の設計によっても調整することができる。これらのことから、本実施の形態では、磁界成分Ｈｂ１の大きさを層間結合磁界Ｈinを相殺できる値に調整し、且つ磁界成分Ｈｂ２の大きさを、成分Ｈｘがゼロであるときの自由層１５の磁化の方向を安定化させるのに適した任意の値に調整することが可能である。
【００５５】
［第２の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は、本実施の形態に係る磁気センサ１の平面図である。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、ＭＲ素子１０と磁石２１，２２は、第４の方向Ｄ４に並んでいる。また、磁石２１の磁化の方向Ｍ２１と磁石２２の磁化の方向Ｍ２２は、第４の方向Ｄ４に平行であり、且つ同一方向である。ただし、本実施の形態では、磁石２１の端面２１ａと、磁石２１の端面２２ａは、Ｚ方向に垂直である。従って、磁石２１の磁化の方向Ｍ２１は、端面２１ａに垂直なＺ方向に対して傾いており、磁石２２の磁化の方向Ｍ２２は、端面２２ａに垂直なＺ方向に対して傾いている。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、磁石２１，２２によって、第１の磁界成分Ｈｂ１と第２の磁界成分Ｈｂ２とを有するバイアス磁界Ｈｂを、自由層１５に対して印加することができる。ただし、本実施の形態では、バイアス磁界Ｈｂの方向は、第４の方向Ｄ４に平行になるとは限らない。
【００５６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
［第３の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図９は、本実施の形態に係る磁気センサ１の平面図である。本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、ＭＲ素子１０と磁石２１，２２は第４の方向Ｄ４に並び、磁石２１の端面２１ａと磁石２１の端面２２ａはＺ方向に垂直である。ただし、本実施の形態では、磁石２１の磁化の方向Ｍ２１と磁石２２の磁化の方向Ｍ２２は、Ｚ方向に平行であり、且つ同一方向である。
【００５８】
本実施の形態では、磁石２１，２２によって発生されて自由層１５を通過する磁束は、Ｘ方向とＺ方向の両方に対して傾いた方向に流れる。これにより、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、磁石２１，２２によって、第１の磁界成分Ｈｂ１と第２の磁界成分Ｈｂ２とを有するバイアス磁界Ｈｂを、自由層１５に対して印加することができる。ただし、本実施の形態では、バイアス磁界Ｈｂの方向は、第４の方向Ｄ４に平行になるとは限らない。
【００５９】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１０は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。図１０に示したように、本実施の形態に係る磁気センサシステムは、本実施の形態に係る磁気センサ１０１と、この磁気センサ１０１に対する相対的位置がＸ方向（第１の方向）に変化し得るスケール３０とを備えている。本実施の形態におけるスケール３０は、第１の実施の形態におけるスケール３０と同じである。磁気センサ１０１とスケール３０の一方は、図示しない動作体に連動してＸ方向に移動する。これにより、磁気センサ１０１に対するスケール３０の相対的位置がＸ方向に変化する。図１０において、曲線の矢印は、スケール３０が発生する磁束を表している。磁気センサ１０１は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘを検出するものである。外部磁界は、スケール３０によって発生される。磁気センサ１０１に対するスケール３０の相対的位置が変化すると、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘが変化する。
【００６１】
図１１は、磁気センサ１０１の平面図である。図１２は、図１１における１２−１２線で示す位置の断面を示す断面図である。磁気センサ１０１は、４つのスピンバルブ型のＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、４つのバイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、基板１０２と、２つの下部電極１１１，１１２と、２つの上部電極１２１，１２２とを備えている。なお、図１１では、基板１０２を省略している。
【００６２】
下部電極１１１，１１２は、基板１０２の上に配置されている。磁気センサ１０１は、更に、基板１０２の上であって下部電極１１１，１１２の周囲に配置された絶縁層１４１（図１２参照）を備えている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂは下部電極１１１の上に配置され、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄは下部電極１１２の上に配置されている。磁気センサ１０１は、更に、下部電極１１１，１１２および絶縁層１４１の上であってＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの周囲に配置された絶縁層１４２（図１２参照）を備えている。バイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、下部電極１１１，１１２およびＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに接触しないように、絶縁層１４２に埋め込まれている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ、バイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄおよび絶縁層１４２の上面は平坦化されて、１つの平面を形成している。上部電極１２１，１２２は、この１つの平面の上に配置されている。上部電極１２１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｄの上面に接触している。上部電極１２２は、ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｃの上面に接触している。磁気センサ１０１は、更に、上部電極１２１，１２２を覆う絶縁層１４３（図１２参照）を備えている。
