JP2003202365A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気抵抗効果素子に付与するバイアス磁界を
発生するための、省スペース且つ低消費電力のコイルを
備えた磁気センサを提供すること。 【解決手段】 磁気センサは、薄膜状の磁気トンネル効
果素子（磁気抵抗効果素子）１１を備えている。コイル
２１は、磁気トンネル効果素子１１の下方であってその
素子の薄膜面に平行な面内に配置されるとともに、渦巻
状の第１導線部２１−１と渦巻状の第２導線部２１−２
とからなる、ダブルスパイラル型のコイルである。磁気
トンネル効果素子１１は、平面視で第１導線部２１−１
の渦中心Ｐ１と第２導線部２１−２の渦中心Ｐ２との間
に配置される。第１，第２導線部２１−１，２１−２
は、平面視で磁気トンネル効果素子１１と重なる第１導
線部２１−１の部分と、同じく平面視で磁気トンネル効
果素子１１と重なる第２導線部２１−２の部分とに、同
一方向の電流が流れるように接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
と、前記磁気抵抗効果素子に付与する磁界を発生するた
めのコイルとを備えた磁気センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭ
Ｒ素子）、或いは磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）
等の磁気抵抗効果素子を磁界検出素子として採用した磁
気センサが知られている。このような磁気センサは、図
３３に示したように、磁気抵抗効果素子１００にバイア
ス磁界を付与するためのコイル１１０を備えることがあ
る。この場合、コイル１１０は渦巻状に形成され、磁気
抵抗効果素子１００は同コイル１１０の渦巻の周部上方
に形成される。そして、磁気抵抗効果素子１００に対す
るバイアス磁界は、同磁気抵抗効果素子１００の直下に
位置するコイル１１０の各導線に流れる電流により発生
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によれば、コイル１１０のうち前記バイアス磁
界の形成に直接的に寄与しない部分が多く、同コイル１
１０の占有面積が大きくなるため、同コイル１１０が磁
気センサの小型化の障害となるという問題がある。ま
た、コイル１１０の全長が長くなり、その抵抗が大きく
なるので、バイアス磁界を発生するための電力消費量が
大きくなり、或いは、電源電圧によっては必要な電流が
確保できないことに起因して、所望のバイアス磁界を形
成し難いという問題もある。

【０００４】

【本発明の概要】本発明の一つは、上記課題に対処する
ためになされたものであって、その特徴は、薄膜状の磁
気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の膜平面と平
行な面内に形成され同磁気抵抗効果素子に付与する磁界
を発生するコイルとを備えた磁気センサにおいて、前記
コイルは、平面視で渦巻を形成する第１の導線と、平面
視で渦巻を形成する第２の導線とからなり、前記磁気抵
抗効果素子は、平面視で前記第１の導線の渦中心と前記
第２の導線の渦中心との間に配置され、前記磁気抵抗効
果素子と平面視で重なる部分に位置する前記第１の導線
の部分、及び同磁気抵抗効果素子と平面視で重なる部分
に位置する前記第２の導線の部分に、略同一方向の電流
が流れるように前記第１の導線と前記第２の導線が接続
されたことにある。上記磁気抵抗効果素子には、巨大磁
気抵抗効果素子、及び磁気トンネル効果素子等が含まれ
る。

【０００５】これによれば、磁気抵抗効果素子は、平面
視で渦巻状の第１の導線の渦中心と平面視で渦巻状の第
２の導線の渦中心との間に配置され、且つ、前記磁気抵
抗効果素子と平面視で重なる部分に位置する前記第１の
導線の部分、及び同磁気抵抗効果素子と平面視で重なる
部分に位置する前記第２の導線の部分に、略同一方向の
電流が流れる。この結果、コイルを形成する導線の多く
の部分を磁気抵抗効果素子に付与する磁界の発生のため
に使用することができるので、コイルの占有面積を小さ
くすることができる。

【０００６】この場合、前記磁気抵抗効果素子と平面視
で重なる部分に位置する前記第１の導線の部分、及び同
磁気抵抗効果素子と平面視で重なる部分に位置する前記
第２の導線の部分は、互いに平行な直線状に形成される
ことが好適である。

【０００７】これにより、磁気抵抗効果素子の直下を通
過する（平面視で磁気抵抗効果素子に重なる部分に位置
する）導線の各々に平行な電流が流れるので、各導線内
を流れる電流により発生せしめられる各磁界が互いに相
殺しない。従って、磁気抵抗効果素子に付与する磁界を
効率的に（電力を無駄に消費することなく）発生するこ
とができる。

【０００８】また、前記磁気抵抗効果素子と平面視で重
なる部分に位置する前記第１及び前記第２の導線の各幅
は互いに等しく、且つ、他の部分に位置する同第１及び
同第２の導線の各幅と異なるように形成されることが好
適である。

【０００９】これによれば、磁気抵抗効果素子の直下を
通過する導線の各々に、所定の大きさの磁界を発生させ
るために必要な大きさの電流を流しながら、コイル全体
の抵抗値を低下させ得るので、消費電力を低下させるこ
とが可能となる。

【００１０】このような磁気センサにあっては、前記コ
イルを、前記磁気抵抗効果素子が正常に機能するか否か
を確認するための磁界を発生するコイルとして用いるこ
とができる。また、前記磁気抵抗効果素子がフリー層と
ピン層とを含む磁気抵抗効果素子（例えば、巨大磁気抵
抗効果素子）である場合には、前記コイルは、前記フリ
ー層の磁化の向きを初期化する磁界を発生するコイルと
して採用され得る。更に、前記磁気抵抗効果素子が磁気
トンネル効果素子である場合には、前記コイルは、前記
磁気トンネル効果素子が同素子に加わる磁界を検出する
ためのバイアス磁界を発生するコイルとしても採用され
得る。

【００１１】本発明の他の特徴を備えた磁気センサは、
基板と、前記基板上に形成され、第１の方向内の第１の
向きの磁界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示
すとともに同第１の方向内の同第１の向きと反対の向き
の磁界の大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す第
１磁気検出部と、前記基板上に形成され、前記第１の方
向と交差する（例えば、直交する）第２の方向内の第２
の向きの磁界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を
示すとともに同第２の方向内の同第２の向きと反対の向
きの磁界の大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す
第２磁気検出部と、前記第１磁気検出部に近接配置され
るか、又は前記基板内であって前記第１磁気検出部の下
方に埋設されるとともに、流される電流に応じて前記第
１の方向内で大きさ及び向きが変化する磁界を発生し同
発生した磁界を同第１磁気検出部に加えるための第１の
検査用コイルと、前記第２磁気検出部に近接配置される
か、又は前記基板内であって前記第２磁気検出部の下方
に埋設されるとともに流される電流に応じて前記第２の
方向内で大きさ及び向きが変化する磁界を発生し同発生
した磁界を同第２磁気検出部に加えるための第２の検査
用コイルと、電流供給源と、前記電流供給源に対して前
記第１の検査用コイルと前記第２の検査用コイルとを直
列に接続する接続導線と、前記電流供給源、前記第１の
検査用コイル、前記第２の検査用コイル、及び前記接続
導線からなる閉回路中に介装され、同第１の検査用コイ
ルと同第２の検査用コイルの状態を、同電流供給源から
の電流が流れる通電状態及び同電流が遮断された非通電
状態の何れかに切り換える通電制御回路と、を備えてな
る。

【００１２】この磁気センサは、少なくとも二つの磁気
検出部を基板上に備えている。かかる磁気検出部は、磁
気抵抗効果素子そのものでもよく、複数の磁気抵抗効果
素子を例えばブリッヂ回路状に接続してなるものでもよ
い。この磁気検出部のうちの一つである第１磁気検出部
は、第１の方向内の第１の向きの磁界の大きさが大きく
なるほど大きい物理量を示すとともに同第１の方向内の
同第１の向きと反対の向きの磁界の大きさが大きくなる
ほど小さい物理量を示す。他の一つである第２磁気検出
部は、前記第１の方向と交差する第２の方向内の第２の
向きの磁界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示
すとともに同第２の方向内の同第２の向きと反対の向き
の磁界の大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す。
物理量は、例えば、抵抗値であってもよく、電圧値であ
ってもよい。

【００１３】更に、この磁気センサは、第１方向内で大
きさ及び向きが変化する磁界を発生し同発生した磁界を
第１磁気検出部に加える第１の検査用コイル、第２方向
内で大きさ及び向きが変化する磁界を発生し同発生した
磁界を第２磁気検出部に加える第２の検査用コイル、電
流供給源、接続導線、及び通電制御回路を備え、第１の
検査用コイルと第２の検査用コイルは接続導線により電
流供給源に対して直列に接続されるとともに、同第１の
検査用コイルと同第２の検査用コイルの状態は、通電制
御回路によって、通電状態及び非通電状態の何れかの状
態となるように制御される。なお、この場合、第１の検
査用コイル及び第２の検査用コイルは、上記渦巻き状の
第１，第２の導線を接続して形成されていてもよく、図
３３に示したような形状であってもよい。

【００１４】これによれば、第１の検査用コイル及び第
２の検査用コイルは電流供給源に対して直列接続されて
いるから、これらのコイルに流れる電流の大きさは常に
同一となるので、第１の検査用コイルが第１磁気検出部
に加える磁界の大きさと第２の検査用コイルが第２検出
部に加える磁界の大きさの比を、予定した値（例えば
「１」）に容易にすることが可能となる。この結果、第
１検出部が示す物理量と第２検出部の示す物理量との比
が予定した値（例えば、略「１」）であるか否かを判定
することが可能となる。

【００１５】この点について、具体例をもって説明する
と、第１磁気検出部は第１の向きの所定の大きさの磁界
が加わるとき第１の大きさの物理量を示すものとし、第
２磁気検出部は第２の向きの同所定の大きさと同じ大き
さの磁界が加わるとき第１の大きさと同じ大きさの物理
量を示すように構成されているとする。また、第１の検
査用コイルは、（ある向きの）所定の大きさの電流が流
されるとき、第１磁気検出部に対して第１の向きであっ
て所定の大きさＨｂの磁界を加えるように形状及び巻き
数等が構成されるとともに、第２の検査用コイルは、前
記所定の大きさと同一の大きさの電流が所定の向きに流
されるとき、第２磁気検出部に対して第２の向きであっ
て前記所定の大きさＨｂと同一の大きさの磁界を加える
ように形状及び巻き数等が構成されているとする。

【００１６】この場合、前記構成によれば、第１の検査
用コイルと第２の検査用コイルは電源供給源に対して直
列に接続されているから、通電制御回路の特性（例え
ば、同通電制御回路が前記通電状態及び前記非通電状態
の間で状態を切り換えるスイッチングトランジスタを備
えている場合には、同スイッチングトランジスタの抵抗
値）によらず、同第１の検査用コイルと同第２の検査用
コイルには同一の大きさの電流が流れる。従って、第１
の検査用コイルと第２の検査用コイルは前記各対応する
向きに同一の大きさＨｂの磁界を各対応する磁気検出部
に加えることになる。

【００１７】これにより、第１，第２磁気検出部は同一
の大きさの物理量を示すことが期待される（即ち、上記
比が「１」であることが期待される）から、同第１，第
２磁気検出部の示す物理量の差が所定値よりも大きけれ
ば、同第１，第２磁気検出部のバランス（均衡）が崩れ
ているものと判定することが可能となる。

【００１８】つまり、上記本発明の特徴とは異なり、第
１の検査用コイルに対する電流供給源及び通電制御回路
と、第２の検査用コイルに対する電流供給源及び通電制
御回路とが、互いに独立して形成されている場合、二つ
の電流供給回路、及び二つの通電制御回路の特性ばらつ
きにより、同一の大きさの電流を同第１の検査用コイル
と同第２の検査用コイルに流すことが困難であるから、
同第１の検査用コイルの発生する磁界の大きさと同第２
の検査用コイルが発生する磁界の大きさとが同一となら
ない場合があり、従って、第１磁気検出部の示す物理量
と第２磁気検出部の示す物理量とが異なっていても、両
検出部のバランスが崩れているとは必ずしも判断できな
い。

