(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子が４個設けられ、この４個の磁気抵抗効果素子のうち２個の磁気抵抗効果素子は、その固定磁性層が同一方向に磁化されて、第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子とされ、また残りの２個の磁気抵抗効果素子は、その固定磁性層が、前記第１と第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層と逆向きに磁化されて、第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子とされており、前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子、及び第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子が、磁気抵抗効果素子間に、出力部を有して直列に接続された状態で、前記２つの直列回路が並列に接続されており、各直列回路の両端が入力部とされており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが、固定磁性層の磁化方向を互いに平行に向けて、基板の一方の側に配置され、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第３の磁気抵抗効果素子とが、固定磁性層の磁化方向を互いに平行で、且つ、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と逆方向に向けて、基板の他方の側に配置されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子センサ。
【請求項２】
請求項１記載の磁気抵抗効果素子センサと磁石とを平行に配置し、前記磁石を、前記磁気抵抗効果素子センサの基板に垂直な軸を中心として回転させることで、前記基板上の磁気抵抗効果素子間の抵抗変化の作動を計測することを特徴とするポテンショメータ。
【請求項３】
基板上に、固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子が４個設けられ、４個の磁気抗効果素子は、その固定磁性層がすべて同一方向に磁化され、且つ、各固定磁性層の磁化方向に向けて、一列に配列されており、２個の磁気抵抗効果素子が、両素子間に出力部を有して直列に接続され、他の２個の磁気抵抗効果素子が、両素子間に出力部を有して直列に接続されており、前記２つの直列回路が並列に接続されて、直列回路の両端が入力部とされており、
前記一列に配置された４個の磁気抵抗効果素子のうち、片側から数えて、１番目と３番目に形成された磁気抵抗効果素子が、互いに直列に接続され、また２番目と４番目に形成された磁気抵抗効果素子が、互いに直列に接続されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子センサ。
【請求項４】
請求項３記載の磁気抵抗効果素子センサが、回転方向にＮ極とＳ極とが交互に形成された回転ドラムに対向して配置されており、前記回転ドラムを回転させることで、前記磁気抵抗効果素子センサに形成された磁気抵抗効果素子間の抵抗変化を計測することを特徴とするエンコーダ。
【請求項５】
前記Ｎ極とＳ極との間隔は、磁気抵抗効果素子センサ上に一列に配置された各磁気抵抗効果素子の間隔の２倍に形成されている請求項４記載のエンコーダ。
【請求項６】
磁気抵抗効果素子の固定磁性層の保磁力は、フリー磁性層の保磁力に比べて大きくなっている請求項１または３に記載の磁気抵抗効果素子センサ。
【請求項７】
前記固定磁性層に接する一方の層には、反強磁性層が形成され、前記反強磁性層は、α―Ｆｅ２Ｏ３で形成されている請求項１、３、６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子センサ。
【請求項８】
前記固定磁性層は、硬磁性材料で形成されている請求項１、３、６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子センサ。
【請求項９】
固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を４個基板上に形成し、このとき、基板の一方の側に第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を並べて配置し、基板の他方の側に第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子を並べて配置する工程と、
前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子、及び第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子を、素子の中間に出力部を有するように直列に接続する工程と、
前記２つの直列回路を並列に接続すると共に、直列回路の両端に入力部を形成する工程と、
第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子の上、及び第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子の上にそれぞれ導線を配置し、２本の導線に流す電流の方向を逆向きとして、第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化と、第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化とを逆向きに固定する工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子センサの製造方法。
【請求項１０】
固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を、基板上に４個一列に形成する工程と、
片側から数えて、１番目と３番目の磁気抵抗効果素子を両素子間に出力部を形成して直列に接続する工程と、
２番目と４番目の磁気抵抗効果素子を両素子間に出力部を形成して直列に接続する工程と、
前記２つの直列回路を並列に接続し、直列回路の両端に入力部を形成する工程と、
前記４個の磁気抵抗効果素子に対して、その配列方向に向く磁場を与えて、全ての磁気抵抗効果素子の固定磁性層を同じ方向に磁化させることを特徴とする磁気抵抗効果素子センサの製造方法。
【請求項１１】