【００６３】
図１１に示したように、上部電極１２１は、電源ポートＶを含んでいる。上部電極１２２は、グランドポートＧを含んでいる。下部電極１１１は、第１の出力ポートＥ１を含んでいる。下部電極１１２は、第２の出力ポートＥ２を含んでいる。
【００６４】
ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの構成は、磁化固定層１３の磁化の方向を除いて、第１の実施の形態におけるＭＲ素子１０と同じである。すなわち、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々は、下から順に配置された下地層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５および保護層１６を有している。磁化固定層１３、非磁性層１４および自由層１５は、Ｘ方向に直交するＹ方向（第２の方向）に並ぶように積層されている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々の自由層１５の磁化は、外部磁界のＸ方向（第１の方向）の成分Ｈｘに応じて変化する。なお、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、いずれもＣＰＰタイプである。
【００６５】
バイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、それぞれ、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの自由層１５に対してバイアス磁界を印加する。バイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの各々は、少なくとも１つの磁石を有している。各バイアス磁界発生部における少なくとも１つの磁石は、それぞれ、ＭＲ素子に対して間隔を置いて配置されていてもよい。本実施の形態では特に、バイアス磁界発生部２０Ａにおける少なくとも１つの磁石は、ＭＲ素子１０Ａに対して間隔を置いてＭＲ素子１０Ａを挟むように配置された一対の磁石２１Ａ，２２Ａである。また、バイアス磁界発生部２０Ｂにおける少なくとも１つの磁石は、ＭＲ素子１０Ｂに対して間隔を置いてＭＲ素子１０Ｂを挟むように配置された一対の磁石２１Ｂ，２２Ｂである。また、バイアス磁界発生部２０Ｃにおける少なくとも１つの磁石は、ＭＲ素子１０Ｃに対して間隔を置いてＭＲ素子１０Ｃを挟むように配置された一対の磁石２１Ｃ，２２Ｃである。また、バイアス磁界発生部２０Ｄにおける少なくとも１つの磁石は、ＭＲ素子１０Ｄに対して間隔を置いてＭＲ素子１０Ｄを挟むように配置された一対の磁石２１Ｄ，２２Ｄである。
【００６６】
ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｂは、下部電極１１１を介して直列に接続されている。ＭＲ素子１０ＣとＭＲ素子１０Ｄは、下部電極１１２を介して直列に接続されている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの各々は、本発明における第１の磁気抵抗効果素子に対応する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの各々は、本発明における第２の磁気抵抗効果素子に対応する。バイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｃの各々は、本発明における第１のバイアス磁界発生部に対応する。バイアス磁界発生部２０Ｂ，２０Ｄの各々は、本発明における第２のバイアス磁界発生部に対応する。従って、磁気センサ１０１は、２組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部を備えている。
【００６７】
ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの各々の磁化固定層１３は、本発明における第１の磁化固定層に対応する。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの各々の非磁性層１４は、本発明における第１の非磁性層に対応する。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの各々の自由層１５は、本発明における第１の自由層に対応する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの各々の磁化固定層１３は、本発明における第２の磁化固定層に対応する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの各々の非磁性層１４は、本発明における第２の非磁性層に対応する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの各々の自由層１５は、本発明における第２の自由層に対応する。
【００６８】
後で詳しく説明するが、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの磁化固定層１３の磁化は、Ｘ方向（第１の方向）に平行な同一方向に固定されている。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの磁化固定層１３の磁化は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの磁化固定層１３の磁化の方向とは反対方向の第５の方向に固定されている。
【００６９】
