(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源と、磁化の向きが所定の向きに固定された硬質磁性の固定磁化層と磁化の向きが外部磁界に応じて変化する軟質磁性の自由磁化層と前記固定磁化層及び前記自由磁化層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子と、を備えた磁気センサにおいて、
前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽されたものの一端と前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽されていないものの一端とを接続してなる回路要素を一対備え、前記一対の回路要素の前記各磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きが略同一となるように同一対の回路要素を配設するとともに、前記一対の回路要素のうちの一の回路要素の前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の他端と前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子の他端とを前記直流電圧源の正極と負極とにそれぞれ接続し、前記一対の回路要素のうちの他の回路要素の前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の他端と前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子の他端とを前記直流電圧源の負極と正極とにそれぞれ接続し、前記一対の回路要素の前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子と前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子との各接続個所間の電位差を出力するように構成したことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気センサにおいて、
前記固定磁化層は、磁化された強磁性膜と、この磁化された強磁性膜と協働して磁化の向きが固定された強磁性膜と、からなる磁気センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気センサにおいて、
前記固定磁化層は、磁化されたＣｏＣｒ系金属からなる強磁性膜と、この磁化された強磁性膜と協働して磁化の向きが固定されたＮｉＦｅからなる強磁性膜と、から構成された磁気センサ。
【請求項４】
磁化の向きが所定の向きに固定された硬質磁性の固定磁化層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する軟質磁性の自由磁化層と、前記固定磁化層と前記自由磁化層とに挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子であって、磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子と磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子とを備えた磁気センサの製造方法において、
前記固定磁化層となるべき磁性層と、前記自由磁化層となるべき磁性層と、前記両磁性層の間に挟まれた絶縁層とを含む積層体を単一の基板上に複数形成する工程と、
前記複数の積層体のうち前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子となるべき積層体に対し磁気遮蔽を施し、全体に対して同磁気遮蔽にて遮蔽できない程度の強い磁場を付与することにより同積層体を磁化することにより前記固定磁化層の磁化の向きを固定する工程と、
を含んだことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁化の向きが所定の向きに固定された固定磁化層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する自由磁化層と、固定磁化層と自由磁化層との間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子を用いた磁気センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、異方性ＭＲ効果を利用した磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、或いは巨大磁気抵抗効果を利用した巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）が広く知られている。一方、最近では、ＡＭＲ素子又はＧＭＲ素子よりも磁気抵抗変化率が大きく感度が良好な素子として磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）が注目されており、同素子の磁気センサへの応用開発が進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁気トンネル効果素子は温度特性が良好ではないため、磁気センサとして使用し難いという問題がある。一例として、図８は、環境温度を２５，９０，及び１５０℃に変化させた場合における、所定の磁気トンネル効果素子の外部磁界に対する抵抗値（出力）を測定した結果を示している。図８から理解されるように、外部磁界が大きく異なっていても、環境温度が変化することにより素子の示す抵抗値が同じになる場合があることから、このような素子をそのまま磁気センサに用いることは困難である。
