(57)【要約】【課題】高感度で温度依存性を低減した磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサ及び回転角度検出装置を提供する。【解決手段】一方向の磁気異方性を有する固定層と、磁化方向が外部磁界の方向に回転する自由層と、前記固定層と前記自由層に挟まれた中間層と、前記自由層の上層に形成される保護層とを有するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜において、基体上に固定層・中間層・自由層・保護層の順で形成され、前記固定層がＣｏＦｅ合金の第一の強磁性層とＣｏＦｅ合金の第二の強磁性層と前記二つの強磁性層の磁化方向を反平行に結合させる第一の非磁性層で構成され、前記固定層の二つの強磁性層において磁化・膜厚積が等しく、前記保護層がＲｕを主成分とする第二の非磁性層とする。【選択図】図１
2008306112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の磁気異方性を有する固定層と、磁化方向が外部磁界の方向に回転する自由層と、前記固定層と前記自由層に挟まれた中間層と、前記自由層の上層に形成される保護層とを有するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜において、
基体上に固定層・中間層・自由層・保護層の順で形成され、
前記固定層が、ＣｏとＦｅの合金である第一の強磁性層と、ＣｏとＦｅの合金である第二の強磁性層と、前記二つの強磁性層の磁化方向を反平行に結合させる第一の非磁性層で構成され、
前記固定層の二つの強磁性層において磁化・膜厚積が等しく、
前記保護層がＲｕを主成分とする第二の非磁性層であることを特徴とする磁気抵抗効果膜。
【請求項２】
前記自由層と前記保護層の間に電子反射層を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項３】
前記保護層が２つ以上の非磁性層で構成されており、前記自由層と接する側の非磁性層の主成分がＲｕであることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項４】
一方向の磁気異方性を有する固定層と、磁化方向が外部磁界によって回転する自由層と、前記固定層と前記自由層に挟まれた中間層と、前記固定層の上層に形成される保護層とを有するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜において、
基体上に自由層・中間層・固定層・保護層の順で形成され、
前記固定層が、ＣｏとＦｅの合金である第一の強磁性層と、ＣｏとＦｅの合金である第二の強磁性層と、前記二つの強磁性層の磁化方向を反平行に結合させる第一の非磁性層で構成され、
前記固定層の二つの強磁性層において磁化・膜厚積が等しく、
前記保護層がＲｕを主成分とする第二の非磁性層であることを特徴とする磁気抵抗効果膜。
【請求項５】
前記保護層が２つ以上の非磁性層で構成され、前記固定層と接する側の非磁性層の主成分がＲｕであることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項６】
前記保護層において、磁性層と接する側の非磁性層の成分がＲｕ、Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔのうちの１種もしくは２種以上の元素で構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気抵抗効果膜を、少なくとも４以上の偶数個用いて作製した磁気抵抗効果素子をブリッジ状に接続し、前記磁気抵抗効果素子のピン止め方向が夫々９０°ずつ異なることを特徴とする磁気センサ。
【請求項８】
請求項７記載の磁気センサと、前記磁気抵抗効果素子に磁界を与える磁石とを備える回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサ及び回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、物理量の変位を非接触で検出できる点で有用である。特に回転角を検出する磁気センサについては、回転磁界に対して磁気抵抗効果素子の検出感度が良好であることが要求される。
