(57)【要約】【課題】  ＴＭＲ比を大きくすることができるＴＭＲ素子およびそれを用いたセンサを実現する。【解決手段】  ＴＭＲ素子５０を構成するセグメントＳＧ１は、少なくともピンド層４３、絶縁層４４およびフリー層２１を積層して成る第１の積層体２０と、少なくともピンド層４３、絶縁層４４およびフリー層３１を積層して成る第２の積層体３０とを備える。第１および第２の積層体２０，３０はピニング層４２上に配列されており、かつ、ピンド層４３およびピニング層４２によって電気的に直列接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性材料により形成されたピニング層と、強磁性材料により形成されたピンド層と、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、強磁性材料により形成されたフリー層とを少なくとも有する各層を順次積層して成る磁気抵抗効果多層膜を有し、前記磁気抵抗効果多層膜の置かれた場の磁界が変化すると、前記絶縁層を介して前記フリー層およびピンド層間に流れるトンネル電流の大きさが変化し得る磁気抵抗効果素子において、
少なくとも前記ピニング層、ピンド層、絶縁層およびフリー層を積層して成る第１および第２の積層体が配列されており、かつ、前記第１および第２の積層体の前記ピニング層間または前記ピンド層間または前記フリー層間が電気的に直列接続されたセグメントを備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第１および第２の積層体の前記ピンド層間が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１の積層体から前記第２の積層体にかけて前記ピンド層が連続形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第１の積層体から前記第２の積層体にかけて前記絶縁層が連続形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１の積層体のフリー層に入力された電流が、前記第１の積層体の絶縁層、前記第１の積層体のピンド層、前記第２の積層体のピンド層、前記第２の積層体の絶縁層の順に流れ、前記第２の積層体のフリー層から出力し得るように構成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記第１および第２の積層体の前記ピニング層間が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記第１の積層体から前記第２の積層体にかけて前記ピニング層が連続形成されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記第１の積層体のフリー層に入力された電流が、前記第１の積層体の絶縁層、前記第１の積層体のピンド層、前記ピニング層、前記第２の積層体のピンド層、前記第２の積層体の絶縁層の順に流れ、前記第２の積層体のフリー層から出力し得るように構成されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記第１および第２の積層体の前記フリー層間が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記第１の積層体から前記第２の積層体にかけて前記フリー層が連続形成されていることを特徴とする請求項９に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記第１の積層体のピンド層に入力された電流が、前記第１の積層体の絶縁層、前記第１の積層体のフリー層、第２の積層体のフリー層、前記第２の積層体の絶縁層の順に流れ、前記第２の積層体のピンド層から出力し得るように構成されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
複数の前記セグメントが電気的に直列接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
第１のセグメントを構成する前記第２の積層体と、第２のセグメントを構成する前記第１の積層体とを電気的に接続する接続方式により複数のセグメントが電気的に直列接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
前記複数のセグメントが電気的に直列接続されて成る直列回路を２つ接続して成るハーフブリッジ回路を有し、そのハーフブリッジ回路の中点電圧を取出し可能に構成されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
２つの前記ハーフブリッジ回路からなるフルブリッジ回路を有し、そのフルブリッジ回路の２つの中点電圧を取出し可能に構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】
各セグメント間を選択的に電気的接続可能に構成されていることを特徴とする請求項１２ないし請求項１５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１７】
絶縁層の上にフリー層を積層した構造体を各積層体のフリー層の上にそれぞれ少なくとも１つ以上積層していることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１８】
前記各フリー層の横断面形状が略円形であることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備えており、その磁気抵抗効果素子の置かれた場の磁界の変化に対応する信号を出力可能なことを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子およびそれを用いたセンサに関し、詳しくは、反強磁性材料により形成されたピニング層と、強磁性材料により形成されたピンド層と、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、強磁性材料により形成されたフリー層とを少なくとも有する各層を順次積層して成る磁気抵抗効果多層膜を有し、磁気抵抗効果多層膜の置かれた場の磁界が変化すると、絶縁層を介してフリー層およびピンド層間に流れるトンネル電流の大きさが変化し得る磁気抵抗効果素子およびそれを用いたセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果型素子（以下、ＴＭＲ素子と略す）と称されている。図１１は、従来のＴＭＲ素子の縦断面図であり、（ａ）は磁界が左向き（←）に印加された状態を示す説明図、（ｂ）は磁界が右向き（→）に印加された状態を示す説明図である。