【０００４】
また、図９は図８に示した測定結果をもとに、横軸に環境温度をとり、縦軸に素子の抵抗値をとって、各環境温度における抵抗値の最大値と最小値を破線及び実線にてそれぞれ示したものである。一般に、磁界の向きが所定の向きであるか、又は同所定の向きとは反対の向きであるかを検出するためには、磁気センサの出力が所定の閾値以上か否かを判断する必要があるが、図９から理解されるように、この素子においては、そのような検出を行うための適切な閾値を２５〜１５０℃の環境温度範囲において設定することが困難である（図中の一点鎖線を参照）。
【００１３】
【本発明の概要】
本発明の特徴は、磁化の向きが所定の向きに固定された硬質磁性の固定磁化層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する軟質磁性の自由磁化層と、前記固定磁化層及び前記自由磁化層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽したものと磁気遮蔽しないものとからフルブリッジ回路を構成し、これにより磁気センサを構成したことにある。
【００１４】
具体的には、本発明の特徴は、直流電圧源と、磁化の向きが所定の向きに固定された硬質磁性の固定磁化層と磁化の向きが外部磁界に応じて変化する軟質磁性の自由磁化層と前記固定磁化層及び前記自由磁化層の間に挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子と、を備えた磁気センサにおいて、前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽されたものの一端と前記磁気トンネル効果素子であって磁気遮蔽されていないものの一端とを接続してなる回路要素を一対備え、前記一対の回路要素の前記各磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の固定磁化層の磁化の向きが略同一となるように同一対の回路要素を配設するとともに、前記一対の回路要素のうちの一の回路要素の前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の他端と前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子の他端とを前記直流電圧源の正極と負極とにそれぞれ接続し、前記一対の回路要素のうちの他の回路要素の前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子の他端と前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子の他端とを前記直流電圧源の負極と正極とにそれぞれ接続し、前記一対の回路要素の前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子と前記磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子との各接続個所間の電位差を出力するように構成したことにある。上記「磁気トンネル効果素子」には、「固定磁化層の固定された磁化の向きが略同一向きとされた複数の磁気トンネル効果素子を電気的に直列接続した磁気トンネル効果素子群」が含まれる。この点については、本発明の他の特徴においても同様である。
【００１５】
これによれば、図３に示したように、上記フルブリッヂ回路の出力電圧をＶoutとし、直流電圧源の電圧をＶin、前記磁気トンネル効果素子に外部磁界が加わっていない場合の同素子の抵抗値をＲ0、十分大きな外部磁界であって、固定磁化層の磁化の向きと同一向き又は反対向きの磁界が磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子に加わった場合の抵抗変化分をそれぞれ−ΔＲd，ΔＲuとするとき、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax、最小値Ｖminは下記数３，数４で表される。
【００１６】
Ｖmax＝Ｖin／（１＋２・（Ｒ0／ΔＲu））  …数３
【００１７】
Ｖmin＝Ｖin／（１−２・（Ｒ0／ΔＲd））  …数４
【００１８】
数３、数４、及び図８の測定によれば、環境温度が２５〜１５０℃の範囲で変化するとき、最大値Ｖmaxは０．０３１７Ｖin〜０．０２３９Ｖinの間で変化する。一方、最小値Ｖminは、−０．０３３９Ｖin〜−０．０２３９Ｖinの間で変化する。即ち、上記構成によれば、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの差（０．０６５６Ｖin〜０．０４７８Ｖin）に対して、同出力電圧Ｖoutの環境温度による変動（例えば、最大値Ｖmaxの環境温度変化による変動分＝０．０３１７Ｖin−０．０２３９Ｖin＝０．００７８Ｖin、最小値Ｖminの環境温度による変動分＝０．０２３９Ｖin−０．０３３９Ｖin＝０．０１０Ｖin）が十分小さい。また、磁気トンネル効果素子は、一般に図８に示したようなオーダーの抵抗変化特性を有する。従って、上記構成の磁気センサは、結果として温度特性が改善されたものとなる。