【００１９】これに対し、上記本発明の特徴によれば、
第１の検査用コイルと第２の検査用コイルが直列に接続
され、電流供給源、及び通電制御回路を共通に使用する
から、これらのコイルに流れる電流の大きさとが異なる
という事態が生じないので、第１磁気検出部と第２磁気
検出部の特性の不均衡を確実に判定することが可能とな
る。また、第１の検査用コイル及び第２の検査用コイル
は、第１磁気検出部及び第２磁気検出部と別体として構
成されてもよく、第１磁気検出部及び第２磁気検出部と
同一基板内に形成されてもよい。特に、第１の検査用コ
イル及び第２の検査用コイルが第１磁気検出部及び第２
磁気検出部と同一基板内に形成された場合には、検査部
を有する小型且つ安価な単一のチップからなる磁気セン
サが提供され得る。

【００２０】また、このような磁気センサにあっては、
外部からの指示信号に応じて前記第１磁気検出部及び前
記第２磁気検出部の何れか一方を選択するとともに同選
択された磁気検出部が示す物理量を検出する検出回路
と、前記指示信号を発生する制御回路と、を備えるとと
もに、前記第１磁気検出部は、前記第１の方向内の第１
の向きに所定の大きさの磁界が加わったときに第１の大
きさの前記物理量を示すとともに、前記第１の方向内の
第１の向きと反対の向きに前記所定の大きさの磁界が加
わったときに前記第１の大きさと異なる第２の大きさの
前記物理量を示すように形成され、前記第２磁気検出部
は、前記第２の方向内の第２の向きに前記所定の大きさ
の磁界が加わったときに前記第１の大きさの前記物理量
を示すとともに、前記第２の方向内の第２の向きと反対
の向きに前記所定の大きさの磁界が加わったときに前記
第２の大きさの前記物理量を示すように形成され、前記
第１の検査用コイル及び前記第２の検査用コイルは、同
第１の検査用コイルに所定の向きで所定の大きさの電流
が流されたとき、同第１の検査用コイルが前記第１磁気
検出部に前記第１の向きで所定の大きさの磁界を加える
とともに、同第２の検査用コイルが前記第２磁気検出部
に前記第２の向きと反対の向きで同所定の大きさの磁界
を加え、同第１の検査用コイルに同所定の向きと反対の
向きで同所定の大きさの電流が流されたとき、同第１の
検査用コイルが同第１磁気検出部に同第１の向きとは反
対の向きで同所定の大きさの磁界を加えるとともに、同
第２の検査用コイルが同第２磁気検出部に同第２の向き
で同所定の大きさの磁界を加えるように構成されてなる
ことが好適である。

【００２１】これによれば、第１の検査用コイルに所定
の向きで所定の大きさの電流がながされたとき、第１磁
気検出部には前記第１の方向内の第１の向きに所定の大
きさの磁界が加わるので、検出回路が外部からの指示信
号に応じて第１磁気検出部を選択し同第１磁気検出部の
示す物理量を検出すると、その検出結果は、同検出回路
の選択機能が正常である限り、第１の大きさ（第１の大
きさと実質的に同じ大きさ）の物理量となるはずであ
る。

【００２２】同様に、第１の検査用コイルに所定の向き
で所定の大きさの電流がながされたとき、第２磁気検出
部には前記第２の向きと反対の向きに前記所定の大きさ
の磁界が加わるので、検出回路が外部からの指示信号に
応じて第２磁気検出部を選択し同第２磁気検出部の示す
物理量を検出すると、その検出結果は、同検出回路の選
択機能が正常である限り、第１の大きさとは異なる第２
の大きさ（第２の大きさと実質的に同じ大きさ）の物理
量となるはずである。

【００２３】これに対し、検出回路の選択機能が正常で
なく、外部からの指示信号が第１の磁気検出部を選択す
ることを指示しているにも拘らず、検出回路が第２の磁
気検出部を選択している場合、第１の検査用コイルに前
記所定の向きで前記所定の大きさの電流がながされたと
き、第２の検査用コイルにより第２磁気検出部に前記第
２の向きと反対の向きに前記所定の大きさの磁界が加わ
っているので、検出回路の検出結果は、予測される第１
の大きさとは異なる第２の大きさ（第２の大きさと実質
的に同じ大きさ）の物理量となる。

【００２４】同様に、検出回路の選択機能が正常でな
く、外部からの指示信号が第２の磁気検出部を選択する
ことを指示しているにも拘らず、検出回路が第１の磁気
検出部を選択している場合、第１の検査用コイルに前記
所定の向きで前記所定の大きさの電流がながされたと
き、第１の検査用コイルにより第１磁気検出部に前記第
１の向きに前記所定の大きさの磁界が加わっているの
で、検出回路の検出結果は、予測される第２の大きさと
は異なる第１の大きさ（第１の大きさと実質的に同じ大
きさ）の物理量となる。

【００２５】即ち、上記構成の磁気センサにおいては、
検出回路の選択機能が異常であれば、第１の検査用コイ
ルに所定の向きで所定の大きさの電流を流しているとき
に指示信号に応じて第１磁気検出部の物理量を選択して
検出した結果、その検出量は第１の大きさであると予想
されるところ第２の大きさとなり、又は、第１の検査用
コイルに所定の向きで所定の大きさの電流を流している
ときに指示信号に応じて第２磁気検出部の物理量を選択
して検出した結果、その検出量は第２の大きさであると
予想されるところ第１の大きさとなるので、このような
指示信号と検出結果との組合せに基くことにより、磁気
センサ（検出回路の選択機能）が異常であるか否かを判
定することが可能となる。

【００２６】なお、制御回路が第１の検査用コイルに所
定の向きと反対の向きで前記所定の大きさの電流を流し
ている場合も同様であり、検出回路の選択機能が異常で
あれば、指示信号に応じて第１磁気検出部の物理量を検
出したとき、その検出量は第２の大きさであると予想さ
れるところ第１の大きさとなり、又は、指示信号に応じ
て第２磁気検出部の物理量を検出したとき、その検出量
は第１の大きさであると予想されるところ第２の大きさ
となるので、このような指示信号と検出結果との組合せ
に基くことによって、磁気センサ（検出回路の選択機
能）が異常であるか否かを判定することが可能となる。

【００２７】従って、上記構成を有する磁気センサによ
れば、外部からの指示信号に応じて予定される検出値と
実際の検出値とが異なるとき、検出回路（磁気センサ）
が異常であると判定することが可能となる。なお、かか
る構成を有していれば、上述したように、種々の異常判
定が容易に行われ得るので、上述した第１磁気検出部と
第２磁気検出部との間のバランス（均衡）が崩れている
か否かの判定を行うか否かは任意である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による磁気センサの
各実施形態について図面を参照しながら説明する。概略
平面図である図１に示した第１実施形態に係る磁気セン
サ１０は、例えばＳｉＯ₂／Ｓｉ、ガラス又は石英から
なり、互いに直交するＸ軸、及びＹ軸に沿った辺を有す
る略正方形で、同Ｘ軸及び同Ｙ軸に直交するＺ軸の方向
に厚みを有する基板１０ａと、２個の薄膜状の磁気トン
ネル効果素子（群）１１，１２と、磁気トンネル効果素
子１１，１２に外部磁界検出（測定）用のバイアス磁界
をそれぞれ付与するため、同磁気トンネル効果素子
（群）１１，１２の各々の下方（基板１０ａ側、即ちＺ
軸負方向側）であって前記薄膜の膜平面と平行な面（即
ち、Ｘ−Ｙ平面）内に形成されたバイアス磁界用コイル
２１，２２とを備えている。

【００２９】磁気トンネル効果素子（群）１１，１２、
及びバイアス磁界用コイル２１，２２は、基板１０ａに
対して配設された位置、及び向きを除き、互いに同一構
造を有している。従って、以下においては、図２〜図５
を参照して、磁気トンネル効果素子（群）１１、及びバ
イアス磁界用コイル２１を代表例として説明する。

【００３０】図２は、磁気トンネル効果素子（群）１１
とバイアス磁界用コイル２１の形状及び相対位置を示し
た部分拡大平面図である。この図においては、磁気トン
ネル効果素子１１の後述する上部電極、層間絶縁層等は
省略されている。また、図３、及び図４は、図２の１−
１線に沿った平面、及び２−２線に沿った平面で磁気ト
ンネル効果素子１１及びバイアス磁界用コイル２１をそ
れぞれ切断した断面図である。

【００３１】磁気トンネル効果素子１１は、前記基板１
０ａの上に形成された第１絶縁層１０ｂと、同第１絶縁
層１０ｂの上に形成された第２絶縁層１０ｃとを備えて
いる。第１絶縁層１０ｂにはバイアス磁界用コイル２１
の両端部にそれぞれ接続されたＡｌ（アルミニウム）か
らなる引き出し線２１ａ，２１ｂが埋設され、第２絶縁
層１０ｃにはＡｌからなるバイアス磁界用コイル２１が
埋設されている。

【００３２】第２絶縁層１０ｃの上には、平面形状がＸ
軸及びＹ軸に沿った辺を有する長方形でＺ軸方向に厚み
を有する下部電極１１ａが形成されている。下部電極１
１ａは、導電性非磁性金属材料であるＴａ（Ｃｒ，Ｔｉ
でも良い。）により膜厚３０ｎｍ程度に形成されてい
る。下部電極１１ａの上には、同下部電極１１ａと同一
平面形状を有し、膜厚１５ｎｍ程度のＰｔＭｎからなる
反強磁性膜１１ｂが形成されている。

【００３３】反強磁性膜１１ｂの上には、図４に示した
ように、膜厚２０ｎｍ程度のＮｉＦｅからなる一対の強
磁性膜１１ｃ，１１ｃがＸ軸方向において間隔を隔てて
積層されている。この強磁性膜１１ｃ，１１ｃの各々
は、平面形状がＸ軸、及びＹ軸にそれぞれ沿った短辺、
及び長辺を有する長方形で、Ｚ軸方向に厚みを有する薄
膜であって、各長辺が互いに平行に対向するように配置
されている。強磁性膜１１ｃ，１１ｃは、反強磁性膜１
１ｂにより磁化の向きが短辺方向（Ｘ軸正方向）に弱く
固定（ピン）されたピンド層を構成している。即ち、強
磁性膜１１ｃ，１１ｃと、反強磁性膜１１ｂは、一般に
は固着層と呼ばれる層を形成し、本実施形態においては
センス層とも称呼される。

【００３４】各強磁性膜１１ｃの上には、同強磁性膜１
１ｃと同一平面形状を有する絶縁層１１ｄがそれぞれ形
成されている。この絶縁層１１ｄは、絶縁材料であるＡ
ｌ₂Ｏ₃（Ａｌ−Ｏ）からなり、その膜厚は１ｎｍ程度と
なるように形成されている。

【００３５】各絶縁層１１ｄの上には、同絶縁層１１ｄ
と同一平面形状を有し、膜厚８０ｎｍ程度のＮｉＦｅか
らなる強磁性膜１１ｅがそれぞれ形成されている。この
強磁性膜１１ｅは、その磁化の向きが外部磁界の向きに
応じて変化するフリー層（自由磁化層）を構成してい
て、前記強磁性膜１１ｃからなるピンド層と前記絶縁層
１１ｄとともに磁気トンネル接合構造を形成している。
即ち、反強磁性膜１１ｂ、強磁性膜１１ｃ、絶縁層１１
ｄ、及び強磁性膜１１ｅにより、一つの磁気トンネル効
果素子（電極等を除く）が構成される。なお、本実施形
態において、強磁性膜１１ｅは参照層とも称呼される。

