(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つ以上の強磁性層と、
前記４つ以上の強磁性層のそれぞれの間に設けられた３つ以上のトンネル絶縁層とを備え、
外部から磁界を印加しない状態において前記３つ以上のトンネル絶縁層のそれぞれを挟んで対向する前記強磁性層の磁化方向は互いに反対方向であり、
前記４つ以上の強磁性層の磁化の和は、外部から磁界を印加しない状態において実質的に０である、磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記４つ以上の強磁性層の個数は、偶数個である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記３つ以上のトンネル絶縁層は、ＭｇＯ膜からなる、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記４つ以上の強磁性層は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの少なくともいずれかを主成分とする、請求項１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子の前記４つ以上の強磁性層と前記３つ以上のトンネル絶縁層との積層方向に電流が流されることで磁界を検出する、磁界検出器。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果素子を複数個用いて構成されるブリッジ回路を備え、
前記ブリッジ回路から検出磁界に応じた信号が出力される、請求項５に記載の磁界検出器。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子で磁界を帯びた移動可能な被測定物の前記磁界を測定することで前記被測定物の位置を測定する、位置検出器。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子で磁界を帯びた回転可能な被測定物の前記磁界を測定することで前記被測定物の回転を測定する、回転検出器。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれかに記載の前記磁気抵抗効果素子で磁界を帯びた被測定物の前記磁界を測定することで前記被測定物を流れる電流を測定する、電流検出器。
【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、それを用いた磁界検出器、位置検出器、回転検出器および電流検出器に関し、特に、トンネル磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗効果素子、それを用いた磁界検出器、位置検出器、回転検出器および電流検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：giant-magnetoresistance）効果に対してより大きな抵抗変化率が得られるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magnetoresistance）効果を有するＴＭＲ素子のメモリおよび磁気ヘッドなどへの応用が検討されている。
【０００３】
ＴＭＲ素子においては、強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる３層膜構造が用いられる。外部磁界によって２つの強磁性層のスピンを互いに平行あるいは反平行に設定することにより、膜面垂直方向の絶縁層を流れるトンネル電流の大きさが変化することが利用されている。トンネル電流の大きさにより、２層の強磁性層の相対的な磁化方向を検出することが可能である。
【０００４】
このＴＭＲ素子において、一方の強磁性層を反強磁性層と交換結合させて、その強磁性層の磁化を固定していわゆる固着層とし、他方の強磁性層の磁化を外部磁界で容易に反転することのできる自由層とする、いわゆるスピンバルブ型構造が検討されている。
【０００５】
スピンバルブ型構造の磁気抵抗効果素子は、高感度な磁界検出器として用いることが可能である。スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に外部から磁界が印加されると、固着層の磁化は理想的には完全に固定されているために、自由層の磁化のみが外部印加磁界に応じて回転する。これにより、２つの強磁性層の磁化の相対角が変化し、磁気抵抗効果により素子抵抗が変化する。この抵抗値の変化を、たとえば素子に定電流を流した状態で電圧の変化として検出する。この電圧変化が印加された磁界に応じて変化する信号として読出され、高感度の磁界検出が可能となる。
【０００６】
スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁界検出器により外部磁界の大きさを高精度で検出するために、たとえば特公平８−２１１６６号公報（特許文献１）に示されるように、無磁界（外部印加磁界がゼロの状態）において固着層と自由層の磁化方向を直交化させる構成が知られている。特公平８−２１１６６号公報の技術は、固着層の磁化方向に印加された磁界の大きさを、自由層の磁化の向きにより検出するものである。したがって、その動作領域は自由層の磁化が困難軸方向に飽和する磁界、いわゆる異方性磁界以下である。
【０００７】
特公平８−２１１６６号公報は、膜面内方向に電流を流すスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いた技術を開示している。ＧＭＲ素子は、一般的に、低抵抗であるため、大きな出力信号を得るためには、供給電流量を大きくする必要があり、応じて消費電力が大きくなるという問題がある。一方、ＴＭＲ素子は、高抵抗かつ高抵抗変化率を実現することが可能であり、大出力かつ低消費電力の磁界検出器を実現することが可能である。
【０００８】
スピンバルブ型構造を有するＴＭＲ素子として最も単純な構造は、反強磁性層／強磁性層／絶縁層／強磁性層である。しかし、この構造においては、固着層と自由層とに磁気的な相互作用が発生する。すなわち、固着層と自由層との磁気的な結合（静磁結合）が生じる。そのため、磁界検出器としての動作磁界が変化する。また、固着層の固着磁界に対して大きい磁界が印加された場合、固着層の磁化が外部磁界により回転する。そのため、固着層の磁化方向の変化により誤差が発生する。上述のようにして、磁界検出誤差が発生する。
【０００９】
固着層と自由層とに磁気的な相互作用抑制する方法として、たとえば、特開平７−１６９０２６号公報（特許文献２）に示されるように、固着層の磁化を制御することにより固着層と自由層との静磁結合を低減する方法がある。特開平７−１６９０２６号公報では、固着層を強磁性層／非磁性層／強磁性層からなる積層構造として、これらの強磁性層が非磁性層を挟んで互いに反平行に磁化されて結合されている。この場合、固着層において２つの強磁性層の磁化方向が反平行方向であるため、それぞれ発生する磁界が相殺され、自由層に対する静磁結合の影響が低減される。つまり、固着層から発生する磁界を抑制することが可能である。
【００１０】
たとえば特開２００７−９５７５０号公報（特許文献３）には、強磁性層の磁化方向は示されていないが、スピンバルブ型構造を有するＴＭＲ素子において、固着層を強磁性層／非磁性層／強磁性層からなる積層構造として、反強磁性層／強磁性層／非磁性層／強磁性層／絶縁層／強磁性層とする構造が提案されている。
【００１１】
また、たとえば特開２００７−９５７５０号に示されているように、ＴＭＲ素子のトンネル絶縁膜として、従来用いられてきた非晶質であるＡｌ2Ｏ3膜に換えて結晶質であるＭｇＯ膜を適用し、強磁性膜としてＣｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜を適用することで、１００％を越える大きな抵抗変化率となることが知られている。
【００１２】