【００１９】
図４は、上記図８の測定に用いた磁気トンネル効果素子により上記フルブリッヂ回路を構成した場合における環境温度に対する出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax（ラインＡ）と最小値Ｖmin（ラインＢ）を示した図である。図４から理解されるように、上記磁気センサにおいては、環境温度の変化があったとしても出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが同一の値となることがない。これにより、外部磁界の方向の変化を検出するための閾値を、上記環境温度の全域に渡り設定することができる（ラインＣ参照）。即ち、上記フルブリッヂの磁気センサは、環境温度が広い範囲で変化した場合においても、外部磁界の方向の変化を確実に検出し得るものとなる。
【００２０】
上述した本発明の磁気センサにおいて、前記固定磁化層は、磁化された強磁性膜と、この磁化された強磁性膜と協働して磁化の向きが固定された強磁性膜と、からなっていてよい。また、前記固定磁化層は、磁化されたＣｏＣｒ系金属からなる強磁性膜と、この磁化された強磁性膜と協働して磁化の向きが固定されたＮｉＦｅからなる強磁性膜と、から構成されることもできる。
【００２１】
また、本発明の他の特徴は、磁化の向きが所定の向きに固定された硬質磁性の磁性層からなる固定磁化層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁性層からなる軟質磁性の自由磁化層と、前記固定磁化層と前記自由磁化層とに挟まれた絶縁層とを含んでなる磁気トンネル効果素子であって、磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子と磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子とを備えた磁気センサの製造方法において、前記固定磁化層となるべき磁性層と、前記自由磁化層となるべき磁性層と、前記両磁性層の間に挟まれた絶縁層とを含む積層体を単一の基板上に複数形成する工程と、前記複数の積層体のうち前記磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子となるべき積層体に対し磁気遮蔽を施し、全体に対して同磁気遮蔽にて遮蔽できない程度の強い磁場を付与することにより同積層体を磁化することにより前記固定磁化層の磁化の向きを固定する工程と、を含んだことを特徴としている。
【００２２】
これによれば、磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子と磁気遮蔽されたトンネル効果素子を備えた磁気センサを提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気トンネル効果素子を用いた磁気センサの各実施形態について、同各実施形態に共通に使用される磁気トンネル効果素子から説明する。図５は、かかる磁気トンネル効果素子の一部を示す概略断面図であり、図６及び図７は、図５に対応した磁気トンネル効果素子の概略平面図である。
【００２４】
この磁気トンネル効果素子は、例えばＳｉＯ2／Ｓｉ、ガラス又は石英からなる基板１０を備えている。基板１０上には、平面形状を長方形状にした複数の下部電極１１が横方向に所定の間隔を隔てて一列に配置されており、下部電極１１は、導電性非磁性金属材料であるＣｒ（又はＴｉ）により膜厚１０ｎｍ程度に形成されている。各下部電極１１上には、同下部電極１１と同一平面形状に形成され、ＣｏＣｒ系金属（例えば、ＣｏＰｔＣｒ）からなり膜厚３０ｎｍ程度の強磁性膜１２がそれぞれ積層されている。強磁性膜１２は、図７の矢印方向に磁化されている。
【００２５】
各強磁性膜１２上には、膜厚５ｎｍ程度のＮｉＦｅからなる一対の強磁性膜１３，１３が間隔を隔てて積層されている。この強磁性膜１３，１３は、平面視において長方形状（例えば、２０×１２μｍ）を有し、その各長辺が平行に対向されるとともに、各短辺は前記強磁性膜１２の磁化方向と同一となるように配置されている。この強磁性膜１３は、強磁性膜１２と協働して磁化の向きが固定された硬質磁性の磁性膜である固定磁化層（固着層）を構成するものであり、強磁性膜１２の磁化により、図７に示すように短辺方向に磁化されている。
【００２６】
各強磁性膜１３の上には、同強磁性膜１３と同一平面形状を有する絶縁層１４が形成されている。絶縁層１４は、絶縁材料であるＡｌ2Ｏ3からなり、その膜厚は３〜４ｎｍ程度となるように形成されている。
【００２７】
絶縁層１４の上には、同絶縁層１４と同一平面形状を有する強磁性膜１５が形成されている。この強磁性膜１５は、絶縁層１４に接する膜厚２ｎｍ程度のＣｏ膜を下層とし、同Ｃｏ膜に接する膜厚６０ｎｍ程度のＮｉＦｅ膜を上層とする２層構造を有している。強磁性膜１５は、その磁化の向きが外部磁界の向きに応じて変化する軟質磁性の磁性膜である自由磁化層を構成し、前記強磁性膜１２，１３からなる固定磁化層と前記絶縁層１４とともに磁気トンネル接合構造を形成している。
