(57)【要約】【課題】コンパクトな構成でありながら磁場の検出性能に優れた磁気センサを提供する。【解決手段】基板上に中心領域Ｒ１を取り囲むように配置された第１〜第８のＭＲ素子１〜８と、差分検出部とを備える。第１および第３のＭＲ素子１，３の各抵抗値は、信号磁場の変化に応じて互いに同じ向きに変化し、第２および第４のＭＲ素子２，４の各抵抗値は、それと反対向きに変化する。第５および第７のＭＲ素子の各抵抗値は信号磁場の変化に応じて互いに同じ向きに変化し、第６および第８のＭＲ素子６，８の各抵抗値は、それとは反対向きに変化する。第１のＭＲ素子１と第２のＭＲ素子２とを繋ぐ第１の接続部Ｌ１、および第３のＭＲ素子３と第４のＭＲ素子４とを繋ぐ第２の接続部Ｌ２は、第５のＭＲ素子５と第６のＭＲ素子６とを繋ぐ第５の接続部Ｌ５、および第７のＭＲ素子７と第８のＭＲ素子８とを繋ぐ第６の接続部Ｌ６と、中心領域Ｒ１において立体交差している。【選択図】図３
2011047929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に中心領域を取り囲むように配置された第１から第４の磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路を備え、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域に延在する第１の接続部によって互いの一端同士が接続され、
前記第３および第４の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域において前記第１の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第２の接続部により、互いの一端同士が接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続部によって接続され、
前記第２の磁気抵抗効果素子の他端と前記第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続部によって接続され、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、外部からの信号磁場の変化に応じて互いに同じ増減方向に変化し、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、前記信号磁場の変化に応じて前記第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対の増減方向に変化する
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第３の接続部と前記第４の接続部との間に電圧が印加されたときの前記第１の接続部と前記第２の接続部との間の電位差を検出する差分検出部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第３の接続部と前記第４の接続部との間に電圧が印加されたときの前記第１の接続部および第２の接続部における各々の電位に基づき、前記信号磁場の回転角を算出する角度算出回路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項４】
基板上に中心領域を取り囲むように配置された第１から第８の磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１から第４の磁気抵抗効果素子は第１のブリッジ回路を構成し、
前記第５から第８の磁気抵抗効果素子は第２のブリッジ回路を構成し、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域に延在する第１の接続部によって互いの一端同士が接続され、
前記第３および第４の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域に延在する第２の接続部によって互いの一端同士が接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続部によって接続され、
前記第２の磁気抵抗効果素子の他端と前記第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続部によって接続され、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、外部からの信号磁場の変化に応じて互いに同じ増減方向に変化し、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、前記信号磁場の変化に応じて前記第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対の増減方向に変化し、
前記第５および第６の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域において前記第１および第２の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第５の接続部により、互いの一端同士が接続され、
前記第７および第８の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域において前記第１および第２の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第６の接続部により、互いの一端同士が接続され、
前記第５の磁気抵抗効果素子の他端と前記第８の磁気抵抗効果素子の他端とが第７の接続部によって接続され、
前記第６の磁気抵抗効果素子の他端と前記第７の磁気抵抗効果素子の他端とが第８の接続部によって接続され、
前記第５および第７の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、前記信号磁場の変化に応じて互いに同じ増減方向に変化し、
前記第６および第８の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、前記信号磁場の変化に応じて前記第５および第７の磁気抵抗効果素子とは反対の増減方向に変化する
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項５】
前記第３の接続部と前記第４の接続部との間に電圧が印加されたときの前記第１の接続部と前記第２の接続部との間の電位差に基づく第１の差分信号を検出すると共に、前記第７の接続部と前記第８の接続部との間に電圧が印加されたときの前記第５の接続部と前記第６の接続部との間の電位差に基づく第２の差分信号を検出する差分検出部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第３の接続部と前記第４の接続部との間に電圧が印加されたときの前記第１の接続部および第２の接続部における各々の電位と、前記第７の接続部と前記第８の接続部との間に電圧が印加されたときの前記第５の接続部および第６の接続部における各々の電位とに基づき、前記信号磁場の回転角を算出する角度算出回路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１から第８の接続部は、直線状部分のみ、もしくは複数の直線状部分が互いに直交するように結合したもののみからなることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１および第２の接続部は互いに平行に延在しており、
前記第５および第６の接続部は前記第１および第２の接続部と直交する方向に延在している
ことを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１から第８の磁気抵抗効果素子は、前記中心領域の中心点から互いに等しい距離に位置している
ことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子は、前記中心領域の中心点を基準として互いに対角の位置にあり、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子は、前記中心領域の中心点を基準として互いに対角の位置にあり、
前記第５および第７の磁気抵抗効果素子は、前記中心領域の中心点を基準として互いに対角の位置にあり、
前記第６および第８の磁気抵抗効果素子は、前記中心領域の中心点を基準として互いに対角の位置にある
ことを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第１から第８の磁気抵抗効果素子は、前記基板上に配列された複数の磁気抵抗効果膜と、前記複数の磁気抵抗効果膜を直列接続する導線とを有し、
前記導線は、各々の前記磁気抵抗効果膜をその積層方向において挟み、かつ前記各々の磁気抵抗効果膜の上面および底面と接するように対向配置された上部電極および下部電極を複数含み、
