(57)【要約】【課題】高い磁気感度を保ちつつ、測定可能な磁場レンジを拡張させる。【解決手段】基板１０と、基板１０上に形成され、磁化自由層２１、非磁性層２２及び磁化固定層２３を有する素子部２０と、素子部２０と電気的に絶縁された磁場発生部７０と、磁気収束部３０と、を備えた磁気センサ１において、磁場発生部７０は、断面視した際に、素子部２０の上部に位置する第１部分７１と、磁気収束部３０の下部に位置する第２部分７２と、を有し、磁場発生部７０の第１部分７１を流れる電流と、磁場発生部７０の第２部分７２を流れる電流は互いに逆向きとなるようにする。【選択図】      図１Ａ
2019086290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を有する素子部と、
前記素子部と電気的に絶縁された磁場発生部と、
磁気収束部と、を備え、
前記磁場発生部は、断面視した際に、前記素子部の上部に位置する第１部分と、前記磁気収束部の下部に位置する第２部分と、を有し、
前記磁場発生部の第１部分を流れる電流と、該磁場発生部の第２部分を流れる電流は互いに逆向きである磁気センサ。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を有する素子部と、
前記素子部と電気的に絶縁された磁場発生部と、
磁気収束部と、を備え、
前記磁場発生部は、断面視した際に、前記素子部の下部に位置する第１部分と、前記磁気収束部の上部に位置する第２部分と、を有し、
前記磁場発生部の第１部分を流れる電流と、該磁場発生部の第２部分を流れる電流は互いに逆向きである磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気収束部を複数備え、前記素子部は、上面視で前記複数の磁気収束部間に存在する請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁場発生部の前記第１部分の感磁軸方向の長さＷＣＬと前記磁化自由層の感磁軸方向の長さＬＭＲとは、
ＷＣＬ≧ＬＭＲ
を満たす、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１部分の感磁軸方向の長さＷＣＬと前記複数の磁気収束部の間隔ＤＦＣとは、
ＷＣＬ≦ＤＦＣ
を満たす、請求項３又は請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁場発生部は、前記第１部分及び前記第２部分とは別に、前記磁気収束部を挟んで前記第２部分とは逆側に配置され、前記第２部分とは逆向きに電流が流れる第３部分を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁場発生部は、前記第２部分と前記第３部分とをそれぞれ複数有し、
前記第１部分と前記第２部分と前記第３部分とが電気的に接続されている請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１部分と前記第２部分とは、電気的に直列に接続されている請求項１から請求項７の何れか一項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記磁場発生部に流れる電流が、外部からの磁場を打ち消すように駆動する電気回路を有する請求項１から請求項８の何れか一項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁場を検出する磁気センサとして、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）効果やＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）効果を用いたスピンバルブ型ＭＲ磁気センサがある。
スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、非磁性体を強磁性体で挟んだ構造（強磁性体／非磁性／強磁性体）を有し、一方の磁性体の磁化を反強磁性体で固定（磁化固定層）し、もう一方の強磁性体（磁化自由層）の磁化は外部磁場に対して自由に回転できる構造が一般的である（スピンバルブ構造）。スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、外部磁場Ｈが加わり、磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化との相対角が変化すると、非磁性体である中間層を流れる電流が変化するため、磁場を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、微小な磁場で大きな磁気抵抗（ＭＲ）変化を示すことが知られており、主にハードディスクの磁気ヘッド等に用いられている。また、スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、ホール効果を用いた磁気センサ（ホール素子）と比較して高感度であること、つまり微小磁場の検出が可能であることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ＭＲセンサには他の方式があり、例えばＡＭＲ（異方性磁気抵抗）効果を利用したＡＭＲ磁気センサがある。ＡＭＲ磁気センサ（ＡＭＲ素子）はＧＭＲ磁気センサやＴＭＲ磁気センサと比較して感度は小さいが、ノイズ特性が優れており、磁気検出能はＧＭＲ磁気センサやＴＭＲ磁気センサと比較しても同等レベルである（例えば、特許文献３参照）。
また、磁気抵抗素子を用いた電流センサにおいて、フィードバックコイルを用いて環境磁場の影響をキャンセルする方法等も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９９７６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１３８３号公報
【特許文献３】特許第５０４４０７０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１５／０２５３４１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようなＧＭＲ効果やＴＭＲ効果を用いたスピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、ホール素子やＡＭＲ素子に比べて磁気感度が高いという特徴を持つ。
スピンバルブ型ＭＲ磁気センサの場合、内部の磁性体のスピンの相対角度の変化によって抵抗変化が起こるため、原理的に、一定以上の磁場が印加されると抵抗変化が止まる。ＭＲセンサの感度が上がることは、スピンの相対角度が変化しやすくなることを意味するので、すなわち測定可能な磁場レンジは狭くなる。
生体から発生する磁場等、非常に微小な磁場を検出可能な感度にすると、地磁気のレベルに対して測定可能な磁場レンジのレベルが非常に小さくなり、上手く動作させることできない。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高い磁気感度を保ちつつ、測定可能な磁場レンジを拡張させることの可能な磁気センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁気センサは、基板と、前記基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を有する素子部と、前記素子部と電気的に絶縁された磁場発生部と、磁気収束部と、を備え、前記磁場発生部は、断面視した際に、前記素子部の上部に位置する第１部分と、前記磁気収束部の下部に位置する第２部分と、を有し、前記磁場発生部の第１部分を流れる電流と、該磁場発生部の第２部分を流れる電流は互いに逆向きであることを特徴としている。