【００３６】各強磁性膜１１ｅの上には、同各強磁性膜
１１ｅと同一平面形状のダミー膜１１ｆがそれぞれ形成
されている。このダミー膜１１ｆは、膜厚４０ｎｍ程度
のＴａ膜からなる導電性非磁性金属材料により構成され
ている。

【００３７】第２絶縁層１０ｃ、下部電極１１ａ、反強
磁性膜１１ｂ、強磁性膜１１ｃ、絶縁層１１ｄ、強磁性
膜１１ｅ、及びダミー膜１１ｆを覆う領域には、層間絶
縁層１０ｄが設けられている。層間絶縁層１０ｄはＳｉ
Ｏ₂からなり、その膜厚は２５０ｎｍ程度である。

【００３８】この層間絶縁層１０ｄには、各ダミー膜１
１ｆ上においてコンタクトホール１０ｄ１，１０ｄ１が
それぞれ形成されている。このコンタクトホール１０ｄ
１を埋設するとともに、一対のダミー膜１１ｆ，１１ｆ
の各々を図示しないＩＣ回路に電気的に接続するよう
に、例えば膜厚３００ｎｍのＡｌからなる上部電極１１
ｇ，１１ｇが形成されている。このように、下部電極１
１ａと、上部電極１１ｇ，１１ｇとにより、一対の磁気
トンネル接合構造の各強磁性膜１１ｅ，１１ｅと各強磁
性膜１１ｃ，１１ｃとを電気的に接続することで、ピン
ド層の磁化の向きが同一であって、且つ、複数の（一対
の）磁気トンネル接合構造を直列に接続した磁気トンネ
ル効果素子（群）１１が形成される。なお、上部電極１
１ｇ，１１ｇの上にはＳｉＯ及びＳｉＮからなる保護膜
１０ｅが形成されている。

【００３９】前述したバイアス磁界用コイル２１は、上
記磁気トンネル効果素子（群）１１に対し、Ｙ軸方向に
沿って変化する交流のバイアス磁界を付与するためのも
のであって、図２に示したように、直線状の導線がＸ−
Ｙ平面内（磁気トンネル効果素子１１の各薄膜のなす平
面と平行な面内）で直角に折れ曲がりながら、平面視で
（「平面視で」とはＺ軸方向の位置からＺ軸に沿って磁
気センサを見ての意味であり、以下同様である。）互い
に略同一形状の一対の渦巻を形成している。即ち、バイ
アス磁界用コイル２１は、平面視で反時計周り（時計周
りであってもよい。）に回転するにしたがって渦中心Ｐ
１からの径が次第に大きくなる渦巻を形成する第１の導
線（第１コイル部）２１−１と、平面視で反時計周りに
回転するにしたがって渦中心Ｐ２からの径が次第に大き
くなる渦巻を形成する第２の導線（第２コイル部）２１
−２とからなっている。以下、このコイル２１を、従来
のコイル（シングルスパイラル型のコイル）と区別する
ため、ダブルスパイラル型のコイルと称呼することもあ
る。

【００４０】また、前記磁気トンネル効果素子１１は、
平面視で前記第１の導線２１−１の渦中心Ｐ１と前記第
２の導線２１−２の渦中心Ｐ２との間に配置されてい
る。そして、バイアス磁界用コイル２１は、前記リード
部２１ａ，２１ｂに所定の電位差が付与されたとき、平
面視で少なくとも磁気トンネル効果素子１１と重なる部
分に位置する（同部分を通過する）各導線に同一方向の
電流が流れるように、第１の導線２１−１と第２の導線
２１−２の各最外周部がＳ字状に接続されることにより
構成されている。

【００４１】ここで、以上のように構成された磁気トン
ネル効果素子１１の作用（磁界検出原理）について説明
する。上述したように、センス層の強磁性膜１１ｃは、
その磁化が短辺方向（Ｘ軸正方向）に弱くピンされてい
る。この強磁性膜１１ｃに対し同強磁性膜１１ｃの長辺
に沿った方向（即ち、Ｙ軸方向であり、ピンされた磁化
の向きと直交する方向）内で大きさ及び向きが変化する
磁場を付与すると、センス層（強磁性膜１１ｃ）の磁化
の向きは徐々に変化（回転）し、同磁場の変化方向にお
ける同センス層の磁化は図５に示したように変化する。
即ち、センス層の磁化（の大きさ）は、前記磁場の大き
さが飽和磁界Ｈ１より大きい場合及び飽和磁界Ｈ２より
小さい場合に略一定となるとともに、同磁場が飽和磁界
Ｈ２〜Ｈ１の範囲内の場合に同磁場の大きさ略比例して
（略直線的）に変化する。

【００４２】一方、参照層の強磁性膜１１ｅに前述した
磁場（Ｙ軸方向内で大きさ及び向きが変化する磁場）を
付与すると、同磁場の変化方向における同参照層の磁化
は図６に示したように変化する。即ち、参照層の磁化
（の大きさ）は、前記磁場の大きさが飽和磁界Ｈ３より
大きい場合及び飽和磁界Ｈ４より小さい場合に略一定と
なるとともに、同磁場の大きさが飽和磁界Ｈ３，Ｈ４に
一致するとステップ状に変化するようになっている。こ
の参照層の磁化特性は、長手方向に磁化の向きが揃う強
磁性膜１１ｅの形状異方性によるものである。

【００４３】この結果、磁気トンネル効果素子１１の抵
抗Ｒは、図７に示したように変化する。図７において、
実線は前記磁場が負から正に変化する際の抵抗値変化を
示し、破線は同磁場が正から負に変化する際の抵抗値変
化を示している。図７から明らかなように、抵抗値は磁
場に対して偶関数（磁場をｘ軸にとり抵抗を同ｘ軸に直
交するｙ軸にとると、ｙ軸について線対称）となってい
る。

【００４４】そして、本磁気センサ１０においては、前
記コイル２１を使用して、上記磁気トンネル効果素子１
１に対し、Ｙ軸方向（強磁性膜１１ｅの長辺方向）内で
図８に示すように三角波状に変化する交流バイアス磁界
ＨACを付与する。この交流バイアス磁界ＨACは、周期４
Ｔにて最大値Hmax（＝Ha>０）と同最大値Hmaxの絶対値
の符号を反転した値（＝-Ha）に等しい最小値Hminとの
間を直線的に変化（スイープ）する磁界である。また、
この交流バイアス磁界ＨACの最大値Hmaxは、参照層の飽
和磁界Ｈ３より大きく、センス層の飽和磁場Ｈ１より小
さいものとする。同様に、交流バイアス磁界の最小値Hm
inは、参照層の飽和磁界Ｈ４より小さく、センス層の飽
和磁場Ｈ２より大きいものとする。

【００４５】このような交流バイアス磁界ＨACを上記磁
気トンネル効果素子１１に付与するとともに、同交流バ
イアス磁界ＨACと平行な方向内において検出すべき外部
磁界ｈを変化させると、同磁気トンネル効果素子１１の
抵抗Ｒは図９に示すように変化する。図９において、一
点鎖線Ａは検出すべき外部磁界ｈが「０」の場合、実線
Ｂは同外部磁界ｈが正の所定値の場合、及び破線Ｃは同
外部磁界ｈが負の所定値の場合における抵抗Ｒをそれぞ
れ示している。

【００４６】一方、磁気センサ１０は、磁気トンネル効
果素子１１の抵抗Ｒが所定の閾値Ｔｈを上から下へ横切
った第１時点から次に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを上から下
へ横切る第２時点までの時間ｘ（又はｘ１，ｘ２）と、
同第２時点から更に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを上から下へ
横切る第３時点までの時間ｙ（又はｙ１，ｙ２）とを計
測し、下記数１により示される検出値Ｄを出力する図示
しないＩＣ回路を備えている。

【００４７】

【数１】Ｄ＝ｙ／（ｘ＋ｙ）

【００４８】この検出値（デューティ）Ｄは、図１０に
示したように、検出すべき外部磁界ｈ（の大きさ）に比
例するとともに交流バイアス磁界ＨACの最大値Haに依存
して変化する。その一方、同検出値Ｄは、磁気トンネル
効果素子１１の出力特性変化には依存しない。従って、
磁気トンネル効果素子１１は、素子温度変化や経時変化
により同磁気トンネル効果素子（群）１１の出力特性が
変化した場合であっても、これを補償し、極めて微小な
Ｙ軸方向の磁場を精度良く検出し得るものとなってい
る。なお、上記時間ｘ（又はｘ１，ｘ２）は、抵抗Ｒが
所定の閾値Ｔｈを下から上へ横切った第１時点から次に
同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを下から上へ横切る第２時点まで
の時間とし、時間ｙ（又はｙ１，ｙ２）は同第２時点か
ら更に同抵抗Ｒが同閾値Ｔｈを下から上へ横切る第３時
点までの時間としてもよい。また検出値ＤはＤ＝ｘ／
（ｘ＋ｙ）としてもよい。

【００４９】再び、図１を参照すると、バイアス磁界用
コイル２１は、図示しない制御回路に接続され、磁気ト
ンネル効果素子１１に上記交流バイアス磁界ＨACを付与
するようになっている。一方、磁気トンネル効果素子１
２は、上記磁気トンネル効果素子１１を９０°だけ左回
りに回転させた状態で基板１０ａに形成されたものと同
じである。また、バイアス磁界用コイル２２は、図示し
ない制御回路に接続され、磁気トンネル効果素子１２に
Ｘ軸方向内において変化する上記交流バイアス磁界ＨAC
を付与するようになっている。この結果、磁気トンネル
効果素子１１，１２は、それぞれＹ軸方向の磁場を検出
するＹ軸磁気センサ、及びＸ軸方向の磁場を検出するＸ
軸磁気センサを構成する。

【００５０】ところで、上記コイル２１，２２の各々
は、平面視で一対の渦巻を形成したダブルスパイラル型
のコイルであるので、その占有面積が小さく、且つ消費
電力が小さい。以下、この点について、図２に示したコ
イル２１と、図３３に示した従来型のコイル１１０と比
較しながら説明する。なお、比較を容易にするため、図
２、及び図３３においては、各コイルを形成する導線の
幅、及び隣接する導線間のスペースの幅を、それぞれ互
いに同一とするとともに、磁気トンネル効果素子１１，
１００の各直下部（平面視で各磁気トンネル効果素子１
１，１００と重なる部分）に９本の導線が通過するもの
を例示した。

【００５１】先ず、占有面積について検討すると、コイ
ル２１は、バイアス磁界の発生に直接寄与する導線部分
（磁気トンネル効果素子１１の直下を通過する導線の部
分）の全体に占める割合が大きいので、コイル１１０よ
りも明らかに小型であることが理解できる。実際に、導
線の幅を５．６μｍ、隣接する導線間のスペースの幅を
０．７μｍ、磁気トンネル効果素子１１，１００の大き
さを１２０×６４μｍ ²として、図３３に示した従来形
状のコイル１１０を作成すると、同コイル１１０の面積
は２８２×３３２μｍ²となったのに対し、図２に示し
たダブルスパイラル型のコイル２１を作成すると、その
面積は１９１×２８６μｍ²となった。

【００５２】次に、バイアス磁界用コイルを、従来のコ
イル１１０のようにシングルスパイラル型とした場合
と、コイル２１のようにダブルスパイラル型とした場合
であって、磁気トンネル効果素子１１，１００の各大き
さを共に６０×１２０μｍ²とし、その領域に１５Ｏｅ
のバイアス磁界を発生させたときの各コイルの電気的数
値を調べた。その結果を表１に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１において、パターンＡ〜Ｄは従来のシ
ングルスパイラル型コイルであり、パターンＥ，Ｆは本
願発明に係るダブルスパイラル型コイルである。また、
表１における「ａ」は、図２及び図３３に示したよう
に、磁気トンネル効果素子１１，１００の各直下部を通
過する導線（バイアス磁界発生に直接的に寄与する導
線）の幅、「ｂ」は磁気トンネル効果素子１１，１００
の各長辺に平行に延びる導線の幅（即ち、磁気トンネル
効果素子１１，１００のＸ軸方向両側における導線の
幅）、「ｃ」は磁気トンネル効果素子１１，１００の直
下部でなく、且つ同磁気トンネル効果素子１１，１００
の短辺に平行に延びる導線の幅、「Ｎ」は渦の巻き数、
「Ｒ」は各コイルの抵抗、「Ｉ」は各コイルの電流、
「Ｖ」は各コイルの両端電圧、及び「Ｗ」は各コイルの
消費電力である。また、各コイルの何れの部位において
も、隣接する導線間のスペースの幅は０．７μｍとし
た。