前記上部電極および下部電極は、隣り合う前記磁気抵抗効果膜同士の並び方向に沿って延在している
ことを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１，第５，第３および第７の磁気抵抗効果素子の各々における磁気抵抗効果膜および導線は、前記中心領域の中心点を軸として互いに回転対称な位置に設けられており、
前記第４，第８，第２および第６の磁気抵抗効果素子の各々における磁気抵抗効果膜および導線は、前記中心領域の中心点を軸として互いに回転対称な位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１の接続部と一端が接続された第１の引出線と、前記第２の接続部と一端が接続された第２の引出線と、前記第５の接続部と一端が接続された第３の引出線と、前記第６の接続部と一端が接続された第４の引出線とをさらに有し、
前記第１および第２の引出線のうち、一方が前記第５の磁気抵抗効果素子と第８の磁気抵抗効果素子との間に延在すると共に他方が前記第６の磁気抵抗効果素子と第７の磁気抵抗効果素子との間に延在し、
前記第３および第４の引出線のうち、一方が前記第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子との間に延在すると共に他方が前記第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子との間に延在する
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第１および第２の引出線は、同一直線上に位置し、
前記第３および第４の引出線は、前記第１および第２の引出線と直交する同一直線上に位置し、
前記第１から第４の磁気抵抗効果素子における複数の磁気抵抗効果膜は、前記第３および第４の引出線の延在方向に沿って連結されており、
前記第５から第８の磁気抵抗効果素子における複数の磁気抵抗効果膜は、前記第１および第２の引出線の延在方向に沿って連結されている
ことを特徴とする請求項１３記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１から第８の磁気抵抗効果素子における各磁気抵抗効果膜は、磁化固着層と、非磁性の介在層と、前記信号磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層とを順に含み、
前記第１および第３の磁気抵抗効果素子における磁化固着層は、第１の向きに固着された磁化を有し、
前記第２および第４の磁気抵抗効果素子における磁化固着層は、前記第１の向きと反対の第２の向きに固着された磁化を有し、
前記第５および第７の磁気抵抗効果素子における磁化固着層は、前記第１および第２の向きと直交する第３の向きに固着された磁化を有し、
前記第６および第８の磁気抵抗効果素子における磁化固着層は、前記第３の向きと反対の第４の向きに固着された磁化を有する
ことを特徴とする請求項４から請求項１４のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項１６】
基板上に中心領域を取り囲むように配置された第１から第４の磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域に延在する第１の接続部によって互いの一端同士が接続され、
前記第３および第４の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する前記中心領域において前記第１の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第２の接続部により、互いの一端同士が接続され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の他端、および前記第３の磁気抵抗効果素子の他端は、いずれも電源と接続され、
前記第２の磁気抵抗効果素子の他端、および前記第４の磁気抵抗効果素子の他端は、いずれも接地され、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、外部からの信号磁場の変化に応じて互いに反対の増減方向に変化し、
前記第３および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、前記信号磁場の変化に応じて互いに反対の増減方向に変化する
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項１７】
前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第２の磁気抵抗効果素子の他端との間に電圧が印加されたときの前記第１の接続部における電位と、前記第３の磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の磁気抵抗効果素子の他端との間に電圧が印加されたときの前記第２の接続部における電位とに基づき、前記信号磁場の回転角を算出する角度算出回路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１６記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場の変化を高感度に検出可能な磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、制御機器の回路に流れる微小な制御電流を正確に検知するにあたっては、その回路内に抵抗を直列接続し、この抵抗の電圧降下を測定する方法を用いる。しかし、この場合には、制御系とは異なる負荷が加わることとなり制御系に対して何らかの悪影響を与える可能性が生じてしまう。このため、制御電流によって発生する誘導磁場の勾配を検出することによって間接的に測定する方法が用いられている。具体的には、巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect）を発現する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を制御電流による誘導磁場中に配置し、その勾配を検出するようにした磁気センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、これに関連するものとして、ＧＭＲ素子を備えた磁気センサを利用し、金属基板の表面等の探傷を行うようにした技術も提案されている。さらには、地磁気の方位や、ある平面内において回転する磁束の回転角を測定する角度センサとして、ＧＭＲ素子を利用した磁気センサもいくつか開発されている（例えば特許文献２〜４参照。）このようなＧＭＲ素子を用いた磁気センサであれば、比較的検出感度や応答性が向上するうえ、温度変化に対しても安定した検出特性が得られる。特に、誘導磁場の検出を、４つのＧＭＲ素子を含むホイートストンブリッジ回路を用いて行うことにより、ＧＭＲ素子を１つのみ用いて行う場合と比べ、感度および精度をいっそう向上させることができる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５６２１３７７号明細書
【特許文献２】特開２０００−３５４７０号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３５３６号公報
【特許文献４】特表２００５−５３４１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、最近では磁気センサに対する小型軽量化の要求が強まっていることから、検出性能を維持しつつ、より高集積化された磁気センサが求められている。
【０００６】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、磁場の検出性能や動作信頼性を損なうことなく、よりコンパクトな構成を有する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】
【０００７】
本発明の第１の磁気センサは、基板上に中心領域を取り囲むように配置された第１から第４の磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路を備えるものであり、以下の要件（Ａ１）〜（Ａ６）を全て満足するものである。
（Ａ１）第１および第２の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する中心領域に延在する第１の接続部によって互いの一端同士が接続されている。
（Ａ２）第３および第４の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する中心領域において第１の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第２の接続部により、互いの一端同士が接続されている。
