(57)【要約】【課題】温度センサや加熱コイルを用いることなく、温度の変動に起因する出力の変化を抑制することが可能な単位素子対、及び、これを用いた薄膜磁気センサを提供すること。【解決手段】単位素子対（Ａ）は、磁気抵抗変化率ＭＲ1の温度係数α1が正である少なくとも１つの第１単位素子と、磁気抵抗変化率ＭＲ2の温度係数α2が負である少なくとも１つの第２単位素子とを備え、第１単位素子及び第２単位素子は、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されている。第１単位素子及び第２単位素子は、それぞれ、軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨークと、薄膜ヨークのギャップ内又はその近傍に形成されたＧＭＲ膜とを備えている。薄膜磁気センサは、単位素子対（Ａ）と、第２抵抗素子とが電気的に直列に接続されたハーフブリッジ回路、又は、前記ハーフブリッジ回路を２つ組み合わせたフルブリッジ回路を備えている。【選択図】図１
2015075362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた単位素子対。
（１）前記単位素子対は、
磁気抵抗変化率ＭＲ1（＝ΔＲ1×１００／Ｒ10）の温度係数α1が正である少なくとも１つの第１単位素子と、
磁気抵抗変化率ＭＲ2（＝ΔＲ2×１００／Ｒ20）の温度係数α2が負である少なくとも１つの第２単位素子とを備え、
前記第１単位素子及び前記第２単位素子は、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されている。
（２）前記第１単位素子及び前記第２単位素子は、それぞれ、
軟磁性材料からなり、かつ、ギャップを介して対抗している一対の薄膜ヨークと、
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を有する材料からなり、かつ、前記ギャップ内又はその近傍に形成されたＧＭＲ膜と
を備えている。
【請求項２】
前記単位素子対は、磁気抵抗変化率ＭＲp（＝ΔＲp×１００／Ｒp0）の温度係数αpが±０．１％／℃の範囲内にある請求項１に記載の単位素子対。
【請求項３】
前記ＧＭＲ膜は、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料からなる請求項１又は２に記載の単位素子対。
【請求項４】
前記金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、
（１）組成式：(ＭｇＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-x（１０≦ｘ≦６０）で表されるフッ化物系ナノグラニュラー材料、
（２）組成式：(ＡｌＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-x（２５≦ｘ≦６５）で表されるフッ化物系ナノグラニュラー材料、又は、
（３）組成式：(Ａｌ2Ｏ3)x−(ＦｅＣｏ)100-x（３５≦ｘ≦７５）で表される酸化物系ナノグラニュラー材料
からなる請求項３に記載の単位素子対。
【請求項５】
以下の構成を備えた薄膜磁気センサ。
（１）前記薄膜磁気センサは、
（ａ）請求項１から４までのいずれか１項に記載の単位素子対（Ａ）と、第２抵抗素子とが電気的に直列に接続されたハーフブリッジ回路、又は、
（ｂ）前記ハーフブリッジ回路を２つ組み合わせたフルブリッジ回路
を備えている。
（２）前記第２抵抗素子は、外部磁場に対して実質的に不感であるものからなる。
（３）前記第２抵抗素子は、前記単位素子対（Ａ）との間に次の（５）式の関係が成り立つものからなる。
｜βp−βs｜／｜βp｜≦０．０１      ・・・（５）
但し、
βpは、外部磁場がゼロであるときの前記単位素子対（Ａ）の電気抵抗（Ｒp0）の温度係数、
βsは、外部磁場がゼロであるときの前記第２抵抗素子の電気抵抗（Ｒs0）の温度係数。
【請求項６】
前記第２抵抗素子は、前記単位素子対（Ａ）と同一又は類似の構成を備えた単位素子対（Ｂ）からなる請求項５に記載の薄膜磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位素子対及び薄膜磁気センサに関し、さらに詳しくは、自動車の車軸、ロータリーエンコーダ、産業用歯車等の回転情報の検出、油圧式シリンダ／空気式シリンダのストロークポジション、工作機械のスライド等の位置・速度情報の検出、工業用溶接ロボットのアーク電流等の電流情報の検出、地磁気方位コンパスなどに好適な単位素子対、並びに、これを用いた薄膜磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサは、電磁気力（例えば、電流、電圧、電力、磁界、磁束など。）、力学量（例えば、位置、速度、加速度、変位、距離、張力、圧力、トルク、温度、湿度など。）、生化学量等の被検出量を、磁界を介して電圧に変換する電子デバイスである。磁気センサは、磁界の検出方法に応じて、ホールセンサ、異方的磁気抵抗（ＡＭＲ：  Anisotropic Magneto-Resistiity）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：  Giant MR）センサ等に分類される。
【０００３】
これらの中でもＧＭＲセンサは、
（１）ＡＭＲセンサに比べて電気比抵抗の変化率の最大値（すなわち、ＭＲ比＝△ρ／ρ0（△ρ＝ρH−ρ0：ρHは、外部磁界Ｈにおける電気比抵抗、ρ0は、外部磁界ゼロにおける電気比抵抗））が極めて大きい、
（２）ホールセンサに比べて抵抗値の温度変化が小さい、
（３）ＧＭＲ効果を有する材料が薄膜材料であるために、マイクロ化に適している、
等の利点がある。そのため、ＧＭＲセンサは、コンピュータ、電力、自動車、家電、携帯機器等に用いられる高感度マイクロ磁気センサとしての応用が期待されている。
【０００４】
ＧＭＲ効果を示す材料としては、強磁性層（例えば、パーマロイ等）と非磁性層（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）の多層膜、あるいは、反強磁性層、強磁性層（固定層）、非磁性層及び強磁性層（自由層）の４層構造を備えた多層膜（いわゆる、「スピンバルブ」）からなる金属人工格子、強磁性金属（例えば、パーマロイ等）からなるｎｍサイズの微粒子と、非磁性金属（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）からなる粒界相とを備えた金属−金属系ナノグラニュラー材料、スピン依存トンネル効果によってＭＲ（Magneto-Resistivity）効果が生ずるトンネル接合膜、ｎｍサイズの強磁性金属合金微粒子と、非磁性・絶縁性材料からなる粒界相とを備えた金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料等が知られている。
