(57)【要約】【課題】  外部磁界の回転角度に応じた薄膜磁気センサの出力が、三角波状もしくは正弦波・余弦波状出力となる薄膜磁気センサ及びこれを用いた回転センサを提供すること。【解決手段】  本発明に係る薄膜磁気センサ２０は、軟磁性材料からなり、かつギャップ２４ａを介して対向させた一対の薄膜ヨーク２４、２４と、一対の薄膜ヨーク２４、２４と電気的に接続されるようにギャップ２４ａ間に形成された、軟磁性材料より高い電気比抵抗を有するＧＭＲ膜２６と、薄膜ヨーク２４、２４及びＧＭＲ膜２６を支持する絶縁性・非磁性材料からなる絶縁基板とを備え、薄膜ヨーク２４、２４は、ギャップ長方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）と、ギャップ長に対して垂直方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）との間に、Ｈｋ（ｘ）≧Ｈｋ（ｙ）で表される関係があることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料からなり、かつギャップを介して対向させた一対の薄膜ヨークと、
該一対の薄膜ヨークと電気的に接続されるように前記ギャップ間に形成された、前記軟磁性材料より高い電気比抵抗を有するＧＭＲ膜と、
前記薄膜ヨーク及び前記ＧＭＲ膜を支持する絶縁性・非磁性材料からなる絶縁基板とを備え、
前記薄膜ヨークは、ギャップ長方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）と、ギャップ長に対して垂直方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）との間に、
Ｈｋ（ｘ）≧Ｈｋ（ｙ）
で表される関係がある薄膜磁気センサ。
【請求項２】
前記薄膜ヨークは、ギャップ長方向の長さＬと、幅の平均値Ｗａｖｅと、厚さの平均値ｔａｖｅとの間に、
（Ｗａｖｅ×ｔａｖｅ）／Ｌ２≧（Ｌ×ｔａｖｅ）／Ｗａｖｅ２
で表される関係がある請求項１に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項３】
前記薄膜ヨークは、その先端の厚さｔｆ、及び、その先端の幅Ｗｆ、並びに、前記ＧＭＲ膜の幅Ｗｇの内のいずれか小さいもの（ｍｉｎ（ｔｆ、Ｗｆ、Ｗｇ））と、ギャップ長ＧＬとの間に、
ｍｉｎ（ｔｆ、Ｗｆ、Ｗｇ）≦ＧＬ
で表される関係がある請求項１又は２に記載の薄膜磁気センサ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の薄膜磁気センサを備えた回転センサ。    
【請求項５】
請求項１から３までのいずれかに記載の第１の薄膜磁気センサと、
前記第１の薄膜磁気センサに対して直列に接続され、かつ前記第１の薄膜磁気センサの温度変化に起因する電気抵抗変化を補償する機能を有する第１の参照抵抗と、
前記第１の薄膜磁気センサと前記第１の参照抵抗との接続部に設けられた出力端子とを備えた回転センサ。
【請求項６】
前記第１の参照抵抗は、請求項１から３までのいずれかに記載の第２の薄膜磁気センサからなり、
該第２の薄膜磁気センサは、そのギャップ長方向が前記第１の薄膜磁気センサのギャップ長方向に対して直角となるように配置されている請求項５に記載の回転センサ。
【請求項７】
請求項１から３までのいずれかに記載の第１の薄膜磁気センサと、
その一端が前記第１の薄膜磁気センサの一端に接続され、かつ、そのギャップ長方向が前記第１の薄膜磁気センサのギャップ長方向と直角になるように配置された請求項１から３までのいずれかに記載の第２の薄膜磁気センサと、
その一端が前記第１の薄膜磁気センサの他端に接続され、かつ前記第１の薄膜磁気センサの温度変化に起因する電気抵抗変化を補償する機能を有する第１の参照抵抗と、
その一端が前記第２の薄膜磁気センサの他端に接続され、その他端が前記第１の参照抵抗の他端に接続され、かつ前記第２の薄膜磁気センサの温度変化に起因する電気抵抗変化を補償する機能を有する第２の参照抵抗と、
前記第１の薄膜磁気センサと前記第１の参照抵抗との接続部、及び、前記第２の薄膜磁気センサと前記第１の参照抵抗との接続部に設けられた出力端子とを備えた回転センサ。
【請求項８】
前記第１の参照抵抗は、請求項１から３までのいずれかに記載の第３の薄膜磁気センサからなり、
該第３の薄膜磁気センサは、そのギャップ長方向が前記第１の薄膜磁気センサのギャップ長方向に対して直角となるように配置されており、
前記第２の参照抵抗は、請求項１から３までのいずれかに記載の第４の薄膜磁気センサからなり、
該第４の薄膜磁気センサは、そのギャップ長が前記第２の薄膜磁気センサのギャップ長に対して直角となるように配置されている請求項７に記載の回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜磁気センサ及び回転センサに関し、さらに詳しくは、回転する外部磁界の回転角度、又は、回転角度と回転方向を検出可能な回転センサ、及び、このような回転センサに用いられる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）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ等に分類される。
【０００３】
これらの中でもＧＭＲセンサは、
（１）ホールセンサや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））が極めて大きい、
（２）ホールセンサに比べて電気抵抗値の温度変化が小さい、
（３）巨大磁気抵抗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ものである。
【０００４】
ＧＭＲ効果を示す材料としては、
（１）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、
（２）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、
（３）スピン依存トンネル効果によってＭＲ効果が生ずるトンネル接合膜、
（４）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、温度により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）電気比抵抗が桁違いに高いので、磁気センサの低消費電力化が可能である、