【０００３】
高感度な磁気抵抗効果膜として、スピンバルブ（ＳＶ）型巨大磁気抵抗効果膜（以下ＳＶＧＭＲ膜と記載する）が用いられている。反強磁性材料を用いて固定層磁化に一方向異方性を付与する反強磁性層／強磁性層／中間層／自由層／保護層という構成をとるＳＶＧＭＲ膜が広く知られている。また、反強磁性層を含まず、第一の強磁性層／反強磁性結合層／第二の強磁性層からなる構成で固定層を構成する構造が特許文献１、特許文献２ならびに非特許文献１に開示されている。このような構成のＳＶＧＭＲ膜を、以下「セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜」と表記する。
【０００４】
セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜では、固定層の一方向異方性は２層の強磁性層の磁化方向で決定される。特許文献１および非特許文献１では、固定層をＣｏ／Ｒｕ／Ｃｏの３層膜から構成している。バイアス磁界を印加しながら強磁性Ｃｏ層を成膜し、さらにＲｕ層を介して２つの強磁性層の磁化を反強磁性的に結合せしめることで、一方向異方性を誘導する手法が特許文献１に開示されている。また特許文献２では第一の磁性層／反強磁性結合層／第二の磁性層の積層構造において、２つの磁性層に磁化量の異なる材料を用い、成膜後に熱処理を施すことで第一の磁性層もしくは第二の磁性層いずれかの方向に一方向異方性を誘導する手法が開示されている。さらに特許文献３には、ＦｅＣｏ及びＣｏＦｅを用いて形成された固定層において、異なる材料について夫々の強磁性層の磁気モーメント差を適切な範囲に設定して構成したセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０３３９３４号公報
【特許文献２】特表２００２−５１９８７３号公報
【特許文献３】特開２００４−２９６０００号公報
【非特許文献１】J.L.Leal，”Spin valves exchange biased by Co/Ru/Co synthetic antiferromagnets”，”Journal of Applied Physics”，（米国），1998年，volume 83,number7，p.3720
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１には、反強磁性層を固定層に使用したＳＶＧＭＲ膜と、セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜の耐熱性が比較されている。前者は温度１５０℃以上で抵抗変化率（ＭＲ比：ｄＲ／Ｒ）が低下し、スピンバルブ動作が失われているが、後者は２７０℃までＭＲ比が観測されている。しかしその値は室温で５％、２７０℃の熱処理後では２％弱とほぼ半減しており、十分な耐熱性を持っているとはいえない。また、室温でのＭＲ比も、従来型のＳＶＧＭＲ膜で得られる値（１４％以上）よりは低く、これを用いて作製した磁気センサは感度が低いと考えられる。
【０００７】
特許文献２に開示されているセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜は、固定層に用いる２つの強磁性層の磁化を異なる構成にすることにより、固定層着磁方向を第一の強磁性層もしくは第二の強磁性層いずれかの方向に向けることが可能である。しかしながら固定層の磁化量、すなわち磁化と膜厚の積に差分が生じるため、固定層／自由層間の交換結合磁界が小さくＳＶＧＭＲ膜の感度が上げられないという問題がある。
【０００８】
特許文献３では、磁気ヘッドの加工プロセスにおける磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制、ならびに劣化した素子の特性回復方法についての記載がある。しかしながら、ヘッド浮上面加工による特性劣化を抑制するために、固定層を構成する２層の強磁性層の膜厚に差分をつけていることから、回転角センサとして応用する上では適当でない（理由は後述する）。また、ＭＲ比や自由層／固定層間交換結合磁界（Ｈｉｎｔ）の温度依存性を積極的に抑えるものではなく、高温動作時の特性安定性について議論されてはいない。
