(57)【要約】【課題】本発明は、外部磁界が傾いて印加された場合であっても、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ずれを抑制して、測定誤差を低減することが可能な磁気センサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、磁気抵抗効果素子２１〜２４と、軟磁性体３１、３２とを有する磁気センサであって、磁気抵抗効果素子２１〜２４は、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層とを有して構成され、固定磁性層の磁化方向４５ａにおいて、磁気抵抗効果素子２１〜２４を挟んで１対の前記軟磁性体３１、３２が設けられており、平面視において、１対の軟磁性体３１、３２の少なくとも一方の外縁は、磁気抵抗効果素子２１〜２４から離れる方向に向かって凸状の曲線部３１ａ、３２ａを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子と、軟磁性体とを有する磁気センサであって、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層とを有して構成され、
前記固定磁性層の磁化方向において、前記磁気抵抗効果素子を挟んで１対の前記軟磁性体が設けられており、平面視において、１対の前記軟磁性体の少なくとも一方の外縁は、前記磁気抵抗効果素子から離れる方向に向かって凸状の曲線部を有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記曲線部は、１対の前記軟磁性体のそれぞれに形成されており、前記磁気抵抗効果素子を挟んで互いに対称に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
１対の前記軟磁性体の外縁はそれぞれ、前記磁気抵抗効果素子に対向する側において互いに対向する直線部を有し、前記直線部は、前記固定磁性層の磁化方向に対して直交する方向に延びており、
前記磁気抵抗効果素子は、１対の前記軟磁性体の前記直線部同士の間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記曲線部は円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記軟磁性体は、前記磁気抵抗効果素子側に位置する第１の部分と、前記第１の部分に対して前記磁気抵抗効果素子の反対側に位置する第２の部分とを有し、
前記第１の部分は台形状又は矩形状であり、前記第２の部分は前記第１の部分と連続して形成されており、前記第２の部分の外縁は前記曲線部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
１対の前記軟磁性体の間に、さらに矩形状軟磁性体が設けられており、前記矩形状軟磁性体は、前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向に延出していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
１対の前記軟磁性体の間に複数の前記磁気抵抗効果素子が設けられ、複数の前記磁気抵抗効果素子が接続されてブリッジ回路が構成されており、
隣り合う前記磁気抵抗効果素子同士の間に前記矩形状軟磁性体が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子は複数の素子部を有し、
複数の前記素子部は、それぞれ前記固定磁性層の磁化方向に対して直交する方向に延出するとともに、前記固定磁性層の磁化方向において互いに間隔を設けて配置されてミアンダ状に接続されており、
隣り合う前記素子部同士の間に前記矩形状軟磁性体が配置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、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサに関し、特に、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の方向を規制するための軟磁性体が設けられた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、被測定電流から発生する磁界を磁気センサで検出することにより、被測定電流の大きさを測定する電流センサが開示されている。図１２は、特許文献１に記載されている第１の従来例の磁気センサについて、センサ出力の直線性低下の課題を説明するための模式平面図である。
【０００３】
図１２に示すように、第１の従来例の磁気センサ１１０は、１対の磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂを有しており、１対の磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂによってハーフブリッジ回路が形成されている。磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂは、磁化方向が固定された固定磁性層（図１２では省略して示す）と、外部磁界により磁化方向が変化する自由磁性層とが積層された構成（図１２では省略して示す）となっている。各磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂは、固定磁性層の磁化方向と自由磁性層の磁化方向とのなす角度の変化によって抵抗値が変化する磁気抵抗効果を発揮する。
【０００４】