従来のＴＭＲ素子７０は、下部電極層７１と、この下部電極層７１の表面に積層された磁気抵抗効果多層膜８０と、この磁気抵抗効果多層膜８０の表面に形成された上部電極層７６とを有する。磁気抵抗効果多層膜８０は、ピニング層７２と、ピンド層（ピン層またはピン止め層ともいう）７３と、絶縁層（トンネルバリア層ともいう）７４と、フリー層７５とを順次積層して成る。
【０００３】
ピニング層７２は反強磁性体材料によって形成されており、ピンド層７３およびフリー層７５は、それぞれ強磁性体材料によって形成されている。ピニング層７２は、磁化が固定されており、ピンド層７３の磁化が反転しないようにピン止めする。フリー層７５は外部磁界Ｈにより磁化が自在に反転する。絶縁層７４は、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する。
【０００４】
今、図１１に示すように、下部電極層７１を負極に上部電極層７６を正極にして上部電極層７６および下部電極層７１間に電圧Ｅを印加したとする。外部磁界Ｈが左向き（←）に印加されたときは、図１１（ａ）に示すように、フリー層７５の磁化方向Ｆは、ピンド層７３の磁化方向Ｇと逆向きになっている。この状態では、磁気抵抗効果多層膜８０は高抵抗値を示すため、トンネル現象によりフリー層７５から絶縁層７４に対して垂直に流れるトンネル電流Ｙの電流値は小さく、上部電極層７６および下部電極層７１間にながれる電流が小さい。
【０００５】
一方、図１１（ｂ）に示すように、ピンド層７３の磁化方向Ｇと平行かつ同一方向（右向き（→））に外部磁界Ｈが印加されると、フリー層７５の磁化方向Ｆが反転し、ピンド層７３の磁化方向Ｇと平行かつ同一方向になる。すると、磁気抵抗効果多層膜８０の抵抗値が小さくなるため、トンネル電流Ｙの電流値が大きくなり、上部電極層７６および下部電極層７１間にながれる電流が大きくなる。たとえば、ＴＭＲ素子を使用したセンサでは、上記のようなトンネル電流値の変化に基づいて、ＴＭＲ素子が置かれた場の磁界の変化を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２１５２２２号公報（第１３〜１５段落、図１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２は、ＴＭＲ素子のバイアス電圧Ｖｂ（ｍＶ）とＴＭＲ比（％）との関係を示すグラフである。ここで、ＴＭＲ比とは、磁気抵抗の変化の大きさを示し、フリー層およびピンド層の磁化の向きが逆かつ平行であるときの磁気抵抗効果多層膜の抵抗Ｒａｐと、フリー層およびピンド層の磁化の向きが同一かつ平行であるときの磁気抵抗効果多層膜の抵抗Ｒｐとの差を抵抗Ｒｐで除した値の百分率である。つまり、ＴＭＲ比＝｛（Ｒａｐ−Ｒｐ）／Ｒｐ｝×１００％である。
【０００８】
このＴＭＲ比が大きいほど、ＴＭＲ素子が置かれた場の磁界の小さな変化を大きな出力値として取出すことができる。つまり、ＴＭＲ比はＴＭＲ素子の特性を決める重要な因子である。たとえば、ＴＭＲ素子を使用したセンサでは、ＴＭＲ素子のＴＭＲ比が大きいほど感度が高い。ところが、図１２に示したグラフから分かるように、ＴＭＲ素子には、バイアス電圧Ｖｂが高くなるほど、ＴＭＲ比が小さくなるというバイアス電圧依存性が存在する。このため、ＴＭＲ比を大きくするためにはバイアス電圧を低くしなければならない。
【０００９】
しかし、ＴＭＲ素子を使用したセンサの場合、センサへの供給電圧を低くすることによってＴＭＲ素子のバイアス電圧を低くすることが可能であるが、そうするとセンサの出力信号の電圧が低くなるため、センサの出力信号が外来ノイズなどの影響を受けて変化し、検出精度が低下するおそれがある。そこで、センサへの供給電圧を低くしなくても、ＴＭＲ比を大きくすることができるＴＭＲ素子およびそれを用いたセンサが要望されている。
【００１０】
本発明は、上述の要求に応えるためになされたものであり、ＴＭＲ比を大きくすることができるＴＭＲ素子およびそれを用いたセンサを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（第１の特徴）
上記の目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、反強磁性材料により形成されたピニング層（４２）と、強磁性材料により形成されたピンド層（４３）と、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層（４４）と、強磁性材料により形成されたフリー層（２１，３１）とを少なくとも有する各層を順次積層して成る磁気抵抗効果多層膜を有し、前記磁気抵抗効果多層膜の置かれた場の磁界（Ｈ）が変化すると、前記絶縁層を介して前記フリー層およびピンド層間に流れるトンネル電流（Ｉ１〜Ｉ４）の大きさが変化し得るＴＭＲ素子において、少なくとも前記ピニング層、ピンド層、絶縁層およびフリー層を積層して成る第１および第２の積層体（２０，３０）が配列されており、かつ、前記第１および第２の積層体の前記ピニング層間または前記ピンド層間または前記フリー層間が電気的に直列接続されたセグメントを備えるＴＭＲ素子（５０）としたことにある。
【００１２】
つまり、セグメントには、電気的に直列接続された第１および第２の積層体が配置されているため、積層体１つで１つのセグメントを構成している従来のＴＭＲ素子と比較して、セグメント１つ当りの抵抗値を高くすることができる。
したがって、積層体１つで１つのセグメントを構成している従来のＴＭＲ素子と比較して、積層体１つ当りのバイアス電圧を低くすることができるため、積層体１つ当りのＴＭＲ比を大きくすることができる。
【００１３】
（第２の特徴）
本発明の第２の特徴は、前述した第１の特徴において、前記第１および第２の積層体（２０，３０）の前記ピンド層（４３）間が電気的に接続されていることにある。
【００１４】
（第３の特徴）
本発明の第３の特徴は、前述した第２の特徴において、前記第１の積層体（２０）から前記第２の積層体（３０）にかけて前記ピンド層（４３）が連続形成されていることにある。
【００１５】
（第４の特徴）
本発明の第４の特徴は、前述した第２または第３の特徴において、前記第１の積層体（２０）から前記第２の積層体（３０）にかけて前記絶縁層（４４）が連続形成されていることにある。
