(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号を出力する第１の磁気抵抗素子と、
第２の信号を出力する第３の磁気抵抗素子と、
前記第１の信号と前記第２の信号の差分を出力する信号出力回路と、
第１の値と第２の値の差分がしきい値よりも小さい場合に第１の情報を出力し、前記第１の値と前記第２の値の差分が前記しきい値よりも大きい場合に第２の情報を出力し、前記第１の値は前記第１の信号と第１の大きさの差分の絶対値の大きさであり、前記第２の値は前記第２の信号と第２の大きさの差分の絶対値の大きさである情報回路と
を備えるセンサ。
【請求項２】
前記情報回路は、
前記第１の信号と前記第１の大きさの差分の絶対値の大きさを出力する第１の差分出力回路と、
前記第２の信号と前記第２の大きさの差分の絶対値の大きさを出力する第２の差分出力回路と、
前記第１の差分出力回路の出力信号と前記第２の差分出力回路の出力信号の差分を出力する第３の差分出力回路と、
前記第３の差分出力回路の出力信号が前記しきい値よりも小さい場合に前記第１の情報を出力し、前記第３の差分出力回路の出力信号が前記しきい値よりも大きい場合に前記第２の情報を出力する情報出力回路と
を備える請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
第１の端子と、
第２の端子と、
第２の磁気抵抗素子であって、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とは前記第１の端子と前記第２の端子の間に直列に接続される前記第２の磁気抵抗素子と、
第４の磁気抵抗素子であって、前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子とは前記第１の端子と前記第２の端子の間に直列に接続される前記第４の磁気抵抗素子と、
前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子の間のノード、前記信号出力回路、及び、前記情報回路に接続された第１のノードと、
前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子の間のノード、前記信号出力回路、及び、前記情報回路に接続された第２のノードと
を更に備える請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第１の端子と前記第２の端子の間に第１の電圧が印加され、
前記第１の大きさと前記第２の大きさは、前記第１の電圧の半分の大きさである
請求項３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記信号出力回路の出力信号は第１の方向における磁場に応じて変化し、
前記情報回路の出力情報は第２の方向における磁場に応じて変化し、
前記第２の方向は前記第１の方向と交差する
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項６】
前記信号出力回路は、前記第１の信号と前記第２の信号を受信して、前記第１の信号と前記第２の信号の差分を出力する
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項７】
第１の信号を出力する第１の磁気抵抗素子と、
第２の信号を出力する第３の磁気抵抗素子と、
前記第１の信号と前記第２の信号の差分を出力する信号出力回路と、
前記第１の信号と第１の大きさの差分の絶対値の大きさを出力する第１の差分出力回路と、
前記第２の信号と第２の大きさの差分の絶対値の大きさを出力する第２の差分出力回路と、
前記第１の差分出力回路の出力信号と前記第２の差分出力回路の出力信号の差分を出力する第３の差分出力回路と、
前記第３の差分出力回路の出力信号がしきい値よりも小さい場合に第１の情報を出力し、前記第３の差分出力回路の出力信号が前記しきい値よりも大きい場合に第２の情報を出力する情報出力回路と
を備えるセンサ。
【請求項８】
第１の端子と、
第２の端子と、
第２の磁気抵抗素子であって、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とは前記第１の端子と前記第２の端子の間に直列に接続される前記第２の磁気抵抗素子と、
第４の磁気抵抗素子であって、前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子とは前記第１の端子と前記第２の端子の間に直列に接続される前記第４の磁気抵抗素子と、
前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子の間のノード、前記信号出力回路、及び、前記第１の差分出力回路に接続された第１のノードと、
前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子の間のノード、前記信号出力回路、及び、前記第２の差分出力回路に接続された第２のノードと
を更に備える請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
前記第１の端子と前記第２の端子の間に第１の電圧が印加され、
前記第１の大きさと前記第２の大きさは、前記第１の電圧の半分の大きさである
請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記信号出力回路の出力信号は第１の方向における磁場に応じて変化し、
前記情報出力回路の出力情報は第２の方向における磁場に応じて変化し、
前記第２の方向は前記第１の方向と交差する
請求項７〜９のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記信号出力回路は、前記第１の信号と前記第２の信号を受信して、前記第１の信号と前記第２の信号の差分を出力する
請求項７〜１０のいずれか１項に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施の形態は、電流センサ及びこれを搭載したスマートメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力需給の安定化や効率化などを目的として、電力をディジタルで計測し、メーター内に通信機能を持たせた次世代電力量計であるスマートメータの導入が進められようとしている。スマートメータで必要となる広ダイナミックレンジ・高分解能を低消費電力で実現する電流センサが求められている。高分解能の電流センサを実現するためには、磁場に対する感度の高い磁気抵抗素子(ＭＲ素子)を用いることが有効である。しかし、一般にＭＲ素子では、入射する磁場方向によって、素子の抵抗値および磁場感度が変化してしまう。
【０００３】
ＭＲセンサの磁化固着層の磁化モーメントに平行に入射された直流磁場は、直流電圧バイアスとして作用する。ＭＲセンサの磁化固着層の磁化モーメントに垂直に入射される直流磁場成分は、ＭＲセンサの磁場感度を変化させてしまう。このようなバイアスの印加及び感度の変化のため、スマートメータが誤った電流値を表示してしまうことが起こり得る。また、ＭＲセンサに磁石などで上記の方向より磁場を印加することにより、スマートメータ等の表示を低くすることが可能となり、これによりセンサが誤った表示を行う可能性がある。
【０００４】
上記のような誤動作を防止するために、従来技術では電流センサとは別に、外部磁場検知用の磁場センサを別に設け外乱磁場をモニタしている。しかし、このような電流センサとは別の外部磁場検知用の磁場センサを設けることは、装置のコストアップにつながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２２８９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１０１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施の形態に係る電流センサおよびスマートメータは、別途設けた外部磁場検知用磁場センサを使用することなく、出力信号をモニタすることにより誤動作を引き起こす外部磁場が素子に印加されているか否かを検知することができる電流センサおよびスマートメータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に記載の実施の形態に係る電流センサは、フルブリッジ回路を備える。フルブリッジ回路は、磁場の増加に従い抵抗値が増加する第１極性を有する第１の磁気抵抗素子と、前記磁場の増加に従い抵抗値が減少する第２極性を有する第２の磁気抵抗素子と、前記第２極性を有する第３の磁気抵抗素子と、前記第１極性を有する第４の磁気抵抗素子とを備える。第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とが第１の端子と第２の端子との間に直列接続され、第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とが第１の端子と第２の端子との間に直列に接続される。差動処理回路は、第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とを接続する第１の接続ノードの電位と、第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とを接続する第２の接続ノードの電位との間の電位とを差動処理する。比較回路は、第１の接続ノードの電位と第１電位との間の差を示す第１値、及び第２の接続ノードの電位と第１電位との間の差を示す第２値を比較し、比較結果に基づき外部磁場を検出する。第１の磁気抵抗素子の磁化自由層の初期磁化ベクトルは、第２の磁気抵抗素子の磁化自由層の初期磁化ベクトルとは逆向きであり、第３の磁気抵抗素子の磁化自由層の初期磁化ベクトルは、第４の磁気抵抗素子の磁化自由層の初期磁化ベクトルとは逆向きである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る電流センサの構成例を示す概略図である。
【図２】第１の実施の形態の電流センサの回路構成を具体的に説明する。
【図３】第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の各々の動作原理について説明している。
【図４】第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の各々の動作原理について説明している。
【図５】第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の各々の動作原理について説明している。
【図６】第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の各々の動作原理について説明している。
【図７】第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の各々の動作原理について説明している。
【図８】第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の各々の動作原理について説明している。
【図９】第１の実施の形態の電流センサの動作を説明する。
【図１０】第１の実施の形態の電流センサの動作を説明する。
【図１１Ａ】第１の実施の形態の電流センサ中の正常／異常判定回路７００の具体的構成例を示す回路図である。
【図１１Ｂ】第１の実施の形態の電流センサ中の正常／異常判定回路７００の具体的構成例を示す回路図である。
【図１１Ｃ】第１の実施の形態の電流センサ中の正常／異常判定回路７００の具体的構成例を示す回路図である。
【図１１Ｄ】第１の実施の形態の電流センサ中の正常／異常判定回路７００の具体的構成例を示す回路図である。
【図１２】同実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略構成を例示する模式的斜視図である。
【図１３】同実施の形態に係る磁気抵抗素子の機能について説明するための模式図である。
【図１４】同実施の形態に係る磁気抵抗素子を例示する模式的斜視図である。
【図１５】同実施の形態の他の構成に係る第１の磁気抵抗素子１００Ｅを例示する模式的斜視図である。
【図１６】同実施の形態に係る第１の磁気抵抗素子１００と、第１の線形応答磁性体１６０Ａの模式図である。
【図１７】同実施の形態に係る電流センサの構成例を示す模式図である。
【図１８】同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。
【図１９】同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。
【図２０】同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。
【図２１】同実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す模式図である。
【図２２】同実施の形態に係る電流センサの構成例を示す模式図である。
【図２３】同実施の形態に係る電流センサの構成例を示す模式図である。
【図２４】本実施の形態に係る電流センサの製造方法を例示する模式的な斜視図である。
【図２５】第１の実施の形態の電流センサを搭載したスマートメータの構成例である。
【図２６】第２の実施の形態に係る電流センサの構成例を示す概略図である。
【図２７】第２の実施の形態に係る電流センサの構成例を示す概略図である。
【図２８】第２の実施の形態に係る電流センサの構成例を示す概略図である。
【図２９】第２の実施の形態に係る電流センサの製造方法について述べる。
【図３０】第３の実施の形態に係るスマートメータ７００を示す模式図である。
【図３１】同スマートメータ７００の一部の概略構成を示す模式図である。
【図３２】同スマートメータ７００の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３３】第４の実施の形態に係るスマートメータを示す模式図である。
【図３４】第５の実施の形態に係る家庭用電化製品の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、実施の形態に係る電流センサ及びスマートメータを、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態に係る電流センサ中で用いられる磁気抵抗素子は、いわゆる「面内磁化方式」を用いている。面内磁化方式では、例えば図１に示すように、磁化自由層、磁化固定層及び他の磁化ベクトルを有する磁性層は素子の積層方向に対して垂直方向（図１ではＸＹ平面内）に磁化ベクトルを有する。
【００１０】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．全体構成］
図１は、第１の実施の形態に係る電流センサの構成例を示す概略図である。第１の実施の形態に係る電流センサは、配線Ｗの近傍に配置され、この配線Ｗに流れる被測定電流に基づく電流磁場（誘導磁場）の印加により抵抗値が変化する第１の磁気抵抗素子１００、第２の磁気抵抗素子２００、第３の磁気抵抗素子３００及び第４の磁気抵抗素子４００を有する。図１中の右側の概略図に示されるように、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００はフルブリッジ回路を構成するよう接続されている。第１の磁気抵抗素子１００と第２の磁気抵抗素子２００とがフルブリッジ回路中で直列に接続され、また、第３の磁気抵抗素子３００と第４の磁気抵抗素子４００とがフルブリッジ回路中で直列に接続される。
【００１１】
第１の磁気抵抗素子１００及び第４の磁気抵抗素子４００は誘導磁場の増加によりその抵抗値が増加する特性（以下、「順極性」又は「第１極性」）を有している。一方、第２の磁気抵抗素子２００及び第３の磁気抵抗素子３００は、これとは逆に誘導磁場の増加によりその抵抗値が減少する特性（「逆極性」、又は「第２極性」）を有している。なお、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００は、略同一の感度を有するように構成されているのが好適である。