第１の従来例の磁気センサ１１０において、バイアス磁界１６２を印加するための複数のハードバイアス層１５３が設けられている。複数のハードバイアス層１５３は、固定磁性層の磁化方向１４７ａと直交する方向において１対の磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂを挟んで設けられている。よって、図１２に示すように、１対の磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂに対して固定磁性層の磁化方向１４７ａと直交する方向にバイアス磁界１６２が印加され、外部磁界が印加されていない状態で、自由磁性層の磁化方向はバイアス磁界１６２の方向に向けられる。
【０００５】
図１２に示すように、固定磁性層の磁化方向１４７ａに対して傾いた方向に外部磁界１６１が印加された場合、外部磁界１６１は、バイアス磁界１６２に対してマイナス方向に作用するため、１対の磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂの感度が増大する。また、外部磁界１６１が１８０°反対方向に印加された場合には、外部磁界１６１はバイアス磁界１６２に対してプラス方向に作用するため、１対の磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂの感度が低下する。磁気センサ１１０と、固定磁性層の磁化方向が１８０°反対方向の磁気センサとでブリッジ回路を構成して、外部磁界を受けたとき出力を得るが、前述のように、外部磁界１６１が傾いて印加されると、抵抗変化の形が変化し直線性が低下するため測定誤差が大きくなる。
【０００６】
下記特許文献１では、１対の磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂに対してそれぞれ互いに逆向きとなるようにバイアス磁界を印加して、ハーフブリッジ回路を形成することによりセンサ出力の直線性の低下を抑制している。しかし、磁気抵抗効果素子１５２ａ、１５２ｂのそれぞれについてハードバイアス層１５３の磁界印加方向を制御しなければならず、磁気センサ１１０の製造工程が煩雑となる。
【０００７】
下記特許文献２には、感度軸（固定磁性層の磁化方向）と同方向からの磁界を安定して磁気抵抗効果素子に供給できる磁気センサが開示されている。図１３は、特許文献２に記載されている第２の従来例の磁気センサ２１０の平面図である。図１３に示すように、複数の素子部２１２が、固定磁性層の磁化方向２４７ａに間隔を設けて配置されて、ミアンダ状に接続されている。
【０００８】
また、各素子部２１２の間、及び最も外側に位置する素子部２１２の外側に、軟磁性体２１８が設けられている。軟磁性体２１８は、それぞれ固定磁性層の磁化方向２４７ａと直交する方向に延出して平面視で矩形状に形成されている。また、第２の従来例の磁気センサ２１０において、軟磁性体２１８の磁化容易軸は、磁場中成膜により固定磁性層の磁化方向２４７ａと同じ方向に向けられている。これにより、外部磁界が傾いて印加された場合であっても、各素子部２１２に印加される磁界は、軟磁性体２１８によって固定磁性層の磁化方向２４７ａに向けられるため、センサ出力の直線性の低下を抑制して測定誤差を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１２／１７２９４６号
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１５１０２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、軟磁性体２１８は固定磁性層の磁化方向２４７ａと直交する方向に延出する矩形状であるため、形状磁気異方性により軟磁性体２１８の延出方向に磁化容易軸が向きやすくなる。よって、軟磁性体２１８に外部磁界が傾いて印加された際に、軟磁性体２１８を通過する磁界分布の不均一が生じることにより、各素子部２１２に印加される磁界の方向が固定磁性層の磁化方向２４７ａに対して傾いてしまい角度ずれが発生するおそれがある。また、軟磁性体２１８の延出方向の両端部において磁束が集中し易くなり、軟磁性体２１８の両端部近傍において素子部２１２に印加される磁界の角度ずれが大きくなるという課題が生じる。このように、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ずれが発生するとセンサ出力の直線性が低下し、測定誤差が発生してしまう。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決して、外部磁界が傾いて印加された場合であっても、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ずれを抑制して、測定誤差を低減することが可能な磁気センサ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】
【００１２】
本発明は、磁気抵抗効果素子と、軟磁性体とを有する磁気センサであって、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層とを有して構成され、前記固定磁性層の磁化方向において、前記磁気抵抗効果素子を挟んで１対の前記軟磁性体が設けられており、平面視において、１対の前記軟磁性体の少なくとも一方の外縁は、前記磁気抵抗効果素子から離れる方向に向かって凸状の曲線部を有することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、軟磁性体が、素子部から離れる方向に向かって凸状の滑らかな曲線部を有して構成されているため、軟磁性体が矩形状に形成された場合に比べて１軸形状異方性が小さくなり、軟磁性体を通過する磁界成分が均一化される。したがって、外部磁界が傾いて印加された場合であっても、１対の軟磁性体のいずれか一方を通って磁気抵抗効果素子に印加される磁界は、固定磁性層の磁化方向に対する角度ずれが抑制され、測定誤差を低減することができる。