【００１６】
（第５の特徴）
本発明の第５の特徴は、前述した第２ないし第４の特徴のいずれか１つにおいて、前記第１の積層体（２０）のフリー層（２１）に入力された電流が、前記第１の積層体の絶縁層（４４）、前記第１の積層体のピンド層（４３）、第２の積層体のピンド層（４３）、前記第２の積層体（３０）の絶縁層（４４）の順に流れ、前記第２の積層体のフリー層（３１）から出力し得るように構成されていることにある。
【００１７】
前述した第２ないし第４の特徴によれば、第１および第２の積層体のピンド層間が電気的に接続されているため、第１の積層体においてフリー層から絶縁層を通じてピンド層に流れるトンネル電流を発生させることができ、第２の積層体においてピンド層から絶縁層を通じてフリー層に流れるトンネル電流を発生させることができる。
【００１８】
したがって、前述した第５の特徴のように、第１の積層体のフリー層に入力された電流を、第１の積層体の絶縁層、第１の積層体のピンド層、第２の積層体のピンド層、第２の積層体の絶縁層の順に流し、第２の積層体のフリー層から出力させることができる。
【００１９】
しかも、複数のセグメントを電気的に接続する場合は、各セグメントのフリー層同士を電気的に接続すれば、各セグメントを電気的に接続することができるため、積層体の下部に下部電極を形成する必要がないので、ＴＭＲ素子の製造効率を高めることができる。
また、各セグメントの積層体を形成した後の工程において各セグメントを電気的に接続することができるため、各セグメントの積層体を形成した後にセグメントの配線を変更することができる。
【００２０】
さらに、上記のセグメントを用いてセンサを製造する場合において、セグメント間の配線がセンサ毎に異なる場合であっても、各セグメントの各積層体を形成する工程までは同じ工程で良く、フリー層同士の配線を変えるだけで対応することができるため、センサの製造効率を高めることができる。
【００２１】
また、前述した第３の特徴によれば、第１の積層体から第２の積層体にかけて絶縁層が連続形成されているため、第１および第２の積層体において絶縁層を個別に形成する必要がないので、ＴＭＲ素子の製造効率を高めることができる。
【００２２】
（第６の特徴）
本発明の第６の特徴は、前述した第１ないし第５の特徴のいずれか１つにおいて、前記第１および第２の積層体（２０，３０）の前記ピニング層（４２）間が電気的に接続されていることにある。
【００２３】
（第７の特徴）
本発明の第７の特徴は、前述した第６の特徴において、前記第１の積層体（２０）から前記第２の積層体（３０）にかけて前記ピニング層（４２）が連続形成されていることにある。
【００２４】
（第８の特徴）
本発明の第８の特徴は、前述した第６または第７の特徴において、前記第１の積層体（２０）のフリー層（２１）に入力された電流が、前記第１の積層体の絶縁層（４４）、前記第１の積層体のピンド層（４３）、前記ピニング層（４２）、前記第２の積層体（３０）のピンド（４３）層、前記第２の積層体の絶縁層（４４）の順に流れ、前記第２の積層体のフリー層（３１）から出力し得るように構成されていることにある。
【００２５】
前述した第６ないし第８の特徴によれば、第１および第２の積層体のピニング層間が電気的に接続されているため、第１の積層体においてフリー層から絶縁層を通じてピンド層に流れるトンネル電流を発生させることができ、第２の積層体においてピンド層から絶縁層を通じてフリー層に流れるトンネル電流を発生させることができる。
【００２６】
したがって、前述した第８の特徴のように、第１の積層体のフリー層に入力された電流を、第１の積層体の絶縁層、第１の積層体のピンド層、ピニング層、第２の積層体のピンド層、第２の積層体の絶縁層の順に流し、第２の積層体のフリー層から出力させることができる。
【００２７】
しかも、複数のセグメントを電気的に接続する場合は、各セグメントのフリー層同士を電気的に接続すれば、各セグメントを電気的に接続することができるため、積層体の下部に下部電極を形成する必要がないので、ＴＭＲ素子の製造効率を高めることができる。
また、各セグメントの積層体を形成した後の工程において各セグメントを電気的に接続することができるため、各セグメントの積層体を形成した後にセグメントの配線を変更することができる。
【００２８】
さらに、上記のセグメントを用いてセンサを製造する場合において、セグメント間の配線がセンサ毎に異なる場合であっても、各セグメントの各積層体を形成する工程までは同じ工程で良く、フリー層同士の配線を変えるだけで対応することができるため、センサの製造効率を高めることができる。
【００２９】
（第９の特徴）
本発明の第９の特徴は、前述した第１の特徴において、前記第１および第２の積層体（２０，３０）の前記フリー層（２１，３１）間が電気的に接続されていることにある。
【００３０】
（第１０の特徴）
本発明の第１０の特徴は、前述した第９の特徴において、前記第１の積層体（２０）から前記第２の積層体（３０）にかけて前記フリー層（２１）が連続形成されていることにある。
【００３１】
（第１１の特徴）
本発明の第１１の特徴は、前述した第９または第１０の特徴において、前記第１の積層体（２０）のピンド層（４３）に入力された電流が、前記第１の積層体の絶縁層（４４）、前記第１の積層体のフリー層（２１）、第２の積層体のフリー層（２１）、前記第２の積層体の絶縁層（４４）の順に流れ、前記第２の積層体のピンド層（４３）から出力し得るように構成されていることにある。
【００３２】
前述した第９または第１０の特徴によれば、第１および第２のフリー層間が電気的に接続されているため、第１の積層体においてピンド層から絶縁層を通じてフリー層に流れるトンネル電流を発生させることができ、第２の積層体においてフリー層から絶縁層を通じてピンド層に流れるトンネル電流を発生させることができる。
【００３３】
したがって、前述した第１１の特徴のように、第１の積層体のピンド層に入力された電流を、第１の積層体の絶縁層、第１の積層体のフリー層、第２の積層体のフリー層、第２の積層体の絶縁層の順に流し、第２の積層体のピンド層から出力させることができる。
【００３４】
しかも、複数のセグメントを電気的に接続する場合は、各セグメントのピンド層同士を電気的に接続すれば、各セグメントを電気的に接続することができるため、積層体の上部に上部電極を形成する必要がないので、ＴＭＲ素子の製造効率を高めることができる。