【０００９】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、高感度で温度依存性を低減した磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサ及び回転角度検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の磁気抵抗効果膜は、一方向の磁気異方性を有する固定層と、磁化方向が外部磁界の方向に回転する自由層と、前記固定層と前記自由層に挟まれた中間層と、前記自由層の上層に形成される保護層とを有するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜において、
基体上に固定層・中間層・自由層・保護層の順で形成され、
前記固定層が、ＣｏとＦｅの合金である第一の強磁性層と、ＣｏとＦｅの合金である第二の強磁性層と、前記二つの強磁性層の磁化方向を反平行に結合させる第一の非磁性層で構成され、
前記固定層の二つの強磁性層において磁化・膜厚積が等しく、
前記保護層がＲｕを主成分とする第二の非磁性層であることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記自由層と前記保護層の間に電子反射層を含んでもよい。また、前記保護層が２つ以上の非磁性層で構成されており、前記自由層と接する側の非磁性層の主成分がＲｕであることを特徴とする。
【００１２】
さらに、磁気抵抗効果膜の形成順が、基体上に自由層・中間層・固定層・保護層の順で形成されていても良い。この際に、前記保護層は２つ以上の非磁性層で構成してもよく、前記固定層と接する側の非磁性層の主成分はＲｕとする。
【００１３】
また、上記本発明のいずれかの保護層のうち磁性層と接する側の非磁性層の主成分はＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔのうちの１種もしくは２種以上の元素で構成されていてもよい。
【００１４】
本発明の磁気センサは、上述の磁気抵抗効果膜を少なくとも４以上の偶数個用いて作製した磁気抵抗効果素子をブリッジ状に接続し、前記磁気抵抗効果素子のピン止め方向が夫々９０°ずつ異なることを特徴とする。
【００１５】
本発明の回転角度検出装置は、前記磁気センサと、前記磁気抵抗効果素子に磁界を与える磁石とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高感度で温度依存性を低減した磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサ及び回転角度検出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明について具体的な実施形態を図面を用いて説明する。ただし、これら実施形態により本発明が必ずしも限定されるものではない。
【００１８】
（実施形態１）
図１に磁気抵抗効果膜の構成の１例を示す。ただし、積層関係を図示しており、相対的な層の厚さを示すものではない。ガラスやＳｉ、もしくはこれらの材料の上にＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの絶縁層を形成してなる基体１０上に下地層１１を形成し、その上に第一の強磁性層１２１、反平行結合層１２２、第二の強磁性層１２３を形成する。この３層で固定層１２が形成される。その上に非磁性の中間層１３を介し、第一の強磁性層１４１、第二の強磁性層１４２を形成する。２つの強磁性層１４１，１４２は強磁性的に結合し、外部磁界に対して磁化方向が自由に変化する自由層１４として振舞う。最上面に保護層１５を形成して磁気抵抗効果膜を構成する。
【００１９】
（実施形態２）
