(57)【要約】【課題】  ヒステリシスの発現を抑制して１／ｆノイズを低減し、信号磁界を高感度に、かつ、安定して検出することの可能な磁気検出素子を提供する。【解決手段】  一定方向（Ｙ方向）に固着された磁化方向Ｊ２１を有する固着層２１と、外部磁界Ｈに応じて変化し、かつ、この外部磁界Ｈが零のときに磁化方向Ｊ２１と平行となる磁化方向Ｊ２３を示す自由層２３と、固着層２１と自由層２３との間に挟まれた中間層２２とを含む積層体２０を設けるようにしたので、外部磁界Ｈが零のときに固着層２１と自由層２３とが互いに直交する磁化方向を示す場合と比べて自由層２３における各磁区のスピン方向のばらつきを低減でき、読出電流を流した場合には、外部磁界Ｈの変化と抵抗変化Ｒとの関係におけるヒステリシスの発現を抑制できる。この結果、１／ｆノイズが抑えられ、信号磁界を高感度に、かつ安定して検出することが可能となる。【選択図】      図１
2005236134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、
外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに前記磁化方向が前記固着層の磁化方向と平行となる自由層と、
前記固着層と前記自由層との間に挟まれた中間層と
を含む積層体を備えた
ことを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記自由層は、前記固着層の磁化方向と平行な磁化容易軸を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出素子。
【請求項３】
さらに、前記積層体に対し、前記固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気検出素子。
【請求項４】
前記バイアス印加手段は、永久磁石または前記固着層の磁化方向に延びるバイアス電流ラインのうちのいずれか一方である
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気検出素子。
【請求項５】
第１の接続点において互いに接続された第１および第２の磁気検出素子からなる第１の磁気検出モジュールと、
第２の接続点において互いに接続された第３および第４の磁気検出素子からなる第２の磁気検出モジュールとを備え、
前記第１および第２の磁気検出モジュールは、
前記第１の磁気検出素子における前記第１の接続点とは反対側の端部と、前記第４の磁気検出素子における前記第２の接続点とは反対側の端部とが第３の接続点において接続されると共に、前記第２の磁気検出素子における前記第１の接続点とは反対側の端部と、前記第３の磁気検出素子における前記第２の接続点とは反対側の端部とが第４の接続点において接続され、前記第３の接続点と前記第４の接続点との間に電圧が印加されたときに前記第１および第２の接続点において出力の検出がなされるようにブリッジ回路を構成し、
前記第１ないし第４の磁気検出素子は、
一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、
外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに前記磁化方向が前記固着層の磁化方向と平行となる自由層と、
前記固着層と前記自由層との間に挟まれた中間層と
を含む積層体と、
前記積層体に対し、前記固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とをそれぞれ備えた
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項６】
前記自由層は、前記固着層の磁化方向と平行な磁化容易軸を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記バイアス印加手段は、永久磁石または前記固着層の磁化方向に延びるバイアス電流ラインのうちのいずれか一方である
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１および第２の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向が互いに平行をなしており、
前記第３および第４の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向が互いに平行をなしている
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１および第２の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されており、
前記第３および第４の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されている
ことを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１および第２の磁気検出素子は、第１の基板上に形成され、
前記第３および第４の磁気検出素子は、前記第１の基板とは異なる第２の基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第１および第３の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向が互いに平行をなしており、
前記第２および第４の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向が互いに平行をなしている
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１および第３の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されており、
前記第２および第４の磁気検出素子は、それぞれの前記固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されている
ことを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１および第３の磁気検出素子は、第１の基板上に形成され、
前記第２および第４の磁気検出素子は、前記第１の基板とは異なる第２の基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
検出対象電流によって生じる磁界を検出することにより、前記検出対象電流を測定する電流計であって、
第１の接続点において互いに接続された第１および第２の磁気検出素子からなる第１の磁気検出モジュールと、
第２の接続点において互いに接続された第３および第４の磁気検出素子からなる第２の磁気検出モジュールとを備え、
前記第１および第２の磁気検出モジュールは、
前記第１の磁気検出素子における前記第１の接続点とは反対側の端部と、前記第４の磁気検出素子における前記第２の接続点とは反対側の端部とが第３の接続点において接続されると共に、前記第２の磁気検出素子における前記第１の接続点とは反対側の端部と、前記第３の磁気検出素子における前記第２の接続点とは反対側の端部とが第４の接続点において接続され、前記第３の接続点と前記第４の接続点との間に電圧が印加されたときに前記第１および第２の接続点において出力の検出がなされるようにブリッジ回路を構成し、
前記第１ないし第４の磁気検出素子は、
一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、
外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに前記磁化方向が前記固着層の磁化方向と平行となる自由層と、
前記固着層と前記自由層との間に挟まれた中間層と
を含む積層体と、
前記積層体に対し、前記固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とをそれぞれ備え、
前記検出対象電流によって生じる磁界を、前記第１ないし第４の磁気検出素子によってそれぞれ検出する
ことを特徴とする電流計。
【請求項１５】
前記検出対象電流は、前記固着層の磁化方向と平行または反平行に流れていることを特徴とする請求項１４に記載の電流計。
【請求項１６】
外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層と、中間層と、前記第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第２の強磁性層とを順に形成することにより積層体を形成する積層工程と、
前記第１および第２の強磁性層の磁化方向が互いに平行となるように規則化を行う規則化工程と
を含み、前記規則化工程によって、前記外部磁界が零である初期状態における前記第１および第２の強磁性層の磁化方向の設定を完了する
ことを特徴とする磁気検出素子の形成方法。
【請求項１７】
磁化容易軸を有するように前記第１の強磁性層を形成し、
前記第１および第２の強磁性層の磁化方向が前記磁化容易軸と平行となるように規則化を行う
ことを特徴とする請求項１６に記載の磁気検出素子の形成方法。
【請求項１８】
一定方向の磁界を印加しながら前記第１の強磁性層を形成することにより、前記磁化容易軸の方向を設定する
ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気検出素子の形成方法。
【請求項１９】
１．６ｋＡ／ｍ以上１６０ｋＡ／ｍ以下の磁界を印加しつつ、２５０℃以上４００℃以下の温度でアニール処理を施すことにより規則化を行う
