(57)【要約】【課題】外部強磁界にさらされても、セルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜の固定層である第一の強磁性層の保磁力を低下させることなく、固定層の結合磁界が強固で抵抗変化率の低下が少ない、磁界耐性に優れたセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置を提供する。【解決手段】スピンバルブ磁気抵抗効果膜を構成する下地層と固定層の間に非磁性層を挿入することで、磁界耐性に優れたセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜と、それを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置が得られる。
2010029684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性の基体上に下地層、固定層、中間層、自由層、保護層の順に積層したセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜であって、下地層と固定層間に非磁性層が形成されている
ことを特徴とするセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜。
【請求項２】
前記非磁性層の厚みが、３Å以上であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜。
【請求項３】
前記非磁性層は、金属もしくは金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物から選ばれる少なくとも１つ以上の層から形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜。
【請求項４】
前記非磁性層は、Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏから選ばれる少なくとも１つ以上の金属もしくは合金、またはその酸化物、炭化物、窒化物のいずれか１つ以上の層であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜。
【請求項５】
前記非磁性層が、下地層の固定層側表面が酸化された下地層金属の酸化物であることを特徴とする請求の範囲第１項もしくは第２項に記載のセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜。
【請求項６】
ＭＲ−Ｈ曲線で、外部印加磁界が±１６０（ｋＡ／ｍ）範囲における最大抵抗変化率ＭＲｍａｘと１６０（ｋＡ／ｍ）印加時の抵抗変化率ＭＲ１６０の比、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘが９５％以上であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜。
【請求項７】
Ｂ−Ｈ曲線で、固定層の下地層側強磁性層の保磁力が１２（ＫＡ／ｍ）以上であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜。
【請求項８】
請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載のセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜を用いた２ｎ個の磁気抵抗効果素子（ｎは１以上の整数）をブリッジ状に接続し、
前記磁気抵抗効果素子の固定層の配向方向は同じか、またはπ／ｎ（ｒａｄ）のｎ以下の整数倍の角度を有していることを特徴とする磁気センサ。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載の磁気センサと、２ｍ極磁石とを有する磁石回転子（ｍは１以上の整数）を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、物理量の変位を非接触で検出できる点で有用であり、回転角を検出する磁気センサ（以下、回転角センサと称する）では、回転磁界に対して磁気抵抗効果素子の検出感度が良好なことが要求されている。【０００３】
磁気抵抗効果素子に用いる膜としては、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）膜、結合型巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果（ＳＶＧＭＲ）膜などが挙げられる。【０００４】
ＡＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子は、通常ＮｉＦｅ合金薄膜など単層膜をパターニングして形成される。プロセスが容易である一方、素子の抵抗変化率は３％程度しか得られない。【０００５】
一方のＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子は特許文献１に例示されている。ＡＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子に対し、特許文献１の磁気抵抗効果素子は、ＮｉＣｏＦｅ合金薄膜と非磁性金属薄膜を数十層交互に積層した人工格子金属膜を用いる。この磁気抵抗効果素子は、ＡＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子に比べ２〜４倍大きな抵抗変化率を得ることができる。【０００６】
さらに、ＳＶＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子（磁気ディスク装置の再生ヘッド）が特許文献２に開示されている。特許文献２の磁気抵抗効果素子に用いるＳＶＧＭＲ膜は、固定層と、自由層と、非磁性層とから構成されている。ここで固定層は、磁界（磁束）の方向が変化しても磁化方向が変化しないようになっている。また、自由層は、磁界の変化に追従して磁化方向が変化するようになっている。非磁性層は、固定層と自由層を磁気的に分離する。固定層と自由層の磁化方向が平行のとき抵抗は最小になり、反平行方向のとき抵抗は最大を示す。このＳＶＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子に比べて同等以上の大きな抵抗変化率を示す。ＳＶＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子は、非常に弱い磁界（０．８〜２ｋＡ／ｍ（約１０〜２０Ｏｅ））で７％以上の抵抗変化率を示し、高検出感度が要求される磁気センサに用いることができる。【０００７】
ＳＶＧＭＲ膜としては、反強磁性層／強磁性層／中間層／自由層／保護層という構造（以下、「反強磁性型ＳＶＧＭＲ膜」と称する）が広く知られている。ここで反強磁性層は、反強磁性材料を用いて固定層の磁化に一方向異方性を付与するものである。一方、反強磁性層を含まず、第一の強磁性層／反強磁性結合層／第二の強磁性層からなる構成で固定層を構成する構造（以下、「セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜」と称する）もある。このようなセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子は、特許文献３、特許文献４ならびに非特許文献１に開示されている。【０００８】
