(57)【要約】【課題】複数のＧＭＲ素子に違う方向のバイアス磁場を印加することが可能な薄膜磁石内蔵型の磁気センサを提供すること。【解決手段】薄膜磁気センサ１０ｅは、基板と、基板上に形成された第１ＧＭＲ素子２０と、感磁方向が第１ＧＭＲ素子２０の感磁方向と略平行となるように基板上に形成され、かつ、第１ＧＭＲ素子２０と電気的に直列に接続された第２ＧＭＲ素子３０と、基板上に形成された、第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０に対して逆方向のバイアス磁場を印加するための薄膜磁石４０ａ〜４０ｃとを備えている。薄膜磁石４０ａ〜４０ｃは、それぞれ、（ａ）薄膜ヨーク２４、２６、３４、３６の端部に隣接して形成されており、（ｂ）略同一方向に着磁され、さらに、（ｃ）着磁方向が、感磁方向と非平行である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた薄膜磁気センサ。
（１）前記薄膜磁気センサは、
基板と、
前記基板上に形成された第１ＧＭＲ素子と、
感磁方向が前記第１ＧＭＲ素子の感磁方向と略平行となるように前記基板上に形成され、かつ、前記第１ＧＭＲ素子と電気的に直列に接続された第２ＧＭＲ素子と、
前記基板上に形成された、前記第１ＧＭＲ素子及び前記第２ＧＭＲ素子に対して逆方向のバイアス磁場を印加するための３個以上の薄膜磁石と
を備えている。
（２）前記第１ＧＭＲ素子及び前記第２ＧＭＲ素子は、それぞれ、
巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜と、
前記ＧＭＲ膜の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨークと
を備えている。
（３）前記薄膜磁石は、それぞれ、
（ａ）前記薄膜ヨークの端部の側面に隣接して形成されており、
（ｂ）略同一方向に着磁され、さらに、
（ｃ）着磁方向が、前記感磁方向と非平行である。
【請求項２】
前記薄膜ヨークの端部と前記薄膜磁石との間の水平方向のクリアランスｘは、１００μｍ以下である請求項１に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項３】
前記薄膜ヨークの端部と前記薄膜磁石との間の垂直方向のクリアランスｚは、１００μｍ以下である請求項１又は２に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項４】
前記着磁方向と前記感磁方向とのなす角は、３０°以上１５０°以下である請求項１から３までのいずれか１項に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項５】
前記薄膜磁石は、前記薄膜ヨークの端部と接触しており、
前記薄膜磁石は、前記第１ＧＭＲ素子又は前記第２ＧＭＲ素子の電極又は配線を兼ねている
請求項１から４までのいずれか１項に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項６】
以下の構成を備えた薄膜磁気センサ。
（１）前記薄膜磁気センサは、
基板と、
前記基板上に形成されたＧＭＲ素子と、
前記基板上に形成された、前記ＧＭＲ素子に対してバイアス磁場を印加するための２個以上の薄膜磁石と
を備えている。
（２）前記ＧＭＲ素子は、
巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜と、
前記ＧＭＲ膜の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨークと
を備えている。
（３）前記薄膜磁石は、それぞれ、
（ａ）前記薄膜ヨークの端部の側面に隣接して形成されており、
（ｂ）略同一方向に着磁され、さらに、
（ｃ）着磁方向が、前記ＧＭＲ素子の感磁方向と非平行である。
【請求項７】
前記薄膜ヨークの端部と前記薄膜磁石との間の水平方向のクリアランスｘは、１００μｍ以下である請求項６に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項８】
前記薄膜ヨークの端部と前記薄膜磁石との間の垂直方向のクリアランスｚは、１００μｍ以下である請求項６又は７に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項９】
前記着磁方向と前記感磁方向とのなす角は、３０°以上１５０°以下である請求項６から８までのいずれか１項に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項１０】
前記薄膜磁石は、前記薄膜ヨークの端部と接触しており、
前記薄膜磁石は、前記ＧＭＲ素子の電極又は配線を兼ねている
請求項６から９までのいずれか１項に記載の薄膜磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜磁気センサに関し、さらに詳しくは、薄膜磁石を用いてブリッジ接合した一対のＧＭＲ素子に逆方向のバイアス磁場を印加した薄膜磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサは、電磁気力（例えば、電流、電圧、電力、磁場、磁束など。）、力学量（例えば、位置、速度、加速度、変位、距離、張力、圧力、トルク、温度、湿度など。）、生化学量等の被検出量を、磁場を介して電圧に変換する電子デバイスである。磁気センサは、磁場の検出方法に応じて、ホールセンサ、異方的磁気抵抗（ＡＭＲ：  Anisotropic Magneto-Resistivity）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：  Giant Magneto Resistance）センサ等に分類される。
【０００３】
これらの中でもＧＭＲセンサは、
（１）ＡＭＲセンサに比べて電気比抵抗の変化率の最大値（すなわち、ＭＲ比＝△ρ／ρ0（△ρ＝ρH−ρ0：ρHは、外部磁場Ｈにおける電気比抵抗、ρ0は、外部磁場ゼロにおける電気比抵抗））が極めて大きい、
（２）ホールセンサに比べて抵抗値の温度変化が小さい、
（３）ＧＭＲ効果を有する材料が薄膜材料であるために、マイクロ化に適している、
等の利点がある。そのため、ＧＭＲセンサは、コンピュータ、電力、自動車、家電、携帯機器等に用いられる高感度マイクロ磁気センサとしての応用が期待されている。
【０００４】
ＧＭＲ効果を示す材料としては、強磁性層（例えば、パーマロイ等）と非磁性層（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）の多層膜、あるいは、反強磁性層、強磁性層（固定層）、非磁性層及び強磁性層（自由層）の４層構造を備えた多層膜（いわゆる、「スピンバルブ」）からなる金属人工格子、強磁性金属（例えば、パーマロイ等）からなるｎｍサイズの微粒子と、非磁性金属（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）からなる粒界相とを備えた金属−金属系ナノグラニュラー材料、スピン依存トンネル効果によってＭＲ（Magneto-Resistivity）効果が生ずるトンネル接合膜、ｎｍサイズの強磁性金属合金微粒子と、非磁性・絶縁性材料からなる粒界相とを備えた金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料等が知られている。