【０００５】
これらの内、スピンバルブに代表される多層膜は、一般に、低磁界における感度が高いという特徴がある。しかしながら、多層膜は、種々の材料からなる薄膜を高精度で積層する必要があるために、安定性や歩留まりが悪く、製作コストを抑えるには限界がある。そのため、この種の多層膜は、専ら付加価値の大きなデバイス（例えば、ハードディスク用の磁気ヘッド）にのみ用いられ、単価の安いＡＭＲセンサやホールセンサとの価格競争を強いられる磁気センサに応用するのは困難であると考えられている。また、多層膜間の拡散が生じやすく、ＧＭＲ効果が消失しやすいため、耐熱性が悪いという大きな欠点がある。
【０００６】
一方、ナノグラニュラー材料は、一般に、作製が容易で、再現性も良い。そのため、これを磁気センサに応用すれば、磁気センサを低コスト化することができる。特に、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、
（１）その組成を最適化すれば、室温において１０％を越える高いＭＲ比を示す、
（２）電気比抵抗ρが桁違いに高いので、磁気センサの超小型化と低消費電力化が同時に実現可能である、
（３）耐熱性の悪い反強磁性膜を含むスピンバルブ膜と異なり、高温環境下でも使用可能である、
等の利点がある。しかしながら、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、低磁界における磁界感度が非常に小さいという問題がある。そのため、このような場合には、ＧＭＲ膜の両端に軟磁性材料からなるヨークを配置し、ＧＭＲ膜の磁界感度を上げることが行われる。
【０００７】
ＧＭＲ効果を示す材料の電気抵抗は、外部磁場の大きさだけでなく温度にも依存する。そのため、ＧＭＲセンサを温度が変化する環境下で使用すると、出力が温度変化に応じて変動し、外部磁場の変化を正確に検出することができない。そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、
（ａ）予め磁気抵抗素子対の中点電位の無磁場環境下における温度特性をメモリに格納しておき、
（ｂ）該磁気抵抗素子対とは別に配設された温度センサからの温度情報に応じた中点電位をメモリから読みだしてこれを基準電位とし、
（ｃ）この基準電位と中点電位の差を増幅して出力とする
磁気センサが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、
（ａ）ＧＭＲ素子と、発熱体としての加熱用コイルを備えており、
（ｂ）温度変動に伴うＧＭＲ素子の温度ドリフトを発熱体により能動的に制御する
磁気センサが開示されている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている従来の技術では、磁気抵抗素子対とは別に設けられた温度センサが必要なために、基板上の専有面積が大きくなり、各要素間の温度分布の差異により測定誤差が生じる。
加えて、磁気と温度の検出機構が別々の構成になっているために、部品点数の削減と、素子の小型化には限界がある。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている従来の技術では、ＧＭＲ素子の温度を能動的に制御するために発熱体としての加熱コイルを備える必要があり、構成が煩雑であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０６−０７７５５８号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０５１２９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、温度センサや加熱コイルを用いることなく、温度の変動に起因する出力の変化を抑制することが可能な単位素子対、及び、これを用いた薄膜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】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明に係る単位素子対は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記単位素子対は、
磁気抵抗変化率ＭＲ1（＝ΔＲ1×１００／Ｒ10）の温度係数α1が正である少なくとも１つの第１単位素子と、
磁気抵抗変化率ＭＲ2（＝ΔＲ2×１００／Ｒ20）の温度係数α2が負である少なくとも１つの第２単位素子とを備え、
前記第１単位素子及び前記第２単位素子は、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されている。
（２）前記第１単位素子及び前記第２単位素子は、それぞれ、
軟磁性材料からなり、かつ、ギャップを介して対抗している一対の薄膜ヨークと、
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を有する材料からなり、かつ、前記ギャップ内又はその近傍に形成されたＧＭＲ膜と
を備えている。
【００１５】
本発明に係る薄膜磁気センサは、以下の構成を備えている。
（１）前記薄膜磁気センサは、
（ａ）本発明に係る単位素子対（Ａ）と、第２抵抗素子とが電気的に直列に接続されたハーフブリッジ回路、又は、
（ｂ）前記ハーフブリッジ回路を２つ組み合わせたフルブリッジ回路
を備えている。
（２）前記第２抵抗素子は、外部磁場に対して実質的に不感であるものからなる。
（３）前記第２抵抗素子は、前記単位素子対（Ａ）との間に次の（５）式の関係が成り立つものからなる。
｜βp−βs｜／｜βp｜≦０．０１      ・・・（５）
但し、
βpは、外部磁場がゼロであるときの前記単位素子対（Ａ）の電気抵抗（Ｒp0）の温度係数、
βsは、外部磁場がゼロであるときの前記第２抵抗素子の電気抵抗（Ｒs0）の温度係数。
【発明の効果】
【００１６】
単位素子対は、磁気抵抗変化率ＭＲ1の温度係数α1が正である少なくとも１つの第１単位素子と、磁気抵抗変化率ＭＲ2の温度係数α2が負である少なくとも１つの第２単位素子を直列に接続したものからなる。そのため、単位素子対は、相対的に大きな磁気抵抗変化率ＭＲpを示すが、温度変化に起因する磁気抵抗変化率ＭＲpの変動が小さい。
このような単位素子対と、所定の条件を満たす第２抵抗素子とを用いてブリッジ回路を構成すると、中点電位は、主として外部磁場に依存した値となり、温度による変動が抑制される。しかも、温度による中点電位の変動を抑制するために、温度センサや加熱コイルを必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る単位素子対の模式図（図１（ａ））及び回路図（図１（ｂ））である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気センサの模式図（図２（ａ））及び回路図（図２（ｂ））である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気センサの斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る薄膜磁気センサの模式図（図４（ａ））及び回路図（図４（ｂ））である。