ことを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の磁気検出素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号磁界の変化を高感度に検知可能な磁気検出素子およびその形成方法、ならびに、そのような磁気検出素子を備えた磁気センサおよび電流計に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ハードディスクなどの記録媒体への磁気情報の書き込みおよび読み出しを行う磁気記録再生装置は、磁気記録ヘッドと磁気再生ヘッドとを含んでなる薄膜磁気ヘッドを備えている。このうち再生ヘッド部は、いわゆる巨大磁気抵抗効果（Giant Magnet-Resistive effect）を利用することにより磁気情報としてのデジタル信号の再生を実行する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を有している。
【０００３】
薄膜磁気ヘッドに用いられるＧＭＲ素子は、一般的に図１９に示したようなスピンバルブ構造をなしている。具体的には、磁化方向が一定方向に固着された固着層１２１と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する自由層１２３と、これら固着層１２１と自由層１２３との間に挟まれた中間層１２２とを含む積層体１２０である（例えば特許文献１および２を参照。）。ここで、固着層１２１の上面（中間層１２２と反対側の面）および自由層１２３の下面（中間層１２２と反対側の面）は、それぞれ図示しない保護膜によって保護されている。固着層１２１は、詳細には例えば図２０に示したように、中間層１２２の側から磁化固定膜１２４と反強磁性膜１２５とが順に積層されている。磁化固定膜１２４は、単層でもよいし、図２１に示したように、中間層１２２の側から強磁性膜１４１と交換結合膜１４２と強磁性膜１４３とが順に形成されたシンセティック型としてもよい。一方、自由層１２３は、単層でもよいし、例えば図２２に示したように中間層１２２の側から順に強磁性膜１３１と中間膜１３２と強磁性膜１３３とが形成され、強磁性膜１３１と強磁性膜１３３とが交換結合した構成としてもよい。このようなスピンバルブ構造は、スパッタリングや真空蒸着等の手法により形成される。
【０００４】
薄膜磁気ヘッドに用いられるＧＭＲ素子の固着層や自由層における構成材料等については、例えば、特許文献３に開示されている。固着層と自由層との間に挟まれる中間層の構成材料としては、例えば銅（Ｃｕ）が一般的である。ところが、この銅に替わって、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料により非常に薄い中間層（トンネルバリア層）を形成し、いわゆるトンネル効果を利用可能にしたＧＭＲ素子も開発されている。
【０００５】
薄膜磁気ヘッドに用いられるＧＭＲ素子においては、自由層が磁気記録媒体から発生する信号磁界に応じて磁化方向が自由に変化するようになっている。磁気記録媒体に記録された磁気情報の読み出しを行う際には、ＧＭＲ素子に対し例えば積層面内方向に沿って読出電流を流す。この際、読出電流は、自由層の磁化方向の状態によって異なった電気抵抗値を示す。このため、記録媒体から発生する信号磁界の変化は、電気抵抗の変化として検知される。
【０００６】
これを、図２３を参照して、より詳細に説明する。図２３は、スピンバルブ構造における固着層１２１および自由層１２３の磁化方向と、読出電流の電気抵抗との関係を説明するものである。固着層１２１の磁化方向を符号Ｊ１２１で示し、自由層１２３の磁化方向を符号Ｊ１２３で示す。したがって、図２３（Ａ）は固着層１２１および自由層１２３の磁化方向が互いに平行な状態を示し、図２３（Ｂ）は固着層１２１および自由層１２３の磁化方向が互いに反平行な状態を示す。図２３において、積層面内方向に沿って読出電流を流す場合には、その読出電流は主に電気伝導率の高い中間層１２２を流れると考えられる。中間層１２２の内部を流れる電子ｅは、自由層１２３との界面Ｋ１２３および固着層１２１との界面Ｋ１２１において、散乱（電気抵抗の増加に寄与）または鏡面反射（電気抵抗の増加には寄与しない）のいずれかを受ける。図２３（Ａ）のように磁化方向Ｊ１２１と磁化方向Ｊ１２３とが互いに平行である場合、これと平行なスピンＳｅを持つ電子ｅは界面Ｋ１２１，Ｋ１２３において散乱されにくく、比較的低い電気抵抗を示す。しかし、図２３（Ｂ）のように、磁化方向Ｊ１２１と磁化方向Ｊ１２３とが互いに反平行である場合、電子ｅは界面Ｋ１２１，Ｋ１２３のいずれかにおいて散乱を受けやすくなり、比較的高い電気抵抗を示すこととなる。なお、図２３（Ｂ）では、紙面右方向のスピンＳｅを有する電子ｅが自由層１２３との界面Ｋ１２３において散乱を受ける様子を表している。このように、スピンバルブ構造のＧＭＲ素子では、磁化方向Ｊ１２１に対する磁化方向Ｊ１２３の角度に応じて読出電流の電気抵抗が変化する。磁化方向Ｊ１２３は外部磁界によって決まるので、結果として、記録媒体からの信号磁界の変化を読出電流の抵抗変化として検出することができる。
【０００７】
通常、スピンバルブ構造をなすＧＭＲ素子は、外部磁界が印加されていない（Ｈ＝０である）場合、自由膜（自由層）の磁化方向と磁化固定膜（固着層）の磁化方向とが、互いに直交するように構成される。ここで、自由層の磁化容易軸方向は、固着層の磁化方向と揃えておく。このように構成されたＧＭＲ素子を、外部磁界の印加方向に対して固着層の磁化方向が平行となるように配置する。こうすることにより、自由層における磁化方向の動作範囲の中心点を、外部磁界が印加されていない（Ｈ＝０である）状態とすることができる。すなわち、外部磁界が零の状態を、外部磁界変化によって変化し得る電気抵抗の振幅の中心とすることができる。このため、ＧＭＲ素子にバイアス磁界を印加する必要がない。
【０００８】
上記について、図２４および図２５を参照して具体的に説明する。図２４は、一般的なハードディスク装置において、ＧＭＲ素子を搭載した薄膜磁気ヘッドにより記録媒体の磁気情報を読み出す様子を表したものである。図２４（Ａ）に示したように、記録媒体の記録面１１０の近傍にＧＭＲ素子１２０が配置される。この際、固着層１２１の磁化方向Ｊ１２１が記録媒体の記録面１１０と直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って＋Ｙ方向となるようにすると共に、自由層１２３の磁化方向Ｊ１２３が記録媒体のトラック幅の方向（Ｘ軸方向）に沿って＋Ｘ方向となるようにする。なお、この時点では、記録媒体からの信号磁界の影響がないものとする。ハードディスク装置が駆動し、図２４（Ｂ）に示したように、記録媒体から例えば−Ｙ方向の信号磁界方向Ｊ１１０が発生すると、磁化方向Ｊ１２３は−Ｙ方向となり、磁化方向Ｊ１２１とは反対向きとなる。したがって読出電流の抵抗値は図２３において説明したように増加してしまう。一方、図２４（Ｃ）に示したように、記録媒体からの信号磁界方向Ｊ１１０が例えば＋Ｙ方向である場合、磁化方向Ｊ１２３は＋Ｙ方向となり、磁化方向Ｊ１２１と同じ向きとなる。したがって読出電流の抵抗値は減少する。この抵抗変化を利用して、例えば図２４（Ｂ）の状態を「０」、図２４（Ｃ）の状態を「１」と対応づけることにより、信号磁界を２値情報として検出することができる。図２４（Ａ）〜図２４（Ｃ）から明らかなように、磁化方向Ｊ１２３の振幅の中心は、図２４（Ａ）の状態（Ｈ＝０）である。図２５に、ＧＭＲ素子１２０における外部磁界（信号磁界）Ｈと電気抵抗Ｒとの関係を示す。図２５では、図２４における−Ｙ方向の外部磁界をＨ＞０とし、＋Ｙ方向の外部磁界をＨ＜０とする。図２５に示したように、−Ｙ方向の信号磁界強度が増加するに従い電気抵抗Ｒは増加し、やがて飽和する。＋Ｙ方向の信号磁界強度が増加するに従い電気抵抗Ｒは低下し、やがて飽和する。このように、外部磁界Ｈが零の状態を中心として、電気抵抗Ｒが変化する。したがって、零磁界において自由層の磁化方向と固定層の磁化方向とが互いに直交したスピンバルブ構造を有するＧＭＲ素子は、バイアス印加手段を特別に設ける必要がないので、ハードディスクやフレキシブルディスク、あるいは磁気テープなどに記録された磁気情報の読出に一般的に適用される。なお、磁化方向の直交化は、主に固着層の磁化方向を決定する規則化熱処理工程と、これに続く、自由層の磁化方向を決定する直交化熱処理工程とを経ることによって行われる。
【０００９】
図２６に、固着層１２１の磁化方向Ｊ１２１と自由層１２３の磁化方向Ｊ１２３とが互いに直交した積層体１２０形成する工程の概略を示す。具体的には、まず、例えば＋Ｘ方向の磁界Ｈ１０１を印加しながら自由層１２３をスパッタリング等により成膜し、磁化容易軸方向ＡＥ１２３を固定（図２６（Ａ）参照。）した後、中間層１２２と固着層１２１とを順に形成する。次に、図２６（Ｂ）に示したように、磁界Ｈ１０１と直交する方向（例えば＋Ｙ方向）に磁界Ｈ１０２を印加しつつ、所定の温度でアニール処理を行う（規則化熱処理工程）。これにより、磁界Ｈ１０２の方向に磁化方向Ｊ１２１，Ｊ１２３が揃う。さらに、図２６（Ｃ）に示したように、磁界Ｈ１０２と直交する方向（＋Ｘ方向）に、比較的強度の弱い磁界Ｈ１０３を印加しながら、やや低い温度でアニール処理を行う（直交化熱処理工程）。これにより、磁化方向Ｊ１２１は固定されたまま、磁化方向Ｊ１２３のみ再度＋Ｘ方向に向けられる。この結果、磁化方向Ｊ１２１，Ｊ１２３が互いに直交した積層体１２０が完成する。
【００１０】
上記のように直交化熱処理されたスピンバルブ構造のＧＭＲ素子は、高出力と共に高いダイナミックレンジを得るのに有効であり、ディジタル記録された磁化反転信号の再生に好適である。なお、このようなＧＭＲ素子以前には、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を利用したＡＭＲ素子がディジタル記録信号の再生手段として一般的に用いられていた。このＡＭＲ素子は、ディジタル信号に限らず、従来よりアナログ信号の再生手段としても利用されている（例えば特許文献４参照。）。
【特許文献１】米国特許第５１５９５１３号明細書
【特許文献２】米国特許第５２０６５９０号明細書
【特許文献３】米国特許第５５４９９７８号明細書