【００１４】
前記曲線部は、１対の前記軟磁性体のそれぞれに形成されており、前記磁気抵抗効果素子を挟んで互いに対称に形成されていることが好ましい。これによれば、一方の軟磁性体の方向から外部磁界が印加された場合と、他方の軟磁性体の方向から外部磁界が印加された場合とのいずれにおいても素子部に印加される磁界の角度ずれが抑制されるため、センサ出力の直線性を向上させて測定誤差を低減することができる。
【００１５】
１対の前記軟磁性体の外縁はそれぞれ、前記磁気抵抗効果素子に対向する側において互いに対向する直線部を有し、前記直線部は、前記固定磁性層の磁化方向に対して直交する方向に延びており、前記磁気抵抗効果素子は、１対の前記軟磁性体の前記直線部同士の間に配置されていることが好ましい。これによれば、外部磁界は一方の軟磁性体を通過して、直線部から略直交する方向に流出して他方の軟磁性体に進行するため、磁気抵抗効果素子に対して印加される外部磁界の角度ずれを確実に抑制することができる。
【００１６】
前記曲線部は円弧状に形成されていることが好ましい。こうすれば、軟磁性体における磁界分布が確実に均一化され、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ずれを抑制することができる。
【００１７】
前記軟磁性体は、前記磁気抵抗効果素子側に位置する第１の部分と、前記第１の部分に対して前記磁気抵抗効果素子の反対側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分は台形状または矩形状であり、前記第２の部分は前記第１の部分と連続して形成されており、前記第２の部分の外縁は前記曲線部を有することが好ましい。このような態様であっても、軟磁性体が凸状の曲線部を有しているため、軟磁性体の磁界分布が均一化され、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ずれを抑制することができる。
【００１８】
１対の前記軟磁性体の間に、さらに矩形状軟磁性体が設けられており、前記矩形状軟磁性体は、前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向に延出していることが好ましい。これによれば、矩形状軟磁性体を設けることにより、１対の軟磁性体の間の磁界の方向が矩形状軟磁性体の延出方向と直交する方向に向けられるため、１対の軟磁性体の間における磁界の角度ずれを確実に抑制することができる。
【００１９】
１対の前記軟磁性体の間に複数の前記磁気抵抗効果素子が設けられ、複数の前記磁気抵抗効果素子が接続されてブリッジ回路が構成されており、隣り合う前記磁気抵抗効果素子同士の間に前記矩形状軟磁性体が配置されていることが好ましい。これによれば、１対の軟磁性体の間に複数の磁気抵抗効果素子が設けられているため、各磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ばらつきを低減して、ブリッジ回路からの出力信号の測定誤差を抑制することができる。
【００２０】
前記磁気抵抗効果素子は複数の素子部を有し、複数の前記素子部は、それぞれ前記固定磁性層の磁化方向に対して直交する方向に延出するとともに、前記固定磁性層の磁化方向において互いに間隔を設けて配置されてミアンダ状に接続されており、隣り合う前記素子部同士の間に前記矩形状軟磁性体が配置されていることが好ましい。これによれば、磁気抵抗効果素子を構成する複数の素子部のそれぞれについて、印加される磁界の角度ずれを抑制して測定誤差を低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の磁気センサによれば、外部磁界が傾いて印加された場合であっても、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ずれを抑制して、測定誤差を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態における磁気センサの平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの部分拡大断面図である。
【図３】磁気抵抗効果素子の平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線で切断して矢印方向から見たときの素子部の部分拡大断面図である。
【図５】４つの磁気抵抗効果素子から構成されるフルブリッジ回路の回路図である。
【図６】第２の実施形態の磁気センサの平面図である。
【図７】第３の実施形態の磁気センサの平面図である。
【図８】第４の実施形態の磁気センサの平面図である。
【図９】（ａ）第１の実施例の磁気センサを示す平面図、（ｂ）第２の実施例の磁気センサを示す平面図、（ｃ）第１の比較例の磁気センサを示す平面図、（ｄ）第２の比較例の磁気センサを示す平面図である。
【図１０】外部磁界の角度がずれた状態で印加された場合における、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の角度ずれの分布をシミュレーションした結果のグラフを示し、（ａ）１対の軟磁性体の間隔が５０μｍ、（ｂ）１対の軟磁性体の間隔が１００μｍ、（ｃ）１対の軟磁性体の間隔が２００μｍの場合の角度ずれのシミュレーション結果をそれぞれ示す。