前記４個の磁気抵抗効果素子のそれぞれの上に導線を配置し、前記導線に電流を流すことによって、前記４個の磁気抵抗効果素子の固定磁性層を同じ方向に磁化させる請求項１０記載の磁気抵抗効果素子センサの製造方法。
【請求項１２】
前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層に接する一方の層をα―Ｆｅ２Ｏ３で形成された反強磁性層で形成する請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子センサの製造方法。
【請求項１３】
前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層を、硬磁性材料で形成する請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンコーダやポテンショメータなどの位置センサあるいは速度センサ等に使用される磁気抵抗効果素子センサに係り、特に出力を増大でき、さらに容易に前記磁気抵抗効果素子センサを製造することが可能な磁気抵抗効果素子センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子としては、異方性磁気抵抗効果現象を用いたＡＭＲ（Anisotropic  Magnetoresistance）素子と、伝導電子のスピン依存散乱現象を用いたＧＭＲ（Giant  Magnetoresistance：巨大磁気抵抗効果）素子とがあり、前記ＧＭＲ素子の中でも構造が比較的単純で、且つ抵抗変化率の高いものとしてスピンバルブ素子を挙げることができる。
前記スピンバルブ素子は、最も単純な構造で４層からなり、例えば下から反強磁性層、固定磁性層（ピン磁性層）、非磁性導電層、及びフリー磁性層で形成される。
【０００３】
前記固定磁性層及びフリー磁性層としては、Ｎｉ―Ｆｅ合金膜（パーマロイ）やＣｏが使用され、また非磁性導電層としては、Ｃｕ膜（銅）が一般的に使用されている。反強磁性層としては、従来からＦｅＭｎやＮｉＭｎ合金膜が使用され、前記反強磁性層と固定磁性層との界面での交換結合磁界によって、前記固定磁性層の磁化が一定方向に固定されるようになっている。
フリー磁性層の磁化は、外部磁界の影響を受けて自由に反転するようになっており、前記固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向との変動によって抵抗値が変化し、電圧変化として出力する。
【０００４】
このように外部磁界の影響を受けて抵抗値が変化するスピンバルブ素子を、例えば角度センサのポテンショメータに使用し、その回路図を表したのが図１５である。
図１５に示す符号１及び２は、磁気抵抗効果素子（スピンバルブ素子）を示している。図１５に示すように２つの磁気抵抗効果素子１，２を直列に接続し、前記磁気抵抗効果素子１，２の中間に出力端子４を設ける。磁気抵抗効果素子１，２に示されている矢印５，６は各磁気抵抗効果素子１，２の固定磁性層の磁化方向を示しており、例えば図１５に示すように前記磁気抵抗効果素子１の固定磁性層の磁化５は、図示下方向に、磁気抵抗効果素子２の固定磁性層の磁化６は図示上向きに固定されている。
【０００５】
ポテンショメータの磁石のＮ極とＳ極が図１５に示す位置にあると、磁気抵抗効果素子１，２のフリー磁性層は、前記磁石から発生する磁界９の影響を受けて、前記フリー磁性層の磁化７，８は、磁石からの磁界の方向と同一方向に向く。
【０００６】
磁気抵抗効果素子１，２は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化方向が、同じ向きに向けられているときに最も抵抗値は小さくなり、前記磁化方向が逆向き、すなわち１８０度に近づくにつれて抵抗値が大きくなる。図１５に示す場合では、磁気抵抗効果素子２の方が、磁気抵抗効果素子１よりも抵抗値が大きい状態になり、入力端子３の電位が例えば５Ｖであると、出力端子４からは２．５Ｖ以上の出力を得られる。
ポテンショメータの磁石を回転させると、各磁気抵抗効果素子１，２の抵抗値は変化するが、このときの磁気抵抗効果素子１，２の抵抗値の差により出力を得ることによって、角度センサとして機能する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで前述したように、従来では磁気抵抗効果素子１，２の反強磁性層としてＦｅＭｎやＮｉＭｎ合金膜などが使用されていたが、この反強磁性材料は、磁場中アニール（熱処理）を施さないと、固定磁性層との界面で交換結合磁界が発生せず、従って前記磁気抵抗効果素子１，２を、基板上に成膜した後に、磁場中でアニール処理を施す必要性がある。
【０００８】
ところが、前記磁気抵抗効果素子１，２を、基板上に２個形成し、さらに前記磁気抵抗効果効果素子１，２を一直線上に接続した場合に、磁場中で熱処理を施すと、反強磁性層と固定磁性層との界面で発生する交換結合磁界は、前記磁気抵抗効果素子１，２共に同じ方向に発生し、従って、前記磁気抵抗効果素子１，２の固定磁性層は、共に同じ方向に磁化されてしまい、図１５の回路図のように、前記磁気抵抗効果素子１，２の固定磁性層の磁化５，６を互いに反平行（逆方向）に向けるのは、非常に困難となる。
【０００９】
前記固定磁性層の磁化方向５，６が、共に同じ向きに固定されてしまうと、ポテンショメータの磁石の回転によって変動するフリー磁性層の磁化方向７，８と、前記固定磁性層の磁化方向５，６との角度が、磁気抵抗効果素子１と２で常に同じになってしまい、出力端子４から得られる出力は一定値となり、角度センサとしての機能を果たすことができない。
【００１０】
このように従来では、熱処理を施すことによって、固定磁性層との界面で交換結合磁界を発生させることができるＮｉＭｎ合金などの反強磁性層を使用した場合には、基板上に複数の磁気抵抗効果素子を形成し、同時に前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層を適正な（異なる）方向に磁化することはできない。
さらに、反強磁性層に、ＦｅＭｎやＮｉＭｎ合金などの導電性反強磁性層を使用すると、反強磁性層に検出電流が分流するシャント効果により、抵抗変化率はそれほど高くない。
【００１１】