【０００５】
これらの内、スピンバルブに代表される多層膜は、一般に、低磁場における感度が高いという特徴がある。しかしながら、多層膜は、種々の材料からなる薄膜を高精度で積層する必要があるために、安定性や歩留まりが悪く、製作コストを抑えるには限界がある。そのため、この種の多層膜は、専ら付加価値の大きなデバイス（例えば、ハードディスク用の磁気ヘッド）にのみ用いられ、単価の安いＡＭＲセンサやホールセンサとの価格競争を強いられる磁気センサに応用するのは困難であると考えられている。また、多層膜間の拡散が生じやすく、ＧＭＲ効果が消失しやすいため、耐熱性が悪いという大きな欠点がある。
【０００６】
一方、ナノグラニュラー材料は、一般に、作製が容易で、再現性も良い。そのため、これを磁気センサに応用すれば、磁気センサを低コスト化することができる。特に、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、
（１）その組成を最適化すれば、室温において１０％を越える高いＭＲ比を示す、
（２）電気比抵抗ρが桁違いに高いので、磁気センサの超小型化と低消費電力化が同時に実現可能である、
（３）耐熱性の悪い反強磁性膜を含むスピンバルブ膜と異なり、高温環境下でも使用可能である、
等の利点がある。しかしながら、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、低磁場における磁場感度が非常に小さいという問題がある。そのため、このような場合には、ＧＭＲ膜の両端に軟磁性材料からなるヨークを配置し、ＧＭＲ膜の磁場感度を上げることが行われる。
【０００７】
磁場の変化に対して偶関数特性を示す磁気センサを用いて磁場の方向を検出する場合、磁気センサに対してバイアス磁場を印加するのが一般的である。また、磁気センサにバイアス磁場を印加するために、磁気センサの外部にコイルや永久磁石を配置するのが一般的である。あるいは、センサデバイスを小型化するために、センサ素子の下層部又は上層部に薄膜磁石を形成することも行われている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、
ミアンダパターン形状を有し、ミアンダパターンの長手方向Ｌに対して直交方向に固定磁性層が磁化されているＧＭＲ素子と、
ＧＭＲ素子を挟んで、長手方向Ｌにおいて対向しており、かつ、長手方向Ｌに対して平行方向にバイアス磁界を印加するためのバイアス用磁石と、
長手方向Ｌに対して４５°の方向からＧＭＲ素子に外部磁界を誘導する磁束案内層と
を備えた磁気検知素子が開示されている。
同文献には、
（ａ）外部磁界が与えられない中立状態において、バイアス磁界によってＧＭＲ素子の自由磁性層の磁化の向きＢが長手方向Ｌに対して平行となる点、及び、
（ｂ）このような方法により、固定磁性層の磁化の固定方向が同じ向きに設定された複数の磁気検知素子を同じ基板に形成し、それぞれの磁気検知素子を異なる向きの磁界に反応させることができる点
が記載されている。
【０００９】
特許文献２には、
一直線上に配置され、かつ、直列に接続された２個の磁気抵抗効果素子と、
磁気抵抗効果素子の下方に配置され、かつ、垂直方向に磁化された永久磁石と
を備えた磁気センサモジュールが開示されている。
同文献には、このような方法により、２個の磁気抵抗効果素子に互いに逆方向のバイアス磁界（Ｈx1、Ｈx2）を印加できる点が記載されている。
【００１０】
さらに、特許文献３には、
第１の水平方向に間隔を開けて配置された第１素子部及び第２素子部と、
第１素子部及び第２素子部の間に配置された永久磁石層と
を備え、
第１の水平方向に直交する第２の水平方向が素子部の感度軸方向であり、
永久磁石層は、第２の水平方向に着磁されると共に、第１の素子部には第１の水平方向に第１バイアス磁界が供給され、第２の素子部は第１バイアス磁界とは逆方向の第２バイアス磁界が供給される
磁気センサが開示されている。
同文献には、このような方法により、外乱磁場耐性及び強磁場耐性が向上する点が記載されている。
【００１１】
高感度のＧＭＲ素子と低感度のＧＭＲ素子とを組み合わせてハーフブリッジ回路を構成し、高感度素子だけにバイアス磁場を印加すると、偶関数特性を示す磁気センサを用いて磁場の方向を検出することができる。しかし、この方式は、低感度素子が高感度素子の動作範囲では抵抗値変化が小さいことを利用して出力を得るものである。そのため、高感度素子と低感度素子の感度差が小さくなるに従って出力電圧も小さくなる。また、出力波形は非線形なため、磁場の絶対値が必要な用途では何らかの補正が必要となる。
【００１２】
一方、特許文献２等に記載されているように、逆方向にバイアス磁場を印加した素子を組み合わせてブリッジ回路を形成すると、上記の問題を解決することができる。しかし、薄膜磁石を磁気センサに内蔵する場合、個々の薄膜磁石を個別に着磁することが技術的に難しいため、薄膜磁石の着磁方向は一方向に限られる。そのため、薄膜磁石内蔵型の従来の磁気センサにおいて、複数のＧＭＲ素子に違う方向のバイアス磁場を印加する方法は、知られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１２−１０７９１４号公報
【特許文献２】特開２０１５−２００５５１号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２２７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、薄膜磁石を用いて複数のＧＭＲ素子に違う方向のバイアス磁場を印加することが可能な薄膜磁石内蔵型の磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明に係る薄膜磁気センサの１番目は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記薄膜磁気センサは、
基板と、
前記基板上に形成された第１ＧＭＲ素子と、
感磁方向が前記第１ＧＭＲ素子の感磁方向と略平行となるように前記基板上に形成され、かつ、前記第１ＧＭＲ素子と電気的に直列に接続された第２ＧＭＲ素子と、
前記基板上に形成された、前記第１ＧＭＲ素子及び前記第２ＧＭＲ素子に対して逆方向のバイアス磁場を印加するための３個以上の薄膜磁石と
を備えている。
（２）前記第１ＧＭＲ素子及び前記第２ＧＭＲ素子は、それぞれ、
巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜と、
前記ＧＭＲ膜の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨークと
を備えている。
（３）前記薄膜磁石は、それぞれ、
（ａ）前記薄膜ヨークの端部の側面に隣接して形成されており、
（ｂ）略同一方向に着磁され、さらに、
（ｃ）着磁方向が、前記感磁方向と非平行である。
【００１６】
本発明に係る薄膜磁気センサの２番目は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記薄膜磁気センサは、