なお、スピンバルブ型ＴＭＲ素子においては、各層の界面に水分子および酸素分子が吸着することを防ぐ目的で、各層の形成は、トンネル絶縁膜の形成を除き、同一の形成装置内において真空中で連続して行われる。そのため、素子を構成する材料が増加した場合は、形成装置は素子を構成する材料の増加に対応する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特公平８−２１１６６号公報
【特許文献２】特開平７−１６９０２６号公報
【特許文献３】特開２００７−９５７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のＴＭＲ素子を用いた磁界検出器では、固着層から発生する磁界および固着層の磁化の回転により、磁界の検出において誤差が発生する。また、特開平２００７−９５７５０号公報に記載されたスピンバルブ型ＴＭＲ素子を形成するためには、反強磁性層／強磁性層／非磁性層／強磁性層／絶縁層／強磁性層を備えた複雑な構造が必要である。さらに、その複雑な構造を構成する各層を同一装置内で形成するための装置が必要である。
【００１５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度であり、かつ容易に形成することができる磁気抵抗効果素子、それを用いた磁界検出器、位置検出器、回転検出器および電流検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の磁気抵抗効果素子は、４つ以上の強磁性層と、４つ以上の強磁性層のそれぞれの間に設けられた３つ以上のトンネル絶縁層とを備え、外部から磁界を印加しない状態において３つ以上のトンネル絶縁層のそれぞれを挟んで対向する強磁性層の磁化方向は互い
に反対方向である。４つ以上の強磁性層の磁化の和は、外部から磁界を印加しない状態において実質的に０である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の磁気抵抗効果素子によれば、強磁性層とトンネル絶縁層とで形成されているため、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子のように固着層を有していない。したがって、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子の固着層の磁化に起因した磁界検出誤差の影響がない。つまり、固着層から発生する磁界および固着層の磁化の回転による磁界検出誤差が発生しない。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の磁気抵抗効果素子では、外部から磁界を印加しない状態において３つ以上のトンネル絶縁層のそれぞれを挟んで対向する強磁性層の磁化方向は互いに反対方向である。強磁性層が４層以上であるため、結晶粒などに起因して各膜に磁気特性のばらつきが存在する場合においても、磁気特性は平均化される。このため、強磁性層に起因した磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを抑制することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００１９】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、強磁性層と、トンネル絶縁層と、下部電極層および上部電極層との３種類の膜で形成されるため、３種類の膜を形成可能な形成装置で形成することができる。このため、従来のスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子よりも形成装置を単純化することができる。そのため磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁界検出器を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における磁界検出器の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における磁界検出器の等価回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１における磁気抵抗効果素子の磁化方向を説明するための図である。
【図５】強磁性層の磁化方向と素子抵抗との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例における磁界検出器の等価回路である。
【図７】本発明の実施の形態１の比較例１における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態１の比較例２における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態２における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における磁気抵抗効果素子の断面構造を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態５における位置検出器を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態６における回転検出器を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態７における電流検出器を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１の磁界検出器の構成について説明する。
【００２２】
図１を参照して、磁界検出器１００は、ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗効果素子１と、この磁気抵抗効果素子１に所定の大きさの定電流を供給する直流電源２と、磁気抵抗効果素子１の下部電極層６と上部電極層７との間の電圧を検出する電圧計３とを主に有している。
【００２３】
磁気抵抗効果素子１は、その上部電極層７が配線４により直流電源２および電圧計３に接続され、また、下部電極層６が配線５により直流電源２および電圧計３の接地ノードと結合されている。なお、図１においては外部からの磁界Ｈｅｘを印加する機構は、図示されていないが、たとえば配線に電流を流すことにより磁界Ｈｅｘを印加するように構成されていてもよい。
【００２４】
磁界検出器１００は、次に説明する磁気抵抗効果素子１の４つ以上の強磁性層８ａ〜８ｄと３つ以上のトンネル絶縁層９ａ〜９ｃとの積層方向に電流が流されることで磁界を検出するよう構成されている。
【００２５】
磁気抵抗効果素子１は、その詳細構成は後に説明するが、強磁性層８と、トンネル絶縁層９とを主に有している。強磁性層８ａ〜８ｄは、４つ設けられているが、これに限定されず４つ以上であればよい。トンネル絶縁層９ａ〜９ｃは、４つの強磁性層８のそれぞれの間に３つ設けられているが、これに限定されず３つ以上であればよい。
【００２６】
磁気抵抗効果素子１は、ほぼ平面形状が長方形に形成され、長手方向および短手方向を有している。形状による磁気異方性および結晶磁気異方性を同一方向に付与するため、強磁性層８の形成時および熱処理時に長手方向に磁界が印加されている。このようにして、強磁性層８は、外部からの磁界Ｈｅｘの強度が０の無磁界時においては、長手方向の磁化１１を有している。外部からの磁界Ｈｅｘを印加しない状態において、３つのトンネル絶縁層９ａ〜９ｃのそれぞれを挟んで対向する強磁性層８ａ〜８ｂの磁化１１ａ〜１１ｄ方向は互いに反対方向である。
【００２７】
より具体的には、トンネル絶縁層９ａを挟んで対向する強磁性層８ａ，８ｂの磁化１１ａ，１１ｂは互いに反対方向であり、トンネル絶縁層９ｂを挟んで対向する強磁性層８ｂ，８ｃの磁化１１ｂ，１１ｃは互いに反対方向であり、トンネル絶縁層９ｃを挟んで対向する強磁性層８ｃ，８ｄの磁化１１ｃ，１１ｄは互いに反対方向である。
【００２８】
ここで強磁性層８の磁化１１が互いに反対方向とは、磁化１１の方向が１８０°または１８０°から製造誤差により±１０°の範囲でずれている場合を含んでいる。なお、図１では、見易くするため強磁性層の磁化１１は無磁界における方向を示している。
【００２９】