【００１８】
【図５】(ＭｇＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-xの電気抵抗率の温度依存性を示す図である。
【図６】(ＭｇＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-xのＭＲ比の温度依存性を示す図である。
【図７】外部磁場が作用している時の単位素子及び単位素子対の出力電圧の温度依存性を示す図である。
【図８】外部磁場がゼロである時の単位素子対の電気抵抗の温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  単位素子対］
図１に、本発明の一実施の形態に係る単位素子対の模式図（図１（ａ））及び回路図（図１（ｂ））を示す。図１において、単位素子対１０は、第１単位素子１２ａと、第２単位素子１２ｂとを備えている。第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂは、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されている。
第１単位素子１２ａは、一対の薄膜ヨーク１４ａ、１４ａと、薄膜ヨーク１４ａ、１４ａ間に形成されたＧＭＲ膜１６ａとを備えている。同様に、第２単位素子１２ｂは、一対の薄膜ヨーク１４ｂ、１４ｂと、薄膜ヨーク１４ｂ、１４ｂ間に形成されたＧＭＲ膜１６ｂとを備えている。
【００２０】
なお、図１に示す例おいて、単位素子対１０は、１個の第１単位素子１２ａと１個の第２単位素子１２ｂとを備えているが、これは単なる例示である。単位素子対１０は、２個以上の第１単位素子１２ａ及び／又は２個以上の第２単位素子１２ｂを備えていても良い。複数個の第１単位素子１２ａ及び／又は第２単位素子１２ｂを備えている場合、これらは、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されるが、これらの接続の順序は問わない。
【００２１】
［１．１．  磁気抵抗変化率の温度係数α］
本発明において、第１単位素子１２ａは、磁気抵抗変化率ＭＲ1（＝ΔＲ1×１００／Ｒ10）の温度係数α1が正であるものからなる。一方、第２単位素子１２ｂは、磁気抵抗変化率ＭＲ2（＝ΔＲ2×１００／Ｒ20）の温度係数α2が負であるものからなる。
【００２２】
第１単位素子１２ａの電気抵抗Ｒ1及び第２単位素子１２ｂの電気抵抗Ｒ2は、それぞれ、次の（１）式及び（２）式で表される。
Ｒ1＝Ｒ10＋ΔＲ1      ・・・（１）
Ｒ2＝Ｒ20＋ΔＲ2      ・・・（２）
【００２３】
（１）式及び（２）式において、右辺第１項（Ｒ10、Ｒ20）は、それぞれ、外部磁場（Ｈ）がゼロであるときの電気抵抗であり、温度（Ｔ）のみに依存する。（１）式及び（２）式において、右辺第２項（ΔＲ1、ΔＲ2）は、外部磁場（Ｈ）が作用した時の電気抵抗の変化量であり、外部磁場（Ｈ）と温度（Ｔ）に依存する。
【００２４】
一般に、ＧＭＲ効果を示す材料において、外部磁場（Ｈ）がゼロであるときの電気抵抗（Ｒ10、Ｒ20）の温度係数は、外部磁場（Ｈ）が作用したときの電気抵抗の変化量（ΔＲ1、ΔＲ2）の温度係数と異なる。
「磁気抵抗変化率ＭＲ1の温度係数α1」、及び、「磁気抵抗変化率ＭＲ2の温度係数α2」とは、それぞれ、次の（１．１）式及び（１．２）式で定義される値をいう。
ＭＲ1＝ΔＲ1×１００／Ｒ10＝ＭＲ10{１＋α1ΔＴ}  ・・・（１．１）
ＭＲ2＝ΔＲ2×１００／Ｒ20＝ＭＲ20{１＋α2ΔＴ}  ・・・（１．２）
ここで、「ＭＲ10」及び「ＭＲ20」は、それぞれ、ΔＴがゼロであるときの第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂの磁気抵抗変化率である。
【００２５】
第１単位素子１２ａは、ＧＭＲ膜１６ａの両端に薄膜ヨーク１４ａ、１４ａが電気的に接続された構造を持つ。また、薄膜ヨーク１４ａ、１４ａの電気抵抗は、ＧＭＲ膜１６ａに比べて小さい。そのため、第１単位素子１２ａの電気抵抗Ｒ1は、主としてＧＭＲ膜１６ａの電気抵抗で決まる。この点は、第２単位素子１２ｂも同様である。
そのため、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの材料を最適化することによって、温度係数α1及びα2の正負、並びに、それらの絶対値を制御することができる。
【００２６】
第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂは、感磁方向が略平行となるように、電気的に直列に接続されている。
「感磁方向」とは、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの磁界感度が最大となるときの外部磁界印加方向をいう。
「略平行」とは、第１単位素子１２ａと第２単位素子１２ｂの感磁方向の角度差が±５°以内であることをいう。
【００２７】
このような単位素子対１０の合成抵抗Ｒpは、次の（３）式で表される。
Ｒp＝ΣＲi＝ΣＲi0＋ΣΔＲi＝Ｒp0＋ΔＲp      ・・・（３）
「単位素子対１０の磁気抵抗変化率ＭＲpの温度係数αp」とは、次の（３．１）式で定義される値をいう。
ＭＲp＝ΔＲp×１００／Ｒp0＝ＭＲp0{１＋αpΔＴ}  ・・・（３．１）
ここで、「ＭＲp0」は、ΔＴがゼロであるときの単位素子対１０の磁気抵抗変化率である。
温度係数αpは、ΣＲi0及びΣΔＲiと相関があり、ΣＲi0及びΣΔＲiは、それぞれ、各単位素子のαiと相関がある。そのため、各単位素子のαiの正負及びその絶対値を制御することによって、αpを制御することができる。
温度変化に起因する出力の変動を抑制するためには、温度係数αpは、±０．１％／℃の範囲内にあるのが好ましい。温度係数αpは、さらに好ましくは、±０．０５％／℃の範囲内、さらに好ましくは、±０．０２％／℃の範囲内である。
【００２８】
各単位素子の形状が同一であっても、理想的には、各単位素子のαiを最適化すれば、αpをゼロに近づけることができる。しかしながら、実際には、αiの最適化のみによってαpをゼロに近づけることが難しい場合が多い。これは、正の温度係数α1を有する第１単位素子１２ａは、通常、負の温度係数α2を有する第２単位素子１２ｂに比べて、電気抵抗率ρが２〜３桁低いためである。
【００２９】
そのような場合には、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの材料（αi）だけでなく、その幅Ｗ（感磁方向に対して垂直方向の長さ）、長さＬ（感磁方向に対して平行方向の長さ）、及び、膜厚ｔを制御することによって、温度係数αpをゼロに近づけるのが好ましい。