（Ａ３）第１の磁気抵抗効果素子の他端と第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続部によって接続されている。
（Ａ４）第２の磁気抵抗効果素子の他端と第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続部によって接続されている。
（Ａ５）第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、外部からの信号磁場の変化に応じて互いに同じ増減方向に変化する。
（Ａ６）第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じて第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対の増減方向に変化する。
ここでいう信号磁場の変化とは、信号磁場の大きさの変化、および各磁気抵抗効果素子に対する信号磁場の相対的な向きの変化（回転）を意味する。
【０００８】
本発明の第１の磁気センサでは、第１の接続部と第２の接続部とが、第１から第４の磁気抵抗効果素子の相互間に位置する中心領域において、厚み方向に離間した状態で交差している。このため、第１の接続部と第２の接続部とが交差しない場合と比べて第１および第２の接続部の面内方向における長さが短縮される。
【０００９】
本発明の第１の磁気センサでは、第３の接続部と第４の接続部との間に電圧が印加されたときの第１の接続部と第２の接続部との間の電位差を検出する差分検出部をさらに備えるようにしてもよい。あるいは、第３の接続部と第４の接続部との間に電圧が印加されたときの第１の接続部および第２の接続部における各々の電位に基づき、信号磁場の回転角を算出する角度算出回路をさらに備えるようにするとよい。
【００１０】
本発明の第２の磁気センサは、基板上に中心領域を取り囲むように配置された第１から第８の磁気抵抗効果素子を備えるものであり、以下の要件（Ｂ１）〜（Ｂ１４）を全て満足するものである。
（Ｂ１）第１から第４の磁気抵抗効果素子は第１のブリッジ回路を構成する。
（Ｂ２）第５から第８の磁気抵抗効果素子は第２のブリッジ回路を構成する。
（Ｂ３）第１および第２の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する中心領域に延在する第１の接続部によって互いの一端同士が接続されている。
（Ｂ４）第３および第４の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する中心領域に延在する第２の接続部によって互いの一端同士が接続されている。
（Ｂ５）第１の磁気抵抗効果素子の他端と第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続部によって接続されている。
（Ｂ６）第２の磁気抵抗効果素子の他端と第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続部によって接続されている。
（Ｂ７）第１および第３の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、外部からの信号磁場の変化に応じて互いに同じ増減方向に変化する。
（Ｂ８）第２および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じて第１および第３の磁気抵抗効果素子とは反対の増減方向に変化する。
（Ｂ９）第５および第６の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する上記中心領域において第１および第２の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第５の接続部により、互いの一端同士が接続されている。
（Ｂ１０）第７および第８の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する上記中心領域において第１および第２の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第６の接続部により、互いの一端同士が接続されている。
（Ｂ１１）第５の磁気抵抗効果素子の他端と第８の磁気抵抗効果素子の他端とが第７の接続部によって接続されている。
（Ｂ１２）第６の磁気抵抗効果素子の他端と第７の磁気抵抗効果素子の他端とが第８の接続部によって接続されている。
（Ｂ１３）第５および第７の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は信号磁場の変化に応じて互いに同じ増減方向に変化する。
（Ｂ１４）第６および第８の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じて第５および第７の磁気抵抗効果素子とは反対の増減方向に変化する。
【００１１】
本発明の第２の磁気センサでは、第１および第２の接続部と、第５および第６の接続部とが、第１から第８の磁気抵抗効果素子の相互間に位置する中心領域において、厚み方向に離間した状態で交差している。このため、第１および第２の接続部と第５および第６の接続部とが交差しない場合と比べて第１，第２，第５および第６の接続部の面内方向における長さが短縮される。
【００１２】
本発明の第２の磁気センサでは、第３の接続部と第４の接続部との間に電圧が印加されたときの第１の接続部と第２の接続部との間の電位差に基づく第１の差分信号を検出すると共に、第７の接続部と第８の接続部との間に電圧が印加されたときの第５の接続部と第６の接続部との間の電位差に基づく第２の差分信号を検出する差分検出部をさらに備えるようにしてもよい。あるいは、第３の接続部と第４の接続部との間に電圧が印加されたときの第１の接続部および第２の接続部における各々の電位と、第７の接続部と第８の接続部との間に電圧が印加されたときの第５の接続部および第６の接続部における各々の電位とに基づき、信号磁場の回転角を算出する角度算出回路をさらに備えるとよい。
【００１３】
本発明の第２の磁気センサでは、第１から第８の接続部は、直線状部分のみ、もしくは複数の直線状部分が互いに直交するように結合したもののみからなるとよい。特に、第１および第２の接続部は互いに平行に延在しており、第５および第６の接続部は第１および第２の接続部と直交する方向に延在しているとよい。
【００１４】
本発明の第２の磁気センサでは、第１から第８の磁気抵抗効果素子は、中心領域の中心点から互いに等しい距離に位置しているとよい。外部からの信号磁場が第１から第８の磁気抵抗効果素子に対し、より均等に及ぶからである。特に、第１および第３の磁気抵抗効果素子が中心領域の中心点を挟むように互いに対角の位置にあり、第２および第４の磁気抵抗効果素子が中心領域の中心点を挟むように互いに対角の位置にあり、第５および第７の磁気抵抗効果素子が中心領域の中心点を挟むように互いに対角の位置にあり、第６および第８の磁気抵抗効果素子が中心領域の中心点を挟むように互いに対角の位置にある場合には、信号磁場の変化に対する磁気的な対称性に優れたものとなる。
【００１５】
本発明の第２の磁気センサでは、第１から第８の磁気抵抗効果素子は、基板上に配列された複数の磁気抵抗効果膜と、それら複数の磁気抵抗効果膜を直列接続する導線とを有し、導線が、各々の磁気抵抗効果膜をその積層方向（厚み方向）において挟み、かつ各々の磁気抵抗効果膜の上面および底面と接するように対向配置された上部電極および下部電極を複数含むようにするとよい。複数の磁気抵抗効果膜を直列に接続することにより、信号磁場の変化を受けた際に各磁気抵抗効果膜の抵抗変化量が加算され、全体としての抵抗変化量が大きなものとなる。また、各磁気抵抗効果膜を厚み方向に挟む上部電極および下部電極によって複数の磁気抵抗効果膜を連結するようにしたので、上部電極を流れる電流によって生ずる誘導磁場と、下部電極を流れる電流によって生ずる誘導磁場とが相互にキャンセルしあうこととなる。特に、それら上部電極および下部電極が、隣り合う磁気抵抗効果膜同士の並び方向に沿って延在していると、より効果的に誘導磁場がキャンセルされる。
【００１６】
