(57)【要約】【課題】微小領域からの磁束が検出可能であり、かつ素子抵抗の増大を抑制可能な磁気センサーを提供すること。【解決手段】磁気センサーは、第一強磁性体１２Ａと、第二強磁性体１２Ｂと、第一強磁性体１２Ａから第二強磁性体１２Ｂまで延びるチャンネル７と、チャンネル７を覆う磁気シールドＳ２と、チャンネル７と磁気シールドＳ２との間に設けられた絶縁膜７ｂと、を備え、磁気シールドＳ２は、チャンネル７に向かって延びる貫通穴Ｈを有することを特徴とする。【選択図】図２
2011176012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一強磁性体と、
第二強磁性体と、
前記第一強磁性体から前記第二強磁性体まで延びるチャンネルと、
前記チャンネルを覆う磁気シールドと、
前記チャンネルと前記磁気シールドとの間に設けられた絶縁膜と、を備え、
前記磁気シールドは、前記チャンネルに向かって延びる貫通穴を有する、磁気センサー。
【請求項２】
前記貫通穴の軸方向と、前記第一強磁性体及び前記第二強磁性体の少なくとも一方の磁化方向と、が非平行である、請求項１に記載の磁気センサー。
【請求項３】
前記貫通穴の軸方向からみて、前記貫通穴の全断面が、前記チャンネルと対向している、請求項１または請求項２に記載の磁気センサー。
【請求項４】
前記貫通穴の底部の径は、前記貫通穴の頂部の径よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項５】
前記チャンネルは屈曲形状を有し、
前記貫通穴は、前記チャンネルの屈曲部の外側面に対向して設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項６】
前記第一強磁性体及び前記第二強磁性体は、前記チャンネルに埋設されており、前記第一及び第二強磁性体の上面と、前記絶縁膜の上面とによって、平坦面が形成され、
前記貫通穴が設けられた前記磁気シールドは、前記平坦面上を覆っている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項７】
前記チャンネルにおける前記貫通穴側に位置する部分は、前記チャンネルにおける前記第一強磁性体側に位置する部分及び前記第二強磁性体側に位置する部分よりも幅が狭窄されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項８】
前記第一強磁性体及び前記第二強磁性体の少なくとも一方の磁化方向は、反強磁性体、形状異方性のうち少なくとも１つによって、固定されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項９】
前記第一強磁性体の磁化方向は、前記第二強磁性体の磁化方向と同一である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項１０】
前記貫通穴の軸方向と同じ方向の磁界を前記貫通穴に供給する永久磁石を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項１１】
前記第一強磁性体及び前記第二強磁性体の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｇｅからなる群から選択される１以上の元素とを含む化合物である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項１２】
前記チャンネルの材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、Ｃ、ＺｎＯのうちのいずれか１つを含む半導体である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項１３】
前記第一強磁性体及び前記第二強磁性体の少なくとも一方と、前記チャンネルとの間に、障壁層が形成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項１４】
第一参照電極及び第二参照電極を更に備え、
前記チャンネルは、前記第一強磁性体から前記第二強磁性体まで延びる方向とは異なる方向に、前記第一強磁性体から前記第一参照電極まで延びており、
前記チャンネルは、前記第二強磁性体から前記第一強磁性体まで延びる方向とは異なる方向に、前記第二強磁性体から前記第二参照電極まで延びている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項１５】
電流源及び出力測定器を更に備え、
前記電流源及び前記出力測定器の一方は、前記第一強磁性体及び前記第一参照電極に電気的に接続しており、
前記電流源及び前記出力測定器の他方は、前記第二強磁性体及び前記第二参照電極に電気的に接続している、請求項１４に記載の磁気センサー。
【請求項１６】
第一強磁性体と第二強磁性体との間に設けられた電源を更に備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の磁気センサー。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の磁気センサーを複数備える、磁気検出装置。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の磁気センサーからなる読取ヘッド部と、書き込み用の記録ヘッド部と、を備える、磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサー、磁気検出装置、及び磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部磁場を検出する種々の素子が知られており、例えば、ホール素子、MI（Magneto  Impedance）素子、MR（Magneto  Resistive）素子、GMR（Giant  Magneto  Resistive）素子、TMR（Tunnel  Magneto  Resistive）素子、スピン蓄積型の素子（下記特許文献１参照）などが知られている。この種の磁場検出素子は、例えば、微小領域からの磁場を検知するHDDヘッドや、地磁気を検出するセンサーなどに用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のHDDヘッドに用いられる磁場検出素子において、より微小な領域から磁束を検出するには、素子を微細化するという方法が取られていた。