【図１１】第３の実施例における、各素子部に印加される磁界の角度ずれの分布を示すシミュレーション結果のグラフである。
【図１２】第１の従来例における磁気センサの課題を説明するための模式平面図である。
【図１３】第２の従来例における磁気センサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の磁気センサの具体的な実施形態について説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における磁気センサの平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの部分拡大断面図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の磁気センサ１０は、複数の磁気抵抗効果素子２１〜２４と、１対の軟磁性体３１、３２とを有して構成される。図１に示すように、磁気抵抗効果素子２１〜２４は、基板１７の上にＹ１−Ｙ２方向に並んで配置されており、引出配線２５によって、複数の磁気抵抗効果素子２１〜２４と接続端子２６とが接続されている。
【００２６】
本実施形態において、各磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加される磁界の方向を規制するために１対の軟磁性体３１、３２が設けられている。１対の軟磁性体３１、３２は、磁気抵抗効果素子２１〜２４をＹ１−Ｙ２方向に挟んで設けられている。また、Ｙ１−Ｙ２方向に隣り合う磁気抵抗効果素子２１〜２４同士の間には、矩形状軟磁性体３９が設けられている。
【００２７】
図２は、一方の軟磁性体３１の近傍における磁気センサ１０の部分拡大断面図である。図２に示すように、基板１７及び各磁気抵抗効果素子２１〜２４を覆って絶縁層１８が設けられており、１対の軟磁性体３１、３２（図２では、軟磁性体３１のみ示す）及び矩形状軟磁性体３９は、絶縁層１８の上に形成されている。絶縁層１８により、各軟磁性体３１、３２、３９と複数の磁気抵抗効果素子２１〜２４とが電気的に絶縁される。また、１対の軟磁性体３１、３２及び矩形状軟磁性体３９は、Ｙ１−Ｙ２方向において各磁気抵抗効果素子２１〜２４と間隔を設けて配置されている。
【００２８】
図１に示すＹ１方向またはＹ２方向から外部磁界が磁気センサ１０に印加されると、１対の軟磁性体３１、３２及び矩形状軟磁性体３９を通って、各磁気抵抗効果素子２１〜２４に磁界が印加される。本実施形態の磁気センサ１０は、例えば、被測定電流から発生する磁界を検出して、被測定電流の電流値を測定するための電流センサとして用いられる。
【００２９】
図３には本実施形態における磁気抵抗効果素子の平面図を示す。本実施形態において、磁気抵抗効果素子２１〜２４としてＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が用いられる。図３に示すように、磁気抵抗効果素子２１は、磁気抵抗効果を発揮する素子部２７を有して構成される。素子部２７は、Ｘ１−Ｘ２方向に延出して形成されており、複数の素子部２７がＹ１−Ｙ２方向に間隔を有して配置されて、ミアンダ状に接続されている。なお図３では、１つの磁気抵抗効果素子２１について示しているが、他の磁気抵抗効果素子２２〜２４も同様の構成である。
【００３０】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線で切断して矢印方向から見たときの素子部２７の部分拡大断面図である。図４に示すように、素子部２７は、膜面内に印加される磁界を検出することができる磁気抵抗効果膜４３を有して構成される。磁気抵抗効果膜４３は、絶縁膜４２及びシード層４９を介してシリコン基板４１の上面に形成されている。磁気抵抗効果膜４３は、磁化方向が固定された固定磁性層４５と、外部磁界により磁化方向が変化する自由磁性層４７とを有し、図４に示すように、固定磁性層４５、非磁性層４６、自由磁性層４７の順に積層されている。また、自由磁性層４７の表面は保護膜４８で覆われている。
【００３１】
本実施形態において、固定磁性層４５は第１の固定磁性層４５ｃ／非磁性結合層４５ｅ／第２の固定磁性層４５ｄからなる、いわゆるセルフピン型の積層構成となっている。第１の固定磁性層４５ｃがシード層４９と接しており、また、第２の固定磁性層４５ｄが非磁性層４６と接する。第１の固定磁性層４５ｃの磁化と第２の固定磁性層４５ｄの磁化とは、導電電子による間接的な交換相互作用（ＲＫＫＹ的相互作用）により１８０°異なる方向に向けられている。この場合、第２の固定磁性層４５ｄの磁化方向が、図３に示す固定磁性層の磁化方向４５ａとなる。磁気抵抗効果に寄与するのは、非磁性層４６を挟む自由磁性層４７と第２の固定磁性層４５ｄとの相対的な磁化方向の関係であるからである。
【００３２】
本実施形態において、絶縁膜４２はシリコン基板４１を熱酸化したシリコン酸化膜であり、スパッタ法等で成膜したアルミナ膜、酸化膜等であってもよい。固定磁性層４５の第１の固定磁性層４５ｃと第２の固定磁性層４５ｄは、ＣｏＦｅ合金（コバルト鉄合金）などの軟磁性材料等で形成されている。非磁性結合層４５ｅは導電性のＲｕ等が用いられる。非磁性層４６は、Ｃｕ（銅）等である。自由磁性層４７は、保磁力が小さく透磁率が大きいＮｉＦｅ合金（ニッケル鉄合金）などの軟磁性材料が用いられる。また、本実施形態において自由磁性層４７を単層で示しているが、例えばＮｉＦｅ層とＣｏＦｅ層とを積層した構成とすることも可能である。保護膜４８は、Ｔａ（タンタル）等である。
【００３３】