さらに、この場合、第１の接続部と一端が接続された第１の引出線および第２の接続部と一端が接続された第２の引出線は、一方が第５の磁気抵抗効果素子と第８の磁気抵抗効果素子との間に延在すると共に他方が第６の磁気抵抗効果素子と第７の磁気抵抗効果素子との間に延在し、第５の接続部と一端が接続された第３の引出線および第６の接続部と一端が接続された第４の引出線は、一方が第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子との間に延在すると共に他方が第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子との間に延在するとよい。特に、第１および第２の引出線が同一直線上に位置し、第３および第４の引出線が第１および第２の引出線と直交する同一直線上に位置し、第１から第４の磁気抵抗効果素子における複数の磁気抵抗効果膜が第３および第４の引出線の延在方向に沿って連結されており、第５から第８の磁気抵抗効果素子における複数の磁気抵抗効果膜が第１および第２の引出線の延在方向に沿って連結されていると、信号磁場の変化に対する各磁気抵抗効果素子の抵抗変化のばらつきがより低減されて検出精度が向上するうえ、さらなるコンパクト化に有利となる。
【００１７】
本発明の第３の磁気センサは、基板上に中心領域を取り囲むように配置された第１から第４の磁気抵抗効果素子を備えるものであり、以下の要件（Ｃ１）〜（Ｃ６）を全て満足するものである。
（Ｃ１）第１および第２の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する中心領域に延在する第１の接続部によって互いの一端同士が接続されている。
（Ｃ２）第３および第４の磁気抵抗効果素子は、それらの間に位置する中心領域において第１の接続部と厚み方向に離間しつつ交差する第２の接続部により、互いの一端同士が接続されている。
（Ｃ３）第１の磁気抵抗効果素子の他端、および第３の磁気抵抗効果素子の他端は、いずれも電源と接続されている。
（Ｃ４）第２の磁気抵抗効果素子の他端、および第４の磁気抵抗効果素子の他端は、いずれも接地されている。
（Ｃ５）第１および第２の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、外部からの信号磁場の変化に応じて互いに反対の増減方向に変化する。
（Ｃ６）第３および第４の磁気抵抗効果素子の各抵抗値は、信号磁場の変化に応じて互いに反対の増減方向に変化する。
【００１８】
本発明の第３の磁気センサでは、第１の接続部と第２の接続部とが、第１から第４の磁気抵抗効果素子の相互間に位置する中心領域において、厚み方向に離間した状態で交差している。このため、第１の接続部と第２の接続部とが交差しない場合と比べて第１および第２の接続部の面内方向における長さが短縮される。
【００１９】
本発明の第３の磁気センサでは、第１の磁気抵抗効果素子の他端と第２の磁気抵抗効果素子の他端との間に電圧が印加されたときの第１の接続部における電位と、第３の磁気抵抗効果素子の他端と第４の磁気抵抗効果素子の他端との間に電圧が印加されたときの第２の接続部における電位とに基づき、信号磁場の回転角を算出する角度算出回路をさらに備えるようにするとよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１から第３の磁気センサによれば、磁気抵抗効果素子同士を繋ぐ複数の接続部が、中心領域において互いに厚み方向に離間した状態で交差するようにしたので、磁気抵抗効果素子の外側の領域に全ての接続部を設ける場合よりもそれら複数の接続部の長さを短くすることができる。したがって、それら複数の接続部の抵抗を低減し、かつ、相互の抵抗のばらつきを低減するのに有利となる。信号磁場の検出性能や動作信頼性を良好に維持しつつ、全体構成の小型化を図ることができる。
【００２１】
特に、中心領域を取り囲むように、各磁気抵抗効果素子を互いに等価な位置に設けるようにすれば、信号磁場が基板に平行な面内において中心領域に含まれる中心点を軸に回転するものである場合、その信号磁場の回転角（向き）による検出感度および検出精度のばらつきを低減することができ、動作信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての磁気センサの全体構成を表す概略図である。
【図２】図１に示した磁気センサにおける回路の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示した磁気センサの要部構成の詳細を表す平面図である。
【図４】図１に示した第１〜第８のＭＲ素子の構成を拡大して表す斜視図である。
【図５】図１に示した第１〜第８のＭＲ素子に含まれるＭＲ膜の積層構造を表す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態としての磁気センサの全体構成を表す概略図である。
【図７】図６に示した磁気センサにおける回路の構成を示す回路図である。
【図８】図７に示した磁気センサの要部構成の詳細を表す平面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態としての磁気センサの全体構成を表す概略図である。
【図１０】図９に示した磁気センサにおける回路の構成を示す回路図である。
【図１１】図１０に示した磁気センサの要部構成の詳細を表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
［第１の実施の形態］
最初に、図１〜図３を参照して、本発明における第１の実施の形態としての磁気センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態の磁気センサの全体構成を表す概略図である。図２は、この磁気センサにおける回路構成を表すものである。図３は、この磁気センサの要部の詳細な構成を表す平面図である。
【００２５】
この磁気センサは、図１に示したように、基板１０の上に、第１から第８の磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子１〜８、端子Ｔ１〜Ｔ８、接続配線Ｌ１〜Ｌ８（図１では一部省略）、差分検出器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２および角度算出回路５０（図１では省略）などが設けられたものである。第１〜第８のＭＲ素子１〜８は、中心領域Ｒ１を取り囲むようにその周辺領域において円を描くように均等に配置されている。そのうち、第１〜第４のＭＲ素子１〜４は第１のブリッジ回路１１（図２）を構成し、第５〜第８のＭＲ素子５〜８は第２のブリッジ回路１２（図２）を構成している。例えば、端子Ｔ１，Ｔ２および端子Ｔ５，Ｔ６は、差分検出部を構成する差分検出器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２（図２）の入力側端子とそれぞれ接続され、端子Ｔ３および端子Ｔ７は電源Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２（図２）とそれぞれ接続され、端子Ｔ４，Ｔ８はいずれも接地されている。
【００２６】
この磁気センサは、例えば基板１０に平行な回転面（ここではＸＹ平面）において回転する信号磁場Ｈｍの回転角θ（後出）を検出するものである。信号磁場Ｈｍは、図１に示したように、磁気センサを挟んで対向配置された一対の磁極ＨＭ１，ＨＭ２によって形成されるものである。一対の磁極ＨＭ１，ＨＭ２が互いの位置関係を保持したままＸＹ平面において磁気センサの中心に位置する中心点ＣＰを軸として回転することにより、信号磁場Ｈｍが回転することとなる。
【００２７】
ここで、図２を参照して、本実施の形態の磁気センサにおける回路構成について説明する。
【００２８】
この磁気センサは、第１のブリッジ回路１１と、第２のブリッジ回路１２と、差分検出器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２と、角度算出回路５０とを備えている。第１のブリッジ回路１１では、第１のＭＲ素子１および第２のＭＲ素子２の一端同士が接続点Ｐ１において接続され、第３のＭＲ素子３および第４のＭＲ素子４の一端同士が接続点Ｐ２において接続され、第１のＭＲ素子１の他端と第４のＭＲ素子４の他端とが接続点Ｐ３において接続され、第２のＭＲ素子２の他端と第３のＭＲ素子３の他端とが接続点Ｐ４において接続されている。ここで、接続点Ｐ３は、端子Ｔ３（図１）を介して電源Ｖｃｃ１と接続されており、接続点Ｐ４は、端子Ｔ４（図１）を介して接地されている。接続点Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ、引出線Ｌ９，Ｌ１０および端子Ｔ１，Ｔ２（図１）などを介して差分検出器ＡＭＰ１の入力側端子と接続されている。この差分検出器ＡＭＰ１は、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電位差（第１および第４のＭＲ素子１，４のそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ１として角度算出回路５０へ向けて出力するものである。なお、図１および図２において符号Ｊ３１を付した矢印は、第１〜第４のＭＲ素子１〜４の各々における磁化固着層３１（後出）の磁化の向きを模式的に表している。すなわち、第１および第３のＭＲ素子１，３の各抵抗値は、外部からの信号磁場Ｈｍの変化に応じて互いに同じ向きに変化し、第２および第４のＭＲ素子２，４の各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じて第１および第３のＭＲ素子１，３とは反対向きに変化することを表している。例えば、信号磁場Ｈｍが回転すると、第１および第３のＭＲ素子１，３では抵抗値が増大し、第２および第４のＭＲ素子２，４では抵抗値が減少するという挙動を示す関係にある。