磁石２１Ａ，２２Ａは、本発明における第１の磁石に対応する。磁石２１Ｂ，２２Ｂは、本発明における第２の磁石に対応する。磁石２１Ｃ，２２Ｃは、本発明における第１の磁石に対応する。磁石２１Ｄ，２２Ｄは、本発明における第２の磁石に対応する。
【００７０】
図１３は、磁気センサ１０１の回路図である。図１３に示したように、ＭＲ素子１０Ａの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ａの他端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの一端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ｃの一端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの他端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、ホイートストンブリッジ回路を構成している。
【００７１】
電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧはグランドに接続される。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々の抵抗値は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて変化する。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値は、同じ位相で変化する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの抵抗値は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値とは１８０°異なる位相で変化する。第１の出力ポートＥ１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第２の出力ポートＥ２は、ＭＲ素子１０Ｄ，１０Ｃの接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第１および第２の検出信号は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて変化する。第２の検出信号は、第１の検出信号とは位相が１８０°異なる。磁気センサ１０１の出力信号は、第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含む演算によって生成される。例えば、磁気センサ１０１の出力信号は、第１の検出信号から第２の検出信号を引いて得られる信号に所定のオフセット電圧を加えることによって生成される。この磁気センサ１０１の出力信号は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて変化する。
【００７２】
以下、図１４および図１５を参照して、磁気センサ１０１の特徴について詳しく説明する。図１４は、第１の磁気抵抗効果素子であるＭＲ素子１０Ａと第１のバイアス磁界発生部であるバイアス磁界発生部２０Ａを示す平面図である。ＭＲ素子１０Ａの磁化固定層１３の磁化ＭＡpinは、Ｘ方向（第１の方向）に平行な方向に固定されている。ＭＲ素子１０Ａの自由層１５には、ＭＲ素子１０Ａの磁化固定層１３に起因して、Ｘ方向（第１の方向）に平行な方向の層間結合磁界ＨＡinが印加されている。層間結合磁界ＨＡinは、本発明における第１の層間結合磁界に対応する。層間結合磁界ＨＡinの方向は、ＭＲ素子１０Ａの磁化固定層１３の磁化ＭＡpinの方向と同じか反対方向である。図１４において、白抜きの矢印は、磁化ＭＡpinの方向と層間結合磁界ＨＡinの方向を表している。図１４には、層間結合磁界ＨＡinの方向が磁化ＭＡpinの方向と同じである例を示している。
【００７３】
バイアス磁界発生部２０Ａ、すなわち一対の磁石２１Ａ，２２Ａは、ＭＲ素子１０Ａの自由層１５に対してバイアス磁界ＨＡｂを印加する。バイアス磁界ＨＡｂは、層間結合磁界ＨＡinの方向とは反対方向の第１の磁界成分ＨＡｂ１と、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向（第３の方向）の第２の磁界成分ＨＡｂ２とを有している。
【００７４】
ＭＲ素子１０Ａと一対の磁石２１Ａ，２２Ａは、Ｘ方向とＺ方向の両方に対して傾いた第６の方向Ｄ６に並んでいる。より詳しく説明すると、図１４に示したように、Ｙ方向から見たときに、ＭＲ素子１０Ａと磁石２１Ａ，２２Ａのそれぞれの中心は、第６の方向Ｄ６に延びる同一直線ＬＡ上に位置している。本実施の形態では、磁石２１Ａ，２２Ａのそれぞれの磁化ＭＡ２１，ＭＡ２２の方向は、Ｚ方向（第３の方向）に平行な同一方向である。
【００７５】
磁石２１Ａ，２２Ａは、それぞれ、例えば直方体形状を有している。磁石２１Ａは、ＭＲ素子１０Ａに向いた端面２１Ａａを有している。磁石２２Ａは、ＭＲ素子１０Ａに向いた端面２２Ａａを有している。これら端面２１Ａａ，２２Ａａは、第６の方向Ｄ６に垂直である。図１４に示した例では、端面２１Ａａに磁石２１ＡのＮ極が現れ、端面２２Ａａに磁石２２ＡのＳ極が現れている。磁石２１Ａ，２２Ａによって発生されてＭＲ素子１０Ａの自由層１５を通過する磁束は、Ｘ方向とＺ方向の両方に対して傾いた方向に流れる。これにより、磁石２１Ａ，２２Ａによって、第１の磁界成分ＨＡｂ１と第２の磁界成分ＨＡｂ２とを有するバイアス磁界ＨＡｂを、ＭＲ素子１０Ａの自由層１５に対して印加することができる。ただし、バイアス磁界ＨＡｂの方向は、第６の方向Ｄ６に平行になるとは限らない。第１の磁界成分ＨＡｂ１と第２の磁界成分ＨＡｂ２は、磁石２１Ａ，２２Ａ間の距離と、第６の方向Ｄ６がＺ方向に対してなす角度によって調整することができる。
【００７６】