【特許文献４】特表平９−５０８２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このようなＡＭＲ素子と同様に、ＧＭＲ素子についてもアナログ信号の再生手段としての適用が検討されてきている。ところが、直交化熱処理を施したＧＭＲ素子の自由層１２３においては微視的な視点から観察すると、図２７に示したように、磁壁１２３Ｗによって仕切られた各磁区１２３Ｄのスピン方向１２３Ｓにばらつきが見られ、一定方向に揃っていない。このようなスピン方向１２３Ｓの乱れは、外部磁界Ｈと電気抵抗Ｒとの関係におけるヒステリシス特性として現れてしまう。先に示した図２５は自由層の各磁区のスピン方向が完全に一方向に揃った理想状態に対応するものであり、実際にはスピン方向１２３Ｓがばらつきを生じるので、図２８に示したようにヒステリシス曲線ＨＣ１を描き、零磁界においてオフセット値が発生する。このオフセット値の発生は、図２９に示したように、比較的低い周波数帯における１／ｆノイズ（１／ｆ雑音）として現れる。１／ｆノイズは、ある周波数ｆ以下で発生し、周波数ｆが小さくなるほど顕著になる。図２９には、「雑音電圧密度」に対して、周波数ｆの低下とともにホワイトノイズ成分Ｎ１に比べて１／ｆノイズ成分Ｎ２による影響が大きくなっている様子が示されている。この１／ｆノイズの増大は、システム全体の信頼性を低下させる大きな要因であるので、好ましくない。
【００１２】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、ヒステリシスの発現を抑制して１／ｆノイズを低減し、信号磁界を高感度に、かつ、安定して検出することの可能な磁気検出素子およびその形成方法を提供することにある。本発明の第２の目的は、そのような磁気検出素子を備えた磁気センサおよび電流計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の磁気検出素子は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに磁化方向が固着層の磁化方向と平行となる自由層と、固着層と自由層との間に挟まれた中間層とを含む積層体を備えるようにしたものである。ここでいう「平行」とは、固着層の磁化方向と自由層の磁化方向とが厳密に０°をなす場合のほか、製造上生じる誤差や物性上のばらつきなどに起因する程度の傾きをなす場合をも含む意である。
【００１４】
本発明の磁気検出素子では、外部磁界が零のときに固着層の磁化方向と自由層の磁化方向とが互いに平行となるように構成したことにより、外部磁界が零のときに固着層と自由層とが互いに直交する磁化方向を示す場合と比べて自由層における各磁区のスピン方向のばらつきが低減される。特に、自由層の磁化容易軸方向が固着層の磁化方向と平行である場合には各磁区のスピン方向が揃いやすい。このため、読出電流を流した場合に、外部磁界の変化と抵抗変化との関係におけるヒステリシスの発現が抑制される。
【００１５】
本発明の磁気検出素子では、さらに、自由層に対し、固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段を有するようにしてもよい。その場合、バイアス印加手段は、永久磁石または固着層の磁化方向に延びるバイアス電流ラインのうちのいずれか一方によって構成することが可能である。
【００１６】
本発明の磁気センサは、第１の接続点において互いに接続された第１および第２の磁気検出素子からなる第１の磁気検出モジュールと、第２の接続点において互いに接続された第３および第４の磁気検出素子からなる第２の磁気検出モジュールとを備えるようにしたものである。ここで、第１および第２の磁気検出モジュールは、第１の磁気検出素子における第１の接続点とは反対側の端部と、第４の磁気検出素子における第２の接続点とは反対側の端部とが第３の接続点において接続されると共に、第２の磁気検出素子における第１の接続点とは反対側の端部と、第３の磁気検出素子における第２の接続点とは反対側の端部とが第４の接続点において接続され、第３の接続点と第４の接続点との間に電圧が印加されたときに第１および第２の接続点において出力の検出がなされるようにブリッジ回路を構成している。さらに第１ないし第４の磁気検出素子が、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに磁化方向が固着層の磁化方向と平行となる自由層と、固着層と自由層との間に挟まれた中間層とを含む積層体と、この積層体に対し、固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とをそれぞれ備えている。
【００１７】
本発明の磁気センサでは、バイアス印加手段が、永久磁石または固着層の磁化方向に延びるバイアス電流ラインのうちのいずれか一方により構成されていてもよい。
【００１８】
また、本発明の磁気センサでは、第１および第２の磁気検出素子において、それぞれの固着層の磁化方向が互いに平行をなしており、第３および第４の磁気検出素子において、それぞれの固着層の磁化方向が互いに平行をなしていることが望ましい。これにより、検出対象とする外部磁界の方向に対して、例えば第１および第２の磁気検出素子における各固着層の磁化方向が同一角度をなすこととなる。第３および第４の磁気検出素子についても同様である。特に、第１および第２の磁気検出素子が、それぞれの固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されており、第３および第４の磁気検出素子が、それぞれの固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されていることが望ましい。こうすることで、磁気センサ全体としてコンパクト化を図ることができる。その場合、第１および第２の磁気検出素子が第１の基板上に形成され、第３および第４の磁気検出素子が第１の基板とは異なる第２の基板上に形成されるようにしてもよい。ここでいう「それぞれの固着層の磁化方向が互いに平行」とは、それぞれの固着層の磁化方向が厳密に０°をなす場合（完全平行をなす場合）のほか、製造上発生する誤差等に起因して厳密な０°から所定角度（例えば１０°以下の角度）だけ外れている場合をも含む意である。また、ここでいう「それぞれの固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置」とは、それぞれの固着層の磁化方向と完全平行をなす同一直線上に配置される場合のほか、製造上発生する誤差等に起因し厳密な０°から所定角度（例えば１０°以下の角度）だけ傾いた角度をなす同一直線上に配置される場合をも含む意である。ただし、いずれも場合も、厳密な０°をなす場合（完全平行をなす場合）がもっとも好ましい状態である。なお、「同一直線」とは、空間的な位置関係を表す仮想線であり、物理的な結びつきを行う実体物ではない。
【００１９】
また、本発明の磁気センサでは、第１および第３の磁気検出素子において、それぞれの固着層の磁化方向が互いに平行をなしており、第２および第４の磁気検出素子において、それぞれの固着層の磁化方向が互いに平行をなしていることが望ましい。これにより、検出対象とする外部磁界の方向に対して、例えば第１および第３の磁気検出素子における各固着層の磁化方向が同一角度をなすこととなる。第２および第４の磁気検出素子についても同様である。特に、第１および第３の磁気検出素子が、それぞれの固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されており、第２および第４の磁気検出素子が、それぞれの固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されていることが望ましい。こうすることで、磁気センサ全体としてコンパクト化を図ることができる。その場合、第１および第３の磁気検出素子が第１の基板上に形成され、第２および第４の磁気検出素子が第１の基板とは異なる第２の基板上に形成されるようにしてもよい。
【００２０】
本発明の電流計は、検出対象電流によって生じる磁界を検出することにより、検出対象電流を測定する電流計であって、第１の接続点において互いに接続された第１および第２の磁気検出素子からなる第１の磁気検出モジュールと、第２の接続点において互いに接続された第３および第４の磁気検出素子からなる第２の磁気検出モジュールとを備えるようにしたものである。ここで、第１および第２の磁気検出モジュールは、第１の磁気検出素子における第１の接続点とは反対側の端部と、第４の磁気検出素子における第２の接続点とは反対側の端部とが第３の接続点において接続されると共に、第２の磁気検出素子における第１の接続点とは反対側の端部と、第３の磁気検出素子における第２の接続点とは反対側の端部とが第４の接続点において接続され、第３の接続点と第４の接続点との間に電圧が印加されたときに第１および第２の接続点において出力の検出がなされるようにブリッジ回路を構成している。さらに、第１ないし第４の磁気検出素子は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに磁化方向が固着層の磁化方向と平行となる自由層と、固着層と自由層との間に挟まれた中間層とを含む積層体と、この積層体に対し、固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とをそれぞれ備え、検出対象電流によって生じる磁界を、第１ないし第４の磁気検出素子によってそれぞれ検出するように構成されている。特に、検出対象電流は、固着層の磁化方向と平行または反平行に流れていることが好ましい。
【００２１】
本発明の磁気センサおよび電流計では、第１ないし第４の磁気検出素子において、外部磁界が零のときに固着層と自由層とが互いに平行な磁化方向を示すように構成したことにより、外部磁界が零のときに固着層と自由層とが互いに直交する磁化方向を示す場合と比べて自由層における各磁区のスピン方向のばらつきが低減される。特に、自由層の磁化容易軸方向が固着層の磁化方向と平行である場合には各磁区のスピン方向が揃いやすい。このため、第１ないし第４の磁気検出素子のそれぞれに読出電流を流した場合、外部磁界の変化と抵抗変化との関係におけるヒステリシスの発現が抑制される。