【００２９】
一方、第２のブリッジ回路１２では、第５のＭＲ素子５および第６のＭＲ素子６の一端同士が接続点Ｐ５において接続され、第７のＭＲ素子７および第８のＭＲ素子８の一端同士が接続点Ｐ６において接続され、第５のＭＲ素子５の他端と第８のＭＲ素子８の他端とが接続点Ｐ７において接続され、第６のＭＲ素子６の他端と第７のＭＲ素子７の他端とが接続点Ｐ８において接続されている。ここで、接続点Ｐ７は、端子Ｔ７（図１）を介して電源Ｖｃｃ２と接続されており、接続点Ｐ８は、端子Ｔ８（図１）を介して接地されている。接続点Ｐ５，Ｐ６は、それぞれ、引出線Ｌ１１，Ｌ１２および端子Ｔ５，Ｔ６（図１）などを介して差分検出器ＡＭＰ２の入力側端子と接続されている。この差分検出器ＡＭＰ２は、接続点Ｐ７と接続点Ｐ８との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電位差（第５および第８のＭＲ素子５，８のそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ２として角度算出回路５０へ向けて出力するものである。第２のブリッジ回路１２についても、符号Ｊ３１を付した矢印が第５〜第８のＭＲ素子５〜８の各々における磁化固着層３１の磁化の向きを模式的に表している。すなわち、第５および第７のＭＲ素子５，７の各抵抗値は、外部からの信号磁場Ｈｍの変化に応じて互いに同じ向きに変化し、第６および第８のＭＲ素子６，８の各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じて第５および第７のＭＲ素子５，７とは反対向きに変化することを表している。例えば、信号磁場Ｈｍが回転すると、第５および第７のＭＲ素子５，７では抵抗値が増大し、第６および第８のＭＲ素子６，８では抵抗値が減少するという挙動を示す関係にある。さらに、第５〜第８のＭＲ素子５〜８における磁化Ｊ３１は、第１〜第４のＭＲ素子１〜４における磁化Ｊ３１と直交する向きとなっているので、磁気センサ全体として、全方位（３６０°）に亘って良好な検出性能を発揮することができる。
【００３０】
基板１００は、磁気センサ全体を支持する矩形状のものであり、例えば、ガラス、硅素（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）またはＡｌＴｉＣ（Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ）などのセラミックスによって構成されている。なお、基板１０を覆うように、例えば酸化硅素（ＳｉＯ2 ）やＡｌ2 Ｏ3 などのセラミックスを含有する絶縁層（図示せず）を設けるようにしてもよい。
【００３１】
第１〜第８のＭＲ素子１〜８は、中心領域Ｒ１の中心点ＣＰから互いに等しい距離に位置しており、それぞれ、上方から眺めた場合に、全体としてつづら折り状に延在している（図３参照）。ここで、第１〜第８のＭＲ素子１〜８は、磁化固着層３１の磁化Ｊ３１の向きを除き、実質的に相互に等しい構造を有している。すなわち、第５，第３および第７のＭＲ素子５，３，７は、いずれも、中心領域Ｒ１における中心点ＣＰを軸として第１のＭＲ素子１と回転対称な構造を有しており、第４，第８，第２および第６のＭＲ素子４，８，２，６は、いずれも、第１のＭＲ素子１と線対称な構造を有している。より具体的には、第１および第３のＭＲ素子１，３は中心領域Ｒ１の中心点ＣＰを挟んで互いに対角に位置し、第２および第４のＭＲ素子２，４は中心点ＣＰを挟んで互いに対角に位置し、第５および第７のＭＲ素子５，７は中心点ＣＰを挟んで互いに対角に位置し、第６および第８のＭＲ素子６，８は中心点ＣＰを挟んで互いに対角に位置している。
【００３２】
図３に示したように、第１および第２のＭＲ素子１，２は、それらの間に位置する中心領域Ｒ１に延在する第１の接続部Ｌ１によって互いの一端同士が接続されている。同様に、第３および第４のＭＲ素子３，４は、中心領域Ｒ１に延在する第２の接続部Ｌ２によって互いの一端同士が接続されている。第１の接続部Ｌ１および第２の接続部Ｌ２は、いずれも例えば上部電極４１（後出）と同じ階層に設けられており、互いに交わることなく平行に（Ｙ軸方向へ）延在している。また、第１のＭＲ素子１の他端と第４のＭＲ素子４の他端とが第３の接続部Ｌ３によって接続され、第２のＭＲ素子２の他端と第３のＭＲ素子３の他端とが第４の接続部Ｌ４によって接続されている。さらに、第１の接続部Ｌ１には、それと直交するようにＸ軸方向へ延在する第１の引出線Ｌ９の一端が接続されており、第２の接続部Ｌ２には、それと直交するようにＸ軸方向へ延在する第２の引出線Ｌ１０の一端が接続されている。より詳細には、第１の引出線Ｌ９は、第１の接続部Ｌ１を始点として中心領域Ｒ１から遠ざかるように第６のＭＲ素子６と第７のＭＲ素子７との間を延在している。第２の引出線Ｌ１０は、第２の接続部Ｌ２を始点として中心領域Ｒ１から遠ざかるように第５のＭＲ素子５と第８のＭＲ素子８との間を延在している。第１および第２の引出線Ｌ９，Ｌ１０は、上述したようにそれぞれ差分検出器ＡＭＰ１の入力側端子と接続されている。
【００３３】
一方、第５および第６のＭＲ素子５，６は、中心領域Ｒ１に延在する第５の接続部Ｌ５によって互いの一端同士が接続されている。同様に、第７および第８のＭＲ素子７，８は、中心領域Ｒ１に延在する第６の接続部Ｌ６によって互いの一端同士が接続されている。第５の接続部Ｌ５および第６の接続部Ｌ６は、互いに平行に（Ｘ軸方向へ）延在しており、第１の接続部Ｌ１および第２の接続部Ｌ２と立体交差している。すなわち、第５の接続部Ｌ５および第６の接続部Ｌ６は、下部電極４２（後出）と同じ階層に設けられており、上部電極４１と同じ階層に位置する第１の接続部Ｌ１および第２の接続部Ｌ２とは厚み方向（Ｚ軸方向）において離間しつつ交差している。ここで、第５の接続部Ｌ５および第６の接続部Ｌ６は、第１の接続部Ｌ１および第２の接続部Ｌ２に対して直交するように延在していることが望ましい。また、第５のＭＲ素子５の他端と第８のＭＲ素子８の他端とが第７の接続部Ｌ７によって接続され、第６のＭＲ素子６の他端と第７のＭＲ素子７の他端とが第８の接続部Ｌ８によって接続されている。さらに、第５の接続部Ｌ５には、それと直交するようにＹ軸方向へ延在する第３の引出線Ｌ１１の一端が接続されており、第６の接続部Ｌ６には、それと直交するようにＹ軸方向へ延在する第４の引出線Ｌ１２の一端が接続されている。より詳細には、第３の引出線Ｌ１１は、第５の接続部Ｌ５を始点として中心領域Ｒ１から遠ざかるように第１のＭＲ素子１と第４のＭＲ素子４との間を延在している。第４の引出線Ｌ１２は、第６の接続部Ｌ６を始点として中心領域Ｒ１から遠ざかるように第２のＭＲ素子２と第３のＭＲ素子３との間を延在している。第３および第４の引出線Ｌ１１，Ｌ１２は、上述したようにそれぞれ差分検出器ＡＭＰ２の入力側端子と接続されている。第１〜第８の接続部Ｌ１〜Ｌ８および第１〜第４の引出線Ｌ９〜Ｌ１２は、いずれも、例えば銅などの非磁性の高導電性材料によって構成されている。
【００３４】
図４は、第１〜第８のＭＲ素子１〜８の一部を拡大して表す斜視図である。第１〜第８のＭＲ素子１〜８は、基板１０上に配列された複数の磁気抵抗効果（ＭＲ）膜３０と、複数のＭＲ膜３０を直列接続する導線４０とを有している。導線４０は、図４に示したように、各々のＭＲ膜３０をその積層方向（Ｚ軸方向）において挟み、かつ各々のＭＲ膜３０の上面および底面と接するように対向配置された上部電極４１および下部電極４２によって構成されている。上部電極４１および下部電極４２は、隣り合うＭＲ膜３０同士の並び方向に沿って延在している。すなわち、全てのＭＲ膜３０が、上部電極４１と下部電極４２とによって交互に連結され、全体として直列に接続されている。上部電極４１および下部電極４２は、いずれも、例えば銅などの非磁性の高導電性材料によって構成されている。
【００３５】