【００２８】
各強磁性膜１５の上には、同各強磁性膜１５と同一平面形状のダミー膜１６がそれぞれ形成されている。このダミー膜１６は、膜厚３０ｎｍ程度のＭｏ膜からなる導電性非磁性金属材料によって構成されている。
【００２９】
基板１０、下部電極１１、強磁性膜１２，１３、絶縁層１４、強磁性膜１５及びダミー膜１６を覆う領域には、複数の下部電極１１及び強磁性膜１２をそれぞれ絶縁分離するとともに、各強磁性膜１２上に設けた一対の強磁性膜１３、絶縁層１４、強磁性膜１５及びダミー膜１６をそれぞれ絶縁分離するための層間絶縁層１７が設けられている。層間絶縁層１７は、例えばＳｉＯ2からなり、その膜厚は２５０ｎｍ程度である。
【００３０】
この層間絶縁膜１７には、各ダミー膜１６上にてコンタクトホール１７ａがそれぞれ形成されている。このコンタクトホール１７ａを埋設するとともに、異なる下部電極１１及び強磁性膜１２上に設けた一対のダミー膜１６，１６の各一方間を互いに電気的に接続するように、例えば膜厚３００ｎｍのＡｌからなる上部電極１８，１８がそれぞれ形成されている。このように、下部電極１１及び強磁性膜１２と、上部電極１８とにより、隣り合う一対の磁気トンネル接合構造の各強磁性膜１５，１５（各ダミー膜１６，１６）と各強磁性膜１２，１２とをそれぞれ交互に順次電気的に接続して、固定磁化層の磁化の向きが同一とされた複数の磁気トンネル接合構造を直列に接続した磁気トンネル効果素子（磁気トンネル効果素子群）が形成される。
【００３１】
図８は、上記基板１０上の２×２ｍｍ２の領域に、上述の磁気トンネル効果素子を５００個（１個の磁気トンネル効果素子は、一組の固定磁化層、絶縁層、自由磁化層を有する。従って、図５では４個の磁気トンネル効果素子が示されている。）形成し、これらを電気的に直列接続した試料の温度特性を示す図である。この図において、ラインＡ，Ｂ，Ｃは、環境温度をそれぞれ２５，９０，及び１５０℃に変化させた場合における同試料の外部磁界に対する抵抗値の変化を示している。図８から理解されるように、外部磁界が大きく異なっている場合であっても環境温度により試料の示す抵抗値が同じになる場合があるので、このような試料をそのまま磁気センサに用いることは困難である。
【００３２】
次に、本発明による温度特性が改善された磁気センサの各実施形態について個別に説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１に示した第１実施形態に係る磁気センサは、図５における基板１０に相当する基板３０上に形成された磁気トンネル効果素子３１と、同基板３０上に形成され磁気遮蔽が施された磁気トンネル効果素子３２とを備えている。磁気トンネル効果素子３１，３２の各々は、図５〜図７に示したように、同一構成からなる複数個（例えば、５００個）の磁気トンネル効果素子を直列接続したものである。磁気トンネル効果素子３１，３２を構成する前記複数の磁気トンネル効果素子の各固定磁化層の磁化の向きは、総て同一方向（図１に矢印にて示す方向）とされている。
【００３４】
そして、この磁気センサは、磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子３１と磁気遮蔽されている磁気トンネル効果素子３２とを直列接続するとともに、これに直流定電圧源３３を直列に接続し、磁気トンネル効果素子３２の両端電圧を出力電圧Ｖoutとして取り出すハーフブリッヂ回路により構成されている。
【００３５】
この磁気センサは、以下に述べる工程を経て製造することができる。即ち、図５に示した各層１１〜１８に相当する層を有する積層体を基板３０上に形成し、次いで上記ハーフブリッヂ回路を構成する。その後、磁気トンネル効果素子３２となるべき積層体を軟磁性体により被覆して同積層体に対し磁気遮蔽を施す。最後に、全体に対して前記磁気遮蔽にて遮蔽できない程度の強い磁場を付与することで前記積層体を磁化（着磁）し、これにより、磁気トンネル効果素子３１，３２の固定磁化層の磁化の向きを固定する。
【００３６】
このように構成した磁気センサにおいては、磁気トンネル効果素子３２が磁気遮蔽されていることから、同素子３２の抵抗値は外部磁界に関わらず一定値Ｒ0である。一方、磁気トンネル効果素子３１に、同素子３１の固定磁化層の磁化の向きと同じ向きの十分大きな外部磁界が加わっている場合には、同素子３１の抵抗値はＲ0−ΔＲdとなる。また、磁気トンネル効果素子３１に、同素子３１の固定磁化層の磁化の向きと反対向きの十分大きな外部磁界が加わっている場合には、同素子３１の抵抗値はＲ0＋ΔＲuとなる。そこで、直流電圧源３３の電圧をＶinとすると、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxは、Ｖmax＝Ｖin／（２−（ΔＲd／Ｒ0））…（数１）で表され、最小値Ｖminは、Ｖmin＝Ｖin／（２＋（ΔＲu／Ｒ0））…（数２）で表される。
【００３７】