図１及び図３には、固定磁性層の磁化方向４５ａと、自由磁性層の磁化方向４７ａとをそれぞれ矢印で模式的に示している。図３に示すように、固定磁性層の磁化方向４５ａは、素子部２７の延在方向と直交する方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向けられている。また、自由磁性層の磁化方向４７ａは、外部磁界が印加されていない状態において、形状異方性により素子部２７の延在方向に向けられている。
【００３４】
図１に示すように、磁気抵抗効果素子２１及び磁気抵抗効果素子２３の固定磁性層の磁化方向４５ａは、Ｙ２方向に向けられており、磁気抵抗効果素子２２及び磁気抵抗効果素子２４の固定磁性層の磁化方向４５ａは、逆方向のＹ１方向に向けられている。また、磁気抵抗効果素子２１〜２４の自由磁性層の磁化方向４７ａは、いずれもＸ１方向に向けられている。本実施形態において、各磁気抵抗効果素子２１〜２４の近傍にバイアス磁石２９が設けられており、バイアス磁石２９から発生する磁界の方向に自由磁性層の磁化方向４７ａが向けられている。図１及び図３に示すように、外部磁界が印加されていない状態において、固定磁性層の磁化方向４５ａと自由磁性層の磁化方向４７ａとは、互いに直交する方向に向けられている。
【００３５】
例えば磁気抵抗効果素子２１について、固定磁性層の磁化方向４５ａと同一方向（Ｙ２方向）に外部磁界が印加された場合には、自由磁性層の磁化方向４７ａが、外部磁界方向（Ｙ２方向）に変動して固定磁性層の磁化方向４５ａと平行に近づき、電気抵抗値が低下する。
【００３６】
一方、固定磁性層の磁化方向４５ａと反対方向（Ｙ１方向）に外部磁界が印加された場合には、自由磁性層の磁化方向４７ａが、外部磁界方向（Ｙ１方向）に変動して固定磁性層の磁化方向４５ａと反平行に近づき、電気抵抗値が増大する。
【００３７】
図１に示すように、磁気抵抗効果素子２１〜２４は、引出配線２５により互いに接続されるとともに、接続端子２６に接続されておりフルブリッジ回路を構成している。図５は４つの磁気抵抗効果素子２１〜２４により構成されるフルブリッジ回路の回路図である。図５に示すように、磁気抵抗効果素子２１と磁気抵抗効果素子２２とは、入力端子（Ｖｄｄ）とグラウンド端子（ＧＮＤ）との間で直列接続されてハーフブリッジ回路５１を構成する。また、磁気抵抗効果素子２３と磁気抵抗効果素子２４とは、入力端子（Ｖｄｄ）とグラウンド端子（ＧＮＤ）との間で直列接続されてハーフブリッジ回路５２を構成する。２つのハーフブリッジ回路５１、５２が並列に接続されてフルブリッジ回路５３となっている。
【００３８】
そして、磁気抵抗効果素子２１と磁気抵抗効果素子２２との間の中点電位（Ｖ１）と、磁気抵抗効果素子２３と磁気抵抗効果素子２４との間の中点電位（Ｖ２）とが取り出される。２つの中点電位の差分（Ｖ２−Ｖ１）が、差動増幅器５４により増幅されて、磁気センサ１０の出力信号として外部回路（図示しない）に出力される。
【００３９】
本実施形態の磁気センサ１０において、図１に示すように、固定磁性層の磁化方向４５ａはＹ１方向またはＹ２方向に向けられており、各磁気抵抗効果素子２１〜２４に対してＹ１方向またはＹ２方向に印加される磁界を検出することができる。図１に示すように、固定磁性層の磁化方向４５ａ（Ｙ１−Ｙ２方向）において、各磁気抵抗効果素子２１〜２４を挟んで１対の軟磁性体３１、３２が設けられている。これにより、Ｙ１方向またはＹ２方向に印加された外部磁界は、軟磁性体３１または軟磁性体３２を通過する際に磁界の方向が規制されて各磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加される。
【００４０】
本実施形態において、図１に示すように、１対の軟磁性体３１、３２の内、Ｙ１方向に位置する一方の軟磁性体３１は、各磁気抵抗効果素子２１〜２４から離れる方向（Ｙ１方向）に向かって凸状の曲線部３１ａを有して構成される。同様に、Ｙ２方向に位置する他方の軟磁性体３２は、各磁気抵抗効果素子２１〜２４から離れる方向（Ｙ２方向）に向かって凸状の曲線部３２ａを有して構成される。本実施形態において、図１に示すように、曲線部３１ａ、３２ａは、円弧状に形成されている。
【００４１】
また、図１に示すように、１対の軟磁性体３１、３２は互いに対向する直線部３１ｂ、３２ｂをそれぞれ有し、直線部３１ｂ、３２ｂは、固定磁性層の磁化方向４５ａに対して直交する方向に延びている。そして、直線部３１ｂと曲線部３１ａとは連続して繋がって形成されて軟磁性体３１の外縁を構成し、同様に、軟磁性体３２においても直線部３２ｂと曲線部３２ａとが繋がって形成されている。各磁気抵抗効果素子２１〜２４は、軟磁性体３１の直線部３１ｂと軟磁性体３２の直線部３２ｂとの間に配置されている。
【００４２】
さらに、図１に示すように、１対の軟磁性体３１、３２の間に矩形状軟磁性体３９が設けられている。矩形状軟磁性体３９は、固定磁性層の磁化方向４５ａに直交する方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に延出し、隣り合う磁気抵抗効果素子２１〜２４同士の間に配置されている。図１に示すように、矩形状軟磁性体３９の外縁は、Ｘ１−Ｘ２方向に延出し、Ｙ１−Ｙ２方向に対向する直線部３９ａと直線部３９ｂとを有している。隣り合う軟磁性体３１と矩形状軟磁性体３９とにおいて、直線部３１ｂと直線部３９ａが互いに平行に形成されている。また、隣り合う軟磁性体３２と矩形状軟磁性体３９、及び隣り合う矩形状軟磁性体３９同士についても、直線部３２ｂ、直線部３９ａ、直線部３９ｂが互いに平行に形成されている。
【００４３】
本実施形態において、１対の軟磁性体３１、３２及び矩形状軟磁性体３９として、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＴｉ、ＣｏＺｒＮｂから選ばれた少なくとも１つの材料が含まれる軟磁性材料を用いることができる。
【００４４】