図５に示したように、各ＭＲ膜３０は、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造をなしており、具体的には、一定方向に固着された磁化Ｊ３１を有する磁化固着層３１と、特定の磁化方向を発現しない中間層３２と、信号磁場Ｈｍに応じて変化する磁化Ｊ３３を有する磁化自由層３３とが順に積層されてなるものである。なお、図５は、信号磁場Ｈｍが付与されていない無負荷状態を示している。この場合、磁化自由層３３の磁化Ｊ３３は、それぞれ、自らの磁化容易軸ＡＥ３３と平行をなし、かつ、磁化固着層３１の磁化Ｊ３１と直交した向きとなっている。第１および第３のＭＲ素子１，３における磁化固着層３１は、例えば＋Ｙ方向に固着された磁化Ｊ３１を有し、第２および第４のＭＲ素子２，４における磁化固着層３１は、−Ｙ方向に固着された磁化Ｊ３１を有する。第５および第７のＭＲ素子５，７における磁化固着層３１は、第１〜第４のＭＲ素子１〜４の磁化Ｊ３１と直交するように−Ｘ方向に固着された磁化Ｊ３１を有する。第６および第８のＭＲ素子６，８における磁化固着層３１は、＋Ｘ方向に固着された磁化Ｊ３１を有する。なお、磁化固着層３１，中間層３２および磁化自由層３３は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。
【００３６】
磁化固着層３１は、例えばコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料からなる。なお、磁化固着層３１と隣接するように、中間層３２と反対側に反強磁性層（図示せず）を設けるようにしてもよい。そのような反強磁性層は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されるものである。反強磁性層は、例えば第１のＭＲ素子１においては、＋Ｙ方向のスピン磁気モーメントと−Ｙ方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、隣接する磁化固着層３１の磁化Ｊ３１の向きを、＋Ｙ方向へ固定するように作用する。
【００３７】
中間層３２は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。ＭｇＯからなるトンネルバリア層は、例えば、ＭｇＯからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム（Ｍｇ）の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、ＭｇＯのほか、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ）の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層３２を構成することも可能である。
【００３８】
磁化自由層３３は軟質強磁性層であり、例えばＸ軸方向の磁化容易軸ＡＥ３３を有するものである。磁化自由層３３は、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）あるいはコバルト鉄硼素（ＣｏＦｅＢ）、などによって構成される。
【００３９】
このような構成により、第１のブリッジ回路１１では、例えば電源Ｖｃｃ１から端子Ｔ３を経て読出電流が供給されると、その読出電流は第３の接続部Ｌ３（接続点Ｐ３）を経由して第１および第４のＭＲ素子１，４へ流入する。第１および第４のＭＲ素子１，４では、それぞれ、読出電流が上部電極４１、ＭＲ膜３０、下部電極４２、ＭＲ膜３０、上部電極４１・・・の順序で流れ、全てのＭＲ膜３０を通過したのち、第１の接続部Ｌ１（接続点Ｐ１）もしくは第２の接続部Ｌ２（接続点Ｐ２）へ到達する。そののち、読出電流は、第１および第２の接続部Ｌ１，Ｌ２からそれぞれ第２および第３のＭＲ素子２，３の一端へ流入する。さらに、第２および第３のＭＲ素子２，３を通過して第４の接続部Ｌ４（接続点Ｐ４）および端子Ｔ４を経て接地ＧＮＤへ到達する。
【００４０】
一歩の第２のブリッジ回路１２においても同様に、例えば電源Ｖｃｃ２から端子Ｔ７を経て読出電流が供給されると、その読出電流は第７の接続部Ｌ７（接続点Ｐ７）を経由して第５および第８のＭＲ素子５，８へ流入する。第５および第８のＭＲ素子５，８における各ＭＲ膜３０を通過した読出電流は、第５の接続部Ｌ５（接続点Ｐ５）もしくは第６の接続部Ｌ６（接続点Ｐ６）へ到達する。そののち、読出電流は、第５および第６の接続部Ｌ５，Ｌ６からそれぞれ第６および第７のＭＲ素子６，７の一端へ流入する。さらに、第６および第７のＭＲ素子６，７を通過して第８の接続部Ｌ８（接続点Ｐ８）および端子Ｔ８を経て接地ＧＮＤへ到達する。
【００４１】
この磁気センサを使用し、第１および第２のブリッジ回路１１，１２から得られる差分信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて信号磁場Ｈｍの回転角θを検出する方法について、主に図３を参照して以下に説明する。
【００４２】
まず、第１のブリッジ回路１１において電源Ｖｃｃ１から電流Ｉ１０を流すと、接続点Ｐ３において電流Ｉ１と電流Ｉ２とに分流する。第１および第２のＭＲ素子１，２に電流Ｉ１が流れると、接続点Ｐ１から以下の式（１）で表される電位に関する信号ｅ１が取り出される。
ｅ１＝Ｉ１×Ｒ（θ１）−Ｉ１×Ｒ（θ２）
＝Ｉ１×｛Ｒ（θ１）−Ｒ（θ２）｝  ……（１）
但し、
θ１：信号磁場Ｈｍの向きと、第１のＭＲ素子１における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
θ２：信号磁場Ｈｍの向きと、第２のＭＲ素子２における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
Ｒ（θ１）：角度θ１のときの第１のＭＲ素子１の抵抗値。
Ｒ（θ２）：角度θ２のときの第２のＭＲ素子２の抵抗値。
である。
【００４３】
一方、第３および第４のＭＲ素子３，４に電流Ｉ２が流れると、接続点Ｐ２から以下の式（２）で表される電位に関する信号ｅ２が取り出される。
ｅ２＝Ｉ２×Ｒ（θ３）−Ｉ２×Ｒ（θ４）
＝Ｉ２×｛Ｒ（θ３）−Ｒ（θ４）｝  ……（２）
但し、
θ３：信号磁場Ｈｍの向きと、第３のＭＲ素子３における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
θ４：信号磁場Ｈｍの向きと、第４のＭＲ素子４における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
Ｒ（θ３）：角度θ３のときの第３のＭＲ素子３の抵抗値。
Ｒ（θ４）：角度θ４のときの第４のＭＲ素子４の抵抗値。
である。
【００４４】
したがって、差分信号Ｓ１は、式（１），（２）から、以下の式（３）のように表される。
Ｓ１＝ｅ１−ｅ２
＝Ｉ１×｛Ｒ（θ１）−Ｒ（θ２）｝−Ｉ２×｛Ｒ（θ３）−Ｒ（θ４）｝  ……（３）
【００４５】
同様に、第２のブリッジ回路１２において電源Ｖｃｃ２から電流Ｉ２０を流すと、接続点Ｐ７において電流Ｉ３と電流Ｉ４とに分流する。第５および第６のＭＲ素子５，６に電流Ｉ３が流れると、接続点Ｐ５から以下の式（４）で表される電位に関する信号ｅ３が取り出される。
ｅ３＝Ｉ３×Ｒ（θ５）−Ｉ３×Ｒ（θ６）
＝Ｉ３×｛Ｒ（θ６）−Ｒ（θ６）｝  ……（４）
但し、
θ５：信号磁場Ｈｍの向きと、第５のＭＲ素子５における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
θ６：信号磁場Ｈｍの向きと、第６のＭＲ素子６における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
Ｒ（θ５）：角度θ５のときの第５のＭＲ素子５の抵抗値。
Ｒ（θ６）：角度θ６のときの第６のＭＲ素子６の抵抗値。
である。
【００４６】
一方、第７および第８のＭＲ素子７，８に電流Ｉ４が流れると、接続点Ｐ６から以下の式（５）で表される電位に関する信号ｅ４が取り出される。
ｅ４＝Ｉ４×Ｒ（θ７）−Ｉ４×Ｒ（θ８）
＝Ｉ４×｛Ｒ（θ７）−Ｒ（θ８）｝  ……（５）
但し、
θ７：信号磁場Ｈｍの向きと、第７のＭＲ素子７における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
θ８：信号磁場Ｈｍの向きと、第８のＭＲ素子８における磁化自由層３３の磁化Ｊ３３とのなす角度。
Ｒ（θ７）：角度θ７のときの第７のＭＲ素子７の抵抗値。
Ｒ（θ８）：角度θ８のときの第８のＭＲ素子８の抵抗値。
である。
【００４７】
したがって、差分信号Ｓ２は、式（４），（５）から、以下の式（６）のように表される。
Ｓ２＝ｅ３−ｅ４
＝Ｉ３×｛Ｒ（θ５）−Ｒ（θ６）｝−Ｉ４×｛Ｒ（θ７）−Ｒ（θ８）｝  ……（６）
【００４８】
差分信号Ｓ１，Ｓ２が入力された角度算出回路では、式（３），（６）を用いて以下のような式（７）で表される数値Ｅを算出する。
Ｅ＝Ｓ１／Ｓ２
＝［Ｉ１×｛Ｒ（θ１）−Ｒ（θ２）｝−Ｉ２×｛Ｒ（θ３）−Ｒ（θ４）｝］
／［Ｉ３×｛Ｒ（θ５）−Ｒ（θ６）｝−Ｉ４×｛Ｒ（θ７）−Ｒ（θ８）｝］  ……（７）
【００４９】
ここで、数値Ｅは、温度変化に依存する因子を含まないものであり、電流Ｉ１〜Ｉ４と、角度θ１〜θ８とによってのみ決定されるものである。本実施の形態では、第１〜第８のＭＲ素子１〜８における磁化固着層３１の磁化Ｊ３１の向きは、相対的に固定されている。このため、角度θ２〜θ８の全てを、角度θ１を用いて表現することができる。具体的には、例えば角度θ２〜θ４は、それぞれθ２＝θ１＋π，θ３＝θ１，θ４＝θ１＋πと表現することができる。同様に、角度θ５〜θ８については、それぞれθ５＝θ１−（π／２），θ６＝θ１＋（π／２），θ７＝θ１−（π／２），θ８＝θ１＋（π／２）と表現することができる。