【００１２】
第１の磁気抵抗素子１００、第２の磁気抵抗素子２００、第３の磁気抵抗素子３００及び第４の磁気抵抗素子４００は、それぞれ、磁化自由層として動作する第１磁性層１０１，２０１，３０１、４０１及び磁化固定層として動作する第２磁性層１０２，２０２、３０２、４０２を有する。
【００１３】
以下、所定の誘導磁場の増加量に応じた抵抗値の増加量又は減少量を磁場感度と呼ぶ。磁場感度は、磁気抵抗素子の抵抗値の変化量をｄＲ、磁気抵抗素子の通常の抵抗値をＲ、磁気抵抗素子の飽和磁場をＨｓとすると、（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓで表すことが可能である。尚、飽和磁場は、電流磁場の変化に対し、抵抗値が変化しなくなった時の磁場の大きさである。
【００１４】
次に、図２を参照して、第１の実施の形態の電流センサの回路構成を具体的に説明する。この電流センサは、フルブリッジ回路ＦＢと、プリアンプ回路５００と、アナログ・ディジタル変換器６００と、正常／異常判定回路７００（検出回路）と、出力部８００とを備える。
【００１５】
前述したように、第１の実施の形態の電流センサにおいて、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００はフルブリッジ回路ＦＢを構成するように接続されている。電源電圧端子Ｎｐと接地端子Ｎｓとの間には直流電源から電源電圧Ｖが供給され、これによりフルブリッジ回路ＦＢが動作する。
【００１６】
第１の磁気抵抗素子１００と第２の磁気抵抗素子２００との間の接続ノードＮ１は、出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。一方、第３の磁気抵抗素子３００と第４の磁気抵抗素子４００との間の接続ノードＮ２は、出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力する。出力電圧Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２は、被測定電流に基づく電流磁場（誘導磁場）が無い状態では、４個の磁気抵抗素子の抵抗値のバラつきがなければ、いずれも電源電圧Ｖの半分のＶ／２付近の値を有している。一方、誘導磁場が生じ、これにより各磁気抵抗素子１００〜４００の抵抗値が変化すると、出力電圧Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２の値も変化する。
【００１７】
プリアンプ回路５００は、この出力電圧Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２を差動増幅して出力信号Ｖｐを出力する。この出力信号Ｖｐ（アナログ信号）は、アナログ・ディジタル変換器６００に入力される。この出力信号Ｖｐがアナログ・ディジタル変換器６００によりディジタル信号に変換され、そのディジタル値に基づき誘導磁場の大きさが判定され、その結果として配線Ｗの被測定電流の電流値が算出される。
【００１８】
正常／異常判定回路７００は、プリアンプ回路５００と同様に、出力電圧Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２を入力信号として、その値に基づき、配線Ｗの被測定電流に基づく電流磁場以外の外部磁場が存在するか否かを判定する。その動作については後に詳しく説明する。出力部８００は、正常／異常判定回路７００の判定結果を表示したり、又は他の装置を制御するための制御信号として出力したりする機能を有する。
【００１９】
図２に示すように、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００は、それぞれ磁化自由層としての第１磁性層１０１、２０１、３０１、４０１、及び磁化固定層としての第２磁性層１０２、２０２、３０２、４０２をを備えている。磁化固定層（第２磁性層１０２、２０２、３０２、４０２）の電流磁場に平行又は反平行の磁化方向成分により、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００が順極性を有するか、逆極性を有するかが決まる。また、磁化自由層（第１磁性層１０１、２０１、３０１、４０１）の無磁場時の初期磁化方向は、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００に付随する磁性体ＨＢ１、ＨＢ２により決定される。磁性体ＨＢ１が正極、磁性体ＨＢ２が負極として作用する場合、磁性体ＨＢ１からＨＢ２に向かう方向に磁場が与えられ、この方向に磁化自由層の磁化方向が決定される。図２の例では、第１の磁気抵抗素子１００と第４の磁気抵抗素子４００が順極性を有し、第２の磁気抵抗素子２００と第３の磁気抵抗素子３００が逆極性を有するように磁化方向が決定されている。
【００２０】
また、第１の磁気抵抗素子１００及び第４の磁気抵抗素子４００の第１磁性層１０１、４０１（磁化自由層）の初期磁化ベクトルと、第２の磁気抵抗素子２００及び第３の磁気抵抗素子３００の第１磁性層２０１，３０１（磁化自由層）の初期磁化ベクトルは例えば１８０°異なる。すなわち、フルブリッジ回路ＦＢ中で、対角線状に（斜め方向に）並ぶ２つの磁気抵抗素子の磁化自由層の磁化方向は同一である一方、フルブリッジ回路ＦＢ中で横方向又は縦方向に並ぶ２つの磁気抵抗素子の磁化自由層の磁化方向は例えば１８０°異なっている。以上の構成のフルブリッジ回路ＦＢを有し、出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を1,2の測定し比較することにより、被測定電流に基づく電流磁場以外の外部磁場の存在をフルブリッジ回路ＦＢそれ自体の出力に基づいて検知することができる。ただし、第１の磁気抵抗素子１００及び第４の磁気抵抗素子４００の第１磁性層１０１、４０１（磁化自由層）の初期磁化ベクトルと、第２の磁気抵抗素子２００及び第３の磁気抵抗素子３００の第１磁性層２０１，３０１（磁化自由層）の初期磁化ベクトルは、その方向が１８０°異なっている場合に最大の効果が期待できるが、必ずしも正確に１８０°異なっている必要はない。磁化固定層の磁化方向に関し、それらの方向が逆向きであれば一定の効果が期待できる。ここでは、初期磁化ベクトルの両者の方向が、正確に１８０°異なっていなくとも逆向きと呼ぶ。より具体的に言うなら、第１の磁気抵抗素子１００の磁化自由層の初期磁化ベクトルの、第１の磁気抵抗素子１００の磁化固定層の磁化ベクトルとは垂直な方向の成分が、第２の磁気抵抗素子２００の磁化自由層の初期磁化ベクトルの、第２の磁気抵抗素子２００の磁化固定層の磁化ベクトルとは垂直な方向の成分とは逆向きにされていればよい。そして、第３の磁気抵抗素子３００の磁化自由層の初期磁化ベクトルの、第３の磁気抵抗素子３００の磁化固定層の磁化ベクトルとは垂直な方向の成分が、第４の磁気抵抗素子４００の磁化自由層の初期磁化ベクトルの、第４の磁気抵抗素子４００の磁化固定層の磁化ベクトルとは垂直な方向の成分とは逆向きにされていればよい。換言すれば、以下の説明において、単に「逆向き」という場合、それは１８０°逆向きであるという意味に解釈されるべきではなく、磁化固定層の磁化ベクトルの方向に関し逆向きの成分が含まれていれば足りる。
【００２１】
ここで、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の各々の動作原理について、図３〜図７を参照して説明する。
【００２２】
図３は、磁気抵抗素子の抵抗値と、磁化自由層及び磁化固定層の磁化方向の相対的変化との関係を示すグラフである。図４は、磁化固定層の磁化方向と、磁性体ＨＢ１、ＨＢ２の配置との関係を示す概念図である。図３に示すように、磁気抵抗素子は、磁化自由層の磁化方向（ｆｒｅｅ）と磁化固定層の磁化方向（ｐｉｎ）とが平行（同一方向）である場合に、その抵抗値が最小値になり、反平行（向きが逆）の場合に最大値となる。最小値と最大値の間の状態では、磁化自由層の磁化方向が時計回りに変化する場合と、反時計回りに変化する場合とがあり、これは図４に示すように、磁性体ＨＢの配置によって決まる。もっとも、どちらの場合も、磁化自由層の磁化方向と磁化固定層の磁化方向との間の相対角が同じである限り、同じ抵抗値を示す。換言すれば、磁気抵抗素子の抵抗値が最大値と最小値との間のいずれかにある場合には、磁化自由層と磁化固定層の磁化方向の状態として２通りの状態が存在する。
【００２３】
次に、図５、図６を参照して、被測定電流に基づく電流磁場以外の外部磁場が、磁気抵抗素子の抵抗値の変化にどのような変化を与えるかを説明する。前述したように、磁気抵抗素子１００〜４００の磁場に対する感度は、磁性体ＨＢ１、ＨＢ２からの磁場強度により調整することができる。図５は、磁性体ＨＢ１、ＨＢ２により与えられる磁化固定層の磁化方向に垂直な方向の磁場強度が、磁気抵抗素子の磁場感度に与える影響を示している。磁性体ＨＢ１、ＨＢ２の磁場強度が高くなるほど、磁化固定層の磁化方向に平行に印加される磁場に対して、磁場感度が高くなる。換言すれば、磁化固定層の磁化方向に垂直な磁場成分が、磁気抵抗素子の感度に影響を与える。
【００２４】
図６に示すように、磁性体ＨＢ１、ＨＢ２による磁場の方向と反平行な方向の外部磁場Ｎｖが入力された場合、この外部磁場Ｎｖにより磁化自由層の磁化が弱められるので、電流磁場により磁化自由層の磁化方向が変化しても、抵抗値の変化は小さくなってしまう。具体的には、磁場Ｈと抵抗値Ｒとの関係を表すグラフは、外部磁場Ｎｖの無いときは太線のグラフとなる一方で、外部磁場Ｎｖがあるときは、例えば細線のグラフのように傾きが小さいグラフとなり、電流センサの感度が弱まってしまう（図６中の矢印Ａ参照）。
【００２５】
一方、磁性体ＨＢ１、ＨＢ２による磁場の方向と垂直な方向の外部磁場Ｎｈが入力された場合、この外部磁場Ｎｈは電流磁場と同一方向であるため、グラフの動作点を変化させる（図６の矢印Ｂ参照）。
【００２６】
このように、外部磁場すなわち磁気ノイズＮｖ及びＮｈは、その方向により、電流センサの感度に影響したり、動作点を変化させたりする。  図７は、外部直流磁場Ｎｖまたは外部直流磁場Ｎｈが印加されると同時に交流電流による電流磁場が磁気抵抗素子に印加された場合の説明である。外部直流磁場Ｎｖが印加された場合では、図５で説明したように電流センサの感度を弱めるので、元の出力信号より振幅が低下する。外部直流磁場Ｎｈは、電流による電流磁場と同一方向であるため、電流による磁場か外部磁場かの判別が困難である。スマートメータのような測定電流周波数が既知であれば、それ以外の周波数成分は外部磁場と判断は可能である。しかし周波数が未知であれば判定ができない。図示は省略するが、外部磁場が交流磁場であった場合は、外部直流磁場Ｎｖの方向では、出力信号が外部磁場の周波数に応じて重畳された出力信号になる。
【００２７】
図８は、図３〜図７で説明した特性を有する４個の磁気抵抗素子を、いずれも磁性体ＨＢ１、ＨＢ２により与えられる磁場方向を揃え、その結果いずれの磁気抵抗素子の磁化自由層の初期磁化方向（初期磁化ベクトルの方向）も同一方向を向くよう配置した例を示している。この場合、図示したような、被測定電流に基づく電流磁場とは別の外部磁場Ｈ２（第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の磁化固定層の磁化方向に垂直な方向の磁場）が入力された場合、４個の磁気抵抗素子１００〜４００のすべてにおいて、磁性体ＨＢ１、ＨＢ２により与えられる磁場が弱められる。その結果、図８の右側のグラフに示すように、順極性の磁気抵抗素子１００、４００においても感度が弱まり（グラフの傾きが小さくなり）、一方、逆極性の磁気抵抗素子２００、３００においても同じだけ感度が弱まる。このような状況が生じても、ユーザは、被測定電流が低下したのか、外部磁場により電流センサの磁場感度が低下したのかを判別することができない。
【００２８】
このため、本実施の形態の電流センサは、前述した通り、また、図９にも示されるように、順極性の磁気抵抗素子１００、４００の磁性体ＨＢ１，ＨＢ２による配列順を、逆極性の磁気抵抗素子２００、３００の磁性体ＨＢ１、ＨＢ２の配列順とは反対向きにしている。これにより、
順極性の磁気抵抗素子１００、４００の磁性体ＨＢ１，ＨＢ２による磁化方向を、逆極性の磁気抵抗素子２００、３００の磁性体ＨＢ１、ＨＢ２による磁化方向とは１８０°異ならせている。これにより、順極性の磁気抵抗素子１００、４００の磁化自由層の初期磁化ベクトルの方向は、逆極性の磁気抵抗素子２００，３００の磁化自由層の初期磁化ベクトルの方向と１８０°異なることになる。この構成によれば、順極性の磁気抵抗素子１００、４００においては、磁化固定層の磁化方向に垂直な方向の外部磁場Ｈ２が印加された場合に、図９の右側に示すように、磁場Ｈの変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔ１の変化量（グラフの傾き）は小さくなり、逆に出力電圧Ｖｏｕｔ２の変化量（グラフの傾き）は大きくなる。この変化量を判定することにより、外部磁場Ｈ２を検知可能となる。
【００２９】
本実施の形態の電流センサは、この図９で説明した現象を利用して、外部磁場Ｈ２の存在の有無を判定する。この点を、図１０を参照して説明する。なお、図１０では、比較電圧Ｖｏｕｔ１ａ＝Ｖｏｕｔ２ａ＝Ｖ／２である場合を例として説明している。
ここで、ある電流磁場に対する出力電圧Ｖｏｕｔ１と比較電圧Ｖｏｕｔ１ａとの間の差をΔＶｏｕｔ１とし、ある電流磁場に対する出力電圧Ｖｏｕｔ２と比較電圧Ｖｏｕｔ２ａとの間の差をΔＶｏｕｔ２とする。磁気抵抗素子１００〜４００の無磁場での抵抗値が完全に一致している場合、Ｖｏｕｔ１ａおよびＶｏｕｔ２ａは１／２Ｖ（Ｖは電源電圧）になる。実際には、磁気抵抗素子１００〜４００の無磁場での抵抗値は完全には一致しないため、比較電圧Ｖｏｕｔ１ａは無磁場での出力電圧Ｖｏｕｔ１の値であり、比較電圧Ｖｏｕｔ２ａは無磁場での出力電圧Ｖｏｕｔ２の値である。ただし、後者の場合においても、比較電圧Ｖｏｕｔ１ａ、Ｖｏｕｔ２ａをＶ／２に設定してもよい。
もし、外部磁場Ｈ２が存在せず、磁気抵抗素子１００〜４００の測定感度が同じであれば、ΔＶｏｕｔ１とΔＶｏｕｔ２は略等しい。
一方、外部磁場Ｈ２が大きくなるに従い、ΔＶｏｕｔ１とΔＶｏｕｔ２の値の間の差ΔＶは、図９で示した現象のために徐々に大きくなる。正常／異常判定回路７００は、この電位差ΔＶがしきい値電圧よりも大きいか否かを判定して、異常の度合を判定することが出来る。
【００３０】
図１１Ａは、正常／異常判定回路７００の構成を示す機能ブロック図である。この正常／異常判定回路７００は、絶対値生成回路７００Ａ、差分生成回路７００Ｂ、及び比較回路７００Ｃから構成される。
【００３１】
絶対値生成回路７００Ａは、出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２と比較電圧Ｖｏｕｔ１ａ、ｖｏｕｔ２ａとの差分の絶対値である電圧ΔＶｏｕｔ１、ΔＶｏｕｔ２を演算する回路である。すなわち、絶対値生成回路７００Ａは、電圧Ｖｏｕｔ１と比較電圧Ｖｏｕｔ１ａとを差動処理して絶対値ΔＶｏｕｔ１を生成する第１差動処理回路、及び電圧Ｖｏｕｔ２と比較電圧Ｖｏｕｔ２ａとを差動増幅して絶対値ΔＶｏｕｔ２を生成する第２差動処理回路として機能する。
【００３２】
また、差分生成回路７００Ｂは、電圧ΔＶｏｕｔ１と電圧Ｖｏｕｔ２の差分としての電圧ΔＶを生成する回路である。すなわち、差分生成回路７００Ｂは、絶対値ΔＶｏｕｔ１とΔＶｏｕｔ２を差動処理する第３差動処理回路として機能する。また、比較回路７００Ｃは、電圧ΔＶと、しきい値電圧Ｖｔｈを比較してその大小を判定し（差動処理し）、その結果を出力する回路（第４差動処理回路）である。
【００３３】