本実施形態において、例えば外部磁界がＹ１方向からＹ２方向に向かって磁気センサ１０に印加された場合、外部磁界は、一方の軟磁性体３１を通過して直線部３１ｂと略直交する方向に流出する。そして、軟磁性体３１から流出した磁界は、隣り合う各矩形状軟磁性体３９を通って他方の軟磁性体３２に向かって進行する。これにより、各磁気抵抗効果素子２１〜２４の固定磁性層の磁化方向４５ａと逆方向（Ｙ２方向）に磁界が印加される。外部磁界が１８０°反対方向に印加された場合には、各磁気抵抗効果素子２１〜２４の固定磁性層の磁化方向４５ａと逆方向（Ｙ２方向）に磁界が印加される。
【００４５】
本実施形態において、１対の軟磁性体３１、３２に凸状の曲線部３１ａ、３２ａを形成することにより、図１２に示す第２の従来例の磁気センサ２１０のように、軟磁性体２１８が矩形状に形成された場合に比べて、軟磁性体３１、３２の１軸形状異方性が低減されるため、軟磁性体３１、３２を通過する磁界成分が均一化される。よって、外部磁界が傾いて印加された場合であっても、例えば一方の軟磁性体３１を通過した外部磁界は、直線部３１ｂと略直交する方向に流出して他方の軟磁性体３２に向かって進行する。したがって、軟磁性体３１、３２を通って磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加される磁界は、固定磁性層の磁化方向４５ａに対する角度ずれが抑制され、測定誤差を低減することができる。
【００４６】
さらに、１対の軟磁性体３１、３２の間に矩形状軟磁性体３９が設けられており、矩形状軟磁性体３９は固定磁性層の磁化方向４５ａと略直交する方向に延出している。つまり、１対の軟磁性体３１、３２及び矩形状軟磁性体３９の直線部３１ｂ、３２ｂ、３９ａ、３９ｂが互いに平行に対向して配置されている。このため、１対の軟磁性体３１、３２の間における磁界の方向は、矩形状軟磁性体３９の延出する方向と直交する方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向けられるため、１対の軟磁性体３１、３２の間における磁界の角度ずれが確実に抑制される。
【００４７】
また、図１に示すように、軟磁性体３１、３２に凸状の曲線部３１ａ、３２ａを形成することにより、軟磁性体の幅寸法（Ｙ１−Ｙ２方向の寸法）が、Ｘ１方向の端部またはＸ２方向の端部に向かって徐々に小さくなって形成される。このため、軟磁性体３１、３２の端部に磁束が集中することを抑制して、軟磁性体３１、３２の長さ方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の端部近傍においても磁界分布が均一化される。よって、外部磁界の角度ずれを抑制することができる軟磁性体３１、３２の有効範囲を長くすることができ、磁気センサ１０の測定精度を向上させることができる。
【００４８】
本実施形態において、１対の軟磁性体３１、３２は、各磁気抵抗効果素子２１〜２４を挟んで互いに対称に形成されている。このため、例えば外部磁界がＹ１方向に印加する場合と、１８０°反対方向に外部磁界がＹ２方向に印加する場合とのいずれにおいても、磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加される磁界の角度ずれを抑制することができる。したがって、外部磁界が基板１７面内においてＹ１−Ｙ２方向から傾いて印加された場合であっても、センサ出力の直線性が低下すること抑制して、測定誤差を低減することができる。
【００４９】
本実施形態において、曲線部３１ａ、３２ａは一定の曲率半径を有して円弧状に形成されており、これにより、１対の軟磁性体３１、３２における磁界分布が均一化され、磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加される磁界の角度ずれを抑制することができる。曲線部３１ａ、３２ａは円弧状に限定されないが、磁界分布を均一化するために、軟磁性体３１の外側の外縁（Ｙ１方向の外縁）及び軟磁性体３２の外側の外縁（Ｙ２方向の外縁）において鋭角に突出する部分を設けずに、なだらかに変化するように形成されることが好ましい。
【００５０】
１対の軟磁性体３１、３２の外縁形状は、図１に示すものに限定されず、適宜変形することができる。また、４つの磁気抵抗効果素子２１〜２４の配置についても変更可能であり、例えば、磁気抵抗効果素子２１〜２４のそれぞれについて１対の軟磁性体３１、３２を設けても良い。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態における磁気センサの平面図である。本実施形態は、１対の軟磁性体３３、３４の外縁の形状が異なっている。図６に示すように、一方の軟磁性体３３は、磁気抵抗効果素子２１〜２４側に位置する第１の部分３３ｃと、第１の部分３３ｃに対して磁気抵抗効果素子２１〜２４の反対側に位置する第２の部分３３ｄとを有する。
【００５２】
本実施形態において、一方の軟磁性体３３の第１の部分３３ｃは台形状であり、磁気抵抗効果素子２４に近づくにしたがってＸ１−Ｘ２方向の寸法が小さくなるように形成されている。第１の部分３３ｃの磁気抵抗効果素子２４に臨む外縁が直線部３３ｂである。第２の部分３３ｄは第１の部分３３ｃと連続して形成されており、第２の部分３３ｄの外縁は磁気抵抗効果素子２４から離れる方向に向かって凸状の曲線部３３ａを有する。また、他方の軟磁性体３４についても、同様に、第１の部分３４ｃと第２の部分３４ｄとを有して構成され、１対の軟磁性体３３、３４は互いに対称に形成されている。
【００５３】