本発明の他の態様に係る磁気センサは、基板と、前記基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を有する素子部と、前記素子部と電気的に絶縁された磁場発生部と、磁気収束部と、を備え、前記磁場発生部は、断面視した際に、前記素子部の下部に位置する第１部分と、前記磁気収束部の上部に位置する第２部分と、を有し、前記磁場発生部の第１部分を流れる電流と、該磁場発生部の第２部分を流れる電流は互いに逆向きであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、優れた感度特性を保ちつつ、測定可能な磁場レンジを拡張させることの可能な磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の第一実施形態に係る磁気センサの一例を示す上面模式図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す磁気センサの断面模式図である。
【図２】磁気センサで形成されたフルブリッジ回路を備えた磁気センサの一例を示す構成図である。
【図３Ａ】第二実施形態に係る磁気センサの一例を示す上面模式図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す磁気センサの断面模式図である。
【図４Ａ】第三実施形態に係る磁気センサの一例を示す上面模式図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す磁気センサの断面模式図である。
【図５Ａ】第四実施形態に係る磁気センサの一例を示す上面模式図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す磁気センサの断面模式図である。
【図６Ａ】第五実施形態に係る磁気センサの一例を示す上面模式図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す磁気センサの断面模式図である。
【図７】第六実施形態に係る磁気センサの一例を示す上面模式図である。
【図８Ａ】実施例１に係る磁性体群の一例を示す上面模式図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す磁性体群の断面模式図である。
【図９Ａ】実施例２に係る磁性体群の一例を示す上面模式図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す磁性体群の断面模式図である。
【図１０Ａ】実施例３に係る磁性体群の一例を示す上面模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す磁性体群の断面模式図である。
【図１１Ａ】実施例４に係る磁性体群の一例を示す上面模式図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す磁性体群の断面模式図である。
【図１２Ａ】比較例１に係る磁性体群の一例を示す上面模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す磁性体群の断面模式図である。
【図１３Ａ】比較例２に係る磁性体群の一例を示す上面模式図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示す磁性体群の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
【００１１】
＜磁気センサ＞
本発明の第一の態様に係る磁気センサは、基板と、基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を有する素子部と、素子部と電気的に絶縁された磁場発生部と、磁気収束部と、を備え、磁場発生部は、断面視した際に、素子部の上部に位置する第１部分と、磁気収束部の下部に位置する第２部分と、を有し、磁場発生部の第１部分を流れる電流と、磁場発生部の第２部分を流れる電流は互いに逆向きであることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の第二の態様に係る磁気センサは、基板と、基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を有する素子部と、素子部と電気的に絶縁された磁場発生部と、磁気収束部と、を備え、磁場発生部は、断面視した際に、素子部の下部に位置する第１部分と、磁気収束部の上部に位置する第２部分と、を有し、磁場発生部の第１部分を流れる電流と、磁場発生部の第２部分を流れる電流は互いに逆向きである。
本発明の第一の態様及び第二の態様に係る磁気センサによれば、後述の実施形態に示すように、磁場発生部によって発生する磁場のうち、外部からの磁場を打ち消す方向の磁場を増幅するように素子部、磁気収束部及び磁場発生部を配置し、形状を決定することができるため、優れた感度特性を持つ磁気センサを実現できる。
【００１３】
ここで素子部の上部とは、断面視で、基板とは逆側の素子部終端面よりも上側の領域を指す。上面視にて、第１部分の少なくとも一部が素子部と重なる部分を有する場合、素子部の上部にあるとみなす。また、素子部の下部とは、断面視で、基板側の素子部終端面よりも下側の領域を指す。上面視にて、第１部分の少なくとも一部が素子部と重なる部分を有する場合、素子部の下部にあるとみなす。
またここで磁気収束部の上部とは、断面視で、基板とは逆側の磁気収束部終端面よりも上側の領域を指す。上面視にて、第２部分の少なくとも一部が磁気収束部と重なる部分を有する場合、磁気収束部の上部にあるとみなす。また磁気収束部の下部とは、断面視で、基板側の磁気収束部終端面よりも下側の領域を指す。上面視にて、第２部分の少なくとも一部が磁気収束部と重なる部分を有する場合、磁気収束部の下部にあるとみなす。
【００１４】
＜磁気センサの構成部の説明＞
以下、本発明の第一の態様及び第二の態様に係る磁気センサの各構成部について、例を挙げて説明する。
（Ａ）基板
基板は、素子部との絶縁ができる材料であれば、特に制限されない。導電性基板上に絶縁膜が形成されたものを基板としてもよい。通常利用される基板として、ガラスや、シリコン（Ｓｉ）基板上にＳｉＯ２熱酸化膜を形成したものが挙げられる。
（Ｂ）素子部
素子部は、磁化自由層と、非磁性層と、非磁性層上に形成された磁化固定層と、を有し、第一の方向に延びる感磁軸を有する。
【００１５】
素子部の積層順は、磁化自由層と、非磁性層と、磁化固定層とが、この順で積層されることが望ましいが、積層順序は問わない。また、感度向上の観点から、非磁性層は絶縁性の材料で形成されていることが望ましい。
第一の方向に延びる感磁軸とは、外部磁場に対する感度が最大となる方向が第一の方向である感磁軸を意味する。
例えば、外部磁場Ｂの印加方向と感磁軸とが角度θだけ傾いているとき、磁気センサが感じる実効的な磁場Ｂｅｆｆは、「Ｂｅｆｆ＝Ｂｃｏｓθ」で表される。θ＝０、すなわち外部磁場の印加方向と感磁軸の方向が一致している時、実効的な磁場が最大となるので、最も感度よく外部磁場を検知できる。
【００１６】
磁化自由層と同一平面内の所定の方向において、磁気センサに対して、外部磁場を増減させながら印加する。この時の外部磁場の変化に対する抵抗値の変化の傾きを、所定の方向における磁気センサの感度とする。
外部磁場の変化に対する抵抗値の変化の傾きを、最大の抵抗値と最小の抵抗値との間における最低３点以上で算出し、抵抗値の変化の傾き（つまり、感度）が最大となる方向を、磁気センサの素子部の感磁軸とみなす。
【００１７】
素子部は、三つの層（磁化自由層、非磁性層、及び磁化固定層）の上又は下、又は三つの層間に他の層が挿入されていてもよい。
素子部の最上部には、酸化防止の観点から、非磁性のキャップ層を備えていることが好ましい。非磁性のキャップ層は、配線部との接続の観点から、Ａｕ、Ｒｕなどの導電性材料であることが好ましい。また、密着性の観点から、キャップ層と、磁化自由層又は磁化固定層との間にＴｉ、Ｔａなどの金属層を備えていることが望ましい。
【００１８】