ＳＶＧＭＲ膜を用いて３６０度の角度を検出する回転角センサを作製するには、複数方向の固定層磁化が必要になる。このため一方向異方性である反強磁性型ＳＶＧＭＲ膜を用いて回転角センサを作製するとすれば、一方向異方性であるセンサ素子を複数用いなければならないので、センサ素子の集積化が困難になる。【０００９】
一方、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は反強磁性層を持たないので、同一基体上にセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を積層することで、１つのセンサ素子の中に４方向の異方性を付与した回転角センサが作製可能であり、センサ素子の集積化が容易である。【００１０】
また、反強磁性型ＳＶＧＭＲ膜の反強磁性層にはネール温度、固定層の交換結合力にはブロッキング温度と呼ばれる高温限界温度があり、この温度に達すると交換結合力は実質的に消失する。さらに、交換結合力はブロッキング温度に近づくと低下するため、温度がブロッキング温度より低くても交換結合力が不十分になる現象が起きるので、反強磁性型ＳＶＧＭＲ膜を用いた回転角センサは、高温下において十分な精度を得ることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第２８１２０４２号公報
【特許文献２】特許第３０４０７５０号公報
【特許文献３】特許第３０３３９３４号公報
【特許文献４】特表２００２−５１９８７３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｊ．Ｌ．Ｌｅａｌ，”Ｓｐｉｎ  ｖａｌｖｅｓ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｂｉａｓｅｄ  ｂｙ  Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏ  ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｓ”，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”，（米国），１９９８年，ｖｏｌｕｍｅ  ８３，ｎｕｍｂｅｒ７，ｐ．３７２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
固定層の結合磁界が一定方向に向き続ければ、外部磁界が大きくなるに従い自由層の磁化方向は外部磁界方向と平行になろうとするので、角度検出方向と磁気抵抗効果素子の自由層磁化方向はより一致し、回転角度誤差は低減するはずである。しかしながら、特許文献３のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を積層することによって回転角センサを試作し、回転角度誤差特性を評価したところ、８（ｋＡ／ｍ）以上の外部磁界中では、外部磁界に追従して回転角度誤差が低減しないことが判った。この結果は、本来この磁界範囲では動かないとされていた固定層の誘導磁界方向が、外部磁界によって揺らいでいることを意味している。そこで固定層の結合磁界をさらに詳細に調べたところ、固定層である第一の強磁性層の保磁力が、設計値（単層膜の保磁力）の約１／４になっていることが判った。【００１４】
セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の場合、固定層の保磁力低下は結合磁界の低下を意味しており、本試作のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は、外部磁界が大きくなるに従い固定層の結合が緩んだため、抵抗変化率が低下してしまったと考えられる。このような結果は、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を用いて回転角センサを作製する場合、外部強磁界での角度誤差変動に繋がるので好ましくない。【００１５】
本発明は、外部強磁界にさらされても、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の固定層である第一の強磁性層の保磁力を低下させることなく、固定層の結合磁界が強固で抵抗変化率の低下が少ない、磁界耐性に優れたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜と、それを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置を提供することをその目的の一つとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は、非磁性の基体上に下地層、固定層、中間層、自由層、保護層の順に積層したセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜であって、下地層と固定層間に非磁性層が形成されていることが好ましい。【００１７】
非磁性の基体上の下地層は固定層の結晶配向性を向上させるものである。この下地層は、Ｔａ層とＮｉＦｅＣｒ合金層の積層構造とすることができる。磁気異方性を有する固定層は、下地層側の強磁性層と交換結合層、中間層側の強磁性層の３積層膜で構成される。下地層側の強磁性層にはＣｏＦｅ合金層、交換結合層にはＲｕ層、中間層側の強磁性層にはＣｏＦｅ合金層などを用いることができる。非磁性の導電層である中間層には、Ｃｕ層などを用いることができる。自由層は、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性層からなる。この自由層としては、中間層側をＣｏＦｅ合金層とし、保護層側をＮｉＦｅ合金層等とすることができる。保護層は自由層と中間層と、固定層と、下地層とを含んでなるセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の酸化防止層であり、非磁性金属を形成することが好ましい。なお、本発明のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の各層を構成する材料は、上述の材料に限られるものでは無い。【００１８】
セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の成膜には、蒸着やスパッタリングなどの方法を用いることができる。膜厚や膜組成の制御がしやすいスパッタリングを用いて成膜する場合、各層間に不要な酸化膜が形成されると、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の特性が安定して得られなくなるので、各層は同一真空内で多元ターゲットを使用したスパッタリングで順次成膜されてもよい。【００１９】