（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、〜ｋＯｅ以上の巨大磁界下で数％のＭＲ比を示すため、低磁界（百Ｏｅ以下）における磁界感度が非常に小さいという問題がある。
【０００７】
そこでこの問題を解決するために、特許文献１には、巨大磁気抵抗薄膜の両端に軟磁性薄膜を配置し、巨大磁気抵抗薄膜の磁界感度を上げる点が記載されている。また、同文献には、基板上に膜厚２μｍのパーマロイ薄膜（軟磁性膜）を形成し、パーマロイ薄膜にイオンビームエッチング装置を用いて幅約９μｍの隙間を作製し、隙間の部分にＣｏ３８．６Ｙ１４．０Ｏ４７．４組成を有するナノグラニュラーＧＭＲ膜（Ｃｏ−Ｙ−ＯナノグラニュラーＧＭＲ膜）を積層する薄膜磁気センサの製造方法が記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には、巨大磁気抵抗薄膜の両端に軟磁性薄膜を配置した薄膜磁気抵抗素子において、磁界感度をさらに向上させるために、巨大磁気抵抗薄膜の膜厚を軟磁性薄膜の膜厚以下とする点が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−０８７８０４号公報の請求項１及び段落番号「００１９」
【特許文献２】特開平１１−２７４５９９号公報の請求項１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
大きな飽和磁化を有し、透磁率の高い軟磁性材料は、磁界感度が極めて高く、相対的に弱い外部磁界で極めて大きな磁化を示す。そのため、軟磁性材料からなる薄膜ヨークで挟まれた狭いギャップ内に、薄膜ヨークと電気的に接続するように、大きな電気抵抗を有し、かつ巨大磁気抵抗効果を有する薄膜（ＧＭＲ膜）を配置した薄膜磁気センサに対して外部磁界を作用させると、弱い外部磁界によって薄膜ヨークが磁化し、ＧＭＲ膜には、外部磁界の１００〜１００００倍の強い磁界が作用する。その結果、ＧＭＲ膜の磁界感度を著しく大きくすることができる。なお、ＧＭＲ膜としては、現在、金属−絶縁体系グラニュラー薄膜が知られている。
【００１１】
また、特許文献２に記載されているように、ＧＭＲ膜の膜厚を薄膜ヨークの膜厚より薄くすると、薄膜ヨークから漏れる磁束が膜厚方向に分散するのが抑制されるので、ＧＭＲ膜の磁界感度をさらに向上させることができる。
【００１２】
薄膜磁気センサには、いろいろな使い方、応用があり、一般にはより低い磁界で高い出力電圧を得るための高感度化の考え方で設計されている。すなわち、ギャップ長方向に印加される外部磁界に対する感度を上げるため、ギャップ長方向のヨーク長さＬを、ギャップ長と垂直方向のヨーク幅最大値Ｗｍａｘよりも大きくすることが従来一般的である。それでも、有限寸法の薄膜ヨークである限り、この薄膜ヨークの最小飽和磁界は、せいぜい１〜５（Ｏｅ）となる。
【００１３】
従って、電子コンパスのような地磁気〜０．５（Ｏｅ）ｍａｘを検出しつつ方位を調べる用途においては、薄膜ヨークの最小飽和磁界より小さな磁界で作動するため、薄膜ヨークとしては未飽和領域の比較的線形性の良い範囲を使い、地磁気方位に対し、正弦波状（余弦波状）の出力が得やすい。従って、この波形を角度に対し、均等に分割することで、高精度の回転センサを得やすい。
【００１４】
一方、工業用ロボットや自動車や工作機械等に使われる回転角度検出用磁気センサにおいては、外乱、磁気ノイズの影響を軽減するために、数十（Ｏｅ）〜数百（Ｏｅ）の比較的大きな磁界を薄膜磁気センサに対し、平行に付与することが一般的である。この場合、信号源である磁界は、薄膜磁気センサの最小飽和磁界と等しいか、もしくは、数倍大きな値とされている。なぜなら、信号源である磁界発生源と薄膜磁気センサとの距離（取付精度）がばらついても、出力電圧がほぼ一定に維持されるという実用的見地からである。
【００１５】
すなわち、薄膜磁気センサの最小飽和磁界よりも小さな磁界で動作させようとすると、磁界発生源と薄膜磁気センサ間距離が少し変動しただけで、印加磁界が変動し、薄膜磁気センサからの出力に大きな変動が生じ、調整コストが上がったり、歩留まりが低下したり等の大きな問題が生ずるためである。
【００１６】
しかしながら、従来の薄膜磁気センサでは、平行一様磁界の回転角度に応じた出力波形が孤立波となり、波形を分割して高精度角度分解を可能とする三角波状あるいは正弦波・余弦波状出力とならなかった。そのため、出力電圧から磁界の回転角度を正確に算出するためには、複雑な演算が必要となるという問題がある。また、これによって、演算速度が遅延したり、あるいは、演算回路が高コスト化するという問題がある。
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、数十（Ｏｅ）〜数百（Ｏｅ）程度の比較的大きな外部磁界が薄膜磁気センサ部に一様に印加される、最もシンプルな回転センサシステムにおいて、この外部磁界の回転角度に応じた薄膜磁気センサの出力が、三角波状もしくは正弦波・余弦波状出力となる薄膜磁気センサ及びこれを用いた回転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】
【００１８】
上記課題を解決するために本薄膜磁気センサの原理、構造を再度詳細に検討し直した結果、本発明を成すに至った。本発明に係る薄膜磁気センサは、軟磁性材料からなり、かつギャップを介して対向させた一対の薄膜ヨークと、該一対の薄膜ヨークと電気的に接続されるように前記ギャップ間に形成された、前記軟磁性材料より高い電気比抵抗を有するＧＭＲ膜と、前記薄膜ヨーク及び前記ＧＭＲ膜を支持する絶縁性・非磁性材料からなる絶縁基板とを備え、前記薄膜ヨークは、ギャップ長方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）と、ギャップ長に対して垂直方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）との間に、
Ｈｋ（ｘ）≧Ｈｋ（ｙ）
で表される関係があることを要旨とする。
【００１９】
また、本発明に係る回転センサは、本発明に係る薄膜磁気センサを備えていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２０】