素子部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、スパッタ法により形成することができる。また、複数の素子部を形成する場合、基板上に形成された積層膜を、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材を用いてドライエッチングやウェットエッチングすることにより形成することができる。
この時、素子部の途中でエッチングを停止させることにより、素子部の形状を制御してもよい。この場合、エッチング停止点より上側の層が、エッチング停止点の下側の層の上に複数部分に分かれて形成されていてもよい。
【００１９】
また、エッチング停止点は任意に設定することができる。例えば、上側の層に磁化自由層と非磁性層の一部が含まれ、下側の層に非磁性層の一部、磁化固定層が含まれていてもよい。
また、上側の層に磁化自由層、非磁性層、磁化固定層、が含まれ、下側の層はそれ以外の層（例えばＴａ、Ｒｕなど）で構成されていてもよい。
また、磁化固定層の位置は限定されない。磁気収束部の形状と、磁化自由層の形状と、これらの位置関係とによって、磁化自由層内での磁化分布は変化する。例えば、後述の図１や図５に示すように、磁化固定層（２３）を配置することができる。特に、磁化自由層（２１）と磁気収束部（３０Ｒ、３０Ｌ）とが非常に近い位置に配置され、且つ磁化自由層の面積が大きい場合には、図５に示すように磁化固定層を磁気収束部に近づけるような配置とすることによって、より高い感度が得られる。一方、磁化自由層と磁気収束部との距離が比較的遠い場合や、磁化自由層の面積が小さい場合には、図１に示すように、磁化固定層を感磁軸方向でみた時の磁化自由層の中央付近に配置することによって、より高い感度が得られる。
【００２０】
積層膜の磁化容易軸を決定するために、磁化容易軸にしたい方向と平行に、成膜中に磁場を印加してもよい。
ここで、磁化容易軸とは、磁性体のもつ磁気異方性の特性により、磁化されやすい方向のことを意味する。磁気異方性は、磁性体の形状によって決まる形状磁気、結晶方位によって決まる形状磁気異方性、磁性原子の配列によって起こる誘導磁気異方性などにより決定される。
また、積層膜を成膜後に、磁場中で熱処理を行うことで、磁化容易軸を決定してもよい。
また、磁化自由層を上面視で細長い形状に加工することで、磁化容易軸を決定してもよい。
また、磁化自由層の面積は、磁化固定層の面積よりも大きいことが好ましい。ここで、磁化自由層の面積、また、磁化固定層の面積とは、磁気センサを上面視した際の各層の面積を意味する。磁化自由層上に磁化固定層を作製する場合、上面視で磁化固定層の面積を磁化自由層の面積よりも小さくした方が、より単純な加工プロセスで磁気センサを作製することができる。
【００２１】
（Ｂ−１）磁化自由層
磁化自由層は、外部磁場によって容易に磁化される強磁性材料で主に構成される。磁化自由層は、一つの材料で構成される必要はなく、多層膜であってもよい。強磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＳｉＢなどが用いられるがこの限りではない。磁気感度向上のため、磁化自由層中にＲｕやＴａなどの非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。なお、磁化自由層の微細加工形状は問わない。
本明細書中では、磁化自由層の感磁軸方向の長さに関して、最も長い距離を、磁化自由層の感磁軸方向の長さＬＭＲと定義する。
【００２２】
（Ｂ−２）非磁性層
非磁性層は、絶縁性の非磁性材料で構成される。一般的に、ＴＭＲ素子の場合はＡｌ２Ｏ３やＭｇＯ等の絶縁材料が用いられるが、この限りではない。高磁気感度化のため、非磁性層にＭｇＯを利用することが好ましい。なお、非磁性層の微細加工形状は問わない。
【００２３】
（Ｂ−３）磁化固定層
磁化固定層は、外部磁場によって磁化方向が容易に変化しないように、強磁性材料を主に用いて構成される。磁化固定層は、一つの材料で構成される必要はなく、多層膜であってもよい。一例としては、磁化固定層は、強磁性材料を反強磁性材料でピン止めした構造が用いられる。軟磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅなどが用いられるがこの限りではない。磁気感度向上のため、磁化固定層中にＲｕやＴａなどの非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。また、反強磁性材料としてＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどが用いられるが、この構成に限定されない。なお、磁化固定層の微細加工形状は問わない。
【００２４】
（Ｃ）磁気収束部
磁気収束部は膜厚方向が磁化困難軸方向となっている軟磁性体材料により構成される。軟磁性体材料として、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅＣｕＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＮｉＦｅＮｂなどが挙げられるがこの限りではない。
磁気収束部はスパッタ法やめっきによって作成することができる。
磁気センサにおいて、より高い感度を得るためには、磁気収束部の感磁軸方向の反磁界が小さいことが望ましい。
また、磁気センサにおいて、より高い感度を得るためには、上面視で、複数の磁気収束部で挟まれた領域に、素子部が存在するように形成することが望ましい。 
【００２５】
（Ｄ）保護層
保護層は、素子部、素子配線部、磁気収束部、磁場発生部などの絶縁を保つために用いる。保護層の材料は、素子部、素子配線部、磁気収束部及び磁場発生部を絶縁可能なものであれば特に制限されず、一例として酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムが挙げられる。保護層は素子部の表面全体を覆うように形成され、素子部と素子配線部との接合部分や、素子配線部に連続して形成された電極上には通電窓（すなわち、開口部）が存在する。本実施形態において通電窓の位置や形状は限定されない。
【００２６】
（Ｅ）素子配線部
素子配線部は、絶縁層上に形成された通電窓を介して電極と素子部とを接続する。また、複数の磁気センサを、直列接続又は並列接続する場合、素子部どうしを電気的に接続するためにも用いる。密着性の観点から、キャップ層と素子配線部の間にＴｉ、Ｔａなどの層を備えていることが望ましい。
素子配線部の材料としては、素子部どうし、また、電極間を電気的に接続することが可能な導電性の材料（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｒｕなど）であれば特に制限されない。また、素子配線部は単一の材料で形成されていてもよく、複数の材料が混合又は積層されて形成されていてもよい。素子配線部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、素子部の全面に、蒸着法やスパッタ法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること（すなわち、リフトオフ法）により形成することができる。
【００２７】
（Ｆ）電極
電極は、外部の回路等との接続に用いる。密着性の観点から、基板と電極との間にＴｉ、Ｔａなどの層を備えていることが望ましい。基板上に素子部を残し、その上部に電極を作製してもよい。電極の材料としては、素子配線部同様、導電性の材料（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｒｕなど）であれば特に制限されないが、素子特性の観点から、酸化されにくい材料（Ａｕ、Ｒｕなど）である方が好ましい。
また、電極は単一の材料で形成されていてもよく、複数の材料が混合又は積層されたものであってもよい。電極は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、積層部の全面に、蒸着法やスパッタ法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること（すなわち、リフトオフ法）により形成することができる。プロセス工数の観点から、素子配線部と同時に作製することが望ましい。