【００２２】
本発明の磁気検出素子の形成方法は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層と、中間層と、第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第２の強磁性層とを順に形成することにより積層体を形成する積層工程と、第１および第２の強磁性層の磁化方向が互いに平行となるように規則化を行う規則化工程とを含み、この規則化工程によって、外部磁界が零である初期状態における第１および第２の強磁性層の磁化方向の設定を完了するようにしたものである。ここで、「初期状態」とは、特定の方向を有する外部磁界が存在しない状態であり、外部磁界の検出を行う際の基準となる状態を意味する。
【００２３】
本発明の磁気検出素子の形成方法では、規則化工程によって、外部磁界が零である初期状態における第１および第２の強磁性層の磁化方向の設定を完了するようにしたので、第１の強磁性層と第２の強磁性層とが互いに直交する磁化方向を有する場合と比べて第１の強磁性層における各磁区のスピン方向のばらつきが低減される。特に、磁化容易軸を有するように第１の強磁性層を形成し、第１および第２の強磁性層の磁化方向が磁化容易軸と平行となるように規則化を行うようにすると、スピン方向のばらつきがより低減される。このため、読出電流を流した場合、外部磁界の変化と抵抗変化との関係におけるヒステリシスの発現が抑制される。
【００２４】
本発明の磁気検出素子の形成方法では、１．６ｋＡ／ｍ以上１６０ｋＡ／ｍ以下の磁界を印加しつつ、２５０℃以上４００℃以下の温度でアニール処理を施すことにより規則化を行うことが望ましい。また、第１の強磁性層を形成する工程では、一定方向の磁界を印加しながら成膜することにより磁化容易軸の方向を決めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の磁気検出素子によれば、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに磁化方向が固着層の磁化方向と平行となる自由層と、固着層と自由層との間に挟まれた中間層とを含む積層体を備えるようにしたので、読出電流を流した場合に外部磁界の変化に対する抵抗変化のヒステリシスの発現を抑制し、零磁界でのオフセット値を低減することができる。したがって、１／ｆノイズを抑え、信号磁界を高感度かつ安定して検出することが可能となる。この場合、磁界強度の大きさそのものの値を正確かつ連続的に測ることができるので、デジタルセンサに限らず、アナログセンサへの適用も十分に可能となる。特に、自由層が、固着層の磁化方向と平行な磁化容易軸を有するようにすると、零磁界でのオフセット値をより低減することができるので、結果的に、感度および安定性をより向上させることができる。
【００２６】
本発明の磁気検出素子によれば、さらに、自由層に対し、固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段を有するようにすると、適切な強さのバイアス磁界を印加することによって外部磁界に対する読出電流の抵抗変化を線形とすることができる。ここで、固着層の磁化方向に延びるバイアス電流ラインによりバイアス印加手段を構成した場合には、バイアス電流を流す向きを決めることによりバイアス磁界の向きも決まる。
【００２７】
本発明の磁気センサおよび電流計によれば、第１の接続点において互いに接続された第１および第２の磁気検出素子からなる第１の磁気検出モジュールと、第２の接続点において互いに接続された第３および第４の磁気検出素子からなる第２の磁気検出モジュールとを備え、第１および第２の磁気検出モジュールが、第１の磁気検出素子における第１の接続点とは反対側の端部と、第４の磁気検出素子における第２の接続点とは反対側の端部とが第３の接続点において接続されると共に、第２の磁気検出素子における第１の接続点とは反対側の端部と、第３の磁気検出素子における第２の接続点とは反対側の端部とが第４の接続点において接続され、第３の接続点と第４の接続点との間に電圧が印加されたときに第１および第２の接続点において出力の検出がなされるようにブリッジ回路を構成し、第１ないし第４の磁気検出素子が、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、この外部磁界が零のときに磁化方向が固着層の磁化方向と平行となる自由層と、固着層と自由層との間に挟まれた中間層とを含む積層体と、この積層体に対し、固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段とをそれぞれ備えるようにしたので、読出電流を流した場合に外部磁界の変化に対する抵抗変化のヒステリシスの発現を抑制し、零磁界でのオフセット値を低減することができる。したがって、１／ｆノイズを抑え、信号磁界を高感度かつ安定して検出することが可能となる。ブリッジ回路を構成したことにより、１つの磁気検出素子によってのみ検出する場合よりも信頼性が向上し、微弱な磁界であっても感度よく安定して検出することができる。この場合、磁界強度の大きさそのものの値を正確かつ連続的に測ることができるので、デジタルセンサとしてだけでなく、アナログセンサとしても最適である。特に本発明の電流計では、さらに、第１ないし第４の磁気検出素子が、検出対象電流によって生じる検出対象磁界をそれぞれ検出するので、より高精度な電流測定に好適である。
【００２８】
本発明の磁気検出素子の形成方法によれば、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層と、中間層と、第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第２の強磁性層とを順に形成することにより積層体を形成する積層工程と、第１および第２の強磁性層の磁化方向が互いに平行となるように規則化を行う規則化工程とを含み、この規則化工程によって、外部磁界が零である初期状態における第１および第２の強磁性層の磁化方向の設定を完了するようにしたので、第１の強磁性層と第２の強磁性層とが互いに直交する磁化方向を示す場合と比べて第１の強磁性層における各磁区のスピン方向のばらつきが低減した構成を得ることができる。特に、磁化容易軸を有するように第１の強磁性層を形成し、第１および第２の強磁性層の磁化方向が磁化容易軸と平行となるように規則化を行うようにすると、スピン方向のばらつきがより低減した構成が得られる。したがって、１／ｆノイズを抑え、信号磁界を高感度かつ安定して検出することが可能となる。この場合、磁界強度の大きさそのものの値を正確かつ連続的に測ることができるので、デジタルセンサに限らず、アナログセンサへの適用も十分に可能となる。特に、自由層が、固着層の磁化方向と平行な磁化容易軸を有するようにすると、零磁界でのオフセット値をより低減することができるので、結果的に、感度および安定性をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施の形態としての磁気検出素子の構成について説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態の磁気検出素子１０の概略構成を示したものである。図１（Ａ）は磁気検出素子１０の平面構成を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したＩＢ−ＩＢ切断線の矢視方向における磁気検出素子１０の断面構成を示す。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に対応する等価回路を表す。磁気検出素子１０は、それが置かれた環境における磁界（外部磁界）の有無や大きさを検出するものである。
【００３２】
図１（Ａ）に示したように、磁気検出素子１０は、積層体２０と、これに隣接して設けられたバイアス印加手段としてのバイアス電流ライン３０とが図示しない基板上に形成されている。積層体２０は、後に詳述するように磁化方向が一定方向（図１では＋Ｙ方向）に固定された固着層を有している。バイアス電流ライン３０は、積層体２０の近傍において固着層の磁化方向に延びるように配設されている。バイアス電流ライン３０には、バイアス電流３１を流すことができる。バイアス電流３１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、矢印の向き（積層体２０の近傍において＋Ｙ方向）に流すことが可能であるし、反対向き（積層体２０の近傍において−Ｙ方向）に流すことも可能である。なお、バイアス電流ライン３０は積層体２０とは電気的に絶縁されている。積層体２０には、バイアス電流ライン３０とは別に導線が接続されており、端子Ｔ１，Ｔ２間に読出電流を流すことができるようになっている。ここで、積層体２０は抵抗体とみなすことができるので、磁気検出素子１０は図１（Ｃ）に示したような等価回路となる。
【００３３】
積層体２０は、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたものであり、図２に示したように、一定方向（例えば図２ではＹ方向）に固着された磁化方向Ｊ２１を有する固着層２１と、外部磁界Ｈに応じて変化し、かつ、この外部磁界Ｈが零（Ｈ＝０）のときに固着層２１の磁化方向Ｊ２１と平行となる磁化方向J２３を示す自由層２３と、固着層２１と自由層２３との間に挟まれ、特定の磁化方向を示さない中間層２２とを含むものである。図２は、外部磁界Ｈが零である初期状態を示す。ここで、固着層２１の上面（中間層２２と反対側の面）および自由層２３の下面（中間層２２と反対側の面）は、それぞれ図示しない保護膜によって保護されている。中間層２２は一般的に、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの導電率の高い非磁性金属により構成される。この場合、積層体２０はスピンバルブ構造をなすＧＭＲ素子であり、外部磁界Ｈが印加されることにより、自由層２３の磁化方向Ｊ２３と固着層２１の磁化方向Ｊ２１との相対角度が変化するようになっている。この相対角度は、外部磁界Ｈの大きさや向きによって異なる。なお、中間層２２を酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁材料により構成し、トンネル効果を利用したトンネル磁気抵抗効果素子とすることもできる。また、図２では、下から自由層２３、中間層２２、固着層２１の順に積層された場合の構成例を示しているが、これに限定されず、反対の順序で構成するようにしてもよい。