また、各セグメントの積層体を形成した後の工程において各セグメントを電気的に接続することができるため、各セグメントの積層体を形成した後にセグメントの配線を変更することができる。
【００３５】
さらに、上記のセグメントを用いてセンサを製造する場合において、セグメント間の配線がセンサ毎に異なる場合であっても、各セグメントの各積層体を形成する工程までは同じ工程で良く、フリー層同士の配線を変えるだけで対応することができるため、センサの製造効率を高めることができる。
【００３６】
（第１２の特徴）
本発明の第１２の特徴は、前述した第１ないし第１１の特徴のいずれか１つにおいて、複数の前記セグメント（ＳＧ１〜ＳＧ１５）が電気的に直列接続されていることにある。
【００３７】
つまり、複数のセグメントが電気的に直列接続されて成るため、両端のセグメントに電圧を印加したときのセグメント１つ当りの印加電圧を低くすることができるので、セグメント１つ当りのＴＭＲ比を大きくすることができる。
【００３８】
（第１３の特徴）
本発明の第１３の特徴は、前述した第１２の特徴において、第１のセグメント（ＳＧ１）を構成する第２の積層体（３０）と、第２のセグメント（ＳＧ２）を構成する第１の積層体（２０）とを電気的に接続する接続方式により複数のセグメント（ＳＧ１〜ＳＧ１５）が電気的に直列接続されていることにある。
【００３９】
つまり、第１のセグメントを構成する第２の積層体と、第２のセグメントを構成する第１の積層体とを電気的に接続すれば、各セグメントを電気的に接続することができる。
したがって、セグメント間を電気的に接続するための専用の電極層を形成する必要がないので、ＴＭＲ素子の製造効率を高めることができる。
【００４０】
（第１４の特徴）
本発明の第１４の特徴は、前述した第１２または第１３の特徴において、前記複数のセグメント（ＳＧ１〜ＳＧ１５）が電気的に直列接続されて成る直列回路を２つ接続して成るハーフブリッジ回路（６２）を有し、そのハーフブリッジ回路の中点電位（Ｖｏｕｔ）を取出し可能に構成されていることにある。
【００４１】
つまり、セグメント１つ当りのＴＭＲ比が大きいハーフブリッジ回路を実現することができる。
したがって、上記のハーフブリッジ回路を用いてセンサを構成すれば、センサの感度を高くすることができる。しかも、ハーフブリッジ回路への供給電圧を低くする必要がないため、出力電圧が低くなることに起因する検出精度低下も起き難い。
【００４２】
（第１５の特徴）
本発明の第１５の特徴は、前述した第１４の特徴において、２つの前記ハーフブリッジ回路（６２）からなるフルブリッジ回路（６１）を有し、そのフルブリッジ回路の２つの中点電位（Ｖ１，Ｖ２）を取出し可能に構成されていることにある。
【００４３】
つまり、セグメント１つ当りのＴＭＲ比が大きいフルブリッジ回路を実現することができる。
したがって、上記のフルブリッジ回路を用いてセンサを構成すれば、センサの感度を高くすることができる。しかも、フルブリッジ回路への供給電圧を低くする必要がないため、出力電圧が低くなることに起因する検出精度低下も起き難い。
【００４４】
（第１６の特徴）
本発明の第１６の特徴は、前述した第１２ないし第１５の特徴のいずれか１つにおいて、各セグメント間（ＳＧ１〜ＳＧ１５）を選択的に電気的接続可能に構成されていることにある。
【００４５】
つまり、各セグメント間を選択的に電気的接続可能に構成されているため、電気的接続するセグメントを変更することにより、ＴＭＲ素子を用いた回路構成を変更することができる。特に、セグメントを構成する積層体同士を電気的に接続すれば良いため、各セグメントの各積層体を形成するまでの工程を変更することなく、回路構成の変更に対応することができる。
【００４６】
（第１７の特徴）
本発明の第１７の特徴は、前述した第１ないし第１６の特徴のいずれか１つにおいて、絶縁層（４４）の上にフリー層（２１ａ，３１ａ）を積層した構造体（２１ａ，４４、３１ａ，４４）を各積層体（２０，３０）のフリー層（２１ｂ，３１ｂ）の上にそれぞれ少なくとも１つ以上積層して成ることにある。
【００４７】
つまり、絶縁層の上にフリー層を積層した構造体を各積層体のフリー層の上にそれぞれ少なくとも１つ以上積層することにより、セグメント１つ当りのＴＭＲ比をより一層大きくすることができる。
【００４８】
（第１８の特徴）
本発明の第１８の特徴は、前述した第１ないし第１７の特徴のいずれか１つにおいて、前記各フリー層（２１，３１）の横断面形状が略円形であることにある。なお、略円形とは、真円の他、僅かに変形した円形を含む意味である。
【００４９】
つまり、各フリー層の横断面形状が略円形であるため、各フリー層における磁区の移動を妨げる因子を抑制することができるので、バルクハウゼンノイズおよびヒステリシスを低減することができる。
したがって、ＴＭＲ素子の出力および感度の低下を小さくすることができる。
【００５０】
（第１９の特徴）
本発明の第１９の特徴は、前述した第１ないし第１８の特徴のいずれか１つに記載のＴＭＲ素子（５０）を備えており、そのＴＭＲ素子の置かれた場の磁界の変化に対応する信号を出力可能なセンサ（６０）としたことにある。
【００５１】
つまり、前述した第１ないし第１８の特徴のいずれか１つに記載のＴＭＲ素子を用いれば、ＴＭＲ比を大きくすることができるため、感度の高いセンサを実現することができる。
【００５２】
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態に係るＴＭＲ素子の説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】応用例１のＴＭＲ素子を用いて構成されたハーフブリッジ回路の説明図である。
【図３】図２に示すハーフブリッジ回路において用いたＴＭＲ素子を模式的に示す説明図である。
【図４】応用例２のＴＭＲ素子を用いたセンサの回路図である。
【図５】応用例３のＴＭＲ素子を模式的に示す説明図である。
【図６】応用例４のＴＭＲ素子を模式的に示す説明図である。
【図７】応用例５のＴＭＲ素子の横断面説明図であり、図１（ｂ）に対応するものである。
【図８】第２実施形態のＴＭＲ素子の横断面説明図であり、図１（ｂ）に対応するものである。
【図９】第３実施形態のＴＭＲ素子の横断面説明図であり、図１（ｂ）に対応するものである。
【図１０】他の実施形態のＴＭＲ素子の平面説明図である。
【図１１】従来のＴＭＲ素子の縦断面図であり、（ａ）は磁界が発生する前の状態を示す説明図、（ｂ）は磁界が発生したときの状態を示す説明図である。