【００２８】
（Ｇ）磁場発生部
磁場発生部は、前述の素子配線部と同様の材料、作製方法で形成することができる。
磁場発生部は、素子部および素子配線部とは絶縁された状態で形成される。素子部からの出力信号を、電気回路を通して磁場発生部に接続すると、外部から素子部に流入した磁場と同じ強度の磁場を発生するように電流を流すことができる。
電気回路は、例えば、オペアンプを利用することができる。複数の磁気センサを用いてフルブリッジ回路を形成し、フルブリッジ回路の二つの出力電圧をオペアンプに差動入力する。オペアンプの出力電流が素子部に磁場を印加できるように磁場発生部を配置すると、常に外部磁場を打ち消すように動作する。この時の電流（フィードバック電流）を読み取ることで、素子にかかる磁場の量を知ることができる。
このような回路を形成することで、ＴＭＲセンサの弱点である素子出力の非線形性や磁場レンジの制限を取り払うことが可能となる。
この方式はクローズドループやフィールドロックループ等と呼ばれる。
【００２９】
本実施形態では、磁場発生部の第１部分の感磁軸方向長さのうち、最も小さい長さを磁場発生部の感磁軸方向長さＷＣＬと定義する。
磁場発生部は、上述の第１部分及び第２部分以外に通電する部分を持っていてもよく、第１部分と第２部分、さらにこれら以外の通電する部分とは、接続されていてもよい。また、第１部分、第２部分はそれぞれ複数存在してもよい。例えばワイヤボンディング等で接続されていても構わない。
線形性をより高めるという観点から、素子部は、磁場発生部に覆われていることが好ましい。つまり、上面視で素子部と磁場発生部とが重なっていることが好ましく、すなわち、前記磁場発生部の感磁軸方向長さＷＣＬと前記磁化自由層の感磁軸方向長さＬＭＲとは、ＷＣＬ≧ＬＭＲであることが好ましい。 
【００３０】
上面視で素子部と重なる磁場発生部の領域が、磁気収束部とも重なっていると、磁場発生部によって発生する磁場の一部が磁気収束部を通って逃げてしまい、電磁変換係数βは小さくなる。よって、上面視で複数の磁気収束部で挟まれた領域に、素子部が存在する場合、ＷＣＬと前記複数の磁気収束部の間隔ＤＦＣは、ＷＣＬ≦ＤＦＣとなっていることが好ましい。なお、ここでいう電磁変換係数β〔μＴ／ｍＡ〕とは、磁場発生部に流れる電流Ｉcoilを、その時に発生する磁場Ｈcoilに変換するための変換係数である。
【００３１】
電磁変換係数βを高めるという観点から、複数の第２部分を磁気収束部の下面より下に並べて配置し、さらに第２部分とは逆向きに電流を流す第３部分を磁気収束部の上面より上に配置することが好ましい。 また、上面視で、第２部分の隙間をふさぐように第３部分が並べられている方がより好ましい。電気回路との接続を簡単にするために、これらの磁場発生部はすべて接続されていることが好ましい。また。電流を均一にするという観点から、磁場発生部は直列に接続されている方がより好ましい。  
磁気センサを使用する側で、磁気センサに電気回路を接続すること等を考慮すると、簡便に使用するため、外部からの磁場を打ち消すように駆動する電気回路を有している方が好ましい。 
【００３２】
（Ｈ）ハードバイアス部
素子部の感磁軸と垂直な方向にハードバイアス部からの磁場が印加されるようにハードバイアス部を基板上に形成することで、バルクハウゼンノイズの抑制効果及び線形性の改善効果が得られる。本発明の一態様の磁気センサは、ハードバイアス部を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。ハードバイアス部の材料は、例えば、ＡｌＮｉＣｏ、ＦｅＣｒＣｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒなどのヒステリシスの大きい強磁性材料が用いられるが、この限りではない。
【００３３】
＜実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
【００３４】
＜第一実施形態＞
（構成）
図１Ａは第一実施形態にかかる磁気センサ１の一例を示す上面模式図であって、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ′断面を示す模式図である。なお、図１Ａでは、基板１０及び各種保護層は簡単のために省略している。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第一実施形態にかかる磁気センサ１は、基板１０と、基板１０上に配置された素子部２０と、素子部２０を覆う保護層４０と、保護層４０に形成された通電窓４０ａを通じて素子部２０と接続される素子配線部５０と、素子配線部５０及び保護層４０を覆う保護層４１と、保護層４１上に磁場発生部７０と磁場発生部７０を覆う保護層４２とを備え、さらに、保護層４２上にシード層３１を介して磁気収束部３０を備える。
【００３５】
素子部２０と磁気収束部３０は、上面視で、略感磁軸に沿って並ぶように配置される。
素子部２０は、磁化自由層２１、非磁性層２２、および磁化固定層２３がこの順に積層されたものであり、一つの磁化自由層２１上に、非磁性層２２と磁化固定層２３とで形成された積層体が複数形成され、これら複数の積層体が、磁気収束部３０を区画する辺のうち第一の方向（素子部２０の感磁軸の方向）に略直交する線に沿って配置されている。図１Ａでは非磁性層２２と磁化固定層２３とで形成された二つの積層体が配置されている。
磁場発生部７０は、互いに電流が逆向きに流れる第１部分７１と第２部分７２を含む。すなわち磁場発生部７０は、図１Ａに示すように、上面視で、平行な三つの直線部分を備え、それぞれ隣り合う二つの直線部分どうしが接続されて、略アルファベットの「Ｚ」形状に形成され、三つの直線部分のうち中央の直線部分が第１部分７１であり、第１部分７１の両側の直線部分が第２部分７２である。
【００３６】
（製造方法）
次に、第一実施形態にかかる磁気センサ１の製造方法を示す。以下に示す製造方法は一例であって、必ずしも以下の方法で作製する必要はない。
まず、基板１０上に、スパッタ法などの公知の方法で、強磁性層と非磁性層とで形成される積層膜を成膜する。次に、この積層膜上に、フォトリソグラフィー法等により、マスク部材を形成する。マスク部材は、積層膜上に所望の箇所で所望の形状で形成してよい。
次に、このマスク部材で覆われていない積層膜の部分を、イオンミリング等の公知の方法でエッチングする。これにより、基板１０上の積層膜を所望の平面形状に加工する。この時、所望の平面形状に加工された積層膜（積層部）は基板１０の面内に複数あってもよい。
【００３７】
次に、この積層部上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。この時マスク部材の開口部は、積層部の平面積より小さくなるように形成される。次に、このマスク部材で覆われていない積層部を、イオンミリング等の公知の方法でエッチングする。このとき、積層膜中に存在する「強磁性層／非磁性層／強磁性層」構造の、非磁性層付近でエッチングを止める。この時、下側の強磁性層が一部エッチングされてもよい。これにより、基板１０に接していない非磁性層／強磁性層の第一の方向における寸法が、基板１０と接する強磁性層より小さく形成される。その結果、強磁性層で形成された磁化自由層２１、非磁性層２２、強磁性層で形成された磁化固定層２３で構成された素子部２０が、基板１０上に形成される。
【００３８】
次に、素子部２０上にＣＶＤ法等公知の方法で絶縁膜を製膜する。この絶縁膜上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらにＲＩＥなど公知の方法で絶縁膜をエッチングし、通電窓４０ａ用の開口部を形成する。これにより、通電窓４０ａを有する保護層４０が形成される。