図２には磁気抵抗効果膜の別の構成を示す。図１と同様、厚さの拡大倍率は一定ではない。また各層の機能を図１と比較して示すため、同一の機能をもつ層は図１と同一の番号で表記した。基体１０上に下地層１１を形成し、その上に自由層１４を構成する第一の強磁性層１４２、第二の強磁性層１４１を形成する。その上に非磁性の中間層１３を介し、固定層１２を構成する第一の強磁性層１２３、反平行結合層１２２、第二の強磁性層１２１を形成する。基体からもっとも離れた面に保護層１５を形成し磁気抵抗効果膜を形成する。本構成は図１に示した構成の固定層と自由層を逆にした構成である。
【００２０】
なお、フォトレジストとの密着性を向上させたり、パターニング時の寸法公差を低減させたりする目的で、保護層の上面に素子形成プロセス上必要な層を形成しても良い。具体的には、Ｒｕ保護層上にＴａ層が形成されていても良い。
【００２１】
磁気抵抗効果膜の成膜にはＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いる。強磁性層の成膜時には、装置内に設けられた永久磁石により誘導磁界を印加する。固定層の形成時には、例えば図１の左から右の方向に磁界を印加するが、第一の強磁性層及び反平行結合層を成膜すると、第二の強磁性層は反平行結合層の効果により図面の右から左の方向に磁化される。このときピン止め方向は中間層に接する第二の強磁性層１２３の磁化方向、すなわち図面の右から左の方向となる。なお図２の場合においては、第二の強磁性層を成膜後に第一の強磁性層を成膜することになるため、印加磁界方向を図面左から右の方向に設定した場合は第一の強磁性層の磁化方向が図面右から左の方向となり、ピン止め方向は中間層に接する第二の強磁性層の方向、すなわち図面の左から右の方向となる。理解のため固定層の各強磁性層の磁化方向を図中に矢印で示した。
【００２２】
セルフピン型ＳＶＧＭＲ膜において、固定層の磁化・膜厚積が有限の値をとる場合、固定層磁化方向は外部磁界によって影響を受け一方向に定まらない。ＳＶＧＭＲ膜では固定層磁化と自由層磁化の相対角度で磁気抵抗変化量が決定されるため、固定層磁化方向が外部磁界によって変化してしまうとＭＲ比が低下するだけでなく、磁気抵抗効果素子に用いる場合、出力の低下や外部磁界に対するヒステリシスの増大、さらには回転角度検出装置に適用した場合に角度精度の劣化につながる。したがって、固定層の磁化・膜厚積は０に設定することが望ましい。以下、固定層の形成手法について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１の磁気抵抗効果膜において、基体１０（ガラス基板／Ａｌ２Ｏ３層）／下地層１１（ＮｉＦｅＣｒ：厚さ４ｎｍ）／第一の強磁性層１２１（ＣｏＦｅ：厚さ２．１２ｎｍ）、／反強磁性結合層１２２（Ｒｕ：厚さ０．４ｎｍ）、／第二の強磁性層１２３（ＣｏＦｅ：厚さ２．０ｎｍ）／中間層１３（Ｃｕ：厚さ２．３ｎｍ）／第一の強磁性層１４１（ＣｏＦｅ：厚さ１ｎｍ）、／第二の強磁性層１４２（ＮｉＦｅ：厚さ２ｎｍ）／保護層１５（Ｒｕ：厚さ３ｎｍ）としたものを作製した。
【００２４】
本発明では、第一の強磁性層にＦｅｘ−Ｃｏ１００−ｘ合金（ｘ＝５０−７５ａｔ％）を、第二の強磁性層にＣｏ１００−ｙ−Ｆｅｙ合金（ｙ＝５−２５ａｔ％）を用いた。ａｔ％は原子％に相当する。特に第一の強磁性層は固定層の一方向異方性を誘導するため高い保磁力を示す必要がある。そこで、反強磁性体を用いる一般的なスピンバルブ型磁気抵抗効果膜の構成（図示せず）において、第一の強磁性層を自由層に適用して保磁力の値を測定した結果、上記ｘの組成範囲において保磁力が８ｋＡ／ｍ（１００Ｏｅ）以上を示すことを確認した。なお第二の強磁性層の組成は軟磁気特性が良い領域、具体的には保磁力が８００Ａ／ｍ（１０Ｏｅ）以下を示す組成範囲を採用した。
【００２５】