【００３４】
図３に、固着層２１の詳細な構成を示す。図３に示したように、固着層２１は、中間層２２の側から磁化固定膜２４と反強磁性膜２５とが順に積層された構成となっている。磁化固定膜２４は、コバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料によって構成されている。この磁化固定膜２４の示す磁化方向が固着層２１全体としての磁化方向Ｊ２１となる。反強磁性膜２５は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されている。反強磁性膜２５は、一定方向（例えば＋Ｙ方向）のスピン磁気モーメントと反対方向（例えば−Ｙ方向）のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固定膜２４の磁化方向Ｊ２１を固定するように機能する。保護膜２６は、タンタル（Ｔａ）やハフニウム（Ｈｆ）などの化学的に安定な非磁性材料からなり、磁化固定膜２４や反強磁性膜２５などを保護するものである。
【００３５】
磁化固定膜２４は、単層構造としてもよいし、あるいは図４に示したように、中間層２２の側から第１強磁性膜２４１と、交換結合膜２４２と第２強磁性膜２４３とが順に積層された構成とすることもできる。図４の構成をなす固着層２１を有する積層体２０は、シンセティック型スピンバルブ構造と呼ばれるものである。第１および第２強磁性膜２４１，２４３は、コバルトやＣｏＦｅなどの強磁性材料からなり、交換結合膜２４２は、例えばルテニウム（Ｒｕ）などの非磁性材料からなる。この場合、第１および第２強磁性膜２４１，２４３が互いに反対向きの磁化方向を示すように交換結合膜２４２を介して交換結合するので、磁化固定膜２４全体としての磁化方向の安定化が図られる。さらに、磁化固定膜２４から自由層２３へ漏れる漏洩磁界を弱めることができる。
【００３６】
自由層２３は、単層構造としてもよいし、あるいは図５に示したように、２つの強磁性薄膜２３１，２３３が中間膜２３２を介して交換結合した構成としてもよい。この場合には、自由層２３の磁化困難軸における保磁力をより小さくすることができる。
【００３７】
バイアス電流ライン３０は、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの高い導電性を有する金属材料からなり、積層体２０に対し、バイアス磁界Ｈｂを印加するように機能するものである。
【００３８】
続いて、上記の構成を有する磁気検出素子１０の作用について説明する。
【００３９】
自由層２３は、磁化固定膜２４とは異なり、外部磁界Ｈの大きさや向きによってその磁化方向Ｊ２３が回転する。自由層２３の磁化容易軸は、固着層２１の磁化方向Ｊ２１と平行となるように形成されている。したがって、積層体２０においては、外部磁界Ｈが零（すなわち、図２に示した初期状態）であるときには自由層２３の磁化容易軸と、磁化方向Ｊ２３と、磁化方向Ｊ２１とが全て互いに平行となっている。このため、外部磁界Ｈが零のときには、自由層２３のスピン方向が一定方向に揃いやすい。図６は、自由層２３の各磁区におけるスピン方向を模式的に表した概念図である。図６に示したように、自由層２３は磁壁２３Ｗによって仕切られた複数の磁区２３Ｄを有しており、それぞれのスピン２３Ｓがほぼ同一方向（磁化方向Ｊ２３）に揃っている。
【００４０】
このように、スピン方向の揃った自由層２３を備えた積層体２０は、ヒステリシスをほとんど示すことがない。図７は、外部磁界Ｈと抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係を示したものであるが、両者の関係は左右対称な、外部磁界Ｈ＝０をピークとするほぼ１つの曲線Ｃ１で表されている。すなわち、外部磁界Ｈが零のときにオフセット値がほとんど生じない。このため、磁気検出素子１０を用いてセンシング（外部磁界の検出）を実行した際の１／ｆノイズが低減される。
【００４１】
本実施の形態の磁気検出素子１０を用いてセンシングを行う場合には、図１に示したようにバイアス電流ライン３０を用いて、積層体２０に対しバイアス磁界Ｈｂを印加する。具体的には、バイアス電流ライン３０に、例えば＋Ｙ方向のバイアス電流３１を流すことにより積層体２０に対して＋Ｘ方向のバイアス磁界Ｈｂを発生させる。ここで、磁化方向Ｊ２１，Ｊ２３はいずれも＋Ｙ方向となるように配置されており、バイアス磁界Ｈｂと直交することとなる。このように、バイアス磁界Ｈｂを印加するのは、図７に示したように、外部磁界Ｈ＝０の近傍において、曲線Ｃ１が非線形であるからである。外部磁界Ｈの変化を精度良く検出するためには、曲線Ｃ１の両側斜面部分に対応する２つの線形領域Ｌ１，Ｌ２の特性を利用することが望ましい。したがって、初期状態においてバイアス点ＢＰ１またはバイアス点ＢＰ２のいずれかに対応する大きさのバイアス磁界Ｈｂを印加する必要がある。ここで、バイアス点ＢＰ１，ＢＰ２は、それぞれの線形領域Ｌ１，Ｌ２における中心に位置し、互いに同等の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示す位置にある。
【００４２】
例えば図１において、＋Ｘ方向の磁界Ｈを正とすると、＋Ｙ方向のバイアス電流３１を流してバイアス点ＢＰ１に相当するバイアス磁界Ｈｂ（ＢＰ１）を発生させることが好ましい。この状態において正方向（＋Ｘ方向）の外部磁界Ｈ＋が印加されると、図７の曲線Ｃ１から明らかなように、積層体２０の示す抵抗変化率ΔＲ／Ｒが（初期状態よりも）低下する。反対に、バイアス磁界Ｈｂ（ＢＰ１）を印加した初期状態において負方向（−Ｘ方向）の外部磁界Ｈ−が印加されると、積層体２０の示す抵抗変化率ΔＲ／Ｒが（初期状態よりも）上昇する。また、−Ｙ方向のバイアス電流３１を流してバイアス点ＢＰ２に相当するバイアス磁界Ｈｂ（ＢＰ２）を発生させた場合には、正方向（＋Ｘ方向）の外部磁界Ｈ＋が印加されると抵抗変化率ΔＲ／Ｒが（初期状態よりも）上昇し、負方向（−Ｘ方向）の外部磁界Ｈ−が印加されると抵抗変化率ΔＲ／Ｒが（初期状態よりも）低下する。このように、いずれの場合においても抵抗変化率ΔＲ／Ｒの変化する方向によって外部磁界Ｈの向きが解るうえ、抵抗変化率ΔＲ／Ｒの変化する大きさによって外部磁界Ｈの大きさを知ることができる。なお、バイアス印加手段がなくともセンシングは一応可能である。しかし、バイアス印加手段を用いて線形領域Ｌ１，Ｌ２を使用するほうが、より精度の良いセンシングができる。
【００４３】
次に、磁気検出素子１０の形成方法について説明する。以下図２および図８を参照して、詳細に説明する。図８は、磁気検出素子１０の形成工程を簡略化して示した概念図である。
【００４４】
本実施の形態の磁気検出素子１０の形成方法では、まず、図示しない基板上に、例えばＮｉＦｅなどの軟磁性材料を用いてスパッタリング等により（自由層２３としての）第１の強磁性層を成膜する。この際、一定方向（例えば＋Ｙ方向）の磁界Ｈ１を印加しながら成膜することにより磁化容易軸方向ＡＥ２３を決める（図８（Ａ）参照）。次に例えば銅などの非磁性金属材料を用いて中間層２２を形成し、さらに、第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する材料（例えばＣｏＦｅなど）を用いて（のちに固着層２１となる）第２の強磁性層を形成する（積層工程）。こののち、第１の強磁性層の磁化方向Ｊ２３と第２の強磁性層の磁化方向Ｊ２１とが磁化容易軸方向ＡＥ２３と対応するように規則化を行う（規則化工程）。具体的には、磁化容易軸方向ＡＥ２３と同一の方向（例えば＋Ｙ方向）に１．６ｋＡ／ｍ以上１６０ｋＡ／ｍ以下の強さを有する磁界Ｈ２を印加しつつ、２５０℃以上４００℃以下の温度でアニール処理を施す。これにより、一定方向（＋Ｙ方向）に固着された磁化方向Ｊ２１を有する固着層２１が形成されると共に、この磁化方向Ｊ２１と同方向である磁化容易軸方向ＡＥ２３および磁化方向J２３を示す自由層２３が形成される。すなわち、この規則化工程によって、外部磁界Ｈが零である初期状態における固着層２１および自由層２３の磁化方向Ｊ２１，Ｊ２３の設定が完了する。以上により、基板上に自由層２３と中間層２２と固着層２１とが順に形成された積層体２０の形成が完了する。
【００４５】
以上のように、本実施の形態の磁気検出素子１０およびその形成方法によれば、一定方向（Ｙ方向）に固着された磁化方向Ｊ２１を有する固着層２１と、外部磁界Ｈに応じて変化し、かつ、この外部磁界Ｈが零のときに磁化方向Ｊ２１と平行となる磁化方向J２３を示す自由層２３と、固着層２１と自由層２３との間に挟まれた中間層２２とを含む積層体２０を設けるようにしたので、外部磁界Ｈが零のときに固着層２１と自由層２３とが互いに直交する磁化方向を有する場合と比べて自由層２３における各磁区のスピン方向のばらつきを低減でき、読出電流を流した場合には、外部磁界Ｈの変化と抵抗変化Ｒとの関係におけるヒステリシスの発現を抑制できる。この結果、１／ｆノイズが抑えられ、信号磁界を高感度に、かつ安定して検出することが可能となる。特に、磁界強度の大きさの値そのものを正確かつ連続的に測定できるので、電流計のようなアナログセンサとして好適である。
【００４６】
［第２の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第２の実施の形態として、上記第１の実施の形態で説明した本発明の磁気検出素子を用いた磁気センサ（電流計）の構成について説明する。
【００４７】
図９は、本実施の形態の磁気センサ１の概略構成を示したものである。
【００４８】