次に、この保護層４０上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらに、スパッタ法等公知の方法で金属薄膜を製膜し、マスク部材とマスク部材上の金属薄膜を除去することで、素子配線部５０を形成する。
【００３９】
さらにＣＶＤ法等公知の方法で素子配線部５０を含む保護層４０上に保護層４１を製膜し、この保護層４１上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらに、スパッタ法等公知の方法で金属薄膜を製膜し、マスク部材とマスク部材上の金属薄膜を除去することで、磁場発生部７０を形成する。
次に、ＣＶＤ法等公知の方法で、磁場発生部７０を含む保護層４１の上に保護層４２となる絶縁膜を製膜し、この保護層４２上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらにＲＩＥなど公知の方法で絶縁膜をエッチングし、通電窓４２ａ用の開口部を形成する。通電窓４２ａを介して、素子配線部５０及び磁場発生部７０と外部回路とを接続する。
【００４０】
さらに、スパッタ法等公知の方法でめっきのベースとするシード層３１を形成する。さらに、このシード層３１上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。
次に、電解めっき等の公知の方法でマスク部材の開口部にめっき膜を形成することで、磁気収束部３０を形成した後、マスク部材を除去する。次に、イオンミリング等公知の方法で、表面全体を覆っているシード層３１および保護層４２（磁気収束部３０と保護層４２との間に存在する部分以外）を除去する。
【００４１】
以上の工程により、図１Ａおよび図１Ｂに示す本実施形態の磁気センサ１を得ることができる。
このように構成される磁気センサ１において、通電窓４２ａを介して外部回路を磁場発生部７０に接続し、磁場発生部７０に電流を流すと、第１部分７１に流れる電流の向きと第２部分７２に流れる電流の向きとは互いに逆向きとなる。そのため、磁場発生部７０によって発生する磁場のうち、外部からの磁場を打ち消す方向の磁場を増幅するように磁場が形成されることになる。
【００４２】
このように構成される磁気センサを複数用いてフルブリッジ回路を形成し、フルブリッジ回路の二つの出力電圧をオペアンプ等の電気回路に差動入力し、このときの電流、つまりフィードバック電流を読み取ることにより、素子部にかかる磁場の量を知ることができる。このとき、外部からの磁場を打ち消す方向の磁場を増幅するように磁場が形成されるため、フィードバック電流が電気回路に流し得る最大値となるまでは、素子部にかかる磁場は実効的に略ゼロとなる。したがって、測定可能な磁場レンジは素子自身が飽和する磁場ではなく、フィードバック電流が流れる磁場発生部の形状に依存する。一般的にスピンバルブ型ＭＲ磁気センサの感度と磁場レンジはトレードオフの関係にある。本発明の一実施形態では、磁場発生部の形状を工夫し、高い電磁変換係数βを実現することで上記トレードオフを解消し、優れた感度特性を維持しつつ、広い磁場レンジを有する磁気センサを実現することができる。
【００４３】
図２は、複数の磁気センサ１（１ａ〜１ｄ）の素子部２０（２０ａ〜２０ｄ）で形成されるフルブリッジ回路を備えた、磁気センサ１００の一例を示す概略構成図である。
磁気センサ１００は、電源の正極側（＋）、素子部２０ａ、素子部２０ｂ、電源の負極側（−）の順に接続され、素子部２０ａと素子部２０ｂとの接続点に端子Ｔａをもつ磁気センサ群と、電源の正極側（＋）、素子部２０ｃ、素子部２０ｄ、電源の負極側（−）の順に接続され、素子部２０ｃと素子部２０ｂ磁気センサ１ｄとの接続点に端子Ｔｂをもつ磁気センサ群と、が並列に接続されて構成される。端子Ｔａの信号と端子Ｔｂの信号は電気回路としてのオペアンプＡＭＰに入力される。また、磁気センサ１ａ〜１ｄの各磁場発生部７０（７０ａ〜７０ｄ）は、７０ｃ、７０ｄ、７０ａ、７０ｂの順に直列に接続され、一端の磁場発生部７０ｃは、オペアンプＡＭＰの出力端に接続され、他端の磁場発生部７０ｂは接地される。磁場発生部７０ｂの下流には電流検出器１００ａが接続される。素子部２０ａ〜２０ｄからの出力信号を、電気回路（オペアンプＡＭＰ）を介して磁場発生部７０ａ〜７０ｄに供給し、電流検出器１００ａの検出電流を、素子部２０ａ〜２０ｄにかかる磁場の量に応じた電流値として読み取ることにより、素子部２０ａ〜２０ｄにかかる磁場の量を検出することができる。
【００４４】
＜第二実施形態＞
図３Ａは第二実施形態にかかる磁気センサ１の一例を示す上面模式図であって、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ａ′断面を示す模式図である。なお、図３Ａでは、基板１０及び各種保護層は簡単のために省略している。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第二実施形態にかかる磁気センサ１は、第一実施形態にかかる図１に示す磁気センサ１において、磁気収束部３０を２つ備えたものである。
【００４５】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように磁気センサ１は、２つの磁気収束部３０Ｒ及び３０Ｌを備え、磁気収束部３０Ｒ及び３０Ｌは、素子部２０の感磁軸と平行な方向において、素子部２０を挟むように配置される。図３Ａ及び図３Ｂでは、素子部２０を挟んで左側の磁気収束部を３０Ｌ、右側の磁気収束部を３０Ｒとして記載している。なお、磁気収束部３０Ｒ及び３０Ｌはそれぞれシード層３１Ｒ、３１Ｌを介して保護層４２上に形成されている。これ以外は、第一実施形態の磁気センサ１と同じである。
第二実施形態にかかる磁気センサ１においても、磁場発生部７０に電流を流すと、第１部分７１に流れる電流の向きと第２部分に流れる電流の向きとは互いに逆になるため、感度特性を向上させることができると共に、素子部２０を磁気収束部３０Ｒ及び３０Ｌで挟むことによっても、感度特性の向上を図ることができる。
【００４６】
＜第三実施形態＞
図４Ａは第三実施形態にかかる磁気センサ１の一例を示す上面模式図であって、図４Ｂは図４ＡのＡ−Ａ′断面を示す模式図である。なお、図４Ａでは、基板１０及び各種保護層は簡単のために省略している。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第三実施形態にかかる磁気センサ１は、基板１０上にシード層３１Ｒと磁気収束部３０Ｒとの積層部及びシード層３１Ｌと磁気収束部３０Ｌとの積層部とが形成され、シード層３１Ｒと磁気収束部３０Ｒとの積層部及びシード層３１Ｌと磁気収束部３０Ｌとの積層部とを覆うように、基板１０上に保護層４２が形成されている。そして、保護層４２の上に磁場発生部７０が形成され、磁場発生部７０を覆うように保護層４２の上に保護層４１が形成される。この保護層４１の上に、素子部２０及び素子配線部５０が形成され、これらが保護層４０で覆われている。
すなわち、第三実施形態に係る磁気センサ１は、第二実施形態に係る磁気センサ１において、磁気収束部３０、磁場発生部７０、素子部２０が逆に積層された構造を取る。この場合も、上記第二実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００４７】
＜第四実施形態＞
図５Ａは第四実施形態にかかる磁気センサ１の一例を示す上面模式図であって、図５Ｂは図５ＡのＡ−Ａ′断面を示す模式図である。なお、図５Ａでは、基板１０及び各種保護層は簡単のために省略している。また、図５Ａ中の実線の矢印及び破線の矢印は電流の向きを表す。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第四実施形態にかかる磁気センサ１は、第二実施形態にかかる磁気センサ１において、磁場発生部７０を、断面視で、磁気収束部３０の上部にも配置し、磁気収束部３０の周囲に磁場発生部７０をコイル状に配置したものである。
【００４８】