基板と、
前記基板上に形成されたＧＭＲ素子と、
前記基板上に形成された、前記ＧＭＲ素子に対してバイアス磁場を印加するための２個以上の薄膜磁石と
を備えている。
（２）前記ＧＭＲ素子は、
巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜と、
前記ＧＭＲ膜の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨークと
を備えている。
（３）前記薄膜磁石は、それぞれ、
（ａ）前記薄膜ヨークの端部の側面に隣接して形成されており、
（ｂ）略同一方向に着磁され、さらに、
（ｃ）着磁方向が、前記ＧＭＲ素子の感磁方向と非平行である。
【発明の効果】
【００１７】
ＧＭＲ膜と薄膜ヨークとを備えたＧＭＲ素子を基板上に形成する場合において、薄膜磁石の着磁方向とＧＭＲ素子の感磁方向（長手方向）が非平行となるように薄膜磁石を薄膜ヨークの端部の側面に隣接して形成すると、薄膜磁石の設置位置を変えるだけで、バイアス磁場の方向を正方向及び逆方向のいずれの方向にも設定することができる。このようなＧＭＲ素子及び薄膜磁石からなる薄膜磁気センサを複数個組み合わせてブリッジ回路を構成すると、略同一方向に着磁された薄膜磁石を用いて、各ＧＭＲ素子に逆方向のバイアス磁場を印加することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図である。
【図２】本発明の第３及び第４の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図である。
【図３】本発明の第５の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、ハーフブリッジ回路を備えた薄膜磁気センサの平面図である。図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は、フルブリッジ回路を備えた薄膜磁気センサの平面図である。
【００１９】
【図５】ハーフブリッジ回路を備えた薄膜磁気センサの平面図である。
【図６】ハーフブリッジ回路を構成する２つの素子の内、一方の素子にのみバイアス磁場が印加された薄膜磁気センサの回路図である。
【図７】図７（Ａ）は、外部磁場Ｈと図６に示す薄膜磁気センサの各素子の抵抗との関係（バイアス磁場なし）を示す図である。図７（Ｂ）は、外部磁場Ｈと図６に示す薄膜磁気センサの出力電圧Ｖoutとの関係（バイアス磁場なし）を示す図である。
【００２０】
【図８】図８（Ａ）は、ハーフブリッジ回路を構成する２つの素子に逆方向のバイアス磁場が印加された磁気センサの回路図である。図８（Ｂ）は、ハーフブリッジ回路を構成する２つの素子の下方に、垂直方向に磁化された永久磁石を配置した磁気センサの断面模式図である。
【図９】図９（Ａ）は、外部磁場Ｈと図８に示す薄膜磁気センサの各素子の抵抗との関係を示す図である。図９（Ｂ）は、外部磁場Ｈと図８に示す薄膜磁気センサの出力電圧Ｖoutとの関係を示す図である。
【００２１】
【図１０】図１０（Ａ）は、外部磁場Ｈと薄膜磁気センサ（図１）のギャップ内の平均磁束密度との関係を示す図である。図１０（Ｂ）は、薄膜磁気センサ（図１）の磁石幅Ｗ及び磁石長さＬとバイアス磁場との関係を示す図である。
【図１１】外部磁場Ｈと薄膜磁気センサ（図３）のギャップ内の平均磁束密度との関係を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、クリアランスｘ及びクリアランスｚの定義を説明するための模式図である。図１２（Ｂ）は、ｚ＝０である時のクリアランスｘとバイアス磁場との関係、及びｘ＝０である時のクリアランスｚとバイアス磁場との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  薄膜磁気センサ（１）］
図１（Ａ）に、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図を示す。図１（Ａ）において、薄膜磁気センサ１０ａは、
基板（図示せず）と、
基板上に形成されたＧＭＲ素子２０と、
基板上に形成された、ＧＭＲ素子２０に対してバイアス磁場を印加するための２個の薄膜磁石４０ａ、４０ｂと
を備えている。
なお、図１（Ａ）には、２個の薄膜磁石４０ａ、４０ｂを備えた薄膜磁気センサ１０ａが記載されているが、薄膜磁石の個数は３個以上であっても良い。この点は、後述する。
【００２３】
［１．１．  基板］
基板は、その表面に、ＧＭＲ素子２０、及び薄膜磁石４０ａ、４０ｂを形成するためのものである。基板の材料や形状は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な材料及び形状を選択することができる。
【００２４】
［１．２．  ＧＭＲ素子］
ＧＭＲ素子２０は、巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜２２と、ＧＭＲ膜２２の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク２４、２６とを備えている。ＧＭＲ素子２０の表面は、通常、保護膜（図示せず）により覆われている。さらに、ＧＭＲ素子２０の両端には、通常、出力を取り出すための電極又は配線が接合される。本実施の形態において、薄膜磁石４０ａ、４０ｂが電極又は配線を兼ねている。
【００２５】
［１．２．１．  ＧＭＲ膜］
ＧＭＲ膜２２は、外部磁場の変化を電気抵抗Ｒの変化として感じ、結果的に電圧の変化として検出するためのものであり、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を有する材料からなる。外部磁場の変化を高い感度で検出するためには、ＧＭＲ膜２２のＭＲ比の絶対値は、大きいほど良い。ＧＭＲ膜２２のＭＲ比の絶対値は、具体的には、５％以上が好ましく、さらに好ましくは、１０％以上である。
【００２６】
また、ＧＭＲ膜２２は、薄膜ヨーク２４、２６と直接、電気的に接続されるので、ＧＭＲ膜２２には、薄膜ヨーク２４、２６より高い電気比抵抗ρを有するものが用いられる。一般に、ＧＭＲ膜２２の電気比抵抗ρが小さすぎると、センサ全体の電気抵抗に対する配線などの抵抗の比率が相対的に大きくなり、その結果としてＭＲ比が低下するので好ましくない。一方、ＧＭＲ膜２２の電気比抵抗ρが高すぎる場合には、ノイズが増加し、外部磁場の変化を電圧変化として検出するのが困難となる。
ＧＭＲ膜２２の電気比抵抗ρは、具体的には、１０3μΩｃｍ以上１０12μΩｃｍ以下が好ましく、さらに好ましくは、１０4μΩｃｍ以上１０11μΩｃｍ以下である。
【００２７】
このような条件を満たす材料には、種々の材料があるが、中でも上述した金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料が特に好適である。金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、高いＭＲ比と高い電気比抵抗ρを有するだけでなく、僅かな組成変動によってＭＲ比が大きく変動することがないので、安定した磁気特性を有する薄膜を、再現性良く、かつ低コストで作製することができるという利点がある。