ところで、磁気トンネル効果素子は、環境温度が変化しても上記数１のΔＲd／Ｒ0、及び数２のΔＲu／Ｒ0の変化量が小さいという特性を有している。例えば、図８の測定例では、ΔＲd／Ｒ0、及びΔＲu／Ｒ0は共に、環境温度２５，９０，及び１５０℃に対し、それぞれ、０．０６５，０．０５６，及び０．０４９程度である。従って、環境温度２５，９０，及び１５０℃に対し、上記磁気センサの出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxは、それぞれ略０．５１６Ｖin，０．５１４Ｖin，及び０．５１３Ｖinとなる。また、環境温度２５，９０，及び１５０℃に対し、上記磁気センサの出力電圧Ｖoutの最小値Ｖminは、それぞれ略０．４８４Ｖin，０．４８６Ｖin，及び０．４８８Ｖinである。即ち、環境温度が変化した場合であっても、上記磁気センサの出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxは０．５１Ｖin程度の略一定値となり、出力電圧Ｖoutの最小値Ｖminは、０．４８Ｖin程度の略一定値となる。従って、上記特徴を有する磁気センサは、温度特性が良好なものとなっている。
【００３８】
また、この磁気センサの環境温度に対する出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax、最小値Ｖminを図示した図２から理解されるように、最大値Ｖmax（ラインＡ）と最小値Ｖmin（ラインＢ）は、上記環境温度の全域に渡り同一の値となることがない。これにより、外部磁界の方向の変化を検出するための閾値（外部磁界が「０」であるときの出力電圧Ｖoutに相当する値）を、ラインＣにて示したように上記環境温度の全域に渡り設定することができる。従って、上記磁気センサは、環境温度が広い範囲で変化した場合においても、外部磁界の方向の変化を確実に検出し得るものとなっている。
【００３９】
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例は、図１において破線にて示したように、磁気遮蔽された磁気トンネル効果素子３２の両端電圧を出力電圧Ｖoutとする代わりに、磁気トンネル効果素子３１の両端電圧を出力電圧Ｖ´outとしたものであり、他の部分については第１実施形態と同一である。
【００４０】
この場合においては、出力電圧Ｖ´outの最大値Ｖ´max及び最小値Ｖ´minは、直流定電圧源３３の電圧Ｖinから上記数２の最小値Ｖmin及び数１の最大値Ｖmaxをそれぞれ減じた値となる。従って、このように出力を取り出した場合においても、出力電圧Ｖ´outの最大値Ｖ´max及び最小値Ｖ´minは環境温度に関わらず略一定値となる。即ち、この磁気センサは、温度特性が改善されており、また、外部磁界の方向の変化を精度よく検出し得る。
【００４１】
（第２実施形態）
図３に示した第２実施形態に係る磁気センサは、図５における基板１０に相当する基板４０上に形成された磁気トンネル効果素子４１，４４と、同基板４０上に形成され磁気遮蔽が施された磁気トンネル効果素子４２，４３とを備えている。磁気トンネル効果素子４１〜４４の各々は、図５〜図７に示したように、同一構成からなる複数個（例えば、５００個）の磁気トンネル効果素子を直列接続したものであり、磁気トンネル効果素子４１〜４４の各々を構成する前記複数の磁気トンネル効果素子の各固定磁化層の磁化の向きは、総て同一方向（図３に矢印にて示す方向）に固定されている。
【００４２】
そして、この磁気センサにおいては、磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子４１の一端と磁気遮蔽されている磁気トンネル効果素子４２の一端とが接続されて一の回路要素が構成され、磁気遮蔽されている磁気トンネル効果素子４３の一端と磁気遮蔽されていない磁気トンネル効果素子４４の一端とが接続されて他の回路要素が構成され、この一対の回路要素が直流定電圧源４５に接続されてフルブリッジ回路を構成している。
【００４３】
即ち、磁気トンネル効果素子４１の他端と磁気トンネル効果素子４２の他端は、直流定電圧源４５の正極と負極とにそれぞれ接続され、磁気トンネル効果素子４３の他端と磁気トンネル効果素子４４の他端は、直流定電圧源４５の正極と負極とにそれぞれ接続されている。また、磁気トンネル効果素子４１の固定磁化層の固定された磁化の向きと磁気トンネル効果素子４４の固定磁化層の固定された磁化の向きとが略同一となるように、磁気トンネル効果素子４１，４４が配設されている。そして、磁気トンネル効果素子４１と磁気トンネル効果素子４２との接続点の電位と、磁気トンネル効果素子４３と磁気トンネル効果素子４４との接続点の電位とが取出され、これらの接続点の電位差が磁気センサの出力電圧Ｖoutとなるように構成されている。
【００４４】
この磁気センサは、図５に示した各層１１〜１８に相当する層を有する積層体を基板４０上に形成し、これらの積層体を上述のように接続してフルブリッヂ回路を構成し、その後、磁気トンネル効果素子４２，４３となるべき積層体を軟磁性体により被覆して磁気遮蔽を施し、最後に全体に対して前記磁気遮蔽にて遮蔽できない程度の強い磁場を付与することで前記積層体を磁化し、これにより、磁気トンネル効果素子４１〜４４の固定磁化層の磁化の向きを固定することで製造する。
【００４５】