本発明では上記従来の問題点を解決するためのものであり、反強磁性層の材質、及び磁気抵抗効果素子の形成位置等を適正化することにより、磁気抵抗効果素子センサに４個の磁気抵抗効果素子を形成してもなお製造工程を容易にすることができ、しかも出力を増大させることが可能な磁気抵抗効果素子センサと、これを使用するポテンショメータ並びにエンコーダ、及び磁気抵抗効果センサの製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明における磁気抵抗効果素子センサは、基板上に、固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子が４個設けられ、この４個の磁気抵抗効果素子のうち２個の磁気抵抗効果素子は、その固定磁性層が同一方向に磁化されて、第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子とされ、また残りの２個の磁気抵抗効果素子は、その固定磁性層が、前記第１と第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層と逆向きに磁化されて、第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子とされており、前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子、及び第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子が、磁気抵抗効果素子間に、出力部を有して直列に接続された状態で、前記２つの直列回路が並列に接続されており、各直列回路の両端が入力部とされており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが、固定磁性層の磁化方向を互いに平行に向けて、基板の一方の側に配置され、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第３の磁気抵抗効果素子とが、固定磁性層の磁化方向を互いに平行で、且つ、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と逆方向に向けて、基板の他方の側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明は、前記磁気抵抗効果素子センサは、前記磁気抵抗効果素子センサと磁石とを平行に配置し、前記磁石を、前記磁気抵抗効果素子センサの基板に垂直な軸を中心として回転させることで、前記基板上の磁気抵抗効果素子間の抵抗変化の作動を計測するポテンショメータとして使用することができる。
【００１５】
さらに本発明における磁気抵抗効果素子センサは、基板上に、固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化方向が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子が４個設けられ、４個の磁気抗効果素子は、その固定磁性層がすべて同一方向に磁化され、且つ、各固定磁性層の磁化方向に向けて、一列に配列されており、２個の磁気抵抗効果素子が、両素子間に出力部を有して直列に接続され、他の２個の磁気抵抗効果素子が、両素子間に出力部を有して直列に接続されており、前記２つの直列回路が並列に接続されて、直列回路の両端が入力部とされており、
前記一列に配置された４個の磁気抵抗効果素子のうち、片側から数えて、１番目と３番目に形成された磁気抵抗効果素子が、互いに直列に接続され、また２番目と４番目に形成された磁気抵抗効果素子が、互いに直列に接続されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明は、前記磁気抵抗効果素子センサが、回転方向にＮ極とＳ極とが交互に形成された回転ドラムに対向して配置されており、前記回転ドラムを回転させることで、前記磁気抵抗効果素子センサに形成された磁気抵抗効果素子間の抵抗変化を計測するエンコーダとして使用することができる。
また本発明では、前記Ｎ極とＳ極との間隔は、磁気抵抗効果素子センサ上に一列に配置された各磁気抵抗効果素子の間隔の２倍に形成されていることが好ましい。
【００１８】
ところで本発明では、磁気抵抗効果素子の固定磁性層の保磁力は、フリー磁性層の保磁力に比べて大きくなっている必要性があり、例えば、前記固定磁性層に接する一方の層には、反強磁性層が形成され、前記反強磁性層は、α―Ｆｅ2Ｏ3で形成されていることが好ましい。あるいは、前記固定磁性層は、硬磁性材料で形成されていてもよい。
【００１９】
また本発明は、磁気抵抗効果素子センサの製造方法において、
固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を４個基板上に形成し、このとき、基板の一方の側に第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を並べて配置し、基板の他方の側に第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子を並べて配置する工程と、
前記第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子、及び第３の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子を、素子の中間に出力部を有するように直列に接続する工程と、
前記２つの直列回路を並列に接続すると共に、直列回路の両端に入力部を形成する工程と、
第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子の上、及び第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子の上にそれぞれ導線を配置し、２本の導線に流す電流の方向を逆向きとして、第１の磁気抵抗効果素子と第４の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化と、第２の磁気抵抗効果素子と第３の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化とを逆向きに固定する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００２０】
さらに本発明は、磁気抵抗効果素子センサの製造方法において、
固定磁性層と、外部磁界の影響を受けて磁化が変動するフリー磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を、基板上に４個一列に形成する工程と、
片側から数えて、１番目と３番目の磁気抵抗効果素子を両素子間に出力部を形成して直列に接続する工程と、
２番目と４番目の磁気抵抗効果素子を両素子間に出力部を形成して直列に接続する工程と、
前記２つの直列回路を並列に接続し、直列回路の両端に入力部を形成する工程と、