図２を参照して、磁気抵抗効果素子１は、外部磁界により抵抗値が変化するため、可変抵抗素子の記号で示されている。磁気抵抗効果素子１と並列に電圧計３が接続され、磁気抵抗効果素子１と直列に直流電源２が接続されている。図２においては、直流電源２は接地ノードと磁気抵抗効果素子１との間に接続されているように示すが、直流電源２は、電源ノードと接地ノードとの間に接続されて一定の電流を磁気抵抗効果素子１に供給する。
【００３０】
図３を参照して、磁気抵抗効果素子１は、下部電極層６と、上部電極層７と、強磁性層８と、トンネル絶縁層９とを有している。基板１０上に下部電極層６は形成されている。下部電極層６上に強磁性層８ａ〜８ｄがトンネル絶縁層９ａ〜９ｃを挟むように形成されている。４層の強磁性層８ａ〜８ｄおよび３層のトンネル絶縁層９ａ〜９ｃが積層されている。
【００３１】
より具体的には下部電極層６上に強磁性層８ａが形成されている。強磁性層８ａ表面上にトンネル絶縁層９ａが形成されている。トンネル絶縁層９ａ上に強磁性層８ｂが形成されている。強磁性層８ｂ上にトンネル絶縁層９ｂが形成されている。トンネル絶縁層９ｂ上に強磁性層８ｃが形成されている。強磁性層８ｃ上にトンネル絶縁層９ｃが形成されている。トンネル絶縁層９ｃ上に強磁性層８ｄが形成されている。そして、最上層である強磁性層８ｄ上に上部電極層７が形成されている。なお、図３では、図１と同様に強磁性層８の磁化１１（１１ａ〜１１ｄ）は無磁界における方向を示している。
【００３２】
４つの強磁性層８ａ〜８ｄは、各々、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（コバルト−鉄−ホウ素）合金膜からなっている。なお、強磁性層８はＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜に限定されず、Ｃｏ−Ｆｅ（コバルト−鉄）合金、Ｎｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）等のＣｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）およびＦｅ（鉄）の少なくともいずれかを主成分とする強磁性膜であればよく、これらを積層した強磁性膜であっても同様な効果を得ることが可能である。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜からなる４つの強磁性層８ａ〜８ｄの厚さは、それぞれ３ｎｍである。なお、４つの強磁性層８ａ〜８ｄの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。また、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜は不可避不純物を含んでいる。
【００３３】
３つのトンネル絶縁層９ａ〜９ｃは、各々、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）膜からなっている。なお、トンネル絶縁層９はこれに限定されない。ＭｇＯ膜からなる３つのトンネル絶縁膜９ａ〜９ｃの厚さは、それぞれ０．８ｎｍである。なお、３つのトンネル絶縁層９ａ〜９ｃの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。また、ＭｇＯ膜は不可避不純物を含んでいる。
【００３４】
下部電極層６および上部電極層７は、各々、Ｔａ（タンタル）膜からなっている。なお、下部電極層６および上部電極層７は、各々、これに限定されない。下部電極層６が図１に示す配線５に接続され、上部電極層７が、図１に示す配線４に接続されている。配線４，５には、各々、Ａｌ（アルミニウム）が用いられている。なお、配線４，５は、各々、これに限定されない。
【００３５】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、トンネル絶縁層９ａを挟んで対向する強磁性層８ａ，８ｂの磁化１１ａ，１１ｂは、それぞれ反平行に結合している。これにより、無磁界において強磁性層８ａ，８ｂの磁化１１ａ，１１ｂは見掛け上打ち消し合う。トンネル絶縁層９ｃを挟んで対向する強磁性層８ｃ，８ｄの磁化１１ｃ，１１ｄも、それぞれ反平行に結合している。
【００３６】
これにより、無磁界において強磁性層８ｃ，８ｄの磁化１１ｃ，１１ｄも見掛け上打ち消し合う。強磁性層８の個数が偶数個の４つであることから、無磁界において磁気抵抗効果素子１全体としての見掛け上の磁化は実質的に０である。４つ以上の強磁性層８の一方向の磁化を正とし、反対方向の磁化を負とした場合の正負の磁化の和は外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において実質的に０である。つまり、たとえば強磁性層８ａ,８ｃの磁化１１ａ,１１ｃの方向を正とし、強磁性層８ｂ，８ｄの磁化１１ｂ，１１ｄの方向を負とした場合、正の磁化と負の磁化とが互いに相殺されて磁化１１〜１１ｄの和は無磁界において実質的にゼロとなる。
【００３７】
ここで実質的に０とは、強磁性層８ａ〜８ｄのそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが反平行方向に結合した状態を保ったまま全体として磁化が回転しない状態である。たとえば、強磁性層８が４層の場合、飽和磁化に対して磁場が発生していない場所の磁化が１／４以下となるような状態である。強磁性層８がｎ層（ｎは４以上の整数）の場合には、飽和磁化に対して磁場が発生していない場所の磁化が１／ｎ以下となるような状態である。
【００３８】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１の磁化１１の配置によれば、図１および図３に示すように外部から磁界が印加された場合、強磁性層８ａ〜８ｄのそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが回転することにより、トンネル絶縁層９ａ〜９ｃのそれぞれにおける電子のトンネル確率が変化する。
【００３９】
次に、本実施の形態の磁気抵抗効果素子および磁界検出器の製造方法について説明する。
【００４０】
図３を参照して、磁気抵抗効果素子１を構成するそれぞれの金属膜は、基板１０上にＤＣマグネトロンスパッタリングにより形成される。基板１０はＳｉ（ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ガラスなどが用いられる。なお、基板１０はこれに限定されず、その他の材料であってもよい。
【００４１】
ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリングを用いてＴａ膜が下部電極層６として形成される。下部電極層６としてのＴａ膜が形成された後、大気に曝されることなく同一装置内で膜厚３ｎｍのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜が強磁性層８ａとして形成される。引続き、大気に曝すことなくＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタリングを用いて膜厚０．８ｎｍのＭｇＯ膜がトンネル絶縁層９ａとして形成される。同様に、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜とＭｇＯ膜とが繰り返し形成される。
【００４２】
これにより、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜が強磁性層８ｂ〜８ｄとして形成され、ＭｇＯ膜がトンネル絶縁層９ａ〜９ｃとして形成される。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜が強磁性層８ｄとして形成された後に、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用いてＴａ膜が上部電極層７として形成される。
【００４３】