すなわち、第四実施形態にかかる磁気センサ１において、磁場発生部７０は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１部分７１と第２部分７２と第３部分７３と、を含む。第１部分７１及び第２部分７２は、保護層４１の上に形成され、第３部分７３は、磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌを覆う保護層４３の上に形成される。第２部分７２は、上面視で磁気収束部３０Ｒと重なり第１部分７１と平行であり一定間隔で配置された三つの直線部分と、上面視で磁気収束部３０Ｌと重なり第１部分７１と平行であり一定間隔で配置された三つの直線部分とを備える。第３部分７３は、第１部分７１と平行であり、上面視で磁気収束部３０Ｒと重なり且つ第２部分７２どうしの間にこれら第２部分７２どうしと重なるように配置された２つの直線部分と、第１部分７１と平行であり、上面視で磁気収束部３０Ｌと重なり且つ第２部分７２どうしの間にこれら第２部分７２どうしと重なるように配置された２つの直線部分とを備える。磁気収束部３０Ｒと重なる第２部分７２のうち、第１部分７１に近い方から順に７２ａ、７２ｂ、７２ｃとし、同様に第３部分７３のうち第１部分７１に近い部分から順に７３ａ、７３ｂとしたとき、第２部分７２ａと第３部分７３ａとが長手方向の一端で通電窓４３ａを介して導通され、第３部分７３ａと第２部分７２ｂとが長手方向の他端で通電窓４３ａを介して導通され、同様に、第２部分７２ｂと第３部分７３ｂとが長手方向の一端で通電窓４３ａを介して導通され、第３部分７３ｂと第２部分７２ｃとが長手方向の他端で通電窓４３ａを介して導通され、第２部分７２ｃの長手方向の一端に通電窓４２ａが形成されている。磁気収束部３０Ｌ側も同様に形成される。
【００４９】
つまり、第二実施形態にかかる磁気センサ１において、磁気収束部３０Ｒ側と３０Ｌ側とのそれぞれに、３つの直線部分を有する第２部分７２とこの第２部分７２と導通する第１部分７１とを形成し、これ以外の磁気センサ１の他の部分については、第二実施形態にかかる磁気センサ１と同様の手順で形成した後、磁気収束部３０Ｒ及び３０Ｌを覆うように、保護層４２の上に保護層４３を形成する。さらに、保護層４３の一部、つまり、上面視で、磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌと重ならず、且つ、第２部分７２と第３部分７３とが重なる位置に通電窓４３ａを複数開け、保護層４３上の通電窓４３ａと重なる位置に、第３部分７３を形成する。そして、通電窓４３ａを介して、磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌの上に位置する第３部分７３と、磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌの下に位置する第２部分７２とを導通させ、通電窓４２ａが形成された第２部分７２ｃの一端から、第３部分７３ｂ、第２部分７２ｂ、第３部分７３ａ、第２部分７２ａ、第１部分７１、さらに、磁気収束部３０Ｌ側の、第２部分７２ａ、第３部分７３ａ、第２部分７２ｂ、第３部分７３ｂ、他方の通電窓４２ａが形成された第２部分７２ｃまでが電気的に接続されてなるコイル状の磁場発生部７０が形成される。
【００５０】
ここで、磁場発生部７０が磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌ及び素子部２０の、感磁軸方向全体にわたって形成されていない場合、磁場発生部７０によって発生する電流が、磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌの磁気増幅効果を十分に受けられない。
そこで第四実施形態のように、磁場発生部７０を、磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌの下側だけでなく上側にも形成し、下側と上側では逆向きに電流が流れるように磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌ及び素子部２０の、感磁軸方向全体にわたって形成することによって、電磁変換係数βをより向上させることができる。
【００５１】
また、上面視で、磁気収束部３０Ｒ、３０Ｌを挟んで、第２部分７２の隙間を第３部分７３が塞ぐように配置している点からも、電磁変換係数βを向上させることができる。これは、磁場発生部の隙間から磁束が漏れることを防ぐことができるためである。
なお、ここでは、第１部分７１を挟んで両側に、第２部分７２を３つずつ、第３部分を２つずつ形成し、これら第１部分７１〜第３部分７３を電気的に接続してコイル状の磁場発生部７０を形成した場合について説明したが、磁場発生部７０を磁気収束部３０に巻く回数は任意数とすることができる。
【００５２】
また、第１部分７１〜第３部分７３のうち上面視で隣り合う部分どうしに流れる電流の方向が互いに逆方向となるように配置することができれば、コイル状に限るものではなく、例えば、通電窓４３ａを介して接続する代わりに、パッド及び金属ワイヤを介して接続していてもよい。
また、第四実施形態においては、第二実施形態にかかる磁気センサ１において、磁気収束部３０の周囲に、磁場発生部７０をコイル状に配置する場合について説明したが、第一実施形態にかかる磁気センサ１、また、第三実施形態にかかる磁気センサ１に適用することも可能であり、この場合も、第四実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００５３】
＜第五実施形態＞
図６Ａは第五実施形態にかかる磁気センサ１の一例を示す上面模式図であって、図６Ｂは図６ＡのＡ−Ａ′断面を示す模式図である。なお、図６Ａでは、基板１０及び各種保護層は簡単のために省略している。また、図６Ａ中の実線の矢印及び破線の矢印は電流の向きを表す。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第五実施形態の磁気センサ１は、第２実施形態の磁気センサ１において、磁場発生部７０が、断面視で、素子部２０の上部に複数形成されている。
【００５４】
すなわち、第五実施形態にかかる磁気センサ１において、磁場発生部７０は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１部分７１と、第２部分７２とを含む。第１部分７１は、三つの直線部分７１０〜７１２を備え、これらは上面視で素子部２０と重なって形成される。第１部分７１０と第２部分７２は保護層４１の上に形成され、第１部分７１０と第２部分７２を覆うように保護層４１の上に保護層４２が形成される。保護層４２の上に、第１部分７１１が形成されて、第１部分７１１を覆うように保護層４２の上に保護層４３が形成され、さらに、保護層４３の上に第１部分７１２が形成されて、第１部分７１２を覆うように保護層４３の上に保護層４４が形成される。保護層４２及び保護層４３には通電窓４２ａ、４３ａが形成されている。
【００５５】
第２部分７２は、第１部分７１０と平行にその両側に一定間隔で形成される直線部分７２ａ〜７２ｄを備える。直線部分７２ｂの一端に通電窓４２ａが形成され、直線部分７２ｂの他端と第１部分７１０の他端とが連接部を介して接続され、第１部分７１０の一端と第２部分７２ｄの一端とが連接部を介して接続され、第２部分７２ｄの他端と第１部分７１１の他端とが、連接部及び保護層４２に形成された通電窓（図示せず）を介して接続され、第１部分７１１の一端は、保護層４２に形成された通電窓（図示せず）及び連接部を介して第２部分７２ｃの一端に接続され、第２部分７２ｃの他端は連接部、保護層４２に形成された通電窓（図示せず）、保護層４３に形成された通電窓（図示せず）を介して、第１部分７１２の他端と接続され、第１部分７１２の一端は保護層４３に形成された通電窓（図示せず）、保護層４２に形成された通電窓（図示せず）、連接部を介して第２部分７２ａの一端に接続され、第２部分７２ａの他端には通電窓４２ａが形成される。
【００５６】