【００２８】
ＧＭＲ膜２２として用いられる金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料としては、具体的には、
（１）Ｃｏ−Ｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ａｌ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ｓｍ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ｄｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、ＦｅＣｏ−Ｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金等の酸化物系ナノグラニュラー合金、
（２）Ｆｅ−ＭｇＦ2、ＦｅＣｏ−ＭｇＦ2、Ｆｅ−ＣａＦ2、ＦｅＣｏ−ＡｌＦ3等のフッ化物系ナノグラニュラー合金、
などがある。
【００２９】
［１．２．２．  薄膜ヨーク］
薄膜ヨーク２４、２６は、ギャップを介して対向しており、ＧＭＲ膜２２は、ギャップ内又はその近傍において、薄膜ヨーク２４、２６と電気的に接続される。
ここで、「ギャップ近傍」とは、薄膜ヨーク２４、２６先端に発生する増幅された大きな磁場の影響を受ける領域をいう。薄膜ヨーク２４、２６間に発生する磁場は、ギャップ内が最も大きくなるので、ＧＭＲ膜２２は、ギャップ内に形成するのが最も好ましいが、ＧＭＲ膜２２に作用する磁場が実用上十分な大きさであるときは、その全部又は一部がギャップ外（例えば、薄膜ヨーク２４、２６の上面側又は下面側）にあっても良いことを意味する。
【００３０】
薄膜ヨーク２４、２６は、ＧＭＲ膜２２の磁場感度を高めるためのものであり、軟磁性材料からなる。弱磁場に対する高い磁場感度を得るためには、薄膜ヨーク２４、２６には、透磁率μ及び／又は飽和磁化Ｍｓの高い材料を用いるのが好ましい。また、薄膜ヨーク２４、２６の材料は、使用する外部磁場の範囲で磁気飽和のないものが好ましい。一方、軟磁性材料の透磁率μは、高いほど好ましく、例えば、５０００以上が好ましい。
【００３１】
このような条件を満たす軟磁性材料としては、具体的には、
（ａ）４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｆｅ74Ｓｉ9Ａｌ17、Ｆｅ12Ｎｉ82Ｎｂ6、Ｆｅ75.6Ｓｉ13.2Ｂ8.5Ｎｂ1.9Ｃｕ0.8、Ｆｅ83Ｈｆ6Ｃ11、Ｆｅ85Ｚｒ10Ｂ5合金、Ｆｅ93Ｓｉ3Ｎ4合金、Ｆｅ71Ｂ11Ｎ18合金、
（ｂ）４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金／ＳｉＯ2多層膜、
（ｃ）Ｆｅ71.3Ｎｄ9.6Ｏ19.1ナノグラニュラー合金、Ｃｏ70Ａｌ10Ｏ20ナノグラニュラー合金、Ｃｏ65Ｆｅ5Ａｌ10Ｏ20ナノグラニュラー合金、
（ｄ）Ｃｏ35Ｆｅ35Ｍｇ10Ｆ20ナノグラニュラー合金、
（ｅ）Ｃｏ88Ｎｂ6Ｚｒ6アモルファス合金、(Ｃｏ94Ｆｅ6)70Ｓｉ15Ｂ15アモルファス合金、
などがある。
【００３２】
［１．２．３．  ＧＭＲ素子の形状及び寸法］
ＧＭＲ素子２０は、外部磁場の変化を検出するためのものである。そのため、感磁方向の磁場感度は大きいほど良い。
ここで、「感磁方向」とは、ＧＭＲ膜２２の磁場感度が最大となるときの外部磁場の印加方向をいう。ＧＭＲ素子２０の感磁方向は、ＧＭＲ素子２０の長手方向（すなわち、バイアス磁場方向）と同一である。
【００３３】
ＧＭＲ素子２０の各部の形状及び寸法は、感磁方向の磁場感度に影響を与える。一般に、ギャップの長さ（ＧＭＲ膜２２の感磁方向の長さ）ｇ1が短くなるほど、漏れ磁束が少なくなるので高感度となる。また、薄膜ヨーク２４、２６の感磁方向の長さが長くなるほど、薄膜ヨーク２４、２６の反磁場係数が小さくなるので高感度となる。そのため、ＧＭＲ素子２０の各部の形状及び寸法は、目的とする感度が得られるように、最適な形状及び寸法を選択するのが好ましい。
【００３４】
［１．２．４．  保護膜］
保護膜は、大気中の水分からＧＭＲ素子２０を保護するためのものである。このような機能を奏する限りにおいて、保護膜の材料や厚さは、特に限定されない。保護膜には、例えば、アルミナ、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4などを用いることができる。
【００３５】
［１．３．  薄膜磁石］
薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、ＧＭＲ素子２０に対してバイアス磁場を印加するためのものである。本発明において、「薄膜磁石」とは、薄膜プロセスにより製造される磁石をいう。２個の薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、それぞれ、
（ａ）薄膜ヨーク２４、２６の端部の側面に隣接して形成されており、
（ｂ）略同一方向に着磁され、さらに、
（ｃ）着磁方向が、ＧＭＲ素子２０の感磁方向と非平行である。
【００３６】
［１．３．１．  薄膜磁石の形成位置］
薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、薄膜ヨーク２４、２６の端部の側面に隣接して形成されている。「隣接して形成されている」とは、ＧＭＲ素子２０をｘｙ平面に対して垂直方向から見たときに、薄膜磁石４０ａ、４０ｂが薄膜ヨーク２４、２６の端部（ＧＭＲ膜２２との接合部とは反対側の端部）の側面に位置していることをいう。
薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、薄膜ヨーク２４、２６と同一平面上にあっても良く、あるいは、同一平面上になくても良い。また、薄膜磁石４０ａ、４０ａは、薄膜ヨーク２４、２６と接触していて良く、あるいは、隙間があっても良い。さらに、薄膜磁石４０ａ、４０ａと薄膜ヨーク２４、２６が同一平面上にない場合、ｘｙ平面に対して垂直方向から見た時に、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの一部と薄膜ヨーク２４、２６の一部とが重なり合っていても良い。
【００３７】
一般に、薄膜ヨーク２４、２６の端部と薄膜磁石４０ａ、４０ｂの水平方向のクリアランスｘが小さくなるほど、ＧＭＲ素子２０に印加されるバイアス磁場が大きくなる。体積の小さな薄膜磁石４０ａ、４０ｂで相対的に大きなバイアス磁場をＧＭＲ素子２０に印加するためには、クリアランスｘは、１００μｍ以下が好ましい。クリアランスｘは、好ましくは、５０μｍ以下、さらに好ましくは、１０μｍ以下、さらに好ましくは、５μｍ以下である。
【００３８】
同様に、薄膜ヨーク２４、２６の端部と薄膜磁石４０ａ、４０ｂの垂直方向のクリアランスｚが小さくなるほど、ＧＭＲ素子２０に印加されるバイアス磁場が大きくなる。体積の小さな薄膜磁石４０ａ、４０ｂで相対的に大きなバイアス磁場をＧＭＲ素子２０に印加するためには、クリアランスｚは、１００μｍ以下が好ましい。クリアランスｚは、好ましくは、５０μｍ以下、さらに好ましくは、１０μｍ以下、さらに好ましくは、５μｍ以下である。
【００３９】