前記４個の磁気抵抗効果素子に対して、その配列方向に向く磁場を与えて、全ての磁気抵抗効果素子の固定磁性層を同じ方向に磁化させることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明では、前記４個の磁気抵抗効果素子のそれぞれの上に導線を配置し、前記導線に電流を流すことによって、前記４個の磁気抵抗効果素子の固定磁性層を同じ方向に磁化させることが好ましい。
【００２２】
さらに本発明では、前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層に接する一方の層をα―Ｆｅ2Ｏ3で形成された反強磁性層で形成することが好ましく、あるいは、前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層を、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ合金等から成る硬磁性材料で形成してもよい。
【００２３】
磁気抵抗効果素子の反強磁性層として従来から使用されていたＦｅＭｎやＮｉＭｎ合金膜は成膜段階では、固定磁性層との界面で交換結合磁界が発生せず、成膜後磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記固定磁性層との界面で交換結合磁界が発生し、固定磁性層の磁化がある一定方向に固定される。
【００２４】
反強磁性層がＮｉＭｎ合金膜で形成された場合のＲ―Ｈ曲線を示すのが図１４である。なお横軸は外部磁界を示しており、原点よりも左側では前記外部磁界は図示左方向に加わり、原点よりも右側では、前記外部磁界は図示右方向に加わるものとする。
【００２５】
まず図１４に示す段階Ａの部分では、抵抗値Ｒが、ほとんど０となっているが、これは、磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化が共に左方向に磁化されているからである。図示左方向の外部磁界が弱まり、前記外部磁界が図示右方向に加わり始める原点付近で、抵抗値Ｒが上がり出す段階Ｂとなる。段階Ｂでは、左方向に磁化されていたフリー磁性層の磁化が、外部磁界の影響を受けて、フリー磁性層の磁化方向が変動し、固定磁性層の磁化方向との間で角度差が生じることで、抵抗値Ｒが急激に上昇する。
【００２６】
段階Ｃになると、抵抗値Ｒが下がり始めるが、これは、図示左方向に固定されていた固定磁性層の磁化が、図示右方向に働く外部磁界の影響を受けて、徐々に図示右方向に変動し始め、段階Ｃの時点で、完全に図示右方向に磁化されているフリー磁性層との間で、磁化方向の角度差が徐々に小さくなり、抵抗値Ｒが低下し始める。
【００２７】
段階Ｄになると、図示右方向の外部磁界が弱まることにより、図示右方向に磁化されていた固定磁性層の磁化が、反強磁性層との交換結合磁界による磁化方向、すなわち図示左方向に傾き始め、さらに段階Ｂ、段階Ａをたどるヒステリシスループを描く。図１４に示すＥの幅が、固定磁性層の保磁力を表している。
一方、本発明では、磁気抵抗効果素子の反強磁性層として、α―Ｆｅ2Ｏ3（α―フェマタイト）が使用される。反強磁性層がα―Ｆｅ2Ｏ3膜で形成された場合のＲ―Ｈ曲線を示すのが図１３である。なお横軸は外部磁界を示しており、原点よりも左側では前記外部磁界は図示左方向に加わり、原点よりも右側では、前記外部磁界は図示右方向に加わるものとする。
【００２８】
まず図１３に示す段階Ｆでは、磁気抵抗効果素子層の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向が共に図示左方向を向いており、抵抗値Ｒは非常に低い状態となっている。
図示左方向の外部磁界が弱まり始め、外部磁界が図示右方向に移行する原点付近で、フリー磁性層の磁化が、前記外部磁界の影響を受けて変動することにより、抵抗値Ｒが高くなり始め、段階Ｇになる。さらに図示右方向に外部磁界を強めると、図示左方向に磁化されていた固定磁性層の磁化が、前記外部磁界の影響を受けて徐々に、図示右方向に変動し、抵抗値Ｒが低下し始める段階Ｈとなる。
【００２９】
次に図示右方向の外部磁界を弱めていくと、フリー磁性層及び固定磁性層の磁化が図示右方向に磁化されて抵抗値Ｒが低い状態のまま段階Ｉをたどり、外部磁界が図示左方向に加わり始めると、図示右方向に磁化されていたフリー磁性層の磁化が変動し、抵抗値Ｒが再び上昇し段階Ｊとなる。
【００３０】
さらに外部磁界を図示左側に強めていくと、図示右方向に磁化されていた固定磁性層の磁化が、図示左方向に磁化されていくことにより、抵抗値Ｒが低下し、段階Ｋになり、このようにＦ―Ｇ―Ｈ―Ｉ―Ｊ―Ｋをたどるヒステリシスループが形成される。
【００３１】
ここで反強磁性層としてα―Ｆｅ2Ｏ3を用いた場合の固定磁性層の保磁力は、図１３に示すＬの幅であり、反強磁性層をＮｉＭｎ合金膜で形成した場合に比べて固定磁性層の保磁力を大きくできることがわかる。
【００３２】
本発明の好ましい例では、固定磁性層に大きな保磁力を持たせるために、反強磁性層にα―Ｆｅ2Ｏ3を使用し、あるいは前記固定磁性層を硬磁性材料で形成し、保磁力の小さいフリー磁性層との間で保磁力差をつけることによって、磁気抵抗効果素子センサ上に形成される複数個の磁気抵抗効果素子の固定磁性層を個別に異なる方向に磁化していくことが可能となるのである。
【００３３】
本発明では、基板上に４個の磁気抵抗効果素子が形成されており、回路図で示すと図１のような回路となっている。符号１４，１５，１６，１７は各磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向を示している。図１に示すように、直列で接続されている磁気抵抗効果素子１０と１１の固定磁性層、及び磁気抵抗効果素子１２と１３の固定磁性層の磁化方向は、それぞれ反平行（逆向き）に磁化され、また入力端子２０を介して接続された磁気抵抗効果素子１０と１２の固定磁性層の磁化は反平行に磁化された状態となっている。
【００３４】
本発明では図１に示すように各磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化を、それぞれ任意の方向に向ける場合であっても、本発明のように反強磁性層にα―Ｆｅ2Ｏ3を使用すれば、個々の固定磁性層の保磁力を大きくでき、例えばコイルや導線などを使用して、前記各磁気抵抗効果素子の固定磁性層を個別に磁化していくことにより、４個の前記固定磁性層の磁化方向を適正な方向に制御することが可能になる。
【００３５】
また反強磁性層にα―Ｆｅ2Ｏ3を使用した場合、絶縁体であるため、シャント効果がなく、抵抗変化率を大きくすることができる。さらに反強磁性層にα―Ｆｅ2Ｏ3を使用した場合は、ＮｉＭｎ合金膜の場合のようにアニール（熱処理）を必要としないために、製造工程の容易化を実現できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における磁気抵抗効果素子センサの回路図、図２は、本発明における磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図である。