なお、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜を形成する際は、１００Ｏｅの磁界が印加される。これによってＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜からなる強磁性層８に磁気異方性が付与される。磁気抵抗効果素子１を構成する下部電極層６および上部電極層７としてのＴａ膜、強磁性層８としていのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜、トンネル絶縁層９としてのＭｇＯ膜の３種類の膜は、全て同一装置内で形成される。
【００４４】
この後、フォトリソグラフィにより所望のパターンが形成される。積層化された磁気抵抗効果素子１を構成するＴａ膜、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜、ＭｇＯ膜の３種類の膜が形成された後、フォトレジストにより所望のパターンが形成される。その後、フォトレジストにより形成された所望のパターンをマスクとして、イオンミリングにより磁気抵抗効果素子１の形状が得られる。ここでの磁気抵抗効果素子１は前述のように長方形であり、たとえば短辺×長辺が５μｍ×１０μｍの長方形状に形成される。磁気抵抗効果素子１の長手方向は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の形成時の磁界印加方向と同一である。
【００４５】
その後にＣｏ−Ｆｅ−Ｂ膜およびＭｇＯ膜の結晶化を促進する熱処理が実施される。ここでは、磁気抵抗効果素子１にＣｏ−Ｆｅ−Ｂ膜の磁化を飽和する磁界である５ｋＯｅが印加され、磁気抵抗効果素子１はＣｏ−Ｆｅ−Ｂ膜を結晶化するための温度である３５０℃で１時間保持された。なお、たとえば４００℃などの３５０℃以上の熱処理温度も適用することができる。磁界印加方向は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の成膜時と同様であり、磁気抵抗効果素子１の長手方向である。
【００４６】
上記の熱処理を経た後、ＭｇＯ膜を介して隣接するＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の磁化は、それぞれ１８０°の方向を向く。つまり、トンネル絶縁層９としてのＭｇＯ膜を挟んで対向する強磁性層８としてのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜の磁化１１は互いに反対方向を向く。
【００４７】
なお、図１に示すように配線４，５を、それぞれ下部電極層６および上部電極層７に接続することで磁気抵抗効果素子１と直流電源２および電圧計３とは電気的に接続される。これにより、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００が形成される。
【００４８】
次に、本実施の形態の磁界検出器の磁界検出動作について説明する。
図２を参照して、磁界検出時に磁気抵抗効果素子１に配線４，５を通じて直流電源２から一定電流Ｉが供給される。磁気抵抗効果素子１に対して外部から磁界Ｈｅｘが印加されると、外部からの磁界Ｈｅｘの印加方向に応じて磁気抵抗効果素子１の抵抗値が変化する。この外部からの磁界Ｈｅｘの印加方向に応じた磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化により、直流電源２から供給される一定電流Ｉに対して、磁気抵抗効果素子１の下部電極層６と上部電極層７との間の電圧が変化する。この電圧変化が電圧計３で検出されて、外部からの磁界Ｈｅｘが検出される。
【００４９】
続いて、図１に示すように磁気抵抗効果素子１の短手方向（長手方向に交差する方向）に磁気抵抗効果素子１に対して外部から磁界Ｈｅｘが印加された場合の磁気抵抗効果素子１の動作について説明する。
【００５０】
図４を参照して、図中矢印方向に外部から磁界Ｈｅｘが印加されると、強磁性層８ａ〜８ｄの無磁界における磁化１１ａ〜１１ｄは、相互に作用しながら磁界Ｈｅｘ方向に回転する。この結果、強磁性層８ａ〜８ｄの無磁界における磁化１１ａ〜１１ｄは、外部磁界印加後の磁化１２ａ〜１２ｄに示されるように回転する。
【００５１】
ここで、図５を参照して、ＴＭＲ素子を用いた磁界方向の検出方法について説明する。ＴＭＲ素子を構成する２層の強磁性層の磁化２２，２３の向きをそれぞれ、θ1、θ2とすると、素子抵抗Ｒは近似的に以下で表される。
【００５２】
Ｒ＝Ｒ0−ΔＲ／２・ｃｏｓ（θ2−θ1）  （１）
上記式（１）においてＲ0は素子抵抗の中心値であり、ΔＲは素子の抵抗変化量である。ＴＭＲ素子を構成する２層の強磁性層の磁化２２、２３は、外部磁界の大きさと向きに依存して磁化方向が変化する。この結果、上記式（１）においてθ2−θ1は外部磁界に依存して変化する。これによって、素子抵抗Ｒを測定することにより、磁界が検出される。
【００５３】
再び図４を参照して、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、図中矢印方向に外部から磁界Ｈｅｘが印加されることにより、強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄはそれぞれが相互に作用しながら外部からの磁界Ｈｅｘの方向へ回転する。すなわち、強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄは、それぞれ磁界Ｈｅｘの方向へ回転して、磁化１２ａ〜１２ｄに変化する。したがって、強磁性層８ａと８ｂ、強磁性層８ｂと８ｃ、強磁性層８ｃと８ｄのそれぞれにおいて相対的な磁化方向が変化する。そのため、図３に示すトンネル絶縁層９を通じた電子のトンネル確率も変化する。
【００５４】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、図３に示すトンネル絶縁層９ａを挟んで対向する強磁性層８ａ，８ｂで抵抗２１ａが形成されており、トンネル絶縁層９ｂを挟んで対向する強磁性層８ｂ，８ｃで抵抗２１ｂが形成されており、トンネル絶縁層９ｃを挟んで対向する強磁性層８ｃ，８ｄで抵抗２１ｃが形成されているとみなされる。そして、トンネル絶縁層９ａ〜９ｃを挟んで対向する強磁性層８ａ〜８ｄによって形成される抵抗２１ａ〜２１ｃが３つ直列に接続されているとみなされ、外部からの磁界Ｈｅｘに依存した素子抵抗Ｒの変化が得られる。
【００５５】
なお、さらに外部からの磁界Ｈｅｘを大きくするとすべての磁化１２ａ〜１２ｄが外部からの磁界Ｈｅｘの印加方向へと飽和するため、素子抵抗Ｒは最小値で飽和する。外部からの磁界Ｈｅｘと素子抵抗Ｒとの関係を用いて、磁気抵抗効果素子１の積層方向（膜面に垂直方向）に一定の電流Ｉを流し、図２に示す電圧計３により磁気抵抗効果素子１にかかる電圧Ｖを測定することで、外部からの磁界Ｈｅｘの強度が検出される。
【００５６】
次に、本実施の形態の変形例について説明する。
本実施の形態の変形例として、磁気抵抗効果素子を複数個用いてブリッジ回路を構成してもよい。図６を参照して、磁界検出器１００は、直流電源２からの電流が供給されるブリッジ回路３０と、ブリッジ回路３０のノードＮ２およびＮ４の電圧を差動増幅する差動増幅器３２と、この差動増幅器３２の出力信号の電圧レベルを検出する電圧計３とを有している。磁界検出器１００では、ブリッジ回路３０から検出磁界に応じた信号が出力される。
【００５７】
ブリッジ回路３０は、ノードＮ１およびＮ２の間に接続される磁気抵抗効果素子１ａと、ノードＮ２と接地ノードＮ３の間に接続される定抵抗素子３１ｂと、ノードＮ１およびＮ４の間に接続される定抵抗素子３１ａと、ノードＮ４と接地ノードＮ３の間に接続される磁気抵抗効果素子１ｂとを有している。ノードＮ１が直流電源２に接続されている。ノードＮ２およびＮ４が、差動増幅器３２の相補入力にそれぞれ接続されている。ノードＮ３が接地ノードに接続されている。
【００５８】
磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂは、図３に示す構成を有している。また、外部磁界のこれらの磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂへの影響は同じである。定抵抗素子３１ａおよび３１ｂも、抵抗値が同じである。直流電源２から、ノードＮ１へ一定の大きさの電流が供給される。磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂでは、その抵抗値が、ほぼ同じ特性で変化し、ブリッジ回路３０において２つの電流経路、すなわちノードＮ１、ノードＮ２および接地ノードＮ３の経路を流れる電流と、ノードＮ１、Ｎ４およびＮ３を流れる電流の大きさは同じとなる。