このような態様であっても、１対の軟磁性体３３、３４が凸状の曲線部３３ａ、３４ａを有しているため、１軸方向の形状異方性が低減される。よって、Ｙ１−Ｙ２方向から磁界が傾いて印加された場合であっても、軟磁性体３３、３４の磁界分布が均一化され、磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加される外部磁界の角度ずれを確実に抑制することができる。また、台形状の第１の部分３３ｃ、３４ｃを形成することにより、直線部３３ｂの両端部近傍における磁界の集中を抑制して、角度ずれを低減することができる。なお、本実施形態において、第１の部分３３ｃ、３４ｃを台形状としたが、例えば矩形状など他の形状に変更することもできる。
【００５４】
＜第３の実施形態＞
図７は、第３の実施形態の磁気センサの平面図である。本実施形態の磁気センサ１２は、Ｙ１−Ｙ２方向に並んで設けられた磁気抵抗効果素子２１〜２４を、１対の軟磁性体３５、３６がＸ１−Ｘ２方向に挟んでいる点で異なる。本実施形態において、各磁気抵抗効果素子２１〜２４の固定磁性層の磁化方向４５ａはＸ１方向またはＸ２方向に向けられており、また、自由磁性層の磁化方向４７ａはＹ１方向またはＹ２方向に向けられている。
【００５５】
本実施形態においても、１対の軟磁性体３５、３６はそれぞれ、磁気抵抗効果素子２１〜２４から離れる方向（Ｘ１方向またはＸ２方向）に凸状の曲線部３５ａ、３６ａが形成されている。図７に示すように、曲線部３５ａ、３６ａは楕円状に形成されている。また、１対の軟磁性体３５、３６の外縁には、直線部３５ｂ、３６ｂがそれぞれ形成されており、直線部３５ｂと直線部３６ｂとは互いに対向して形成されている。
【００５６】
外部磁界がＸ１方向またはＸ２方向に傾いて印加された場合であっても、１対の軟磁性体３５、３６の外縁にそれぞれ曲線部３５ａ、３６ａが形成されているため、軟磁性体３５、３６を通過する磁界成分が均一化される。よって、磁気抵抗効果素子２１〜２４に印加される磁界の角度ずれが抑制され、測定誤差を低減することができる。
【００５７】
図７に示すように、１対の軟磁性体３５、３６の間に複数の磁気抵抗効果素子２１〜２４が設けられているが、これに限定されず、例えば磁気抵抗効果素子２１〜２４のそれぞれに１対の軟磁性体を設けることもできる。
【００５８】
＜第４の実施形態＞
第１の実施形態から第３の実施形態の磁気センサ１０〜１２では、各磁気抵抗効果素子２１〜２４を挟んで１対の軟磁性体３１〜３６または矩形状軟磁性体３９が配置されているが、各磁気抵抗効果素子２１〜２４を構成する素子部２７を挟んで軟磁性体を設けても良い。
【００５９】
図８は、第４の実施形態の磁気センサ１３の平面図である。図８は、磁気センサ１３を構成する磁気抵抗効果素子２１について拡大して示している。図８に示すように、複数の素子部２７ａ〜２７ｄがＸ１−Ｘ２方向に延出するとともに、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を設けて配列されている。複数の素子部２７ａ〜２７ｄは配線部２８によってミアンダ状に接続される。
【００６０】
図８に示すように、本実施形態において、磁気抵抗効果素子２１を挟んで１対の軟磁性体３７、３８が設けられるとともに、隣り合う素子部２７ａ〜２７ｄ同士の間に矩形状軟磁性体３９が配置されている。各矩形状軟磁性体３９は、素子部２７ａ〜２７ｄの延出方向と同じ方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に延出して形成されている。
【００６１】
このように、１対の軟磁性体３７、３８及び矩形状軟磁性体３９を設けることにより、外部磁界の角度がＹ１−Ｙ２方向に対して傾いて印加された場合であっても、１対の軟磁性体３７、３８に曲線部３７ａ、３８ａが形成されているため、磁気抵抗効果素子２１に印加される磁界の角度ずれが抑制される。また、素子部２７ａ〜２７ｄの間に矩形状軟磁性体３９を設けることにより、各素子部２７ａ〜２７ｄのそれぞれに印加される磁界の角度ずれを確実に抑制することができる。
【００６２】
＜実施例＞
図９は、実施例の磁気センサ及び比較例の磁気センサの平面図である。図９（ａ）は第１の実施例の磁気センサを示す平面図であり、図９（ｂ）は第２の実施例の磁気センサを示す平面図である。図９（ｃ）は第１の比較例の磁気センサを示す平面図であり、図９（ｄ）は第２の比較例の磁気センサを示す平面図である。なお、本実施例の磁気センサ１４、１５及び比較例の磁気センサ１１１、１１２では、分かり易くするために磁気抵抗効果素子２１をそれぞれ一つの素子部２７で構成している。
【００６３】
図９（ａ）に示す第１の実施例の磁気センサ１４は、第１の実施形態と同様の１対の軟磁性体３１、３２を用いている。曲線部３１ａ、３２ａは、いずれも曲率半径が約１０００μｍで形成されている。また、図９（ｂ）に示す第２の実施例の磁気センサ１５は、第２の実施形態と同様の１対の軟磁性体３３、３４を用いている。図９（ｂ）に示すように１対の軟磁性体３３、３４はそれぞれ、台形状の第１の部分３３ｃ、３４ｃと、第２の部分３３ｄ、３４ｄとを有し、第２の部分３３ｄ、３４ｄの外縁は、それぞれ曲線部３３ａ、３４ａを備える。曲線部３３ａ、３４ａは、曲率半径が約１０００μｍで形成されており、また、直線部３３ｂ、３４ｂは約８００μｍである。
【００６４】
図９（ｃ）に示す第１の比較例の磁気センサ１１１は、１対の軟磁性体１３１、１３２がそれぞれ矩形状に形成されており、Ｙ１−Ｙ２方向の長さ寸法が約８００μｍであり、Ｘ１−Ｘ２方向の幅寸法が約２００μｍである。また、図９（ｄ）に示す第２の比較例の磁気センサ１１２は、１対の軟磁性体１３３、１３４が台形状に形成されている。１対の軟磁性体１３３、１３４は、図９（ｂ）に示す軟磁性体３３、３４から第２の部分３３ｄ、３４ｄを除いた構成となっている。１対の軟磁性体１３３、１３４の対向する直線部１３３ｂ、１３４ｂの長さは約８００μｍである。