図示しないが、バイアス磁界発生部２０Ｃ（磁石２１Ｃ，２２Ｃ）とＭＲ素子１０Ｃの位置関係は、バイアス磁界発生部２０Ａ（磁石２１Ａ，２２Ａ）とＭＲ素子１０Ａの位置関係と同じである。磁石２１Ｃ，２２Ｃのそれぞれの磁化の方向は、図１４に示した磁化ＭＡ２１，ＭＡ２２の方向と同じである。ＭＲ素子１０Ｃの磁化固定層１３の磁化ＭＣpinは、ＭＲ素子１０Ａの磁化固定層１３の磁化ＭＡpinと同じ方向に固定されている。ＭＲ素子１０Ｃの自由層１５には、ＭＲ素子１０Ｃの磁化固定層１３に起因して、Ｘ方向（第１の方向）に平行な方向の層間結合磁界ＨＣinが印加されている。層間結合磁界ＨＣinは、本発明における第１の層間結合磁界に対応する。
【００７７】
バイアス磁界発生部２０Ｃ、すなわち一対の磁石２１Ｃ，２２Ｃは、ＭＲ素子１０Ｃの自由層１５に対してバイアス磁界ＨＣｂを印加する。バイアス磁界ＨＣｂは、層間結合磁界ＨＣinの方向とは反対方向の第１の磁界成分ＨＣｂ１と、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向（第３の方向）の第２の磁界成分ＨＣｂ２とを有している。層間結合磁界ＨＣin、バイアス磁界ＨＣｂ、第１の磁界成分ＨＣｂ１および第２の磁界成分ＨＣｂ２の方向は、それぞれ層間結合磁界ＨＡin、バイアス磁界ＨＡｂ、第１の磁界成分ＨＡｂ１および第２の磁界成分ＨＡｂ２の方向と同じである。
【００７８】
図１５は、第２の磁気抵抗効果素子であるＭＲ素子１０Ｂと第２のバイアス磁界発生部であるバイアス磁界発生部２０Ｂを示す平面図である。前述の通り、ＭＲ素子１０Ｂの磁化固定層１３の磁化ＭＢpinは、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの磁化固定層１３の磁化の方向とは反対方向の第５の方向に固定されている。ＭＲ素子１０Ｂの自由層１５には、ＭＲ素子１０Ｂの磁化固定層１３に起因して、層間結合磁界ＨＡin，ＨＣinの方向とは反対方向の層間結合磁界ＨＢinが印加されている。層間結合磁界ＨＢinは、本発明における第２の層間結合磁界に対応する。層間結合磁界ＨＢinの方向は、ＭＲ素子１０Ｂの磁化固定層１３の磁化ＭＢpinの方向と同じか反対方向である。図１５において、白抜きの矢印は、磁化ＭＢpinの方向と層間結合磁界ＨＢinの方向を表している。図１５には、層間結合磁界ＨＢinの方向が磁化ＭＢpinの方向と同じである例を示している。
【００７９】
バイアス磁界発生部２０Ｂ、すなわち一対の磁石２１Ｂ，２２Ｂは、ＭＲ素子１０Ｂの自由層１５に対してバイアス磁界ＨＢｂを印加する。バイアス磁界ＨＢｂは、層間結合磁界ＨＢinの方向とは反対方向の第３の磁界成分ＨＢｂ１と、Ｚ方向（第３の方向）の第４の磁界成分ＨＢｂ２とを有している。
【００８０】
ＭＲ素子１０Ｂと一対の磁石２１Ｂ，２２Ｂは、Ｘ方向とＺ方向の両方に対して傾いた第７の方向Ｄ７に並んでいる。より詳しく説明すると、図１５に示したように、Ｙ方向から見たときに、ＭＲ素子１０Ｂと磁石２１Ｂ，２２Ｂのそれぞれの中心は、第７の方向Ｄ７に延びる同一直線ＬＢ上に位置している。本実施の形態では、磁石２１Ｂ，２２Ｂのそれぞれの磁化ＭＢ２１，ＭＢ２２の方向は、Ｚ方向（第３の方向）に平行な同一方向である。また、磁化ＭＢ２１，ＭＢ２２の方向は、図１４に示した磁化ＭＡ２１，ＭＡ２２の方向と同じである。
【００８１】
磁石２１Ｂ，２２Ｂは、それぞれ、例えば直方体形状を有している。磁石２１Ｂは、ＭＲ素子１０Ｂに向いた端面２１Ｂａを有している。磁石２２Ｂは、ＭＲ素子１０Ｂに向いた端面２２Ｂａを有している。これら端面２１Ｂａ，２２Ｂａは、第７の方向Ｄ７に垂直である。図１５に示した例では、端面２１Ｂａに磁石２１ＢのＮ極が現れ、端面２２Ｂａに磁石２２ＢのＳ極が現れている。磁石２１Ｂ，２２Ｂによって発生されてＭＲ素子１０Ｂの自由層１５を通過する磁束は、Ｘ方向とＺ方向の両方に対して傾いた方向に流れる。これにより、磁石２１Ｂ，２２Ｂによって、第３の磁界成分ＨＢｂ１と第４の磁界成分ＨＢｂ２とを有するバイアス磁界ＨＢｂを、ＭＲ素子１０Ｂの自由層１５に対して印加することができる。ただし、バイアス磁界ＨＢｂの方向は、第７の方向Ｄ７に平行になるとは限らない。第３の磁界成分ＨＢｂ１と第４の磁界成分ＨＢｂ２は、磁石２１Ｂ，２２Ｂ間の距離と、第７の方向Ｄ７がＺ方向に対してなす角度によって調整することができる。
【００８２】
図１４および図１５に示したように、第６の方向Ｄ６と第７の方向Ｄ７は、Ｚ方向（第３の方向）に対して互いに反対方向に傾いている。同様に、バイアス磁界ＨＡｂとバイアス磁界ＨＢｂも、Ｚ方向（第３の方向）に対して互いに反対方向に傾いている。
【００８３】
図示しないが、バイアス磁界発生部２０Ｄ（磁石２１Ｄ，２２Ｄ）とＭＲ素子１０Ｄの位置関係は、バイアス磁界発生部２０Ｂ（磁石２１Ｂ，２２Ｂ）とＭＲ素子１０Ｂの位置関係と同じである。磁石２１Ｄ，２２Ｄのそれぞれの磁化の方向は、図１４に示した磁化ＭＡ２１，ＭＡ２２の方向ならびに図１５に示した磁化ＭＢ２１，ＭＢ２２の方向と同じである。ＭＲ素子１０Ｄの磁化固定層１３の磁化ＭＤpinは、ＭＲ素子１０Ｂの磁化固定層１３の磁化ＭＢpinと同じ方向に固定されている。ＭＲ素子１０Ｄの自由層１５には、ＭＲ素子１０Ｄの磁化固定層１３に起因して、層間結合磁界ＨＡin，ＨＣinの方向とは反対方向の層間結合磁界ＨＤinが印加されている。層間結合磁界ＨＤinは、本発明における第２の層間結合磁界に対応する。
【００８４】
バイアス磁界発生部２０Ｄ、すなわち一対の磁石２１Ｄ，２２Ｄは、ＭＲ素子１０Ｄの自由層１５に対してバイアス磁界ＨＤｂを印加する。バイアス磁界ＨＤｂは、層間結合磁界ＨＤinの方向とは反対方向の第３の磁界成分ＨＤｂ１と、Ｚ方向（第３の方向）の第４の磁界成分ＨＤｂ２とを有している。層間結合磁界ＨＤin、バイアス磁界ＨＤｂ、第３の磁界成分ＨＤｂ１および第４の磁界成分ＨＤｂ２の方向は、それぞれ層間結合磁界ＨＢin、バイアス磁界ＨＢｂ、第３の磁界成分ＨＢｂ１および第４の磁界成分ＨＢｂ２の方向と同じである。
【００８５】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１０１および磁気センサシステムの作用および効果について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステムでは、第１の実施の形態と同様に、スケール３０によって、磁気センサ１０１が検出する外部磁界が発生される。磁気センサ１０１に対するスケール３０の相対的位置が変化すると、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘが変化する。磁気センサ１０１の出力信号は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて変化する。この磁気センサ１０１の出力信号によって、動作体の直線的動作に関連する物理量、例えば、磁気センサ１０１に対するスケール３０の相対的な位置や速度を検出することが可能になる。