しかしながら、素子の微細化技術には、限界が見え始めている。一方、素子を微細化することによって、素子抵抗が増大してしまい、低消費電力及び高速動作の障害となっていた。すなわち、微小領域からの磁束を検出可能とすることと、素子抵抗の増大を抑えることはトレードオフの関係であった。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、微小領域からの磁束が検出可能であり、かつ素子抵抗の増大を抑制可能な磁気センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明の磁気センサーは、第一強磁性体と、第二強磁性体と、第一強磁性体から第二強磁性体まで延びるチャンネルと、チャンネルを覆う磁気シールドと、チャンネルと磁気シールドとの間に設けられた絶縁膜と、を備え、磁気シールドは、チャンネルに向かって延びる貫通穴を有することを特徴とする。
【０００７】
上述の第一強磁性体及び第二強磁性体の一方は、チャンネルへスピンを注入するための注入電極として機能し、他方は、チャンネルからスピンを受け取るための受け取り電極として機能する。チャンネルは、第一強磁性体または第二強磁性体から注入されるスピンが伝導する部分として機能する。この磁気センサーでは、チャンネルを覆う磁気シールドに、チャンネルに向かって延びる貫通穴が設けられている。この貫通穴を通して外部磁場をチャンネルに印加すると、チャンネル内を伝導するスピンの向きは、印加磁場の軸周りに回転し、スピンはこの回転を伴いながら拡散していく（いわゆるＨａｎｌｅ効果）。一方、チャンネルに外部磁場を印加しない場合、チャンネル内のスピンの向きは変化せず、そのまま拡散する。よって、受け取り電極において外部磁場に対する電圧出力や抵抗出力を読み取ると、外部磁場の有無によって生じるスピンの回転の度合いに応じた値を検出できる。従って、上述の貫通穴の大きさに対応する微小領域からの磁束が検出可能となる。この際、第一強磁体及び第二強磁性体のサイズを微細化することなく磁束を検出できるので、第一強磁性体及び第二強磁性体を微細化することによる素子抵抗の増大を抑制することも可能となる。
【０００８】
また、貫通穴の軸方向と、第一強磁性体及び第二強磁性体の磁化方向と、が非平行であることが好ましい。
【０００９】
上述したように、貫通穴を通して外部磁場をチャンネルに印加すると、チャンネル内のスピンの向きは、印加磁場の軸周りに回転する。仮に、貫通穴の軸方向と、第一強磁性体及び第二強磁性体の磁化方向と、が平行である場合、どちらの強磁性体からスピンを注入しても、外部磁場の印加によるスピンの向きに回転は生じず、磁束の検出が困難である。よって、貫通穴の軸方向と、第一強磁性体及び第二強磁性体の磁化方向と、が非平行であれば、上述のような磁束の検出を好適にできる。
【００１０】
また、貫通穴の軸方向からみて、貫通穴の全断面が、チャンネルと対向していることが好ましい。これにより、所望の領域からの外部磁場の読み取りをより正確に行うことができる。
【００１１】
また、貫通穴の底部の径は、貫通穴の頂部の径よりも小さくすることができる。つまり、貫通穴は、テーパー側面を有することができる。この場合、外部磁場による磁束が、チャンネルに対して斜めに入射しても、磁気シールドに吸収されない。よって、外部磁場の入射角度をテーパー側面のテーパー角度に応じて変更できる。
【００１２】
また、チャンネルは屈曲形状を有し、貫通穴は、チャンネルの屈曲部の外側面に対向して設けられていることが好ましい。これにより、外部磁場などの磁束の読み取り領域をコンパクトにすることができる。
【００１３】
また、第一強磁性体及び第二強磁性体は、チャンネルに埋設されており、第一及び第二強磁性体の上面と、絶縁膜の上面とによって、平坦面が形成され、貫通穴が設けられた磁気シールドは、該平坦面上を覆っていることが好ましい。
【００１４】
このように、貫通穴の設けられた磁気シールドが、第一強磁性体、第二強磁性体、及び絶縁膜の上面が平坦化された平坦面上を覆っていることにより、記録媒体などの磁場形成面に対して平行に、貫通穴の設けられた磁気シールドを配置できる。よって、磁場の読み取りをスムーズに行える。
【００１５】
また、チャンネルにおける貫通穴側に位置する部分は、チャンネルにおける第一強磁性体側に位置する部分及び第二強磁性体側に位置する部分よりも幅が狭窄されていることが好ましい。
【００１６】
このように、チャンネルのうち貫通穴の下に位置する部分を絞り込んだ形状とすることにより、チャンネル内を拡散するスピン流をこの狭窄部分に集中させることができる。よって、この集中したスピンに外部磁場を貫通穴から効果的に印加することができる。従って、磁場の出力感度を向上させることができる。
【００１７】
また、第一強磁性体及び第二強磁性体の少なくとも一方の磁化方向は、反強磁性体、形状異方性のうち少なくとも１つによって、固定されていることが好ましい。
【００１８】
反強磁性体が、第一強磁性体及び第二強磁性体の少なくとも一方と交換結合することにより、第一強磁性体及び第二強磁性体の少なくとも一方の磁化方向に、一方向異方性を付与することが可能となる。この場合、反強磁性体を設けない場合よりも、高い保磁力を一方向に有する第一強磁性体や第二強磁性体を得られる。また、形状異方性によって磁化を固定する場合、保磁力差をつけるための反強磁性体を省略することが可能となる。
【００１９】
また、第一強磁性体の磁化方向は第二強磁性体の磁化方向と同一であることが好ましい。この場合、第一強磁性体及び第二強磁性体の磁化固定を容易に行える。
【００２０】
また、貫通穴の軸方向と同じ方向の磁界を貫通穴に供給する永久磁石を更に備えることが好ましい。永久磁石を用いて磁場をチャンネル層に印加しない場合、検出対象の外部磁場がゼロのときに出力のピークが現れるが、永久磁石を用いて磁場をチャンネル層に印加することにより、出力のピーク位置をシフトすることができ、外部磁場がゼロでないときに出力のピークを発生させることが可能となる。
【００２１】
また、第一及び第二強磁性体の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｇｅからなる群から選択される１以上の元素とを含む化合物であることが好ましい。これらの材料はスピン分極率の大きい強磁性材料であるため、スピンの注入電極又はスピンの受け取り電極としての機能を好適に実現することが可能である。
【００２２】