【００５５】表１に示した各数値の求め方について簡単
に述べると、先ず、コイルの上部に１Ｏｅの磁界を発生
させるために、同コイルを構成する導線の単位幅あたり
に必要な電流ｉ（即ち、電流密度）を求める。そして、
電流ｉと、コイルの導線幅ａと隣接する導線間のスペー
スの幅の和（ａ＋０．７）μｍとを考慮することによ
り、下記数２にしたがってコイルの上部に１５Ｏｅの磁
界を発生させるために必要な電流Ｉを求める。

【００５６】

【数２】Ｉ＝ｉ・１５・（ａ＋０．７）

【００５７】一方、コイルのターン数Ｎは、素子の長辺
の長さ（１２０μｍ）をコイルの導線幅と隣接する導線
間のスペースの幅の和（ａ＋０．７）μｍで除すること
により求められる。これにより、コイルの形状が決まる
ので、同コイルの全長と、コイルに用いる材料（この場
合はＡｌ）のシート抵抗値と、コイルの各部の導線幅
「ａ」，「ｂ」，「ｃ」とから抵抗Ｒが求められ、従っ
て、電流Ｉと抵抗Ｒとから、電圧Ｖ、及び消費電力Ｗが
求められる。

【００５８】表１から解るように、導線幅ａ〜ｃを総べ
て同一とした場合、パターンＡ〜Ｄに示した従来のシン
グルスパイラル型コイルは、導線幅ａ〜ｃを大きくする
に従って、電流Ｉは大きくなり、巻き数Ｎ及び電圧Ｖは
小さくなる。消費電力Ｗは、導線幅ａ〜ｃの各々が約４
μｍのとき最小値をとる（パターンＣを参照）。

【００５９】これに対し、パターンＥに示した本発明に
よるダブルスパイラル型コイルは、抵抗Ｒ、両端電圧
Ｖ、及び消費電力Ｗを従来のコイルに比べ非常に小さく
することができる。例えば、パターンＤとパターンＥと
の比較から理解できるように、パターンＥのコイルは、
その消費電力をパターンＤの従来のコイルの約半分程度
にまで低下できる。パターンＥのコイルは、消費電力Ｗ
が最小値近傍のパターンＣのコイルと比べても、その消
費電力Ｗを相当量小さくすることができる。

【００６０】また、表１から解るように、本発明による
コイルは両端電圧Ｖを小さくすることができる。従っ
て、本発明によるコイルは、電源電圧が低い場合であっ
ても必要な大きさの磁界を発生することができる。加え
て、パターンＥとパターンＦとの比較から理解できるよ
うに、本発明のコイルにおいて素子の直下部に位置して
いない部分の導線幅ｂ，ｃを調整することにより、即
ち、前記磁気抵抗効果素子である磁気トンネル効果素子
１１と平面視で重なる部分に位置する前記第１及び前記
第２の導線の各幅ａは互いに等しく、且つ、他の部分に
位置する同第１及び同第２の導線の各幅ｂ，ｃと異なる
ように形成することにより、消費電力Ｗを更に低下させ
ることができる。

【００６１】以上に説明したように、第１実施形態によ
れば、センス層と参照層とを有するＴＭＲ素子にバイア
ス磁界を付与して外部磁場を検出するように構成したこ
とにより、検出特性変化の小さい磁気センサが得られ
る。また、第１実施形態によれば、コイルがダブルスパ
イラル型であるので、小型で低消費電力の磁気センサが
提供される。なお、上記磁気センサ１０の各磁気トンネ
ル効果素子（群）１１，２１は、それぞれ一対の磁気ト
ンネル効果素子を直列に接続したものであったが、更に
多くの磁気トンネル効果素子を直列に接続したものであ
ってもよい。

【００６２】次に、本発明による磁気センサの第２実施
形態について説明すると、上記第１実施形態の磁気セン
サはＴＭＲ素子を採用していたのに対し、第２実施形態
の磁気センサはピンド層を含むピン層、スペーサ層、及
びフリー層からなるＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素
子）を採用している点で相違する。また、第１実施形態
のコイル２１，２２は外部磁界を検出するためのバイア
ス磁界を発生するものであったが、第２実施形態のコイ
ルはＧＭＲ素子のフリー層の磁化の向きを初期化するた
めの初期化用磁界を発生する点で相違する。

【００６３】より具体的に述べると、図１１に示したよ
うに、第２実施形態に係る磁気センサ３０は、互いに直
交するＸ軸、及びＹ軸に沿った辺を有する長方形状（略
正方形状）であって、Ｘ軸、及びＹ軸に直交するＺ軸方
向に小さな厚みを有する石英ガラスからなる基板３０ａ
と、同基板３０ａの上に形成された合計で８個のＧＭＲ
素子３１〜３８と、ＧＭＲ素子３１〜３８のそれぞれに
初期化用磁界を付与するための初期化用コイル４１〜４
８と、各コイル４１〜４８にそれぞれ接続されるととも
に、同コイル４１〜４８の各々の両端に所定の電位差を
付与する制御回路５１〜５８とを備えている。

【００６４】第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１は、基板３０ａの
Ｙ軸方向略中央部下方でＸ軸負方向端部近傍に形成され
ていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸負方向
となっている。第２Ｘ軸ＧＭＲ素子３２は、基板３０ａ
のＹ軸方向略中央部上方でＸ軸負方向端部近傍に形成さ
れていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸負方
向となっている。第３Ｘ軸ＧＭＲ素子３３は、基板３０
ａのＹ軸方向略中央部上方でＸ軸正方向端部近傍に形成
されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸正
方向となっている。第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３４は、基板３
０ａのＹ軸方向略中央部下方でＸ軸正方向端部近傍に形
成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸
正方向となっている。

【００６５】第１Ｙ軸ＧＭＲ素子３５は、基板３０ａの
Ｘ軸方向略中央部左方でＹ軸正方向端部近傍に形成され
ていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸正方向
となっている。第２Ｙ軸ＧＭＲ素子３６は、基板３０ａ
のＸ軸方向略中央部右方でＹ軸正方向端部近傍に形成さ
れていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸正方
向となっている。第３Ｙ軸ＧＭＲ素子３７は、基板３０
ａのＸ軸方向略中央部右方でＹ軸負方向端部近傍に形成
されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸負
方向となっている。第４Ｙ軸ＧＭＲ素子３８は、基板３
０ａのＸ軸方向略中央部左方でＹ軸負方向端部近傍に形
成されていて、ピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸
負方向となっている。

【００６６】ＧＭＲ素子３１〜３８、及びコイル４１〜
４８は、基板３０ａに対して配設された位置、及び向き
を除き、互いに同一構造を有している。従って、以下に
おいては、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１、及びコイル４１を
代表例として説明する。

【００６７】図１２にコイル４１とともに平面図を示し
た第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１は、拡大平面図である図１
３、及び、図１２の３−３線に沿った平面にて第１Ｘ軸
ＧＭＲ素子３１及びコイル４１を切断した概略断面図で
ある図１４に示したように、スピンバルブ膜ＳＶからな
りＹ軸方向に長手方向を有する複数の幅狭帯状部３１ａ
…３１ａと、各幅狭帯状部３１ａのＹ軸方向両端部の下
方に形成されたＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体であっ
て、高保磁力、高角型比を有する材質からなるバイアス
磁石膜（硬質強磁性体薄膜層）３１ｂ…３１ｂとを備え
ている。各幅狭帯状部３１ａは、各バイアス磁石膜３１
ｂの上面にてＸ軸方向に伸び、隣接する幅狭帯状部３１
ａと接合している。

【００６８】第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１のスピンバルブ膜
ＳＶは、図１５に膜構成を示したように、基板３０ａの
上に順に積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）
Ｆ、膜厚が２．４ｎｍ（２４Å）のＣｕからなる導電性
のスペーサ層Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及
び膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のチタン（Ｔｉ）又はタ
ンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層Ｃを含んで構成
されている。

【００６９】フリー層Ｆは、外部磁界の向きに応じて磁
化の向きが変化する層であり、基板３０ａの直上に形成
された膜厚が８ｎｍ（８０Å）のＣｏＺｒＮｂアモルフ
ァス磁性層３１−１と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性
層３１−１の上に形成された膜厚が３．３ｎｍ（３３
Å）のＮｉＦｅ磁性層３１−２と、ＮｉＦｅ磁性層３１
−２の上に形成された１〜３ｎｍ（１０〜３０Å）程度
の膜厚のＣｏＦｅ層３１−３とからなっている。ＣｏＺ
ｒＮｂアモルファス磁性層３１−１とＮｉＦｅ磁性層３
１−２は軟質強磁性体薄膜層を構成している。ＣｏＦｅ
層３１−３はＮｉＦｅ層３１−２のＮｉ、及びスペーサ
層ＳのＣｕ３１−４の拡散を防止するものである。な
お、前述したバイアス磁石膜３１ｂ…３１ｂは、フリー
層Ｆの一軸異方性を維持するため、同フリー層Ｆに対し
てＹ軸方向（図１２、及び図１３の幅広矢印にて示した
Ｙ軸負方向）にバイアス磁界を与えている。

【００７０】ピン層Ｐは、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）
のＣｏＦｅ磁性層３１−５と、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ
％含むＰｔＭｎ合金から形成した膜厚が２４ｎｍ（２４
０Å）の反強磁性膜３１−６とを重ね合わせたものであ
る。ＣｏＦｅ磁性層３１−５は、着磁（磁化）された反
強磁性膜３１−６に交換結合的に裏打されることによ
り、前述したように、磁化の向きがＸ軸負方向にピン
（固着）されている。

【００７１】このように構成された第１Ｘ軸ＧＭＲ素子
３１は、図１６の実線にて示したように、Ｘ軸に沿って
変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲におい
て、同外部磁界に略比例して変化する抵抗値を呈し、図
１６の破線にて示したように、Ｙ軸に沿って変化する外
部磁界に対しては略一定の抵抗値を呈する。

【００７２】この磁気センサ３０においては、図１７に
示したように、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３１〜３４が
フルブリッヂ接続されることによりＸ軸方向の磁界を検
出するＸ軸磁気センサが構成される。図１７において、
各ＧＭＲ素子３１〜３４の中に付した矢印は同ＧＭＲ素
子３１〜３４のピン層（ピンド層）のピンされた磁化の
向きを示している。このような構成において、第２Ｘ軸
ＧＭＲ素子３２と第３Ｘ軸ＧＭＲ素子３３との結合点Ｖ
ａと、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１と第４Ｘ軸ＧＭＲ素子３
４との結合点Ｖｂの間に一定の電位差が付与され、第１
Ｘ軸ＧＭＲ素子３１と第３Ｘ軸ＧＭＲ素子３３との結合
点Ｖｃと、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子３２と第４Ｘ軸ＧＭＲ素
子３４との結合点Ｖｄとの間の電位差（Ｖｃ−Ｖｄ）が
センサ出力Ｖoutとして取り出される。

【００７３】この結果、Ｘ軸磁気センサは、図１８の実
線にて示したように、Ｘ軸に沿って変化する外部磁界に
対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界に略
比例して変化する出力電圧Ｖxoutを示し、同図１８の破
線にて示したように、Ｙ軸に沿って変化する外部磁界に
対しては略「０」の出力電圧を示す。