具体的には、負の温度係数α2を有する第２単位素子１２ｂの形状因子ｋ2（＝Ｌ／ｔＷ）は、正の温度係数α1を有する第１単位素子１２ａの形状因子ｋ1に比べ、１００〜５０００倍小さいことが好ましい。
【００３０】
［１．２．  単位素子の材料］
第１単位素子１２ａは、軟磁性材料からなり、かつ、ギャップを介して対抗している一対の薄膜ヨーク１４ａ、１４ａと、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を有する材料からなり、かつ、ギャップ内又はその近傍に形成されたＧＭＲ膜１６ａとを備えている。
同様に、第２単位素子１２ｂは、軟磁性材料からなり、かつ、ギャップを介して対抗している一対の薄膜ヨーク１４ｂ、１４ｂと、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を有する材料からなり、かつ、ギャップ内又はその近傍に形成されたＧＭＲ膜１６ｂとを備えている。
【００３１】
［１．２．１．  薄膜ヨーク］
薄膜ヨーク１４ａ、１４ａは、ギャップを介して対向しており、ＧＭＲ膜１６ａは、ギャップ内又はその近傍において、薄膜ヨーク１４ａ、１４ａと電気的に接続される。同様に、薄膜ヨーク１４ｂ、１４ｂは、ギャップを介して対向しており、ＧＭＲ膜１６ｂは、ギャップ内又はその近傍において、薄膜ヨーク１４ｂ、１４ｂと電気的に接続される。
ここで、「ギャップ近傍」とは、薄膜ヨーク先端に発生する増幅された大きな磁界の影響を受ける領域をいう。薄膜ヨーク間に発生する磁界は、ギャップ内が最も大きくなるので、ＧＭＲ膜は、ギャップ内に形成するのが最も好ましいが、ＧＭＲ膜に作用する磁界が実用上十分な大きさであるときは、その全部又は一部がギャップ外（例えば、薄膜ヨークの上面側又は下面側）にあっても良いことを意味する。
【００３２】
薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂは、それぞれ、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの磁界感度を高めるためのものであり、軟磁性材料からなる。弱磁界に対する高い磁界感度を得るためには、薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂには、透磁率μ及び／又は飽和磁化Ｍｓの高い材料を用いるのが好ましい。具体的には、その透磁率μは、１００以上が好ましく、さらに好ましくは、１０００以上である。また、その飽和磁化Ｍｓは、５（ｋＧａｕｓｓ）以上が好ましく、さらに好ましくは、１０（ｋＧａｕｓｓ）以上である。
【００３３】
薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂを構成する軟磁性材料は、結晶系又は微結晶系の軟磁性材料であっても良く、あるいは、アモルファス系の軟磁性材料であっても良い。
結晶系又は微結晶系の軟磁性材料は、一般に、成膜直後には良好な軟磁気特性が得られない（透磁率が低い、保磁力が大きいなど）。軟磁気特性を向上させるためには、成膜後に熱処理を行う必要がある。一方、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂをある臨界温度以上に加熱すると、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂのＭＲ特性が低下する。
これに対し、アモルファス系の軟磁性材料は、室温で成膜するだけで必要な性能が得られ、軟磁気特性を向上させるための熱処理が不要であるという特徴がある。そのため、薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂがアモルファス系の軟磁性材料からなる単位素子対１０に対して本発明を適用すると、高い効果が得られる。
【００３４】
薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂを構成する軟磁性材料としては、具体的には、
（ａ）４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｆｅ74Ｓｉ9Ａｌ17、Ｆｅ12Ｎｉ82Ｎｂ6、Ｆｅ75.6Ｓｉ13.2Ｂ8.5Ｎｂ1.9Ｃｕ0.8、Ｆｅ83Ｈｆ6Ｃ11、Ｆｅ85Ｚｒ10Ｂ5合金、Ｆｅ93Ｓｉ3Ｎ4合金、Ｆｅ71Ｂ11Ｎ18合金、
（ｂ）４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金／ＳｉＯ2多層膜、
（ｃ）Ｆｅ71.3Ｎｄ9.6Ｏ19.1ナノグラニュラー合金、Ｃｏ70Ａｌ10Ｏ20ナノグラニュラー合金、Ｃｏ65Ｆｅ5Ａｌ10Ｏ20ナノグラニュラー合金、
（ｄ）Ｃｏ35Ｆｅ35Ｍｇ10Ｆ20ナノグラニュラー合金、
（ｅ）(Ｃｏ94Ｆｅ6)70Ｓｉ15Ｂ15アモルファス合金、Ｃｏ88Ｎｂ6Ｚｒ6アモルファス合金、
などが好適である。
【００３５】
薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂの形状及び寸法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。一般に、薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂの幅に対して感磁方向の長さが長くなるほど、薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂの反磁界係数が小さくなるので、高い出力が得られる。
【００３６】
［１．２．２．  ＧＭＲ膜］
ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂは、外部磁界の変化を電気抵抗Ｒの変化として感じ、結果的に電圧の変化として検出するためのものであり、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を有する材料からなる。外部磁界の変化を高い感度で検出するためには、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂのＭＲ比の絶対値は、大きいほど良い。ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂのＭＲ比の絶対値は、具体的には、５％以上が好ましく、さらに好ましくは、１０％以上である。
【００３７】
また、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂは、薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂと直接、電気的に接続されるので、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ａには、薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂより高い電気比抵抗ρを有するものが用いられる。一般に、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの電気比抵抗ρが小さすぎると、薄膜ヨーク１４ａ、１４ｂ間が電気的に短絡するので好ましくない。