正常／異常判定回路７００での判定フローを図１１Ｂに示す。まず、本実施の形態磁場測定時における出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を、絶対値生成回路７００Ａに入力する（Ｓ１１）。続いて、絶対値生成回路７００Ａにおいて、出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２と比較電圧Ｖｏｕｔ１ａ、Ｖｏｕｔ２ａの差分の絶対値である電圧ΔＶｏｕｔ１、ΔＶｏｕｔ２を生成する（Ｓ１２）。続いて、差分生成回路７００Ｂにおいて、電圧ΔＶｏｕｔ１、電圧Ｖｏｕｔ２の差分としての電圧ΔＶを生成する（Ｓ１３）。
【００３４】
こうして電圧ΔＶが得られると、比較回路７００Ｃにおいて、電圧ΔＶと、しきい値電圧Ｖｔｈとを比較する（Ｓ１４）。比較の結果、電圧ΔＶがしきい値電圧Ｖｔｈよりも小さい場合には、外部磁場Ｈ２の影響はないと判定して、比較回路７００Ｃは信号Ｌｏｗを出力する。この信号Ｌｏｗに基づき、出力回路（図１１Ａでは図示せず）から正常信号が出力される（Ｓ１５）。一方、電圧ΔＶがしきい値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合には、測定精度に影響する外部磁場Ｈ２が存在するとして、比較回路は信号Ｈｉｇｈを出力する。この信号Ｈｉｇｈに基づき、出力回路から異常信号が出力される。
【００３５】
図１１Ｃに、正常／異常判定回路７００の具体的構成例を示す回路図である。この正常／異常判定回路７００は、差動増幅器７０１、７０２と、インバータ７０３と、差動増幅器７０４、７０５を備えている。
差動増幅器７０１は、出力電圧Ｖｏｕｔ１とＶ／２とを入力信号として差動増幅を行って電圧ΔＶｏｕｔ１を出力する。差動増幅器７０２とインバータ７０３は、出力電圧Ｖｏｕｔ２とＶ／２とを入力信号として差動増幅を行った後反転させて電圧ΔＶｏｕｔ２を出力する。
【００３６】
差動増幅器７０４は、電圧ΔＶｏｕｔ１とΔＶｏｕｔ２を差動増幅して電圧ΔＶを生成する。差動増幅器７０５は、この電圧ΔＶと閾値電圧との間の差異に基づき、外部磁場の有無を示す信号を出力する。
図１１Ｃは、正常／異常判定回路７００の具体的構成例を示す回路図である。この例での正常／異常判定回路７００は、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ７０６、７０７、差動増幅器７０１、７０２と、インバータ７０３と、差動増幅器７０４、７０５を備えている。
【００３７】
ＲＭＳ／ＤＣコンバータ７０６、７０７は入力された信号に対して実効値の直流電圧（ＤＣ）を出力する回路である。入力信号が交流信号である場合、その交流信号を、その交流信号の実効値を有する直流信号に変換する。実際の電流センサの使用時、測定電流は交流電流である場合も想定される。交流信号の瞬時値では判定が困難なため、実効電圧(ＲＭＳ値)にて判定が行われる。なお信号が直流信号の場合でも、実効電圧は出力が可能である。
【００３８】
差動増幅器７０１は、出力電圧Ｖｏｕｔ１とＶ／２とを入力信号として差動増幅を行って電圧ΔＶｏｕｔ１を出力する。差動増幅器７０２とインバータ７０３は、出力電圧Ｖｏｕｔ２とＶ／２とを入力信号として差動増幅を行った後反転させて電圧ΔＶｏｕｔ２を出力する。
【００３９】
差動増幅器７０４は、電圧ΔＶｏｕｔ１とΔＶｏｕｔ２を差動増幅して電圧ΔＶを生成する。差動増幅器７０５は、この電圧ΔＶと閾値電圧との間の差異に基づき、外部磁場の有無を示す信号を出力する。
図１１Ｄの上段の図は、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ７０６、７０７の具体的構成例を示す回路図である。下段の図は、上段の図の更に具体的な回路図である。
【００４０】
このＲＭＤ／ＤＣコンバータ７０６、７０７は、絶対値変換回路７１１、２乗除算回路７１２、積分回路７１３及び電圧フォロワ回路７１４を備えている。下段の図のように、入力側に更に電圧フォロワ回路７１５を備えても良い。
絶対値変換回路７１１は、入力電圧Ｖｉｎを絶対値｜Ｖｉｎ｜に変換する機能を有する。２乗除算回路７１２は、絶対値｜Ｖｉｎ｜を２乗して実効値で除算した値を出力する。積分回路１７３は、この２乗除算回路７１３を所定期間において積分した積分値を出力する。
【００４１】
［１−２．磁気抵抗素子の動作原理］
図１２は、本実施の形態に係る電流センサに用いられる磁気抵抗素子の概略構成を例示する模式的斜視図である。例えば第１の磁気抵抗素子１００は、第１磁性層１０１と、第２磁性層１０２と、第１磁性層と第２磁性層との間に設けられた中間層１０３と、図示しない電極層とを含む。尚、第２,第３,第４の磁気抵抗素子２００，３００、４００は、第１の磁気抵抗素子１００と略同様に構成されているので説明は省略する。
【００４２】
中間層１０３は、例えば非磁性層である。第１磁性層１０１は、例えば、磁化が自由に変化する磁化自由層である。第２磁性層１０２は、例えば、磁化の固定された磁化固定層である。第１の磁気抵抗素子１００及び第４の磁気抵抗素子４００の第１磁性層１０１、４０１（磁化自由層）の初期磁化ベクトルと、第２の磁気抵抗素子２００及び第３の磁気抵抗素子３００の第１磁性層２０１，３０１（磁化自由層）の初期磁化ベクトルはその方向が互いに１８０°異なる。
【００４３】
第１の磁気抵抗素子１００は、中間層１０３が導電材料で形成されている場合はＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子であり、中間層１０３が絶縁材料で形成されている場合はＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）素子である。第１の磁気抵抗素子１００がＧＭＲ素子である場合には、電流が膜面垂直方向に通電されるＣＰＰ−ＧＭＲ素子である場合や、電流が膜面内方向に通電されるＣＩＰ−ＧＭＲ素子である場合がある。第１の磁気抵抗素子１００がＴＭＲ素子である場合には、電流が膜面垂直方向に通電される。また、第１の磁気抵抗素子１００は、ＡＭＲ素子であっても良い。
【００４４】
図１３は、本実施の形態で用いる磁気抵抗素子が磁場を検知する機能について説明する模式図である。以降、第１磁性層１０１が磁化自由層、第２磁性層１０２が磁化固定層の場合を例にとり、説明する。
【００４５】
磁気抵抗素子が磁場を検知する機能は「ＭＲ効果」に基づく。「ＭＲ効果」は、第１磁性層１０１と中間層１０３と第２磁性層１０２との積層膜において発現する。「ＭＲ効果」とは、磁性体を有する積層膜において、外部磁場が印加されたときに、磁性体の磁化の変化によって積層膜の電気抵抗の値が変化する現象である。
【００４６】
図１３（ｂ）に示すように第１の磁気抵抗素子１００に誘導磁場が加わっていない初期状態では、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向が所定の角度を有する。第２磁性層１０２の磁化方向は、後述するように積層方向に隣接する反強磁性層などで固定されており、第１磁性層１０１の磁化方向は、第１の線形応答磁性体１６０等や磁場中アニールの方向によって所定の向きに設定される。
【００４７】
図１３（ａ），（ｃ）に示すように、第１の磁気抵抗素子１００に誘導磁場が加わることで、第１磁性層１０１の磁化方向が変化する。その結果、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向の相対角度が変化する。
【００４８】
第１の磁気抵抗素子１００に電流を流すと、磁化方向の相対角度の変化が抵抗変化として表れる。低抵抗状態の抵抗をＲとし、ＭＲ効果によって変化する電気抵抗の変化量をΔＲとしたときに、ΔＲ/Ｒを「ＭＲ変化率」という。第１磁性層１０１と中間層１０３と第２磁性層１０２の材料の組み合わせによって正の磁気抵抗効果が生ずる場合、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向の相対角度の減少に伴って電気抵抗が減少する。一方、第１磁性層１０１と中間層１０３と第２磁性層１０２の材料の組み合わせによって負の磁気抵抗効果が生ずる場合、第１磁性層１０１と第２磁性層１０２の磁化方向の相対角度の減少に伴って電気抵抗が増大する。
【００４９】
図１３（ｄ）に示す例では、正の磁気抵抗効果を例にとっている。ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子などの磁気抵抗素子では、「ＭＲ変化率」が非常に大きいため、ホール素子などに比べて、磁場に対する感度が高い。また、磁気抵抗素子では、図１３（ｄ）に例示する通り、磁化自由層と磁化固定層が平行の場合が抵抗の最小値、反平行である場合が抵抗の最大値とした、磁場に対する電気抵抗変化のダイナミックレンジが存在する。図３（ｄ）に示した通り、磁気抵抗素子のダイナミックレンジは２Ｈｓで定義される。
【００５０】
［１−３．磁気抵抗素子の構成例］
以下、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の構成例について説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、本実施の形態に係る電流センサに用いられる磁気抵抗素子を例示する模式的斜視図である。尚、以下において、「材料Ａ／材料Ｂ」の記載は、材料Ａの層の上に、材料Ｂの層が設けられている状態を示す。尚、以下の説明においては第１の磁気抵抗素子１００を例として説明するが、第２〜第4の磁気抵抗素子２００、３００、４００も同様に構成することが可能であり、更に他の磁気抵抗素子を設ける場合にも、同様に構成することが可能である。
【００５１】
図１４（ａ）は、所定の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ａを例示する模式的斜視図である。図１４（ａ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ａは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、ピニング層１０５と、第２磁化固定層１０６と、磁気結合層１０７と、第２磁性層１０２と、中間層１０３と、第１磁性層１０１と、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。
【００５２】
この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は第１磁化固定層として機能する。図１４（ａ）の第１の磁気抵抗素子１００Ａは、ボトムスピンバルブ型と呼ばれる。
【００５３】
下地層１０４には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層１０５には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第２磁化固定層１０６には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。磁気結合層１０７には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第１磁化固定層１０２には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層１０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第１磁性層１０１には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｎｉ８０Ｆｅ２０が用いられる。２ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０と８ｎｍの厚さのＮｉ８０Ｆｅ２０の積層体が用いられる。キャップ層１０８には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【００５４】
下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）の少なくともいずれかが用いられる。下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２として、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、第１の磁気抵抗素子１００Ａに効率的に電流を流すことができる。
【００５５】
下部電極Ｅ１は、下部電極Ｅ１用の下地層（図示せず）と、キャップ層（図示せず）と、の間に、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、及び、Ａｕの少なくともいずれかの層が設けられた構造を有しても良い。例えば、下部電極Ｅ１には、タンタル（Ｔａ）／銅（Ｃｕ）／タンタル（Ｔａ）などが用いられる。下部電極Ｅ１用の下地層としてＴａを用いることで、例えば、下部電極Ｅ１を構成する層間の密着性を向上させることができる。下部電極Ｅ１用の下地層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。下部電極Ｅ１用のキャップ層としてＴａを用いることで、そのキャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化を防ぐことができる。下部電極Ｅ１用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。
【００５６】
下地層１０４には、バッファ層（図示せず）とシード層（図示せず）との積層構造を用いることができる。このバッファ層は、例えば、下部電極Ｅ１の表面の荒れを緩和し、バッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。
【００５７】
バッファ層として、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。
【００５８】
バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層が薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層が厚すぎると、第１の磁気抵抗素子１００Ａが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、そのシード層がバッファ効果を有することができる。バッファ層は省略しても良い。バッファ層には、例えば、３ｎｍの厚さのＴａ層が用いられる。
【００５９】
図示しないシード層は、シード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。シード層は、シード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。シード層として、ｆｃｃ構造（Face-Centered Cubic Structure：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（Hexagonal Close-Packed Structure：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（Body-Centered Cubic Structure：体心立方格子構造）の金属等が用いられる。
【００６０】
シード層として、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）、または、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ、または、ｆｃｃ構造のＣｕを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。シード層には、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。シード層の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合（例えば、アモルファスの磁化自由層を形成する場合など）には、シード層は省略しても良い。シード層としては、例えば、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。