薄膜ヨークのギャップ長方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）を相対的に大きくすると、ギャップ長に対して垂直方向の磁界感度が高くなる。そのため、ギャップ長方向に対して斜め方向から数十〜数百（Ｏｅ）の比較的大きな外部磁界が作用すると、薄膜ヨークが外部磁界の入射角度に応じて磁化され、三角波状又は正弦波状の出力電圧が得られる。また、これによって、波形を角度に対して均等に分割することが可能となるので、高精度の回転センサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）に、それぞれ、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気センサ２０の平面図及び正面図を示す。
【００２２】
図１において、薄膜磁気センサ２０は、絶縁基板（図示せず）と、ギャップ２４ａを介して対向する一対の薄膜ヨーク２４、２４と、この一対の薄膜ヨーク２４、２４と電気的に接続されるようにギャップ２４ａ間に形成されたＧＭＲ膜２６とを備えている。ＧＭＲ膜２６は、ギャップ２４ａの中心に対して対称に配置されている。また、各薄膜ヨーク２４、２４の後端（ギャップ２４ａに面していない端部）には、出力を取り出すための電極（図示せず）が接合される。さらに、薄膜ヨーク２４、２４及びＧＭＲ膜２６の上には、通常、これらを大気から遮断し、保護するための絶縁性・非磁性材料からなる保護膜（図示せず）が形成される。
【００２３】
初めに、絶縁基板について説明する。絶縁基板は、薄膜ヨーク２４、２４及びＧＭＲ膜２６を支持するためのものであり、絶縁性・非磁性材料からなる。絶縁基板の材質としては、具体的には、ガラス、あるいは、スパッタ膜によって表面を平滑化したアルミナ、熱酸化膜付Ｓｉ、アルミナ等の絶縁膜付アルミナ・チタンカーバイドなどのセラミックス等の高剛性材が好適な一例として挙げられる。
【００２４】
絶縁基板の形状については、特に限定されるものではなく、薄膜磁気センサ２０の用途、要求特性等に応じて最適な形状を選択すれば良い。
【００２５】
次に、薄膜ヨーク２４、２４について説明する。薄膜ヨーク２４、２４は、ＧＭＲ膜２６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２４、２４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、その飽和磁界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。
【００２６】
薄膜ヨーク２４、２４の材質としては、具体的には、パーマロイ（４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金）、センダスト（Ｆｅ７４Ｓｉ９Ａｌ１７）、ハードパーム（Ｆｅ１２Ｎｉ８２Ｎｂ６）、Ｃｏ８８Ｎｂ６Ｚｒ６アモルファス合金、(Ｃｏ９４Ｆｅ６)７０Ｓｉ１５Ｂ１５アモルファス合金、ファインメット（Ｆｅ７５．６Ｓｉ１３．２Ｂ８．５Ｎｂ１．９Ｃｕ０．８）、ナノマックス（Ｆｅ８３Ｈｆ６Ｃ１１）、Ｆｅ８５Ｚｒ１０Ｂ５合金、Ｆｅ９３Ｓｉ３Ｎ４合金、Ｆｅ７１Ｂ１１Ｎ１８合金、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合金等が好適な一例として挙げられる。
【００２７】
次に、ＧＭＲ膜２６について説明する。ＧＭＲ膜２６は、外部磁界の変化を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２６の△ρ／ρ０（△ρ＝ρＨ−ρ０：ρＨは、磁界Ｈにおける電気比抵抗、ρ０は、磁界ゼロにおける電気比抵抗）と定義されるＭＲ比の絶対値は、５％以上が好ましく、さらに好ましくは、１０％以上である。
【００２８】
また、本発明において、ＧＭＲ膜２６は、薄膜ヨーク２４、２４と直接、電気的に接続されるので、薄膜磁気ヨーク２４、２４より高い電気比抵抗を有するものが用いられる。一般に、電気比抵抗が小さすぎる材料の場合には、薄膜ヨーク２４、２４間が電気的に短絡するので好ましくない。一方、電気比抵抗が高すぎる材料の場合には、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２６の電気比抵抗は、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。
【００２９】
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を有するだけでなく、僅かな組成変動によって特性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。
【００３０】
ＧＭＲ膜２６として用いられる巨大磁気抵抗効果を有する金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料としては、具体的には、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、Ｆｅ−ＭｇＦ２、ＦｅＣｏ−ＭｇＦ２、Ｆｅ−ＣａＦ２、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−（ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２）等のフッ化物系ナノグラニュラー合金等が好適な一例として挙げられる。
【００３１】
次に、薄膜ヨーク２４、２４及びＧＭＲ膜２６の形状について説明する。ギャップ長方向に対して斜め方向から外部磁界が作用した場合において、外部磁界の傾き角度に応じて、薄膜ヨーク２４、２４の磁化の強さを三角波状又は正弦波状に変化させるためには、薄膜ヨーク２４、２４及びＧＭＲ膜２６は、以下のような条件を満たしていることが望ましい。
【００３２】
第１に、薄膜ヨーク２４、２４は、少なくとも、ギャップ長方向（以下、「ｘ方向」という）の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）と、ギャップ長方向と垂直方向（以下、「ｙ方向」という）の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）との間に、次の（１）式で表される関係を有するものである必要がある。
Ｈｋ（ｘ）≧Ｈｋ（ｙ）      ・・・（１）
【００３３】