【００５９】
外部磁界の影響により、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値が大きくなった場合、ノードＮ２の電圧が低下し、一方、ノードＮ４の電圧レベルが上昇する。逆に、外部磁界により、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値が小さくなった場合、ノードＮ２の電圧レベルが上昇し、ノードＮ４の電圧レベルが低下する。
【００６０】
したがって、ノードＮ２およびＮ４の電圧レベルは、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値変化に対して相補的に変化し、この差分値を、差動増幅器３２で増幅する。これにより、１つの磁気抵抗効果素子による電圧変化に較べて、ノードＮ２およびＮ４の差分信号変化量が大きくなり、電圧計３で、高精度で、外部磁界により生じる電圧変化を検出することができる。そのため、大きな出力信号が得られる。また、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの温度依存性を相殺することができるので、温度に依存した磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗変化を緩和することが可能である。
【００６１】
次に、本実施の形態の作用効果について比較例と比較して説明する。
図７を参照して、比較例１の磁界検出器におけるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１では、基板１０上にＴａ膜からなる下部電極層６が形成されている。下部電極層６上にＩｒ−Ｍｎ膜からなる反強磁性層１５が形成されている。反強磁性層１５上に反強磁性層１５により磁化方向が固定された固着層８Ｘが形成されている。固着層８ＸにはＣｏ−Ｆｅ（コバルト−鉄）膜が用いられている。固着層８Ｘ上にＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）膜からなるトンネル絶縁層９Ｘが形成されている。
【００６２】
トンネル絶縁層９Ｘ上に外部からの磁界Ｈｅｘによって磁化方向が変化する自由層８Ｙが形成されている。自由層８ＹにはＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）膜が用いられている。自由層８Ｙ上にはＴａ膜からなる上部電極層７が形成されている。図４では省略しているが、下部電極層６および上部電極層７は各々図２に示すのと同様にＡｌによって形成される配線４，５と接続されている。
【００６３】
この比較例１の磁気抵抗効果素子１の構造においては、固着層８Ｘの端部から漏洩磁界が発生する。そのため、自由層８Ｙの磁化１１Ｙは、この漏洩磁界の影響によって回転する。また、この固着層８Ｘの磁化１１Ｘは、外部からの磁界Ｈｅｘの大きさに依存して回転する。結果として磁気抵抗効果素子１は、外部からの磁界Ｈｅｘに依存して変化する固着層８Ｘからの漏洩磁界の影響も受ける。このようにして、比較例１の磁気抵抗効果素子１では外部磁界の検出において固着層８Ｘからの漏洩磁界の影響に基づく誤差が発生する。
【００６４】
磁界検出器におけるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１において、固着層８Ｘからの漏洩磁界の影響を抑制する構造として、図８に示す構造を有する比較例２の磁気抵抗効果素子１がある。図８を参照して、比較例２の磁界検出器におけるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１では、比較例１と比較して固着層８Ｘが積層化されている点が異なっている。
【００６５】
固着層８Ｘは、Ｉｒ−Ｍｎ膜からなる反強磁性層１５により磁化方向が固定されている。固着層８Ｘは、は強磁性層８Ｘa／非磁性層８Ｘb／強磁性層８Ｘcと積層化されている。強磁性層８Ｘa，８Ｘcはともに同一の厚さのＣｏ−Ｆｅ合金膜からなっている。非磁性層８ＸbはＲｕ（ルテニウム）膜からなっている。
【００６６】
この比較例２の磁気抵抗効果素子１の構造においては、固着層８Ｘを構成する強磁性層８Ｘaおよび強磁性層８Ｘcは、非磁性層８Ｘbを挟んで、互い逆向きの磁化方向となるように反強磁性結合を形成している。この結果、強磁性層８Ｘaおよび強磁性層８Ｘcのそれぞれの磁化１１Ｘa，１１Ｘbは相殺されるため、固着層８Ｘからの漏洩磁界の発生を抑制することが可能である。また固着層８Ｘは、見かけ上の磁化が０であるため、外部磁界による磁化の回転力が抑制され、固着層８Ｘの磁化の回転も抑制される。
【００６７】
比較例２の磁気抵抗効果素子１ｂの構造においては、Ｃｏ−Ｆｅ膜からなる強磁性層８Ｘaおよび強磁性層８Ｘcの厚さによって漏洩磁界を抑制するように磁化の調整を行う必要がある。しかしながら、比較例２の磁気抵抗効果素子１ｂでは、製造工程に起因してＣｏ−Ｆｅ膜の厚さが変動した場合、固着層８Ｘからの漏洩磁界も変動するため、安定性に問題がある。また、比較例２の磁気抵抗効果素子１ｂでは、比較例１の磁気抵抗効果素子１の構造と比較した場合、構造が複雑となる問題がある。
【００６８】
比較例１の磁気抵抗効果素子１では、各層に５種類の材料が用いられており、比較例２の磁気抵抗効果素子１では、各層に６種類の材料が用いられている。各層の形成においては、金属膜ではたとえばＤＣマグネトロンスパッタリングが用いられる。この場合、各界面における水分子や酸素分子の吸着を抑制するため、真空に保持された同一装置内で複数の材料からなる膜を形成する必要がある。この際、膜種の数に応じたスパッタリング・ターゲットを備えた装置が必要である。そのため、磁気抵抗効果素子１に複雑な構造を適用することにより形成に必要な装置も複雑となる問題がある。
【００６９】
また、比較例１および比較例２の磁気抵抗効果素子１では、自由層８Ｙは１層の強磁性層からなるために、たとえばＮｉ−Ｆｅ膜の結晶粒径の大きさに起因して、複数の磁気抵抗効果素子１の間で自由層８Ｙの特性のばらつきが発生するおそれがある。
【００７０】
一方、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、強磁性層８とトンネル絶縁層９とで形成されているため、比較例１および２のようなスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１のように固着層８Ｘを有していない。したがって、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１の固着層８Ｘの磁化に起因した磁界検出誤差の影響がない。つまり、固着層８Ｘから発生する磁界および固着層８Ｘの磁化の回転による磁界検出誤差が発生しない。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００７１】
また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において３つ以上のトンネル絶縁層９のそれぞれを挟んで対向する強磁性層８の磁化１１方向は互いに反対方向である。強磁性層８が４層以上であるため、結晶粒などに起因して各層に磁気特性のばらつきが存在する場合においても、磁気特性は効果的に平均化される。このため、強磁性層８に起因した磁気抵抗効果素子１の特性のばらつきを抑制することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００７２】