下地層と固定層が接すると、固定層を構成する固定層側の強磁性層の保磁力が小さくなってしまう。保磁力が小さくなると結合磁界が弱くなり、外部磁界が大きくなるに従い固定層の結合が緩み、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率の低下を招くためである。そこで下地層と固定層間に非磁性層を挿入し、下地層と固定層をセパレートする。これにより、外部強磁界にさらされても抵抗変化率の低下が少ないセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外部強磁界にさらされても。セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の固定層である第一の強磁性層の保磁力を低下させることなく、固定層の結合磁界が強固で抵抗変化率の低下が少ない、磁界耐性に優れたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜と、それを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例に係るセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る非磁性層厚みに対するＭＲ１６０とＭＲｍａｘの比の関係を示す図である。
【図４】第一の固定層の保磁力に対するＭＲ１６０とＭＲｍａｘの比の関係を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施例に係る回転角度検出装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る磁気抵抗効果素子の回路図である。
【図７】本発明の第５の実施例に係る磁気抵抗効果素子の出力電圧を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る回転磁界強度に対する角度誤差を示す図である。
【図９】本発明の第６の実施例に係る回転磁界強度に対する角度誤差のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る磁気センサを、ハーフブリッジを１個用いて構成する場合の例を表す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る磁気センサを、ハーフブリッジを２個用いて構成する場合の例を表す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る磁気センサを、ハーフブリッジを３個用いて構成する場合の例を表す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る磁気センサを、ハーフブリッジを４個用いて構成する場合の例を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を簡便にするため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【００２３】
本発明の実施の形態に係るセルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜（ＳＶＧＭＲ膜）は、図１に例示するように、非磁性の基体１と、この基体１上に下地層２、固定層４、中間層５、自由層６、及び保護層７を、この順に積層したものである。また、本実施の形態では、下地層２と固定層４との間に非磁性層３が形成されている。
【００２４】
ここで下地層２は第一の下地層２１と、第二の下地層２２とを含んだ積層構造を備える。ここで第一の下地層２１はＴａ層、第二の下地層はＮｉＦｅＣｒ合金層としてもよい。この下地層２１は固定層４の結晶配向性を向上させるものである。
【００２５】
固定層４は、磁気異方性を有し、下地層２側に第一の強磁性層４１と交換結合層４２とを備え、中間層５側に第二の強磁性層４３を備えた３積層膜とすればよい。下地層２側の第一の強磁性層４１にはＣｏＦｅ合金層を用いることができる。また交換結合層４２にはＲｕ層を用いればよい。さらに中間層側の第二の強磁性層４３にはＣｏＦｅ合金層などを用いることができる。非磁性の導電層である中間層５には、Ｃｕ層などを用いることができる。
【００２６】
磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性層である自由層６は、第一の自由層６１と第二の自由層６２とを含む。その中間層５側の第一の自由層６１はＣｏＦｅ合金層とすればよい。また保護層７側の第二の自由層６２はＮｉＦｅ合金層とすればよい。保護層７は自由層６と中間層５、固定層４、下地層２を含んだセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の酸化防止層であり、非磁性金属を形成したものであればよい。なお、本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の各層を構成する材料は、上記のものに限られるものではない。
【００２７】
また本実施の形態では、下地層２と固定層４とが直接接すると、固定層４に含まれる強磁性層の保持力が低下し、結合磁界が弱くなって、外部磁界が大きくなるに従い、固定層４の結合が緩み、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率の低下を招くこととなることに鑑み、下地層２と固定層４との間に非磁性層３を挿入している。これにより下地層２と固定層４とをセパレートし、外部強磁界にさらされても抵抗変化率の低下が少ないセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を得ている。
【００２８】
この非磁性層３は薄すぎると、下地層２と固定層４をセパレートする効果が弱まり、固定層４を構成する強磁性層の保磁力が小さくなり、保磁力が小さくなると結合磁界が弱くなって、印加磁界が大きくなるに従い固定層４の結合が緩み、結合磁界の低下、更には抵抗変化率の低下を招くことになってしまう。そこでセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の固定層４の結合磁界を低下させず、且つ抵抗変化率の低下を招かないためには、非磁性層３の厚みを３Å以上としておいてもよい。つまり、本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜においては、下地層２と固定層４間に形成される非磁性層３の厚みが３Å以上であることとしてもよい。
【００２９】
また非磁性層３が厚くなり過ぎると、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の中間層５に流れる電流が、非磁性層３側に分流され、抵抗変化率が低下する。また、下地層２が固定層４の結晶配向性を上げる効果が弱まり、自由層６の誘導磁気異方性が増大してしまう。そこで、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の自由層の誘導磁気異方性を増大させず、且つ抵抗変化率の低下を招かない為に、非磁性層３の厚さの好適な範囲が定められる。本実施の形態では、この非磁性層３は、例えば２０Å以下、一例としては５Å以下の厚みにする。
【００３０】
なお本発明のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の非磁性層３は、金属もしくは金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物の金属化合物から選ばれる少なくとも１つ以上の層から形成されていることが好ましい。
【００３１】