図９に示した磁気センサ１は、固着層の磁化方向と平行または反平行に流れる検出対象電流によって生じる検出対象磁界を検出する電流計である。磁気センサ１は、第１の接続点Ｐ１において互いに接続された第１および第２の磁気検出素子１０Ａ，１０Ｂからなる第１の磁気検出モジュール（以下、単に第１モジュールと称する。）１１と、第２の接続点Ｐ２において互いに接続された第３および第４の磁気検出素子１０Ｃ，１０Ｄからなる第２の磁気検出モジュール（以下、単に第２モジュールと称する。）１２とを備えており、これら第１および第２モジュール１１，１２がブリッジ回路を構成している。より詳細には、第１および第２モジュール１１，１２は、第１の磁気検出素子１０Ａにおける第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と、第４の磁気検出素子１０Ｄにおける第２の接続点Ｐ２とは反対側の端部とが第３の接続点Ｐ３において接続されると共に、第２の磁気検出素子１０Ｂにおける第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と、第３の磁気検出素子１０Ｃにおける第２の接続点Ｐ２とは反対側の端部とが第４の接続点Ｐ４において接続され、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間に所定の電圧が印加されたときに第１および第２の接続点Ｐ１，Ｐ２において出力の検出がなされるようにブリッジ回路を構成している。磁気センサ１では、一の基板４０の上に第１および第２モジュール１１，１２を有している。
【００４９】
図９では、磁気検出素子１０（１０Ａ〜１０Ｄ）における積層体２０（２０Ａ〜２０Ｄ）を抵抗体として図示すると共に、固着層２１（２１Ａ〜２１Ｄ）の磁化方向Ｊ２１（Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄ）を実線矢印で図示する。また、バイアス電流ライン３０（３０Ａ〜３０Ｄ）およびバイアス電流３１（３１Ａ〜３１Ｄ）の向きを破線矢印で表す。ここで、バイアス電流ライン３０Ａ〜３０Ｄは、各々独立して設けるようにしてもよいし、例えば、８の字を描くように接続して１本としてもよい。いずれにしても、図９のように接続された各積層体２０Ａ〜２０Ｄに対して、破線矢印で示した向きに各バイアス電流３１Ａ〜３１Ｄが流れるように構成されていればよい。各積層体２０Ａ〜２０Ｄにおける磁化方向Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄは、全て同一方向（＋Ｙ方向）に揃っている。さらに、第１および第２の磁気検出素子１０Ａ，１０Ｂは、磁化方向Ｊ２１Ａ，Ｊ２１Ｂと対応する方向に延びる同一直線上に配置されており、第３および第４の磁気検出素子１０Ｃ，１０Ｄは、磁化方向Ｊ２１Ｃ，Ｊ２１Ｄと対応する方向に延びる同一直線上に配置されている。バイアス電流３１Ａ，３１Ｃの向きは＋Ｙ方向であるので、積層体２０Ａ，２０Ｃに対して＋Ｘ方向にバイアス磁界Ｈｂ（ここでは図示せず）が印加される（すなわち、Ｈｂ＞０。）。ここでは、図７に示した特性図におけるバイアス点ＢＰ１に対応する大きさのバイアス磁界Ｈｂとなるようにバイアス電流３１Ａ，３１Ｃを調節する。一方、バイアス電流３１Ｂ，３１Ｄの向きは−Ｙ方向となっているので、積層体２０Ｂ，２０Ｄに対して−Ｘ方向にバイアス磁界Ｈｂ（ここでは図示せず）が印加される（すなわち、Ｈｂ＜０。）。ここでは、図７に示した特性図におけるバイアス点ＢＰ２に対応する大きさのバイアス磁界Ｈｂとなるようにバイアス電流３１Ｂ，３１Ｄを調節する。このような構成の磁気センサ１を用いることにより、外部磁界を検出することが可能である。
【００５０】
例えば、＋Ｙ方向に流れる電流（検出対象電流）Ｉによって発生し、磁気センサ１の全体に亘って＋Ｘ方向に印加される検出対象磁界としての外部磁界Ｈ＋の大きさを測定する場合を考える。以下、図９に加え図１０を参照して説明する。図１０は、外部磁界が印加されたときの抵抗変化量を説明するための回路図である。
【００５１】
図１０では、外部磁界Ｈ＋が印加されていない状態で読出電流ｉ0を流したときの積層体２０Ａ〜２０Ｄの抵抗値をそれぞれ符号ＲＡ〜ＲＤで示す。読出電流ｉ0は第３の接続点Ｐ３で分流される。こののち、積層体２０Ａ，２０Ｂを通過した読出電流ｉ1と積層体２０Ｄ，２０Ｃを通過した読出電流ｉ2とが第４の接続点Ｐ４で合流する。この場合、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差Ｖは、
Ｖ＝ｉ1ＲＡ＋ｉ1ＲＢ＝ｉ2ＲＤ＋ｉ2ＲＣ
＝ｉ1（ＲＡ＋ＲＢ）＝ｉ2（ＲＤ＋ＲＣ）  ……（１）
と表すことができる。
また、第１の接続点Ｐ１における電位Ｖ１および第２の接続点Ｐ２における電位Ｖ２は、それぞれ、
Ｖ１＝Ｖ−ｉ1ＲＡ
Ｖ２＝Ｖ−ｉ2ＲＤ
と表せる。よって、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間の電位差Ｖ０は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝（Ｖ−ｉ1ＲＡ）−（Ｖ−ｉ1ＲＤ）
＝ｉ2ＲＤ−ｉ1ＲＡ  ……（２）
ここで、（１）式から
Ｖ０＝ＲＤ／（ＲＤ＋ＲＣ）・Ｖ−ＲＡ／（ＲＡ＋ＲＢ）・Ｖ
＝｛ＲＤ／（ＲＤ＋ＲＣ）−ＲＡ／（ＲＡ＋ＲＢ）｝・Ｖ  ……（３）
となる。このブリッジ回路では、外部磁界Ｈ＋が印加されたときに、上記の式（３）で示された第１および第２の接続点Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖ０を測定することにより、抵抗変化量が得られる。外部磁界Ｈ＋が印加されたときに、抵抗値ＲＡ〜ＲＤがそれぞれ変化量ΔＲＡ〜ΔＲＤだけ増加したとすると、すなわち、抵抗値ＲＡ〜ＲＤがそれぞれ、
ＲＡ→ＲＡ＋ΔＲＡ
ＲＢ→ＲＢ＋ΔＲＢ
ＲＣ→ＲＣ＋ΔＲＣ
ＲＤ→ＲＤ＋ΔＲＤ
のように変化したとすると、外部磁界Ｈ＋を印加後は、式（３）より、
Ｖ０＝｛（ＲＤ＋ΔＲＤ）／（ＲＤ＋ΔＲＤ＋ＲＣ＋ΔＲＣ）−（ＲＡ＋ΔＲＡ）／（ＲＡ＋Δ        ＲＡ＋ＲＢ＋ΔＲＢ）｝・Ｖ  ……（４）
となる。磁気センサ１では、積層体２０Ａ，２０Ｃと積層体２０Ｂ，２０Ｄとでは逆方向にバイアス磁界を印加するようにしているので、変化量ΔＲＤと変化量ΔＲＣとが打ち消し合うと共に変化量ΔＲＡと変化量ΔＲＢとが打ち消し合うこととなる。このため、外部磁界Ｈ＋の印加前後を比較した場合、式（４）の各項における分母の増加はほとんど無い。一方、各項の分子については、変化量ΔＲＤと変化量ΔＲＡとは必ず反対の符号を有するので、増減が現れることとなる。これは、図７および図９から明らかなように、バイアス点ＢＰ１に対応するバイアス磁界Ｈｂが予め印加された積層体２０Ａ，２０Ｃでは、外部磁界Ｈ＋が印加されることにより抵抗値は変化量ΔＲＡ，ΔＲＣの分だけ低下する（ΔＲＡ，ΔＲＣ＜０なので実質的に増加する）一方で、バイアス点ＢＰ２に対応するバイアス磁界Ｈｂが予め印加された積層体２０Ｂ，２０Ｄでは、外部磁界Ｈ＋が印加されることにより抵抗値は変化量ΔＲＢ，ΔＲＤの分だけ低下する（ΔＲＢ，ΔＲＤ＞０）からである。
【００５２】
仮に、積層体２０Ａ〜２０Ｄが完全に同一の特性を有するとした場合、すなわち、
Ｒ＝ＲＡ＝ＲＢ＝ＲＣ＝ＲＤ
かつ
ΔＲ＝ΔＲＡ＝−ΔＲＢ＝ΔＲＣ＝−ΔＲＤ
であるとした場合、式（４）は、
Ｖ０＝｛（Ｒ＋ΔＲ）／（２Ｒ）−（Ｒ−ΔＲ）／（２Ｒ）｝・Ｖ
＝（ΔＲ／Ｒ）・Ｖ
となる。
【００５３】
このように、予め抵抗変化率ΔＲ／Ｒ等の特性値を把握した磁気検出素子１０を有する磁気センサ１を用いることにより、外部磁界Ｈ＋の大きさやその外部磁界Ｈ＋を発生する電流Ｉの大きさを測定することができる。特に、４つの磁気検出素子１０Ａ〜１０Ｄを用いてブリッジ回路を構成してセンシングを行うようにすると、同等の出力を有する単一の磁気検出素子によりセンシングする場合と比べて、各磁気検出素子における抵抗変化量を大きく取り出すことができ、測定値の精度を向上させることが可能である。また、本実施の形態では、第１ないし第４の磁気検出素子１０Ａ〜１０Ｄにおいて、それぞれの固着層２１Ａ〜２１Ｄの磁化方向Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄが互いに平行をなすようにしたので、検出対象とする外部磁界Ｈの方向に対して、磁化方向Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄが全て同一角度をなすこととなる。このため、第１ないし第４の磁気検出素子１０Ａ〜１０Ｄにおける検出感度のばらつきを抑えることが比較的容易である。特に、第１および第２の磁気検出素子１０Ａ，１０Ｂが、それぞれの磁化方向Ｊ２１Ａ，Ｊ２１Ｂと対応する方向に延びる同一直線上に配置されており、第３および第４の磁気検出素子１０Ｃ，１０Ｄが、それぞれの磁化方向Ｊ２１Ｃ，Ｊ２１Ｄと対応する方向に延びる同一直線上に配置されているので、磁気センサ１全体としてコンパクト化を図ることができる。
【００５４】
次に、本実施の形態の磁気センサ１０の変形例をいくつか説明する。なお、以下の各変形例では、上記実施の形態と同様の箇所については適宜説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００５５】
＜第１の変形例＞
図１１は、第１の変形例としての磁気センサ１Ａの構成を示すものである。磁気センサ１Ａでは、磁気センサ１と同様に同一基板（基板４０）上に形成された第１および第２モジュール１１，１２がブリッジ回路を構成している。しかし、磁気センサ１Ａは、第１の磁気検出素子１０Ａと第２の磁気検出素子１０Ｂとを対角位置に配置すると共に第３の磁気検出素子１０Ｃと第４の磁気検出素子１０Ｄとを対角位置に配置するようにしている点において磁気センサ１とは異なる。すなわち、第１および第３の磁気検出素子１０Ａ，１０Ｃは、磁化方向Ｊ２１Ａ，Ｊ２１Ｃと対応する方向に延びる同一直線上に配置されており、第２および第４の磁気検出素子１０Ｂ，１０Ｄは、磁化方向Ｊ２１Ｂ，Ｊ２１Ｄと対応する方向に延びる同一直線上に配置されている。但し、各積層体２０と各バイアス電流３１の向きとの関係は磁気センサ１と同様であり、実質的に、磁気センサ１０と磁気センサ１０Ａとは同一の回路構成である。この磁気センサ１Ａでは、ブリッジ回路を８の字形状とするかわりにバイアス電流ライン３０をループ状に形成することが可能である。