【００７４】Ｙ軸磁気センサは、Ｘ軸磁気センサと同様
に、第１〜第４Ｙ軸ＧＭＲ素子３５〜３９がフルブリッ
ヂ接続されることにより構成され、Ｙ軸に沿って変化す
る外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同
外部磁界に略比例して変化する出力電圧Ｖyoutを示すと
ともに、Ｘ軸に沿って変化する外部磁界に対しては略
「０」の出力電圧を示す。以上説明したように、磁気セ
ンサ３０は、磁気センサ１０のように外部磁界を検出す
るための交流バイアス磁界ＨAC等を必要とすることな
く、外部磁界を検出することができる。

【００７５】その一方、図１２、及び図１３に示したよ
うに、幅狭帯状部３１ａのフリー層Ｆにはバイアス磁石
膜３１ｂ…３１ｂから幅広矢印で示した向きのバイアス
磁界が与えられ、これにより、外部磁界が加わらない状
態においてフリー層Ｆの磁化の向きが一定となるように
設計されている。しかしながら、強い外部磁界が加わる
と、フリー層Ｆはバイアス磁石膜３１ｂ…３１ｂから離
間した位置（図１２，図１３においてＹ軸方向中央部近
傍）において磁化の向きが反転することがあり、その結
果、ＧＭＲ素子の特性が変化してしまう。

【００７６】そこで、本実施形態においては、上述した
コイル４１〜４８により、フリー層Ｆの磁化の向きを初
期化するためのバイアス磁界を付与するようになってい
る。以下、この点につき、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１とコ
イル４１を代表例として詳述する。コイル４１は、図１
２に示したように、上記第１実施形態のバイアス磁界用
コイル２１と同様な構成を有するダブルスパイラル型の
コイルであって、一対の渦巻を形成する導線（即ち、第
１の導線４１−１，第２の導線４１−２）からなってい
る。また、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１は、平面視で（Ｚ軸
正方向からみて）一対の渦中心Ｐ１，Ｐ２の間に配置さ
れている。更に、同平面視で第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１と
重なる部分（第１Ｘ軸ＧＭＲ素子３１の直下を通過する
部分）の第１の導線４１−１及び第２の導線４１−２の
部分は、互いに平行な直線状であって、この部分の各導
線には同一方向の電流が流れ、しかも、同部分の各導線
の長手方向は平面視で幅狭帯状部３１ａの長手方向と直
交している。また、図１１に示した制御回路５１は、外
部磁界の測定開始前等の所定の条件下において、コイル
４１の両端に電位差を付与し、これによりコイル４１に
所定の電流を流すようになっている。

【００７７】即ち、この実施形態の磁気センサは、ＧＭ
Ｒ素子及びＴＭＲ素子等のフリー層とピン層とを含む磁
気抵抗効果素子を含んでなる磁気センサであって、外部
磁界が加わらない状態におけるフリー層の磁化の向きを
安定化させるために同フリー層の両端に配設されるとと
もに同フリー層に所定の向き（ピン層のピンされた磁化
の向きと直交する向き）のバイアス磁界を発生させるバ
イアス磁石３１ｂ…３１ｂと、同フリー層の下方に（同
フリー層に近接して）設けられ所定条件下（例えば、磁
気検出開始前等）での通電により前記バイアス磁界と同
一方向の磁界を発生するとともに同磁界を同フリー層に
加える初期化用コイル４１〜４８を備えた磁気センサで
ある。

【００７８】以上の構成により、コイル４１は所定条件
下にてフリー層Ｆの磁化の向きを設計された向き（バイ
アス磁石膜３１ｂ…３１ｂによるバイアス磁界の向き）
に戻すための初期化用磁界を発生させるので、強い磁界
が磁気センサに加わる等の何らかの理由によりフリー層
Ｆの磁化の向きが乱された場合であっても（即ち、磁区
が不安定となった場合であっても）、これを修正するこ
とができ、信頼性の高い磁気センサが提供される。

【００７９】このように、第２実施形態においては、フ
リー層Ｆの磁化の向きを初期化することができるので、
ＧＭＲ素子の特性を初期の特性に維持することが可能と
なる。また、各コイル４１〜４８はダブルスパイラル型
のコイルであるから、同コイルの占有面積が小さいこと
により磁気センサ３０を小型化することができるととも
に、初期化のための消費電力を低下することが可能とな
る。また、第２実施形態においては、各コイル４１〜４
８に対し、初期化用磁界を発生させるための電流を流す
制御回路５１〜５８がそれぞれ設けられている。従っ
て、各コイル４１〜４８を直列に接続して一つの制御回
路により電流を流すように構成した場合に比較して、電
気的接続経路の全長を短くできるので、全体の抵抗値が
低下できて消費電力を抑制することができる。

【００８０】次に、本発明による磁気センサの第３実施
形態について説明する。図１９は、第３実施形態に係る
磁気センサ６０の平面図であり、この磁気センサ６０は
上記第２実施形態に係る磁気センサ３０に対し、コイル
７１〜７８の向きと、同コイル７１〜７８間の接続方法
が異なっている。また、磁気センサ３０のコイル４１〜
４８は初期化用磁界を発生させるものであったのに対
し、磁気センサ６０のコイル７１〜７８は各ＧＭＲ素子
が正常に機能する（外部磁界を正常に検出する）か否か
を判定するためのテスト用磁界を発生させる点で相違し
ている。

【００８１】具体的に述べると、磁気センサ６０は基板
６０ａ上に８個のＧＭＲ素子６１〜６８と、各ＧＭＲ素
子６１〜６８の下方であってＧＭＲ素子６１〜６８の各
膜平面と平行な面内にそれぞれ形成された８個のコイル
７１〜７８と、一つの制御回路７９とを備えている。

【００８２】ＧＭＲ素子６１〜６８は、上記第２実施形
態のＧＭＲ素子３１〜３８と、基板に対する位置、及び
構成において同一である。即ち、ＧＭＲ素子６１〜６４
はブリッヂ接続されてＸ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁
気センサを構成し、ＧＭＲ素子６５〜６８は同様にブリ
ッヂ接続されてＹ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気セン
サを構成する。更に、ＧＭＲ素子６１〜６８の各々は、
図示しない検出回路（磁場検出用の制御ＬＳＩ）に接続
されていて、同ＧＭＲ素子６１〜６８の呈する抵抗値が
検出されるようになっている。

【００８３】コイル７１〜７８は、上記第１実施形態の
コイル２１，２２、及び上記第２実施形態のコイル４１
〜４８と同様のダブルスパイラル型コイルである。コイ
ル７１〜７４は、図１９の幅広矢印にて示したように、
各渦中心を結ぶ線分の近傍においてＸ軸正方向の磁界を
発生させるように形成され、コイル７５〜７８は、各渦
中心を結ぶ線分の近傍においてＹ軸負方向の磁界を発生
させるように形成されている。また、制御回路７９の一
端とコイル７６の一端が接続されるとともに、以下、コ
イル７６，７５，７２，７１，７８，７７，７４，７３
の順に直列接続され、最後にコイル７３のコイル７４と
接続されていない側の端部が制御回路７９の他端に接続
されている。更に、ＧＭＲ素子６１〜６８は、第１，第
２実施形態と同様に、コイル７１〜７８の平面視で各対
応する各一対の渦中心の間に配置されている。

【００８４】このような構成において、磁気センサ６０
による外部磁界の検出開始時等の所定の条件が成立する
と、制御回路７９は前記両端に電位差を発生し、これに
より、各コイル７１〜７８に電流が流れ、同コイル７１
〜７８によりＧＭＲ素子６１〜６８にテスト用の磁界が
それぞれ付与される。磁気センサ６０は、図示しない前
記検出回路により、この状態における各ＧＭＲ素子６１
〜６８の出力を監視し、予定した出力が検出されたか否
かに基づいて同各ＧＭＲ素子６１〜６８の異常の有無を
判定する。異常有無の判定は、例えば、各ＧＭＲ素子６
１〜６８のオープン故障の有無、ショート（短絡）故障
の有無、感度不足となっているか否か、及び制御用トラ
ンジスタの異常有無等について行われる。

【００８５】このように、第３実施形態においては、各
ＧＭＲ素子６１〜６８の異常の有無を判定するための磁
界を発生することができるので、磁気センサ６０の自己
診断を行うことができる。また、各コイル７１〜７８は
ダブルスパイラル型のコイルであるから、同コイルの占
有面積が小さいことにより磁気センサ６０の小型化が達
成され得るとともに、テスト用磁界を発生するための消
費電力を低下することが可能となる。更に、各コイル７
１〜７８は直列接続されていて、一つの制御回路７９に
より同時に電流が流されるから、同一の大きさのテスト
用磁界を各ＧＭＲ素子６１〜６８の各々に対して発生す
ることができ、より精度良く各ＧＭＲ素子６１〜６８の
異常の有無を判定することができる。

【００８６】また、前記検出回路が、各ＧＭＲ素子６１
〜６８の一つを独立して選択する機能を有している場
合、同選択機能の異常有無を簡単に検出することができ
る。これは、テスト用磁界が総べてのＧＭＲ素子６１〜
６８に同時に付与されるため、検出回路の選択機能が異
常であると、例えばＸ軸方向の磁場を検出するＧＭＲ素
子を選択したにもかかわらず、Ｙ軸方向の磁場に応じた
出力が得られるからである。

【００８７】次に、本発明による磁気センサの第４実施
形態について説明する。図２０は、第４実施形態に係る
磁気センサ８０の平面図であり、この磁気センサ８０は
基板８０ａの上に形成された２個のＴＭＲ素子８１，８
２と、各ＴＭＲ素子８１，８２の下方の基板８０ａ内で
あって同ＴＭＲ素子８１，８２の各膜平面と平行な面内
にそれぞれ形成された２個の検査用（テスト用）コイル
９１，９２とを備えている。また、磁気センサ８０は、
基板８０ａの上にそれぞれ形成された、検出回路９３、
電流供給回路９４、及び制御回路９５を備えている。

【００８８】第１磁気検出部（Ｘ軸磁気検出部）を構成
するＴＭＲ素子８１は、第１実施形態において説明した
ＴＭＲ素子と同様の膜構造を備えている（図３，図４を
参照。）。但し、ＴＭＲ素子８１のピンド層は磁化の向
きがＸ軸負方向に強く固定（ピン）されていて、検出し
ようとする外部磁界に対して同磁化の向きが変化しない
ようになっている。また、ＴＭＲ素子８１のフリー層は
検出しようとする磁界のＸ軸方向成分の向きと大きさに
したがって磁化の向きと大きさが直線的に変化するよう
になっている。

【００８９】この結果、ＴＭＲ素子８１は、図２０にお
いて白抜きの矢印にて示した検出方向を有する。即ち、
ＴＭＲ素子８１は、図２１に示したように、第１の方向
（即ち、Ｘ軸方向）内の第１の向き（即ち、Ｘ軸正方
向）の磁界の大きさが所定値となるまでの範囲内で大き
くなるほど大きい物理量である抵抗値を示すとともに、
同第１の方向内の同第１の向きと反対の向き（即ち、Ｘ
軸負方向）の磁界の大きさが所定値となるまでの範囲内
で大きくなるほど小さい物理量である抵抗値を示すよう
になっている。

【００９０】また、ＴＭＲ素子８１は、その特性が正常
であれば、第１の検査用コイル９１から前記第１の方向
内の第１の向き（即ち、Ｘ軸正方向）に所定の大きさＨ
ｂの磁界が加えられたときに第１の大きさの抵抗値Ｓｘ
１を示し、第１の検査用コイル９１から磁界が加えられ
ないとき抵抗値Ｓｘ２を示し、第１の検査用コイル９１
から前記第１の方向内の第１の向きと反対の向き（即
ち、Ｘ軸負方向）に前記所定の大きさＨｂの磁界が加え
られたとき第２の大きさの抵抗値Ｓｘ３を示すようにな
っている。