【図１２】ＴＭＲ素子のバイアス電圧Ｖｂ（ｍＶ）とＴＭＲ比（％）との関係を示すグラフである。
【図１３】第１実施形態の変更例のＴＭＲ素子の横断面説明図であり、図１（ｂ）に対応するものである。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
〈第１実施形態〉
本発明に係る第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本第１実施形態に係るＴＭＲ素子の説明図であり、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００５５】
図１に示すように、本実施形態のＴＭＲ素子５０は、電気的に直列接続されたセグメントＳＧ１およびＳＧ２の２つのセグメントを備える。各セグメントに共通の基板４０の表面には絶縁膜４１が形成されており、その絶縁膜４１の表面にはピニング層４２が形成されている。ピニング層４２の表面にはピンド層４３が形成されており、そのピンド層４３の表面には絶縁層（トンネルバリア層）４４が形成されている。ピンド層４３は、ピニング層４２によってピン止めされており、ピンド層４３の磁化方向は、図中矢印Ｇで示す方向に固定されている。
【００５６】
絶縁層４４の表面にはフリー層２１が形成されており、そのフリー層２１の表面には電極層２２が形成されている。電極層２２には、電流を流すための接続線Ｌ１が接続されている。また、絶縁層４４の表面には、フリー層２１と離間したフリー層３１が形成されており、そのフリー層３１の表面には電極層２２と離間した電極層３２が形成されている。つまり、フリー層２１，３１と、電極層２２，３２とは、それぞれ独立構造であり、相互に絶縁されている。
【００５７】
図１（ａ）に示すように、フリー層２１，３１および電極層２２，３２は、それぞれ横断面形状が円形に形成されている。フリー層２１と、このフリー層２１の裏面に対応する部分の絶縁層４４と、この絶縁層４４の裏面に対応する部分のピンド層４３と、このピンド層４３の裏面に対応する部分のピニング層４２とによって第１の積層体２０が構成されている。また、フリー層３１と、このフリー層３１の裏面に対応する部分の絶縁層４４と、この絶縁層４４の裏面に対応する部分のピンド層４３と、このピンド層４３の裏面に対応する部分のピニング層４２とによって第２の積層体３０が構成されている。
【００５８】
絶縁層４４は、第１の積層体２０を構成するフリー層２１の裏面から第２の積層体３０を構成するフリー層３１の裏面にかけて連続形成されている。また、その絶縁層４４の裏面に形成されたピンド層４３も同様に、フリー層２１からフリー層３１にかけて連続形成されている。さらに、ピンド層４３の裏面に形成されたピニング層４２も同様に、フリー層２１からフリー層３１にかけて連続形成されている。つまり、絶縁層４４、ピンド層４３およびピニング層４２は、第１の積層体２０から第２の積層体３０にかけて連続形成されている。
【００５９】
上記のように、ピンド層４３およびピニング層４２が第１の積層体２０から第２の積層体３０にかけて連続形成されているため、第１および第２の積層体２０，３０は、ピンド層４３およびピニング層４２によって電気的に直列接続されている。つまり、セグメントＳＧ１は、電気的に直列接続された第１および第２の積層体２０，３０の２つの積層体を備えており、１つのセグメントに１つの積層体のみを有するものと比較して、磁気抵抗値が２倍になっている。
【００６０】
セグメントＳＧ２は、上記のセグメントＳＧ１と同じ構成であり、セグメントＳＧ１を構成する第２の積層体３０の電極層３２と、セグメントＳＧ２を構成する第１の積層体２０の電極層２２とが、接続線Ｌ２によって電気的に直列接続されている。また、セグメントＳＧ２を構成する第２の積層体３０の電極層３２には、セグメントＳＧ１からセグメントＳＧ２に流れる電流を出力するための接続線Ｌ３が接続されている。
【００６１】
ここで、図１（ｂ）に示すように、接続線Ｌ１が電源Ｖｃｃに接続され、接続線Ｌ３がグランドに接続され、セグメントＳＧ１，ＳＧ２間に電圧が印加されたときの電流の経路について説明する。電源Ｖｃｃから供給される電流は、接続線Ｌ１を介してセグメントＳＧ１の電極層２２から取込まれ、フリー層２１から絶縁層４４のエネルギー障壁を透過してピンド層４３およびピニング層４２に流れ込む。このフリー層２１から絶縁層４４を透過してピンド層４３およびピニング層４２に流れ込む電流をトンネル電流Ｉ１とする。
【００６２】
トンネル電流Ｉ１は、ピンド層４３およびピニング層４２を通じて第２の積層体３０の絶縁層４４のエネルギー障壁を透過し、フリー層３１に流れ込む。このピンド層４３およびピニング層４２から絶縁層４４を透過してフリー層３１に流れ込む電流をトンネル電流Ｉ２とする。トンネル電流Ｉ２は、第２の積層体３０の電極層３２から接続線Ｌ２を通じてセグメントＳＧ２に流れ込む。以降、セグメントＳＧ２に流れ込んだ電流は、セグメントＳＧ１と同じ経路で流れ、接続線Ｌ３から流れ出す。セグメントＳＧ２のフリー層２１から絶縁層４４を透過してピンド層４３およびピニング層４２に流れ込む電流をトンネル電流Ｉ３とし、ピンド層４３およびピニング層４２から絶縁層４４を透過してフリー層３１に流れ込む電流をトンネル電流Ｉ４とする。トンネル電流Ｉ１〜Ｉ４は、図中において矢印Ｆ１（破線）で示す電流経路にて流れる。
【００６３】
次に、ＴＭＲ素子５０が置かれた場において磁界が左向き（←）に印加されている場合と、磁界が右向き（→）に印加されている場合とにおいてセグメントＳＧ１からセグメントＳＧ２へ流れる電流の変化について説明する。
【００６４】
今、ＴＭＲ素子５０が置かれている場において、図中左向きの矢印Ｈ（←）で示す磁界が印加されており、第１および第２の積層体２０，３０を構成する各フリー層２１，３１の磁化方向は、ピンド層４３の磁化方向（Ｇ）と平行かつ逆向きになっているとする。
この状態では、第１および第２の積層体２０，３０の磁気抵抗は高抵抗値を示すため、トンネル電流Ｉ１〜Ｉ４の電流値は小さく、セグメントＳＧ２の接続線Ｌ３から出力される電流値は小さい。
【００６５】
一方、ＴＭＲ素子５０が置かれている場において、図中右向きの矢印Ｈ（→）で示すように、各ピンド層４３の磁化方向（Ｇ）と平行かつ同一方向の外部磁界が印加されたとする。すると、セグメントＳＧ１，ＳＧ２を構成する各フリー層２１，３１の磁化方向が、図中矢印Ｆで示すように、各ピンド層４３の磁化方向（Ｇ）と平行かつ同一方向になる。