第一および第二の強磁性層の材料について、文献（Ｒ．Ｍ．Ｂｏｚｏｒｔｈ著，Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ，ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ（１９５１））に示されている飽和磁束密度（Ｂｓ）はそれぞれ２２ｋＧａｕｓｓ，１９ｋＧａｕｓｓである。しかしながら薄膜においては同様の値が得られるものではなく、先に述べたように第一及び第二の強磁性層の磁化・膜厚積を等しくするためには、各層の膜厚を正確に設定して磁化量も正確に設定する必要がある。そこで、磁化・膜厚積差の測定を行った。具体的には、図１の構成の磁気抵抗効果膜において、固定層の第一もしくは第二の強磁性層いずれかの膜厚を数種類変化させた試料について、夫々磁気抵抗効果膜の飽和磁化と膜厚を測定し、飽和磁化と膜厚の積を磁化・膜厚積として定義した。ここで飽和磁化は振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。このとき、自由層は１００Ｏｅ（８ｋＡ／ｍ）で十分飽和するため、測定磁界は２００Ｏｅ（１６ｋＡ／ｍ）とした。また磁性層膜厚の測定には蛍光Ｘ線分析装置を用いた。固定層に磁化・膜厚積差が存在する場合、固定層磁化は自由層磁化と合算されて測定されるため、固定層磁化は磁化曲線の上下オフセット量として表される。オフセット量が０となる点が、第一および第二の強磁性層の磁化・膜厚積が等しい膜厚となる。
【００２６】
図３に、第一・第二の強磁性層の磁化・膜厚積差を測定した結果を示す。このとき第二の強磁性層の膜厚は２．０ｎｍで一定とした。縦軸は磁化・膜厚積差を示し、横軸は第一の強磁性層の膜厚を示す。この図におけるｘ切片、すなわち磁化・膜厚積差が０となる２．１２ｎｍを、実施例１における第一の強磁性層の膜厚に設定した。
【００２７】
図４に、図１の構成で形成した実施例１の磁気抵抗効果膜について、中間層膜厚を変化させた際のＨｉｎｔの変化挙動を示す。縦軸に示したＨｉｎｔの値は、横軸に示したＣｕ膜厚によって変化し、特にＨｉｎｔが０となるＣｕ膜厚は１．９ｎｍ近傍と２．３ｎｍ近傍である。Ｃｕ膜厚が比較的厚い領域では膜厚に対するＨｉｎｔの変化が比較的緩やかであることから、成膜制御性の観点から考えてもＣｕ膜厚を２．３ｎｍ近傍に設定することが望ましい。特に回転角度検出装置に適用する場合、Ｈｉｎｔの変動は角度誤差に直接影響することから、膜厚に対してＨｉｎｔの変動は少ないほうが好ましい。
【００２８】
図５に、図１の構成で形成した実施例１の磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線を、４端子法で測定した結果を示す。横軸は測定磁界であり、縦軸はＭＲ比である。磁気抵抗効果膜に印加する測定磁界を負から正の方向に変えていくと、磁界０近傍で磁気抵抗効果膜の抵抗変化が見られることがわかる。これは反強磁性層で固定層の一方向異方性を付与するスピンバルブ膜と同様のＭＲ曲線である。
【００２９】
図６及び７に、保護層材料が夫々異なる図１記載の磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線を示す。比較例の保護層材料はＴａである。本発明の実施例ではＲｕを用いている。成膜直後（ａｓ  ｄｅｐｏ）でのＭＲ比は夫々１０．５％と９．６％を示しているが、温度を上げて熱処理したところ、Ｔａ保護層を用いた場合は３１０℃の処理でスピンバルブ動作が劣化しており、ＭＲ比が急激に低下していることがわかる。３２０℃の熱処理を施した後ではＭＲ比が４％以下にまで低下しており、また０磁界近傍での抵抗変化の挙動に異常が生じている。すなわち、負磁界を印加しても磁気抵抗が変化していることから、固定層の一方向異方性が劣化し、固定層磁化方向の一部が外部磁界とともに変化した結果、スピンバルブ動作が得られなくなっていると考えられる。一方、本発明であるＲｕ保護層を用いた場合、熱処理温度の増加に伴ってＭＲ比は若干低下する傾向が見られるものの、その値は約９％であり、Ｔａ保護層の場合と比較しても耐熱性が著しく向上していることが分かる。
【００３０】
図８は図６及び７で得られたＭＲ曲線から算出したＭＲ比及びＨｉｎｔの熱処理温度依存性を纏めたものである。これらの図からも明らかなように、Ｒｕ保護層を用いることで熱処理によるＭＲ比の低下を十分低減できた。さらに、Ｈｉｎｔは初期値（約１６０Ａ／ｍ（２Ｏｅ））からほとんど変化していないことも明らかである。
【００３１】