また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１は、強磁性層８と、トンネル絶縁層９と、下部電極層６および上部電極層７との３種類の膜で形成されるため、３種類の膜を形成可能な形成装置、たとえば３個のスパッタリング・ターゲットを有する形成装置で形成することができる。このため、従来のスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１よりも形成装置を単純化することができる。そのため磁気抵抗効果素子１およびそれを用いた磁界検出器１００を容易に形成することができる。
【００７３】
また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、比較例１および２のようなスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子１と異なり反強磁性層１５を有しないため、熱処理の条件として強磁性層８を構成するＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金膜を結晶化するための条件を選択することができる。このため、反強磁性層１５を有する場合より熱処理の条件の選択の幅を広げることができる。そのため磁気抵抗効果素子１およびそれを用いた磁界検出器１００を容易に形成することができる。
【００７４】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、４つ以上の強磁性層８の磁化１１の和は、外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において実質的に０であってもよい。本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８の磁化１１は互いに反対方向に結合されているため、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄは互いに見掛け上打ち消し合い、見掛け上の磁化を実質的に０にすることができる。
【００７５】
磁気抵抗効果素子１の見掛け上の磁化が実質的に０でない場合には、強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが反平行方向（１８０°方向）に結合した状態を保ったまま、全体の磁化が回転する可能性がある。この場合には抵抗変化が小さいため、磁界検出は困難である。
【００７６】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、４つ以上の強磁性層８の磁化１１の和は、外部から磁界Ｈｅｘを印加しない状態において実質的に０であるため、外部から磁界Ｈｅｘが印加された状態で、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが個別に回転する。よって、強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｄが反平行方向（１８０°方向）に結合を保持した状態での磁化の回転を抑制し、磁界の誤検出を防止することができる。このため、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。
【００７７】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、４つ以上の強磁性層８の個数は、偶数個であってもよい。本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、４つ以上の強磁性層８の個数が偶数個であるため、２つの強磁性層８からなる組を２つ以上設けることができる。磁化１１を互いに見掛け上打ち消し合う２つの強磁性層８を２組以上設けることで強磁性層８のそれぞれの磁化１１ａ〜１１ｂを見掛け上の打ち消し合い、相殺することが容易である。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００７８】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、３つ以上のトンネル絶縁層９は、ＭｇＯ膜からなっていてもよい。トンネル絶縁層９がＭｇＯ膜からなっているため、１００％を超える大きな磁気抵抗変化率を得ることで高感度化することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００７９】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、４つ以上の強磁性層８は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの少なくともいずれかを主成分としていてもよい。４つ以上の強磁性層８がＣｏ、ＮｉおよびＦｅの少なくともいずれかを主成分としているため、１００％を超える大きな磁気抵抗変化率を得ることで高感度化することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００８０】
本実施の形態の磁界検出器１００は、磁気抵抗効果素子の４つ以上の強磁性層８と３つ以上のトンネル絶縁層９との積層方向に電流が流されることで磁界を検出してもよい。４つ以上の強磁性層８と３つ以上のトンネル絶縁層９との積層方向に電流が流されるため、強磁性層８とトンネル絶縁層９とが３つの直列に接続された抵抗として機能する。３つの直列に接続された抵抗として機能することにより、たとえば抵抗が１つの場合と比較して抵抗変化を精度よく検出することができる。そのため高精度な磁界検出を実現することができる。
【００８１】
本実施の形態の磁界検出器１００は、磁気抵抗効果素子１を複数個用いて構成されるブリッジ回路３０を備え、ブリッジ回路３０から検出磁界に応じた信号が出力されてもよい。磁気抵抗効果素子１を複数個用いて構成されるブリッジ回路３０により、１つの磁気抵抗効果素子１による電圧変化に較べて、差分信号変化量を大きくすることができる。
【００８２】
このため、電圧計３で、高精度で、外部磁界により生じる電圧変化を検出することができる。また、複数個の磁気抵抗効果素子１で温度依存性を相殺することができるので、温度に依存した磁気抵抗効果素子１の抵抗変化を緩和することができる。よって、高精度な磁界検出を実現することができる。
【００８３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の磁気抵抗効果素子は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子と比較して、強磁性層およびトンネル絶縁層の積層数が主に異なっている。
【００８４】
図９を参照して、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１は、基板１０上に下部電極層６が形成され、下部電極層６上に強磁性層８ａが形成されている。強磁性層８ａ上にトンネル絶縁層９ａが形成されている。強磁性層８およびトンネル絶縁層９の形成が繰り返されて、結果的に２０層の強磁性層８ａ〜８ｕと１９層のトンネル絶縁層９ａ〜９ｔが積層されている。最上層の強磁性層８ｕ上には上部電極層７が形成されている。
【００８５】
強磁性層８ａ〜８ｕの厚さは、それぞれ３ｎｍであり、トンネル絶縁層９ａ〜９ｔの厚さは、それぞれ０．６ｎｍである。なお、強磁性層８ａ〜８ｕの厚さおよびトンネル絶縁層９ａ〜９ｔの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。また、強磁性層８およびトンネル絶縁層９の積層数についても、ここでは一例を示したが、本実施の形態の積層数に限られない。
【００８６】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成、製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００８７】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、結晶粒などに起因して強磁性層８の各層ごとの磁気特性のばらつきが発生した場合においても、強磁性層８の層数が多いため、磁気特性が平均化される際の影響が小さくなる。そのため、磁気特性のばらつきによる影響を抑制する効果を高くすることができる。
【００８８】