非磁性層３には、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の磁気特性を悪化させず、抵抗変化率を低下させることがなければ、導電性、絶縁性のいずれの材料を用いてもよい。非磁性層の成膜には膜厚や膜組成の制御がしやすいスパッタリングを用いればよいが、蒸着など他の方法を用いることもできる。金属酸化物や金属窒素膜のスパッタ成膜は、金属ターゲットを反応ガス中でスパッタを行う反応性スパッタリングを用いてもよい。なお、各層間に不要な酸化膜が形成されると安定したセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の特性が得られないので、スパッタリングで本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を成膜する場合、各層は同一真空内で多元ターゲット（multi-target）を使用したスパッタリングで順次成膜されることとしてもよい。
【００３２】
本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の非磁性層３は、金属もしくは金属化合物で、金属が、Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏから選ばれる少なくとも１つ以上の金属もしくは合金とすればよい。
【００３３】
非磁性層３に用いる金属には、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の磁気特性を悪化させず、抵抗変化率を低下させることがなければ、上記金属のいずれを用いてもよい。非磁性層３の成膜にスパッタリングを用いる場合、非磁性層３を含む各層は同一真空内で多元ターゲットを使用したスパッタリングで順次成膜されるのが好ましく、使用するターゲット数を少なくするほうが製造上好ましいので、セルフピン型ＳＶＧＭＲを構成する金属種を非磁性層３の金属種としてもよい。なお、単独では強磁性であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉであっても、合金として非磁性になれば非磁性層３として用いてもよい。
【００３４】
本実施の形態のある例では、このセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の非磁性層３は、下地層２の固定層４側の表面を酸化して形成した下地層金属の酸化物であってもよい。すなわち、非磁性層３は、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の磁気特性を悪化させず、抵抗変化率を低下させることが無ければ、下地層２の固定層４側の表面を酸化した下地層金属の酸化物を用いてもよい。下地層金属の酸化物であれば、新たに非磁性層３を成膜する必要が無く、下地金属層を成膜した後に表面を酸化させるだけで非磁性層３を形成できる。下地金属層表面の酸化は、下地金属層を成膜した後に基体を大気暴露して行うことも可能であるが、成膜チャンバーを酸素雰囲気にして、プラズマ照射などの方法を用いて酸化処理を行うこととしてもよい。成膜チャンバーを酸素雰囲気にして、プラズマ照射する方法によると、酸化膜の厚み制御が容易となる。
【００３５】
軟磁性である自由層６の磁化は、外部磁界と誘導磁気異方性の兼ね合いから静磁エネルギーを最小にする方向に安定する。従って自由層６の誘導磁気異方性の増大は、外部磁界と自由層６の磁化が平行になろうとすることの妨げになって好ましくない。本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を用いた回転角センサで、精度良く回転角検出を行うには、外部磁界の方向とセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の自由層６の磁化方向を一致させるのが好ましい。
【００３６】
本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の外部磁界Ｈに対する抵抗変化率の例を、ＭＲ−Ｈ曲線として図２に示す。ＭＲ−Ｈ曲線とは、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜に印加する外部磁界ＨをＸ軸にとり、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率をＹ軸にとって、外部磁界Ｈに対する抵抗変化率の変化を示した曲線である。本実施の形態では、このＭＲ−Ｈ曲線で、外部印加磁界が±１６０（ｋＡ／ｍ）範囲における最大抵抗変化率ＭＲｍａｘと１６０（ｋＡ／ｍ）印加時の抵抗変化率ＭＲ１６０の比、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘが９５％以上であることが好ましい。
【００３７】
ＭＲｍａｘは、固定層４の誘導磁化方向、すなわちピン止め方向と同一方向に、外部磁界を±１６０（ｋＡ／ｍ）［２０００（Ｏｅ）］印加したときのセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の最大抵抗変化率を示し、ＭＲ１６０は、固定層４の誘導磁化方向、すなわちピン止め方向と逆方向に外部磁界を１６０（ｋＡ／ｍ）［２０００（Ｏｅ）］印加したときのセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率を示すものである。もし、固定層４の誘導磁化方向が外部磁界に対して全く動かないものであれば、ＭＲ１６０はＭＲｍａｘと同じ値となり、抵抗変化率は低下しない。つまりＭＲ１６０／ＭＲｍａｘが１００％に近づくほど、外部強磁界にさらされた場合に生じる固定層４の歪みが少なく、抵抗変化率の低下が少ない、磁界耐性に優れたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜ということができる。
【００３８】
外部磁界の大きさにより抵抗変化率が低下するセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を、回転角センサの磁気抵抗効果素子に用いるのは、外部強磁界での角度誤差変動に繋がるので好ましくない。ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘが、９５％以上であるセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を用いれば、外部磁界が大きくても角度誤差が良好な回転角センサを得ることができる。
【００３９】
ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘを９５％以上にするには、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の固定層４の結合磁界を高めればよく、その為には固定層４の保磁力を高くすればよい。従来のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜では下地膜２と固定層４が接していた為に、固定層４を構成する下地層２側の強磁性層４１の保磁力が小さくなってしまっていた。本実施の形態では、下地膜２と固定層４間に非磁性層３を挿入しており、下地膜２と固定層４をセパレートすることができるので固定層４の保磁力が高められ、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘを９５％以上にすることができる。
【００４０】