クリアランスｘ及びｚがいずれもゼロである場合、すなわち、薄膜ヨーク２４、２６の端部の側面と薄膜磁石４０ａ、４０ｂの端部とが接触している場合、ＧＭＲ素子２０に印加されるバイアス磁場が最大となる。また、薄膜磁石４０ａ、４０ｂと薄膜ヨーク２４、２６とが離間している場合、ＧＭＲ素子２０から出力を取り出すための電極又は配線を、別途作製する必要がある。一方、薄膜磁石４０ａ、４０ｂと薄膜ヨーク２４、２６とを接触させると、薄膜磁石４０ａ、４０ｂをＧＭＲ素子２０の電極又は配線として用いることができ、電極又は配線の作製工程を省略できる。
【００４０】
図１（Ａ）に示す薄膜磁気センサ１０ａにおいて、薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、それぞれ、薄膜ヨーク２４、２６の端部の側面に隣接して形成されており、クリアランスｘ及びｚは、いずれもゼロである。すなわち、薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、ＧＭＲ素子２０の電極又は配線を兼ねている。また、薄膜磁石４０ａの一端は、薄膜ヨーク２４の端部であって、＋ｘ側の側面に接続されている。一方、薄膜磁石４０ｂの一端は、薄膜ヨーク２６の端部であって、−ｘ側の側面に接続されている。薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、いずれも＋ｘ方向に着磁されているため、薄膜磁石４０ａ、４０ｂにより、ＧＭＲ素子２０には、−ｙ方向のバイアス磁場が印加される。
【００４１】
［１．３．２．  薄膜磁石の着磁方向］
薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、いずれも、略同一方向に着磁されている。また、薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、基板の表面に対して略平行方向に着磁されているのが好ましい。
ここで、「基板の表面に対して略平行方向」とは、ＧＭＲ素子２０をｘｙ平面に対して平行方向から見たときに、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの平均的な着磁方向と基板表面とのなす角（以下、これを「傾斜角」ともいう）が４５°以下であることをいう。
「略同一方向に着磁されている」とは、ＧＭＲ素子２０をｘｙ平面に対して垂直方向から見たときに、薄膜磁石４０ａの平均的な着磁方向と薄膜磁石４０ｂの平均的な着磁方向とのなす角（以下、これを「偏向角」ともいう）が４５°以下であることをいう。
「薄膜磁石の平均的な着磁方向」とは、着磁コイルの中心線の方向であり、本発明においては、基板の表面に対して略平行と換言できる方向をいう。
【００４２】
薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、基板表面に積層されるが、製造誤差、周囲に存在する構造物の影響などによって、傾斜面上、あるいは、凹凸のある表面上に形成される場合がある。薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、このような傾斜面上、あるいは、凹凸のある平面上に形成されていても良い。一般に、傾斜角が小さくなるほど、素子に印加されるバイアス磁場が大きくなり、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの膜厚を薄くしたり、サイズを小さくできるという利点がある。従って、傾斜角は、４５°以下が好ましい。傾斜角は、好ましくは、２５°以下、さらに好ましくは、１０°以下である。
【００４３】
また、薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、基板表面に形成された後、同時に着磁されるため、偏向角は、理想的にはゼロとなる。しかし、製造誤差などによって、偏向角がゼロを超えることがある。一般に、偏向角が小さくなるほど、素子に印加されるバイアス磁場が大きくなり、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの膜厚を薄くしたり、サイズを小さくできるという利点がある。従って、偏向角は、４５°以下が好ましい。偏向角は、好ましくは、２５°以下、さらに好ましくは、１０°以下である。換言すれば、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの偏向角は、同時に着磁可能な限りにおいて、特に限定されない。
【００４４】
［１．３．３．  着磁方向と感磁方向とのなす角］
薄膜磁石４０ａ、４０ｂの着磁方向は、ＧＭＲ素子２０の感磁方向（長手方向）と非平行である。着磁方向と感磁方向とのなす角（以下、これを「磁束の入射角」ともいう）は、特に限定されるものではなく、ゼロ超であれば良い。一般に、磁束の入射角が９０°に近くなるほど、薄膜磁石４０ａ、４０ｂを他の素子と共通化したときの漏れ磁束を小さくすることができるので、素子サイズを小さくすることができるという利点がある。従って、磁束の入射角は、３０°以上１５０°以下が好ましい。磁束の入射角は、好ましくは、４５°以上１３５°以下、さらに好ましくは、６０°以上１２０°以下である。図１に示す例において、磁束の入射角は９０°になっている。
【００４５】
［１．３．４．  薄膜磁石の材料］
本発明において、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の材料を用いることができる。
薄膜磁石４０ａ、４０ｂの材料としては、例えば、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ、ＳｍＣｏ5、Ｓｍ2Ｃｏ17、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂなどがある。
【００４６】
［１．３．４．  薄膜磁石の形状］
薄膜磁石４０ａ、４０ｂの厚さの制限は特にないが、３０μｍ以下が好ましい。また、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの幅Ｗ及び長さＬは、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。一般に、薄膜磁石４０ａ、４０ｂの体積が大きくなるほど、より大きなバイアス磁場をＧＭＲ素子２０に印加することができる。
さらに、図１においては、薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、それぞれ、平面形状が長方形になっているが、これは単なる例示である。薄膜磁石４０ａ、４０ｂの平面形状は、ＧＭＲ素子２０に所定のバイアス磁場を印加できる限りにおいて、特に限定されない。
【００４７】
［１．３．５．  薄膜磁石の個数］
図１（Ａ）において、薄膜ヨーク２４、２６の端部の側面に、それぞれ、単一の薄膜磁石４０ａ、４０ｂが配置されているが、これは単なる例示である。薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、それぞれ、ｘ軸に対して垂直方向、及び／又は、ｙ軸に対して垂直方向に分割されていても良い。
【００４８】