ここで、電流Ｉ１〜Ｉ４については全て等しい値となるように設定し、第１〜第８のＭＲ素子１〜８として同一仕様のもの（信号磁場の回転角θに応じて同じ抵抗値の変化を発現するもの）を用いれば、上記の式（７）は、
Ｅ＝｛Ｒ（θ１）−Ｒ（θ１＋π）＋Ｒ（θ１）−Ｒ（θ１＋π）｝／｛Ｒ（θ１−（π／２））−Ｒ（θ１＋（π／２））−Ｒ（θ１−（π／２））−Ｒ（θ１＋（π／２））｝
＝Ｒ（θ１）／Ｒ（θ１−（π／２））  ……（８）
となる。したがって、測定値に基づく数値Ｅから角度θ１が算出され、結果として、ある基準位置からの信号磁場Ｈｍの回転角θを求めることができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１および第２の接続部Ｌ１，Ｌ２と、第５および第６の接続部Ｌ５，Ｌ６とが、第１から第８のＭＲ素子１〜８の相互間に位置する中心領域Ｒ１において、互いに電気的に絶縁された状態で立体交差している。このため、第１および第２の接続部Ｌ１，Ｌ２と第５および第６の接続部Ｌ５，Ｌ６とが交差しない場合と比べて第１，第２，第５および第６の接続部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６の面内方向における長さを短縮することができる。特に、第１，第２，第５および第６の接続部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６を直線状に延在する部分のみによって構成したうえ、第１および第２の接続部Ｌ１，Ｌ２を互いに平行とし、第５および第６の接続部Ｌ５，Ｌ６をそれら第１および第２の接続部Ｌ１，Ｌ２と直交する方向に延在させるようにしたので、第１，第２，第５および第６の接続部Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６の面内方向における長さをよりいっそう短縮することができる。そのうえ、この磁気センサ全体における、第１〜第８の接続部Ｌ１〜Ｌ８を含む配線の抵抗に関する中心点ＣＰを中心とした対称性を向上させることができる。このような配線抵抗に関する対称性の向上については、第３，第４，第７，第８の接続部Ｌ３，Ｌ４，Ｌ７，Ｌ８の平面形状の対称性や、第１〜第４の引出線Ｌ９〜Ｌ１２の平面形状の対称性なども寄与している。このような理由により、第１〜第８の接続部Ｌ１〜Ｌ８の占有面積を削減して抵抗を低減し、かつ、相互の抵抗のばらつきを低減することができる。よって、信号磁場Ｈｍの回転角θの検出性能や検出動作の信頼性を良好に維持しつつ、全体構成の小型化を図ることができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態では、第１から第８のＭＲ素子１〜８を中心領域Ｒ１の中心点ＣＰから等距離に配置したので、外部からの信号磁場Ｈｍが第１から第８のＭＲ素子１〜８に対し、より均等に及ぶようになっている。そのうえ、中心点ＣＰを挟むように、信号磁場Ｈｍの変化に対して互いに同じ向きの抵抗変化を示す一対のＭＲ素子を対角配置するようにしたので、信号磁場Ｈｍの変化に対する磁気的な対称性を向上させることができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、第１〜第８のＭＲ素子１〜８において、基板１０上に配列された複数のＭＲ膜３０の各々の上面および底面と接するように複数の上部電極４１および下部電極４２を対向配置し、それら複数のＭＲ膜３０を直列接続するようにした。複数のＭＲ膜３０を直列接続することにより、信号磁場Ｈｍの変化を受けた際の各ＭＲ膜３０の抵抗変化量を加算し、全体としての抵抗変化量を増大させることができる。また、各ＭＲ膜３０を挟んで互いに異なる階層に上部電極４１および下部電極４２を設けるようにしたので、上部電極４１を流れる読出電流によって生ずる誘導磁場と、下部電極４２を流れる読出電流によって生ずる誘導磁場とを相殺させることができる。さらに、それら上部電極４１および下部電極４２が、隣り合うＭＲ膜３０同士の並び方向に沿って（同一の方向に）延在する部分を設けるようにしたので、より効果的に誘導磁場をキャンセルさせることができる。
【００５３】
［第２の実施の形態］
続いて、図６〜図８を参照して、本発明における第２の実施の形態としての磁気センサの構成について説明する。図６は、本実施の形態の磁気センサの全体構成を表す概略図であり、図７は、この磁気センサの回路構成を表すものであり、図８は、この磁気センサの要部の詳細な構成を表す平面図である。
【００５４】
本実施の形態の磁気センサは、電源と接地との間において直列接続された一対のＭＲ素子を有するハーフブリッジ回路を、２つ備えるものである。それ以外の点については、上記第１の実施の形態と実質的に同様の構成を備える。なお、本実施の形態において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００５５】
この磁気センサは、図６に示したように、基板１０の上に、第１から第４のＭＲ素子６１〜６４、端子Ｔ６１〜Ｔ６６、第１〜第６の接続部Ｌ１３〜Ｌ１８、引出線Ｌ１９，Ｌ２０（図６では一部省略）、角度算出回路５０（図１では省略）などが設けられたものである。第１〜第４のＭＲ素子６１〜６４は、中心領域Ｒ１を取り囲むようにその周辺領域において円を描くように均等に配置されている。そのうち、第１および第２のＭＲ素子６１，６２は第１のハーフブリッジ回路１３（図７）を構成し、第３および第４のＭＲ素子６３，６４は第２のハーフブリッジ回路１４（図７）を構成している。
【００５６】
第１のハーフブリッジ回路１３では、第１のＭＲ素子６１および第２のＭＲ素子６２の一端同士が接続点Ｐ９（第１の接続部Ｌ１３）において接続され、第１のＭＲ素子６１の他端（接続点Ｐ９とは反対側の端部）は第３の接続部Ｌ１５および端子Ｔ６１（図６参照）を介して電源Ｖｃｃ１と接続され、第２のＭＲ素子６２の他端（接続点Ｐ９とは反対側の端部）は第４の接続部Ｌ１６および端子Ｔ６２（図６参照）を介して接地されている。接続点Ｐ９は、第１の引出線Ｌ１９および端子Ｔ６５（図６参照）などを介して角度算出回路５０と接続されている。また、第１および第２のＭＲ素子６１，６２では、磁化固着層３１の磁化Ｊ３１の向きは（Ｘ軸方向において）互いに逆向きとなっている。よって、第１および第２のＭＲ素子６１，６２の各抵抗値は、外部からの信号磁場Ｈｍの変化に応じて互いに反対向きに変化する。例えば、信号磁場Ｈｍが回転すると、第１のＭＲ素子６１では抵抗値が増大し、第２のＭＲ素子６２では抵抗値が減少するという挙動を示す。
【００５７】
一方、第２のハーフブリッジ回路１４では、第３のＭＲ素子６３および第４のＭＲ素子６４の一端同士が接続点Ｐ１０（第２の接続部Ｌ１４）において接続され、第３のＭＲ素子６３の他端は第５の接続部Ｌ１７および端子Ｔ６３を介して電源Ｖｃｃ２と接続され、第４のＭＲ素子６４の他端は第６の接続部Ｌ１８および端子Ｔ６４を介して接地されている。接続点Ｐ１０は、引出線Ｌ２０および端子Ｔ６６（図６参照）などを介して角度算出回路５０と接続されている。また、第３および第４のＭＲ素子６３，６４では、磁化固着層３１の磁化Ｊ３１の向きは（Ｙ軸方向において）互いに逆向きとなっている。よって、第３および第４のＭＲ素子６３，６４の各抵抗値は、外部からの信号磁場Ｈｍの変化に応じて互いに反対向きに変化する。例えば、信号磁場Ｈｍが回転すると、第３のＭＲ素子６３では抵抗値が増大し、第４のＭＲ素子６４では抵抗値が減少するという挙動を示す。さらに、第３および第４のＭＲ素子６３，６４における磁化Ｊ３１は、第１および第２のＭＲ素子６１，６２における磁化Ｊ３１と直交する向きとなっているので、磁気センサ全体として、全方位（３６０°）に亘って良好な検出性能を発揮することができる。
【００５８】
このような構成の磁気センサでは、電源Ｖｃｃ１から第１および第２のＭＲ素子６１，６２へ読出電流を流すと接続点Ｐ９から電位に関する信号Ｓ３が取り出される。同様に、電源Ｖｃｃ２から第３および第４のＭＲ素子６３，６４へ読出電流を流すと接続点Ｐ１０から電位に関する信号Ｓ４が取り出される。角度算出回路５０において、これらの信号Ｓ３，Ｓ４に基づき、ある基準位置からの信号磁場Ｈｍの回転角θを求めることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様に信号磁場Ｈｍの回転角θの検出性能や検出動作の信頼性を良好に維持しつつ、全体構成の小型化を図ることができる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