このように構成した磁気センサにおいては、磁気トンネル効果素子４２，４３が磁気遮蔽されていることから、同素子４２，４３の抵抗値は外部磁界に関わらず一定値Ｒ0である。一方、磁気トンネル効果素子４１，４４に外部磁界が加わっていない場合には、同素子４１，４４の抵抗値もＲ0となる。また、磁気トンネル効果素子４１，４４に、これらの素子の固定磁化層の磁化の向きと同一又は反対向きの十分大きな外部磁界が加わると、同素子４１，４４の抵抗値は、それぞれＲ0−Ｒd又はＲ0＋Ｒuとなる。このとき、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxは、Ｖmax＝Ｖin／（１＋２・（Ｒ0／ΔＲu））…（数３）、最小値Ｖminは、Ｖmin＝Ｖin／（１−２・（Ｒ0／ΔＲd））…（数４）で表される。
【００４６】
数３、数４、及び図８の測定によれば、環境温度が２５〜１５０℃の範囲で変化するとき、最大値Ｖmaxは０．０３１７Ｖin〜０．０２３９Ｖinの間で変化する。一方、最小値Ｖminは、−０．０３３９Ｖin〜−０．０２３９Ｖinの間で変化する。即ち、上記構成によれば、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの差（０．０６５６Ｖin〜０．０４７８Ｖin）に対して、同出力電圧Ｖoutの環境温度による変動（例えば、最大値Ｖmaxの環境温度変化による変動分＝０．０３１７Ｖin−０．０２３９Ｖin＝０．００７８Ｖin、最小値Ｖminの環境温度による変動分＝０．０２３９Ｖin−０．０３３９Ｖin＝０．０１０Ｖin）が十分小さい。これに対し、図８の測定に用いた試料の抵抗値の最大値Ｒmaxと最小値Ｒminとの差ΔＲmm（略０．１５〜０．２０Ω）は、環境温度による抵抗値の変動分（０．１３〜０．２０Ω）と同程度である。以上から、第２実施形態に係る磁気センサは温度特性が改善されたものとなっていることが理解される。また、磁気トンネル効果素子は、一般に図８に示したようなオーダーの抵抗変化特性を有する。従って、上記構成の磁気センサは、結果として温度特性が改善されたものとなる。
【００４７】
図４は、上記図８の測定に用いた磁気トンネル効果素子により上記フルブリッヂ回路を構成した場合における環境温度に対する出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmax（ラインＡ）と最小値Ｖmin（ラインＢ）を示した図である。図４から理解されるように、温度特性が改善された結果、環境温度の変化があったとしても出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが同一の値をとることがない。これにより、外部磁界の方向の変化を検出するための閾値を、上記環境温度の全域に渡り設定することができる（ラインＣ参照）。即ち、上記フルブリッヂの磁気センサは、環境温度が広い範囲で変化した場合においても、外部磁界の方向の変化を確実に検出し得るものとなっている。
【００４８】
以上に説明したように、本発明の各実施形態（及び変形例）によれば、単一の磁気トンネル効果素子群の抵抗変化を検出する場合に比べて、温度特性が改善された磁気センサが提供される。また、出力電圧Ｖoutの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとが環境温度の変化しうる全域において同一の値をとることがないので、外部磁界の方向を検出するための一定の閾値をこれらの間に設定することができる。この結果、外部磁界をメディア（磁気媒体）や磁石ロータなどで変化させて磁気情報、或いは物体の回転を検出するセンサに好適なセンサが提供された。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態の多くにおいては、同一基板上に総ての磁気トンネル効果素子を形成したが、個別の基板上に各磁気トンネル効果素子群を形成し、これらをワイヤにより接続して各ブリッヂ回路を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。
【図２】第１実施形態及び第３実施形態に係る磁気センサの外部磁界に対する出力電圧を環境温度に対して示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。
【図４】図３に示した磁気センサの外部磁界に対する出力電圧を環境温度に対して示した図である。
【図５】本発明の各実施形態において使用される磁気トンネル効果素子の一部を示す概略断面図である。
【図６】図５に示した磁気トンネル効果素子の層間絶縁膜及び基板を省略した同素子の概略平面図である。
【図７】図５に示した磁気トンネル効果素子の固定磁化層を形成する強磁性膜の概略平面図である。
【図８】ある磁気トンネル効果素子の外部磁界に対する抵抗変化を環境温度別に示す図である。
【図９】図８の結果を得た磁気トンネル効果素子の抵抗値の最大値及び最小値の環境温度に対する変化を示す図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０…基板、１１…下部電極、１２…強磁性膜、１３…強磁性膜、１４…絶縁層、１５…強磁性膜、１６…ダミー膜、１７…層間絶縁膜、１８…上部電極、３１，３２，４１〜４４…磁気トンネル効果素子、３３，４５…直流定電圧源。
【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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