また、チャンネルの材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、Ｃ、ＺｎＯのうちのいずれか１つを含む半導体であることが好ましい。これらの半導体はスピン拡散長が比較的長いため、チャンネル内に好適にスピンを蓄積できる。
【００２３】
また、第一強磁性体及び第二強磁性体の少なくとも一方と、チャンネルとの間に障壁層が形成されていることが好ましい。これにより、第一強磁性体及び第二強磁性体の少なくとも一方からチャンネルへスピン偏極した電子を多く注入することが可能となり、磁気センサーの電位出力を高めることが可能となる。
【００２４】
また、第一参照電極及び第二参照電極を更に備え、チャンネルは、第一強磁性体から第二強磁性体まで延びる方向とは異なる方向に、第一強磁性体から第一参照電極まで延びており、チャンネルは、第二強磁性体から第一強磁性体まで延びる方向とは異なる方向に、第二強磁性体から第二参照電極まで延びていることが好ましい。これにより、例えば第一強磁性体及び第一参照電極を電流源に接続し、第二強磁性体及び第二参照電極を出力測定器に接続することができる。
【００２５】
上記構成において、電流源及び出力測定器を更に備え、電流源及び出力測定器の一方は、第一強磁性体及び第一参照電極に電気的に接続しており、電流源及び出力測定器の他方は、第二強磁性体及び第二参照電極に電気的に接続していることが好ましい。これにより、例えば第一強磁性体及び第一参照電極を電流源に接続することにより、第一強磁性体に検出用電流を流すことができる。強磁性体である第一強磁性体から、非磁性のチャンネルへ電流が流れることにより、第一強磁性の磁化の向きに対応する向きのスピンをチャンネルへ注入できる。また、第二強磁性体及び第二参照電極を出力測定器に接続することにより、外部磁場に応じた出力を読み取ることができる。
【００２６】
また、第一参照電極及び第二参照電極を用いずに、第一強磁性体と第二強磁性体との間に設けられた電源を更に備えることが好ましい。第一強磁性体と第二強磁性体との間では、外部磁場の印加の有無によって生じる磁気抵抗効果により、抵抗も変化する。従って、第一参照電極及び第二参照電極を設けずに、第一強磁性体と第二強磁性体との間に電源を設け、電流や電圧の変化をモニターすることによっても外部磁場の検出ができる。
【００２７】
また、上述の磁気センサーを複数備えた磁気検出装置とすることが好ましい。この場合、各磁気センサーの出力を合算することができる。このような磁気検出装置は、例えば癌細胞などを検知する生体センサーなどに適用できる。
【００２８】
また、上述の磁気センサーからなる読取ヘッド部と、書き込み用の記録ヘッド部とを備える磁気ヘッドとすることができる。これにより、いわゆるＨａｎｌｅ効果を利用した新規な磁気ヘッドを提供できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、微小領域からの磁束が検出可能であり、かつ素子抵抗の増大を抑制可能な磁気センサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、磁気センサーの上面図である。
【図２】図２は、図１におけるII−II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、磁気センサーの効果を説明するための側面図である。
【図４】図４（ａ）は、磁気シールド層に形成された貫通穴の例を示す上面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ１−Ｂ１線に沿った断面図である。図４（ｃ）は、磁気シールド層に形成された貫通穴の例を示す上面図である。図４（ｄ）は、図４（ｃ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図５】図５（ａ）は、磁気シールド層に形成された貫通穴の例を示す上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ２−Ｂ２線に沿った断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、磁気センサーが永久磁石を備える例を示す上面図である。
【図７】図７は、磁気センサーの変形例１を示す側面図である。
【図８】図８は、磁気センサーの変形例２を示す側面図である。
【図９】図９は、磁気センサーの変形例３を示す上面図である。
【図１０】図１０は、図９のＪ−Ｊ線に沿った断面を示す側面図である。
【図１１】図１１は、磁気センサーの変形例４を示す側面図である。
【図１２】図１２は、磁気センサーの変形例５を示す側面図である。
【図１３】図１３は、磁気センサーの変形例６を示す側面図である。
【図１４】図１４は、外部磁場と抵抗出力との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、貫通穴の径の違いによる出力強度の違いを示すシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る磁気センサーの好適な実施形態について詳細に説明する。図中には、ＸＹＺ直交座標軸系が示されている。
（第一実施形態）
【００３２】
図１は、第一実施形態に係る磁気センサーの上面図である。図２は、図１におけるII−II線に沿った断面図である。
【００３３】
図２に示すように、磁気センサー１は、チャンネル層７と、第一強磁性層１２Ａと、第二強磁性層１２Ｂと、磁気シールド層とを備え、Ｚ軸方向の外部磁界を検出するものである。
【００３４】
図１に示すように、チャンネル層７は、第一強磁性層１２Ａから第二強磁性層１２Ｂまで延びており、チャンネル層７の厚み方向から見て、矩形状をなしている。チャンネル層７には、導電性を付与するためのイオンが添加されていても良い。イオン濃度は、例えば１．０×１０１５〜１．０×１０２２ｃｍ−３とすることができる。チャンネル層７は、スピン寿命の長い材料であることが好ましく、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、Ｃ、ＺｎＯのうちのいずれか１つを含む半導体とすることができる。また、チャンネル層７における第一強磁性層１２Ａから第二強磁性層１２Ｂまでの距離は、チャンネル層７のスピン拡散長以下であることが好ましい。
【００３５】