【００８６】
本実施の形態において、磁界成分ＨＡｂ１，ＨＢｂ１，ＨＣｂ１，ＨＤｂ１は、それぞれ層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinを相殺するように作用する。これにより、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの自由層１５に印加される層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響を低減することができる。
【００８７】
また、磁界成分ＨＡｂ２，ＨＢｂ２，ＨＣｂ２，ＨＤｂ２は、それぞれ、外部磁界のＸ方向の成分ＨｘがゼロであるときのＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの自由層１５の磁化の方向を安定化させるように作用する。これにより、磁界成分ＨＡｂ１，ＨＢｂ１，ＨＣｂ１，ＨＤｂ１によって層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinが相殺されたことによって磁気センサ１０１の出力信号の波形が不安定になることを防止することができる。
【００８８】
ここで、比較例の磁気センサと比較しながら、本実施の形態に係る磁気センサ１０１における磁界成分ＨＡｂ１，ＨＢｂ１，ＨＣｂ１，ＨＤｂ１による効果について詳しく説明する。始めに、図１６を参照して、比較例の磁気センサの構成について説明する。図１６は、比較例の磁気センサにおけるＭＲ素子とバイアス磁界発生部を示す平面図である。比較例の磁気センサは、磁気センサ１０１におけるバイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの代わりに、４つのバイアス磁界発生部２２０を備えている。４つのバイアス磁界発生部２２０は、それぞれ、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの自由層１５に対してバイアス磁界を印加する。図１６には、ＭＲ素子１０Ａと、ＭＲ素子１０Ａの自由層１５に対してバイアス磁界を印加する１つのバイアス磁界発生部２２０とを示している。
【００８９】
図１６に示したバイアス磁界発生部２２０は、ＭＲ素子１０Ａに対して間隔を置いてＭＲ素子１０Ａを挟むように配置された一対の磁石２２１，２２２を有している。ＭＲ素子１０Ａと、一対の磁石２２１，２２２は、Ｚ方向に並んでいる。また、磁石２２１，２２２のそれぞれの磁化Ｍ２２１，Ｍ２２２の方向は、Ｚ方向に平行な同一方向である。一対の磁石２２１，２２２は、ＭＲ素子１０Ａの自由層１５に対してバイアス磁界を印加する。このバイアス磁界は、Ｚ方向に向いている。
【００９０】
図示しないが、比較例の磁気センサにおいて、ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの自由層１５に対してバイアス磁界を印加する他の３つのバイアス磁界発生部２２０の構成は、図１６に示したバイアス磁界発生部２２０と同様である。
【００９１】
比較例の磁気センサでは、４つのバイアス磁界発生部２２０がＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの自由層１５に対して印加する４つのバイアス磁界は、それぞれ層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinを相殺する成分を有していない。そのため、比較例の磁気センサでは、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの自由層１５に印加される層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響を低減することができない。
【００９２】
図１７は、比較例の磁気センサにおける外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘと２つのＭＲ素子の抵抗値との関係の一例を示す特性図である。図１７において、横軸は外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘを示し、縦軸はＭＲ素子の抵抗値を示している。横軸の単位はＯｅ（１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）であり、縦軸の単位はオームである。図１７において、記号ＲＡで示した曲線は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ａの抵抗値の変化を示し、記号ＲＢで示した曲線は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｂの抵抗値の変化を示している。図１７では、成分Ｈｘが磁化ＭＡpinの方向とは反対方向に向いているときの成分Ｈｘの大きさを正の値で表し、成分Ｈｘが磁化ＭＡpinの方向と同じ方向に向いているときの成分Ｈｘの大きさを負の値で表している。成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｃの抵抗値の変化は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ａの抵抗値の変化と同様である。成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｄの抵抗値の変化は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｂの抵抗値の変化と同様である。
【００９３】