本発明における磁気抵抗効果素子センサは、ポテンショメータやエンコーダなどの角度センサあるいは速度センサなどに使用できる。
【００３７】
図１に示す符号１０，１１，１２及び１３は磁気抵抗効果素子を示しており、磁気抵抗効果素子１０と１１、及び磁気抵抗効果素子１２と１３は直列に接続されている。なお以下では、符号１０の磁気抵抗効果素子を第１の磁気抵抗効果素子、符号１１の磁気抵抗効果素子を第２の磁気抵抗効果素子、符号１２の磁気抵抗効果素子を第３の磁気抵抗効果素子、符号１３の磁気抵抗効果素子を第４の磁気抵抗効果素子と記載する。
【００３８】
図１に示すように、直接に接続された第１と第２の磁気抵抗効果素子１０，１１、及び第３と第４の磁気抵抗効果素子１２，１３の中間点には、出力端子１８，１９が設けられている。さらに、図１に示すように第１と第３の磁気抵抗効果素子１０と１２が接続され、その中間点には、入力端子２０が設けられ、また第２と第４の磁気抵抗効果素子１１と１３が接続され、その中間点にはアース端子２１が設けられている。このようにして第１と第２の磁気抵抗効果素子１０と１１とで構成される直列回路と、第３と第４の磁気抵抗効果素子１２と１３とで構成されている直列回路とが並列に接続されている。このようにして各直列回路の素子間に出力部が、直列回路の両端に出力部が形成されたものとなっている。
【００３９】
図１に示す磁気抵抗効果素子１０，１１，１２，１３上に図示された矢印方向１４，１５，１６，１７は各固定磁性層の磁化方向を示しており、直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子１０の固定磁性層の磁化１４と第２の磁気抵抗効果素子１１の固定磁性層の磁化１５は反平行に磁化され、第４の磁気抵抗効果素子１３の固定磁性層の磁化方向１７は、第１の磁気抵抗効果素子１０の固定磁性層の磁化方向１４と同一方向に磁化されている。また第３の磁気抵抗効果素子１２の固定磁性層の磁化方向１６は、第２の磁気抵抗効果素子１１の固定磁性層の磁化方向１５と同一方向に磁化されており、これにより、直列に接続された磁気抵抗効果素子１２と１３の固定磁性層の磁化方向１６と１７は反平行に磁化された状態となっている。
【００４０】
次に本発明における磁気抵抗効果素子の構造について図２を参照して以下に説明する。
符号２２は、例えばＳｉ（シリコン）上にＡｌ2Ｏ3（アルミナ）膜が形成された基板であり、この基板２２上に反強磁性層２３が形成されている。
本発明では前記反強磁性層２３が、α―Ｆｅ2Ｏ3で形成されていることが好ましい。また反強磁性層２３上には、ＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＣｏ合金、あるいはＣｏ膜などにより固定磁性層２４が形成されている。さらに好ましくは、前記固定磁性層２４を２層構造とし、反強磁性層２３に接する側にＮｉＦｅ合金が形成され、後述する非磁性導電層２５に接する側に、Ｃｏ膜が形成され、その上にＮｉＦｅ合金が形成されると、抵抗変化率をより向上させることが可能になる。
【００４１】
図２に示すように、前記固定磁性層２４の上には、Ｃｕ膜などで形成された非磁性導電層２５が形成されており、さらに前記非磁性導電層２５の上には、ＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＣｏ合金、あるいはＣｏ膜などによりフリー磁性層２６が形成されている。さらに好ましくは、前記フリー磁性層２６を２層構造とし、非磁性導電層２５に接する側に、Ｃｏ膜が形成されると、抵抗変化率をより向上させることが可能になる。なお前記フリー磁性層２６の上に形成されている層２７は、例えばＴａなどで形成された保護層２７である。
【００４２】
なお図２に示すスピンバルブ膜は、下からフリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層の順で積層されていてもよく、あるいは、下から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層の順で積層された、いわゆるデュアル型のスピンバルブ膜であってもよい。デュアル型のスピンバルブ膜で形成することにより、より抵抗変化率を高めることが可能である。
図２に示すように、α―Ｆｅ2Ｏ3で形成された反強磁性層２３と固定磁性層２４とは接して形成されており、前記固定磁性層２４は，反強磁性層２３との交換結合によって、保磁力が増大し、例えば図示右方向に磁化が固定されている。
【００４３】
これに対し、フリー磁性層２６の保磁力は、固定磁性層２４の保磁力に比べて小さく、前記フリー磁性層２６の磁化は外部磁界によって容易に変動するようになっている。
例えば、フリー磁性層２６の磁化が、外部磁界の影響を受けて、図示右方向に向けられると、固定磁性層２４の磁化方向と同一方向を向くことになり、抵抗値は最も小さくなる。逆に、フリー磁性層２６の磁化が、図示左方向に向くと、前記フリー磁性層２６の磁化と、固定磁性層２４の磁化が反平行状態になり、最も抵抗値は大きくなる。
【００４４】
前述したように本発明では、反強磁性層２３にα―Ｆｅ2Ｏ3を使用しており、これによって前記反強磁性層２３に接する固定磁性層２４の保磁力を大きくすることが可能であるが、反強磁性層２３を用いなくても、前記固定磁性層２４を硬磁性材料（永久磁石）で形成することにより、前記固定磁性層２４の保磁力を大きくすることができる。
【００４５】
本発明では、固定磁性層２４とフリー磁性層２６との保磁力差を利用して、前記固定磁性層２４の磁化方向を任意の方向に固定し、図１に示すような本発明における磁気抵抗効果素子センサの回路を形成できるようになっている。
【００４６】
図１に示す回路図上において、各磁気抵抗効果素子１０，１１，１２，１３上に示されている矢印方向は、各素子の固定磁性層２４の固定磁化方向を表しており、例えば、各磁気抵抗効果素子１０，１１，１２，１３におけるフリー磁性層の磁化がすべて図示上方向を向いているとする。入力端子（電圧印加端子）２０の電位を５Ｖに設定すると、出力端子１８からの出力（電位）は最も低く、出力端子１９からの出力は最も高くなる。各磁気抵抗効果素子１０，１１，１２，１３におけるフリー磁性層の磁化がすべて図示右方向を向いているとすると、入力端子２０の電位が５Ｖのとき、出力端子１８と出力端子１９の出力は共に２．５Ｖである。このようにして各磁気抵抗効果素子１０，１１，１２，１３のフリー磁性層の磁化がすべて同じ方向に変動していくと、出力端子１８，１９からは位相のずれた出力波形を得ることができる。