一方、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの電気比抵抗ρが高すぎる場合には、ノイズが増加し、外部磁界の変化を電圧変化として検出するのが困難となる。ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの電気比抵抗ρは、具体的には、１０3μΩｃｍ以上１０12μΩｃｍ以下が好ましく、さらに好ましくは、１０4μΩｃｍ以上１０11μΩｃｍ以下である。
【００３８】
このような条件を満たす材料には、種々の材料があるが、中でも上述した金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料が特に好適である。金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、高いＭＲ比と高い電気比抵抗ρを有するだけでなく、僅かな組成変動によってＭＲ比が大きく変動することがないので、安定した磁気特性を有する薄膜を、再現性良く、かつ低コストで作製することができるという利点がある。
【００３９】
ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂとして用いられる金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料としては、具体的には、
（１）Ｃｏ−Ｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ａｌ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ｓｍ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ｄｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、ＦｅＣｏ−Ｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金等の酸化物系ナノグラニュラー合金、
（２）Ｆｅ−ＭｇＦ2、ＦｅＣｏ−ＭｇＦ2、Ｆｅ−ＣａＦ2、ＦｅＣｏ−ＡｌＦ3等のフッ化物系ナノグラニュラー合金、
などがある。
【００４０】
本発明において第１単位素子１２ａを構成するＧＭＲ膜１６ａには、磁気抵抗変化率ＭＲ1の温度係数α1が正である材料が用いられる。一方、第２単位素子１２ｂを構成するＧＭＲ膜１６ｂには、磁気抵抗変化率ＭＲ2の温度係数α2が負である材料が用いられる。
ＧＭＲ効果を示す材料の中でも、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、絶縁体の含有量を制御することによって、温度係数α1、α2の正負及びその絶対値を制御することができる。これは、
（ａ）低温においては、温度低下に伴って、近接する超常磁性微粒子が強磁性的に結合するために磁気抵抗効果が減少し、
（ｂ）一方、高温では、温度上昇に伴って、熱攪乱により磁気モーメントが乱されるために、磁気抵抗効果が減少するため、
と考えられる（Journal of Magnetism and Magnetic Materials 242-245(2002)467-478）。すなわち、温度係数は、超常磁性粒子同士の磁気的な結合状態で決まり、磁気的な結合状態は、「温度」と「粒子間距離（金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料の場合は、絶縁体の含有量）」により変化する。そのため、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの材料として好適である。
【００４１】
金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料の中でも、特に以下の材料が好適である。これらの材料は、絶縁体の含有量を制御することによって、温度係数αiを正から負までの相対的に広い範囲で制御することができる。
（１）組成式：(ＭｇＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-x（１０≦ｘ≦６０）で表されるフッ化物系ナノグラニュラー材料。
（２）組成式：(ＡｌＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-x（２５≦ｘ≦６５）で表されるフッ化物系ナノグラニュラー材料。
（３）組成式：(Ａｌ2Ｏ3)x−(ＦｅＣｏ)100-x（３５≦ｘ≦７５）で表される酸化物系ナノグラニュラー材料。
【００４２】
ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの形状及び寸法は、特に限定されるものではなく、目的とする磁界感度及び温度係数αpが得られるように定める。一般に、電気抵抗は抵抗体の長さに比例し、断面積に反比例する。そのため、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの長さＬを長くし、その膜厚ｔ（図１（ａ）の紙面に対して垂直方向の長さ）を薄くし、あるいはその幅Ｗを狭くするほど、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの電気抵抗Ｒを大きくすることができる。この電気抵抗Ｒを大きくすることにより、デバイスの消費電力を下げることができる。しかし、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの電気抵抗Ｒが高くなりすぎると、増幅器との間でインピーダンス不良を起こす場合がある。
さらに、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの材料だけでなく、その形状及び寸法を最適化することにより、単位素子対１０の温度係数αpの絶対値を小さくすることができる。
【００４３】
［２．  薄膜磁気センサ］
本発明に係る薄膜磁気センサは、
（ａ）本発明に係る単位素子対（Ａ）と、第２抵抗素子とが電気的に直列に接続されたハーフブリッジ回路、又は、
（ｂ）前記ハーフブリッジ回路を２つ組み合わせたフルブリッジ回路
を備えている。
【００４４】
［２．１．  ブリッジ回路］
ハーフブリッジ回路は、単位素子対（Ａ）と第２抵抗素子とが直列に接続されたものからなる。薄膜磁気センサは、ハーフブリッジ回路を備えたものでも良く、あるいは、同一のハーフブリッジ回路を２つ組み合わせたフルブリッジ回路を備えたものでも良い。