図１７に示したように、比較例の磁気センサでは、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの自由層１５に印加される層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響によって、成分Ｈｘの方向によって成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの抵抗値の変化量が異なっている。また、比較例の磁気センサでは、上記層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響によって、成分Ｈｘがゼロの近傍において成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの抵抗値の変化量が小さくなっている。そのため、比較例の磁気センサでは、出力信号の感度が低くなる。
【００９４】
図１８は、本実施の形態に係る磁気センサ１０１における外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘと２つのＭＲ素子の抵抗値との関係の一例を示す特性図である。図１８における横軸と縦軸は、図１７と同様である。図１８において、記号ＲＡで示した曲線は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ａの抵抗値の変化を示し、記号ＲＢで示した曲線は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｂの抵抗値の変化を示している。図１８では、成分Ｈｘが磁化ＭＡpinの方向とは反対方向に向いているときの成分Ｈｘの大きさを正の値で表し、成分Ｈｘが磁化ＭＡpinの方向と同じ方向に向いているときの成分Ｈｘの大きさを負の値で表している。成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｃの抵抗値の変化は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ａの抵抗値の変化と同様である。成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｄの抵抗値の変化は、成分Ｈｘの変化に対するＭＲ素子１０Ｂの抵抗値の変化と同様である。
【００９５】
磁気センサ１０１では、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの自由層１５に印加される層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響が低減される。そのため、図１８に示したように、成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの抵抗値の変化量が、成分Ｈｘが正の値の領域と成分Ｈｘが負の値の領域とで、ほぼ等しくなっている。また、磁気センサ１０１では、比較例の磁気センサに比べて、成分Ｈｘがゼロの近傍において成分Ｈｘの大きさの変化に対するＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの抵抗値の変化量が大きくなっている。そのため、磁気センサ１０１では、比較例の磁気センサに比べて、出力信号の感度が高くなる。
【００９６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、スピンバルブ型のＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを用いた磁気センサ１０１および磁気センサシステムにおいて、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの自由層１５に印加される層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響を低減することができる。
【００９７】
また、本実施の形態に係る磁気センサ１０１では、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、図１３に示したようにホイートストンブリッジ回路を構成している。この磁気センサ１０１では、第１の出力ポートＥ１から出力される第１の検出信号は、第１の実施の形態における１つのＭＲ素子１０の抵抗値に対応した磁気センサ１の出力信号に比べて、感度が２倍になる。同様に、第２の出力ポートＥ２から出力される第２の検出信号も、磁気センサ１の出力信号に比べて、感度が２倍になる。そして、第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含む演算によって生成される磁気センサ１０１の出力信号は、磁気センサ１の出力信号に比べて、感度が４倍になる。このように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べて、磁気センサ１０１の出力信号の感度を高くすることができる。
【００９８】
従って、本実施の形態によれば、本来的に出力信号の感度が高いホイートストンブリッジ回路構成の磁気センサ１０１であって、層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響を低減することによって、出力信号の感度をより高めた磁気センサ１０１を実現することができる。
【００９９】