【００４７】
次に本発明における磁気抵抗効果素子センサの具体的な構造について説明する。図３は本発明における第１実施形態の磁気抵抗効果素子センサの構造を示す平面図である。
図３に示すように、基板３０上には、４個の磁気抵抗効果素子３１，３２，３３，３４が形成されている。この４個の磁気抵抗効果素子のうち、どの磁気抵抗効果素子を、第１，第２，第３，第４の磁気抵抗効果素子として設定してもよいが、本発明では特に、磁気抵抗効果素子３１を第１の磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子３２を第２の磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子３３を第３の磁気抵抗効果素子、及び磁気抵抗効果素子３４を第４の磁気抵抗効果素子として設定することが好ましい。
【００４８】
図３に示すように、第１の磁気抵抗効果素子３１と第２の磁気抵抗効果素子３２は、出力端子３７を介して、導体部３５と３６によって直列に接続されている。また、第３の磁気抵抗効果素子３３と第４の磁気抵抗効果素子３４は、導体部４０によって直列に接続されており、前記導体部４０の一端（素子３３と３４の中間）には出力端子３８が形成されている。
【００４９】
さらに第１の磁気抵抗効果素子３１と第３の磁気抵抗効果素子３３は、導体部４１によって接続され、前記導体部４１の一端には、入力端子４２が形成されている。また、第２の磁気抵抗効果素子３２と第４の磁気抵抗効果素子３４は、導体部４３によって接続されており、前記導体部４３の一端には、アース端子４４が形成されている。
【００５０】
以上のように図１の回路図と同様に、第１の磁気抵抗効果素子３１と第２の磁気抵抗効果素子３２、及び第３の磁気抵抗効果素子３３と第４の磁気抵抗効果素子３４は、それぞれ直列に接続されており、また第１の磁気抵抗効果素子３１と第３の磁気抵抗効果素子３３、及び第２の磁気抵抗効果素子３２と第４の磁気抵抗効果素子３４が、それぞれ接続されていることにより、２つの直列回路が並列に接続された状態になっている。このようにして、直列に接続された素子間に出力端子が形成され、さらに各直列回路の両端が入力部（電圧印加部）となっている。
【００５１】
本発明では、図３に示すように直列に接続される第１の磁気抵抗効果素子３１と第２の磁気抵抗効果素子３２、及び第３の磁気抵抗効果素子３３と第４の磁気抵抗効果素子３４は、それぞれ対角線上に形成されている。すなわち、第１と第４の磁気抵抗効果素子３１と３４は、基板３０の右側に列を成して並び、第２と第３の磁気抵抗効果素子３２と３３は、基板３０の左側に列を成して並んでいる。
【００５２】
各磁気抵抗効果素子上に図示されている実線の矢印方向は、固定磁性層の磁化方向を示しており、第１の磁気抵抗効果素子３１と第２の磁気抵抗効果素子３２の固定磁性層、及び第３の磁気抵抗効果素子３３と第４の磁気抵抗効果素子３４の固定磁性層は、それぞれ逆方向（反平行）に磁化された状態となっている。さらに、隣り合う第１の固定磁性層３１と第４の固定磁性層３４の固定磁性層は、共に同じ方向に磁化されており、また第２の固定磁性層３２と第３の固定磁性層３３の固定磁性層は、共に同じ方向に磁化されている。なお図３では、各素子の固定磁性層の固定磁化方向を、図１と同じ符号１４，１５，１６，１７を付して示している。
【００５３】
図４は本発明における第２実施形態の磁気抵抗効果素子センサの構造を示す平面図である。
図４に示すように、基板５０上には、４個の磁気抵抗効果素子５１，５２，５３，５４が形成されており、この４個の磁気抵抗効果素子５１，５２，５３，５４のどれを、第１，第２，第３，第４の磁気抵抗効果素子として設定してもよいが、本発明では、例えば、最も右側に形成されている磁気抵抗効果素子５１を第１の磁気抵抗効果素子、右から数えて３番目に形成されている磁気抵抗効果素子５２を第２の磁気抵抗効果素子、右から数えて２番目に形成されている磁気抵抗効果素子を第３の磁気抵抗効果素子、４番目（最も左側）の磁気抵抗効果素子を第４の磁気抵抗効果素子として設定する。
【００５４】
図４に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５１と第２の磁気抵抗効果素子５２は、導体部５５によって直列に接続され、また前記導体部５５には、出力端子５６が形成されている。さらに第３の磁気抵抗効果素子５３と第４の磁気抵抗効果素子５４は、導体部５７によって直列に接続され、また前記導体部５７には、出力端子５８が形成されている。
【００５５】
さらに図４に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５１と第３の磁気抵抗効果素子５３は、導体部５９によって接続され、前記導体部５９には、入力端子（電圧印加端子）６０が形成されている。また、第２の磁気抵抗効果素子５２と第４の磁気抵抗効果素子５４が導体部６１によって接続され、前記導体部６１にはアース端子６２が形成されている。
【００５６】
以上のように第１の磁気抵抗効果素子５１と第２の磁気抵抗効果素子５２、及び第３の磁気抵抗効果素子５３と第４の磁気抵抗効果素子５４は、それぞれ直列に接続されており、また第１の磁気抵抗効果素子５１と第３の磁気抵抗効果素子５３、及び第２の磁気抵抗効果素子５２と第４の磁気抵抗効果素子５４が、それぞれ接続されていることにより、２つの直列回路が並列に接続された状態になっている。このように直列に接続された素子間に出力部が形成され、また２つの直列回路の両端が入力部（電圧印加部）となっている。
【００５７】
図４に示す磁気抵抗効果素子センサでは、４個の磁気抵抗効果素子が、一直線上に形成されており、さらに前記４個の磁気抵抗効果素子の固定磁性層は、すべて同一方向（図示右方向）に磁化された状態になっている。なお各磁気抵抗効果素子上に示されている矢印は、固定磁性層の固定磁化方向を表しており、図１と同じ符号１４，１５，１６，１７を付している。
【００５８】
図３に示す磁気抵抗効果素子センサは、例えばポテンショメータに、図４に示す磁気抵抗効果素子センサは、例えばエンコーダに使用される。まずポテンショメータについて図５を参照しながら説明する。
図５に示すポテンショメータは、ケース７０の上部に、前記ケース７０を上下貫通するシャフト７１が設けられ、このシャフト７１は回転自在に取付けられている。前記シャフト７１の下端には、円盤状の磁石７２が取付られており、前記磁石７２の下方のケース７０内部に取付基板７３が設けられ、前記取付基板７３の上に、図３に示す磁気抵抗効果素子センサ７４が取付けられている。
【００５９】