【００６１】
ピニング層１０５は、ピニング層１０５の上に形成される強磁性層に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固定する。図１４（ａ）に示した例では、ピニング層１０５の上に形成される第２磁化固定層１０６の強磁性層に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固定する。ピニング層１０５には、例えば、反強磁性層が用いられる。ピニング層１０５には、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１０５の厚さが適切に設定する。
【００６２】
ピニング層１０５に接する強磁性層の磁化の固定を行うためには、磁場印加中での熱処理が行われる。熱処理時に印加されている磁場の方向にピニング層１０５に接する強磁性層の磁化が固定される。アニール温度は、例えば、ピニング層１０５に用いられる反強磁性材料の磁化固着温度よりも高い温度とする。また、Ｍｎを含む反強磁性層を用いる場合、ピニング層１０５以外の層にＭｎが拡散してＭＲ変化率を低減する場合がある。よってＭｎの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。例えば２００度（℃）以上、５００度（℃）以下とすることができる。好ましくは、２６０度（℃）以上、４００度（℃）以下とすることができる。
【００６３】
ピニング層１０５としてＰｔ−ＭｎまたはＰｄ−Ｐｔ−Ｍｎが用いられる場合には、ピニング層１０５の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ピニング層１０５の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層１０５としてＩｒＭｎを用いる場合には、ピニング層１０５としてＰｔＭｎを用いる場合よりも薄いピニング層１０５で、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層１０５の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。ピニング層１０５の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層１０５には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層が用いられる。Ｉｒ２２Ｍｎ７８層を用いる場合、磁場中熱処理条件として、１０ｋＯｅの磁場を印加しつつ３２０℃において一時間の熱処理を行うことができる。Ｐｔ５０Ｍｎ５０層を用いる場合、磁場中熱処理条件として、１０ｋＯｅの磁場を印加しつつ３２０℃で１０時間の熱処理を行うことができる。
【００６４】
第２磁化固定層１０６には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの材料に添加元素を加えた材料とすることもできる。
【００６５】
第２磁化固定層１０６には、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第２磁化固定層１０６として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。第２磁化固定層１０６として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。
【００６６】
第２磁化固定層１０６の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層１０５による一方向異方性磁場の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化固定層１０６の上に形成される磁気結合層１０７を介して、第２磁化固定層１０６と第１磁化固定層１０２との間の反強磁性結合磁場の強度をより強くすることができる。第２磁化固定層１０６の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第１磁化固定層１０２の磁気膜厚と実質的に等しいことが好ましい。
【００６７】
薄膜でのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）である。例えば、第１磁化固定層１０２として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いる場合には、第１磁化固定層１０２の磁気膜厚は、１．９Ｔ×３ｎｍであり、５．７Ｔｎｍとなる。一方、Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化は、約２．１Ｔである。上記と等しい磁気膜厚が得られる第２磁化固定層１０６の厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第２磁化固定層１０６には、約２．７ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５を用いることが好ましい。第２磁化固定層１０６として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。
【００６８】
図１４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａにおいては、第２磁化固定層１０６と磁気結合層１０７と第１磁化固定層１０２とのシンセティックピン構造が用いられている。その代わりに、１層の磁化固定層からなるシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化固定層として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。シングルピン構造の磁化固定層に用いる強磁性層として、後述する第１磁化固定層１０２と同じ材料を用いても良い。
【００６９】
磁気結合層１０７は、第２磁化固定層１０６と第１磁化固定層１０２との間に反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層１０７は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層１０７として、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層１０７の厚さは、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第２磁化固定層１０６と第１磁化固定層１０２との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層１０７としてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層１０７の厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、磁気結合層１０７の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層１０７として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。
【００７０】
第１磁化固定層には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの材料に添加元素を加えた材料とすることもできる。
【００７１】
第１磁化固定層１０２に用いられる磁性層は、ＭＲ効果に直接的に寄与する。第１磁化固定層１０２として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。具体的には、第１磁化固定層１０２として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第１磁化固定層１０２として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、磁気抵抗素子のサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑えることができる。第１磁化固定層１０２として、アモルファス合金を用いた場合には、第１磁化固定層１０２の上に形成される層（例えばトンネル絶縁層）を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてＭｇＯを用いる場合には、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性をより高くすることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金は、アニール時にＭｇＯ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。第１磁化固定層１０２として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いても良い。
【００７２】
第１磁化固定層１０２がより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。より大きな固定磁場を得るためには、第１磁化固定層１０２は薄いほうが好ましい。ＭＲ変化率と固定磁場との間には、第１磁化固定層１０２の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１磁化固定層１０２としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化固定層１０２の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化固定層１０２の厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
【００７３】
第１磁化固定層１０２（第２磁性層２０）には、上述した材料の他に、ｆｃｃ構造のＣｏ９０Ｆｅ１０合金、または、ｈｃｐ構造のＣｏ、または、ｈｃｐ構造のＣｏ合金が用いられる。第１磁化固定層１０２として、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。第１磁化固定層１０２として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金が用いられる。第１磁化固定層１０２として、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０ａｔ．％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、または、５０ａｔ．％以上のＮｉ組成の材料を用いることで、例えば、より大きなＭＲ変化率が得られる。第１磁化固定層１０２として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａ０．５Ｇｅ０．５、及び、Ｃｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．５などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第１磁化固定層１０２として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。
【００７４】
中間層１０３は、第１磁化固定層１０２と第１磁性層１０１との磁気的な結合を分断する。中間層１０３には、金属または絶縁体または半導体が用いられる。中間層１０３として金属を用いる場合、例えば、Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇ等が用いられる。この場合、中間層１０３の厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下程度である。中間層１０３として絶縁体または半導体を用いる場合、例えば、マグネシウム酸化物（Ｍｇ−Ｏ等）、アルミ酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（Ｔｉ−Ｏ等）、亜鉛酸化物（Ｚｎ−Ｏ等）、または、酸化ガリウム（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。この場合、中間層１０３の厚さは、例えば０．６ｎｍ以上５ｎｍ以下程度である。
【００７５】
第１磁性層１０１の材料は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの材料に添加元素を加えた材料とすることもできる。第１磁性層は、磁化方向が外部磁場によって変化する強磁性体を有する層である。また、これらの金属、合金に、添加元素や極薄層として、Ｂ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｈｆなどを添加することもできる。また、結晶磁性層だけではなく、アモルファス磁性層を用いることも可能である。
【００７６】
また、酸化物や窒化物の磁性層を用いることも可能である。例えば、界面にＣｏＦｅを形成してＮｉＦｅを用いたＣｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］／Ｎｉ８０Ｆｅ２０［３．５ｎｍ］という二層構成を用いることができる。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０［４ｎｍ］単層を用いることができる。また、第１磁性層１０１として、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成を採用しても構わない。
【００７７】
第１磁性層１０１には、ＣｏＦｅ合金のなかでも、軟磁気特性が安定であることから、Ｃｏ９０Ｆｅ１０が好ましい。Ｃｏ９０Ｆｅ１０近傍のＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下とすることが好ましい。その他、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝７０ａｔ．％〜９０ａｔ．％）も用いることができる。
【００７８】
また、中間層にＭｇＯを用いたＴＭＲ素子では、第１磁性層の材料として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘ＝０ａｔ．％〜１００ａｔ．％、ｙ＝０ａｔ．％〜３０ａｔ．％）を用いることが好ましい。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。このような良好な結晶整合は高いＭＲ変化率を得る観点で重要である。一方で、第１磁性層にＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合、軟磁気特性を良好にする観点で、Ｎｉ−Ｆｅ合金との積層体とすることが好ましい。例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０［２ｎｍ］／Ｎｉ８０Ｆｅ２０［８ｎｍ］などを用いることができる。ここで、高いＭＲ変化率を得る観点で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層は中間層側に配置するのが好ましい。また、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層とＮｉ８０Ｆｅ２０層の間の結晶整合を切ると、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層がＭｇＯ中間層をテンプレートとして良好な配向が得られるため、ＴａやＴｉなどの非磁性金属を間に挿入しても良い。また、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層とＮｉ―Ｆｅ―Ｂ層の積層体としても良い。