異方性磁界Ｈｋは、磁性体内部の磁束密度Ｂを飽和させるに必要な最小の外部磁界の強さＨである。すなわち、「異方性磁界Ｈｋが小さい」とは、より小さな外部磁界Ｈで磁性体の磁化が飽和する（すなわち、磁界感度が高い）ことを意味する。ｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）を相対的に小くする（すなわち、磁界感度を相対的に高くする）と、ｘ方向に対して斜め方向から外部磁界が作用した場合であっても、薄膜ヨーク２４、２４が相対的に強く磁化される。その結果、外部磁界の傾き角度に応じて、薄膜ヨーク２４、２４の磁化の強さが三角波状又は正弦波状に変化する。
【００３４】
第２に、薄膜ヨーク２４、２４は、ｘ方向の長さＬと、幅の平均値Ｗａｖｅと、厚さの平均値ｔａｖｅとの間に、次の（２）式で表される関係を有しているものが好ましい。
(Ｗａｖｅ×ｔａｖｅ)／Ｌ２≧(Ｌ×ｔａｖｅ)／Ｗａｖｅ２  ・・・（２）
ここで、「幅の平均値Ｗａｖｅ」とは、幅Ｗの長さＬ方向の積分値（すなわち、薄膜ヨークの平面の面積）を長さＬで除した値をいう。また、「厚さの平均値ｔａｖｅ」とは、厚さｔのＬ方向の積分値（すなわち、薄膜ヨークの断面積）を長さＬで除した値をいう。
【００３５】
（２）式は、以下のようにして求めることができる。すなわち、異方性磁界Ｈｋは、一般に、反磁界係数Ｎｄとの間に、次の（３）式に示す関係があることが知られている。
Ｈｘ＝Ｎｄ・４πＩｓ  ・・・（３）
但し、Ｉｓは、飽和磁化の強さである。
【００３６】
一方、円柱状の磁性体の反磁界係数Ｎｄは、一般に、次の（４）式で表されることが知られている。
Ｎｄ＝（１／ｋ２）（ｌｏｇｅ２ｋ−１）  ・・・（４）
但し、ｋは、磁性体の直径（ａ）に対する長さ（Ｌ）の比（寸法比＝Ｌ／ａ）を表す。
（４）式より、近似的に、次の（５）式の関係式を導くことができる。
Ｎｄ＝（ａ２／Ｌ２）（ｌｏｇｅ２（Ｌ／ａ）−１）〜ａ２/Ｌ２＝πａ２／πＬ２
〜断面積／(長さ)２×（１／π）    ・・・（５）
【００３７】
従って、（１）、（３）及び（５）式より、次の（６）式に示す関係式が得られる。
ｘ方向の断面積／(長さ)２≧ｙ方向の断面積／(長さ)２  ・・・（６）
薄膜ヨーク２４、２４のｘ方向の長さをＬ、ｘ方向から見た幅の平均値をＷａｖｅ、厚さの平均値をｔａｖｅとすると、ｘ方向の断面積及び長さは、それぞれ、（Ｗａｖｅ×ｔａｖｅ）及びＬであり、ｙ方向の断面積及び長さは、それぞれ、（Ｌ×ｔａｖｅ）及びＷａｖｅであるから、これを（６）式に代入すれば、（２）式が得られる。
【００３８】
（２）式は、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）をｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）以上とする具体的手法の１つを表すものである。すなわち、（２）式の関係を満たすように、薄膜ヨーク２４、２４の長さ、幅及び厚さを定めると、薄膜ヨーク２４、２４の磁化の強さを、外部磁界の傾き角度に応じて三角波状又は正弦波状に変化させることができることを意味する。また、（２）式は、薄膜ヨーク２４、２４の形状は必ずしも対称な形状を有している必要はなく、（２）式の関係を満たす限り、多角形状や円形形状のように任意の形状を有していても良いことを意味する。
【００３９】
第３に、薄膜ヨーク２４、２４先端（ＧＭＲ膜２６と接する側）の厚さｔｆ、及び、薄膜ヨーク２４、２４の先端の幅Ｗｆ、並びに、ＧＭＲ膜２６の幅Ｗｇの内のいずれか小さいもの（本発明においては、これを「ｍｉｎ（ｔｆ、Ｗｆ、Ｗｇ）」と表す）と、ギャップ長ＧＬとの間に、次の（７）式に示す関係があることが望ましい。
ｍｉｎ（ｔｆ、Ｗｆ、Ｗｇ）≦ＧＬ  ・・・（７）
【００４０】
一対の薄膜ヨーク２４、２４が、それぞれ、上述した第１の条件を満たす場合であっても、ギャップ長ＧＬ（すなわち、ＧＭＲ膜２６の長さ）が相対的に短い場合には、左右の薄膜ヨーク２４、２４が擬似的に一体のヨークとして動作し、ギャップ長方向に磁化しやすくなる。ギャップ長ＧＬが相対的に短くなりすぎると、三角波状又は正弦波状の出力は得られない。
【００４１】
これに対し、ｔｆ≦ＧＬであると、左右の薄膜ヨーク２４、２４ｇが擬似的に一体のヨークとして動作しにくくなるので、三角波状又は正弦波状の出力が得やすい。また、薄膜磁気センサ２０は、薄膜を積層することにより作製されるので、一般に、ｔｆ＜Ｗｇ≦Ｗｆである。しかしながら、膜厚を厚くすることによって、ｔｆ＞Ｗｆ（又は、Ｗｇ）とすることもできる。この場合、Ｗｆ（又は、Ｗｇ）≦ＧＬであれば、左右の薄膜ヨークが擬似的に一体のヨークとして作動することを抑制することができる。
【００４２】
第４に、ＧＭＲ膜２６の横幅Ｗｇは、薄膜ヨーク２４、２４の先端のヨーク幅Ｗｆ以下であることが望ましい。
ＧＭＲ膜２６の横幅Ｗｇは、薄膜ヨーク２４、２４の先端のヨーク幅Ｗｆを超えるものであっても良い。しかしながら、ＧＭＲ膜２６の横幅Ｗｇが薄膜ヨーク２４、２４先端のヨーク幅Ｗｆを超えると、薄膜ヨーク２４、２４から横幅方向に漏れる弱い磁束に感応するＧＭＲ膜領域が増加し、総合的な磁界感度が低下する。
従って、高い磁界感度が要求される場合には、薄膜ヨーク２４、２４の先端のヨーク幅Ｗｆに対するＧＭＲ膜２６の横幅Ｗｇの比（Ｗｇ／Ｗｆ）は、１．０以下が好ましい。
【００４３】
第５に、ＧＭＲ膜２６の厚さｔｇは、薄膜ヨーク２４、２４の先端の厚さｔｆ以下であることが好ましい。
ＧＭＲ膜２６の厚さｔｇは、薄膜ヨーク２４、２４の先端の厚さｔｆを超えるものであっても良い。しかしながら、ＧＭＲ膜２６の厚さｔｇが薄膜ヨーク２４、２４先端の厚さｔｆを超えると、薄膜ヨーク２４、２４から厚さ方向に漏れる弱い磁束に感応するＧＭＲ膜領域が増加し、総合的な磁界感度が低下する。
従って、高い磁界感度が要求される場合には、薄膜ヨーク２４、２４の先端の厚さｔｆに対するＧＭＲ膜２６の厚さｔｇの比（ｔｇ／ｔｆ）は、１．０以下が好ましい。
【００４４】
図１に示す薄膜磁気センサ２０において、薄膜ヨーク２４、２４は、長さＬ、幅Ｗｒ、厚さｔの矩形状を呈し、幅Ｗｒ及び厚さｔは場所によらず一様であり、しかも、幅Ｗｒは、長さＬより大きくなっている。従って、図１に示す薄膜ヨーク２４、２４は、第１及び第２の条件を満たしている。
【００４５】
また、ＧＭＲ膜２６の長さ（すなわち、ギャップ長ＧＬ）は、薄膜ヨーク２４、２４先端の厚さｔｆより大きくなっており、第３の条件を満たしている。さらに、ＧＭＲ膜２６の横幅（Ｗｇ）は、薄膜ヨーク２４、２４の先端の横幅（Ｗｆ）より狭く、かつ、ＧＭＲ膜２６の厚さｔｇは、薄膜ヨーク２４、２４の先端の厚さｔｆ（＝ｔ）より薄くなっており、上述した第４及び第５の条件を満たしている。