続いて、図９〜図１１を参照して、本発明における第３の実施の形態としての磁気センサの構成について説明する。図９は、本実施の形態の磁気センサの全体構成を表す概略図であり、図１０は、この磁気センサの回路構成を表すものであり、図１１は、この磁気センサの要部の詳細な構成を表す平面図である。
【００６１】
上記第１および第２の実施の形態では２つのフルブリッジ回路（第１および第２のブリッジ回路１１，１２）、または２つのハーフブリッジ回路（第１および第２のハーフブリッジ回路１３，１４）を用いて全方位（０°〜３６０°）における信号磁場Ｈｍの回転角θを求めるようにした。しかしながら、回転角θが０〜１８０°の範囲に限定されているのであれば、図９〜図１１に示した本実施の形態の磁気センサを利用することができる。
【００６２】
この磁気センサは、図９に示したように、基板１０の上に、第１から第４のＭＲ素子７１〜７４、端子Ｔ７１〜Ｔ７４、第１〜第６の接続線Ｌ７１〜Ｌ７６、引出線Ｌ７７，Ｌ７８、角度算出回路５０（図９では省略）などが設けられたものである。第１〜第４のＭＲ素子７１〜７４は、中心領域Ｒ１を取り囲むようにその周辺領域において円を描くように均等に配置されている。第１〜第４のＭＲ素子７１〜７４は、ブリッジ回路７０（図１０）を構成している。
【００６３】
ブリッジ回路７０では、第１のＭＲ素子７１および第２のＭＲ素子７２の一端同士が接続点Ｐ１１（第１の接続線Ｌ７１）において接続され、第３のＭＲ素子７３および第４のＭＲ素子７４の一端同士が接続点Ｐ１２（第２の接続線Ｌ７２）において接続されている。第１および第２の接続線Ｌ７１，Ｌ７２は、いずれも、中心領域Ｒ１に設けられている。さらに、第１のＭＲ素子７１の他端と第４のＭＲ素子７４の他端とが第３の接続線Ｌ７３および第５の接続線Ｌ７５を介して接続点Ｐ１３（端子Ｔ７１）において接続され、第２のＭＲ素子７２の他端と第３のＭＲ素子７３の他端とが第４の接続線Ｌ７４および第６の接続線Ｌ７６を介して接続点Ｐ１４（端子Ｔ７２）において接続されている。
【００６４】
さらに、第１の接続線Ｌ７１には、それと直交するようにＹ軸方向へ延在する第１の引出線Ｌ７７の一端が接続されており、第２の接続線Ｌ７２には、それと直交するようにＹ軸方向へ延在する第２の引出線Ｌ７８の一端が接続されている。より詳細には、第１の引出線Ｌ７７は、第１の接続線Ｌ７１を始点として中心領域Ｒ１から遠ざかるように第１のＭＲ素子７１と第４のＭＲ素子７４との間を延在し、端子Ｔ７３（図９）と接続されている。第２の引出線Ｌ７８は、第２の接続部Ｌ７２を始点として中心領域Ｒ１から遠ざかるように第１のＭＲ素子７１と第３のＭＲ素子７３との間を延在し、端子Ｔ７４（図９）と接続されている。第１および第２の引出線Ｌ７７，Ｌ７８は、端子Ｔ７３，Ｔ７４を介してそれぞれ差分検出器ＡＭＰ１の入力側端子と接続されている。第１および第４のＭＲ素子７１，７４の他端は接続点Ｐ１３（端子Ｔ７１）を介して電源Ｖｃｃ１と接続され、第２および第３のＭＲ素子７２，７３の他端は接続点Ｐ１４（端子Ｔ７２）を介して接地されている。
【００６５】
また、第１および第３のＭＲ素子７１，７３では、磁化固着層３１の磁化Ｊ３１は互いに同じ方向（＋Ｙ方向）となっている。よって、第１および第３のＭＲ素子７１，７３の各抵抗値は、外部からの信号磁場Ｈｍの変化に応じて互いに同じ増減方向に変化する。同様に、第２および第４のＭＲ素子７２，７４においても、磁化固着層３１の磁化Ｊ３１は互いに同じ方向（−Ｙ方向）となっている。よって、第２および第４のＭＲ素子７２，７４の各抵抗値は、外部からの信号磁場Ｈｍの変化に応じて互いに同じ増減方向に変化する。したがって、例えば、信号磁場Ｈｍが回転すると、第１および第３のＭＲ素子７１，７３では抵抗値が増大し、第２および第４のＭＲ素子７２，７４では抵抗値が減少するという挙動を示す。
【００６６】
このような構成の磁気センサでは、電源Ｖｃｃ１から第１〜第４のＭＲ素子７１〜７４へ読出電流を流すと接続点Ｐ１１，Ｐ１２から電位に関する差分信号Ｓ１が取り出される。この差分信号Ｓ１に基づき、ある基準位置からの信号磁場Ｈｍの回転角θを求めることができる。本実施の形態の磁気センサにおいても、第１の接続線Ｌ７１と第２の接続線Ｌ７２とが第１〜第４のＭＲ素子７１〜７４の相互間に位置する中心領域Ｒ１において、互いに電気的に絶縁された状態で立体交差している。第１の接続線Ｌ７１と第２の接続線Ｌ７２とが交差しない場合と比べて第１および第３の接続線Ｌ７１，Ｌ７３の面内方向における長さを短縮することができる。そのうえ、この磁気センサ全体における、第１〜第６の接続線Ｌ７１〜Ｌ７６を含む配線の抵抗に関する中心点ＣＰを中心とした対称性を向上させることができる。このような理由により、第１〜第６の接続線Ｌ７１〜Ｌ７６の占有面積を削減して抵抗を低減し、かつ、相互の抵抗のばらつきを低減することができる。よって、信号磁場Ｈｍの回転角θ（０〜１８０°の範囲に限る）の検出性能や検出動作の信頼性を良好に維持しつつ、全体構成の小型化を図ることができる。また、本実施の形態の磁気センサを２つ組み合わせることで、第１の実施の形態の磁気センサと同様の機能を発揮させることもできる。すなわち、正弦波信号（Ｓｉｎ信号）を発生するフルブリッジ回路としての第１の磁気センサと、余弦波信号（Ｃｏｓ信号）を発生するフルブリッジ回路としての第２の磁気センサとを空間上の異なる位置にそれぞれ配置して組み合わせて使用してもよい。その場合、第１の実施の形態と比較して、２つのフルブリッジ回路を分散して配置できることから、空間を有効に利用するのに適している。また、本実施の形態の磁気センサを２つ組み合わせることで、第１の実施の形態の磁気センサと同様の機能を発揮させることもできる。すなわち、正弦波信号（Ｓｉｎ信号）を発生するフルブリッジ回路としての第１の磁気センサと、余弦波信号（Ｃｏｓ信号）を発生するフルブリッジ回路としての第２の磁気センサとを空間上の異なる位置にそれぞれ配置して組み合わせて使用してもよい。その場合、第１の実施の形態と比較して、２つのフルブリッジ回路を分散して配置できることから、空間を有効に利用するのに適している。
【００６７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記第１の実施の形態では、第１および第２のブリッジ回路の各中点（接続点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ５，Ｐ６）の電位の差分を求める差分検出部（差分検出器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２）を備えるようにしたが、本発明ではそのような差分検出部を設けなくともよい。すなわち、差分検出そのものを行わず、各電位から直接的に角度を算出するようにしてもよい。あるいは、角度算出回路において差分検出を行うようにしてもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態等では、ＭＲ素子としてトンネルＭＲ素子を例に挙げて説明するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＰＰ型のＧＭＲ素子を採用することもできる。その場合、介在層を、トンネルバリア層ではなく、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）、あるいはクロム（Ｃｒ）などの高導電性の非磁性材料層とする必要がある。
【００６９】
また、上記実施の形態等では、ある回転面（ＭＲ素子の積層面に平行な面）において回転する信号磁場の向きを検出する角度センサとして利用される磁気センサを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の磁気センサは、例えば、磁気センサとして一定方向へ印加される信号磁場の大きさを検出するものとして利用することもできる。
【符号の説明】
【００７０】
１〜８…第１〜第８のＭＲ素子、６１〜６４…第１〜第４のＭＲ素子、１０…基板、１１…第１のブリッジ回路、１２…第２のブリッジ回路、３０…ＭＲ膜、３１…磁化自由層、３２…中間層、３３…磁化固着層、４０…導線、４１…上部電極、４２…下部電極、５０…角度算出回路、Ｌ１〜Ｌ８…第１〜第８の接続部、Ｌ９〜Ｌ１２…第１〜第４の引出線、Ｌ１３〜Ｌ１８…第１〜第６の接続部、Ｌ１９，Ｌ２０…第１および第２の引出線、Ｈｍ…信号磁場、Ｐ１〜Ｐ１０…接続点、Ｒ１…中心領域、ＣＰ…中心点。
【図１】
2011047929.tif 000003
【図２】
2011047929.tif 000004
【図３】
2011047929.tif 000005
【図４】
2011047929.tif 000006
【図５】
2011047929.tif 000007
【図６】
2011047929.tif 000008
【図７】
2011047929.tif 000009
【図８】
2011047929.tif 000010
【図９】
2011047929.tif 000011
【図１０】
2011047929.tif 000012
【図１１】
2011047929.tif 000013