また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１では、下部電極層６および上部電極層７のそれぞれと強磁性層８との界面において変質層が生じることがある。この場合、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、層数が多いことから、磁気特性への影響を相対的に小さくすることができる。
【００８９】
なお、上記では強磁性層８の層数が偶数個の場合について説明したが、強磁性層８の層数が奇数個であってもよい。強磁性層８の層数が奇数個の場合、１層分の磁化が相殺されないが、全体の層数が多いため、その影響は小さい。そのため、結果として、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。
【００９０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の磁気抵抗効果素子は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子と比較して、強磁性層の厚さが主に異なっている。
【００９１】
図１０を参照して、強磁性層８ａ，８ｂと強磁性層８ｃ，８ｄとの厚さが異なっている。強磁性層８ａ，８ｂの厚さはそれぞれ４ｎｍであり、強磁性層８ｃ，８ｄの厚さはそれぞれ３ｎｍである。したがって、強磁性層８ａの磁化１１ａと強磁性層８ｂの磁化１１ｂは等しく、強磁性層８ｃの磁化１１ｃと強磁性層８ｄの磁化１１ｄは等しい。また、磁化１１ａ，１１ｂは、磁化１１ｃ，１１ｄより大きい。
【００９２】
なお、トンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはそれぞれ０．８ｎｍである。強磁性層８ａ〜８ｄおよびトンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。
【００９３】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成、製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００９４】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、外部から磁界を印加しない状態（無磁界）において、強磁性層８ａの磁化１１ａと強磁性層８ｂの磁化１１ｂとが見掛け上打ち消し合い、強磁性層８ｃの磁化１１ｃと強磁性層８ｄの磁化１１ｄとが見掛け上打ち消し合っている。そして、４層の強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄは、全体として見掛け上打ち消されている。そのため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。
【００９５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の磁気抵抗効果素子は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子と比較して、強磁性層の厚さが主に異なっている。
【００９６】
図１１を参照して、強磁性層８ａと強磁性層８ｂとの厚さが異なり、強磁性層８ｃと強磁性層８ｄとの厚さが異なっている。つまり、強磁性層８ａ，８ｄと強磁性層８ｂ，８ｃとの厚さが異なっている。強磁性層８ａ，８ｄの厚さはそれぞれ４ｎｍであり、強磁性層８ｂ，８ｃの厚さはそれぞれ３ｎｍである。したがって、強磁性層８ａの磁化１１ａと強磁性層８ｄの磁化１１ｄは等しく、強磁性層８ｂの磁化１１ｂと強磁性層８ｃの磁化１１ｃは等しい。また、磁化１１ａ，１１ｄは、磁化１１ｂ，１１ｃより大きい。
【００９７】
トンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはそれぞれ０．８ｎｍである。強磁性層８ａ〜８ｄおよびトンネル絶縁膜９ａ〜９ｄの厚さはこれに限定されず、素子の抵抗や磁界応答性に応じて変更されうるものである。
【００９８】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成、製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００９９】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１によれば、強磁性層８ａと強磁性層８ｂとの厚さが異なり、強磁性層８ｃと強磁性層８ｄとの厚さも異なっているが、強磁性層８ａと強磁性層８ｄとの厚さが同じであり、強磁性層８ｂと強磁性層８ｃとの厚さが同じである。したがって、外部から磁界を印加しない状態（無磁界）において、４層の強磁性層８ａ〜８ｄの磁化１１ａ〜１１ｄは、全体として見掛け上打ち消されている。そのため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、トンネル絶縁層９を挟んで対向する強磁性層８によって精度よく抵抗変化を検出することができる。そのため、高精度な磁界検出を実現することができる。
【０１００】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５の位置検出器は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子を有している。まず、本実施の形態の位置検出器の構成について説明する。
【０１０１】
図１２を参照して、位置検出器１０１は、実施の形態１の磁界検出器１００（図１）が用いられている。被測定物４０ａは図中矢印Ｄ方向に移動可能に設けられている。被測定物４０ａには周期的に複数の磁石４１が備えられている。複数の磁石４１においては、隣り合う磁石４１同士は逆の極性を有している。これにより、被測定物４０ａは磁界Ｈｅｘを帯びている。
【０１０２】
なお、磁気抵抗効果素子１のみ図示されているが、位置検出器１０１は実施の形態１に示された構成を全て備えている。また位置検出器１０１は、図示しない出力信号検出回路も備えている。
【０１０３】
次に、本実施の形態の位置検出器における位置検出動作について説明する。
被測定物４０ａが図中矢印Ｄ方向に移動すると、被測定物４０ａに備えられた複数の磁石４１からの磁束により、磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘが変化する。被測定物４０ａは周期的に複数の磁石４１を備えているために、被測定物４０ａの移動による磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘの変化を検出することにより、磁気抵抗効果素子１を通過した磁石４１を計数することが可能である。これにより、被測定物４０ａの移動量を測定することが可能となる。
【０１０４】
なお、本実施の形態の位置検出器１０１によれば、直線的に移動する被測定物４０ａの移動量に限らず、たとえば回転体の回転量を検出することも可能である。
【０１０５】
また、実施の形態２〜４の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００を位置検出器１０１に用いることも可能である。
【０１０６】
本実施の形態の位置検出器１０１は、上記の構成に限定されるものではなく、被測定物４０ａからの磁束の変化を検出できる構成であれば良く、たとえば磁界Ｈｅｘの有無のみを検出する構成であってもよい。
【０１０７】
本実施の形態の位置検出器１０１は、上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた移動可能な被測定物４０ａの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ａの位置を測定する。上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた移動可能な被測定物４０ａの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ａの位置を測定するため、位置検出において誤差が少なく安定した出力信号が得られ、高精度な位置検出を行うことができる。また、位置検出器１０１の形成も容易である。