【００４６】
なお、図１においては、薄膜ヨーク２４、２４のギャップ２４ａ側の端面が、薄膜ヨーク２４、２４の底面（あるいは、図示しない絶縁基板の表面）に垂直になっている状態が図示されているが、これは単なる例示であり、薄膜ヨーク２４、２４との電気的接触状態が安定して得られる限り、薄膜ヨーク２４、２４のギャップ２４ａ側の端面は、絶縁基板の表面に垂直な面に対して傾いていても良い。但し、高い磁界感度を得るためには、薄膜ヨーク２４、２４のギャップ２４ａ側の端面は、絶縁基板の表面に対して垂直であることが好ましい。
【００４７】
また、図１（ｂ）においては、その断面形状が矩形状であるＧＭＲ膜２６が図示されているが、これは単なる例示であり、薄膜ヨーク２４、２４との電気的接触状態が安定して得られる限り、ＧＭＲ膜２６の断面形状は、矩形状でなくても良い。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る薄膜磁気センサについて説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に、それぞれ、本実施の形態に係る薄膜磁気センサ４０の平面図及び正面図を示す。
【００４９】
図２において、薄膜磁気センサ４０は、絶縁基板（図示せず）と、ギャップ４４ａを介して対向する一対の薄膜ヨーク４４、４４と、この一対の薄膜ヨーク４４、４４と電気的に接続されるようにギャップ４４ａ間に形成されたＧＭＲ膜４６とを備えている。また、各薄膜ヨーク４４、４４の後端（ギャップ４４ａに面していない端部）には、出力を取り出すための電極（図示せず）が接合される。さらに、薄膜ヨーク４４、４４及びＧＭＲ膜４６の上には、通常、これらを大気から遮断し、保護するための絶縁性・非磁性材料からなる保護膜（図示せず）が形成される。
【００５０】
本実施の形態において、薄膜ヨーク４４、４４は、その先端の横幅（Ｗｆ）が後端の横幅（Ｗｒ）より狭い台形状になっている。薄膜ヨーク４４、４４の幅の平均値Ｗａｖｅ（＝(Ｗｆ＋Ｗｒ)／２）は、ギャップ長方向の長さＬより大きくなっており、上述した第１及び第２の条件を満たしている。
【００５１】
この場合、薄膜ヨーク４４、４４の先端の横幅（Ｗｆ）は、特に限定されるものではないが、先端の横幅（Ｗｆ）が小さくなりすぎると、相対的にギャップ長方向の感度が増すので好ましくない。従って、薄膜ヨーク４４、４４の先端の横幅は、ギャップ長方向の長さＬの１／３以上が好ましく、さらに好ましくは、１／２以上である。
【００５２】
また、ＧＭＲ膜４６のギャップ長ＧＬは、薄膜ヨーク４４、４４の先端の厚さｔｆより大きくなっており、上述した第３の条件を満たしている。
また、ＧＭＲ膜４６の幅（Ｗｇ）は、薄膜ヨーク４４、４４の先端の横幅（Ｗｆ）と等しくなっており、上述した第４の条件を満たしている。
さらに、薄膜ヨーク４４、４４の断面形状は、ほぼ矩形状であるが、ＧＭＲ膜４６と接する先端の厚さｔｆが後端の厚さｔｒより若干薄くなっている。また、ＧＭＲ膜４６の厚さｔｇは、薄膜ヨーク４４、４４の先端の厚さｔｆより薄くなっており、上述した第５の条件を満たしている。
【００５３】
なお、薄膜ヨーク４４、４４及びＧＭＲ膜４６のその他の点、並びに、図示しない絶縁基板、電極及び保護膜については、それぞれ、第１の実施の形態に係る薄膜ヨーク２４、２４及びＧＭＲ膜２６、並びに絶縁基板、電極及び保護膜と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
次に、本発明に係る薄膜磁気センサの製造方法について説明する。本発明に係る薄膜磁気センサ２０（４０）は、通常の薄膜積層技術を用いて製造することができる。すなわち、まず、絶縁基板の表面に、軟磁性材料からなる薄膜を堆積させ、エッチングにより上述した条件を満たす形状を備えた薄膜ヨーク２４、２４（４４、４４）を形成する。次いで、ギャップ２４ａ（４４ａ）近傍を除いてマスクし、ＧＭＲ膜２６（４６）を堆積させ、さらに電極及び保護膜を形成すると、本発明に係る薄膜磁気センサ２０（４０）が得られる。
【００５５】
あるいは、絶縁基板の表面に巨大磁気抵抗効果を有する材料からなる薄膜を堆積させ、エッチングにより所定の幅を有するＧＭＲ膜２６（４６）を形成する。次いで、ＧＭＲ膜２６（４６）の両側に軟磁性材料からなる薄膜を堆積させ、エッチングにより上述した条件を満たす形状を備えた薄膜ヨーク２４、２４（４４、４４）を形成し、さらに電極及び保護膜を形成すると、本発明に係る薄膜センサ２０（４０）が得られる。
【００５６】
次に、本発明に係る薄膜磁気センサの作用について説明する。従来の薄膜磁気センサにおいて、ＧＭＲ膜の両端に形成される薄膜ヨークは、ｘ方向の長さＬが幅の最大値Ｗｍａｘより大きな形状を有している。このような構造を備えた薄膜磁気センサであっても、これに一様で平行であり、かつ薄膜磁気センサの最小飽和磁界と等しいか、あるいはそれ以上の回転磁界が作用すると、磁界の回転角度に応じた出力波形を得ることができる。
【００５７】
しかしながら、このような従来の薄膜ヨークの場合、ｘ方向の磁界感度が高すぎるために、回転磁界の回転角度が多少変動しただけでは外部出力はほとんど変化せず、回転角度が９０°付近の高角度になった時に大きな出力変化が現れる。その結果、出力波形は、孤立波となる。
【００５８】
これに対し、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）がｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）以上となるように、薄膜ヨークの形状を定めると、ｘ方向の感度が適度に低下するので、外部磁界がｘ方向より傾いた場合、その回転角に応じた磁界がＧＭＲ膜に到達する。その結果、三角波又は正弦波に近い出力波形が得られる。特に、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）が外部磁界とほぼ同等である場合には、三角波状又は正弦波状の出力波形が得やすくなる。従って、単純な数学的処理によって、高い精度で外部磁界の回転角度を算出することができるため、本発明に係る薄膜磁気センサを用いれば、シンプルな構造で、低コストにて高精度の回転センサが得られる。
【００５９】