図３に示す符号７５は、図５に示す磁石７２から発せられる磁界の方向を表しており、この磁界は基板３０に垂直な軸を中心として、基板３０と平行に回転する。例えば図３に示すように、前記磁界７５が図示上方向に向くと、各磁気抵抗効果素子３１，３２，３３，３４のフリー磁性層の磁化の方向（各磁気抵抗効果素子上に点線で表されている）も、前記磁界７５と同一方向、すなわち図示上方向に磁化された状態になる。
【００６０】
前記磁石７２が、図３に示す磁気抵抗効果素子センサ上で回転すると、その各磁気抵抗効果素子のフリー磁性層の磁化が変動し、このフリー磁性層の変動磁化と固定磁性層の固定磁化との関係で抵抗値が変化する。
【００６１】
図６は、図３に示す出力端子３７，３８から得られる出力の変動を示している。横軸は磁石７２の回転角度を表しており、図６に示すように、例えば出力端子３７から得られる出力波形７６と、他方の出力端子３８から得られる出力波形７７は、位相が１８０度ずれて生じている。
【００６２】
ここで、例えば図５に示す磁気抵抗効果素子センサ７４の各出力端子３７からの出力と、出力端子３８からの出力の差を取る差動回路を設けることにより、あるいは、一方の出力端子から得られる出力の位相を１８０度進めまたは遅らせる位相回路を設け、進みまたは遅れた信号と他方の端子の出力を加算回路で加算することにより、２個の磁気抵抗効果素子から成る従来の磁気抵抗効果素子センサ（図１５参照）によって得られる出力に比べ、２倍の変化率を有する出力を得ることが可能となる。
【００６３】
次に、エンコーダについて図７，８を参照しながら説明する。図７に示す符号８０は回転ドラム状の磁石８０であり、この磁石８０の外側曲面に対向して図７に示す磁気抵抗効果素子センサ８１が、基板表面を磁石８０の外周面に向けて配置される。なお、磁気抵抗効果素子センサ８１は、磁石８０の内周側に配置されてもよい。また、前記磁石８０と磁気抵抗効果素子センサ８１の距離ｔ１は、外部磁界によって、磁気抵抗効果素子センサ８１のフリー磁性層の磁化の向きが変化すれば、いくらでもよい。例えば、前記距離ｔ１は、０．５ｍｍ程度である。図７に示すように、前記回転ドラム状の磁石８０の外側曲面は、一定の間隔をおいてＮ極部とＳ極部が交互に磁化されている。
【００６４】
図８では、磁気抵抗効果素子センサ８１に形成された各磁気抵抗効果素子の固定磁性層の固定磁化と、フリー磁性層の変動磁化との関係が、磁石８０の回転によってどのように変化しているかを、わかりやすく説明するために、磁石８０の着磁面と、前記磁気抵抗効果素子センサ８１とを平面図で展開して図示している。
【００６５】
図８に示すように磁気抵抗効果素子センサ８１上に形成されている各磁気抵抗効果素子５１，５２，５３，５４の間隔は、ｔ２で形成されており、一方、磁石８０の外側曲面では、Ｎ極部とＳ極部の間隔ｔ３は、前記各磁気抵抗効果素子の間隔ｔ２の２倍になっている。
【００６６】
今、図８に示す状態にある場合、磁石８０のＡ線（Ｓ極部）と対向する位置にある磁気抵抗効果素子は、第２の磁気抵抗効果素子５２であり、また磁石８０のＢ線と対向する位置にある磁気抵抗効果素子は、第３の磁気抵抗効果素子５３である。さらに、磁石８０のＣ線（Ｎ極部）と対向する位置にある磁気抵抗効果素子は、第１の磁気抵抗効果素子５１であり、また磁石８０のＥ線と対向する位置にある磁気抵抗効果素子は、第４の磁気抵抗効果素子である。
【００６７】
図８の時点では、Ａ線及びＣ線上と対向する第２の磁気抵抗効果素子５２及び第１の磁気抵抗効果素子５１には、図示右方向あるいは図示左方向の磁界の影響はない。
一方、Ｂ線上では、Ｃ線（Ｎ極部）側からＡ線（Ｓ極部）側に磁界が発生しており、このため前記Ｂ線上に対向する位置に形成された第３の磁気抵抗効果素子５３のフリー磁性層は、図示左方向（磁気抵抗効果素子上に点線で示されている）に向く。さらに、Ｅ線上では、Ａ線（Ｓ極部）方向に磁界が発生しており、このため前記Ｅ線上に対向する位置に形成された第４の磁気抵抗効果素子５４のフリー磁性層は、図示右方向（磁気抵抗効果素子上に点線で示されている）に磁化が向く。
【００６８】
第３の磁気抵抗効果素子５３の固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変動磁化との関係は、１８０度になっており、高い抵抗値を示し、一方、第４の磁気抵抗効果素子５４の固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変動磁化との関係は０度になっており、低い抵抗値を示す。
【００６９】
端子６０と端子６２の間に一定の電圧を与えて、図８に示す磁石８０を例えば図示右方向に回転させると、各磁気抵抗効果素子の抵抗値は変化し、出力端子５６（図８参照）からは、図９に示す矩形状の出力波形が得られる。また出力端子５８（図８参照）からは、図９に示す出力波形に対し位相がずれた図１０に示す矩形状の出力波形が得られる。図９と図１０では、Ｔ８の時点が図８の状態のときの出力である。
【００７０】
この両出力により、磁石８０の回転周速度及び回転数を検出することができる。また図９に対する図１０の波形の位相のずれ方向が右方向であるか、左方向であるかにより、磁石８０の回転方向を知ることができる。
【００７１】
次に本発明における磁気抵抗効果素子センサの製造方法について説明する。まず、図３に示す磁気抵抗効果素子センサの製造方法について図１１を参照しながら説明する。
図１１に示すように、治具８５上に基板３０を設置し、前記基板３０上に、図２に示す膜構成から成る磁気抵抗効果素子３１，３２，３３，３４をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する。次に、前記磁気抵抗効果素子３１（第１の磁気抵抗効果素子）と３２（第２の磁気抵抗効果素子）を直列に接続し、同様に磁気抵抗効果素子３３（第３の磁気抵抗効果素子）と３４（第４の磁気抵抗効果素子）を直列に接続する。なおこのとき、直列に接続された磁気抵抗効果素子３１と３２の間に出力端子３７を設け、磁気抵抗効果素子３３と３４との間に、出力端子３８を設けておく。さらに、磁気抵抗効果素子３１と３３を、入力端子４２を介して接続し、また、磁気抵抗効果素子３２と３４をアース端子４４を介して接続する。
【００７２】
本発明においては、直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子３１と第２の磁気抵抗効果素子３２の固定磁性層が互いに反平行に磁化され、しかも、第１の磁気抵抗効果素子３１の固定磁性層の磁化と、第４の磁気抵抗効果素子３４の固定磁性層の磁化とが同一方向に、及び第２の磁気抵抗効果素子３２の固定磁性層の磁化と第３の磁気抵抗効果素子の３３の固定磁性層の磁化とが同一方向に磁化されていなければならない。
【００７３】