第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂは、チャンネル層７へスピンを注入するための注入電極、あるいはチャンネル層７を伝導してきたスピンを検出するための受け取り電極として機能する。第一強磁性層１２Ａは、チャンネル層７の第一領域７１上に設けられている。第二強磁性層１２Ｂは、チャンネル層７の第二領域７２上に設けられている。
【００３６】
第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂは、それぞれＹ軸方向を長軸とした直方体形状を有している。第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２ＢのＸ軸方向における幅は、同一とすることができる。図１に示すように、第一強磁性層１２Ａの磁化方向Ｇ１は、例えば第二強磁性層１２Ｂの磁化方向Ｇ２と同一にすることができる。この場合、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの磁化固定を容易に行える。
【００３７】
第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂは、強磁性材料からなる。第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの材料は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素と、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｇｅからなる群から選択される１以上の元素とを含む化合物とすることができる。
【００３８】
磁気シールド層は、絶縁膜（例えば絶縁膜７ａ，７ｂ）を間に介して、チャンネル層７の表面を少なくとも部分的に覆っており、外部磁場がチャンネル層７へ侵入することを遮蔽するものである。このため、磁気シールド層は、第一領域７１と第二領域７２との間に存在するチャンネル層７の上面、側面、及び下面のうち少なくとも一つの面を覆っている。図２に示す例では、磁気シールド層は、下部磁気シールド層Ｓ１と上部磁気シールド層Ｓ２とからなる。下部磁気シールド層Ｓ１は、チャンネル層７の下方に設けられている。上部磁気シールド層Ｓ２は、チャンネル層７の上方に設けられている。
【００３９】
磁気シールド層は、チャンネル層７に向かって延びる貫通穴Ｈを有する。貫通穴Ｈは、チャンネル層７へ外部磁場を印加するためのものである。図２に示す例では、貫通穴Ｈが上部磁気シールド層Ｓ２に設けられており、第一領域７１と第二領域７２との間に存在するチャンネル層７の部分の上面に対向して配置している。
【００４０】
この貫通穴Ｈの軸方向（例えば、図１の例ではＺ軸方向）から見て、貫通穴Ｈの全断面が、チャンネル層７と対向していることが好ましい。すなわち、貫通穴Ｈの軸方向から見て、貫通穴Ｈがチャンネル層７からはみ出ないようにする。これにより、外部磁場の読み取りをより正確に行うことができる。
【００４１】
図４（ａ）は、磁気シールド層Ｓに形成される貫通穴Ｈの例を示す上面図である。貫通穴Ｈは、磁気シールド層Ｓの厚み方向（Ｚ軸方向）から見て、種々の形状をとることが可能であり、例えば矩形状をなしている。図４（ａ）に示す例では、貫通穴Ｈは、磁気シールド層Ｓの厚み方向（Ｚ軸方向）から見て、長方形状をなしている。この場合、貫通穴Ｈの短辺の長さ（Ｘ軸方向の長さ）Ｄ１を例えば０．００３μｍ〜０．３μｍとして、長辺の長さ（Ｙ軸方向の長さ）Ｄ２を例えば０．０１μｍ〜１μｍとすることができる。
【００４２】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ１−Ｂ１線に沿った断面図である。図４（ｂ）に示すように、貫通穴Ｈの底部ｈ１の径は、貫通穴Ｈの頂部ｈ２の径と同一にすることができる。すなわち、貫通穴Ｈは、チャンネル層７に向かって垂直に延びている。
【００４３】
磁気シールド層の材料として、例えばＮｉ及びＦｅを含む合金、センダスト、Ｆｅ及びＣｏを含む合金、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉを含む合金等の軟磁性体材料が挙げられる。
【００４４】
磁気センサー１は、更に、第一参照電極２０Ａと第二参照電極２０Ｂとを備えている。第一参照電極２０Ａは、チャンネル層７の第三領域７３上に設けられている。第二参照電極２０Ｂは、チャンネル層７の第四領域７４上に設けられている。また、チャンネル層７は、第一強磁性層１２Ａから第二強磁性層１２Ｂまで延びる方向とは異なる方向に、第一強磁性層１２Ａから第一参照電極２０Ａまで延びており、チャンネル層７は、第二強磁性層１２Ｂから第一強磁性層１２Ａまで延びる方向とは異なる方向に、第二強磁性層１２Ｂから第二参照電極２０Ｂまで延びていることが好ましい。第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂは、導電性材料からなり、例えばＡｌなどのＳｉに対して低抵抗な非磁性金属からなる。
【００４５】
図２に示すように、第三領域７３と第四領域７４との間に、第一領域７１及び第二領域７２が存在している。チャンネル層７上には、第一参照電極２０Ａ、第一強磁性層１２Ａ、第二強磁性層１２Ｂ、及び第二参照電極２０Ｂが、Ｘ軸方向に所定の間隔を置いて、この順に配置されている。
【００４６】
磁気センサー１は、更に、障壁層８１Ａ，８１Ｂを備えている。障壁層８１Ａ，８１Ｂは、チャンネル層７と、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの少なくとも一方との間に設けられている。これにより、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの少なくとも一方からチャンネル層７へスピン偏極した電子を多く注入することが可能となり、磁気センサーの電位出力を高めることが可能となる。障壁層８１Ａ，８１Ｂは、例えば絶縁性材料の膜からなるトンネル障壁である。図２では、障壁層８１Ａ，８１Ｂが単層からなる例を示すが、障壁層８１Ａ，８１Ｂは複数の層からなる積層構造を有していても良い。障壁層８１Ａ，８１Ｂとして、例えば酸化マグネシウム層、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、または酸化ベリリウムなどを用いることができる。抵抗の増大を抑制し、トンネル絶縁層として機能させる観点から、障壁層８１Ａ，８１Ｂの膜厚は、３ｎｍ以下であることが好ましい。また、障壁層８１Ａ，８１Ｂの膜厚は、１原子層厚を考慮して、０．４ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