ところで、本実施の形態において、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの各々の磁化固定層１３の磁化の方向と、ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの各々の磁化固定層１３の磁化の方向は、互いに反対方向である。その結果、層間結合磁界ＨＡin，ＨＣinの方向と、層間結合磁界ＨＢin，ＨＤinの方向も、互いに反対方向である。そのため、本実施の形態において、層間結合磁界ＨＡin，ＨＢin，ＨＣin，ＨＤinによる影響を低減するためには、バイアス磁界ＨＡｂ，ＨＣｂの方向とバイアス磁界ＨＢｂ，ＨＤｂの方向を、互いに異ならせる必要がある。本実施の形態では、磁石２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２１Ｃ，２２Ｃ，２１Ｄ，２２Ｄのそれぞれの磁化の方向を全て同じにしながら、バイアス磁界ＨＡｂ，ＨＣｂの方向とバイアス磁界ＨＢｂ，ＨＤｂの方向を互いに異ならせている。これは、図１４および図１５に示したように、第６の方向Ｄ６と第７の方向Ｄ７を、Ｚ方向（第３の方向）に対して互いに反対方向に傾けることによって実現できる。第６の方向Ｄ６は、ＭＲ素子１０Ａと磁石２１Ａ，２２Ａが並ぶ方向であると共に、ＭＲ素子１０Ｃと磁石２１Ｃ，２２Ｃが並ぶ方向である。第７の方向Ｄ７は、ＭＲ素子１０Ｂと磁石２１Ｂ，２２Ｂが並ぶ方向であると共に、ＭＲ素子１０Ｄと磁石２１Ｄ，２２Ｄが並ぶ方向である。
【０１００】
本実施の形態によれば、磁石２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２１Ｃ，２２Ｃ，２１Ｄ，２２Ｄを、同一方向の磁界を用いて同時に着磁することができる。そのため、本実施の形態によれば、前述のように出力信号の感度が高い磁気センサ１０１を容易に製造することができる。
【０１０１】
なお、本実施の形態において、ＭＲ素子１０Ａに向いた磁石２１Ａ，２２Ａの端面、ＭＲ素子１０Ｂに向いた磁石２１Ｂ，２２Ｂの端面、ＭＲ素子１０Ｃに向いた磁石２１Ｃ，２２Ｃの端面、ならびにＭＲ素子１０Ｄに向いた磁石２１Ｄ，２２Ｄの端面は、Ｚ方向に垂直であってもよい。
【０１０２】
また、磁気センサ１０１は、ＭＲ素子１０Ａとバイアス磁界発生部２０Ａの組、ＭＲ素子１０Ｂとバイアス磁界発生部２０Ｂの組、ＭＲ素子１０Ｃとバイアス磁界発生部２０Ｃの組、ならびにＭＲ素子１０Ｄとバイアス磁界発生部２０Ｄの組を、それぞれ複数備えていてもよい。この場合には、複数のＭＲ素子１０Ａは直列に接続されて第１のＭＲ素子列を構成し、複数のＭＲ素子１０Ｂは直列に接続されて第２のＭＲ素子列を構成し、複数のＭＲ素子１０Ｃは直列に接続されて第３のＭＲ素子列を構成し、複数のＭＲ素子１０Ｄは直列に接続されて第４のＭＲ素子列を構成する。そして、第１ないし第４のＭＲ素子列がホイートストンブリッジ回路を構成する。
【０１０３】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０４】
［第５の実施の形態］
次に、図１９および図２０を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステムは、第４の実施の形態に係る磁気センサ１０１の代わりに、本実施の形態に係る磁気センサ３０１を備えている。図１９は、磁気センサ３０１の平面図である。図２０は、磁気センサ３０１の回路図である。
【０１０５】
以下、磁気センサ３０１が第４の実施の形態に係る磁気センサ１０１と異なる点について説明する。図１９に示したように、磁気センサ３０１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂとバイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂを備えているが、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄとバイアス磁界発生部２０Ｃ，２０Ｄを備えていない。また、磁気センサ３０１は、磁気センサ１０１における２つの下部電極１１１，１１２の代わりに１つの下部電極３１１を備え、２つの上部電極１２１，１２２の代わりに２つの上部電極３２１，３２２を備えている。
【０１０６】
ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂは、下部電極３１１の上に配置されている。上部電極３２１は、ＭＲ素子１０Ａの上面に接触している。上部電極３２２は、ＭＲ素子１０Ｂの上面に接触している。上部電極３２１は、電源ポートＶを含んでいる。上部電極３２２は、グランドポートＧを含んでいる。下部電極３１１は、出力ポートＥを含んでいる。
【０１０７】
ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂおよびバイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂの構成と配置は、第４の実施の形態と同様である。ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｂは、下部電極３１１を介して直列に接続されている。ＭＲ素子１０Ａは、本発明における第１の磁気抵抗効果素子に対応する。ＭＲ素子１０Ｂは、本発明における第２の磁気抵抗効果素子に対応する。バイアス磁界発生部２０Ａは、本発明における第１のバイアス磁界発生部に対応する。バイアス磁界発生部２０Ｂは、本発明における第２のバイアス磁界発生部に対応する。従って、磁気センサ３０１は、１組の第１の磁気抵抗効果素子、第２の磁気抵抗効果素子、第１のバイアス磁界発生部および第２のバイアス磁界発生部を備えている。
【０１０８】
ＭＲ素子１０Ａの磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５は、それぞれ本発明における第１の磁化固定層、第１の非磁性層、第１の自由層に対応する。ＭＲ素子１０Ｂの磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５は、それぞれ本発明における第２の磁化固定層、第２の非磁性層、第２の自由層に対応する。また、磁石２１Ａ，２２Ａは、本発明における第１の磁石に対応する。磁石２１Ｂ，２２Ｂは、本発明における第２の磁石に対応する。
【０１０９】
図２０に示したように、ＭＲ素子１０Ａの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ａの他端は、出力ポートＥに接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの一端は、出力ポートＥに接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂは、ハーフブリッジ回路を構成している。