［２．  薄膜磁気センサ（２）］
図１（Ｂ）に、本発明の第２の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図を示す。図１（Ｂ）において、薄膜磁気センサ１０ｂは、
基板（図示せず）と、
基板上に形成されたＧＭＲ素子２０と、
基板上に形成された、ＧＭＲ素子２０に対してバイアス磁場を印加するための２個の薄膜磁石４０ａ、４０ｂと
を備えている。
【００４９】
図１（Ｂ）に示す薄膜磁気センサ１０ｂにおいて、薄膜磁石４０ａは、薄膜ヨーク２４の端部であって、−ｘ側の側面に形成されている。一方、薄膜磁石４０ｂは、薄膜ヨーク２６の端部であって、＋ｘ側の側面に形成されている。薄膜磁石４０ａ、４０ｂは、共に＋ｘ方向に着磁されているため、薄膜磁石４０ａ、４０ｂにより、ＧＭＲ素子２０には、＋ｙ方向のバイアス磁場が印加される。この点が、第１の実施の形態とは異なる。その他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５０】
［３．  薄膜磁気センサ（３）］
図２（Ａ）に、本発明の第３の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図を示す。図２（Ａ）において、薄膜磁気センサ１０ｃは、
基板（図示せず）と、
基板上に形成されたＧＭＲ素子２０と、
基板上に形成された、ＧＭＲ素子２０に対してバイアス磁場を印加するための２個の薄膜磁石４２ａ、４２ｂと
を備えている。
【００５１】
図２（Ａ）に示す薄膜磁気センサ１０ｃにおいて、薄膜磁石４２ａ、４２ｂの着磁方向と、ＧＭＲ素子２０の感磁方向（長手方向）とのなす角（入射角）は、６０°又は１２０°になっている。また、薄膜磁石４２ａ、４２ｂの端面と薄膜ヨーク２４、２６の側面が密着するように、薄膜磁石４２ａ、４２ｂの端面が延長されており、平面形状は五角形になっている。この点が、第１の実施の形態とは異なる。その他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
［４．  薄膜磁気センサ（４）］
図２（Ｂ）に、本発明の第４の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図を示す。図２（Ｂ）において、薄膜磁気センサ１０ｄは、
基板（図示せず）と、
基板上に形成されたＧＭＲ素子２０と、
基板上に形成された、ＧＭＲ素子２０に対してバイアス磁場を印加するための２個の薄膜磁石４２ａ、４２ｂと
を備えている。
【００５３】
図２（Ｂ）に示す薄膜磁気センサ１０ｄにおいて、薄膜磁石４２ａ、４２ｂの着磁方向と、ＧＭＲ素子２０の感磁方向（長手方向）とのなす角（入射角）は、６０°又は１２０°になっている。また、薄膜磁石４２ａ、４２ｂの端面と薄膜ヨーク２４、２６の側面が密着するように、薄膜磁石４２ａ、４２ｂの端面が延長されており、平面形状は五角形になっている。この点が、第２の実施の形態とは異なる。その他の点については、第２の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
［５．  薄膜磁気センサ（５）］
図３に、本発明の第５の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図を示す。図３において、薄膜磁気センサ１０ｅは、
基板（図示せず）と、
基板上に形成された第１ＧＭＲ素子２０と、
感磁方向が第１ＧＭＲ素子２０の感磁方向と略平行となるように基板上に形成され、かつ、第１ＧＭＲ素子２０と電気的に直列に接続された第２ＧＭＲ素子３０と、
基板上に形成された、第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０に対して逆方向のバイアス磁場を印加するための３個の薄膜磁石４０ａ、４０ｂ、４０ｃと
を備えている。
なお、図３には、３個の薄膜磁石４０〜４０ｃを備えた薄膜磁気センサ１０ｅが記載されているが、薄膜磁石の個数は４個以上であっても良い。この点は、後述する。
【００５５】
［５．１．  基板］
基板は、その表面に、第１ＧＭＲ素子２０、第２ＧＭＲ素子３０、及び薄膜磁石４０ａ〜４０ｃを形成するためのものである。基板に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５６】
［５．２．  第１ＧＭＲ素子、及び第２ＧＭＲ素子］
第１ＧＭＲ素子２０は、巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜２２と、ＧＭＲ膜２２の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク２４、２６とを備えている。同様に、第２ＧＭＲ素子３０は、巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜３２と、ＧＭＲ膜３２の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク３４、３６とを備えている。
【００５７】
第２ＧＭＲ素子３０は、その感磁方向（長手方向）が第１ＧＭＲ素子２０の感磁方向（長手方向）と略平行となるように基板上に形成されている。
ここで、「感磁方向が略平行」とは、第１ＧＭＲ素子２０の感磁方向と第２ＧＭＲ素子３０の感磁方向とのなす角（以下、これを「偏向角」という）が５°以下であることをいう。
一般に、偏向角が小さくなるほど、線形性の良い奇関数出力の磁気センサ１０ｅが得られる。従って、偏向角は、５°以下が好ましい。偏向角は、好ましくは、３°以下、さらに好ましくは、１°以下である。
【００５８】
第１ＧＭＲ素子２０と第２ＧＭＲ素子３０の磁場感度は、略同一であるのが好ましい。磁場感度が略同一である第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０を直列に接続し、逆方向にバイアス磁場を印加すると、線形性の良い奇関数出力の磁気センサ１０ｅを得ることができる。
ここで、「磁場感度が略同一」とは、２つの素子の感度（＝出力電圧／磁場）の相加平均に対する差異が±５０％以下であることをいう。
【００５９】
第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０の磁場感度は、各部の材料及び寸法できまる。通常、各部の材料及び寸法を略同一にすれば、磁場感度が略同一であるＧＭＲ素子を得ることができる。第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０は、磁場感度が略同一である限りにおいて、各部の材料及び／又は寸法は同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
【００６０】
第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
［５．３．  薄膜磁石］
薄膜磁石４０ａ〜４０ｃは、第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０に対して逆方向のバイアス磁場を印加するためのものである。薄膜磁石４０ａ〜４０ｃの着磁方向が同一であっても、その形成位置を最適化することにより、第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０に対して逆方向のバイアス磁場を印加することができる。