【００７９】
キャップ層１０８は、キャップ層１０８の下に設けられる層を保護する。キャップ層１０８には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層１０８には、例えば、非磁性金属を用いることができる。キャップ層１０８には、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層１０８として、Ｔａ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層１０８の構成は、任意である。キャップ層１０８には、例えば、非磁性材料を用いることができる。キャップ層１０８の下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層１０８として、他の材料を用いても良い。
【００８０】
図１４（ｂ）は、他の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ｂを例示する模式的斜視図である。図１４（ｂ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｂは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、第１磁性層１０１と、中間層１０３と、第２磁性層１０２と、磁気結合層１０７と、第２磁化固定層１０６と、ピニング層１０５と、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。
【００８１】
この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は第１磁化固定層として機能する。図１４（ｂ）の第１の磁気抵抗素子１００Ｂは、トップスピンバルブ型と呼ばれる。第１の磁気抵抗素子１００Ｂに含まれる層のそれぞれには、例えば、図１４（ａ）に示す磁気抵抗素子に関して説明した材料を用いることができる。
【００８２】
図１４（ｃ）は、他の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ｃを例示する模式的斜視図である。図１４（ｃ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｃは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、下部ピニング層１０５ａと、下部第２磁化固定層１０６ａと、下部磁気結合層１０７ａと、下部第２磁性層１０２ａと、下部中間層１０３ａと、第１磁性層１０１と、上部中間層１０３ｂと、上部第２磁性層１０２ｂと、上部磁気結合層１０７ｂと、上部第２磁化固定層１０６ｂと、上部ピニング層１０５ｂと、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。
【００８３】
この例では、第１磁性層１０１が磁化自由層として機能し、下部第２磁性層１０２ａが下部第１磁化固定層１０２ａとして機能し、上部第２磁性層１０２ｂが上部第１磁化固定層として機能する。既に説明した図１４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａ及び図１４（ｂ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｂにおいては、磁化自由層である第１磁性層１０１の一方の面側に磁化固定層である第２磁性層１０２が配置されている。一方、図１４（ｃ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｃにおいては、２つの磁化固定層の間に磁化自由層が配置されている。図１４（ｃ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｃは、デュアルスピンバルブ型と呼ばれる。図１４（ｃ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｃに含まれる層のそれぞれには、例えば、図１４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａに関して説明した材料を用いることができる。
【００８４】
図１４（ｄ）は、他の実施の形態に用いられる第１の磁気抵抗素子１００Ｄを例示する模式的斜視図である。図１４（ｄ）に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｄは、順に並べられた、下部電極Ｅ１と、下地層１０４と、ピニング層１０５と、第２磁性層１０２と、中間層１０３と、第１磁性層１０１と、キャップ層１０８と、上部電極Ｅ２とを含む。
【００８５】
この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は磁化固定層として機能する。既に説明した図１４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａ及び図１４（ｂ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｂにおいては、第２磁化固定層１０６と、磁気結合層１０７と、第１磁化固定層として機能する第２磁性層１０２とを用いた構造が適用されている。一方、図１４（ｄ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｄにおいては、単一の磁化固定層２４を用いたシングルピン構造が適用されている。図１４（ｄ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ｄに含まれる層のそれぞれには、例えば、図１４（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００Ａに関して説明した材料を用いることができる。
【００８６】
図１５は、他の構成に係る第１の磁気抵抗素子１００Ｅを例示する模式的斜視図である。図１５に表したように、第１の磁気抵抗素子１００Ｅにおいては、絶縁層１０９が設けられる。すなわち、下部電極Ｅ１と上部電極Ｅ２との間に、互いに離間する２つの絶縁層（絶縁部分）１０９が設けられ、それらの間に、下地層１０４と、ピニング層１０５と、第２磁化固定層１０６と、磁気結合層１０７と、第２磁性層１０２と、中間層１０３と、磁化自由層１０１と、キャップ層１０８からなる積層体が設けられる。
【００８７】
この例では、第１磁性層１０１は磁化自由層として機能し、第２磁性層１０２は第１磁化固定層として機能する。第１の磁気抵抗素子１００Ｅに含まれる層のそれぞれには、例えば、図１４（ａ）に示す磁気抵抗素子に関して説明した材料を用いることができる。また、絶縁層１０９には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）などを用いることができる。絶縁層１０９により、上記積層体の周囲におけるリーク電流を抑制することができる。上記の絶縁層１０９は、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すいずれの磁気抵抗素子にも適用できる。
【００８８】
［１−４．磁気抵抗素子の磁場感度の調整］
次に、磁気抵抗素子の磁場感度の調整について説明する。磁気抵抗素子の磁場感度を調整するためには、線形応答磁性体を用いる方法、磁束ガイドを用いる方法、及びその他の方法を適用することが可能である。線形応答磁性体は、被測定電流による電流磁場の方向と略垂直な方向から磁気抵抗素子に磁場を印加する。本実施の形態に係る電流センサは、この線形応答磁性体を用いて磁場感度の調整を行っている。
【００８９】
［１−５．横置き線形応答磁性体］
線形応答磁性体を用いて磁気抵抗素子の磁場感度を調整する方法について説明する。図１６は、第１の磁気抵抗素子１００と、第１の線形応答磁性体１６０Ａの模式図である。第１の線形応答磁性体１６０Ａは、線形応答磁性体の一態様である。
【００９０】
第１の線形応答磁性体１６０Ａは、第１の磁気抵抗素子１００中の第１磁性層１０１、第２磁性層１０２及び中間層１０３に隣接して配置され、第１磁性層１０１、第２磁性層１０２及び中間層１０３に磁場を加える。また、第１の線形応答磁性体１６０Ａは、下部電極Ｅ１と上部電極Ｅ２との間に設けられる。更に、例えば第１の線形応答磁性体１６０Ａと第１の磁気抵抗素子１００との間には、絶縁層１０９が配置される。この例では、第１の線形応答磁性体１６０Ａと下部電極Ｅ１との間に、絶縁層１０９が延在している。
【００９１】
図１６では１つの第１の磁気抵抗素子１００を挟むように一対の第１の線形応答磁性体１６０Ａが設けられる。しかし、１つの第１の磁気抵抗素子１００に対して１つの第１の線形応答磁性体１６０Ａを設けてもよい。以降で説明する具体例においても１対の第１の線形応答磁性体１６０Ａが設けられているが、片側のみとしてもよい。
【００９２】
第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁場により、外部磁場が印加されていない状態における第１の磁性層１０１の磁化方向を所望の方向に設定できる。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化方向を第２の磁性層１０２の磁化方向と直交方向に設定することで、図１３（ｂ）に示すように、第１の磁性層１０１の磁化方向を第２の磁性層１０２の磁化方向と直交させることができる。第１の磁性層１０１の磁化方向と第２の磁性層１０２の磁化方向とを交差（直交）させることで、図１３（ｄ）に示すように正負の磁場に線形的に感応させることができる。
【００９３】
第１の線形応答磁性体１６０Ａには、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料（硬質強磁性材料）が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などが用いられてもよい。このような材料を用いる場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の方向は、線形応答磁性体１６０Ａの保磁力よりも大きい外部磁場を加えることで、外部磁場を加えた方向に設定（固定）することができる。第１の線形応答磁性体１６０Ａの厚さ（例えば、下部電極Ｅ１から上部電極Ｅ２に向かう方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００９４】
図１６に示すように、第１の線形応答磁性体１６０Ａと下部電極Ｅ１との間に絶縁層１０９を配置する場合、絶縁層１０９の材料として、ＳｉＯｘやＡｌＯｘを用いることができる。さらに、絶縁層１０９と第１の線形応答磁性体１６０Ａの間に、図示しない磁性体下地層を設けてもよい。線形応答磁性体１６０ＡにＣｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高い硬質強磁性材料を用いる場合には、磁性体下地層の材料として、ＣｒやＦｅ−Ｃｏなどを用いることができる。上記の第１の線形応答磁性体１６０Ａは、上記及び以下で説明する第１の磁気抵抗素子１００のいずれにも適用できる。
【００９５】
第１の線形応答磁性体１６０Ａは、図示しない線形応答磁性体用ピニング層に積層された構造を有していてもよい。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層の交換結合により、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の方向を設定（固定）できる。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａには、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金からなる強磁性材料を用いることができる。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａには、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いることができる。第１の線形応答磁性体１６０Ａとして、前述した第２磁性層１０２と同様の材料を用いることができる。
【００９６】
また、線形応答磁性体用ピニング層には、前述した磁気抵抗素子のピニング層１０５と同様の材料を用いることができる。また、線形応答磁性体用ピニング層を設ける場合、磁気抵抗素子の下地層で説明した材料と同様の下地層を線形応答磁性体用ピニング層の下に設けても良い。また、線形応答磁性体用ピニング層は、第１の線形応答磁性体１６０Ａの下部に設けても良いし、上部に設けても良い。この場合の第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化方向は、磁気抵抗素子のピニング層で説明した通り、磁場中熱処理により決定することができる。
【００９７】
上記の第１の線形応答磁性体１６０Ａは、上記第１の磁気抵抗素子１００及び以下で説明する第１の磁気抵抗素子１００のいずれにも適用できる。上述したような第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層の積層構造を用いた場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい電流磁場が第１の線形応答磁性体１６０Ａに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の向きを容易に保持することが出来る。
【００９８】
ここで、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、線形応答磁性体等の構成によって調整することができる。図１７（ａ）〜（ｃ）には、磁場感度を調整する方法の一例が示されている。また、図１７では、図１６に示すような、磁気抵抗素子の側方に隣接して第１線形応答磁性体１６０Ａを設けた場合を例にとり説明しているが、磁気抵抗素子の斜め側方にの第１の線形応答磁性体１６０Ａを設けた場合でも、同様に異なる磁場感度を得ることができる。
【００９９】
図１７（ａ）に示す通り、磁気抵抗素子と第１の線形応答磁性体１６０Ａとの間の距離の和Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂを変えることで、磁場感度を変えることが可能である。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａから距離が大きいほど、第１の磁気抵抗素子１００に加わる磁場は小さくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）高く設定される。
【０１００】
図１７（ｂ）に示す通り、第１の線形応答磁性体１６０Ａの基板平面における面積の和Ｓ１ａ＋Ｓ１ｂを変えることで、磁場感度を変えることが可能である。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａの面積が大きいほど、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁気体積が大きくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高く設定される。
【０１０１】
図１７（ｃ）に示す通り、第１線形応答磁性体１６０Ａの膜厚の和ｔ１ａ＋ｔ１ｂを変えることで、磁場感度を変えることが可能である。この場合、第１の線形応答磁性体１６０Ａの膜厚が厚いほど、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁気体積が大きくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高く設定される。