【００９１】第２磁気検出部（Ｙ軸磁気検出部）を構成
するＴＭＲ素子８２は、ＴＭＲ素子８１と同様な膜構造
を備え、ＴＭＲ素子８２のピンド層は磁化の向きがＹ軸
負方向に強く固定（ピン）されていて、検出しようとす
る外部磁界に対して同磁化の向きが変化しないようにな
っている。また、ＴＭＲ素子８２のフリー層は検出しよ
うとする磁界のＹ軸方向成分の向きと大きさにしたがっ
て磁化の向きと大きさが直線的に変化するようになって
いる。

【００９２】この結果、ＴＭＲ素子８２は、図２０にお
いて白抜きの矢印にて示した検出方向を有する。即ち、
ＴＭＲ素子８２は、図２２に示したように、前記第１の
方向（即ち、Ｘ軸方向）と交差する（この場合は、直交
する）第２の方向（即ち、Ｙ軸方向）内の第２の向き
（即ち、Ｙ軸正方向）の磁界の大きさが所定値となるま
での範囲内で大きくなるほど大きい物理量である抵抗値
を示すとともに、同第２の方向内の同第２の向きと反対
の向き（即ち、Ｙ軸負方向）の磁界の大きさが所定値と
なるまでの範囲内で大きくなるほど小さい物理量である
抵抗値を示すようになっている。

【００９３】また、ＴＭＲ素子８２は、その特性が正常
であれば、第２の検査用コイル９２から前記第２の方向
内の第２の向き（即ち、Ｙ軸正方向）に所定の大きさＨ
ｂの磁界が加えられたときに第１の大きさの前記物理量
である抵抗値Ｓｘ１と同じ大きさの抵抗値Ｓｙ１を示
し、第２の検査用コイル９２から磁界が加えられないと
き抵抗値Ｓｘ２と同じ大きさの抵抗値Ｓｙ２を示し、第
２の検査用コイル９２から前記第２の方向内の第２の向
きと反対の向き（即ち、Ｙ軸負方向）に前記所定の大き
さＨｂの磁界が加えられたとき第２の大きさの前記物理
量である抵抗値Ｓｘ３と同じ大きさの抵抗値Ｓｙ３を示
すようになっている。

【００９４】第１の検査用コイル９１は、磁気センサ１
０のコイル２２と同様に形成されたダブルスパイラル型
のコイルであって、その一端が接続導線９６ａを介して
電流供給回路９４の一の端子Ｐ１に接続されるととも
に、その他端が接続導線９６ｂを介して第２の検査用コ
イル９２の一の端子と接続されていて、ＴＭＲ素子８１
にＸ軸方向において向き及び大きさが変化する磁界を加
えるようになっている。第２の検査用コイル９２は、磁
気センサ１０のコイル２２と同様に形成されたダブルス
パイラル型のコイルであって、その他端が接続導線９６
ｃを介して電流供給回路９４の他の端子Ｐ２と接続され
ていて、ＴＭＲ素子８２にＹ軸方向において向き及び大
きさが変化する磁界を加えるようになっている。

【００９５】このように、第１の検査用コイル９１及び
第２の検査用コイル９２は、電流供給回路９４に対して
接続導線９６ａ〜９６ｃを介して直列に接続されている
から、第１の検査用コイル９１及び第２の検査用コイル
９２には大きさが同一の電流が流れるようになってい
る。また、図２０において黒塗りの矢印にて示したよう
に、第１の検査用コイル９１に所定の向きで所定の大き
さの電流が流されたとき、同第１の検査用コイル９１は
Ｘ軸正方向で所定の大きさＨｂの磁界をＴＭＲ素子８１
に加え、第２の検査用コイル９２はＹ軸負方向で同所定
の大きさＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加えるととも
に、第１の検査用コイル９１に同所定の向きとは反対の
向きで同所定の大きさの電流が流されたとき、同第１の
検査用コイル９１はＸ軸負方向で同所定の大きさＨｂの
磁界をＴＭＲ素子８１に加え、同第２の検査用コイル９
２はＹ軸正方向で同所定の大きさＨｂの磁界をＴＭＲ素
子８２に加えるように構成されている。

【００９６】検出回路９３は、ＴＭＲ素子８１又はＴＭ
Ｒ素子８２の何れかを選択し、同選択されたＴＭＲ素子
の抵抗値をデジタル値として検出し、同検出したデジタ
ル値を制御回路９５に出力するための回路であって、１
チャンネルのアナログ−デジタルコンバータ９３ａ（以
下「ＡＤＣ９３ａ」と称呼する。）と、実際にはトラン
ジスタからなるスイッチング素子９３ｂとを備えてい
る。

【００９７】ＡＤＣ９３ａの一つの入力端子はＴＭＲ素
子８１及びＴＭＲ素子８２の両素子の各一端に接続さ
れ、他の一つの入力端子はスイッチング素子９３ｂの固
定端子に接続されている。スイッチング素子９３ｂは制
御回路９５から指示信号が入力されるとともに、同指示
信号に応じて、固定端子をＴＭＲ素子８１の他端又はＴ
ＭＲ素子８２の他端と接続し、これにより、ＡＤＣ９３
ａがその出力である抵抗値をＡＤ変換する素子を選択す
るようになっている。

【００９８】電流供給回路９４は、スイッチング素子Ｍ
Ｓ、電流方向切換回路を構成するスイッチング素子Ｓ１
〜Ｓ４（スイッチング素子ＭＳとスイッチング素子Ｓ１
〜Ｓ４は通電制御回路を構成する。）、及び一定電流を
供給する定電流源（電流供給源）ＩＳを備えている。ス
イッチング素子ＭＳ，Ｓ１〜Ｓ４は、実際にはトランジ
スタであって、制御回路９５からの指示信号に応じて
「オン」状態（導通状態）又は「オフ」状態（非導通状
態）に切り換えられるようになっている。

【００９９】スイッチング素子ＭＳは、所謂メインスイ
ッチとして機能するもので、一端が前記定電流源ＩＳの
出力側に接続され、他端が電流方向切換回路のスイッチ
ング素子Ｓ１，Ｓ３の各一端に接続されている。スイッ
チング素子Ｓ１の他端はスイッチング素子Ｓ２の一端に
接続され、同スイッチング素子Ｓ２の他端は定電流源Ｉ
Ｓの他端に接続されている。同様に、スイッチング素子
Ｓ３の他端はスイッチング素子Ｓ４の一端に接続され、
同スイッチング素子Ｓ４の他端は定電流源ＩＳの他端に
接続されている。また、第１の検査用コイル９１が接続
された電流供給回路９４の端子Ｐ１はスイッチング素子
Ｓ３とＳ４の間に接続され、第２の検査用コイル９２が
接続された同電流供給回路９４の端子Ｐ２はスイッチン
グ素子Ｓ１とＳ２の間に接続されている。

【０１００】制御回路９５は、通常時はスイッチング素
子ＭＳ、及び電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１
〜Ｓ４を「オフ」状態とする指示信号を同スイッチング
素子ＭＳ，Ｓ１〜Ｓ４に送出するとともに、所定時間の
経過毎にスイッチング素子９３ｂに指示信号を供給し、
その抵抗値がＡＤＣ９３ａによりＡＤ変換されるＴＭＲ
素子を選択し、ＡＤ変換されたＴＭＲ素子８１，８２の
何れか一方の抵抗値をデジタル値として取得するように
なっている。

【０１０１】また、制御回路９５は、図示しないスイッ
チが投入される等の所定の条件（検査条件）が成立した
とき、スイッチング素子ＭＳを「オン」状態とする指示
信号を同メインスイッチＭＳに供給するとともに、電流
方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オン」
状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オフ」状態と
する指示信号、又は、電流方向切換回路のスイッチング
素子Ｓ３，Ｓ２を「オン」状態及びスイッチング素子Ｓ
１，Ｓ４を「オフ」状態とする指示信号を、同スイッチ
ング素子Ｓ１〜Ｓ４に供給するようになっている。

【０１０２】次に、上記のように構成された磁気センサ
８０における作動について説明する。前述したように、
通常時はスイッチング素子ＭＳ、及び電流方向切換回路
のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が「オフ」状態とされる
から、第１，第２の検査用コイル９１，９２は、如何な
る磁界も発生しない。また、所定時間の経過毎にスイッ
チング素子９３ｂが切換られるので、ＴＭＲ素子８１の
示す抵抗値又はＴＭＲ素子８２の示す抵抗値がＡＤＣ９
３ａにより交互にデジタル値に変換され（検出され）、
同変換された値が制御回路による地磁気の検出等に用い
られる。

【０１０３】次に、前記所定の条件が成立して、磁気セ
ンサ８０の検査を行う際の作動について説明する。この
磁気センサ８０においては、ＴＭＲ素子８１，８２の特
性不良（感度不良であるか否か、ヒステリシスが過大で
あるか否か）の検査に加え、第１，第２のテスト用コイ
ル９１，９２が予定するテスト用磁界を発生しているか
否か（検出回路９３や電流供給回路９４が正常に機能す
るか否か）についても判定される。以下、かかる検査の
手順について、磁気センサ８０のＴＭＲ素子８１，８
２、検出回路９３、及び電流供給回路９４の総べてが正
常に作動する場合を例にして説明を行う。

【０１０４】（第１手順）制御回路９５は、先ず、メイ
ンスイッチＭＳを「オン」状態とする指示信号、電流方
向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オン」状
態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オフ」状態とす
る指示信号、並びに、スイッチング素子９３ｂにＴＭＲ
素子８１を選択するための指示信号を、各対応するスイ
ッチング素子に供給する。

【０１０５】この場合、総べては正常に作動するから、
スイッチング素子ＭＳが「オン」状態へと切り換えられ
るとともに、電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ
１，Ｓ４が「オン」状態へと切り換えられ、スイッチン
グ素子Ｓ３，Ｓ２が「オフ」状態へと切り換えられる。
これにより、定電流源ＩＳの電流は、スイッチング素子
ＭＳ、スイッチング素子Ｓ１、第２の検査用コイル９
２、第１の検査用コイル９１、スイッチング素子Ｓ４、
及び同定電流源ＩＳの順に流れる。なお、本明細書にお
いて、かかる状態は第１，第２の検査用コイルに対する
指示電流を所定の大きさの正の電流とした状態であると
も言う。

【０１０６】この場合、第２の検査用コイル９２はＹ軸
負方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に
加え、第１の検査用コイル９１はＸ軸正方向であって大
きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８１に加える。このと
き、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ１の抵抗を示し、ＡＤ
Ｃ９３ａはＴＭＲ素子８１の抵抗値をデジタル値に変換
する。従って、図２３（Ａ）に示したように、制御回路
９５は、ＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｘ１を値Ｘ１として
取得する。

【０１０７】（第２手順）次に、制御回路９５は、スイ
ッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同ス
イッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチン
グ素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換
えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検
査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断され
た非通電状態となる。従って、第１，第２の検査用コイ
ル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

【０１０８】このとき、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ２
の大きさの抵抗を示し、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８１
の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ａ）に
示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値
Ｓｘ１より小さい抵抗値Ｓｘ２を値Ｘ２として取得す
る。

【０１０９】（第３手順）次に、制御回路９５は、メイ
ンスイッチＭＳを再び「オン」状態とする指示信号と、
電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オ
フ」状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オン」状
態とする指示信号とを、各対応するスイッチング素子に
供給する。

【０１１０】この結果、スイッチング素子ＭＳが「オ
ン」状態へと切り換えられるとともに、電流方向切換回
路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が「オフ」状態へと切
り換えられ、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ２が「オン」状
態へと切り換えられる。これにより、定電流源ＩＳの電
流は、スイッチング素子ＭＳ、スイッチング素子Ｓ３、
第１の検査用コイル９１、第２の検査用コイル９２、ス
イッチング素子Ｓ２、及び同定電流源ＩＳの順に流れ
る。なお、本明細書において、かかる状態は、第１，第
２の検査用コイルに対する指示電流を所定の大きさの負
の電流とした状態であるとも言う。