次に、本発明に係る回転センサについて説明する。上述した本発明に係る薄膜磁気センサは、雰囲気温度が一定である環境下においては、そのまま高精度の回転センサとして用いることができる。すなわち、薄膜磁気センサの両端に定電流源を接続し、その出力（電圧）変化を検出すれば、磁界の傾き角度を高精度で検出することができる。
【００６０】
しかしながら、ＧＭＲ膜の電気抵抗値は、外部磁界の強さのみならず、温度によっても大きく変動する。そのため、上述した薄膜磁気センサのみからなる回転センサを雰囲気温度が変動する環境下において使用した場合には、基準電位が変動するため、磁界の傾き角度を高精度で検出することが困難である。また、単一の薄膜磁気センサのみを用いた回転センサでは、得られる出力の大きさに限界があり、また、外部磁界の回転方向の検出も困難である。
【００６１】
そこで、このような場合には、１つの薄膜磁気センサと、参照抵抗及び／又は他の薄膜磁気センサとを組み合わせて用いるのが好ましい。具体的には、以下のような構成とするのがが好ましい。
【００６２】
図３（ａ）に、第１の具体例を示す。図３（ａ）に示す回転センサ５０は、本発明に係る薄膜磁気センサ５２と、薄膜磁気センサ５２に対して直列に接続された参照抵抗５４とを備えている。参照抵抗５４は、薄膜磁気センサ５２の温度変化に起因する電気抵抗変化を補償する機能を有するものであり、その電気抵抗値の絶対値及び温度係数が薄膜磁気センサ５２とほぼ同等であるものが用いられる。さらに、回転センサ５０の両端には、一定の外部電圧Ｖ（Ｖ）を印加可能な電源（図示せず）が接続され、出力端子５６は、薄膜磁気センサ５２と参照抵抗５４との接続部に設けられている。
【００６３】
図３（ａ）に示す回転センサ５０の両端にＶ（Ｖ）の一定の外部電圧が印加された場合において、外部磁界が作用しない時には、出力端子５６から、約Ｖ／２（Ｖ）の出力が得られる。一方、回転センサ５０に外部磁界が作用すると、その傾き角度に応じてＧＭＲ膜の抵抗値が変化するので、出力電圧が変動する。しかも、参照抵抗５４が接続されているので、雰囲気温度が変動しても、温度変化に起因する出力変化は、参照抵抗５４によって相殺される。そのため、出力端子５６からは、外部磁界の回転角度に応じた出力変化のみが得られる。
【００６４】
図３（ｂ）に、第２の具体例を示す。図３（ｂ）に示す回転センサ６０は、本発明に係る第１の薄膜磁気センサ６２ａと、第１の薄膜磁気センサ６２ａに対して直列に接続された本発明に係る第２の薄膜磁気センサ６２ｂとを備えている。また、第２の薄膜磁気センサ６２ｂは、そのギャップ長方向が第１の薄膜磁気センサ６２ａのギャップ長に対して直角となるように配置されている。さらに、回転センサ６０の両端には、一定の外部電圧Ｖ（Ｖ）を印加可能な電源（図示せず）が接続され、出力端子６６は、第１の薄膜磁気センサ６２ａと第２の薄膜磁気センサ６２ｂの接続部に設けられている。
【００６５】
すなわち、回転センサ６０は、図３（ａ）に示す回転センサ５０において、参照抵抗５４に代えて第２の薄膜磁気センサ６２ｂを用いたものである。第１の薄膜磁気センサ６２ａと第２の薄膜磁気センサ６２ｂとは、必ずしも同一の構成を備えたものである必要はないが、雰囲気温度の変動によらず外部磁界の回転角度を高精度で検出するためには、第２の薄膜磁気センサ６２ｂは、第１の薄膜磁気センサ６２ａと同一の構成を備えているものが好ましい。
【００６６】
図３（ｂ）に示す回転センサ６０の両端にＶ（Ｖ）の一定の外部電圧が印加された場合において、外部磁界が作用しない時には、出力端子６６から、約Ｖ／２（Ｖ）の出力が得られる。
【００６７】
一方、回転センサ６０に外部磁界が作用すると、その傾き角度に応じて第１の薄膜磁気センサ６２ａのＧＭＲ膜及び第２の薄膜磁気センサ６２ｂのＧＭＲ膜の電気抵抗値がそれぞれ変化する。しかも、第１の薄膜磁気センサ６２ａと第２の薄膜磁気センサ６２ｂは、そのギャップ長方向が互いに直角となるように直列に接続されているので、外部磁界の回転に起因する出力変化は、図３（ａ）に示す回転センサ５０の約２倍となる。
【００６８】
さらに、第２の薄膜磁気センサ６２ｂは、第１の薄膜磁気センサ６２ａの参照抵抗としても機能するので、雰囲気温度の変動に伴う出力変化が相殺される。そのため、出力端子６６からは、外部磁界の回転角度に応じた出力変化のみが得られる。
【００６９】
図３（ｃ）に、第３の具体例を示す。図３（ｃ）に示す回転センサ７０は、本発明に係る第１の薄膜磁気センサ７２ａと、第１の参照抵抗７４ａと、本発明に係る第２の薄膜磁気センサ７２ｂと、第２の参照抵抗７４ｂとを用いて、ブリッジ回路を構成したものである。
【００７０】
第２の薄膜磁気センサ７２ｂは、その一端が第１の薄膜磁気センサ７２ａの一端に接続され、かつ、そのギャップ長方向が第１の薄膜磁気センサ７２ａのギャップ長と直角になるように配置されている。第１の参照抵抗７４ａは、第１の薄膜磁気センサ７２ａの温度変化に起因する出力変化を補償する機能を有するものであり、その一端が第１の薄膜磁気センサ７２ａの他端に接続されている。第２の参照抵抗７４ａは、第２の薄膜磁気センサ７２ｂの温度変化に起因する出力変化を補償する機能を有するものであり、その一端は、第２の薄膜磁気センサ７２ｂの他端に接続され、その他端は、第１の参照抵抗７４ａの他端に接続されている。
【００７１】
さらに、第１の薄膜磁気センサ７２ａと第２の薄膜磁気センサ７２ｂの接続部、及び、第１の参照抵抗７２ａと第２の参照抵抗７２ｂの接続部の間には、一定の外部電圧Ｖ（Ｖ）を印加可能な電源（図示せず）が接続されている。また、第１の薄膜磁気センサ７２ａと第１の参照抵抗７４ａの接続部、及び、第２の薄膜磁気センサ７２ｂと第２の参照抵抗７４ｂの接続部には、それぞれ、出力端子７６ａ及び７６ｂが設けられている。
【００７２】
この場合、第１の参照抵抗７４ａ及び第２の参照抵抗７４ｂには、その電気抵抗値の絶対値及び温度係数が、それぞれ、第１の薄膜磁気センサ７２ａ及び第２の薄膜磁気センサ７２ｂとほぼ同等であるものが用いられる。また、第１の薄膜磁気センサ７２ａと第２の薄膜磁気センサ７２ｂは、必ずしも同一の構成を備えたものである必要はないが、雰囲気温度の変動によらず外部磁界の回転角度を高精度で検出するためには、第２の薄膜磁気センサ７２ｂは、第１の薄膜磁気センサ７２ａと同一の構成を備えているものが好ましい。
【００７３】
図３（ｃ）に示す回転センサ７０の対角線上にＶ（Ｖ）の一定の外部電圧が印加された場合において、外部磁界が作用しない時には、各出力端子７６ａ及び７６ｂから、それぞれ、約Ｖ／２（Ｖ）の出力が得られる。従って、その差分をとると、出力は、約０（Ｖ）となる。