【０１０２】
上述した図１７（ｂ）、図１７（ｃ）では、第１の線形応答磁性体１６０Ａの面積または膜厚を変えることで磁気体積を変えた場合について説明したが、第１の線形応答磁性体１６０Ａに用いられる磁性材料の種類を変えることでも磁気体積を変えることができる。
【０１０３】
ここまで説明した線形応答磁性体１６０Ａ〜Ｅのいずれにおいても、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高い硬質強磁性材料を用いることができ、また、線形応答磁性体と線形応答磁性体用ピニング層とを積層した構造を用いてもよい。図１８には、図１７（ａ）のバリエーションとして、それぞれ第１の線形応答磁性体１６０Ａの下面に接する線形応答磁性体用ピニング層１６９を配置した例を示す。ピニング層１６９は、線形応答磁性体用ピニング層の一例である。尚、図１８においては図８（ａ）の変形例を示しているが、このような線形応答磁性体と線形応答磁性体用のピニング層を用いたバリエーションは、図１６〜図１７のいずれの例にも適用できる。また、線形応答磁性体用ピニング層は、線形応答磁性体の下部に設けても良いし、上部に設けても良い。
【０１０４】
図１９は、第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層１６９の積層の構成例を示す模式図である。第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層１６９の積層構造を用いる場合、図１９（ａ）に示す構造だけでなく、図１９（ｂ）に示すように、線形応答磁性体用ピニング層１６９／線形応答磁性体１６０Ａ／線形応答磁性体用磁気結合層１６８／線形応答磁性体１６０Ａのような積層構造としてもよい。
【０１０５】
また、図１９（ｃ）に示すように、線形応答磁性体用磁気結合層１６８を介して線形応答磁性体１６０Ａを３層以上積層してもよい。このような積層構造の場合、線形応答磁性体用磁気結合層１６９を介した２つの線形応答磁性体１６０Ａは互いに反平行の磁化方向となる。この場合、第１の磁気抵抗素子１００の第１磁性層１０１に最も距離の近い第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の向きに第１磁性層１０１の磁化が向く。また、このような構造を用いる場合、第１の磁気抵抗素子１００の第１磁性層１０１に最も距離の近い線形応答磁性体１６０Ａの厚みを、積層構造に含まれるほかの線形応答磁性体１６０Ａの厚みよりも厚くすることが好ましい。
【０１０６】
第１の線形応答磁性体１６０Ａと線形応答磁性体用ピニング層１６９の積層構造を用いた場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい電流磁場が第１の線形応答磁性体１６０Ａに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ａの磁化の向きを容易に保持することが出来る。
【０１０７】
［１−６．縦置き線形応答磁性体］
次に、線形応答磁性体を磁気抵抗素子に積層して配置する場合の磁気抵抗素子と線形応答磁性体との関係について説明する。以下の説明においては、第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０を例として説明するが、他の第２〜第４の磁気抵抗素子２００〜４００及びその線形応答磁性体について同様に構成することが可能である。
【０１０８】
図２０には、第１の磁気抵抗素子１００と、線形応答磁性体として機能する第１の線形応答磁性体１６０Ｆの模式図を示す。第１の線形応答磁性体１６０Ｆは、第１の線形応答磁性体１６０の他の態様である。尚、図２０においては、上部電極Ｅ２を省略している。
【０１０９】
本実施の形態においては、第１の線形応答磁性体１６０Ｆが第１の磁気抵抗素子１００の積層方向に設けられる。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ｆは、図２０に示すように、第１の磁気抵抗素子１００中のキャップ層１０８の上に設けられる。但し、第１の線形応答磁性体１６０Ｆは、例えば下地層１０４よりも下方に設けてもよい。但し、磁化自由層として機能する第１磁性層１０１が磁化固定層として機能する第２磁性層１０２よりも上に位置する場合には、第１磁性層１０１よりも上に第１の線形応答磁性体１６０Ｆを設けたほうが好ましく、第１磁性層１０１が第２磁性層１０２よりも下に位置する場合には、第２磁性層１０２よりも下に第１の線形応答磁性体１６０Ｆを設けたほうが好ましい。
【０１１０】
また、図２０に示す通り、第１の線形応答磁性体とキャップ層１０８の間に第１の線形応答磁性体１６０Ｆ用の下地層１６１を設けてもよい。図２０において、第１の線形応答磁性体１６０上に図示しない上部電極を設けることで、上部電極と下部電極Ｅ１の間に通電した電流が第１の線形応答磁性体１６０Ｆと磁気抵抗素子に流れる。また、上部電極は、第１の線形応答磁性体１６０Ｆとキャップ層１０８の間に設けても良い。
【０１１１】
第１の線形応答磁性体１６０Ｆを用いることにより、上述した第１の線形応答磁性体１６０Ａを用いた場合と同様の効果を得ることが可能である。ここで、第１の線形応答磁性体１６０Ｆは第１の磁性層１０１等の積層方向に設けられる為、第１の線形応答磁性体１６０Ｆから第１の磁性層１０１への漏洩磁場は第１の線形応答磁性体１６０Ｆの磁化方向と逆向きとなる。尚、このような第１の線形応答磁性体１６０Ｆを前述した線形応答磁性体と組み合わせて使用してもよい。
【０１１２】
第１の線形応答磁性体１６０Ｆや線形応答磁性体用下地層１５１に用いる材料は、図１６の説明で述べた材料と同様のものを使うことができる。図２０のような積層方向に配置した第１の線形応答磁性体では、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの端部から漏洩磁場が発生する。従って、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの面積を第１の磁気抵抗素子１００の面積と比べて大きくしすぎると、第１の線形応答磁性体１６０Ｆからの磁場が第１の磁気抵抗素子１００に十分加わらない。従って、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの面積は、適切に設定する必要がある。例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの面積は第１磁性層１００の面積と同等以上、２５倍以下程度が好ましい。また、第１の線形応答磁性体１６０Ｆにおいても、前述した線形応答磁性体と線形応答磁性体用ピニング層の積層構造を用いてもよい。この場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい電流磁場が第１の線形応答磁性体１６０Ｆに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの磁化の向きを容易に保持することが出来る。
【０１１３】
ここで、磁気抵抗素子の感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、第１の線形応答磁性体１６０Ｆ等の構成によって調整することができる。図２１（ａ）及び（ｂ）には、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの構成を異ならせた場合の例を示す。
【０１１４】
図２１（ａ）に示す通り、磁気抵抗素子と第１の線形応答磁性体１６０Ｆとの間の距離を変えることで、磁場を変えることが可能である。図１２（ａ）に示す第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０Ｆの間の距離Ｌ１（図中左）を、これよりも大きい距離Ｌ２に設定する。この場合、第１又は第２の線形応答磁性体１６０Ｆから距離が大きいほど、第１の磁気抵抗素子１００に加わる磁場は小さくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高く設定される。
【０１１５】
図２１（ｂ）に示す通り、第１線形応答磁性体１６０Ｆの膜厚を変えることで、磁場を変えることが可能である。図２１（ｂ）に示す第１の線形応答磁性体１６０Ｆの膜厚ｔ１を、これよりも小さい膜厚ｔ２に設定する。この場合、第１線形応答磁性体１６０Ｆの膜厚が厚いほど、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの磁気体積が大きくなる。従って、第１の磁気抵抗素子１００の飽和磁場Ｈｓは小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高く設定される。  
【０１１６】
図２１（ｂ）では、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの膜厚を変えることで磁気体積を変えた場合について説明したが、第１及の線形応答磁性体１６０Ｆに用いられる磁性材料の種類を変えることでも磁気体積を変えることができる。
【０１１７】
また、前述したように第１の線形応答磁性体１６０Ｆの面積を変えることで、磁場を変えることが可能である。第１の線形応答磁性体１６０Ｆを第１の磁気抵抗素子１００に対して積層方向に配置する場合、第１の線形応答磁性体１６０Ｆの端部と第１の磁気抵抗素子１００の端部の距離が離れるほど、第１の磁気抵抗素子１００に加わる磁場は小さくなり、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高くなる。
【０１１８】
［１−７．インスタック型の線形応答磁性体］
次に、線形応答磁性体を磁気抵抗素子に包含する場合の磁気抵抗素子と線形応答磁性体との関係について説明する。以下の説明においては、第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０を例として説明するが第２〜第４の磁気抵抗素子２００〜４００やこれに付随する第２〜第４の線形応答磁性体も同様に構成することが可能である。
【０１１９】
図２２には、本実施の形態に係る第１の磁気抵抗素子１００と第１の線形応答磁性体１６０Ｇの模式図を示す。第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、第１の線形応答磁性体１６０の一態様である。
【０１２０】
図２２に示す態様においては、第１の磁気抵抗素子１００が第１の線形応答磁性体１６０Ｇを包含している。第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、積層構造からなるインスタックバイアス層として構成される。従って、第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、内部に含まれるバイアス磁性層の磁化と磁化自由層の間の交換結合磁場により、第１の磁気抵抗素子１００の磁場感度を調整することができる。例えば、第１の磁性層１６０Ｇの磁化方向を被測定電流から生ずる電流磁場と略垂直に設定することで、上述した第１の線形応答磁性体１６０Ａを用いた場合と同様の効果を得ることが可能である。
【０１２１】
図２２に表した態様において、第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、分離層１６２と、第１バイアス磁性層１６３と、バイアス磁気結合層１６４と、第２バイアス磁性層１６５と、バイアスピニング層１６６とを含む。
【０１２２】
第１バイアス磁性層１６３および第２バイアス磁性層１６５は、例えば、磁性材料によって形成される。第２バイアス磁性層１６５の磁化は、バイアスピニング層１６６によって一方向に固定される。第１バイアス磁性層１６３の磁化は、バイアス磁気結合層１６４を介して隣り合う第２バイアス磁性層１６５の磁化とは反対に設定される。一方向に磁化が固定された第１バイアス磁性層１６３は、交換結合などの磁気的結合によって、第１磁性層１０１にバイアスを加える。このような、バイアス磁性層とバイアスピニング層の積層構造からなる線形応答磁性体１６０Ｇを用いた場合、被測定電流として瞬間的に大電流が流れ、大きい電流磁場が第１の線形応答磁性体１６０Ｇに加わった場合においても、第１の線形応答磁性体１６０Ｇの磁化の向きを容易に保持することが出来る。
【０１２３】
分離層１６２は、例えば、非磁性材料などから形成され、第１バイアス磁性層１６３と第１磁性層１０１とを物理的に分離することで、第１バイアス磁性層１６３と第１磁性層１０１との間の磁気的結合の強度を調整する。なお、第１バイアス磁性層１６３の材料によっては、分離層１６２は必ずしも設けられなくともよい。図２２のように、複数のオフセット磁性層の磁化を反平行（１８０°）とすることで、バイアス磁性層から外部への漏洩磁場を抑え、磁化自由層への交換結合によるバイアス印加以外の磁気的干渉を抑えることができる。
【０１２４】
第１の線形応答磁性体１６０Ｇは、図２２で示すように、第１バイアス磁性層１６３／バイアス磁気結合層１６４／第２バイアス磁性層１６５を含んでいるが、分離層１６２とバイアスピニング層１６６の間に単層の第１バイアス磁性層１６３のみを設けることによって構成してもよい。また、第１バイアス磁性層／第１磁気結合層／第２バイアス磁性層／第２磁気結合層／第３バイアス磁性層のように、オフセット磁性層の層数を３層以上としてもよい。
【０１２５】
分離層１６２には、例えば、５ｎｍのＣｕが用いられる。第１バイアス磁性層１６３には、例えば、３ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。バイアス磁気結合層１６４には、例えば、０．９ｎｍのＲｕが用いられる。第２バイアス磁性層１６５には、例えば、３ｎｍのＦｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。バイアスピニング層１６６には、例えば、７ｎｍのＩｒＭｎが用いられる。
【０１２６】
第１バイアス磁性層１６３および第２バイアス磁性層１６５には、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかを用いることができる。第１バイアス磁性層１６３として、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いてもよい。例えば、第１バイアス磁性層１６３には、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。第１バイアス磁性層１６３として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）が用いられてもよい。
【０１２７】
分離層１６２には、例えば、非磁性材料が用いられる。分離層４３は、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｈｆの群から選択された少なくとも一つの元素を含む層を用いることができる。
バイアスピニング層１６６は、バイアスピニング層に接して形成される第２バイアス磁性層１６５に、一方向異方性（Unidirectional Anisotropy）を付与して第１オフセット磁性層１６３の磁化を固定する。バイアスピニング層１６６には、例えば、反強磁性層が用いられる。バイアスピニング層１６６には、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。十分な強さの一方向異方性を付与するために、バイアスピニング層１６６の厚さは適切に設定される。
【０１２８】