【０１１１】この結果、第１の検査用コイル９１はＸ軸
負方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８１に
加え、第２の検査用コイル９２はＹ軸正方向であって大
きさがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加える。このと
き、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ３の大きさの抵抗を示
していて、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８１の抵抗値をデ
ジタル値に変換するから、図２３（Ａ）に示したよう
に、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｘ３を値
Ｘ３として取得する。

【０１１２】（第４手順）次に、制御回路９５は、スイ
ッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同ス
イッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチン
グ素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換
えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検
査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断され
た非通電状態となる。従って、第１，第２の検査用コイ
ル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

【０１１３】このとき、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ２
近傍の大きさＳｘ４の抵抗を示し、ＡＤＣ９３ａはＴＭ
Ｒ素子８１の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２
３（Ａ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａ
から抵抗値Ｓｘ４を値Ｘ４として取得する。

【０１１４】（第５手順）次いで、制御回路９５は、メ
インスイッチＭＳを「オン」状態とする指示信号、電流
方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オン」
状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オフ」状態と
する指示信号、並びに、スイッチング素子９３ｂにＴＭ
Ｒ素子８２を選択するための指示信号を、各対応するス
イッチング素子に供給する。

【０１１５】これにより、定電流源ＩＳの電流は、スイ
ッチング素子ＭＳ、スイッチング素子Ｓ１、第２の検査
用コイル９２、第１の検査用コイル９１、スイッチング
素子Ｓ４、及び同定電流源ＩＳの順に流れる。この結
果、第２の検査用コイル９２はＹ軸負方向であって大き
さがＨｂの磁界をＴＭＲ素子８２に加えるから、ＴＭＲ
素子８２は抵抗値Ｓｙ３の抵抗を示していて、ＡＤＣ９
３ａはＴＭＲ素子８２の抵抗値をデジタル値に変換す
る。従って、図２３（Ｂ）に示したように、制御回路９
５は、ＡＤＣ９３ａから抵抗値Ｓｙ３を値Ｙ１として取
得する。

【０１１６】（第６手順）次に、制御回路９５は、スイ
ッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同ス
イッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチン
グ素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換
えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検
査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断され
た非通電状態となる。従って、第１，第２の検査用コイ
ル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

【０１１７】このとき、ＡＤＣ９３ａはＴＭＲ素子８２
の抵抗値をデジタル値に変換するから、図２３（Ｂ）に
示したように、制御回路９５はＡＤＣ９３ａから抵抗値
Ｓｙ３より大きい抵抗値Ｓｙ２を値Ｙ２として取得す
る。

【０１１８】（第７手順）次に、制御回路９５は、メイ
ンスイッチＭＳを再び「オン」状態とする指示信号と、
電流方向切換回路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を「オ
フ」状態及びスイッチング素子Ｓ３，Ｓ２を「オン」状
態とする指示信号とを、各対応するスイッチング素子に
供給する。

【０１１９】この結果、スイッチング素子ＭＳが「オ
ン」状態へと切り換えられるとともに、電流方向切換回
路のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が「オフ」状態へと切
り換えられ、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ２が「オン」状
態へと切り換えられる。これにより、第２の検査用コイ
ル９２はＹ軸正方向であって大きさがＨｂの磁界をＴＭ
Ｒ素子８２に加える。このとき、ＴＭＲ素子８２は抵抗
値Ｓｙ１の大きさの抵抗を示していて、ＡＤＣ９３ａは
ＴＭＲ素子８２の抵抗値をデジタル値に変換するから、
図２３（Ｂ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９
３ａから抵抗値Ｓｙ１を値Ｙ３として取得する。

【０１２０】（第８手順）次に、制御回路９５は、スイ
ッチング素子ＭＳを「オフ」状態とする指示信号を同ス
イッチング素子ＭＳに供給する。この結果、スイッチン
グ素子ＭＳは「オン」状態から「オフ」状態へと切り換
えられるので、第１の検査用コイル９１、及び第２の検
査用コイル９２は、定電流源ＩＳからの電流が遮断され
た非通電状態となる。この結果、第１，第２の検査用コ
イル９１，９２は、いかなる磁界をも発生しない。

【０１２１】このとき、ＴＭＲ素子８２は抵抗値Ｓｙ２
近傍の大きさの値Ｓｙ４の抵抗を示し、ＡＤＣ９３ａは
ＴＭＲ素子８２の抵抗値をデジタル値に変換するから、
図２３（Ｂ）に示したように、制御回路９５はＡＤＣ９
３ａから抵抗値Ｓｙ４を値Ｙ４として取得する。

【０１２２】（第９手順：異常判定ステップ）制御回路
９５は、以上の第１〜第８手順により、値Ｘ１〜Ｘ４、
及び値Ｙ１〜Ｙ４を取得すると、下記の数３〜数６が成
立するか否かを判定する。

【０１２３】

【数３】Ｘ１−Ｘ３≧Ｃ１

【０１２４】

【数４】|Ｘ２−Ｘ４|＜Ｃ２

【０１２５】

【数５】Ｙ３−Ｙ１≧Ｃ１

【０１２６】

【数６】|Ｙ２−Ｙ４|＜Ｃ２

【０１２７】上記数３，数５における値Ｃ１は、ＴＭＲ
素子８１の感度が不十分であるときの値（Ｘ１−Ｘ３）
の最大値及びＴＭＲ素子８２の感度が不十分であるとき
の値（Ｙ３−Ｙ１）の最大値の各々よりも大きい値に選
択されている。上記数４，数６における値Ｃ２は、ＴＭ
Ｒ素子８１のヒステリシスが過大であるときの値｜Ｘ２
−Ｘ４｜及びＴＭＲ素子８２のヒステリシスが過大であ
るときの値｜Ｙ２−Ｙ４｜の最小値よりも小さい値に選
択されている。なお、値Ｃ１，Ｃ２は、何れも正の値で
ある。

【０１２８】現時点では、磁気センサ８０のＴＭＲ素子
８１，８２、検出回路９３、及び電流供給回路９４の総
べてが正常に作動していて、Ｘ１−Ｘ３＝Ｓｘ１−Ｓｘ
３≧Ｃ１、|Ｘ２−Ｘ４|＝|Ｓｘ２−Ｓｘ４|＜Ｃ２、Ｙ
３−Ｙ１＝Ｓｙ３−Ｓｙ１≧Ｃ１、及び|Ｙ２−Ｙ４|＝
|Ｓｙ２−Ｓｙ４|＜Ｃ２となる。即ち、上記数３〜数６
は総べて成立する。従って、制御回路９５は、磁気セン
サ８０のＴＭＲ素子８１，８２、検出回路９３、及び電
流供給回路９４の総べてが正常であると判定する。

【０１２９】次に、ＴＭＲ素子８１の感度が不足し、且
つ、他は正常に作動している場合について説明する。こ
の場合、ＴＭＲ素子８１は、Ｘ軸正方向に大きさがＨｂ
の磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｘ１よりも小さく抵抗
値Ｓｘ２よりも大きい値を示し、Ｘ軸負方向に大きさが
Ｈｂの磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｘ３よりも大きく
抵抗値Ｓｘ２よりも小さい値を示す。このため、制御回
路９５は、上記手順１〜手順８を行うことで、図２４
（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２４（Ｂ）に示し
た値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

【０１３０】この場合、上記数４〜６は成立するが、Ｔ
ＭＲ素子８１の感度が不足しているから、値（Ｘ１−Ｘ
３）が小さくなるために上記数３が成立しない。制御回
路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ素子８１の感度が
不足する異常が発生していると判定する。

【０１３１】次に、ＴＭＲ素子８２の感度が不足し、且
つ、他は正常に作動している場合について説明する。こ
の場合、ＴＭＲ素子８２は、Ｙ軸正方向に大きさがＨｂ
の磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｙ１よりも小さく抵抗
値Ｓｙ２よりも大きい値を示し、Ｙ軸負方向に大きさが
Ｈｂの磁界が加わったとき、抵抗値Ｓｙ３よりも大きく
抵抗値Ｓｙ２よりも小さい値を示す。このため、制御回
路９５は、上記手順１〜手順８を行うことで、図２５
（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２５（Ｂ）に示し
た値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

【０１３２】この場合、上記数３，数４，数６は成立す
るが、ＴＭＲ素子８２の感度が不足しているから、値
（Ｙ３−Ｙ１）が小さくなって上記数５が成立しない。
制御回路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ素子８２の
感度が不足する異常が発生していると判定する。

【０１３３】次に、ＴＭＲ素子８１のヒステリシスが過
大となっており、且つ、他は正常に作動している場合に
ついて説明する。このようなＴＭＲ素子８１は、Ｘ軸正
方向に大きさがＨｂの磁界が加えられた後、同磁界を消
滅させた場合、抵抗値Ｓｘ２より相当大きく抵抗値Ｓｘ
１より小さい値を示し、Ｘ軸負方向に大きさがＨｂの磁
界が加えられた後、同磁界を消失させた場合、抵抗値Ｓ
ｘ２よりも相当小さく抵抗値Ｓｘ３より大きい値を示
す。このため、制御回路９５は、上記手順１〜手順８を
行うことで、図２６（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び
図２６（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

【０１３４】この場合、上記数３，数５，数６は成立す
るが、ＴＭＲ素子８１のヒステリシスが過大となってい
るから、値｜Ｘ２−Ｘ４｜が大きくなって上記数４が成
立しない。制御回路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ
素子８１のヒステリシスが過大となる異常が発生してい
ると判定する。

【０１３５】次に、ＴＭＲ素子８２のヒステリシスが過
大となっており、且つ、他は正常に作動している場合に
ついて説明する。このようなＴＭＲ素子８２は、Ｙ軸負
方向に大きさがＨｂの磁界が加えられた後、同磁界を消
滅させた場合、抵抗値Ｓｙ２より相当小さく抵抗値Ｓｙ
３より大きい値を示し、Ｙ軸正方向に大きさがＨｂの磁
界が加えられた後、同磁界を消失させた場合、抵抗値Ｓ
ｙ２よりも相当大きく抵抗値Ｓｙ１より小さい値を示
す。このため、制御回路９５は、上記手順１〜手順８を
行うことで、図２７（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び
図２７（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

【０１３６】この場合、上記数３〜数５は成立するが、
ＴＭＲ素子８２のヒステリシスが過大となっているか
ら、値｜Ｙ２−Ｙ４｜が大きくなって上記数６が成立し
ない。制御回路９５は、この結果に基いて、ＴＭＲ素子
８２のヒステリシスが過大となる異常が発生していると
判定する。

【０１３７】次に、メインスイッチとして機能するスイ
ッチング素子ＭＳが常時「オン」の状態となり、「オ
フ」状態に変化しないような場合等であって、第１，第
２の検査用コイル９１，９２に電流が流れ続けてしまう
（但し、第１，第２の検査用コイル９１，９２に流れる
電流の向きは切り換えられ得る）異常が発生している
が、その他は正常に作動する場合について説明する。

【０１３８】この場合も、制御回路は上記手順１〜手順
８を行う。このような異常状態が発生すると、手順１と
手順２において、ＴＭＲ素子８１には第１の検査用コイ
ル９１によりＸ軸正方向の一定の大きさＨｂの磁界が加
わるので、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ１を示す。ま
た、手順３と手順４において、ＴＭＲ素子８１には第１
の検査用コイル９１によりＸ軸負方向の一定の大きさＨ
ｂの磁界が加わるので、ＴＭＲ素子８１は抵抗値Ｓｘ３
を示す。同様に、手順５と手順６において、ＴＭＲ素子
８２には第２の検査用コイル９２によりＹ軸負方向の一
定の大きさＨｂの磁界が加わるので、ＴＭＲ素子８２は
抵抗値Ｓｙ３を示す。また、手順７と手順８において、
ＴＭＲ素子８２には第２の検査用コイル９２によりＹ軸
正方向の一定の大きさＨｂの磁界が加わるので、ＴＭＲ
素子８２は抵抗値Ｓｙ１を示す。このため、制御回路９
５は、図２８（Ａ）に示した値Ｘ１〜Ｘ４、及び図２８
（Ｂ）に示した値Ｙ１〜Ｙ４を取得する。