これにより、第１部分７２ｂに形成された保護層４２の通電窓４２ａから、第１部分７１０、第２部分７２ｄ、第１部分７１１、第２部分７２ｃ、第１部分７１２、第２部分７２ａが一筆書き状に接続されてなる磁場発生部７０が形成される。
このように、磁場発生部７０を、上面視で、複数の第１部分７１が素子部２０と重なるように形成することによって、電磁変換係数βをより向上させることができる。つまり、一般的なソレノイドコイルは、２重、３重と積層巻き数を増やすほど電磁変換係数βを向上させることができる。第五実施形態では、第１部分７１０〜７１２を重ねて配置しているため、ソレノイドコイルの積層巻き数を増やしていることと同等の作用効果を得ることができる。したがって、電磁変換係数βを向上させることができる。
【００５７】
なお、第五実施形態では、３つの第１部分７１と、４つの第２部分７２とで磁場発生部７０を構成した場合について説明したが、これに限らず、第１部分７１及び第２部分７２は任意数備えていてもよく、要は、上面視で、複数の第１部分７１と素子部２とが重なり、複数の第２部分７２が上面視で磁気収束部３０と重なり且つ、複数の第２部分７２どうしが互いに重ならないように配置することができればよい。
【００５８】
＜第六実施形態＞
図７Ａは第六実施形態にかかる磁気センサ１の一例を示す上面模式図であって、図７Ｂは図７ＡのＡ−Ａ′断面を示す模式図である。なお、図７Ａでは、基板１０及び各種保護層は簡単のために省略している。また、図７Ａ中の矢印はハードバイアスの印加方向を示す。
第六実施形態の磁気センサ１は、第２に示す第二実施形態の磁気センサ１において、ハードバイアス部６０Ｕ及び６０Ｂを設けたものである。
第六実施形態にかかる磁気センサ１は、ハードバイアス部６０Ｕ及び６０Ｂが、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、素子部２０の感磁軸（第一の方向）及び磁気収束部３０Ｌ、３０Ｒの厚さ方向（第二の方向）と直交する方向（第三の方向）で、素子部２０及び磁気収束部３０Ｌ、３０Ｒを挟むように配置されている。また、ハードバイアス部６０Ｕ及び６０Ｂは、素子部２０の感磁軸に対して略垂直な方向に、一定の磁場が印加されるように設計されている。これ以外は第二実施形態の磁気センサ１と同じである。
【００５９】
このように、素子部２０の感磁軸と垂直な方向にハードバイアス部６０Ｕ及び６０Ｂによる磁場を印加するように形成することで、バルクハウゼンノイズの抑制効果及び線形性の改善効果を得ることもできる。
なお、第六実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示す第二実施形態の磁気センサ１において、ハードバイアス部６０Ｕ及び６０Ｂを設けているが、第一、第三から第５実施形態における磁気センサ１において適用することも可能であり、この場合も第六実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例および比較例について説明する。以下に示す実施例及び比較例では、磁場発生部７０の構造を変化させて磁気シミュレーションを行い、磁気感度に対応する磁気の増幅率に関して検討した。
［磁気シミュレーション］
以下に示す実施例１〜４及び比較例１、２では、有限要素法による磁場解析シミュレーションを行った。
磁場解析シミュレーションでは、任意の形状、透磁率の磁性体や電流を流すことのできる導電体をコンピュータ上に作製することができる。形状を定義された磁性体を、任意の大きさの小領域に区切り、磁場を印加すると、磁性体中の各小領域の磁化状態を計算することができる。磁性体の磁化の値の大小は、感度の増幅率と対応している。
【００６２】
そこで、磁性体群と導電体として、磁気収束部３０Ｌ、３０Ｒに対応する磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′と、磁化自由層２１に対応する磁性体２１′と、磁化固定層２３に対応する感磁エリア２３′と、磁場発生部７０に対応する導電体７０′とを定義し、これら磁性体、感磁エリア、導電体の配置を定義した。
ここで、導電体７０′に流れる電流Ｉcoilと、その時に発生する磁場Ｈcoilは、電磁変換係数βを使って次式のように表すことができる。
Ｈcoil＝Ｉcoil×β
【００６３】
外部からの磁場Ｈｅｘを印加したときと、導電体からの磁場Ｈcoilを印加した時では、これらの磁化率が同じとき、外部からの磁場Ｈｅｘと導電体からの磁場Ｈcoilは一致しているはずである。すなわち、既知の磁場Ｈｅｘを磁性体に印加したときの磁化率Ｍを検出しておき、導電体に電流を流した時に磁化率Ｍが一致する点を選べば、上式を解くことができる。
このようにして様々な導電体７０′の構造を定義し、電磁変換係数βを算出して比較した。
下記では、磁性体に関しては、磁場印加方向に伸びる辺を「長さ」、厚み方向の辺を「厚さ」、長さと厚さの両方に垂直な方向に伸びる辺を「幅」と記載する。
また、導電体に関しては、電流方向に伸びる辺を「長さ」、厚み方向の辺を「厚さ」、長さと厚さの両方に垂直な方向に伸びる辺を「幅」と記載する。
【００６４】
磁気センサ１の磁化自由層２１と対応する磁性体２１′を、長さ１００μｍ、幅２００μｍ、厚さ０．１μｍ、透磁率２０００として配置した。
また、磁気センサ１の磁場発生部７０に対応する導電体７０′を配置した。導電体７０′は、長さ２ｍｍ、幅１１０μｍ、厚さ０．１μｍとした。この時、導電体７０′の間隔は４μｍとし、磁性体長さ方向の中心を磁性体２１′と揃えた。
磁性体２１′の中心から、厚さ方向に１μｍ離れた平面を下面として、磁気センサ１の磁気収束部３０Ｌ及び３０Ｒと対応する磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′を、長さ１ｍｍ、幅０．８ｍｍ、厚さ１０μｍ、透磁率２０００として、それぞれ磁性体２１′の左側と右側に配置した。この時、磁性体３０Ｌ′と３０Ｒ′の間隔は１２０μｍとした。また、感磁エリアは磁性体２１′内の中心に、長さ４０μｍ、幅２０μｍで定義した。
【００６５】
ここで、導電体７０′の配置は各実施例、比較例によって異なる。また、導電体７０′は導電体７１ｉ′、導電体７２ｊ′、導電体７３ｋ′（ｉ、ｊ、ｋは０以上の整数を順に付番）のいずれかとなり、各実施例、比較例によって異なる。
上記のように配置された磁性体２１′、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′及び導電体７０′に対して、各実施例、比較例における、磁性体群の配置位置を説明するための模式図において、その左側、すなわち、磁性体３０Ｌ′から磁性体３０Ｒ′側に向けて１０ｎＴの磁場を印加したときの、感磁エリア２３′の磁化率Ｍを取得した。この時Ｍの値は６５．４[μＴ]となった。
なお、磁性体の配置は各実施例、比較例共に同じであるため、以後の比較では、Ｍの値はすべて上記の取得した磁化率Ｍの値として比較を行った。
【００６６】
＜実施例１＞
実施例１にかかる磁気センサ１に対応する磁性体群の上面模式図を図８Ａに、図８ＡのＡ−Ａ′断面の断面模式図を図８Ｂに示す。
実施例１では導電体７０′を、外部磁場印加側から、７２０′、７１０′、７２１′の順で配置した。すなわち、上面視で、導電体７２０′は磁性体３０Ｌ′と重なる部分を有し、導電体７１０′は磁性体２１′と重なる部分を有し、導電体７２１′は磁性体３０Ｒ′と重なる部分を有するように配置されている。高さに関しては、磁性体２１′の中心から、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′に近づく方向に０．４μｍ移動した平面を中心とした。
導電体７１０′には、図８Ａ中に矢印で示すように、図８Ａの上から下に流れる方向に電流を流し、導電体７２０′及び導電体７２１′には、は図８Ａの下から上に流れる方向にそれぞれ電流を流した。これらの電流が作る磁場の影響で、感磁エリア２３′の磁化率がＭと一致するときの電流値を取得した。
その結果、電流の値は、５．３１μＡであり、電磁変換係数は１．８８μＴ／ｍＡとなった。