磁気センサー１は、更に、絶縁膜（あるいは絶縁体）を備えている。絶縁膜は、チャンネル層７の露出を防ぎ、チャンネル層７を電気的及び磁気的に絶縁する機能を有する。絶縁膜は、磁気シールド層とチャンネル層７との間に存在していることが好ましい。これによれば、チャンネル層７を流れるスピン流の磁気シールド層への流出を特に抑制しやすいという効果がある。また、絶縁膜は、チャンネル層７の表面（例えば下面、側面、または上面）の必要な領域を覆っていることが好ましい。図２に示す例では、絶縁膜７ａが、チャンネル層７の下面に設けられており、絶縁膜７ｂが、チャンネル層７の上面上に設けられている。具体的に、絶縁膜７ｂは、チャンネル層７の第一領域７１と第二領域７２との間に存在する領域の上面、チャンネル層７の第一領域７１と第三領域７３との間に存在する領域の上面、第二領域７２と第四領域７４との間に存在する領域の上面上に設けられている。この絶縁膜７ｂ上に、第一参照電極２０Ａ、第一強磁性層１２Ａ、第二強磁性層１２Ｂ、及び第二参照電極２０Ｂに接続する配線を設ければ、この配線によってチャンネル層７のスピンが吸収されることを抑制できる。また、絶縁膜７ｂ上に配線を設けることにより、配線からチャンネル層７へ電流が流れることも抑制できる。
【００４８】
絶縁膜が存在する場合、下部磁気シールド層Ｓ１は、絶縁膜７ａを間に介して、チャンネル層７の下面に設けられている。また、上部磁気シールド層Ｓ２は、絶縁膜７ｂを間に介して、チャンネル層７の上面に設けられている。
【００４９】
以下、本実施形態に係る磁気センサー１の製造方法の一例を説明する。まず、予め準備した基板に、アライメントマークを形成する。基板として例えばＡｌｔｉｃ基板を用いることができる。アライメントマークを目印として、基板上において、下部磁気シールド層Ｓ１を形成する。次いで、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によって、下部磁気シールド層Ｓ１上に絶縁膜７ａを形成する。
【００５０】
続いて、例えばＭＢＥ法によって、絶縁膜７ａ上にチャンネル層７を形成する。チャンネル層７に、導電性を付与するためのイオンを注入して、チャンネル層７の伝導特性を調節する。その後、必要に応じて熱アニールによってイオンを拡散させる。次いで、洗浄により、チャンネル層７の表面の付着物、有機物、及び酸化膜の除去をする。洗浄液として、例えば希釈したＨＦ溶液を用いる。
【００５１】
その後、例えばＭＢＥ法によって、チャンネル層７上に、障壁層８１Ａ，８１Ｂとなる障壁膜と、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂとなる強磁性膜とをこの順に形成する。次いで、これらの障壁膜及び強磁性膜を例えば電子ビーム（ＥＢ）法にて、マスクを用いて加工する。これにより、チャンネル層７の第一領域７１上に、障壁層８１Ａを介して第一強磁性層１２Ａが形成され、チャンネル層７の第二領域７２上に、障壁層８１Ｂを介して第二強磁性層１２Ｂが形成される。なお、必要に応じて、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂ上に、例えばＭＢＥ法によって、さらに反強磁性層を形成してもよい。そして、第一強磁性層１２Ａまたは第二強磁性層１２Ｂの磁化方向を固定するために、磁場下でのアニールを行う。その後、例えばイオンミリングによって、チャンネル層７上に形成された不要な障壁膜や強磁性膜を除去する。
【００５２】
次いで、不要な障壁膜や強磁性膜が除去されたチャンネル層７上に絶縁膜７ｂを形成する。また、チャンネル層７の第三領域７３及び第四領域７４上の絶縁膜７ｂを除去し、第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂをそれぞれ形成する。第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂは、例えばＡｌなどで形成する。
【００５３】
また、第一領域７１と第二領域７２と間に存在するチャンネル層７の領域の上面上に設けられた絶縁膜７ｂ上に、上部磁気シールド層Ｓ２を形成する。この上部磁気シールド層Ｓ２に、外部磁場からの磁束が侵入するための貫通穴Ｈを設ける。貫通穴Ｈは、例えばフォトリソグラフィー法によって形成できる。以上の方法により、図１及び２に示す磁気センサー１が作製できる。
【００５４】
以下、本実施形態に係る磁気センサー１の作用効果を説明する。図３は、第一実施形態に係る磁気センサー１の動作を説明するための側面図である。まず、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの磁化方向を固定する。図３に示す例では、第一強磁性層１２Ａの磁化方向Ｇ１は、第二強磁性層１２Ｂの磁化方向Ｇ２と同一方向（Ｙ軸方向）に固定している。
【００５５】
例えば第一強磁性層１２Ａ及び第一参照電極２０Ａを電流源７０に接続することにより、第一強磁性層１２Ａに検出用電流を流すことができる。強磁性体である第一強磁性層１２Ａから、障壁層８１Ａを介して、非磁性のチャンネル層７へ電流が流れることにより、第一強磁性層１２Ａの磁化の向きＧ１に対応する向きのスピンＰ１を有する電子がチャンネル層７へ注入される。注入されたスピンＰ１は第二強磁性層１２Ｂ側へ拡散していく。このように、チャンネル層７に流れる電流及びスピン流が、主にＸ軸方向に流れる構造とすることができる。
【００５６】
図１４は、外部磁場と抵抗出力との関係の一例を示すグラフである。ここで、チャンネル層７に外部磁場Ｂを印加しないとき、すなわち外部磁場Ｂがゼロのとき、チャンネル層７の第一領域７１と第二領域７２との間の領域を拡散するスピンの向きは回転しない。よって、予め設定された第二強磁性層１２Ｂの磁化の向きＧ２と同一方向のスピンが第二領域７２まで拡散してくることとなる。従って、外部磁場Ｂがゼロのとき、抵抗出力あるいは電圧出力が極値となる。なお、電流や磁化の向きで極大値あるいは極小値をとりうる。出力は、第二強磁性層１２Ｂ及び第二参照電極２０Ｂに接続した電圧測定器８０などの出力測定器により評価することができる。
【００５７】