ここで、「逆方向のバイアス磁場」とは、外部磁場の印加方向を「＋方向」と定義したときに、一方のＧＭＲ素子に作用するバイアス磁場が＋方向であり、他方のＧＭＲ素子に作用するバイアス磁場が−方向であることをいう。
【００６２】
基板上に形成される薄膜磁石の個数は、第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０の接続方法により異なる。例えば、図３に示す薄膜磁気センサ１０ｅの場合、薄膜磁石が電極又は配線を兼ねているため、少なくと３個の薄膜磁石４０ａ〜４０ｃが必要となる。
なお、薄膜磁石４０ａ〜４０ｃは、それぞれ、ｘ軸に対して垂直方向、及び／又は、ｙ軸に対して垂直方向に分割されていても良い。
【００６３】
図３において、薄膜磁石４０ａの一端は、薄膜ヨーク２６の端部であって、＋ｘ側の側面に接続されている。また、薄膜磁石４０ｃの一端は、薄膜ヨーク３６の端部であって、−ｘ側の側面に接続されている。さらに、薄膜磁石４０ｂの一端は、薄膜ヨーク２４の端部であって、−ｘ側の側面に接続され、他端は、薄膜ヨーク３４の端部であって、＋ｘ側の側面に接続されている。 
薄膜磁石４０ａ〜４０ｃは、いずれも＋ｘ方向に着磁されているため、薄膜磁石４０ａ〜４０ｃにより、第１ＧＭＲ素子２０には、＋ｙ方向のバイアス磁場が印加され、第２ＧＭＲ素子３０には、−ｙ方向のバイアス磁場が印加される。
【００６４】
薄膜磁石４０ａ〜４０ｃに関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６５】
［５．４．  ブリッジ回路］
図１に示す薄膜磁気センサ１０ａを複数個組み合わせると、ハーフブリッジ回路又はフルブリッジ回路を構成することができる。図４及び図５に、ハーフブリッジ回路又はフルブリッジ回路を備えた薄膜磁気センサの平面図を示す。
【００６６】
［５．４．１．  具体例１］
図４（Ａ）は、ハーフブリッジ回路の第１の具体例であり、ＧＭＲ素子及び薄膜磁石の配置は図３と同一である。図４（Ａ）の場合、第１ＧＭＲ素子（Ｒ1）と第２ＧＭＲ素子（Ｒ2）は、ｘ軸方向にずらして配置されている。Ｒ1、Ｒ2の両端の側面には、それぞれ、同一方向に着磁した薄膜磁石が配置されており、磁束の入射角は、いずれも９０°である。Ｒ1は−ｙ方向に、Ｒ2は＋ｙ方向に、それぞれ、バイアス磁場が印加される。
Ｒ1の一端は接地され、他端はＲ2の一端に接続されている。さらに、Ｒ2の他端には、電源（Ｖcc）が接続されている。出力電圧（Ｖout）は、Ｒ1とＲ2との結合点から取り出される。この例では、薄膜磁石が電極又は配線を兼ねている。
【００６７】
［５．４．２．  具体例２］
図４（Ｂ）は、ハーフブリッジ回路の第２の具体例である。図４（Ｂ）の場合、第１ＧＭＲ素子（Ｒ1）と第２ＧＭＲ素子（Ｒ2）は、ｙ軸に沿って一直線上に配置されている。Ｒ1、Ｒ2の両端の側面には、それぞれ、同一方向に着磁した薄膜磁石が配置されており、磁束の入射角は、いずれも９０°である。Ｒ1は−ｙ方向に、Ｒ2は＋ｙ方向に、それぞれ、バイアス磁場が印加される。
Ｒ1の一端は接地され、他端はＲ2の一端に接続されている。さらに、Ｒ2の他端には、電源（Ｖcc）が接続されている。出力電圧（Ｖout）は、Ｒ1とＲ2との結合点から取り出される。この例では、薄膜ヨークに直接、配線が接合されており、薄膜磁石は、電極又は配線を兼ねていない。
【００６８】
［５．４．３．  具体例３］
図４（Ｃ）は、フルブリッジ回路の第１の具体例であり、図４（Ａ）に示すハーフブリッジ回路を２つ組み合わせたものである。第１ＧＭＲ素子（Ｒ1）及び第２ＧＭＲ素子（Ｒ2）は、ｘ軸方向にずらして配置されている。同様に、第３ＧＭＲ素子（Ｒ3）及び第４ＧＭＲ素子（Ｒ4）は、ｘ軸方向にずらして配置されている。さらに、Ｒ1とＲ3、及び、Ｒ2とＲ4は、それぞれ、ｙ軸に沿って一直線上に配置されている。Ｒ1〜Ｒ4の両端の側面には、それぞれ、同一方向に着磁した薄膜磁石が配置されており、磁束の入射角は、いずれも９０°である、Ｒ1及びＲ3は−ｙ方向に、Ｒ2及びＲ4は＋ｙ方向に、それぞれ、バイアス磁場が印加される。
【００６９】
Ｒ1の一端は接地され、他端はＲ2の一端に接続されている。Ｒ2の他端はＲ3の一端に接続され、Ｒ3の他端はＲ4の一端に接続されている。さらに、Ｒ4の他端は、Ｒ1の他端に接続されている。Ｒ1及びＲ4の結合点は接地され、Ｒ2及びＲ3の結合点には電源（Ｖcc）が接続されている。第１出力電圧（Ｖout1）は、Ｒ1とＲ2の結合点から取り出され、第２出力電圧（Ｖout2）は、Ｒ3とＲ4の結合点から取り出される。Ｖout1とＶout2の差分がフルブリッジ回路の出力となる。この例では、薄膜磁石が電極又は配線を兼ねている。
【００７０】
［５．４．４．  具体例４］
図４（Ｄ）は、フルブリッジ回路の第２の具体例であり、図４（Ｂ）に示すハーフブリッジ回路を２つ組み合わせたものである。第１ＧＭＲ素子（Ｒ1）及び第２ＧＭＲ素子（Ｒ2）は、ｙ軸に沿って一直線上に配置されている。同様に、第３ＧＭＲ素子（Ｒ3）及び第４ＧＭＲ素子（Ｒ4）は、ｙ軸に沿って一直線上に配置されている。Ｒ1とＲ4、及び、Ｒ2とＲ3は、それぞれ、ｘ軸方向にずらして配置されている。Ｒ1〜Ｒ4の両端の側面には、それぞれ、同一方向に着磁した薄膜磁石が配置されており、磁束の入射角は、いずれも９０°である。Ｒ1及びＲ3は−ｙ方向に、Ｒ2及びＲ4は＋ｙ方向に、それぞれ、バイアス磁場が印加される。
【００７１】
Ｒ1の一端は接地され、他端はＲ2の一端に接続されている。Ｒ2の他端は、Ｒ3の一端に接続され、Ｒ3の他端はＲ4の一端に接続されている。さらに、Ｒ4の他端は、Ｒ1の他端に接続されている。Ｒ1及びＲ4の結合点は接地され、Ｒ2及びＲ3の結合点には電源（Ｖcc）が接続されている。第１出力電圧（Ｖout1）は、Ｒ1とＲ2の結合点から取り出され、第２出力電圧（Ｖout2）は、Ｒ3とＲ4の結合点から取り出される。Ｖout1とＶout2の差分がフルブリッジ回路の出力となる。この例では、薄膜磁石が電極又は配線を兼ねていない。
【００７２】
［５．４．３．  具体例５］
図５は、ハーフブリッジ回路の第３の具体例である。図５の場合、第１ＧＭＲ素子（Ｒ1）と第２ＧＭＲ素子（Ｒ2）は、ｙ軸に沿って一直線上に配置されている。Ｒ1、Ｒ2の両端の側面には、それぞれ、同一方向に着磁した薄膜磁石が配置されており、磁束の入射角は、いずれも９０°未満である。Ｒ1は＋ｙ方向に、Ｒ2は−ｙ方向に、それぞれ、バイアス磁場が印加される。
Ｒ1の一端は接地され、他端はＲ2の一端に接続されている。さらに、Ｒ2の他端には、電源（Ｖcc）が接続されている。出力電圧（Ｖout）は、Ｒ1とＲ2との結合点から取り出される。この例では、Ｒ1では薄膜磁石が電極又は配線を兼ねており、Ｒ2では薄膜磁石が電極又は配線を兼ねていない。
【００７３】
［６．  作用］
図６に、ハーフブリッジ回路を構成する２つの素子の内、一方の素子にのみバイアス磁場を印加した薄膜磁気センサの回路図を示す。図７（Ａ）に、外部磁場Ｈと図６に示す薄膜磁気センサの各素子の抵抗との関係（バイアス磁場なし）を示す。図７（Ｂ）に、外部磁場Ｈと図６に示す薄膜磁気センサの出力電圧Ｖoutとの関係（バイアス磁場なし）を示す。