【００６７】
＜実施例２＞
実施例２にかかる磁気センサ１に対応する磁性体群の上面模式図を図９Ａに、図９ＡのＡ−Ａ′断面の断面模式図を図９Ｂに示す。
実施例２では導電体７０′を、外部磁場印加側から、７２０′、７２１′、７１０′、７２２′、７２３′の順で配置した。すなわち、上面視で、導電体７２０′及び７２１′は磁性体３０Ｌ′と重なる部分を有し、導電体７１０′は磁性体２１′と重なる部分を有し、導電体７２２′及び導電体７２３′は磁性体３０Ｒ′と重なる部分を有するように配置されている。高さに関しては、磁性体２１′の中心から、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′に近づく方向に０．４μｍ移動した平面を中心とした。
導電体７１０′には、図９Ａ中に矢印で示すように、図９Ａの上から下に流れる方向に、導電体７２ｊ′には、図９Ａの下から上に流れる方向にそれぞれ電流を流した。これらの電流が作る磁場の影響で、感磁エリア２３′の磁化率がＭと一致するときの電流値を取得した。
その結果、電流の値は、３．６９μＡであり、電磁変換係数は２．７１μＴ／ｍＡとなった。
【００６８】
＜実施例３＞
実施例３にかかる磁気センサ１に対応する磁性体群の上面模式図を図１０Ａに、図１０ＡのＡ−Ａ′断面の断面模式図を図１０Ｂに示す。
実施例３では導電体７０′を、外部磁場印加側から、７２０′、７３０′、７２１′、７１０′、７２２′、７３１′、７２３′の順で配置した。すなわち、上面視で、導電体７２０′、７２１′及び７３０′は磁性体３０Ｌ′と重なる部分を有し、導電体７１０′は磁性体２１′と重なる部分を有し、導電体７２２′、７２３′及び導電体７３１′は磁性体３０Ｒ′と重なる部分を有するように配置されている。この時、導電体７１０′及び７２ｊ′に関しては実施例２と同様に配置し、導電体７３０′は、上面視で、導電体７３０′の中心線が、導電体７２０′と導電体７２１′との間の中心線と重なるように配置した。また、導電体７３１′は、上面視で、導電体７３１′の中心線が、導電体７２２′と導電体７２３′との間の中心線と重なるように配置した。高さに関しては、導電体７１０′及び導電体７２ｊ′に関しては磁性体２１′の中心から磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′に近づく方向に０．４μｍ移動した平面を中心とした。
また、導電体７３ｋ′に関しては、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′の上面より上側に０．４μｍ移動した平面を中心とした。
導電体７１０′及び導電体７３ｋ′には図１０Ａの上から下に流れる方向に、導電体７２ｊ′には、図１０Ａの下から上に流れる方向にそれぞれ電流を流した。これらの電流が作る磁場の影響で、感磁エリア２３′の磁化率がＭと一致するときの電流値を取得した。
その結果、電流の値は、２．７６μＡであり、電磁変換係数は３．６２μＴ／ｍＡとなった。
【００６９】
＜実施例４＞
実施例４にかかる磁気センサ１に対応する磁性体群の上面模式図を図１１Ａに、図１１ＡのＡ−Ａ′断面の断面模式図を図１１Ｂに示す。
実施例４では導電体７０′を、外部磁場印加側から、７２０′、７２１′、７１０′及び７１１′、７２２′、７２３′の順で配置した。すなわち、上面視で、導電体７２０′及び７２１′は磁性体３０Ｌ′と重なる部分を有し、導電体７１０′及び導電体７１１′は磁性体２１′と重なる部分を有し、導電体７２２′及び導電体７２３′は磁性体３０Ｒ′と重複する部分を有するように配置されている。また、上面視で、導電体７１０′と導電体７１１′とは重なるように配置されている。高さに関しては、磁性体２１′の中心から、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′に近づく方向に０．４μｍ移動した平面を中心として、７１０′及び７２ｊ′を配置し、この平面からさらに磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′に近づく方向に０．２μｍ移動した平面を中心として、導電体７１１′を配置した。
導電体７１０′には、図１１Ａ中に矢印で示すように、図１１Ａの上から下に流れる方向に、導電体７２ｊ′には、図１１Ａの下から上に流れる方向にそれぞれ電流を流した。これらの電流が作る磁場の影響で、感磁エリア２３′の磁化率がＭと一致するときの電流値を取得した。
その結果、電流の値は、２．７９μＡであり、電磁変換係数は３．５８μＴ／ｍＡとなった。
【００７０】
＜比較例１＞
比較例１にかかる磁気センサに対応する磁性体群の上面模式図を図１２Ａに、図１２ＡのＡ−Ａ′断面の断面模式図を図１２Ｂに示す。比較例１では導電体７０′として、導電体７１０′を、上面視で、磁性体２１′と重なる部分を有するように配置した。高さに関しては、磁性体２１′の中心から、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′に近づく方向に０．４μｍ移動した平面を中心とした。
導電体７１０′には、図１２Ａ中に矢印で示すように図１２Ａの上から下に流れる方向に電流を流した。これらの電流が作る磁場の影響で、感磁エリア２３′の磁化率がＭと一致するときの電流値を取得した。
その結果、電流の値は、１０．７２μＡであり、電磁変換係数は０．９３μＴ／ｍＡとなった。
【００７１】
＜比較例２＞
比較例２にかかる磁気センサに対応する磁性体群の上面模式図を図１３Ａに、図１３ＡのＡ−Ａ′断面の断面模式図を図１３Ｂに示す。
比較例２では導電体７０′を、外部磁場印加側から、７２０′、７１０′、７２１′の順で配置した。すなわち、上面視で、導電体７２０′は磁性体３０Ｌ′と重なる部分を有し、導電体７１０′は磁性体２１′と重なる部分を有し、導電体７２１′は磁性体３０Ｒ′と重なる部分を有するように配置されている。高さに関しては、磁性体２１′の中心から、磁性体３０Ｌ′、３０Ｒ′に近づく方向に０．４μｍ移動した平面を中心とした。
導電体７２０′、７２１′、７１０′には、図１３Ａ中に矢印で示すように、図１３Ａの上から下に流れる方向に電流を流した。これらの電流が作る磁場の影響で、感磁エリア２３′の磁化率がＭと一致するときの電流値を取得した。
その結果、電流の値は、７２１．７３μＡであり、電磁変換係数は０．０１４μＴ／ｍＡとなった。
比較例２では、導電体７１０′によって発生した磁場が感磁エリア２３′を通る時の向きと、導電体７２０′及び７２１′によって発生した磁場が磁性体３０Ｌ′及び３０Ｒ′を通る時の向きとが逆方向を向いており、打ち消しあうため、他の実施例や比較例に比べて小さな電磁変換係数が得られると考えられる。
【００７２】
＜電磁変換係数の比較＞
実施例１〜４及び比較例１、２の結果得られた電磁変換係数βの値を表１にまとめて示す。
表１から、本発明の実施例１〜４はより高い電磁変換係数βを有していることが分かる。つまり、従来技術と比較して、同じ電流値でより高い磁場を発生させることができる。
【００７３】
【表１】
2019086290.tif 000003
【符号の説明】
【００７４】
１  磁気センサ
１０  基板
２０  素子部
２１  磁化自由層
２２  非磁性層
２３  磁化固定層
３０、３０Ｌ、３０Ｒ  磁気収束部
３１  シード層
４０、４１、４２、４３  保護層
４１a、４２ａ、４３ａ  通電窓
５０  素子配線部
６０  ハードバイアス部
７０  磁場発生部
７１  磁場発生部  第１部分
７２  磁場発生部  第２部分
７３  磁場発生部  第３部分
７１ｉ  磁場発生部  第１部分
７２ｊ  磁場発生部  第２部分
７３ｋ  磁場発生部  第３部分
２１′、２３′  磁性体
３０Ｌ′、３０Ｒ′  磁性体
７０′  導電体
７１ｉ′、７２ｊ′、７３ｋ′  導電体
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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