対して、貫通穴Ｈからチャンネル層７へ外部磁場Ｂを印加する場合を考える。なお、図３の例では、外部磁場Ｂは、第一強磁性層１２Ａの磁化方向Ｇ１及び第二強磁性層１２Ｂの磁化方向Ｇ２に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）から印加する。外部磁場Ｂを印加すると、チャンネル層７内であって貫通穴Ｈに対向する領域を拡散してきたスピンＰ２の向きは、外部磁場Ｂの軸方向（Ｚ軸方向）を中心として回転する（いわゆるＨａｎｌｅ効果）。このスピンＰ２がチャンネル層７の第二領域７２まで拡散してきたときの回転の向きと、予め設定された第二強磁性層１２Ｂの磁化の向きＧ２、すなわちスピンと、の相対角により、チャンネル層７と第二強磁性層１２Ｂの界面の電圧出力や抵抗出力が決定される。外部磁場Ｂを印加する場合、チャンネル層７を拡散するスピンの向きは回転するので、第二強磁性層１２Ｂの磁化の向きＧ２と向きが揃わない。よって、抵抗出力あるいは電圧出力は、外部磁場Ｂがゼロのときに極大値をとる場合、外部磁場Ｂを印加するときには極大値以下となり、外部磁場Ｂがゼロのときに極小値をとる場合、外部磁場Ｂを印加すると極小値以上となる。
【００５８】
従って、図１４に示すように、外部磁場Ｂがゼロのときに出力のピークが現れ、外部磁場Ｂを増加または減少させると、出力が減少していく。つまり、外部磁場Ｂの有無によって出力が変化するので、本実施形態に係る磁気センサー１を磁気検出素子として使用できる。
【００５９】
このように、磁気シールド層に設けた貫通穴Ｈを用いて、貫通穴Ｈの大きさに対応する微小な磁束が検出可能となる。この際、解像度は貫通穴Ｈの大きさで決定されるので、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂのサイズを微細化することなく、微小領域から磁束を検出できる。よって、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂを微細化することによる素子抵抗の増大を抑制することも可能となる。
【００６０】
なお、従来のスピンを利用した磁気センサーでは、磁化自由層と磁化固定層の磁化方向が平行や反平行のときの相対角で出力のピークが出ていたが、本発明の磁気センサーでは、上述のように外部磁場がゼロで出力のピークが出る。よって、例えば磁気ヘッドなどに本発明の磁気センサーを適用して、外部磁場の正負のタイミングを読み取る場合、磁壁の磁場がキャンセルするゼロのところで出力ピークがでるので、ここで反転したと判断することができる。また、本発明の磁気センサーでは、図１４に示すように、ヒステリシスがないことも特徴である。
【００６１】
以下に、出力と貫通穴Ｈの径との関係を補足説明する。図１５は、貫通穴Ｈの径の違いによる出力強度の違いを示すシミュレーション結果を示すグラフである。図１５では、貫通穴Ｈが正方形である場合を想定している。図１５（ａ）は、正方形の貫通穴Ｈの一辺が０．０１μｍである例を示す。図１５（ｂ）は、正方形の貫通穴Ｈの一辺が０．１μｍである例を示す。図１５（ｃ）は、正方形の貫通穴Ｈの一辺が１μｍである例を示す。図１５（ｄ）は、正方形の貫通穴Ｈの一辺が１０μｍである例を示す。この際、チャンネル層７がＳｉであり、導電性を付与するためのイオン濃度が１×１０２０ｃｍ−３である場合を想定した。Ｓｉのスピン拡散長は、およそ２．５μｍである。従って、図１５のシミュレーション結果により、正方形の貫通穴Ｈの一辺が、スピン拡散長より小さければ、出力波形や出力強度にほとんど差がないことがわかる。
【００６２】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、貫通穴Ｈの形状は、上述した形に限定されない。図４（ｃ）は、磁気シールド層Ｓの貫通穴の一形態を示す上面図である。図４（ｄ）は、図４（ｃ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図４（ｃ）に示すように、貫通穴Ｈの底部ｈ１の径は、貫通穴Ｈの頂部ｈ２の径よりも小さくすることができる。つまり、貫通穴Ｈは、テーパー側面を有することができる。この場合、外部磁場Ｂによる磁束が、チャンネル層７の上面に対して斜めに入射しても、磁気シールド層Ｓに吸収されない。よって、外部磁場Ｂの入射角度をテーパー角度θに応じて変更できる。
【００６３】
また、図５（ａ）は、磁気シールド層Ｓの貫通穴の一形態を示す上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ２−Ｂ２線に沿った断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図５（ａ）に示すように、貫通穴Ｈが磁気シールド層Ｓの厚み方向からみて矩形状をなす場合、例えば短辺においてテーパー側面を設け、長辺においてテーパー側面を設けない構造にすることができる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、貫通穴Ｈの長辺方向では、貫通穴Ｈの底部ｈ１の径と頂部ｈ２の径を同一にすることができる。一方、図５（ｃ）に示すように、貫通穴Ｈの短辺方向では、貫通穴Ｈの底部ｈ１の径は、貫通穴Ｈの頂部ｈ２の径よりも小さくすることができる。この場合においても、外部磁場Ｂの入射角度をテーパー角度θに応じて変更できる。
【００６４】
また、磁気センサーは、貫通穴Ｈの軸方向と同じ方向の磁界を貫通穴Ｈに供給する永久磁石を更に備えることが好ましい。図６は、磁気センサーが永久磁石を備える例を示す上面図である。図６に示す磁気センサー１では、チャンネル層７の側面に形成された絶縁膜７ｃを介して、永久磁石８を更に備えている。永久磁石８は、貫通穴Ｈの軸方向（図６の例ではＺ軸方向）と同じ方向の磁界Ｚ１を貫通穴Ｈに供給することが好ましい。永久磁石８を用いて磁場をチャンネル層７に印加しない場合、検出対象の外部磁場Ｂがゼロのときに出力のピークが現れるが、永久磁石８を用いて磁場をチャンネル層７に印加することにより、外部磁場Ｂがゼロでないときに出力のピークを出すことが可能となる。
【００６５】
また、貫通穴Ｈは、チャンネル層７を覆う磁気シールド層に設けられていればよく、例えば、下部磁気シールド層に形成されていても良い。図７は、磁気センサーの変形例１を示す側面図である。図７に示す磁気センサー２では、貫通穴Ｈは、下部磁気シールド層Ｓ３に形成されている。貫通穴Ｈは、第一領域７１と第二領域７２との間に存在するチャンネル層７の下面に対向して配置している。すなわち、貫通穴Ｈが下部磁気シールド層Ｓ３に形成されている場合、チャンネル層の上面や側面に設けた磁気シールド層には、貫通穴は形成されていない。これにより、外部磁場をチャンネル層７の下面から読み取ることができる。