【００７４】
図６に示すように、第１ＧＭＲ素子（Ｒ1）の感磁方向を外部磁場に対して垂直とし、第２ＧＭＲ素子（Ｒ2）の感磁方向を外部磁場に対して平行とすると、Ｒ2は外部磁場に対して高感度となり、Ｒ1は外部磁場に対して低感度となる。その結果、図７（Ａ）に示すように、外部磁場の変化に対して、Ｒ1の抵抗変化は緩慢となり、Ｒ2の抵抗変化は急峻となる。そのため、バイアス磁場がゼロの状態では、中点電位（Ｖout）は、外部磁場に対して、図７（Ｂ）のような変化をする。このような偶感数特性を示す薄膜磁気センサにおいて、Ｒ2のみにバイアス磁場を印加すると、奇関数特性を示す薄膜磁気センサとなる。しかし、このような薄膜磁気センサの出力波形（Ｖout）は、非線形なため、磁場の絶対値が必要な用途では、何らかの補正が必要であった。
【００７５】
図８（Ａ）に、ハーフブリッジ回路を構成する２つの素子に逆方向のバイアス磁場を印加した磁気センサの回路図を示す。図８（Ｂ）に、ハーフブリッジ回路を構成する２つの素子の下方に、垂直方向に磁化された永久磁石を配置した磁気センサの断面模式図を示す。図９（Ａ）に、外部磁場Ｈと図８に示す薄膜磁気センサの各素子の抵抗との関係を示す。図９（Ｂ）に、外部磁場Ｈと図８に示す薄膜磁気センサの出力電圧Ｖoutとの関係を示す。
【００７６】
図８に示すように、同一感度の第１ＧＭＲ素子（Ｒ1）及び第２ＧＭＲ素子（Ｒ2）を一直線上に配置し、Ｒ1及びＲ2の下方に、垂直方向に磁化された永久磁石を配置すると、Ｒ1及びＲ2に、それぞれ、逆方向のバイアス磁場を印加することができる。この場合、図９（Ａ）に示すように、Ｒ1のＭＲ曲線はプラス方向のバイアス磁場によってプラス側にシフトし、Ｒ2のＭＲ曲線はマイナス方向のバイアス磁場によってマイナス側にシフトする。その結果、薄膜磁気センサは奇関数特性を示し、その出力波形（Ｖout）は、図９（Ｂ）に示すように、−５［Ｏｅ］〜＋５［Ｏｅ］の範囲内において高い線形性を示す。
【００７７】
しかしながら、薄膜磁石を用いてＲ1、Ｒ2に逆方向のバイアス磁場を印加する薄膜磁石内蔵型の磁気センサにおいて、個々の薄膜磁石を個別に着磁することが技術的に難しいので、薄膜磁石の着磁方向は一方向に限られる。そのため、図６及び図８のいずれの磁気センサにおいても、ＧＭＲ素子の感磁方向と薄膜磁石の着磁方向とが略平行となるように、ＧＭＲ素子の両端に薄膜磁石を配置する方法では、Ｒ1及びＲ2に逆方向のバイアス磁場を印加することができない。
【００７８】
これに対し、ＧＭＲ膜と薄膜ヨークとを備えたＧＭＲ素子を基板上に形成する場合において、薄膜磁石の着磁方向とＧＭＲ素子の感磁方向が非平行となるように薄膜磁石を薄膜ヨークの端部の側面に隣接して形成すると、薄膜磁石の設置位置を変えるだけで、バイアス磁場の方向を正方向及び逆方向のいずれの方向にも設定することができる。このようなＧＭＲ素子及び薄膜磁石からなる薄膜磁気センサを複数個組み合わせてブリッジ回路を構成すると、略同一方向に着磁された薄膜磁石を用いて、各ＧＭＲ素子に逆方向のバイアス磁場を印加することが可能となる。
【実施例】
【００７９】
（実施例１）
［１．  試験方法］
図１に示す薄膜磁気センサ１０ａについて、シミュレーションによりギャップ内の平均磁束密度、及びバイアス磁場を評価した。
【００８０】
［２．  結果］
図１０（Ａ）に、外部磁場Ｈと薄膜磁気センサ１０ａのギャップ内の平均磁束密度との関係を示す。図１０（Ｂ）に、薄膜磁気センサ１０ａの磁石幅Ｗ及び磁石長さＬとバイアス磁場との関係を示す。図１０より、以下のことがわかる。
（１）薄膜ヨークの端部の側面に薄膜磁石を配置した場合、薄膜ヨークの磁路に沿って磁束が曲がり、薄膜磁石の着磁方向に対して垂直方向にバイアス磁場が印加されることがわかった。これは、薄膜磁石の位置を逆にすれば、逆バイアスを印加できることを示している。
【００８１】
（２）外部磁場Ｈがゼロである場合、ギャップ内の平均磁束密度は、約０．１（Ｔ）であった。バイアス磁場方向（＋方向）に外部磁場が作用した場合、ギャップ内の平均磁束密度は単調に増加した。一方、バイアス磁場方向とは逆方向（−方向）に外部磁場が作用した場合、外部磁場が約−７［Ｏｅ］の時に、ギャップ内の平均磁束密度はゼロ（Ｔ）となり、それを超えるとギャップ内の平均磁束密度は上昇に転じた。
（３）薄膜磁石の幅Ｗが大きくなるほど、あるいは、薄膜磁石の長さＬが長くなるほど、バイアス磁場は増加した。
【００８２】
（実施例２）
［１．  試験方法］
図３に示す薄膜磁気センサ１０ｅについて、シミュレーションによりギャップ内の平均磁束密度を評価した。
【００８３】
［２．  結果］
図１１に、外部磁場Ｈと薄膜磁気センサ１０ｅのギャップ内の平均磁束密度との関係を示す。図１１より、以下のことがわかる。
（１）図３に示すような薄膜磁石４０ａ〜４０ｃの配置で、第１ＧＭＲ素子２０及び第２ＧＭＲ素子３０に、それぞれ、逆方向のバイアス磁場を印加することができる。
【００８４】
（実施例３）
［１．  試験方法］
図１に示す薄膜磁気センサ１０ａについて、シミュレーションにより、薄膜磁石と薄膜ヨークとの間のクリアランスｘ及びクリアランスｚとバイアス磁場との関係を評価した（図１２（Ａ）参照）。
【００８５】
［２．  結果］
図１２（Ｂ）に、ｚ＝０である時のクリアランスｘとバイアス磁場との関係、及びｘ＝０である時のクリアランスｚとバイアス磁場との関係を示す。図１２（Ｂ）より、以下のことがわかる。
（１）ｘ＝０、かつ、ｚ＝０の時に、バイアス磁場は最大となる。
（２）ｚ＝０である場合、クリアランスｘが小さくなるほど、バイアス磁場が増大した。ｘ＝１００μｍの時、バイアス磁場は最大値の約１５％となった。ｘ＝１０μｍの時、バイアス磁場は最大値の約５０％となった。さらに、ｘ＝５μｍの時、バイアス磁場は最大値の約７０％となった。
（３）クリアランスｚについても、ｘとほぼ同様の傾向を示した。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る薄膜磁気センサは、自動車の車軸、ロータリーエンコーダ、産業用歯車等の回転情報の検出、油圧式シリンダ／空気式シリンダのストロークポジション、工作機械のスライド等の位置・速度情報の検出、工業用溶接ロボットのアーク電流等の電流情報の検出、地磁気方位コンパスなどに用いることができる。
また、ＧＭＲ膜とその両端に配置された薄膜ヨークを備えた磁気抵抗素子は、磁気センサとして特に好適であるが、磁気抵抗素子の用途は、これに限定されるものではなく、磁気メモリ、磁気ヘッド等としても用いることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ａ〜１０ｅ  薄膜磁気センサ
２０            （第１）ＧＭＲ素子
２２            ＧＭＲ膜
２４、２６      薄膜ヨーク
３０            第２ＧＭＲ素子
３２            ＧＭＲ膜
３４、３６      薄膜ヨーク
４０ａ〜４０ｃ  薄膜磁石
【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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