フルブリッジ回路の場合、２つの単位素子対（Ａ）は、それぞれ、感磁方向が互いに略平行となるように、かつ、第２抵抗素子と互い違いになるように配置される。
【００４５】
［２．２．  単位素子対（Ａ）］
単位素子対（Ａ）の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００４６】
［２．３．  第２抵抗素子］
第２抵抗素子は、外部磁場に応じて電気抵抗Ｒsが変動するものでも良く、あるいは、外部磁場に対して電気抵抗Ｒsが変動しないものでも良い。前者の場合、第２抵抗素子には、外部磁場による電気抵抗Ｒsの変動を抑制又は相殺するための措置が施される。
第２抵抗素子の電気抵抗Ｒsは、一般に、次の（４）式で表される。
Ｒs＝Ｒs0＋ΔＲs      ・・・（４）
ここで、「Ｒs0」は、外部磁場がゼロであるときの第２抵抗素子の電気抵抗、「ΔＲs」は、外部磁場が作用したときの第２抵抗素子の電気抵抗の変化量である。
【００４７】
温度変化に起因する中点電位の変動を抑制するためには、第２抵抗素子は、以下の条件を満たしている必要がある。
第１に、第２抵抗素子は、外部磁場に対して実質的に不感である必要がある。ここで、「外部磁場に対して実質的に不感である」とは、
（ａ）第２抵抗素子の室温における磁気抵抗変化率ＭＲs（＝ΔＲs×１００／Ｒs0）が２．０％以下であること、又は、
（ｂ）第２抵抗素子の室温における磁気抵抗変化率ＭＲsが２．０％を超えるが、第２抵抗素子の感磁方向が単位素子対（Ａ）の感磁方向に対して直交するように、第２抵抗素子が配置されていること
をいう。
【００４８】
第２に、第２抵抗素子と単位素子対（Ａ）とは、外部磁場がゼロであるときの電気抵抗の温度係数が実質的に同一である必要がある。すなわち、第２抵抗素子は、単位素子対（Ａ）との間に次の（５）式の関係が成り立つものからなる。
｜βp−βs｜／｜βp｜≦０．０１      ・・・（５）
但し、
βpは、外部磁場がゼロであるときの前記単位素子対（Ａ）の電気抵抗（Ｒp0）の温度係数、
βsは、外部磁場がゼロであるときの前記第２抵抗素子の電気抵抗（Ｒs0）の温度係数。
【００４９】
第２抵抗素子に対して磁気抵抗変化率ＭＲsが実質的にゼロになるような措置を施した場合、第２抵抗素子の電気抵抗Ｒsは、実質的に温度にのみ依存した値となる。一方、第２抵抗素子の温度係数βsを単位素子対（Ａ）の温度係数βpに一致させた場合、温度変化に起因するＲs0及びＲp0の変動が相殺される。その結果、外部磁場及び／又は温度が変動しても、ブリッジ回路の中点電位の変動は小さい。
【００５０】
第２抵抗素子としては、具体的には、以下のようなものがある。
（ａ）単位素子対（Ａ）と同一又は類似の構成を備えた単位素子対（Ｂ1）であって、その感磁方向が単位素子対（Ａ）の感磁方向と直交するように配置されているもの。
この場合、単位素子対（Ａ）の感磁方向の磁場に対して、単位素子対（Ｂ1）の電気抵抗Ｒsは、ほとんど変化しない。
【００５１】
（ｂ）単位素子対（Ａ）と同一又は類似の構成を備えた単位素子対（Ｂ2）であって、その周囲が高透磁率材料からなる磁気シールドで被覆されているもの。
この場合、単位素子対（Ｂ2）は、磁気シールドによって実質的に外部磁場に対して不感となる。そのため、単位素子対（Ｂ2）は、必ずしも外部磁場に対して不感となる方向に配置されている必要はない。また、上述した条件を満たす限りにおいて、単位素子対（Ｂ2）の構造や材料の内、磁気シールド以外の部分は、単位素子対（Ａ）と異なっていても良い。
【００５２】
（ｃ）薄膜ヨークを非磁性材料で置き換えた以外は単位素子対（Ａ）と同一又は類似の構成を備えた単位素子対（Ｂ3）。
この場合、ＧＭＲ膜の磁界感度が低下するため、単位素子対（Ｂ3）は、実質的に外部磁場に対して不感となる。そのため、単位素子対（Ｂ3）は、必ずしも外部磁場に対して不感となる方向に配置されている必要はない。また、上述した条件を満たす限りにおいて、単位素子対（Ｂ3）の構造や材料の内、薄膜ヨーク以外の部分は、単位素子対（Ａ）と異なっていても良い。
【００５３】
（ｄ）上述した条件を満たし、かつ、実質的に磁気抵抗変化を生じない単なる抵抗素子。
【００５４】
これらの中でも、第２抵抗素子は、単位素子対（Ｂ1）〜（Ｂ3）が好ましい。これは、以下の理由による。
（ａ）単位素子対（Ａ）と第２抵抗素子とを、同様の薄膜プロセスを用いて同時に製造することができるので、製造コストを低減することができる。
（ｂ）第２の抵抗素子として単なる抵抗素子を用いた場合、あるいは、単なるＧＭＲ素子を直交配置した場合に比べて、中点電位の温度による変動が小さくなる。
【００５５】
［３．  薄膜磁気センサの具体例］
［３．１．  具体例１］
図２に、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気センサの模式図（図２（ａ））及び回路図（図２（ｂ））を示す。図２において、薄膜磁気センサ２０ａは、単位素子対（Ａ）１０と、第２抵抗素子３０ａとを備えている。
【００５６】
［３．１．１．  単位素子対（Ａ）］
単位素子対（Ａ）１０は、電気抵抗がＲ1（＝Ｒ10＋ΔＲ1）である第１単位素子１２ａと、電気抵抗がＲ2（＝Ｒ20＋ΔＲ2）である第２単位素子１２ｂを備えている。第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂは、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されている。第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂに関するその他の点については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００５７】
［３．１．２．  第２抵抗素子］
第２抵抗素子３０ａは、単位素子対（Ａ）１０と同一又は類似の構造を備えた単位素子対（Ｂ）であって、電気抵抗がＲ3（＝Ｒ30＋ΔＲ3）である第１単位素子３２ａと、電気抵抗がＲ4（＝Ｒ40＋ΔＲ4）である第２単位素子３２ｂとを備えている。第１単位素子３２ａ及び第２単位素子３２ｂは、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されている。
【００５８】
第１単位素子３２ａは、ギャップを介して対向している一対の薄膜ヨーク３４ａ、３４ａと、ギャップ内又はその近傍に形成されたＧＭＲ膜３６ａとを備えている。同様に、第２単位素子３２ｂは、ギャップを介して対向している一対の薄膜ヨーク３４ｂ、３４ｂと、ギャップ内又はその近傍に形成されたＧＭＲ膜３６ｂとを備えている。
さらに、第２抵抗素子３０ａは、その感磁方向が単位素子対（Ａ）１０の感磁方向と略平行となるように配置されている。
【００５９】
図２に示す例において、第２抵抗素子３０ａは、外部磁場の変動に起因する電気抵抗Ｒsの変化を抑制するための措置が施されている。具体的には、第２抵抗素子３０ａは、