本実施の形態では、固定層４の下地層２側強磁性層４１の保磁力は１２（ＫＡ／ｍ）［１５０（Ｏｅ）］以上とする。既に述べたように、外部強磁界でのセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率の低下を少なくするには、固定層４の結合磁界を高めればよく、その為には固定層４の下地層２側強磁性層４１の保磁力を高くすればよい。一方、中間層５側の強磁性層４３は軟磁性材料を用いるため、その保磁力は無視してよい。外部強磁界でのセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率の低下を少なくするには、固定層４の下地層２側強磁性層４１の保磁力が１２（ＫＡ／ｍ）［１５０（Ｏｅ）］以上であることが好ましく、より好ましくは、１６（ｋＡ／ｍ）［２００（Ｏｅ）］以上とする。
【００４１】
ここでも下地膜２と固定層４間に非磁性層３を形成する本実施の形態の構成により、固定層４の下地層２側強磁性層４１の保磁力が高められる。すなわち、下地膜２と固定層４間に非磁性層３を形成すれば、下地膜２と固定層４とが直接接することがなく、セパレートできるので、固定層４の保磁力を高くすることができる。
【００４２】
本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は、上述のＭＲ−Ｈ曲線で、Ｈ方向のヒステリシス幅が０．８（ＫＡ／ｍ）以下であることが好ましい。ＭＲ−Ｈ曲線は磁界ゼロ近傍でヒステリシスループを示し、Ｈ方向のヒステリシス幅とは、ループのＹ軸高さ半分におけるＸ軸方向（Ｈ方向）のループ幅をいう。
【００４３】
例えばＨ方向のヒステリシス幅が大きいセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を、回転角センサの磁気抵抗効果素子に用いるのは、外部強磁界での角度誤差変動に繋がるので好ましくない。角度誤差変動を抑えた回転角センサにするには、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜はＭＲ−Ｈ曲線のＨ方向のヒステリシス幅が０．８（ｋＡ／ｍ）以下であることが好ましい。
【００４４】
さらに本実施の形態に係る磁気センサは、図６に例示するように、上記セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を含んでなる２ｎ個の磁気抵抗効果素子（ｎは１以上の整数）を含む。ここでは磁気センサは、それぞれの磁気抵抗効果素子間で固定層４の配向方向が同じか、または互いにπ／ｎ（ｒａｄ）のｎ以下の整数倍の角度をなすようにするとともに、これら磁気抵抗効果素子をブリッジ状に接続したものである。図６においては、ｎ＝２の例が示され、固定層４の配向方向が同じ磁気抵抗素子を２組用いてホイートストンブリッジを構成した例が示されている。これらの各組間では磁気抵抗素子の固定層４の配向方向は、π（ｒａｄ）、すなわち１８０°だけ異なっている。なお、図６において矢印の方向が固定層４の配向方向を表している。
【００４５】
なお、本実施の形態の磁気センサは、図６に例示したように、磁気抵抗効果素子を用いてホイートストンブリッジを構成する場合に限られない。図１０から図１３は、それぞれｎ＝１，２，３，４の場合に、ハーフブリッジをｎ個用いて磁気センサとする場合の例を表す説明図である。
【００４６】
図１０では、ｎ＝１、すなわち２個の磁気抵抗効果素子９３ａ，９３ｂが電源Ｖｃｃと共通端子ＧＮＤの間に直列に接続され、その中点（磁気抵抗効果素子９３ａと磁気抵抗効果素子９３ｂとの接続点）から出力電圧Ｖoutを取り出す例が開示されている。このとき、磁気抵抗効果素子９３ａ，９３ｂのそれぞれの固定層４の配向方向は、π／ｎ＝π（ｎ＝１）だけ異ならされている。
【００４７】
図１１では、ｎ＝２、すなわち４個の磁気抵抗効果素子９４ａから９４ｄが用いられ、２個ずつハーフブリッジを構成する例が開示されている。この例では、磁気抵抗効果素子９４ａ，９４ｂが電源Ｖｃｃと共通端子ＧＮＤの間に直列に接続され、その中点（磁気抵抗効果素子９４ａと磁気抵抗効果素子９４ｂとの接続点）から出力電圧Ｖoutを取り出すこととしている。また、磁気抵抗効果素子９４ｃ，９４ｄが電源Ｖｃｃと共通端子ＧＮＤの間に直列に接続され、その中点（磁気抵抗効果素子９４ｃと磁気抵抗効果素子９４ｄとの接続点）からも出力電圧Ｖoutを取り出すこととしている。このとき各磁気抵抗効果素子９４ａから９４ｄのそれぞれの固定層４の配向方向は、π／ｎ＝π／２（ｎ＝２）のｎ＝２以下の整数倍だけ異ならされている。なお、ペアとなっている磁気抵抗効果素子９４ａ、９４ｂのそれぞれの固定層４の配向方向は、πだけ異ならされ、同様にペアとなっている磁気抵抗効果素子９４ｃ、９４ｄのそれぞれの固定層４の配向方向は、πだけ異ならされている。
【００４８】
図１２では、ｎ＝３すなわち６個の磁気抵抗効果素子９５ａから９５ｆが用いられ、２個ずつペアとなって３つのハーフブリッジを構成する例が開示されている。この例ではペアとなる２つの磁気抵抗効果素子９５が電源Ｖｃｃと共通端子ＧＮＤの間に直列に接続され、その中点（磁気抵抗効果素子９５同士の接続点）から出力電圧Ｖoutを取り出すこととしている。またこのとき各磁気抵抗効果素子９５ａから９５ｆのそれぞれの固定層４の配向方向は、π／ｎ＝π／３（ｎ＝３）のｎ＝３以下の整数倍だけ異ならされている。なお、ペアとなってハーフブリッジを構成している磁気抵抗効果素子９５（例えば磁気抵抗効果素子９５ａ，９５ｂなど）のそれぞれの固定層４の配向方向は、πだけ異ならされている。
【００４９】
さらに図１３では、ｎ＝４すなわち８個の磁気抵抗効果素子９６ａから９６ｈが用いられ、２個ずつペアとなって４つのハーフブリッジを構成する例が開示されている。この例ではペアとなる２つの磁気抵抗効果素子９６が電源Ｖｃｃと共通端子ＧＮＤの間に直列に接続され、その中点（磁気抵抗効果素子９６同士の接続点）から出力電圧Ｖoutを取り出すこととしている。またこのとき各磁気抵抗効果素子９６ａから９６ｈのそれぞれの固定層４の配向方向は、π／ｎ＝π／４（ｎ＝４）のｎ＝４以下の整数倍だけ異ならされている。なお、ペアとなってハーフブリッジを構成している磁気抵抗効果素子９６（例えば磁気抵抗効果素子９６ａ，９６ｂなど）のそれぞれの固定層４の配向方向は、πだけ異ならされている。
【００５０】
本実施の形態に係る磁気センサは、本実施の形態のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜がパターニング加工により形成されている複数の磁気抵抗効果素子を、ブリッジ状に接続したものとする。ここでセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の素子パターニング加工には、フォトリソグラフィー等の方法を用いることができる。複数の磁気抵抗効果素子は、同一基体上に一体形成されたものでもよいし、個別の基体上に形成されたものの組み合わせでもよい。
【００５１】
磁気センサを構成する磁気抵抗効果素子は、固定層４の配向方向が例えば１８０°異なる素子を対にして接続し、接続抵抗の中点電位変化を検出することで磁気センサとする。つまり、磁気抵抗効果素子の個数は２ｎ個（偶数個）とする。本実施の形態の磁気センサは、被検出体の回転角度を検出するための磁気センサであり、固定層の配向方向が例えば１８０°異なる磁気抵抗効果素子対を複数対配することで、精度良く被検出体の回転角度を検出することが可能になる。磁気抵抗効果素子対どうしは固定層の配向方向が互いに等角であるほうが中点電位の信号処理がしやすい。そこで固定層４の配向方向が同じか、あるいはπ／ｎ（rad）のｎ以下の整数倍の角度を有する磁気抵抗効果素子をブリッジ状に接続することが好ましい。