【００７４】
一方、回転センサ７０に外部磁界が作用すると、その傾き角度に応じて第１の薄膜磁気センサ７２ａのＧＭＲ膜及び第２の薄膜磁気センサ７２ｂのＧＭＲ膜の電気抵抗値がそれぞれ変化する。しかも、第１の薄膜磁気センサ７２ａ及び第２の薄膜磁気センサ７２ｂには、それぞれ、参照抵抗７４ａ及び７４ｂが接続されているので、雰囲気温度が変動しても、温度変化に起因する出力変化が相殺される。そのため、出力端子７６ａ及び７６ｂからは、外部磁界の回転角度に応じた出力変化のみが得られる。
【００７５】
また、第１の薄膜磁気センサ７２ａ及び第２の薄膜磁気センサ７２ｂは、それぞれ、参照抵抗７４ａ及び７４ｂと直列に接続されているので、各出力端子７６ａ及び７６ｂから得られる出力は、図３（ａ）に示す回転センサ５０と同等である。しかしながら、第１の薄膜磁気センサ７２ａ及び第２の薄膜磁気センサ７２ｂは、そのギャップ長方向が互いに直角となるように接続され、かつ各出力端子７６ａ、７６ｂから得られる出力電圧の差分を取っているので、外部磁界の回転に起因する出力変化は、図３（ａ）に示す回転センサ５０の約２倍となる。
【００７６】
図３（ｄ）に、第４の具体例を示す。図３（ｄ）に示す回転センサ８０は、本発明に係る第１の薄膜磁気センサ８２ａと、第２の薄膜磁気センサ８２ｂと、第３の薄膜磁気センサ８２ｃと、第４の薄膜磁気センサ８２ｄとを用いて、ブリッジ回路を構成したものである。
【００７７】
すなわち、回転センサ８０は、図３（ｃ）に示す回転センサ７０において、第１の参照抵抗７４ａ及び第２の参照抵抗７４ｂに代えて、それぞれ、第３の薄膜磁気センサ８２ｃ及び第４の薄膜磁気センサ８２ｄを用いたものである。第３の薄膜磁気センサ８２ｃは、そのギャップ長方向が第１の薄膜磁気センサ８２ａのギャップ長方向に対して直角となるように配置されている。また、第４の薄膜磁気センサ８２ｄは、そのギャップ長方向が第２の薄膜磁気センサ８２ｂのギャップ長に対して直角となるように配置されている。
【００７８】
この場合、第１〜第４の薄膜磁気センサ８２ａ〜８２ｄは、必ずしも同一の構成を備えたものである必要はないが、雰囲気温度の変動によらず外部磁界の回転角度を高精度で検出するためには、第１〜第４の薄膜磁気センサ８２ａ〜８２ｄは、それぞれ、同一の構成を備えているものが好ましい。
【００７９】
さらに、第１の薄膜磁気センサ８２ａと第２の薄膜磁気センサ８２ｂの接続部、及び、第３の薄膜磁気センサ８２ｃと第４の薄膜磁気センサ８２ｄの接続部の間には、一定の外部電圧Ｖ（Ｖ）を印加可能な電源（図示せず）が接続されている。また、第１の薄膜磁気センサ８２ａと第３の薄膜磁気センサ８２ｃの接続部、及び、第２の薄膜磁気センサ８２ｂと第４の薄膜磁気センサ８２ｄの接続部には、それぞれ、出力端子８６ａ及び８６ｂが設けられている。
【００８０】
図３（ｄ）に示す回転センサ８０の対角線上にＶ（Ｖ）の一定の外部電圧が印加された場合において、外部磁界が作用しない時には、各出力端子８６ａ及び８６ｂから、それぞれ、約Ｖ／２（Ｖ）の出力が得られる。従って、その差分をとると、出力は、約０（Ｖ）となる。
【００８１】
一方、回転センサ８０に外部磁界が作用すると、その傾き角度に応じて第１〜第４の薄膜磁気センサ８２ａ〜８２ｄの電気抵抗値がそれぞれ変化する。しかも、第３の薄膜磁気センサ８２ｃ及び第４の薄膜磁気センサ８２ｄは、それぞれ、第１の薄膜磁気センサ８２ａ及び第２の薄膜磁気センサ８２ｂの参照抵抗として機能するので、雰囲気温度が変動しても、温度変化に起因する出力変化が相殺される。そのため、出力端子８６ａ及び８６ｂからは、外部磁界の回転角度に応じた出力変化のみが得られる。
【００８２】
また、第１の薄膜磁気センサ８２ａと第３の薄膜磁気センサ８２ｃは、そのギャップ長方向が互いに直角となるように直列に接続されているので、出力端子８６ａから得られる出力は、図３（ａ）に示す回転センサ５０の約２倍となる。同様に、第２の薄膜磁気センサ８２ｂと第４の薄膜磁気センサ８２ｄは、そのギャップ長方向が互いに直角となるように直列に接続されているので、出力端子８６ｂから得られる出力は、図３（ａ）に示す回転センサ５０の約２倍となる。さらに、第１の薄膜磁気センサ８２ａ及び第２の薄膜磁気センサ８２ｂは、そのギャップ長方向が互いに直角となるように接続され、かつ、各出力端子８６ａ、８６ｂから得られる出力電圧の差分を取っているので、外部磁界の回転に起因する出力変化は、図３（ａ）に示す回転センサ５０の約４倍となる。
【００８３】
さらに、出力端子８６ａからの中点電圧出力（I相）と、出力端子８６ｂからの中点電圧出力（II相）とは、ちょうど、９０°位相の異なる出力波形となるので、両者の差分を取ることによって、外部磁界の回転方向が時計回り（ＣＷ）か反時計回り（ＣＣＷ）かの区別も付く。さらに、両者の出力値の比較演算（いわゆる、リサージュ波形）により、より高精度の回転角検出が可能となる。
【実施例１】
【００８４】
無アルカリガラスからなる絶縁基板上に、アモルファス（(Ｃｏ９４Ｆｅ６)８２Ｓｉ９Ｂ９、透磁率μ＝５０００、飽和磁化Ｍｓ＝１３（ｋＧａｕｓｓ））からなる軟磁性薄膜、及び、ＦｅＣｏ−ＭｇＦ２からなるＧＭＲ膜を所定の順序で積層し、微細加工することにより、図１に示す形状を有する薄膜磁気センサ２０を作製した。なお、軟磁性薄膜の膜厚は１．０μｍ、ギャップ長は１．５μｍとした。また、各薄膜ヨーク２４、２４は、ギャップ長方向の長さＬ＝１４０μｍ、ギャップ長に対して垂直方向の幅Ｗ＝４００μｍとした。
【００８５】
また、本実施例においては、ＧＭＲ膜２６の横幅（Ｗｇ）は、５０μｍとし、膜厚（ｔｇ）は、０．５μｍとした。さらに、薄膜ヨーク２４、２４の端部に電極を形成し、さらにその表面に保護膜を形成し、薄膜磁気センサ２０を得た。本実施例の場合、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）は５０（Ｏｅ）、ｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）は１０（Ｏｅ）であった。
【００８６】
（比較例１）
薄膜ヨークの形状を、ギャップ長方向長さＬ＝５００μｍ、ギャップ長に対して垂直方向の幅Ｗ＝２００μｍとした以外は、実施例１と同様の手順に従い、薄膜磁気センサを作製した。なお、比較例１の場合、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）は、１０（Ｏｅ）であった。また、ｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）は、４０（Ｏｅ）であった。