【０１１０】
電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧはグランドに接続される。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの各々の抵抗値は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて変化する。ＭＲ素子１０Ｂの抵抗値は、ＭＲ素子１０Ａの抵抗値とは１８０°異なる位相で変化する。出力ポートＥは、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した信号を出力する。この信号は、外部磁界のＸ方向の成分Ｈｘに応じて変化する。磁気センサ３０１では、出力ポートＥから出力される信号は、第１の実施の形態における１つのＭＲ素子１０の抵抗値に対応した磁気センサ１の出力信号に比べて、感度が２倍になる。
【０１１１】
バイアス磁界発生部２０Ａが発生するバイアス磁界ＨＡｂとバイアス磁界発生部２０Ｂが発生するバイアス磁界ＨＢｂは、第４の実施の形態と同様である。従って、本実施の形態によれば、本来的に出力信号の感度が高いハーフブリッジ回路構成の磁気センサ３０１であって、層間結合磁界ＨＡin，ＨＢinによる影響を低減することによって、出力信号の感度をより高めた磁気センサ３０１を実現することができる。また、本実施の形態によれば、磁石２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂを、同一方向の磁界を用いて同時に着磁することができる。そのため、本実施の形態によれば、前述のように出力信号の感度が高い磁気センサ３０１を容易に製造することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態において、ＭＲ素子１０Ａに向いた磁石２１Ａ，２２Ａの端面ならびにＭＲ素子１０Ｂに向いた磁石２１Ｂ，２２Ｂの端面は、Ｚ方向に垂直であってもよい。また、磁気センサ３０１は、ＭＲ素子１０Ａとバイアス磁界発生部２０Ａの組、ならびにＭＲ素子１０Ｂとバイアス磁界発生部２０Ｂの組を、それぞれ複数備えていてもよい。この場合には、複数のＭＲ素子１０Ａは直列に接続されて第１のＭＲ素子列を構成し、複数のＭＲ素子１０Ｂは直列に接続されて第２のＭＲ素子列を構成する。そして、第１および第２のＭＲ素子列がハーフブリッジ回路を構成する。
【０１１３】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第４の実施の形態と同様である。
【０１１４】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、第１ないし第３の実施の形態において、バイアス磁界発生部２０は、１つの磁石によって構成されていてもよい。この場合でも、１つの磁石によって、第１の磁界成分Ｈｂ１と第２の磁界成分Ｈｂ２とを有するバイアス磁界Ｈｂを、自由層１５に対して印加することが可能である。同様に、第４および第５の実施の形態においても、複数のバイアス磁界発生部は、それぞれ１つの磁石によって構成されていてもよい。
【０１１５】
また、スケールは、リニアスケールに限らず、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有する多極着磁磁石や、磁性材料によって構成された複数の歯を有する歯車等の回転体であってもよい。この場合には、第１の方向は、回転体の回転中心軸に垂直な断面において、回転体の外周に対する接線の方向である。
【０１１６】
また、ＭＲ素子は、下から、下地層１１、自由層１５、非磁性層１４、磁化固定層１３、反強磁性層１２および保護層１６の順に積層されて構成されていてもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１…磁気センサ、１０…ＭＲ素子、１３…磁化固定層、１４…非磁性層、１５…自由層、２０…バイアス磁界発生部、２１，２２…磁石、３０…スケール。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月6日(2014.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
［第２の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は、本実施の形態に係る磁気センサ１の平面図である。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、ＭＲ素子１０と磁石２１，２２は、第４の方向Ｄ４に並んでいる。また、磁石２１の磁化Ｍ２１の方向と磁石２２の磁化Ｍ２２の方向は、第４の方向Ｄ４に平行であり、且つ同一方向である。ただし、本実施の形態では、磁石２１の端面２１ａと、磁石２２の端面２２ａは、Ｚ方向に垂直である。従って、磁石２１の磁化Ｍ２１の方向は、端面２１ａに垂直なＺ方向に対して傾いており、磁石２２の磁化Ｍ２２の方向は、端面２２ａに垂直なＺ方向に対して傾いている。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、磁石２１，２２によって、第１の磁界成分Ｈｂ１と第２の磁界成分Ｈｂ２とを有するバイアス磁界Ｈｂを、自由層１５に対して印加することができる。ただし、本実施の形態では、バイアス磁界Ｈｂの方向は、第４の方向Ｄ４に平行になるとは限らない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
［第３の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図９は、本実施の形態に係る磁気センサ１の平面図である。本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、ＭＲ素子１０と磁石２１，２２は第４の方向Ｄ４に並び、磁石２１の端面２１ａと磁石２２の端面２２ａはＺ方向に垂直である。ただし、本実施の形態では、磁石２１の磁化Ｍ２１の方向と磁石２２の磁化Ｍ２２の方向は、Ｚ方向に平行であり、且つ同一方向である。