上述した磁化制御を行うために本発明では、図１１に示すように、直流電源８７から導線８８を各磁気抵抗効果素子上に配置する。ここで第１の磁気抵抗効果素子３１と第４の磁気抵抗効果素子３４上には、同一方向から電流が流れるようにし、且つ、第２の磁気抵抗効果素子３２と第３の磁気抵抗効果素子３３上には、第１の磁気抵抗効果素子３１と第４の磁気抵抗効果素子３４上に流れる電流方向と逆方向から電流が流れるように、導線８８を配置する必要性がある。
【００７４】
前記導線８８に電流を流すと、右ネジの法則により磁界が発生する。本発明では、磁気抵抗効果素子の反強磁性層をα―Ｆｅ2Ｏ3で形成しており、前記反強磁性層と固定磁性層との間で発生する交換結合が、前記磁界方向に作用し、これによって前記固定磁性層の保磁力を増幅させて前記固定磁性層の磁化をある一定方向に固定することが可能である。
【００７５】
前述したように、第１の磁気抵抗効果素子３１及び第４の磁気抵抗効果素子３４上に配置された導線８８からは、同一方向から電流が流れるので、前記第１の磁気抵抗効果素子３１及び第４の磁気抵抗効果素子３４の固定磁性層の磁化は共に同一方向に磁化される。また、第２の磁気抵抗効果素子３２及び第３の磁気抵抗効果素子３３の固定磁性層の磁化は共に同じ方向に磁化され、且つ第１の磁気抵抗効果素子３１と第４の磁気抵抗効果素子３４の固定磁性層の磁化と反平行に磁化される。
【００７６】
次に図４に示す磁気抵抗効果素子センサの製造方法について図１２を参照しながら説明する。
まず図１１の場合と同様に、治具８５上に基板５０を設置し、前記基板５０上に、４個の磁気抵抗効果素子を、スパッタ法や蒸着法などによって一直線上に成膜する。図１２に示す一番右側に形成された磁気抵抗効果素子５１を第１の磁気抵抗効果素子と、右から３番目に形成された磁気抵抗効果素子５２を第２の磁気抵抗効果素子と設定し、前記磁気抵抗効果素子５１と５２を、出力端子５６を介して直列に接続する。
【００７７】
また、図１２に示す右から２番目に形成された磁気抵抗効果素子５３を第３の磁気抵抗効果素子と、右から４番目に形成された磁気抵抗効果素子５４を第４の磁気抵抗効果素子と設定し、前記磁気抵抗効果素子５３と５４を出力端子５８を介して直列に接続する。さらに図１２に示すように、第１の磁気抵抗効果素子５１と第３の磁気抵抗効果素子５３を入力端子６０を介して接続し、また第２の磁気抵抗効果素子５２と第４の磁気抵抗効果素子５４をアース端子６２を介して接続する。
【００７８】
図１２に示すように、磁気抵抗効果素子センサの両側に、ヘルムホルツコイル９０，９１を設置し、前記ヘルムホルツコイル９０，９１に電流を流して例えば図示右方向に磁界を発生させる。これにより、各磁気抵抗効果素子５１，５２，５３，５４の固定磁性層は、すべて図示右方向に磁化された状態になる。
あるいは、前記各磁気抵抗効果素子５１，５２，５３，５４上に、一直線上に導線を配置し、前記導線に電流を流すことによって、各磁気抵抗効果素子５１，５２，５３，５４の固定磁性層をすべて同じ方向に磁化してもよい。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、スピンバルブ膜で形成された磁気抵抗効果素子を用いたセンサに係わり、特に固定磁性層の保磁力を増大させ、前記固定磁性層とフリー磁性層の保磁力差を利用することにより、基板上に４個の磁気抵抗効果素子を成膜した場合であっても、各磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化をそれぞれ任意の方向に制御することが容易にでき、出力の増大を図ることが可能である。
【００８０】
特に本発明では、前記固定磁性層の保磁力を増大させるために、反強磁性層にα―Ｆｅ2Ｏ3を使用しており、あるいは前記固定磁性層を硬磁性材料で形成している。また反強磁性層にα―Ｆｅ2Ｏ3を使用した場合にあっては、反強磁性層にＮｉＭｎ合金などの反強磁性材料を使用した場合のように熱処理を必要としないため、製造工程を容易化でき、さらに抵抗変化率を大きくすることが可能である。
【００８１】
特に製造方法では、４個の磁気抵抗効果素子を基板上に成膜した後、各磁気抵抗効果素子上に導線、あるいはコイルなどによって、各磁気抵抗効果素子の固定磁性層を任意の方向に容易に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における磁気抵抗効果素子センサの回路図、
【図２】磁気抵抗効果素子センサに使用される磁気抵抗効果素子（スピンバルブ膜）の膜構造を示す断面図、
【図３】本発明における磁気抵抗効果素子センサの具体的な第１の実施形態の構造を示す平面図、
【図４】本発明における磁気抵抗効果素子センサの具体的な第２の実施形態の構造を示す平面図、
【図５】本発明における磁気抵抗効果素子センサを装備したポテンショメータの部分構成図
【図６】ポテンショメータに装備された磁気抵抗効果素子センサから出力される出力波形図、
【図７】本発明における磁気抵抗効果素子センサを装備したエンコーダの部分構成図、
【図８】エンコーダに装備された磁気抵抗効果素子センサの固定磁性層の磁化とフリー磁性層の磁化との関係を表す説明図、
【図９】エンコーダに装備された磁気抵抗効果素子センサの一方の出力端子から出力される出力波形図、
【図１０】エンコーダに装備された磁気抵抗効果素子センサの他方の出力端子から出力される出力波形図、
【図１１】図３に示す磁気抵抗効果素子センサの製造の一工程を示す平面図、
【図１２】図４に示す磁気抵抗効果素子センサの製造の一工程を示す平面図、
【図１３】磁気抵抗効果素子の反強磁性層としてα―Ｆｅ2Ｏ3を使用した場合における前記磁気抵抗効果素子のヒステリシスループ、
【図１４】磁気抵抗効果素子の反強磁性層としてＮｉＭｎ合金を使用した場合における前記磁気抵抗効果素子のヒステリシスループ、
【図１５】２個の磁気抵抗効果素子を使用した従来の磁気抵抗効果素子センサの回路図、
【符号の説明】
１０、３１、５１  第１の磁気抵抗効果素子
１１、３２、５２  第２の磁気抵抗効果素子
１２、３３、５３  第３の磁気抵抗効果素子
１３、３４、５４  第４の磁気抵抗効果素子
１８、１９、３７、３８、５６、５８  出力端子
２０、４２、６０  入力端子、
２３  反強磁性層
２４  固定磁性層
２５  非磁性導電層
２６  フリー磁性層
７２、８０  磁石
８７  直流電源
８８  導線
９０、９１  ヘルムホルツコイル
【図１】
0003964055.tif 000002
【図２】
0003964055.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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