（ａ）その周囲が高透磁率材料からなる磁気シールド（図示せず）により被覆されているもの、又は、
（ｂ）薄膜ヨーク３４ａ、３４ａ及び薄膜ヨーク３４ｂ、３４ｂとして、それぞれ、非磁性材料を用いたもの、
からなる。
さらに、第２抵抗素子３０ａは、Ｒs0の温度係数βsがＲp0の温度係数βpにほぼ等しくなるように、その構成材料や形状が選択されている。
【００６０】
第２抵抗素子３０ａのその他の点については、上述した条件を満たす限りにおいて、単位素子対（Ａ）１０と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
すなわち、第２抵抗素子３０ａは、
（１）第１単位素子３２ａ及び第２単位素子３２ｂの材料、形状等が、それぞれ、単位素子対（Ａ）１０を構成する第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂと同一であっても良く、あるいは、
（２）上述した条件を満たす限りにおいて、第１単位素子３２ａ及び第２単位素子３２ｂの材料、形状等が、それぞれ、第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂと異なっているものでも良い。
【００６１】
図２に示す薄膜磁気センサ２０ａに対して一定電圧Ｖccを印加（定電圧駆動モード）した場合、中点電位Ｖoは、Ｖo＝Ｒs×Ｖcc／(Ｒs＋Ｒp)と表せる。第２抵抗素子３０ａは、ΔＲs（＝ΔＲ3＋ΔＲ4）が実質的にゼロとなるような措置か施され、かつ、Ｒs0の温度係数がＲp0の温度係数にほぼ一致するように、構成材料や形状が選択されている。そのため、中点電位Ｖoは、温度に起因する変動が最小限に抑えられ、実質的に外部磁場（Ｈ）にのみ依存した値となる。
さらに、図２に示すハーフブリッジ回路を２つ組み合わせてフルブリッジ回路とし、中点電位の差分を取ると、出力を倍にすることができる。
【００６２】
図３に、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気センサの斜視図を示す。上述したように、一般に、第１単位素子１２ａのα1及び第２単位素子１２ｂのα2の最適化のみによって、αpをゼロに近づけるのは難しい。そのため、α1及びα2の最適化だけでなく、第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂの形状を制御することによって、αpをゼロに近づけるのが好ましい。
【００６３】
例えば、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの厚さｔ、及び、感磁方向の長さＬ（すなわち、薄膜ヨーク間のギャップ間隔）が同一である場合、図３に示すように、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの幅Ｗ（感磁方向に対して垂直方向の長さ）を変えることによって、αpをゼロに近づけることができる。
この場合、第２抵抗素子３０ａを構成するＧＭＲ膜３６ａ、３６ｂの形状、材料等を、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂと一致させると、上述した（５）式の条件を容易に満たすことができる。
【００６４】
［３．２．  具体例２］
図４に、本発明の第２の実施の形態に係る薄膜磁気センサの模式図（図４（ａ））及び回路図（図４（ｂ））を示す。図４において、薄膜磁気センサ２０ｂは、単位素子対（Ａ）１０と、第２抵抗素子３０ｂとを備えている。
【００６５】
［３．２．１．  単位素子対（Ａ）］
単位素子対（Ａ）１０は、電気抵抗がＲ1（＝Ｒ10＋ΔＲ1）である第１単位素子１２ａと、電気抵抗がＲ2（＝Ｒ20＋ΔＲ2）である第２単位素子１２ｂとを備えている。単位素子対（Ａ）１０の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６６】
［３．３．２．  第２抵抗素子］
第２抵抗素子３０ｂは、単位素子対（Ａ）１０と同一又は類似の構造を備えた単位素子対（Ｂ）であって、電気抵抗がＲ3（＝Ｒ30＋ΔＲ3）である第１単位素子３２ａと、電気抵抗がＲ4（＝Ｒ40＋ΔＲ4）である第２単位素子３２ｂとを備えている。第１単位素子３２ａ及び第２単位素子３２ｂは、感磁方向が略平行となるように電気的に直列に接続されている。
【００６７】
本実施の形態において、第２抵抗素子３０ｂは、その感磁方向が単位素子対（Ａ）１０の感磁方向と略垂直となるように配置されている。また、薄膜ヨーク３４ａ、３４ａ及び薄膜ヨーク３４ｂ、３４ｂには、単位素子対（Ａ）１０と同様に、軟磁性材料が用いられている。
【００６８】
第２抵抗素子３０ｂのその他の点については、上述した条件を満たす限りにおいて、単位素子対（Ａ）１０と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
すなわち、第２抵抗素子３０ｂは、
（１）第１単位素子３２ａ及び第２単位素子３２ｂの材料、形状等が、それぞれ、単位素子対（Ａ）１０を構成する第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂと同一であっても良く、あるいは、
（２）上述した条件を満たす限りにおいて、第１単位素子３２ａ及び第２単位素子３２ｂの材料、形状等が、それぞれ、第１単位素子１２ａ及び第２単位素子１２ｂと異なっているものでも良い。
第２抵抗素子３０ｂのその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
図４に示す薄膜磁気センサ２０ｂに対して一定電圧Ｖccを印加（定電圧駆動モード）した場合、中点電位Ｖoは、Ｖo＝Ｒs×Ｖcc／(Ｒs＋Ｒp)と表せる。外部磁場（Ｈ）が単位素子対（Ａ）１０の感磁方向に対して平行方向に作用した場合、薄膜磁気センサ２０ｂは、図２に示す薄膜磁気センサ２０ａとほぼ同様の動作をする。
さらに、図４に示すハーフブリッジ回路を２つ組み合わせてフルブリッジ回路とし、中点電位の差分を取ると、出力を倍にすることができる。
【００７０】
［４．  作用］
単位素子対は、磁気抵抗変化率ＭＲ1の温度係数α1が正である少なくとも１つの第１単位素子と、磁気抵抗変化率ＭＲ2の温度係数α2が負である少なくとも１つの第２単位素子を直列に接続したものからなる。そのため、単位素子対は、相対的に大きな磁気抵抗変化率ＭＲpを示すが、温度変化に起因する磁気抵抗変化率ＭＲpの変動が小さい。
このような単位素子対と、所定の条件を満たす第２抵抗素子とを用いてブリッジ回路を構成すると、中点電位は、主として外部磁場に依存した値となり、温度による変動が抑制される。しかも、温度による中点電位の変動を抑制するために、温度センサや加熱コイルを必要としない。
【００７１】
単位素子は、公知の薄膜プロセスにより、数十μｍ□から数百μｍ□のサイズで、１ｍｍ□以下の微小領域に形成することができる。そのため、磁気的に感応する単位素子対（Ａ）と、磁気的に不感な第２抵抗素子とを略均一な温度環境下に配設できる。そのため、温度変化に起因する中点電位の変動を最小限に抑制することができる。