【００５６】
＜第２の変形例＞
図１２は、第２の変形例としての磁気センサ１Ｂの構成を示すものである。上記図９，図１１に示した磁気センサ１，１Ａでは、同一基板（基板４０）上に第１および第２モジュール１１，１２を形成するようにしたが、本変形例では、第１モジュール１１を第１基板４１に形成し、第２モジュール１２を第１基板４１とは異なる第２基板４２に形成することによりブリッジ回路を構成している。具体的には、第１および第２の磁気検出素子１０Ａ，１０Ｂは、それぞれの固着層の磁化方向Ｊ２１Ａ，Ｊ２１Ｂが互いに平行となり、かつ、これと対応する方向に延びる同一直線上に配置されるように第１基板４１上に形成されると共に、第３および第４の磁気検出素子１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれの固着層の磁化方向Ｊ２１Ｃ，Ｊ２１Ｄが互いに平行となり、かつ、これと対応する方向に延びる同一直線上に配置されるように第２基板４２上に形成される。特に本変形例では、磁化方向Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄは全て同方向（＋Ｙ方向）となっている。このような構成とすることにより、１つの基板上に一括して４つの磁気検出素子１０Ａ〜１０Ｄを形成する場合よりも低コスト化を図りやすい。すなわち、１つのウェハ上に複数の磁気検出素子を形成した後、２つの磁気検出素子を有する基板（例えば第１および第２基板４１，４２）を１つの単位として切り出し、それらを所定の間隔となるよう、適宜配置すればよいからである。このようにすれば、４つの磁気検出素子を一基板上に一括形成する場合よりも無駄なスペースを省くことができ、１つのウェハ上に多数の磁気検出素子が形成可能となる。
【００５７】
また、本変形例の場合、図１２に示したように、検出対象とする電流Ｉによって発生する検出対象磁界（外部磁界）のうち、＋Ｘ方向の磁界Ｈ＋を第１モジュール１１によって検出すると共に、−Ｘ方向の磁界Ｈ−を第２モジュール１２によって検出するようにすることもできる。
【００５８】
＜第３の変形例＞
図１３は、第３の変形例としての磁気センサ１Ｃの構成を示すものである。上記第２の変形例は、第１モジュール１１を第１基板４１上に形成し、第２モジュール１２を第２基板４２上に形成して、それらを並列接続するようにしたものであるが、本変形例は、互いに異なる基板上に形成した２つの磁気検出素子を直列接続したものを１つの磁気検出モジュールとし、その磁気検出モジュールを２つ並列に接続することによりブリッジ回路を構成したものである。すなわち、本変形例では、第１および第３の磁気検出素子１０Ａ，１０Ｃを第１基板４１に形成し、第２および第４の磁気検出素子１０Ｂ，１０Ｄを第２基板４２に形成するようにしている。詳細には、第１および第３の磁気検出素子１０Ａ，１０Ｃは、それぞれの固着層の磁化方向Ｊ２１Ａ，Ｊ２１Ｃが互いに平行となるように同一直線上に配置されると共に、第２および第４の磁気検出素子１０Ｂ，１０Ｄは、それぞれの固着層の磁化方向Ｊ２１Ｂ，Ｊ２１Ｄが互いに平行となるように同一直線上に配置される。特に本変形例では、磁化方向Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄは全て同方向（＋Ｙ方向）となっている。この磁気センサ１Ｃでは、ブリッジ回路を８の字形状とするかわりにバイアス電流ライン３０をループ状に形成することが可能である。
【００５９】
＜第４の変形例＞
図１４は、第４の変形例としての磁気センサ１Ｄの構成を示すものである。この構成例は、上記第３の変形例の磁気センサ１Ｃと同様に、互いに異なる基板上に形成した２つの磁気検出素子を直列接続したものを１つの磁気検出モジュールとし、その磁気検出モジュールを２つ並列に接続することによりブリッジ回路を構成したものである。但し、本変形例では、磁化方向Ｊ２１Ａ，Ｊ２１Ｃと磁化方向Ｊ２１Ｂ，Ｊ２１Ｄとは互いに反対向きとなっている。この磁気センサ１Ｄでは、バイアス電流３０Ａ〜３０Ｄの方向を全て一方向に揃えることができる。
【００６０】
＜第５の変形例＞
図１５は、第５の変形例としての磁気センサ１Ｅの構成を示すものである。この構成例は、上記第２の変形例の磁気センサ１Ｂと同様に、第１基板４１に形成した第１モジュール１１と、第２基板４２に形成した第２モジュール１２とを並列接続することによりブリッジ回路を構成している。但し、本変形例では、磁化方向Ｊ２１Ａ，Ｊ２１Ｂは＋Ｙ方向であるのに対し磁化方向Ｊ２１Ｃ，Ｊ２１Ｄは−Ｙ方向であり、互いに反対向きとなっている。この磁気センサ１Ｅは、対称性を重視した構成となっている。すなわち、第１基板４１上に形成された第１モジュール１１と、第２基板４２上に形成された第２モジュールとが全く同一の構成となる。
【００６１】
上記実施の形態および第１〜第５の変形例では、バイアス電流ライン３０によりバイアス磁界Ｈｂを印加する場合について説明するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えばハードフェライト等の永久磁石を用いてバイアス磁界Ｈｂを印加するようにしてもよい。バイアス電流ラインを設けるようにした場合には、電流方向を変更することにより簡単にバイアス磁界の方向を切り換えることができるという利点があり、一方、永久磁石を配置するようにした場合には、バイアス電流を流すための電源が不要となるという利点がある。
【００６２】
＜第６の変形例＞
図１６は、第６の変形例としての磁気センサ１Ｆの構成を示すものである。この磁気センサ１Ｆは、バイアス印加手段として２つの永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２を有している。永久磁石ＨＭ１が、積層体２０Ａ，２０Ｃに対して＋Ｘ方向のバイアス磁界Ｈｂ１を印加する一方で、永久磁石ＨＭ２が、積層体２０Ｂ，２０Ｄに対して−Ｘ方向のバイアス磁界Ｈｂ２を印加するようになっている。したがって、永久磁石ＨＭ１は、積層体２０Ａと共に磁気検出素子１０Ａを構成し、かつ積層体２０Ｃと共に磁気検出素子１０Ｃを構成していることになる。一方の永久磁石ＨＭ２は、積層体２０Ｂと共に磁気検出素子１０Ｂを構成し、かつ積層体２０Ｄと共に磁気検出素子１０Ｄを構成していることになる。このような磁気センサ１Ｆに対して、本変形例では、２つの等しい電流Ｉを同一方向（＋Ｙ方向）に流す場合を考える。この場合、積層体２０Ａ〜２０Ｄに対しては、全て＋Ｘ方向の外部磁界Ｈ＋が印加されるので、磁化方向Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄを図示したように設定することにより電流Ｉを測定することができる。
【００６３】
＜第７の変形例＞
図１７は、第７の変形例としての磁気センサ１Ｇの構成を示すものである。この磁気センサ１Ｇは、上記第６の変形例と同様、バイアス印加手段として２つの永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２を有している。このような磁気センサ１Ｇに対して本変形例では、電流Ｉがループ状に流れるように構成されている。具体的には、積層体２０Ａ，２０Ｃの近傍においては＋Ｙ方向に流れ、積層体２０Ｂ，２０Ｄの近傍においては−Ｙ方向に流れるようになっている。このため、積層体２０Ａ，２０Ｃに対しては＋Ｘ方向の外部磁界Ｈ＋が印加されると共に、積層体２０Ｂ，２０Ｄに対しては−Ｘ方向の外部磁界Ｈ−が印加されることとなる。この場合、磁化方向Ｊ２１Ａ〜Ｊ２１Ｄを図示したように設定することにより電流Ｉを測定することができる。
【００６４】
このように、本実施の形態によれば、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層２１と、外部磁界Ｈに応じて変化し、かつ、この外部磁界Ｈが零のときに固着層２１の磁化方向Ｊ２１と平行となる磁化方向J２３を示す自由層２３と、固着層２１と自由層２３との間に挟まれた中間層２２とを含む積層体２０と、この積層体２０に対し磁化方向Ｊ２１と直交する方向にバイアス磁界Ｈｂを印加するバイアス電流ライン３０とをそれぞれ備え、磁化方向Ｊ２１と平行または反平行に流れる電流Ｉによって生ずる外部磁界Ｈをそれぞれ検出する第１ないし第４の磁気検出素子１０によりブリッジ回路を構成するようにしたので、電流Ｉを感度よく、安定して検出することができる。特に、電流Ｉの値そのものを連続的かつ正確に検出することができるので、デジタル信号に限らず、アナログ信号のセンシングに好適である。
【００６５】
また、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を利用したＡＭＲ素子を用いた場合と比べて、ＧＭＲ素子である磁気検出素子１０は、以下の利点を有している。まず、磁気検出素子１０はＡＭＲ素子と比べて、例えば２０分の１程度の小さな寸法であっても同じ出力を得ることができる。個々の寸法が小さいので、これを用いて構成した磁気センサ１としての仕上がり寸法も必然的に小さく抑えることができる。また抵抗変化率についてはＡＭＲ素子の約２．５倍となる。さらに、製造工程においても、磁気検出素子１０は１個あたりの形成面積を抑えることができるので、ＡＭＲ素子の場合と比べ、１つのウェハ上により多く形成することができる。
【００６６】
また、１つの基板上に４つの磁気検出素子１０を一括して形成し、ブリッジ回路を構成するよりも、第２〜第７の変形例に示したように、２つの磁気検出素子を形成したものを１つの基板として切り出し、それを２つ組み合わせることにより１つのブリッジ回路を構成するようにすると、低コスト化を図りやすい。この場合、例えば図１３に示した磁気センサ１Ｃの構成よりも、図１２に示した磁気センサ１Ｂの構成のほうが基板温度の影響を受けにくいので好ましい。同一基板上に（２つの磁気検出素子を有する）１つのモジュールを形成した場合には、抵抗値に対する基板温度の影響が互いに相殺されるからである。