【００５２】
本実施の形態では、磁気センサを構成する磁気抵抗効果素子が、非磁性の基体上に下地層２、固定層４、中間層５、自由層６、保護層７が、この順に積層されたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を含んでなり、下地膜２と固定層４間に非磁性層３を形成している。このように非磁性層３を形成することで、外部強磁界での角度誤差変動の小さい回転角センサにすることができる。
【００５３】
また本実施の形態の回転角度検出装置は、磁気センサと２ｍ極磁石を有する磁石回転子（ｍは１以上の整数）を有することとしてもよい。
【００５４】
磁石は径方向にＮＳ多極に着磁した（円周方向にＮ，Ｓを交互に配した）円盤状の永久磁石を用いるのが好ましい。磁石の材質としては、希土類系の焼結磁石や希土類系のボンド磁石を用いることができる。着磁極数は、磁気センサの出力信号が得やすいよう適宜選択することができ、着磁間隔は一般に、等間隔とすることが好ましいが、任意の間隔をもって着磁したものでもよい。
【００５５】
磁気センサと磁石は、磁気センサが磁石からの漏洩磁界を検出し易いよう、予め設定された間隔をもって対向して配置される。磁気センサの磁気抵抗効果素子の配置の中心と、磁石の中心軸とを一致させてもよい。磁気センサはむき出しのままで使用することもできるが、耐環境性を考慮する場合、パッケージング等に実装された状態で配置されてもよい。パッケージングされた磁気センサであれば、誤って磁石と接触させても、磁気抵抗効果素子や配線にダメージを受けることが少なくなる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
本発明の第１の実施例として、非磁性の基板である６インチφのＳｉ基体上にセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を成膜した。成膜にはマルチチャンバーを有するＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、各室に備えられた金属ターゲットを順次スパッタリングすることで、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を成膜した。金属ターゲットにはＴａ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｕ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金の計７種を用いた。Ｓｉ基板は、装置に設けられたクリーニングチャンバー中で、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を成膜する前処理としてのプラズマクリーニング前処理を行った。成膜前の各チャンバーの到達真空度は、５．０×１０−７Ｐａ以下になるようにした。【００５７】
図１に本実施例のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の構成を示す。ただし、図は積層関係を示すものであり、相対的な層の厚さを示すものではない。非磁性の基体１である６インチφのＳｉ基体上に、まず下地層２として第一の下地層２１である厚み約３０ÅのＴａ層と、第二の下地層２２である厚み約４０ÅのＮｉＦｅＣｒ合金層を形成した。その上に、非磁性層３として厚み約４ÅのＴａ層を形成し、その上に固定層４として、第一の強磁性層４１、交換結合層４２、第二の強磁性層４３を形成した。第一の強磁性層４１は厚み約２０ÅのＣｏＦｅ合金層で、交換結合層４２は厚み約４ÅのＲｕ層、第二の強磁性層４３は厚み約２０ÅのＣｏＦｅ合金層である。次いで、非磁性の導電層である中間層５として厚み約２０ÅのＣｕ層を形成した。この中間層５を介し、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性層を有する自由層６として、中間層５側に第一の自由層５１として厚み約１０ÅのＣｏＦｅ合金層、保護層７側に第二の自由層５２として厚み約４０ÅのＮｉＦｅ合金層を形成した。最後に保護層７として、厚み約３０ÅのＴａ層を形成した。【００５８】
固定層４を構成する第一の強磁性層４１と第二の強磁性層４２の成膜時には、成膜テーブルに設けられた永久磁石を用いて、基体におよそ６ｋＡ／ｍ（８０Ｏｅ）の誘導磁界を印加した。永久磁石による誘導磁界の印加方向と、第一の強磁性層４１と第二の強磁性層４２に関する磁化方向の関係を図１を用いて模式的に説明する。図１には、固定層４を構成する各強磁性層の磁化方向を矢印で示している。誘導磁界を図の左から右方向に印加しながら第一の強磁性層４１及び交換結合層４２を成膜すると、第二の強磁性層４３は交換結合層４２の効果により、図１の右から左の方向に磁化されることになる。このとき固定層４のピン止め方向は、中間層５に接する第二の強磁性層４３の磁化方向、すなわち図１の右から左の方向になる。【００５９】
この実施例１の効果を確認する比較例として、非磁性層３が形成されていない他は、本実施例と同じ層構成のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を成膜した。この比較例の非磁性層３以外の各層の成膜条件は、本実施例と全く同じものである。【００６０】
次に、本実施例と比較例のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜について、磁界耐性評価を行った。評価は、固定層４の誘導磁化方向、すなわちピン止め方向と同一方向に、外部磁界を±１６０ｋＡ／ｍ［２０００（Ｏｅ）］印加したときの最大抵抗変化率ＭＲｍａｘと、固定層４の誘導磁化方向、すなわちピン止め方向と逆方向に外部磁界を１６０ｋＡ／ｍ（２０００Ｏｅ）印加したときの抵抗変化率ＭＲ１６０を測定し、ＭＲｍａｘとＭＲ１６０の比、すなわちＭＲ１６０／ＭＲｍａｘで磁界耐性の比較を行った。ＭＲｍａｘとＭＲ１６０の比が１００％に近い、すなわちＭＲｍａｘとＭＲ１６０の値が等しいほど、外部磁界に対して抵抗変化率が低下しない磁界耐性に優れた膜ということができる。【００６１】
本実施例と比較例について磁界耐性評価を行った結果を図２に示す。本実施例の膜および比較例の膜ともに、抵抗変化率は外部印加磁界が＋２０ｋＡ／ｍ（２５０Ｏｅ）付近で最大抵抗変化率ＭＲｍａｘを示し、外部印加磁界が大きくなるに従い抵抗変化率は低下する傾向を示した。比較例の膜は外部磁界に対する抵抗変化率の低下が大きく、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘは８８％であった。一方、実施例の膜は外部磁界に対する抵抗変化率の低下が小さく、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘは９６％と優れた磁界耐性を示した。この結果から、下地層２と固定層４との間に、非磁性層３としてＴａを約４Å挿入することで、外部磁界を１６０ｋＡ／ｍ（２０００Ｏｅ）印加しても抵抗変化率の低下が小さい、セルフピン型ＳＶＧＭＲを得ることができた。【００６２】
（実施例２）