【０１０８】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６の回転検出器は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子を有している。まず、本実施の形態の回転検出器の構成について説明する。
【０１０９】
図１２を参照して、回転検出器１０２は、実施の形態１の磁界検出器１００（図１）が用いられている。また、回転検出器１０２は、被測定物４０ｂの方向に着磁した永久磁石４３を有している。
【０１１０】
被測定物４０ｂは図中矢印Ｒ方向に回転可能に設けられている。被測定物４０ｂは透磁率の大きな軟磁性体からなっている。被測定物４０ｂは、たとえば歯車に形成されている。被測定物４０ｂは、永久磁石４３からの磁界Ｈｅｘを帯びている。
【０１１１】
なお、磁気抵抗効果素子１のみ図示されているが、回転検出器１０２は実施の形態１に示された構成を全て備えている。また回転検出器１０２は、図示しない出力信号検出回路も備えている。
【０１１２】
磁気抵抗効果素子１は、永久磁石４３および被測定物４０ｂである歯車により発生する外部磁界Ｈｅｘを検出可能な方向に配置されている。たとえば、磁気抵抗効果素子１の強磁性層８（図３）の無磁界における磁化方向は、歯車の中心方向に対して直角に設けられている。
【０１１３】
次に、本実施の形態の回転検出器における回転検出動作について説明する。
回転検出器１０２は被測定物４０ｂ方向に着磁した永久磁石４３を備えているため、被測定物４０ｂである歯車の個々の歯４２は永久磁石４３からの磁束により磁化される。被測定物４０ｂである歯車が回転すると、磁化された個々の歯４２により磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘが変化する。被測定物４０ｂである歯車の回転による磁気抵抗効果素子１における磁界Ｈｅｘの変化を検出することにより、磁気抵抗効果素子１を通過した個々の歯４２の数を計数することが可能である。これにより、被測定物４０ｂの回転量を測定することが可能となる。
【０１１４】
なお、本実施の形態の回転検出器１０２によれば、回転移動する被測定物４０ｂの回転量に限らず、たとえば直線的に移動する被測定物４０ｂの移動量を検出することも可能である。
【０１１５】
また、実施の形態２〜４の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００を回転検出器１０２に用いることも可能である。
【０１１６】
本実施の形態の回転検出器１０２は、上記の構成に限定されるものではなく、被測定物４０ｂからの磁束の変化を検出できる構成であれば良く、たとえば磁界Ｈｅｘの有無のみを検出する構成であってもよい。
【０１１７】
本実施の形態の回転検出器１０２は、上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた回転可能な被測定物４０ｂの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｂの回転を測定する。上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた回転可能な被測定物４０ｂの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｂの回転を測定するため、回転検出において誤差が少なく安定した出力信号が得られ、高精度な回転検出を行うことができる。また、回転検出器１０２の形成も容易である。
【０１１８】
また、回転検出器１０２が被測定物４０ｂ方向に着磁した永久磁石４３を備えているため、被測定物４０ｂに磁界検出用の磁石を設置する必要がない。
【０１１９】
また、被測定物４０ｂである回転体が透磁率の大きな軟磁性体からなっており、歯車形状を有していれば、既存の回転体を利用することができる。
【０１２０】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７の電流検出器は、実施の形態１の磁気抵抗効果素子を有している。まず、本実施の形態の電流検出器の構成について説明する。
【０１２１】
図１３を参照して、電流検出器１０３は、実施の形態１の磁界検出器１００（図１）が用いられている。電流検出器１０３は、被測定物４０ｃである配線から一定の距離が保たれて配置されている。被測定物４０ｃである配線には被測定用の電流ｉが流れている。
【０１２２】
なお、磁気抵抗効果素子１のみ図示されているが、電流検出器１０３は実施の形態１に示された構成を全て備えている。また電流検出器１０３は、図示しない出力信号検出回路も備えている。
【０１２３】
磁気抵抗効果素子１は、被測定用の電流ｉが流れる配線から発生する外部磁界Ｈｅｘの方向と検出方向が一致するように配置されている。
【０１２４】
次に、本実施の形態の電流検出器における電流検出動作について説明する。
被測定用の電流ｉが配線に流れると、電流ｉの作用により、配線と垂直な方向に環状磁界が発生する。この磁界Ｈｅｘの大きさは次式で表される。
【０１２５】
Ｈｅｘ＝ｋ・ｉ／ｒ  （２）
上記式（２）においてｋは比例定数であり、ｒは配線から磁気抵抗効果素子１の距離である。磁気抵抗効果素子１と配線との距離ｒを測定しておけば、比例定数ｋは既知であるので、磁界Ｈｅｘを測定することにより電流ｉを測定することが可能である。
【０１２６】
なお、被測定物４０ｃである配線は電流検出器１０３と同一基板上に配置されていてもよい。また、実施の形態２〜４の磁気抵抗効果素子１を用いた磁界検出器１００を電流検出器１０３に用いることも可能である。
【０１２７】
本実施の形態の電流検出器１０３は、上記の磁気抵抗効果素子１で磁界を帯びた被測定物４０ｃの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｃを流れる電流ｉを測定する。
【０１２８】
上記の磁気抵抗効果素子１で磁界Ｈｅｘを帯びた被測定物４０ｃの磁界Ｈｅｘを測定することで被測定物４０ｃを流れる電流ｉを測定するため、電流検出において誤差が少なく安定した出力信号が得られ、高精度な電流検出を行うことができる。また、電流検出器１０３の形成も容易である。
【０１２９】
なお、上記においては磁界検出器１００およびこれを用いた位置検出器１０１、回転検出器１０２および電流検出器１０３について説明したが、これに限定されるものではなく、磁気記憶装置、磁気記録ヘッド、磁気記録媒体などのパターン化された磁気素子、および電力検出器などの被測定物が磁界を発する検出器であれば類似する他の装置に広く適用することができる。
【０１３０】
また、上記においては１個もしくは２個の磁気抵抗効果素子１からなる磁界検出器１００について説明したが、磁界検出器１００にはそれ以外の数の磁気抵抗効果素子１が含まれていてもよい。さらにこれらの磁気抵抗効果素子１がたとえばブリッジ回路３０を形成していてもよい。
【０１３１】
上記の各実施の形態は、適時組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３２】
１，１ａ，１ｂ  磁気抵抗効果素子、２  直流電源、３  電圧計、４，５  配線、６  下部電極層、７  上部電極層、８，８ａ〜８ｕ，８Ｘa，８Ｘc  強磁性層、８Ｘ  固着層、８Ｘb  非磁性層、８Ｙ  自由層、９，９ａ〜９ｔ  トンネル絶縁層、１０  基板、１１，１１ａ〜１１ｕ，１１Ｘ，１１Ｘa，１１Ｘb，１１Ｙ，１２ａ〜１２ｃ，２２，２３  磁化、１５  反強磁性層、２１ａ〜２１ｃ  抵抗、３０  ブリッジ回路、３１ａ，３１ｂ  定抵抗素子、３２  差動増幅器、４０ａ〜４０ｃ  被測定物、４１  磁石、４２  歯、４３  永久磁石、１００  磁界検出器、１０１  位置検出器、１０２  回転検出器、１０３  電流検出器、Ｈｅｘ  磁界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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