バイアスピニング層１６６としてＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎが用いられる場合には、バイアスピニング層の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。バイアスピニング層１６６の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。バイアスピニング層１６６としてＩｒＭｎが用いられる場合には、バイアスピニング層１６６としてＰｔＭｎが用いられる場合よりも薄いバイアスピニング層１６６で、一方向異方性を第１バイアス磁性層１６３に付与することができる。この場合には、バイアスピニング層１６６の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。バイアスピニング層１６６の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。
【０１２９】
バイアスピニング層１６６として、ハード磁性層（硬質強磁性材料）が用いられてもよい。例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料（硬質強磁性材料）が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０％ａｔ．以下）などが用いられてもよい。
【０１３０】
バイアス磁気結合層１６５は、第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５との間に反強磁性結合を生じさせる。バイアス磁気結合層１６５は、シンセティックピン構造を形成する。第１磁気結合層として、例えば、Ｒｕが用いられる。第１磁気結合層の厚さは、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、バイアス磁気結合層１６５としてＲｕ以外の材料を用いてもよい。バイアス磁気結合層１６４の厚さは、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定することができる。さらに、バイアス磁気結合層１６４の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定してもよい。第１磁気結合層として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。
【０１３１】
第１バイアス磁性層１６３の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第２バイアス磁性層１６５の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、バイアスピニング層１６６による一方向異方性磁場の強度をより強くすることができる。第１バイアス磁性層１６３の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第２バイアス磁性層１６５の磁気膜厚と実質的に等しいことが好ましい。
【０１３２】
第１の線形応答磁性体１６０Ｇから第１磁性層１０１に加わるバイアス磁場の方向は、第２磁性層１０２の磁化方向に対して、任意の方向とすることが可能である。
【０１３３】
図２２（ｂ）は、第１の線形応答磁性体１６０Ｇにおける磁化方向の設定方法を説明するための模式図である。例えば、第２磁性層１０２の磁化方向に対して、第１の線形応答磁性体１６０Ｇから第１磁性層１０１に加わるバイアス磁場の方向を９０°（若しくは２７０℃）に設定することも可能である。このようなバイアス磁場の方向の設定は、２段階の磁場中アニール、並びに、ピニング層１０５に用いられる材料構成及びバイアスピニング層１６６に用いられる材料構成の選択によって可能となる。
【０１３４】
ピニング層１０５またはバイアスピニング層１６６に用いられる反強磁性材料については、その組成によって磁化固着が生ずる温度が異なる。例えば、ＰｔＭｎなど規則合金系の材料については、ＩｒＭｎなどの不規則でも磁化固着を生ずる材料にくらべて、磁化固着が行われる温度が高い。例えば、ピニング層１０５にＰｔＭｎを用い、バイアスピニング層１６６にＩｒＭｎを用いることが可能である。
【０１３５】
次に、図２２（ｂ）に示すような２段階の磁場中熱処理を行う。例えば、図２２（ｂ）の（１）に表すように、図２２（ｂ）の右方向に磁場を印加しつつ３２０℃において１０時間アニールを行う。これにより、ピニング層１０５に接した第２磁化固定層１０６の磁化方向は、右向きに固着される。また、バイアスピニング層１６６に接した第２バイアス磁性層１６５の磁化方向は、いったん右向きに固着される。
【０１３６】
次に、例えば、図２２（ｂ）の（２）に表すように、図２４（ｂ）の左方向に磁場を印加しつつ２６０℃において１時間アニールを行う。これにより、ピニング層１０５に接した第２磁化固定層１０６の磁化方向は右向きのまま変化せず、バイアスピニング層１６６に接した第２バイアス磁性層１６５の磁化方向は、左向きに固着される。この磁化の向きは、図２２（ｂ）の右図に示すように、室温においても保持される。
【０１３７】
このように、磁場中アニールの方法、並びに、ピニング層１０５の材料構成及びバイアスピニング層１６６の材料構成の選択によって、第１の磁性層１０１及び第２の磁性層１０２へのバイアス磁場の方向を任意に設定することが可能である。そのほか、ピニング層１０５とバイアスピニング層１６６の磁化固着の温度差は、それぞれの材料の選定のみでなく、それぞれの層の膜厚で設定することも可能である。例えば、ピニング層１０５にＩｒＭｎ７ｎｍを用い、バイアスピニング層１６６にＩｒＭｎ５ｎｍを用いた場合においても、図２２（ｂ）に示した磁場中２段階アニールを行うことで、図２２（ａ）に示したような磁化方向のアライメントを行うことが可能である。
【０１３８】
ここで、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、インスタックバイアス層の構成によって調整することができる。例えば、第１の磁気抵抗素子１００及び第１の線形応答磁性体１６０Ｇを図２２に示すように構成し、更に第２の磁気抵抗素子２００及び第２の線形応答磁性体２６０をこれらと同様に構成する。但し、第２の線形応答磁性体２６０においては、第１の磁気抵抗素子１６０Ｇと比較して分離層１６２を厚くする。これによって、第１の磁気抵抗素子１００のほうが、バイアス磁場が相対的に弱まる。そのほか、第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５の厚みを２つの磁気抵抗素子で差をつけることによってもバイアス磁場を変えることが可能である。この場合、第１バイアス磁性層１６３と第２バイアス磁性層１６５の厚みを厚くしたほうが、第１磁性層１０１に加わるバイアス磁場が弱まる。従って、飽和磁化Ｈｓは低くなり、感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は高く設定させる。
【０１３９】
尚、ここまでの説明では、第１の線形応答磁性体１６０Ｇの磁化方向を設定するために２段階の磁場中アニールを行う事について説明した。ここで、このような２段階の磁場中アニールを用いた場合、第１の磁性層１０１の磁化方向を設定することも可能である。図２３は、この為の方法を説明するための模式図である。このような方法によっても、例えば、図２２（ｂ）に示すように、磁化自由層の磁化方向を磁化固定層の磁化方向と直交させ、図２２（ｄ）に示すように正負の磁場に線形的に感応させることができる。
【０１４０】
第１磁性層１０１の磁化方向と第２磁性層１０２の磁化方向を異なる方向に設定するためには、例えば、図２３（ｂ）の左図に示すように、第１の磁場中熱処理を行う。第１の磁場中熱処理は、例えば図２３（ｂ）の右方向に磁場を印加しつつ３２０℃において１０時間アニールを行うことによって行われる。これにより、ピニング層１０５に接した第２磁化固定層１０６の磁化方向は、右向きに固着される。
【０１４１】
次に、例えば、第２の磁場中熱処理を行う。第２の磁場中熱処理は、例えば図１４（ｂ）の中図に示すように、図２３（ｂ）の上方向に磁場を印加しつつアニールを行うことによって行う。この際の温度は、３２０℃よりも低温であり、且つバイアスピニング層１６６に用いる反強磁性体の磁化固着温度よりも低温に設定する。これにより、第２磁化固定層１０６の磁化方向を右向きにしたままで、第１磁性層１０１の磁化方向を上向きに設定することができる。即ち、第１磁性層１０１の誘導磁気異方性の方向を上下方向に設定することが出来る。
【０１４２】
ここで、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、２段階アニールの第２の磁場中熱処理の温度や時間によって調整することができる。例えば、第１の磁気抵抗素子１００と第２の磁気抵抗素子２００を作製し、第１の磁気抵抗素子１００製造時の第２の磁場中熱処理の時間を第２の磁気抵抗素子２００製造時の第２の磁場中熱処理の時間よりも長時間とすることによって、第２の磁気抵抗素子２００の第１磁性層の誘導磁気異方性が第１の磁気抵抗素子１００のそれよりも高くなるため、Ｈｓが大きくなり、磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は低く設定される。
【０１４３】
［１−８．製造方法］
次に、本実施の形態に係る電流センサの製造方法について述べる。図２４（ａ）〜図２４（ｊ）は、本実施の形態に係る電流センサの製造方法を例示する工程順模式的斜視図である。
【０１４４】
図２４（ａ）に表したように、基板１１０上に下部電極Ｅ１を形成する。例えば、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２００ｎｍ）／Ｔａ（３５ｎｍ）を形成する。この後に、下部電極Ｅ１の最表面にＣＭＰ処理などの表面平滑化処理を行い、下部電極Ｅ１上に形成される構成を平坦にしても良い。
【０１４５】
次に、図２４（ｂ）に示すように、下部電極Ｅ１の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。例えば、Ａｒイオンミリングを行う。
【０１４６】
次に、図２４（ｃ）に示すように、下部電極Ｅ１の周辺に絶縁層１１１の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、図２４（ｂ）のフォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層１１１を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層１１１として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
【０１４７】
次に、下部電極Ｅ１上に磁気抵抗素子の電極間の構成を成膜する。例えば、下地層１０４として、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）を形成する。その上にピニング層１０５として、ＩｒＭｎ（７ｎｍ）を形成する。その上に第２磁性膜１０２として、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）を形成する。その上に中間層１０３として、ＭｇＯ（２ｎｍ）を形成する。その上に第１磁性膜１０１として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）／Ｔａ（０．４ｎｍ）／Ｎｉ８０Ｆｅ２０（６ｎｍ）を形成する。その上にキャップ層１０８として、Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（５ｎｍ）を形成する。
【０１４８】
次に、第２磁性膜１０２の磁化方向を固着する磁場中アニールを行う。例えば、７ｋＯｅの磁場を印加しつつで３００℃で一時間のアニールを行う。このアニールは、例えば、誘導磁場印加方向（Ｘ方向）に対して、略平行に外部磁場を加えて行う。ここで、例えば、前述したインスタックバイアス層を設けた線形応答磁性体（１６０Ｇ，図２２（ａ））を用いる場合などには、２段階のアニールを行っても良い。
【０１４９】
次に、図２４（ｅ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。この工程によって、図２４（ｅ）に示すように、複数の構成を一括して加工することができる。
【０１５０】
次に、図２４（ｆ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成の周辺に絶縁層１０９の埋め込み成膜を行う。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、図２４（ｅ）のフォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に絶縁層１０９を成膜し、その後レジストパターンを除去する。絶縁層１０９として、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどを用いることができる。
【０１５１】
次に、図２４（ｇ）に示すように、磁気抵抗素子の電極間の構成に隣接して設ける線形応答磁性体１６０を埋め込むためのホール１０９ａを形成する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが実施される。図２４（ｇ）では、複数の磁気抵抗素子に対して、一対の第１の線形応答磁性体１６０Ｅを形成する場合を例にとっているが、複数の磁気抵抗素子に対して、別個にオフセット磁性体を形成する場合でも一括で加工することができる。この工程において、ホール１０９ａは絶縁層１０９を貫通するところまで行っても良いし、途中で止めても良い。図２４（ｇ）では途中で止めた場合を例示している。後述するが、ホール１０９ａを、絶縁層１０９を貫通するところまでエッチングした場合には、図２４（ｈ）に示す第１のオフセット磁性体１５０の埋め込み工程において、第１の線形応答磁性体１６０Ｅの下に図示しない絶縁層を成膜する必要がある。
【０１５２】
次に、図２４（ｈ）に示すように、図２４（ｇ）で形成したホール１０９ａに第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込む。この工程では、例えば、リフトオフ工程が行われる。例えば、図２４（ｈ）のフォトリソグラフィで形成したレジストパターンは残したままで、全面に第１の線形応答磁性体１６０Ｅを成膜し、その後レジストパターンを除去する。ここでは、例えば、第１の線形応答磁性体１６０Ｅ用下地層として、Ｃｒ（５ｎｍ）を形成し、その上に第１の線形応答磁性体１６０Ｅとして、例えば、Ｃｏ８０Ｐｔ２０（２０ｎｍ）を形成する。その上に、さらに図示しないキャップ層を形成しても良い。このキャップ層として、磁気抵抗素子のキャップ層１０８に使用可能な材料として上述した材料を用いても良いし、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＮｘ及びＡｌＮｘなどの絶縁層を用いても良い。図２４（ｈ）にて、第１の線形応答磁性体１６０Ｅを埋め込んだ後に、室温で外部磁場を加えて、第１の線形応答磁性体１６０Ｅに含まれるハード磁性層（硬質磁性材料）の磁化方向の設定を行う。例えば、誘導磁場の方向に対して、略垂直な方向に外部磁場の印加を行う。この外部磁場による第１の線形応答磁性体１６０Ｅの磁化方向の設定は、第１の線形応答磁性体１６０Ｅの埋め込み後であれば、レジストパターンの除去前、除去後、及び図２４（ｊ）に示す上部電極Ｅ２の加工後のいずれのタイミングに行っても良い。
【０１５３】
次に、図２４（ｉ）に示すように、上部電極Ｅ２を成膜する。次に、図２４（ｊ）に示すように、上部電極Ｅ２の平面形状を加工する。この工程では、レジストをフォトリソグラフィによりパターニングし、その後、図示しないレジストパターンをマスクとして用いて、物理ミリングまたは化学ミリングが行われる。
【０１５４】
このような態様に係る製造方法によれば、工程数の増加を招くことなく本実施の形態に係る電流センサを製造することが可能である。尚、図２４（ａ）〜（ｊ）では図示していないが、下部電極Ｅ１へのコンタクトホールの形成を行っても良いし、上部電極Ｅ２の加工後に保護膜を形成しても良い。
【０１５５】