【００６６】
また、貫通穴Ｈが、例えば、側部の磁気シールド層に形成されていても良い。図８は、磁気センサーの変形例２を示す側面図である。図８に示す磁気センサー３では、貫通穴Ｈは、側部磁気シールド層Ｓ１０に形成されており、Ｙ軸方向の外部磁界を検出するものである。貫通穴Ｈは、第一領域７１と第二領域７２との間に存在するチャンネル層７の側面に対向して配置している。すなわち、貫通穴Ｈが側部磁気シールド層Ｓ１０に形成されている場合、上部磁気シールド層や下部磁気シールド層には、貫通穴は形成されていない。これにより、外部磁場をチャンネル層７の側面から読み取ることができる。
【００６７】
また、チャンネル層７の厚み方向（Ｚ軸方向）から見た形状は、矩形状以外であってもよい。図９は、磁気センサーの変形例３を示す上面図である。図１０は、図９のＪ−Ｊ線に沿った断面を示す側面図である。図９に示す磁気センサー４は、Ｙ軸方向の外部磁界を検出するものである。この磁気センサー４では、チャンネル層７の厚み方向から見て、チャンネル層７は屈曲形状を有している。なお、図９では、絶縁膜７ｂの下にチャンネル層７が設けられているため、チャンネル層７は図示されていない。この場合、貫通穴Ｈは、屈曲形状をなすチャンネル層７の屈曲部Ｋの外側面ＫＳに対向して配置されている。図９及び図１０に示す例では、貫通穴Ｈが、チャンネル層７の側面に形成された側部磁気シールド層Ｓ１１に設けられている。このように、チャンネル層７が屈曲しており、貫通穴Ｈが屈曲形状の屈曲部Ｋの外側面ＫＳに対向して配置されていることにより、外部磁場Ｂなどの磁束の読み取り領域をコンパクトにすることができる。
【００６８】
また、図９に示すように、チャンネル層７の屈曲部Ｋの外側面ＫＳが平坦化されており、この外側面ＫＳに沿って側部磁気シールド層Ｓ１１が形成されていることが好ましい。これにより、外部磁場を読み取る面が平坦になり、例えば記録媒体などの読み取り対象面にこの外側面ＫＳを対向させれば、磁場検出を容易に行える。なお、図９及び図１０では、第一強磁性層１２Ａの磁化方向Ｇ５は、第二強磁性層１２Ｂの磁化方向Ｇ６と同一方向（Ｚ軸方向）に固定されている例を示す。さらに、永久磁石８をチャンネル層７の屈曲部Ｋの上面及び下面に対向するように配置し、この永久磁石８によって貫通穴ＨにＹ軸方向の磁界を供給してもよい。
【００６９】
また、貫通穴Ｈに対向する位置のチャンネル層７の部分が絞り込まれた形状であってもよい。図１１は、磁気センサーの変形例４を示す側面図である。図１１に示す磁気センサー５では、貫通穴Ｈは、側部磁気シールド層Ｓ１０に形成されている。チャンネル層７における貫通穴Ｈ側に位置する部分は、チャンネル層７における第一強磁性層１２Ａ側に位置する部分及び第二強磁性層１２Ｂ側に位置する部分よりも幅が狭窄されていることが好ましい。すなわち、チャンネル層７におけるスピンの伝導する方向（図１１の例ではＸ軸方向）に垂直な面（図１１の例ではＹＺ面）の断面積は、貫通穴Ｈ側に位置する部分の方が、第一強磁性層１２Ａ側に位置する部分及び第二強磁性層１２Ｂ側に位置する部分の少なくとも一方よりも小さいことが好ましい。このように、チャンネル層７のうち貫通穴Ｈに位置する部分を絞り込んだ形状とすることにより、チャンネル層７内を拡散するスピン流をこの狭窄部分に集中させることができる。よって、この集中したスピンに外部磁場Ｂを貫通穴Ｈから効果的に印加することができる。従って、磁場の出力感度を向上させることができる。
【００７０】
また、図１１では、貫通穴Ｈが側部磁気シールド層Ｓ１０に形成され、貫通穴Ｈに対向する位置のチャンネル層７の部分が絞り込まれた形状をなす例を示したが、例えば図１や図７のように、貫通穴Ｈが上部磁気シールド層あるいは下部磁気シールド層に形成され、貫通穴に対向する位置のチャンネル層の部分が絞り込まれた形状をなしても良い。また、図１１では、チャンネル層７の下面のみが斜面とされた例を示すが、チャンネル層７の上面、下面、及び側面のうち少なくとも１つの面が斜面であればよい。例えば、チャンネル層７の表面のうち、複数の面が斜面となっていても良い。
【００７１】
また、上述の磁気センサーを複数備えた磁気検出装置とすることができる。この場合、各磁気センサーの出力を合算することができる。このような磁気検出装置は、例えば癌細胞などを検知する生体センサーなどに適用できる。例えば、上述の磁気センサーを複数並列あるいは複数積層して、磁気検出装置とすることができる。図１２は、磁気センサーの変形例５を示す側面図である。一例として、図１２に、図１１で示した磁気センサー５を複数積層した構成を示す。
【００７２】
また、上記では、チャンネル層７の上面上に、障壁層８１Ａ，８１Ｂを介して第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂと、第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂとを突出するように形成した例を示した。しかし、第一強磁性層１２Ａ、第二強磁性層１２Ｂ、第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂは、チャンネル層７内に埋設されていても良い。図１３は、磁気センサーの変形例６を示す側面図である。例えば、図１３に示す磁気センサー６では、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂは、障壁層８１Ａ，８１Ｂとともにチャンネル層７に埋設されている。第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの上面と、絶縁膜７ｄの上面と、第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂの上面と、によって平坦面Ｚが形成されている。貫通穴Ｈが設けられた上部磁気シールド層Ｓ６は、この平坦面Ｚ上を覆っていることが好ましい。なお、図１３の例では、絶縁膜７ｄが、チャンネル層７の上面を覆っており、この絶縁膜７ｄは、さらにチャンネル層７と第一強磁性層１２Ａの側面との間、及びチャンネル層７と第二強磁性層１２Ｂの側面との間にも設けられている。上部磁気シールド層Ｓ６は、絶縁膜７ｄを介して、チャンネル層７上に形成されている。なお、第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂは、チャンネル層７内に埋設されていなくても良い。