これにより、第１および第２の積層体２０，３０の磁気抵抗値が小さくなり、トンネル電流Ｉ１〜Ｉ４の電流値が大きくなり、セグメントＳＧ２の出力電流値が大きくなる。
【００６６】
ＴＭＲ素子５０は、磁気抵抗効果を発生する積層体を１つのセグメントに２つ備え、各積層体が電気的に直列接続されているため、１つのセグメントに１つの積層体のみを備える従来のＴＭＲ素子と比較して、積層体１つ当りのバイアス電圧を１／２にすることができる。
したがって、１つの積層体のＴＭＲ比を高くすることができるため、１つのセグメントのＴＭＲ比を高くすることができる。つまり、ＴＭＲ素子のバイアス電圧依存性を低くすることができる。
【００６７】
この実施形態では、基板４０はシリコン基板である。ピニング層４２は、Ｐｔ−Ｍｎ（白金−マンガン合金）、Ｉｒ−Ｍｎ（イリジウム−マンガン合金）、Ｆｅ−Ｍｎ（鉄−マンガン合金）、Ｐｔ−Ｃｒ−Ｍｎ（白金−クロム−マンガン合金）、Ｎｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン合金）、ＮｉＯ（ニッケル酸化物）、Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）などの反強磁性材料により形成することができる。また、ピンド層４３およびフリー層２１，３１は、それぞれＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄合金）、ＣｏＦｅ（コバルト−鉄合金）、ＣｏＦｅＢ（コバルト−鉄−ボロン合金）などの強磁性材料により形成することができる。
【００６８】
また、絶縁層４４は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＳｉＯ２（酸化シリコン）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢｉＯ２（酸化ビスマス）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）、ＬａＡｌＯ３（ランタンアルミネート）、Ａｌ−Ｎ−Ｏ（酸化窒化アルミニウム）、ＨｆＯ（酸化ハフニウム）などの絶縁材料により形成することができる。
【００６９】
［第１実施形態の効果］
（１）上述した第１実施形態のＴＭＲ素子５０を用いれば、セグメントのピニング層４２上には、電気的に直列接続された第１および第２の積層体２０，３０が配置されているため、積層体１つで１つのセグメントを構成している従来のＴＭＲ素子と比較して、セグメント１つ当りの磁気抵抗値を高くすることができる。
したがって、積層体１つで１つのセグメントを構成している従来のＴＭＲ素子と比較して、積層体１つ当りのバイアス電圧を低くすることができるため、積層体１つ当りのＴＭＲ比を大きくすることができる。
【００７０】
（２）しかも、積層体１つ当りのバイアス電圧を低くすることができるため、積層体１つ当りの絶縁耐圧を高めることもできる。
【００７１】
（３）また、第１の積層体２０から第２の積層体３０にかけてピンド層４３およびピニング層４２が連続形成されており、第１および第２の積層体２０，３０のピンド層４３間およびピニング層４２間が電気的に接続されているため、第１の積層体２０に入力した電流をピンド層４３およびピニング層４２を通じて第２の積層体３０へ流し、その第２の積層体３０から出力させることができる。
【００７２】
（４）さらに、第１の積層体２０のフリー層２１に入力された電流をピンド層４３およびピニング層４２を介して第２の積層体３０のフリー層３１から出力し得る。
したがって、複数のセグメントを電気的に接続する場合は、各セグメントの最上部のフリー層同士を電気的に接続すれば、各セグメントを電気的に接続することができるため、積層体の下部に下部電極を形成する必要がないので、ＴＭＲ素子５０の製造効率を高めることができる。
【００７３】
（５）さらに、各セグメントの積層体を形成した後の工程において各セグメントを電気的に接続することができるため、各セグメントの積層体を形成した後にセグメントの接続構成を変更することができる。
【００７４】
（６）さらに、第１の積層体２０から第２の積層体３０にかけて絶縁層４４が連続形成されているため、第１および第２の積層体２０，３０において絶縁層４４を個別に形成する必要がないので、ＴＭＲ素子５０の製造効率を高めることができる。
【００７５】
（７）さらに、各フリー層２１，３１の横断面形状が略円形であるため、各フリー層２１，３１における磁区の移動を妨げる因子を抑制することができるので、バルクハウゼンノイズおよびヒステリシスを低減することができる。
したがって、ＴＭＲ素子５０の出力および感度の低下を小さくすることができる。
【００７６】
［応用例１］
次に、前述した第１実施形態の応用例１について図を参照して説明する。図２は、本応用例１のＴＭＲ素子を用いて構成されたハーフブリッジ回路の説明図であり、図３は、図２に示すハーフブリッジ回路において用いたＴＭＲ素子を模式的に示す説明図である。
【００７７】
図２に示すハーフブリッジ回路６２は、ＴＭＲ素子５０を２つ直列接続して構成されており、その中点４５から中点電圧Ｖｏｕｔを取出し可能に構成されている。図３に示すように、ＴＭＲ素子５０は、セグメントＳＧ１〜ＳＧ１５の計１５個のセグメントを電気的に直列接続して構成されている。各セグメントは、前述した第１実施形態において説明したセグメントと同じものであり、相互に隣接する一方のセグメントの電極層３２と他方のセグメントの電極層２２とが電気的に直列接続されている。つまり、各セグメント間を電気的に接続するための専用の電極層を形成する必要がないので、ＴＭＲ素子５０の製造効率を高めることができる。
【００７８】
各セグメントは、第１および第２の積層体２０，３０をそれぞれ備えるため、ＴＭＲ素子５０は、計３０個の積層体を電気的に直列接続して構成されている。それら計３０個の積層体を磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３０で表すと、図２に示すように、ハーフブリッジ回路６２は、磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３０を電気的に直列接続して構成された回路を２つ電気的に直列接続して構成されている。ここで、ＴＭＲ素子５０の両端にバイアス電圧Ｖａを印加したとすると、磁気抵抗１つ当りのバイアス電圧Ｖｂは、Ｖａ／３０になる。
【００７９】