［効果］
以上説明したように、本実施の形態の電流センサによれば、順極性の磁気抵抗素子１００、４００の磁性体ＨＢ１、ＨＢ２により与えられる磁化の向きが、逆極性の磁気抵抗素子２００、３００の磁性体ＨＢ１、ＨＢ２により与えられる磁化の向きとは１８０°異なっている。このため、第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００の磁化固定層の磁化方向に垂直な方向の外部磁場の存在の有無を、電流を測定するための磁気抵抗素子の出力に基づき判定することが可能になる。従って、本実施の形態の電流センサによれば、別途設けた外部磁場検知用磁場センサを使用することなく、出力信号をモニタすることにより誤動作を引き起こす外部磁場が印加されているか否かを検知することができる。
【０１５６】
（スマートメータへの適用例）
図２５は、第１の実施の形態の電流センサ（１０）を、スマートメータに適用した例を示している。このスマートメータは、電流センサ１０に加え、電圧測定器及びアナログ・ディジタル変換器１１００を備えた電圧計２０を備えている。この図２５の例では、正常／異常判定回路７００の判定結果が出力部８００に出力される代りに、電線に直列に接続された遮断リレー９００が作動し、電力の供給が遮断される。電力の供給を遮断する代りに、図１６と同様に、判定結果を表示等することもできるし、また、判定結果を記憶して、以後の使用電力の計算等に用いることも可能である。
【０１５７】
［２．第２の実施の形態］
［２−１．構成］
次に、図２６及び図２７を参照して、第２の実施の形態に係る電流センサについて説明する。図２６は、第２の実施の形態に係る電流センサの一部の概略構成を示す平面図、図２７は、同電流センサの構成例を示す概略図である。図２６に示す通り、第２の実施の形態に係る電流センサは、第１の実施の形態に係る電流センサと同様に、配線Ｗの近傍に配置され、この配線Ｗに流れる測定電流からの電流磁場の印加により抵抗値が変化する第１〜第４の磁気抵抗素子１００〜４００を有し、これらは第１の実施の形態と同様にフルブリッジ回路を構成し、第１の磁気抵抗素子１００と第４の磁気抵抗素子は順極性、第２の磁気抵抗素子２００と第３の磁気抵抗素子３００は逆極性を有している。また、順極性の磁気抵抗素子１００、４００の磁性体ＨＢ１、ＨＢ２による磁化方向は、逆極性の磁気抵抗素子２００、３００の磁性体ＨＢ１、ＨＢ２による磁化方向とは１８０°異なっている。以上の点は、第１の実施の形態と同一である。
【０１５８】
しかしながら、本実施の形態に係る磁気抵抗素子は、線形応答磁性体では無く磁束ガイド１７０Ａを用いて磁場感度の調整を行っている点において第１の実施の形態と異なる。図２７では、図示の簡略化のために第２の磁気抵抗素子２００にのみ磁束ガイド１７０Ａが設置されているが、これに限定する趣旨ではなく、他の磁気抵抗素子１００、３００、４００にも同様の磁束ガイドを設けても良い。
【０１５９】
磁束ガイド１７０は従来のインダクタンス型で用いられている磁性コアと同一の原理で働くものであり、磁気抵抗素子の周辺に配置された高透磁率の磁性体からなる。高誘磁率の磁性体が配置されていた場合、この磁性体を通過する磁束が磁性体の飽和磁束以下である限り、磁束はこの磁性体に引き寄せられる。従って、上記磁束ガイドを使用することにより、磁気抵抗素子に磁束を集中させることが可能である。
【０１６０】
図２６及び図２７に示す通り、本実施の形態に係る電流センサにおいては、第１の磁気抵抗素子１００の周辺に、第１の磁束ガイド１７０Ａが配置されている。第１の磁束ガイド１７０Ａは、磁束ガイドの一態様である。
【０１６１】
磁束ガイド１７０は、磁気抵抗素子１００〜４００の、被測定電流からの電流磁場が印加される方向の側面に配置される。また、磁束ガイド１７０は台形状に形成されており、第１の磁気抵抗素子１００から離れた面１７０ａが、第１の磁気抵抗素子１００に対向する面よりも広くなるように形成されている。更に、磁束ガイド１７０の第１の磁気抵抗素子１００に対向する面１７０ｂの幅は、第１の磁気抵抗素子１００の幅より少し大きい。
【０１６２】
被測定電流からの電流磁場は、第１磁性層１０１の磁化方向に対しては垂直、第２磁性層１０２の磁化方向に対しては平行に入射する。ここで、磁束ガイド１７０は高透磁率の磁性体から形成されている為、電流磁場は磁束ガイド１７０の面１７０ａに向かって収束し、磁束ガイド１７０に入射する。また、磁束が出射する面１７０ｂの面積は、磁束が入射する面１７０ａの面積と比較して小さい。従って、磁束ガイド１７０に入射した磁束は更に収束して第１の磁気抵抗素子１００に入射する。従って、第１の磁気抵抗素子１００に印加される磁場は、磁束ガイド１７０を設けない場合と比較して大きくなる。
【０１６３】
磁束ガイド１７０は、種々の高透磁率の軟磁性体（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの単体または合金）から形成することが可能であるが、例えばニッケル鉄、コバルトジルコニウムニオブ、鉄アルミニウムシリコン、鉄コバルトニッケルと軟磁性アモルファス合金等の軟磁性材料を適用することが可能である。
【０１６４】
ここで、磁気抵抗素子の磁場感度（（ｄＲ／Ｒ）／２Ｈｓ）は、磁束ガイド１７０等の構成によって調整することもできる。図２８（ａ）に示す通り、磁気抵抗素子と第１及び第２の磁束ガイド１７０Ａ，１７０Ａとの間の距離の和Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂを変えることで、磁場感度を変えることが可能である。この場合、第１又は第２の磁束ガイド１７０Ａ、２７０Ａからの距離が大きいほど、磁気抵抗素子１００に加わる誘導磁場は小さくなる。
【０１６５】
図２８（ｂ）に示す通り、第１の磁束ガイド１７０Ａの第１の磁気抵抗素子１００に対向する面の面積と、第２の磁束ガイド１７０Ａの第２の磁気抵抗素子２００に対向する面の面積Ｓ１ａを変えることで、磁場感度を変えることが可能である。
【０１６６】
図２８（ａ）及び（ｂ）では、第１及び第２の磁束ガイド１７０Ａ、１７０Ａの配置または膜厚を変えることで磁場感度を変えた場合について説明したが、第１及び第２の磁束ガイド１７０Ａ、１７０Ａに用いられる磁性材料の種類を変えることでも磁場感度を変えることができる。例えば、第１の磁束ガイド１７０Ａと第２の磁束ガイド１７０Ａのそれぞれに透磁率の異なる磁性材料を用いることも出来る。
【０１６７】
［２−２．製造方法］
次に、図２９（ａ）〜（ｇ）、それぞれ本実施の形態に係る電流センサの製造方法を例示する工程順模式的斜視図である。本実施の形態に係る電流センサの製造方法は、第１の実施の形態に係る電流センサの製造方法とほぼ同様であるが、第１の線形応答磁性体１６０を製造する工程において、第１の磁束ガイド１７０を製造する点において異なる。尚、第１の磁束ガイド１７０の材料としては、上述した高透磁率の磁性体を適用することが可能である。
【０１６８】
［３．第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記第１〜第２の実施の形態に係る電流センサをスマートメータに搭載した例を示している。スマートメータは電圧及び電流を測定する。ここで、電圧は従来の半導体素子において測定することが可能である。従って、上記実施の形態のいずれかに係る電流センサにこの半導体素子を付加することで、スマートメータを構成することが可能である。以下においては、第４の実施の形態に係る電流センサ６０１をスマートメータに適用した例について説明するが、他の実施の形態に係る電流センサを適用することも可能である。
【０１６９】
図３０（ａ）は、本実施の形態に係るスマートメータ７００の外観を示す模式的な斜視図、図３０（ｂ）は、同スマートメータ７００の模式的な平面図、図３０（ｃ）は、同スマートメータ７００の模式的な側面図である。
【０１７０】
図３０（ａ）〜（ｃ）に示す通り、スマートメータ７００は、センサ部を納めるための筐体７１０、並びに、筐体７１０に設けられた第１の端子部７２０、第２の端子部７３０及び電力量を外部に表示する表示部７４０を備える。筐体７１０は、本実施の形態に係るスマートメータ７００の各構成を格納する。第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０は、図示しないプローブを介してスマートメータ７００の各構成と、被測定対象とを電気的に接続する。表示部７４０は、スマートメータ７００による測定の結果等を表示する。尚、筐体７１０に収容されるスマートメータの各構成を電流測定モジュールと呼ぶ。
【０１７１】
本実施の形態に係るスマートメータ７００は、例えば５０〜６０Ｈｚ程度の交流電流及び交流電圧を計測することが可能である様に構成することが考えられるが、例えば直流電流及び直流電圧のみを計測可能な構成としても良い。また、図３３においては、１００〜２００Ｖ程度の単層交流の電流及び電圧を測定可能である例を示しているが、例えば三相交流の電流及び電圧を測定可能に構成しても良い。この場合、上記端子部７２０及び７３０は、３対設けられる。
【０１７２】
図３０（ｂ）に示す通り、スマートメータ７００は、筐体７１０内に、配線Ｗと、電子基板モジュール７１１と、電流センサ６０１とを収容している。電流センサ６０１は、第１の実施の形態のものと同一でよい。
配線Ｗは、一端が第１の端子部７２０に、他端が第２の端子部７３０に接続されている。また、配線Ｗは、筐体７１０の上下方向（以下、Ｚ方向）に被測定電流を流すように配置され、絶縁性の電流線固定支持部５１０（図３７（ｃ））を介して筐体７１０に固定されている。電子基板モジュール７１１は、筐体７１０内に、筐体７１０の底面と平行に固定されている。電流センサ６０１は、電子基板モジュール７１１上に、筐体７１０の底面と平行に固定されている。従って、本実施の形態に係るスマートメータ７００においては、配線Ｗと電流センサ６０１の位置関係が固定されているため、被測定電流からの電流磁場を好適に測定可能である。
【０１７３】
図３１（ａ）及び（ｂ）は、同スマートメータ７００の一部の構成を説明するための模式図である。図３１（ａ）及び（ｂ）に示す通り、本実施の形態において、被測定電流からの電流磁場の方向は、筐体７１０の左右方向（以下、Ｘ方向）である。
【０１７４】
図３２は、スマートメータ７００の概略構成を示す機能ブロック図である。図３２に示す通り、スマートメータ７００は、上記配線Ｗ及び電流センサ６０１に加え、電圧計７５０、Ａ／Ｄ変換回路７６０、演算部７７０及び通信回路７８０を更に備える。尚、電圧計７５０、Ａ／Ｄ変換回路７６０、演算部７７０及び通信回路７８０は、半導体素子として電子基板モジュール７１１上に作り込む事も可能である。
【０１７５】
電流センサ６０１は、第１の実施の形態に係る電流センサであってよい。電流センサ６０１は、配線Ｗの近傍に配置され、配線Ｗに流れる電流を測定する。
【０１７６】
電圧計７５０としては、種々の電圧計を適用することが可能である。電圧計７５０は、第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０の間の電圧を測定する。Ａ／Ｄ変換回路７６０は、電圧計７５０によって測定された電圧値をディジタル信号に変換する。
【０１７７】
演算部７７０は、電流センサ６０１から電流値を、Ａ／Ｄ変換回路７６０から電圧値を取得し、電力の算出等を行う。表示部７４０は、演算部から電流値、電圧値及び電力の大きさ等を取得し、表示する。通信回路７８０は、同じく演算部から電流値、電圧値及び電力の大きさ等を取得し、スマートメータ７００の外部に出力する。
【０１７８】
［４．第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態に係るスマートメータ１７０３について説明する。図３３（ａ）は、本実施の形態に係るスマートメータ１７０３の外観を示す模式的な斜視図、図３３（ｂ）は、同スマートメータ１７０３の模式的な平面図、図３３（ｃ）は、同スマートメータ１７０３の模式的な側面図である。また、図３３（ａ）及び（ｂ）は、同スマートメータ７０３の一部の構成を説明するための模式図である。
【０１７９】
本実施の形態に係るスマートメータ１７０３は、基本的には前述の実施の形態に係るスマートメータと同様に構成されているが、以下の点において、前述の実施の形態に係るスマートメータと異なる。
【０１８０】
即ち、図３３（ａ）に示す通り、本実施の形態に係るスマートメータ７０３においては、第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０がＸ方向に配設されている。また、第１の端子部７２０及び第２の端子部７３０がＸ方向に配設されている為、図３３（ｂ）及び（ｃ）に示す通り、配線Ｗは、筐体７１０のＸ方向に被測定電流を流すように配置されている。更に、この場合、被測定電流による電流磁場の方向は筐体７１０のＹ方向となる。従って、図３３（ａ）及び（ｂ）に示す通り、電流センサ６０１は、電子基板モジュール７１１上に、筐体７１０の底面と垂直に固定されている。
【０１８１】
［５．第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態に係る電流センサは、家庭用電化製品に搭載されている。これにより、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）を実現することも可能である。図３４は、本実施の形態に係る家庭用電化製品の様子を示す模式図である。電流センサは、種々の家庭用電化製品に搭載することが可能であるが、図３４においては、エアーコンディショナー８００に搭載した場合の様子を示している。
【０１８２】
本実施の形態に係るエアーコンディショナー８００は、電流測定機構８０１を備えている。電流測定機構８０１は、例えば前述の実施の形態に係る電流センサ６０１を筐体８０２中に収容してなる。筐体８０２の側面には第１及び第２の端子部８０３、８０４が設けられており、電流センサ６０１はこれら第１及び第２の端子部を介して他の部品と接続される。
【０１８３】
［その他］
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１８４】
１００、２００、３００、４００…磁気抵抗素子、１０１、２０１、３０１、４０１…第１磁性層（磁化自由層）、１０２、２０２、３０２、４０２…第２磁性層（第１磁化固定層）、１０３…中間層、１０４…下地層、１０５…ピニング層、１０６…第２磁化固定層、１０７…磁気結合層、１０８…キャップ層、１０９…絶縁層、１１０…基板、１１１…絶縁層、１１２…絶縁層、１６０…第１の線形応答磁性体、１６１…下地層、１６２…分離層、１６３…第１バイアス磁性層、１６４…バイアス磁気結合層、１６５…第２バイアス磁性層、１６６…バイアスピニング層２６０…第２の線形応答磁性体、５００…配線、Ｅ１…下部電極、Ｅ２…上部電極、ＨＢ１、ＨＢ２…磁性体。
【図１】
0006457243.tif 000002
【図２】
0006457243.tif 000003
【図３】
0006457243.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006457243.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0006457243.tif 000011
【図１１Ａ】
0006457243.tif 000012
【図１１Ｂ】
0006457243.tif 000013
【図１１Ｃ】
0006457243.tif 000014
【図１１Ｄ】
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【図１２】
0006457243.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0006457243.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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