【００８７】
実施例１で得られた２個の薄膜磁気センサを、それぞれ、そのギャップ長方向が互いに垂直となるように配置し、これらを直列に接続して回転センサを得た（図４（ａ）参照）。同様に、比較例１で得られた２個の薄膜磁気センサを用いて、回転センサを得た（図４（ｂ）参照）。さらに、得られた回転センサに対し、電圧を印加しつつ、センサが配置された平面内において回転する１００（Ｏｅ）の回転磁界を作用させ、磁気抵抗変化による中点電圧変化を測定した。
【００８８】
図５に、外部磁界の回転角度と、中点電圧との関係を示す。なお、図５において、縦軸は、中点電圧の最大値に対する比率を表す。また、図５には、この種の回転センサで得られる理想的な出力波形（倍正弦）も併せて示した。図５より、比較例１の回転センサの場合、その出力波形は、孤立波であるのに対し、実施例１の回転センサは、ほぼ三角波状の出力波形が得られていることがわかる。これは、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）を相対的に大きくすることによって、ｙ方向の磁界感度が向上したためである。
【実施例２】
【００８９】
ギャップ長を２．５μｍとした以外は、実施例１と同一の手順に従い、薄膜磁気センサ及び回転センサを作製した。本実施例の場合、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）は５０（Ｏｅ）、ｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）は１０（Ｏｅ）であった。得られた回転センサに対し、実施例１と同一の条件下で回転磁界を作用させ、磁気抵抗変化による中点電圧変化を測定した。
【００９０】
図６に、外部磁界の回転角度と、中点電圧との関係を示す。なお、図６には、理想的な出力波形（倍正弦）及び比較例１で得られた出力波形を併せて示した。図６より、ギャップ長ＧＬを１．５μｍから２．５μｍに広げることにより、出力波形は、三角波から若干正弦波に近づいており、より良好な波形となることがわかる。これは、ギャップ長ＧＬを広げることによって、左右の薄膜ヨークの干渉が軽減され、ｙ方向の磁界感度が向上したためと考えられる。
【実施例３】
【００９１】
実施例１と同様の手順に従い、図２に示す形状を有する薄膜磁気センサ４０を作製した。但し、本実施例の場合、ヨーク厚さは１．５μｍ、ギャップ長ＧＬは、２．５μｍとした。また、各薄膜ヨーク４４、４４は、ギャップ長方向の長さＬ＝１４０μｍ、先端の幅Ｗｆ（＝Ｗｇ）＝２００μｍ、後端の幅Ｗｒ＝６００μｍとした。また、本実施例の場合、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）は、６５（Ｏｅ）、ｙ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｙ）は、６（Ｏｅ）であった。
【００９２】
さらに、実施例１と同様に、得られた２個の薄膜磁気センサを、それぞれ、そのギャップ長方向が互いに直角となるように配置し、これらを直列に接続して回転センサを得た。得られた回転センサに対し、１００（Ｏｅ）の回転磁界を与え、磁気抵抗変化による中点電圧の変化を測定した。
【００９３】
図７に、外部磁界の回転角度と、中点電圧との関係を示す。なお、図７には、理想的な出力波形（倍正弦）及び比較例１で得られた出力波形を併せて示した。図７より、ギャップ長ＧＬを２．５μｍにしたまま、薄膜ヨークの形状を台形状とすると、出力波形は三角波からさらに正弦波に近づき、良好な波形となることがわかる。これは、薄膜ヨークの形状を台形状とすることによって、ｘ方向の異方性磁界Ｈｋ（ｘ）がさらに増大し、かつ、ｙ方向の磁界感度が向上したためである。
【００９４】
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。
【００９５】
例えば、２個以上の薄膜磁気センサを用いて回転センサを構成する場合、個別に薄膜磁気センサを作製し、これを適当な基板上に張り付けて、回転センサを作製しても良い。あるいは、同一基板上に、所定の位置関係を満たすように、２個以上の薄膜磁気センサを同時に形成し、これを回転センサとして用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る回転センサは、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などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図、図１（ｂ）は、その正面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図、図２（ｂ）は、その正面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る回転センサの概略構成図である。
【図４】図４（ａ）は、実施例１で作製した回転センサの概略構成図、図４（ｂ）は、比較例１で作製した回転センサの概略構成図である。
【図５】実施例１及び比較例１で得られた回転センサについて測定された、外部磁界の回転角度と、中点電圧との関係を示す図である。
【図６】実施例２及び比較例１で得られた回転センサについて測定された、外部磁界の回転角度と、中点電圧との関係を示す図である。
【図７】実施例３及び比較例１で得られた回転センサについて測定された、外部磁界の回転角度と、中点電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
２０、４０              薄膜磁気センサ
２４、４４              薄膜ヨーク
２４ａ、４４ａ          ギャップ
２６、４６              ＧＭＲ膜
５０、６０、７０、８０  回転センサ
５２、６２ａ、６２ｂ、７２ａ、７２ｂ、８２ａ〜８２ｄ  薄膜磁気センサ
５４、７４ａ、７４ｂ    参照抵抗
５６、６６、７６ａ、７６ｂ、８６ａ、８６ｂ  出力端子
【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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