つまり、２つの磁気抵抗を直列接続して構成されるハーフブリッジ回路と比較して、磁気抵抗１つ当りのバイアス電圧Ｖｂを１／３０に低くすることができるため、磁気抵抗１つ当りのＴＭＲ比を高くすることができる。
したがって、たとえば、上記のハーフブリッジ回路６２をセンサに用いた場合、感度の高いセンサを実現することができる。
【００８０】
［応用例２］
次に、前述した第１実施形態の応用例２について図を参照して説明する。図４は、本応用例２のＴＭＲ素子を用いたセンサの回路図である。
【００８１】
図４に示すセンサ６０は、フルブリッジ回路６１と、差動増幅回路６５とを備える。フルブリッジ回路６１は、前述した応用例１のハーフブリッジ回路６２の両端同士を電気的に接続して構成されている。フルブリッジ回路６１は、２つの中点６３，６４を有し、各中点は、差動増幅回路６５の入力と接続されている。
【００８２】
センサ６０が置かれている場の磁界が変化すると、その変化は、中点６３，６４の中点電圧Ｖ１，Ｖ２の差分となって現れる。そして、その差分は、差動増幅回路６５において増幅され、その増幅された電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。この出力電圧Ｖｏｕｔを図示しないマイクロコンピュータに取り込むことにより、磁界の強度、電流値、圧力、加速度などの演算が可能になる。
【００８３】
上述したように、フルブリッジ回路６１の一辺は、計３０個の磁気抵抗Ｒ１〜Ｒ３０を直列接続して構成されているため、一辺が１つの磁気抵抗のみで構成されているフルブリッジ回路と比較して、磁気抵抗１つ当りのバイアス電圧を１／３０にすることができるため、磁気抵抗１つ当りのＴＭＲ比を高くすることができる。
したがって、上記のセンサ６０を用いれば、感度の高いセンサを実現することができる。
【００８４】
［応用例３］
次に、前述した第１実施形態の応用例３について図を参照して説明する。図５は、本応用例３のＴＭＲ素子を模式的に示す説明図である。
【００８５】
本応用例３のＴＭＲ素子は、各セグメント間を選択的に電気的接続可能に構成されていることを特徴とする。図３に示した例と比較すると、図５に示す例では、セグメントＳＧ４，ＳＧ７が接続線Ｌ５によって電気的に直列接続され、セグメントＳＧ５，ＳＧ６が磁気抵抗として機能しないように構成されている点が異なっている。
【００８６】
このように配線することにより、ＴＭＲ素子５０において磁気抵抗として機能するセグメントの数を減らすことができ、積層体１つ当りのバイアス電圧を調節することができる。また、セグメント間の配線がセンサ毎に異なる場合であっても、セグメントを構成する積層体の最上部に形成された電極層３２，２２同士の接続関係を変更することにより、対応することができる。
したがって、各セグメントの各積層体を形成する工程までは同じ工程で良く、フリー層同士の配線を変えるだけで対応することができるため、センサの製造効率を高めることができる。
【００８７】
［応用例４］
次に、前述した第１実施形態の応用例４について図を参照して説明する。図６は、本応用例４のＴＭＲ素子を模式的に示す説明図である。
【００８８】
本応用例４のＴＭＲ素子５０は、セグメントＳＧ１の第１および第２の積層体２０，３０間にダミーの積層体Ｄｍを備える。ダミーの積層体Ｄｍには、電流を入力するための接続線が接続されていないため、トンネル電流が流れず、磁気抵抗として作用しない無効なものになっている。そのような無効な積層体Ｄｍが第１および第２の積層体２０，３０間に配置されている場合でも前述した第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
【００８９】
たとえば、本応用例４は、絶縁層４４上に１つの積層体を形成し、それを３つ以上の積層体に分割することにより、積層体１つ当りの磁気抵抗を調節するような製造方法に適用することができる。この場合、接続線Ｌ１またはＬ２を接続する積層体は、任意に選択することができる。たとえば、図６に示す例の場合、第２の積層体３０に代えてダミーの積層体Ｄｍの電極層２２に接続線Ｌ２を接続し、第２の積層体３０を無効にすることもできる。
【００９０】
［応用例５］
図７に示すように、第１および第２の積層体２０，３０間に絶縁層４４を形成しないようにすることもできる。
【００９１】
［変更例］
図１３は、第１実施形態の変更例のＴＭＲ素子の横断面説明図であり、図１（ｂ）に対応するものである。本変更例のＴＭＲ素子５０は、第１および第２の積層体２０，３０におけるピンド層４３がそれぞれ独立して構成されており、第１および第２の積層体２０，３０がピニング層４２を介して電気的に直列接続されていることを特徴とする。このため、接続線Ｌ１を介して第１の積層体２０のフリー層２１に入力された電流は、第１の積層体２０の絶縁層４４、第１の積層体２０のピンド層４３、ピニング層４２、第２の積層体３０のピンド層４３、第２の積層体３０の絶縁層４４の経路で流れ、第２の積層体３０のフリー層３１から接続線Ｌ２を介して出力される。
上記のように、変更例のＴＭＲ素子５０の各セグメントには、電気的に直列接続された第１および第２の積層体２０，３０が配置されているため、前述した第１実施形態と同じ効果を奏することができる。
【００９２】
〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態について図を参照して説明する。図８は、本第２実施形態のＴＭＲ素子の横断面説明図であり、図１（ｂ）に対応するものである。なお、第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９３】
本第２実施形態のＴＭＲ素子は、第１および第２の積層体２０，３０のフリー層間を電気的に接続したことを特徴とする。フリー層２１は、第１の積層体２０から第２の積層体３０にかけて連続形成されており、フリー層２１の表面には、電極層は形成されていない。フリー層２１の横断面形状は、長円形状である。このように、第１および第２の積層体２０，３０は、フリー層２１によって電気的に直列接続されている。ピニング層４２、ピンド層４３および絶縁層４４は、第１および第２の積層体２０，３０に対して個別に形成されている。
【００９４】
各ピンド層４３およびピニング層４２は、フリー層２１の端部から横方向へ突出した状態に形成されている。第１の積層体２０を構成するピンド層４３の表面には電極層２２が形成されており、第２の積層体３０を構成するピンド層４３の表面には電極層３２が形成されている。セグメントＳＧ１の電極層２２には接続線Ｌ１が接続されており、電極層３２には接続線Ｌ２が接続されている。接続線Ｌ２は、セグメントＳＧ２の電極層２２に接続されており、セグメントＳＧ１，ＳＧ２が電気的に直列接続されている。