【００６７】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば本実施の形態では、導線を流れる電流によって生じるアナログ信号磁界を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。本発明の磁気検出素子は、例えば、薄膜磁気ヘッドのようにデジタル信号磁界を検出する用途としても適用可能である。
【００６８】
また、積層体の構成は、上記実施の形態に限定されるものではなく、図１８に示した積層体５０のように、例えばニッケル鉄合金、コバルト、コバルト鉄合金およびコバルトクロム合金の少なくとも１つを含むような強磁性薄膜５１と、銅、金または銀などからなる非磁性膜５２とが交互に複数積層された多層構造をなすようにしてもよい。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、磁気センサを構成する４つの磁気検出素子のうちの２つの磁気検出素子が、互いに平行な固着層の磁化方向を有し、かつ、その磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置された場合について説明したが、これに限定されるものではない。２つの磁気検出素子が、固着層の磁化方向と対応する方向に延びる同一直線上に配置されていなくともよいし、それぞれの固着層の磁化方向と互いに平行でなくともよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の磁気検出素子、磁気センサおよび電流計は、上記実施の形態において説明したように、電流値そのものを図ることを目的とする場合に用いられるほか、プリント配線の欠陥などの検査を行う渦電流探傷技術に応用可能である。例えば、磁気検出素子を直線上に多数個配置したラインセンサを形成し、渦電流の変化を磁束の変化として捉えるような応用例が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気検出素子の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示した磁気検出素子を構成する積層体を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示した積層体における一部の詳細な構成を示す斜視図である。
【図４】図２に示した積層体における一部のさらに詳細な構成を示す斜視図である。
【図５】図２に示した積層体における他の一部の詳細な構成を示す斜視図である。
【図６】図２に示した積層体の自由層におけるスピン方向分布を模式的に表した概念図である。
【図７】図１に示した磁気検出素子における抵抗変化率の磁界依存性を示す特性図である。
【図８】図１に示した磁気検出素子の形成工程を表す概念図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す概略図である。
【図１０】図９に示した磁気センサに対して外部磁界が印加されたときの抵抗変化量を説明するための回路図である。
【図１１】図９に示した磁気センサの第１の変形例を示す概略図である。
【図１２】図９に示した磁気センサの第２の変形例を示す概略図である。
【図１３】図９に示した磁気センサの第３の変形例を示す概略図である。
【図１４】図９に示した磁気センサの第４の変形例を示す概略図である。
【図１５】図９に示した磁気センサの第５の変形例を示す概略図である。
【図１６】図９に示した磁気センサの第６の変形例を示す概略図である。
【図１７】図９に示した磁気センサの第７の変形例を示す概略図である。
【図１８】図１に示した磁気検出素子を構成する積層体の他の構成例を示す断面図である。
【図１９】従来のスピンバルブ構造をなす積層体の構成を示す分解斜視図である。
【図２０】図１９に示した積層体における一部の詳細な構成を示す斜視図である。
【図２１】図１９に示した積層体における一部のさらに詳細な構成を示す斜視図である。
【図２２】図１９に示した積層体における他の一部の詳細な構成を示す斜視図である。
【図２３】一般的なＧＭＲ効果の作用を説明するための説明図である。
【図２４】図１９に示した積層体を搭載した薄膜磁気ヘッドによる動作を説明するための説明図である。
【図２５】図１９に示した積層体における外部磁界（信号磁界）と電気抵抗との関係を示す特性図である。
【図２６】図１９に示した積層体の形成工程を表す概念図である。
【図２７】図１９に示した積層体の自由層におけるスピン方向分布を模式的に表した概念図である。
【図２８】図１９に示した積層体における抵抗変化率の磁界依存性を示す特性図である。
【図２９】図１９に示した積層体において発生するノイズの周波数依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００７２】
ＢＰ１，ＢＰ２…バイアス点、Ｊ２１，Ｊ２３…磁化方向、Ｌ１，Ｌ２…線形領域、Ｐ１〜Ｐ４…第１〜第４の接続点、１…磁気センサ、１０…磁気検出素子、１１…第１の磁気検出モジュール（第１モジュール），１２…第２の磁気検出モジュール（第２モジュール）、２０…積層体、２１…固着層、２２…中間層、２３…自由層、２４…磁化固定膜、２５…反強磁性膜、３０…バイアス電流ライン、３１…バイアス電流、４０〜４２…基板。
【図１】
2005236134.tif 000003
【図２】
2005236134.tif 000004
【図３】
2005236134.tif 000005
【図４】
2005236134.tif 000006
【図５】
2005236134.tif 000007
【図６】
2005236134.tif 000008
【図７】
2005236134.tif 000009
【図８】
2005236134.tif 000010
【図９】
2005236134.tif 000011
【図１０】
2005236134.tif 000012
【図１１】
2005236134.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005236134.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005236134.tif 000018
【図１７】
2005236134.tif 000019
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月1日(2004.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図１０では、外部磁界Ｈ＋が印加されていない状態で読出電流ｉ0 を流したときの積層体２０Ａ〜２０Ｄの抵抗値をそれぞれ符号ＲＡ〜ＲＤで示す。読出電流ｉ0 は第３の接続点Ｐ３で分流される。こののち、積層体２０Ａ，２０Ｂを通過した読出電流ｉ1 と積層体２０Ｄ，２０Ｃを通過した読出電流ｉ2 とが第４の接続点Ｐ４で合流する。この場合、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差Ｖは、
Ｖ＝ｉ1 ＲＡ＋ｉ1 ＲＢ＝ｉ2 ＲＤ＋ｉ2 ＲＣ
＝ｉ1 （ＲＡ＋ＲＢ）＝ｉ2 （ＲＤ＋ＲＣ）  ……（１）
と表すことができる。
また、第１の接続点Ｐ１における電位Ｖ１および第２の接続点Ｐ２における電位Ｖ２は、それぞれ、
Ｖ１＝Ｖ−ｉ1 ＲＡ
Ｖ２＝Ｖ−ｉ2 ＲＤ
と表せる。よって、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間の電位差Ｖ０は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝（Ｖ−ｉ1 ＲＡ）−（Ｖ−ｉ1 ＲＤ）
＝ｉ2 ＲＤ−ｉ1 ＲＡ  ……（２）
ここで、（１）式から
Ｖ０＝ＲＤ／（ＲＤ＋ＲＣ）・Ｖ−ＲＡ／（ＲＡ＋ＲＢ）・Ｖ
＝｛ＲＤ／（ＲＤ＋ＲＣ）−ＲＡ／（ＲＡ＋ＲＢ）｝・Ｖ  ……（３）
となる。このブリッジ回路では、外部磁界Ｈ＋が印加されたときに、上記の式（３）で示された第１および第２の接続点Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖ０を測定することにより、抵抗変化量が得られる。外部磁界Ｈ＋が印加されたときに、抵抗値ＲＡ〜ＲＤがそれぞれ変化量ΔＲＡ〜ΔＲＤだけ増加したとすると、すなわち、抵抗値ＲＡ〜ＲＤがそれぞれ、
ＲＡ→ＲＡ＋ΔＲＡ
ＲＢ→ＲＢ＋ΔＲＢ
ＲＣ→ＲＣ＋ΔＲＣ
ＲＤ→ＲＤ＋ΔＲＤ
のように変化したとすると、外部磁界Ｈ＋を印加後は、式（３）より、
Ｖ０＝｛（ＲＤ＋ΔＲＤ）／（ＲＤ＋ΔＲＤ＋ＲＣ＋ΔＲＣ）−（ＲＡ＋ΔＲＡ）／（ＲＡ＋ΔＲＡ＋ＲＢ＋ΔＲＢ）｝・Ｖ  ……（４）
となる。磁気センサ１では、積層体２０Ａ，２０Ｃと積層体２０Ｂ，２０Ｄとでは逆方向にバイアス磁界を印加するようにしているので、変化量ΔＲＤと変化量ΔＲＣとが打ち消し合うと共に変化量ΔＲＡと変化量ΔＲＢとが打ち消し合うこととなる。このため、外部磁界Ｈ＋の印加前後を比較した場合、式（４）の各項における分母の増加はほとんど無い。一方、各項の分子については、変化量ΔＲＤと変化量ΔＲＡとは必ず反対の符号を有するので、増減が現れることとなる。これは、図７および図９から明らかなように、バイアス点ＢＰ１に対応するバイアス磁界Ｈｂが予め印加された積層体２０Ａ，２０Ｃでは、外部磁界Ｈ＋が印加されることにより抵抗値は変化量ΔＲＡ，ΔＲＣの分だけ低下する（ΔＲＡ，ΔＲＣ＜０なので実質的に増加する）一方で、バイアス点ＢＰ２に対応するバイアス磁界Ｈｂが予め印加された積層体２０Ｂ，２０Ｄでは、外部磁界Ｈ＋が印加されることにより抵抗値は変化量ΔＲＢ，ΔＲＤの分だけ低下する（ΔＲＢ，ΔＲＤ＞０）からである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2005236134.tif 000032