本発明の第二の実施例として、非磁性層３にＴａ層を用い、Ｔａ層の厚みを１Åから２０Åまで変化させたセルフピン型ＳＶＧＭＲを成膜した。本実施例のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は実施例１と同じ成膜方法で成膜し、非磁性層３を除く各層の厚みは実施例１と同じにした。【００６３】
本実施例の膜は、実施例１と同じ方法で磁界耐性の評価を行った。また、ガラス基体上に、下地層２であるＴａ層とＮｉＦｅＣｒ合金層と、非磁性層３であるＴａ層と第一の強磁性層４１を成膜して、第一の強磁性層４１の保磁力をＶＳＭにて測定した。【００６４】
本実施例のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜について、非磁性層３の厚みに対するＭＲ１６０／ＭＲｍａｘの関係を評価した結果を図３に示す。図３には実施例１の比較例の結果もあわせて示している。非磁性層３の厚みが１Å、２Åでは、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘは９０％以下であった。この結果は、非磁性層３を挿入していない実施例１の比較例とほぼ同レベルの数値であり、これら厚みのスピンバルブ型ＳＶＧＭＲ膜は磁界耐性が比較的劣っていることが判った。非磁性層３の厚みが３Å以上では、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘは９５％以上となり、外部磁界に対する抵抗変化率の低下が小さく、磁界耐性に優れたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜が得られることが判った。【００６５】
次に、第一の強磁性層４１の保磁力に対するＭＲ１６０／ＭＲｍａｘを評価した結果を図４に示す。第一の強磁性層４１の保磁力が１０ｋＡ／ｍまでは、ＭＲ１６０／ＭＲｍａｘは９０％以下と小さく、磁界耐性が比較的劣る膜であることがわかる。しかしながら、第一の強磁性層４１の保磁力が１２ｋＡ／ｍ近傍を越えてくるとＭＲ１６０／ＭＲｍａｘは９５％以上と改善される。この第一の強磁性層４１の保磁力が１２ｋＡ／ｍ近傍という値は、非磁性層３の厚みが２Å〜３Åの間の厚みを意味しており、この膜厚の間で変極点を迎えていることが判る。また、非磁性層３の厚みが３Åで優れた磁界耐性が得られたとする図３の結果と一致する。外部磁界に対する抵抗変化率の低下が小さく、磁界耐性に優れたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜とするためには、非磁性層３の厚みが３Å以上、すなわち第一の強磁性層の保磁力が１２（ＫＡ／ｍ）［１５０（Ｏｅ）］以上であればよいことが判った。【００６６】
（実施例３）
本発明の他の実施例として、非磁性層３の材料として、純金属のＣｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、酸化物のＡｌＯｘ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＣｕＯ、ＮｂＯ、ＶＯｘ、炭化物のＳｉＣ、窒化物のＳｉＮをそれぞれ用いた複数のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を成膜した。本実施例のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は実施例１と同じ成膜方法で作製し、非磁性層３は予め用意した各材料のターゲットをスパッタリングすることで成膜した。なお、いずれの場合も非磁性層３の厚みは４Åとした。【００６７】
成膜した膜を、実施例１と同じ方法で磁界耐性の評価を行ったところ、いずれのセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜についても、外部磁界に対する抵抗変化率の低下は比較的小さく、磁界耐性に優れたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を得ることができた。【００６８】
（実施例４）
本発明の他の実施例として、下地層２の表面を酸化して非磁性層３を形成したセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を成膜した。この実施例４のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は、実施例１の比較例と同じ手順で各層を順次スパッタする途中、第二の下地層２２であるＮｉＦｅＣｒ合金層を形成した後に、ＮｉＦｅＣｒ合金層を表面酸化させて非磁性層３を形成したものである。ＮｉＦｅＣｒ合金層表面の酸化は、ＮｉＦｅＣｒ合金層をスパッタリングした後、スパッタリングチャンバー内に酸素を０℃、１atmで１分間に数十ｃｍ３（数十ｓｃｃｍ）導入し、酸素雰囲気になったチャンバー内にＳｉ基体を１０分間放置することで行った。セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の成膜が完了した後、膜断面をＴＥＭ観察したところ、第二の下地層２２であるＮｉＦｅＣｒ合金層上に、合金の酸化層として非磁性層３が４Å形成されていることが確認できた。【００６９】
上記の方法で非磁性層３を形成したセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を、実施例１と同じ方法で磁界耐性の評価を行ったところ、外部磁界に対する抵抗変化率の低下が比較的小さく、磁界耐性に優れたセルフピン型ＳＶＧＭＲを得ることができた。【００７０】
（実施例５）
本発明の他の実施例として、実施例１のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を用いた磁気センサおよび回転角度検出装置を作製した。【００７１】
本実施例の回転角度検出装置の概略構成を図５に示す。該装置は後述する磁気センサ８１と、径方向にＮＳ２極に着磁した円盤状の永久磁石８３とを対向して配置したものである。この永久磁石８３は、つまり、Ｎ極に着磁した半円盤とＳ極に着磁した半円盤とを組み合わせた円盤となっており、磁石取り付け治具８４１に固定される。磁石取り付け冶具８４１はシャフト８４２（回転体）と機械的に接続される。従って、シャフト８４２の回転に伴い、永久磁石８３が回転する。そして、この永久磁石８３の回転に伴い漏洩磁界の分布が変化する。図５における１点鎖線は永久磁石８３の回転中心軸に相当し、この回転中心軸は磁気センサ８１中でセンサ表面と垂直に交わる関係（つまり回転中心軸が磁気センサ８１の表面の法線方向）になる。永久磁石８３と磁気センサ８１間の実線の矢印８２は磁力線を表わす。この構成によって、永久磁石８３からの磁界変化を磁気センサで検出した。【００７２】
磁気センサ８１は、実施例１のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜をパターニングした磁気抵抗効果素子９１，９２をブリッジ状に接続したものである。セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜のパターニングには、フォトリソグラフィーの手法を用いた。セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の成膜時に、誘導磁界方向を夫々９０°異なる方向に設定することで、方向の異なる４種類の磁気抵抗効果素子を同一基体上に形成して磁気センサ８１とした。【００７３】
パターニングしたセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜をブリッジ接続した磁気抵抗効果素子の回路図を図６に示す。この回路は磁気センサ８１中に形成されたものである。図６において太い矢印の方向が磁気抵抗効果素子９１，９２を構成するセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の固定層４のピン止め方向を表している。電源（Ｖｃｃ）に対し、互いに固定層４のピン止め方向がπ（rad）だけ異なる磁気抵抗効果素子９１ａ及び９１ｃの一端側が接続される。また、磁気抵抗効果素子９１ａの他端側には、磁気抵抗効果素子９１ａと固定層４のピン止め方向がπ（rad）だけ異なる磁気抵抗効果素子９１ｂの一端側と出力端子Ｖｘ１とが接続される。さらに、磁気抵抗効果素子９１ｃの他端側には、磁気抵抗効果素子９１ｃと固定層４のピン止め方向がπ（rad）だけ異なる磁気抵抗効果素子９１ｄの一端側と出力端子Ｖｘ２とが接続される。さらにこれら互いに固定層４のピン止め方向がπ（rad）だけ異なる磁気抵抗効果素子９１ｂ及び９１ｄの他端側は互いに接続されて、共通端子（ＧＮＤ）に接続される。これにより、４つの磁気抵抗効果素子９１によるホイートストンブリッジを構成した。ここで、磁気抵抗効果素子９１ａ及び９１ｄの固定層のピン止め方向は同一（基準軸に対して０°方向）で、磁気抵抗効果素子３１ｂ及び３１ｃの固定層のピン止め方向が同一（基準軸に対して１８０°方向）となっている。共通端子から所定の電位の電源電圧Ｖｃｃを印加する。そして中点電位Ｖｘ１及びＶｘ２を検出し、中点電位から図のＸ方向の出力電圧Ｖｘを得た。また、これら磁気抵抗効果素子の固定層４のピン止め方向をそれぞれ９０°回転させて形成した磁気抵抗効果素子９２ａ〜９２ｄを用いて、同様のホイートストンブリッジを構成する。そしてこの、磁気抵抗効果素子９２ａ〜９２ｄを用いたホイートストンブリッジにおいても中点電位Ｖｙ１及びＶｙ２を検出し、中点電位から図のＹ方向の出力電圧Ｖｙを得た。【００７４】
図５に示した永久磁石８３が回転して正弦波状の磁界変化が生じると、出力電圧Ｖｘ及びＶｙは図７に示すように、夫々サイン波，コサイン波の関係になった。これらの信号から逆正接（ｔａｎ−１）演算を行うことで外部磁界角度θｃａｌｃを得ることができた。【００７５】
回転角度検出装置の角度誤差は、外部磁界角度θｃａｌｃと、実際の永久磁石８３の回転角度θａｐｐの差分で表される。本実施例で作製した回転角度検出装置について、外部磁界（回転磁界強度）と角度誤差の関係を評価した。外部磁界の強度は永久磁石２３と磁気センサ２１の距離を変化させることによって変化させた。【００７６】
これによる評価結果を図８に示す。図８においては比較例として、実施例１の比較例のセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を用いて磁気センサを作製し、回転角度検出装置を構成して評価を行った結果を併せて示す。このとき、磁気センサの作製に用いた各々の膜の誘導磁気異方性Ｈｋ値は、実施例１の膜：Ｈｋ＝１０４Ａ／ｍ、実施例１の比較例の膜：Ｈｋ＝１１９Ａ／ｍであり、ほとんど相違ないものであった。【００７７】
比較例の回転角度検出装置では、外部印加磁界８ｋＡ／ｍ［１００（Ｏｅ）］までは直線的に角度誤差は低下するが、それ以上の外部印加磁界では角度誤差変化の直線性が失われていることが判る。これは外部磁界が大きくなるに従いセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の抵抗変化率が低下してしまうことに起因しており、外部強磁界での角度誤差が変動することを意味するので好ましくない。本実施例の回転角度検出装置では、回転磁界強度に対して角度誤差は直線的に変化しており、角度誤差変動の良好な回転角度検出装置とすることができた。【００７８】
（実施例６）
本発明の他の実施例として、非磁性層３の厚みの異なるセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜を用いて磁気センサを作製し、回転角度検出装置を構成した場合の回転角度誤差をシミュレーションにて計算した。【００７９】
非磁性層３のＴａ層の厚みを変化させることで自由層の誘導磁気異方性Ｈｋを変化させた場合の回転角度誤差のシミュレーション結果を図９に示す。シミュレーションでは、パラメータとしての誘導磁気異方性Ｈｋの値を、
Ｔａ＝０Åのとき：  Ｈｋ＝１０４Ａ／ｍ［１．３（Ｏｅ）］
Ｔａ＝４Åのとき：  Ｈｋ＝１１９Ａ／ｍ［１．５（Ｏｅ）］
Ｔａ＝１０Åのとき：  Ｈｋ＝１５９Ａ／ｍ［２．０（Ｏｅ）］
Ｔａ＝３０Åのとき：  Ｈｋ＝１８３Ａ／ｍ［２．３（Ｏｅ）］
ＮｉＦｅＣｒ下地効果がない（ＮｉＦｅＣｒ下地無し）の場合：
Ｈｋ＝２３９Ａ／ｍ［３．０（Ｏｅ）］
とした。このとき。他の磁気特性のパラメータはすべて一定値とし、実施例５と実施例５の比較例の実測値もあわせて示した。なお、実測値のＨｋの値は、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜のＭＲ−Ｈ曲線から読み取ったものである。【００８０】
図９は誘導磁気異方性Ｈｋの値が変化したときに、回転角度誤差がどのように変化するかを示している。なお全てのＨｋの値は、非磁性層３の厚みが０Åであるセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜のＭＲ−Ｈ曲線から得られたＨｋの値で規格化されている。図９より、シミュレーションの値と実測値がほぼ一致しているのが判ると同時に、非磁性層３であるＴａ層が厚くなるに従い、角度誤差が大きくなっていることが判る。これは、Ｔａ層が厚くなるに従いＨｋの値が大きくなり、自由層の磁化方向が外部磁界に対して平行になりにくくなっているためである。従って、精度の良い回転角センサを得るためには、Ｈｋの値が高くなることは好ましくない。【００８１】
角度誤差はＴａ層の薄い範囲で急激に高くなり、Ｔａ層厚みが１０Åを越えたあたりから飽和していく傾向があるが、その飽和水準はＮｉＦｅＣｒ下地効果が無い水準よりは低くなった。これは、弱いながらもＴａ下地自体に固定層の結晶配向性を上げる効果があるためと思われる。【００８２】
図９より、非磁性層３が無い水準に対して磁気センサの角度誤差を５０％増し以内に納めようとした場合は、非磁性層３の厚みは１０Å以下が好ましく、より精度を高く２０％増し以内に納めようとした場合は、非磁性層３の厚みは５Å以下にするのが好ましいと判断される。
【符号の説明】
【００８３】
１  非磁性の基体、
２  下地層、
２１  第一の下地層、
２２  第二の下地層、
３  非磁性層、
４  固定層、
４１  第一の強磁性層、
４２  交換結合層、
４３  第二の強磁性層、
５  中間層、
６  自由層、
６１  第一の自由層、
６２  第二の自由層、
１０  自由層、
７  保護層、
８１  磁気センサ、
８２  磁力線、
８３  永久磁石、
８４１  磁石取り付け冶具、
８４２  シャフト、
９１ａ〜９１ｄ，９２ａ〜９２ｄ  磁気抵抗効果素子。
【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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【国際調査報告】
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