ＴａはＲｕと比較して酸化しやすく、膜表面側から数ｎｍにわたって酸化物層を形成する。この酸化Ｔａ層は不動態であることから、ウェハプロセスにおける薬液浸漬などのダメージから磁気抵抗効果膜を保護する点で有用とされている。しかしながらセルフピン型ＳＶＧＭＲ膜においては、その不動態によって成膜直後の状態から応力が変化することとなり、成膜後に印加される熱プロセスで自由層／中間層界面や中間層／固定層界面に歪が生じ、その結果としてスピンバルブ動作を劣化させる。一方、ＲｕはＴａと比較して酸化しにくいため不動態を作らず、高い熱エネルギーに対して安定であるため、熱プロセス後でも応力変化を生じず、成膜直後の状態とほとんど変わらないスピンバルブ動作が得られることとなる。
【００３２】
以上述べたように、Ｒｕ保護層を用いることで外部温度変化による特性変化が小さい磁気抵抗効果膜を得ることができた。
【実施例２】
【００３３】
図９は本発明に係る回転角度検出装置の構成を示す。該装置は後述する磁気センサ２１と、径方向にＮＳ２極に着磁した円盤状の永久磁石２３とを対向して配置した。磁石取り付け冶具２４はシャフト２４ｂ（回転体）と機械的に接続され、永久磁石２３の回転に伴い漏洩磁界の分布が変化する。図９中、１点鎖線は回転中心軸に相当する。永久磁石２３と磁気センサ２１間の実線の矢印２２は磁力線を表わす。この構成によって、磁気抵抗効果素子面内方向の磁界変化を磁気センサで検出した。磁気センサ２１及びシャフト２４ｂを支持するフレームの図示は省略した。
【００３４】
磁気センサ２１は、磁気抵抗効果膜をパターニングして形成した磁気抵抗効果素子をブリッジ状に接続することで構成した。基体上に形成された磁気抵抗効果膜は、フォトリソグラフィーの手法を用いて素子パターンの形状に加工される。この基体の面は磁界センサ２１中で回転中心軸と直交する。成膜時に着磁方向を夫々９０°異なる方向に設定することで、方向の異なる４種類の磁気抵抗効果素子を同一ウェハ上に形成した。
【００３５】
図１０は磁気抵抗効果素子を構成する、パターニングした磁気抵抗効果膜をブリッジ接続した回路図を示している。この回路は磁気センサ２１中に形成したものである。太い矢印の方向は固定層の磁化方向を表す。磁気抵抗効果素子３１ａ〜３１ｄのうち、磁気抵抗効果素子３１ａ及び３１ｂを接続し、磁気抵抗効果素子３１ｃ及び３１ｄを接続してホイートストンブリッジを構成した。ここで、磁気抵抗効果素子３１a及び３１ｄのピン方向が同一で（基準軸に対して０°方向）、磁気抵抗効果素子３１ｂ及び３１ｃのピン方向が同一（基準軸に対して１８０°方向）である。所定の電源電圧Ｖｃｃを印加することで中点電位Ｖｘ１及びＶｘ２を検出した。これらの対を９０°回転させて形成した磁気抵抗効果素子３２a〜３２ｄを用いて、同様のホイートストンブリッジを構成し、中点電位Ｖｙ１及びＶｙ２を検出した。それぞれの中点電位から出力電圧Ｖｘ，Ｖｙを得た。図９に示した永久磁石２３が回転して正弦波状の磁界変化が生じると、図１１で示すように出力電圧Ｖｘ及びＶｙは夫々サイン波，コサイン波の関係になった。これらの信号から逆正接（ｔａｎ−１）演算を行うことで外部磁界角度θｃａｌｃを得ることができた。この外部磁界角度θｃａｌｃは、永久磁石２３の回転角度θａｐｐと同一となることが望ましいが、磁気抵抗効果素子に起因する信号歪が発生すると、必ずしも同一とはならない。図１１の外部磁界角度θはθａｐｐに相当する。
【００３６】
図１２はＨｉｎｔによる角度誤差の変動をシミュレーションにより算出したグラフである。便宜的に、図１０で示した磁気抵抗効果素子３１ａ〜３１ｄを、電圧Ｖｘを出力するＸブリッジと表し、同様に磁気抵抗効果素子３２ａ〜３２ｄをＹブリッジと表す。横軸はＹブリッジ内、すなわち素子３２ａ，３２ｄと３２ｂ，３２ｃとのＨｉｎｔの差分を示す。縦軸は素子出力から算出した角度θｃａｌｃと外部磁界角度θａｐｐの差分、すなわち検出角度誤差を示す。グラフの原点から外側に離れるほど、Ｘ−Ｙブリッジ間のＨｉｎｔの差分が大きいことになり、角度誤差が増加していることが分かる。
【００３７】
図１３には素子間にＨｉｎｔの差分がない条件で、Ｈｉｎｔの値を有限値に設定して角度誤差シミュレーションを行った結果を示す。Ｈｉｎｔの増加によって角度誤差は増加する傾向がみられることから、Ｈｉｎｔは極力０に近い値、望ましくは±４００Ａ／ｍ（±５Ｏｅ）の範囲内に設定する必要がある。またこの結果は温度変化によってＨｉｎｔの絶対値が増加しても角度誤差が増加することを意味している。