【００６５】
図１０は、外部磁界の角度がずれた状態で印加された場合における、磁気抵抗効果素子に印加する磁界の角度ずれの分布のシミュレーション結果のグラフを示す。図１０（ａ）は１対の軟磁性体の間隔が５０μｍ、図１０（ｂ）は１対の軟磁性体の間隔が１００μｍ、図１０（ｃ）は１対の軟磁性体の間隔が２００μｍの場合の角度ずれのシミュレーション結果である。図１０各図は、外部磁界を固定磁性層の磁化方向４５ａから−２０°傾けて印加した場合において、磁気抵抗効果素子２１に印加される磁界の角度を示している。図９に示すように１対の軟磁性体の互いに対向する直線部の長さをＬとしたときに、図１０各図は、直線部における長さ方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の位置を横軸として示している。
【００６６】
図１０（ａ）に示すように、第１の実施例の磁気センサ１４及び第２の実施例の磁気センサ１５は、第１の比較例の磁気センサ１１１及び第２の比較例の磁気センサ１１２に比べて、１対の軟磁性体の長さ方向の全範囲において、磁界の角度ずれが低減されている。第１の実施例及び第２の実施例は、外部磁界が−２０°傾いて印加された場合であっても、磁気抵抗効果素子２１に印加される磁界の角度ずれを−０．４°程度まで抑制することができる。また、１対の軟磁性体の長さ方向の端部に向かうにしたがって角度ずれが大きくなる傾向を示すが、第１の実施例及び第２の実施例は、第１の比較例及び第２の比較例に比べて、広い範囲で角度ずれを低減することができ、１対の軟磁性体の有効範囲を拡大できることが示された。
【００６７】
また、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示すように、１対の軟磁性体同士の間隔を大きくするにしたがって、磁気抵抗効果素子２１に印加される磁界の角度ずれが大きくなる傾向を示す。第１の実施例の磁気センサ１４及び第２の実施例の磁気センサ１５は、いずれの場合においても第１の比較例及び第２の比較例に比べて角度ずれを抑制することが可能である。
【００６８】
以上のように、本実施例の磁気センサ１４、１５は、１対の軟磁性体３１〜３４にそれぞれ磁気抵抗効果素子２１から離れる方向に凸状の曲線部３１ａ〜３４ａを設けることにより、外部磁界の角度が−２０°傾いて印加された場合であっても、磁気抵抗効果素子２１に印加される磁界の角度ずれを抑制できることが示された。
【００６９】
図１１は、第３の実施例における、各素子部に印加される磁界の角度ずれの分布を示すシミュレーション結果のグラフである。第３の実施例の磁気センサは、図８に示す第４の実施形態の磁気センサ１３と同様の構成である。図８に示すように、本実施例の磁気センサ１３は、磁気抵抗効果素子２１を挟む１対の軟磁性体３６、３７に加えて、磁気抵抗効果素子２１を構成する各素子部２７ａ〜２７ｄの間に矩形状軟磁性体３９が設けられている。図１１は、外部磁界が固定磁性層の磁化方向４５ａから−２０°傾いて印加されたときの、各素子部２７ａ〜２７ｄに印加される磁界の角度ずれの分布を示している。また、図１１にグラフには、比較のために第１の比較例の磁気センサ１１１の結果を同時に示している。
【００７０】
図１１に示すように、複数の素子部２７ａ〜２７ｄのいずれにおいても、１対の軟磁性体の長さ方向の位置が−２００μｍ〜＋２００μｍの範囲において、磁界の角度ずれが０．３°〜０．４°程度に低減されている。長さ方向の位置が−３００μｍ〜＋３００μｍの広い範囲においても、角度ずれが０．５°〜０．６°程度に抑制されている。また、素子部２７ａ〜２７ｄごとの角度ずれのばらつきも小さい。
【００７１】
以上のように、磁気抵抗効果素子２１が複数の素子部２７ａ〜２７ｄを有して構成される場合においても、図８に示すように、凸状の曲線部３７ａ、３８ａを有する１対の軟磁性体３７、３８と、素子部２７ａ〜２７ｄの間に位置する矩形状軟磁性体３９とを設けることにより、各素子部２７ａ〜２７ｄに印加される磁界の角度ずれが抑制され、磁気センサの測定誤差を低減することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０〜１５  磁気センサ
１７  基板
１８  絶縁層
２１〜２４  磁気抵抗効果素子
２５  引出配線
２７、２７ａ〜２７ｄ  素子部
２９  バイアス磁石
３１〜３６  軟磁性体
３１ａ〜３６ａ  曲線部
３１ｂ〜３６ｂ  直線部
３３ｃ、３４ｃ  第１の部分
３３ｄ、３４ｄ  第２の部分
３９  矩形状軟磁性体
４３  磁気抵抗効果膜
４５  固定磁性層
４５ａ  固定磁性層の磁化方向
４５ｃ  第１の固定磁性層
４５ｄ  第２の固定磁性層
４６  非磁性層
４７  自由磁性層
４７ａ  自由磁性層の磁化方向
５１、５２  ハーフブリッジ回路
５３  フルブリッジ回路
【図１】
2015219227.tif 000003
【図２】
2015219227.tif 000004
【図３】
2015219227.tif 000005
【図４】
2015219227.tif 000006
【図５】
2015219227.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015219227.tif 000009
【図８】
2015219227.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015219227.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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