【００７２】
単位素子対（Ａ）と第２抵抗素子とを組み合わせてブリッジ回路を構成する場合において、第２抵抗素子として、外部磁場に対して不感となる措置を施した単位素子対（Ｂ）を用いると、単なる抵抗素子を用いた場合に比べて、温度変化に起因する中点電位の変動が小さくなる。これは、単位素子対（Ａ）と単なる抵抗素子では抵抗値の温度係数が異なるため、温度によって中点電位が変動するのに対し、第２抵抗素子として単位素子対（Ｂ）を用いると、抵抗値の温度係数が等しくなるためである。
【００７３】
また、本発明に係る単位素子対を直交配置した薄膜磁気センサは、単なるＧＭＲ素子を直交配置した薄膜磁気センサに比べて、温度変化に起因する中点電位の変動が小さくなる。これは、上記と同様に、単位素子対（Ａ）と単なるＧＭＲ素子で抵抗値の温度係数が異なるためである。
【実施例】
【００７４】
（実施例１）
［１．  ＧＭＲ膜の電気抵抗率及び磁気抵抗変化率の温度依存性］
ガラス基板上に種々の組成を有するナノグラニュラー材料からなるＧＭＲ膜を作製し、電気抵抗率及び磁気抵抗変化率ＭＲ1、ＭＲ2の温度依存性を測定した。ＧＭＲ膜には、(ＭｇＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-x（２６≦ｘ≦３６）を用いた。
図５に、(ＭｇＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-xの電気抵抗率の温度依存性を示す。図５より、ｘが小さくなるほど、電気抵抗率が小さくなることがわかる。
図６に、(ＭｇＦ2)x−(ＦｅＣｏ)100-xのＭＲ比（磁気抵抗変化率）の温度依存性を示す。図６より、ｘ＝７０近傍においてＭＲ比（ＭＲi）の温度係数αiが負から正に転じることがわかる。
【００７５】
［２．  単位素子対の作製及びその評価］
ガラス基板上に、図１に示す構造を備えた単位素子対１０を作製した。ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの厚さｔは、それぞれ、約０．３μｍとし、薄膜ヨーク１４ａ、１４ａ及び薄膜ヨーク１４ｂ、１４ｂの厚さは、それぞれ、約０．５μｍとした。また、ＧＭＲ膜１６ａ、１６ｂの感磁方向の長さＬ（ギャップの間隔）は、それぞれ、１．０μｍとした。
【００７６】
ＧＭＲ膜１６ａには、(ＭｇＦ2)64−(ＦｅＣｏ)36を用いた。この材料のα1は正であり、抵抗率（室温）は約２×１０7（μΩｃｍ）である。一方、ＧＭＲ膜１６ｂには、(ＭｇＦ2)74−(ＦｅＣｏ)26を用いた。この材料のα2は負であり、抵抗率（室温）は約５×１０9（μΩｃｍ）である。両者の室温における抵抗値（約２００ｋΩ）を合わせるため、ＧＭＲ膜１６ａの幅Ｗを２０μｍとし、ＧＭＲ膜１６ｂの幅Ｗを８００μｍとした。この単位素子対１０の磁気抵抗変化率ＭＲpは、室温で約４〜６％であった。
【００７７】
図７に、外部磁場が作用している時の単位素子１２ａ、１２ｂ及び単位素子対１０の出力電圧の温度依存性を示す。第１単位素子１２ａの磁気抵抗変化率ＭＲ1の温度係数が正であり、第２単位素子１２ｂのそれは負であるため、各々の出力電圧は、温度に対して増加又は減少する傾向を示した。
一方、単位素子対１０の出力電圧は、温度に対する変動量が約±２％と極めて小さい。単位素子対１０の磁気抵抗変化率ＭＲpの温度係数αpは、ＧＭＲ膜のマトリックスであるＭｇＦ2と磁性金属粒子ＦｅＣｏの組成比の割合（ＦｅＣｏ：２６〜３６ａｔ％）により、約±０．０２％／℃の範囲で制御可能であった。
【００７８】
図８に、外部磁場がゼロである時の単位素子対１０の電気抵抗Ｒpの温度依存性を示す。
図８より、単位素子対１０の電気抵抗Ｒpは、温度の増加とともに減少することがわかる。
【００７９】
［３．  薄膜磁気センサの作製及びその評価］
図２に示す薄膜磁気センサ２０ａを作製した。単位素子対（Ａ）１０には、上記［２．］で作製したものを用いた。一方、第２抵抗素子３０ａには、薄膜ヨーク３４ａ、３４ａ、３４ｂ、３４ｂを非磁性材料に置き換えた以外は単位素子対（Ａ）１０と同一の構造を備えた単位素子対（Ｂ）を用いた。これにより、単位素子対（Ｂ）の磁気感度は、単位素子対（Ａ）１０の約１／１００以下となった。
【００８０】
単位素子対（Ａ）１０と第２抵抗素子３０ａの電気抵抗Ｒp、Ｒsの温度依存性は略同一であるため、外部磁場に対して感応する単位素子対（Ａ）１０と、外部磁場に対して不感である第２抵抗素子３０ａの中点電位は、温度変化に対して略一定の出力を示した。
【００８１】
本実施例の薄膜磁気センサ２０ａの場合、電源電圧を、例えば５Ｖとした定電圧モードにおいて、単位素子対（Ａ）１０の中点電位の値は、単位素子対（Ａ）１０に加わる外部磁場の大きさに応じて、ゼロから約１２５ｍＶの範囲で変化した。
【００８２】
尚、出力電圧が外部磁場に対して飽和する飽和磁場は、薄膜ヨーク１４ａ、１４ａ、１４ｂ、１４ｂの形状に依存する。例えば、飽和磁場が１００（Ｏｅ）の場合、無磁場から約９０（Ｏｅ）の範囲において略線形性が得られ、磁気感度は約１．２５（ｍＶ／Ｏｅ）であった。また、温度が−１００℃から１５０℃の範囲において、±２％の精度で中点電位の測定が可能であった。
【００８３】
以上の通り、外部磁場に対して感応し、かつ、磁気抵抗変化率ＭＲpの温度係数が実質的にゼロである単位素子対（Ａ）と、外部磁場に対して実質的に不感である第２抵抗素子とを用いてブリッジ回路を構成することにより、周囲の温度に依存しない磁気感度を有する薄膜磁気センサが得られる。また、従来の技術に見られるような温度検出機能を設ける必要がなく、温度分布による測定誤差の影響を低減でき、構成がシンプルで部品点数が少なく、小型の薄膜磁気センサを提供することができる。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係る単位素子対及びこれを用いた薄膜磁気センサは、自動車の車軸、ロータリーエンコーダ、産業用歯車等の回転情報の検出、油圧式シリンダ／空気式シリンダのストロークポジション、工作機械のスライド等の位置・速度情報の検出、工業用溶接ロボットのアーク電流等の電流情報の検出、地磁気方位コンパスなどに用いることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０            単位素子対（Ａ）
１２ａ          第１単位素子
１２ｂ          第２単位素子
１４ａ、１４ｂ  薄膜ヨーク
１６ａ、１６ｂ  ＧＭＲ膜
２０ａ、２０ｂ  薄膜磁気センサ
３０ａ、３０ｂ  第２抵抗素子
【図１】
2015075362.tif 000003
【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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