【００３８】
ＭＲ比の変動も角度誤差に大きく影響を及ぼすことがシミュレーションからわかっている。磁気センサを構成する磁気抵抗効果素子がたとえ同じ抵抗値で作製されたとしても、ＭＲ比は素子抵抗変化の絶対値に直接影響するため、センサとして使用する際には出力電圧の変動として現れる。
【００３９】
このように、磁気抵抗効果膜のＭＲ比とＨｉｎｔは検出角度精度に大きく影響するため、これらのパラメータの温度依存性を低減することは回転角度検出装置の精度を向上することになる。
【００４０】
本発明で得られた磁気抵抗効果膜を用いた磁気センサを適用し、図１０で示した回転角度検出装置を構成した。本発明で得られた磁気抵抗効果膜は、ＭＲ比が大きいため印加電圧に対して十分大きな出力電圧を得ることができ、−４０〜１５０℃の温度範囲において出力電圧の変動が小さい磁気センサを作製できる。さらに磁気抵抗効果膜のＨｉｎｔの変動が小さいため、検出角度誤差の温度依存性も十分小さくできる。
【００４１】
したがって本発明の磁気抵抗効果膜を用いることで、感度の高い磁気抵抗効果素子と磁気センサを得ることができ、特性の温度依存性を十分に低減できた高精度の回転角度検出装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】磁気抵抗効果膜の構成を示す断面図である。
【図２】磁気抵抗効果膜の別の構成を示す断面図である。
【図３】固定層を構成する強磁性層の磁化・膜厚積差と固定層を構成する第一強磁性層膜厚との関係を示すグラフである。
【図４】中間層膜厚によるＨｉｎｔの変化挙動を示すグラフである。
【図５】図１の磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線を示すグラフである。
【図６】磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線の温度依存性を示すグラフである。
【図７】磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線の温度依存性を示すグラフである。
【図８】磁気抵抗効果膜のＭＲ比及びＨｉｎｔの温度依存性を示すグラフである。
【図９】回転角度検出装置の正面図を示す。
【図１０】磁気センサを構成する磁気抵抗効果素子をブリッジ接続した回路図を示す。
【図１１】磁気センサの出力電圧波形を示すグラフである。
【図１２】磁気抵抗効果素子のＨｉｎｔによる角度誤差変化をシミュレーションにより算出したグラフである。
【図１３】磁気抵抗効果素子のＨｉｎｔによる角度誤差変化をシミュレーションにより算出したグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０：基体
１１：下地層
１２：固定層
１３：中間層
１４：自由層
１５：保護層
１２１：第一の強磁性層
１２２：反平行結合層
１２３：第二の強磁性層
１４１：第一の強磁性層
１４２：第二の強磁性層
２１：磁気センサ
２２：磁力線
２３：永久磁石
２４：磁石取り付け冶具
２４ｂ：シャフト
３１ａ〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄ：磁気抵抗効果素子
【図１】
2008306112.tif 000003
【図２】
2008306112.tif 000004
【図３】
2008306112.tif 000005
【図４】
2008306112.tif 000006
【図５】
2008306112.tif 000007
【図６】
2008306112.tif 000008
【図７】
2008306112.tif 000009
【図８】
2008306112.tif 000010
【図９】
2008306112.tif 000011
【図１０】
2008306112.tif 000012
【図１１】
2008306112.tif 000013
【図１２】
2008306112.tif 000014
【図１３】
2008306112.tif 000015