【００９５】
ここで、接続線Ｌ１が電源Ｖｃｃに接続され、接続線Ｌ３がグランドに接続され、セグメントＳＧ１，ＳＧ２間に電圧が印加されたときの電流の経路について説明する。電源Ｖｃｃから供給される電流は、接続線Ｌ１を介してセグメントＳＧ１の電極層２２から取込まれ、ピンド層４３およびピニング層４２から絶縁層４４のエネルギー障壁を透過してフリー層２１に流れ込む。このピンド層４３およびピニング層４２から絶縁層４４を透過してフリー層２１に流れ込む電流をトンネル電流Ｉ１とする。
【００９６】
トンネル電流Ｉ１は、フリー層２１を通じて第２の積層体３０の絶縁層４４のエネルギー障壁を透過してピンド層４３およびピニング層４２に流れ込む。このフリー層２１から絶縁層４４を透過してピンド層４３およびピニング層４２に流れ込む電流をトンネル電流Ｉ２とする。トンネル電流Ｉ２は、第２の積層体３０の電極層３２から接続線Ｌ２を通じてセグメントＳＧ２に流れ込む。以降、セグメントＳＧ２に流れ込んだ電流は、セグメントＳＧ１と同じ経路で流れ、接続線Ｌ３から出力される。
【００９７】
［第２実施形態の効果］
（１）上述した第２実施形態のＴＭＲ素子５０を用いれば、セグメント１つに付き、電気的に直列接続された第１および第２の積層体２０，３０が配置されているため、積層体１つで１つのセグメントを構成している従来のＴＭＲ素子と比較して、セグメント１つ当りの抵抗値を高くすることができる。
したがって、積層体１つで１つのセグメントを構成している従来のＴＭＲ素子と比較して、積層体１つ当りのバイアス電圧を低くすることができるため、積層体１つ当りのＴＭＲ比を大きくすることができる。
【００９８】
（２）しかも、積層体１つ当りのバイアス電圧を低くすることができるため、積層体１つ当りの絶縁耐圧を高めることもできる。
【００９９】
（３）また、第１の積層体２０から第２の積層体３０にかけてフリー層２１が連続形成されており、第１および第２の積層体２０，３０のフリー層間が電気的に接続されているため、第１の積層体２０に入力した電流をフリー層２１を通じて第２の積層体３０へ流し、その第２の積層体３０から出力させることができる。
【０１００】
（４）さらに、第１の積層体２０のピンド層４３に入力された電流をフリー層２１を通じて第２の積層体３０のピンド層４３から出力し得る。
したがって、複数のセグメントを電気的に接続する場合は、各セグメントのピンド層同士を電気的に接続すれば、各セグメントを電気的に接続することができるため、各積層体毎に上部電極および下部電極を形成する必要がないので、ＴＭＲ素子５０の製造効率を高めることができる。
【０１０１】
（５）さらに、各セグメントの積層体を形成した後の工程において各セグメントを電気的に接続することができるため、各セグメントの積層体を形成した後にセグメントの接続構成を変更することができる。
【０１０２】
〈第３実施形態〉
次に、本発明の第３実施形態について図を参照して説明する。図９は、本第３実施形態のＴＭＲ素子の横断面説明図であり、図１（ｂ）に対応するものである。なお、第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０３】
本第３実施形態のＴＭＲ素子５０は、絶縁層の上にフリー層を積層した構造体を各積層体のフリー層の上にそれぞれ積層したことを特徴とする。各セグメントは、ピニング層の表面に、ピンド層４３、絶縁層４４、フリー層２１ｂ、絶縁層４４、フリー層２１ａおよび電極層２２を順に積層した積層体２３と、ピンド層４３、絶縁層４４、フリー層３１ｂ、絶縁層４４、フリー層３１ａおよび電極層３２を順に積層した積層体３３とを有する。
【０１０４】
つまり、各積層体２３，３３は、強磁性体材料により形成された３つの層間に絶縁層を介在させた、二重トンネル障壁構造を有する。この構造を用いることにより、積層体１つ当りのＴＭＲ比をさらに高くすることができる。特に、上から２番目のフリー層２１ｂ，３１ｂの層厚を原子が数個程度の非常に薄い層厚（たとえば、１．２ｎｍ）とすることにより、ＴＭＲ比をより一層高くすることができる。
【０１０５】
〈他の実施形態〉
図１０に示すように、第１または第２の実施形態のＴＭＲ素子５０を構成する各積層体として、横断面形状が正方形のフリー層を有する積層体を用いることもできる。また、フリー層の横断面形状は、長方形または楕円または長円などの形状でも良い。
【０１０６】
また、前述した第１実施形態のＴＭＲ素子５０において、第１および第２の積層体２０，３０を構成する各ピンド層４３間をピンド層４３を形成する材料とは異なる材料によって電気的に接続しても良い。また、各ピニング層４２間をピニング層４２を形成する材料とは異なる材料によって電気的に接続しても良い。また、前述した第１実施形態の変更例のＴＭＲ素子５０において、第１および第２の積層体２０，３０を構成する各ピニング層４２間をピニング層４２を形成する材料とは異なる材料によって電気的に接続しても良い。さらに、前述した第２実施形態のＴＭＲ素子５０において、第１および第２の積層体２０，３０を構成する各フリー層間をフリー層を形成する材料とは異なる材料によって電気的に接続しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
尚、本発明のＴＭＲ素子は、前述したセンサの他、磁気メモリ装置、磁気ヘッドおよびこの磁気ヘッドを搭載したハードディスクドライブ、集積回路チップ、さらにはパソコン、携帯端末、携帯電話を始めとする各種電子機器、電子機器等に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
２０・・第１の積層体、２１・・フリー層、２２・・電極層、３０・・第２の積層体、
３１・・フリー層、３２・・電極層、４０・・基板、４１・・絶縁膜、
４２・・ピニング層、４３・・ピンド層、４４・・絶縁層、４５・・中点、
５０・・ＴＭＲ素子、６０・・センサ、６１・・フルブリッジ回路、
６２・・ハーフブリッジ回路、６３，６４・・中点、Ｆ・・フリー層の磁化方向、
Ｇ・・ピンド層の磁化方向、Ｈ・・外部磁界、Ｉ１〜Ｉ４・・トンネル電流、
ＳＧ１，ＳＧ２・・セグメント。
【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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