【００７３】
このように、貫通穴Ｈの設けられた上部磁気シールド層Ｓ６が、第一強磁性層１２Ａ、第二強磁性層１２Ｂ、及び絶縁膜７ｄの上面が平坦化された平坦面Ｚ上を覆っていることにより、記録媒体などの磁場形成面に対して平行に、貫通穴Ｈの設けられた上部磁気シールド層Ｓ６を配置できる。よって、磁場の読み取りをスムーズに行える。
【００７４】
また、第一強磁性層１２Ａまたは第二強磁性層１２Ｂの磁化方向を固定する磁場は、評価対象である外部磁場Ｂよりも大きいことが好ましい。これにより、安定して外部磁場Ｂを検出することができる。
【００７５】
また、例えば書き込み用の記録ヘッド部を備える磁気ヘッドにおいて、本発明の磁気センサーを読取ヘッド部に適用することができる。これにより、例えば記録媒体などの微小な領域から磁束を検出可能な磁気ヘッドを提供できる。
【００７６】
また、第一強磁性層１２Ａと第二強磁性層１２Ｂとの間では、外部磁場Ｂの印加の有無によって生じる磁気抵抗効果により、抵抗も変化する。従って、第一参照電極２０Ａ及び第二参照電極２０Ｂを設けずに、第一強磁性層１２Ａと第二強磁性層１２Ｂとの間に電源を設け、電流や電圧の変化をモニターすることによっても外部磁場Ｂの検出ができる。
【００７７】
また、電流源７０と出力測定器（例えば電圧測定器８０）の配置を交換してもよい。つまり、第一強磁性層１２Ａ及び第一参照電極２０Ａを出力測定器に接続し、第二強磁性層１２Ｂ及び第二参照電極２０Ｂを電流源７０に接続してもよい。この場合、第一強磁性層１２Ａが受け取り電極として機能し、第二強磁性層１２Ｂが注入電極として機能する。
【００７８】
また、障壁層８１Ａ，８１Ｂが、絶縁膜からなるトンネル障壁である例を示した。しかし、障壁層８１Ａ，８１Ｂは、金属膜からなるトンネル障壁であってもよく、この場合、半導体のチャンネル層７と金属の障壁層８１Ａ，８１Ｂとのショットキー障壁とすることができる。
【００７９】
また、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの少なくとも一方の磁化方向は、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの少なくとも一方上に設けられた反強磁性層、形状異方性のうち少なくとも１つによって、固定されていても良い。例えば、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂにおいて、Ｘ軸方向とＹ軸方向のアスペクト比の違いによって、反転磁場の差を付ける。あるいは、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの少なくとも一方上に、磁化の向きを固定するための反強磁性層を備えても良い。この場合、反強磁性層を設けない場合よりも、高い保磁力を一方向に有する第一強磁性層１２Ａあるいは第二強磁性層１２Ｂが得られる。
【００８０】
また、上記では、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの磁化方向が同一方向に固定されている例を示したが、貫通穴Ｈの軸方向（図１の例ではＺ軸方向）と、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの磁化方向と、が非平行であることが好ましい。上述したように、貫通穴Ｈを通して外部磁場Ｂをチャンネル層７に印加すると、チャンネル層７内のスピンの向きは、印加磁場の軸周りに回転する。仮に、貫通穴の軸方向と、第一強磁性層及び第二強磁性層の磁化方向とが平行である場合、どちらの強磁性層からスピンを注入しても、外部磁場の印加によるスピンの向きに回転は生じず、磁束の検出が困難である。よって、貫通穴の軸方向と、第一強磁性層及び第二強磁性層の磁化方向と、が非平行であれば、上述のような磁束の検出を好適にできる。
【００８１】
そこで、第一強磁性層１２Ａの磁化方向は、第二強磁性層１２Ｂの磁化方向と異なる方向、例えば逆方向であってもよい。この場合の外部磁場の評価における出力ピークは、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの磁化方向が同一方向である場合における出力ピークと正負が逆となる。なお、第一強磁性層１２Ａ及び第二強磁性層１２Ｂの磁化の向きは、図１のようにチャンネル層７との対向面と平行でもよく、図８や図９のようにチャンネル層７の対向面と垂直でもよい。
【００８２】
また、外部磁場に対する電圧出力や抵抗出力のピークの半値幅は、チャンネル層７におけるスピン寿命の逆数に比例するので、スピン寿命が長ければ磁場感度が良くなることとなる。チャンネル層７に用いられるスピン寿命の長い材料として、例えばＳｉやＧａＡｓなどが挙げられるが、特にＳｉが好ましい。また、チャンネル層７におけるスピン寿命が短い方が磁場感度は悪くなるものの、広い範囲の磁場を検出できる。
【００８３】
また、上記では、チャンネル層７、第一強磁性層１２Ａ、第二強磁性層１２Ｂ、及び磁気シールド層が、いわゆる「層」である例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。チャンネル層７、第一強磁性層１２Ａ、第二強磁性層１２Ｂ、及び磁気シールド層の各々は、上述の磁気センサーの構成物として使用できるものであれば、種々の形態のチャンネル、第一強磁性体、第二強磁性体、及び磁気シールドとすることができる。この場合、チャンネル、第一強磁性体、第二強磁性体、及び磁気シールドの各々は、例えば、球体状、円柱形状などの形態とすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１，２，３，４，５，６…磁気センサー、７…チャンネル層、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…絶縁膜、８…永久磁石、１２Ａ…第一強磁性層、１２Ｂ…第二強磁性層、２０Ａ…第一参照電極、２０Ｂ…第二参照電極、Ｓ１，Ｓ３…下部磁気シールド層、Ｓ２…上部磁気シールド層、Ｓ１０，Ｓ１１…側部磁気シールド層、Ｈ…貫通穴、８１Ａ…障壁層、８１Ｂ…障壁層、Ｋ…屈曲部。
【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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