【０１３９】この結果、上記数３，数５は成立するが、
値Ｘ２は値Ｘ１と同一の抵抗値Ｓｘ１となるとともに値
Ｘ４は値Ｘ３と同一の抵抗値Ｓｘ３となるため、上記数
４は不成立となる。同様に、値Ｙ２は値Ｙ１と同一の抵
抗値Ｓｙ３となるとともに値Ｙ４は値Ｙ３と同一の抵抗
値Ｓｙ１となるので、上記数６は不成立となる。制御回
路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８０
に異常が発生していると判定する。

【０１４０】次に、メインスイッチとして機能するスイ
ッチング素子ＭＳが常時「オフ」の状態となり「オン」
状態に変化しないような場合、第１，第２の検査用コイ
ル９１，９２が断線した場合、或いは接続導線９６ａ〜
９６ｃが断線した場合等であって、第１，第２の検査用
コイル９１，９２に電流を流すことができない異常が発
生している場合について説明する。

【０１４１】この場合にも、制御回路は上記手順１〜手
順８を行う。このような異常状態が発生すると、上記手
順１〜手順８の総べての場合において第１，第２の検査
用コイル９１，９２は如何なる磁界も発生しない。従っ
て、図２９（Ａ）に示したように、値Ｘ１〜Ｘ４は総べ
て同一の値である抵抗値Ｓｘ２となり、図２９（Ｂ）に
示したように、値Ｙ１〜Ｙ４は総べて同一の値である抵
抗値Ｓｙ２となる。従って、上記数４，数６は成立する
が、上記数３，数５は不成立となる。制御回路９５は、
かかる結果が得られたとき、磁気センサ８０に異常が発
生していると判定する。

【０１４２】次に、電流方向切換回路のスイッチング素
子Ｓ１，Ｓ４が常時「オン」の状態となり「オフ」状態
に変化せず、且つスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が常時
「オフ」の状態となり「オン」状態に変化しないような
場合等であって、第１，第２の検査用コイル９１，９２
に流れる電流の向きを変更することができない異常が発
生している場合について説明する。

【０１４３】この場合にも、制御回路は上記手順１〜手
順８を行う。このような異常状態においては、手順１と
手順３において、同じ向きで同じ大きさの電流が第１の
検査用コイル９１に流れるので、ＴＭＲ素子８１にはＸ
軸正方向で大きさＨｂの磁界が加わる。従って、図３０
（Ａ）の実線にて示したように、制御回路９５が取得す
る値Ｘ１と値Ｘ３は同一の抵抗値Ｓｘ１となるから、上
記数４は成立するが、上記数３は不成立となる。

【０１４４】同様に、手順５と手順７において、同じ向
きで同じ大きさの電流が第２の検査用コイル９２に流れ
るので、ＴＭＲ素子８２にはＹ軸負方向で大きさＨｂの
磁界が加わる。従って、図３０（Ｂ）の実線にて示した
ように、値Ｙ１と値Ｙ３は同一の値Ｓｙ３となるから、
上記数６は成立するが、上記数５は不成立となる。制御
回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８
０に異常が発生していると判定する。

【０１４５】なお、電流方向切換回路のスイッチング素
子Ｓ３，Ｓ２が常時「オン」の状態となり「オフ」状態
に変化せず、且つスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が常時
「オフ」の状態となり「オン」状態に変化しないような
場合、図３０（Ａ），（Ｂ）の破線にて示したように、
値Ｘ１と値Ｘ３は同一の抵抗値Ｓｘ３となり、値Ｙ１と
値Ｙ３は同一の抵抗値Ｓｙ１となるので、やはり、上記
数３，数５は不成立となる。従って、制御回路９５は、
かかる結果が得られたときも、磁気センサ８０に異常が
発生していると判定する。

【０１４６】次に、検出回路９３のスイッチング素子９
３ｂが、常にＴＭＲ素子８１を選択するようになり、Ｔ
ＭＲ素子８２を選択できなくなった異常が発生している
場合について説明する。

【０１４７】このような異常状態においては、常にＴＭ
Ｒ素子８１の抵抗値が検出され、手順５〜手順８の結果
は手順１〜手順４の結果と実質同一となるので、図３１
（Ａ），（Ｂ）に示したように、値Ｘ１〜値Ｘ４と値Ｙ
１〜値Ｙ４の各値は実質的にそれぞれ同じ値となる。即
ち、値Ｙ１は値Ｘ１と同じ抵抗値Ｓｘ１、値Ｙ３は値Ｘ
３と同じ抵抗値Ｓｘ３となるので、値（Ｙ３−Ｙ１）は
値（Ｘ３−Ｘ１）と同じ負の値となる。従って、上記数
３，数４，数６は成立するが、上記数５は不成立とな
る。制御回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気
センサ８０（検出回路９３）に異常が発生していると判
定する。

【０１４８】同様に、検出回路９３のスイッチング素子
９３ｂが、常にＴＭＲ素子８２を選択するようになり、
ＴＭＲ素子８１を選択できなくなった異常が発生してい
る場合について説明する。

【０１４９】このような異常状態においては、常にＴＭ
Ｒ素子８２の抵抗値が検出され、手順１〜手順４の結果
は手順５〜手順８の結果と実質同一となるので、図３２
（Ａ），（Ｂ）に示したように、値Ｘ１〜値Ｘ４と値Ｙ
１〜値Ｙ４の各値は実質的にそれぞれ同じ値となる。即
ち、値Ｘ１は値Ｙ１と同じ抵抗値Ｓｙ３、値Ｘ３は値Ｙ
３と同じ抵抗値Ｓｙ１となるので、値（Ｘ１−Ｘ３）は
値（Ｙ１−Ｙ３）と同じ負の値となる。従って、上記数
４〜数６は成立するが、上記数３は不成立となる。制御
回路９５は、かかる結果が得られたとき、磁気センサ８
０（検出回路９３）に異常が発生していると判定する。

【０１５０】（第１０手順：バランス判定ステップ）最
後に、制御回路９５は、これまでの手順にて異常が発生
していないと判定したとき、ＴＭＲ素子８１とＴＭＲ素
子８２の特性上のバランスがとれているか否かを判定す
るため、下記数７，数８が成立するか否かを判定する。
値Ｃ３は正の所定値である。

【０１５１】

【数７】|Ｘ１−Ｙ３|＜Ｃ３

【０１５２】

【数８】|Ｘ３−Ｙ１|＜Ｃ３

【０１５３】そして、上記数７及び数８の何れかが成立
しないとき、制御回路９５はＴＭＲ素子８１とＴＭＲ素
子８２の出力の均衡（バランス）が崩れている異常が生
じていると判定する。

【０１５４】以上、説明したように、第４実施形態に係
る磁気センサ８０によれば、第１の検査用コイル９１と
第２の検査用コイル９２をチップ（基板８０ａ）内に備
えていて、ＴＭＲ素子８１，８２に検査用の磁界を付与
することができるので、磁気センサ８０の検査装置に磁
界発生機能を備えさせる必要がない。

【０１５５】また、係る磁気センサ８０によれば、第１
の検査用コイル９１と第２の検査用コイル９２が電流供
給源である定電流源ＩＳに対して直列に接続され、通電
制御回路として機能するスイッチング素子ＭＳ及びスイ
ッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をその閉回路中に介装している
から、スイッチング素子ＭＳ，Ｓ１〜Ｓ４の抵抗値等の
特性がばらついたとしても、第１，第２の検査用コイル
９１，９２には同じ大きさの電流を流すことができる。
従って、ＴＭＲ素子８１，８２に同じ大きさの磁界を加
えることが可能であるので、例えば、上記数７，数８の
判定を行うことにより、即ち、ＴＭＲ素子８１，８２の
呈する抵抗値に基いて、両素子の出力上の均衡がとれて
いるか否かを判定することが可能となる。

【０１５６】更に、第４実施形態に係る磁気センサ８０
によれば、検出回路９３がＴＭＲ素子８１，８２の何れ
かを選択してＡＤ変換するようになっているから、ＡＤ
Ｃ９３ａは安価で小型な１チャンネルのＡＤＣを採用す
ることが可能となるとともに、その検出回路９３（のス
イッチング素子９３ｂ）の選択機能が正常であるか否か
をも判定できるので、信頼性の高い磁気センサ８０を提
供することができる。

【０１５７】また、以上に説明したように、本発明によ
る各実施形態に係る磁気センサは、ダブルスパイラルコ
イルを採用しているので、小型で且つ低消費電力であり
ながら、それぞれに必要な磁界を発生させることができ
る。

【０１５８】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採
用することができる。例えば、第３実施形態の磁気セン
サ６０は、ＧＭＲ素子を採用していたが、同ＧＭＲ素子
に代えてＴＭＲ素子を採用することもできる。また、第
４実施形態の磁気センサ８０は、ＴＭＲ素子８１，８２
を採用していたが、ＴＭＲ素子８１，８２に代えて、Ｇ
ＭＲ素子等の他の磁気抵抗効果素子を採用してもよく、
又は、これらの磁気抵抗効果素子が基板上に分散配置さ
れて形成されるとともに接続導線でブリッジ回路状に接
続されることにより構成される磁気検出部を採用しても
よい。更に、上記の初期化用コイル、バイアス磁界用コ
イル、検査用コイルの任意の二つ以上のコイルを、各磁
気センサの基板内に積層して組込んでもよい。

【０１５９】また、上記各実施形態においては、初期化
用コイル、バイアス磁界用コイル、検査用コイルは、Ｔ
ＭＲ素子やＧＭＲ素子が形成される基板と同一基板内
（同一チップ内）に形成されているが、これらの素子が
形成される基板とは別体の基板内にこれらのコイルを形
成するとともに、素子が形成された基板とコイルが形成
された基板とを密着させる構造とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る磁気センサの概
略平面図である。

【図２】 図１に示した磁気センサの磁気トンネル効果
素子（群）とバイアス磁界用コイルの部分拡大平面図で
ある。

【図３】 図２の１−１線に沿った平面で磁気トンネル
効果素子及びバイアス磁界用コイルを切断した断面図で
ある。

【図４】 図２の２−２線に沿った平面で磁気トンネル
効果素子及びバイアス磁界用コイルを切断した断面図で
ある。

【図５】 図１に示した磁気トンネル効果素子のセンス
層の磁化曲線を示すグラフである。

【図６】 図１に示した磁気トンネル効果素子の参照層
の磁化曲線を示すグラフである。

【図７】 図１に示した磁気トンネル効果素子のＭＲ曲
線（磁場に対する抵抗の変化）を示すグラフである。

【図８】 図１に示した磁気トンネル効果素子に加える
交流バイアス磁界を示すグラフである。

【図９】 図１に示した磁気トンネル効果素子に図８に
示した交流バイアス磁界を印加し、検出すべき外部磁界
を変化させた場合の同素子の抵抗の変化を示すグラフで
ある。

【図１０】 図１に示した磁気トンネル効果素子の検出
すべき外部磁界に対する検出値の変化を示すグラフであ
る。

【図１１】 本発明の第２実施形態に係る磁気センサの
概略平面図である。

【図１２】 図１１に示した磁気センサのＧＭＲ素子と
コイルの部分拡大平面図である。

【図１３】 図１２に示したＧＭＲ素子の平面図であ
る。

【図１４】 図１２の３−３線に沿った平面にてＧＭＲ
素子及びコイルを切断した概略断面図である。

【図１５】 図１２に示したＧＭＲ素子のスピンバルブ
膜構成を示す図である。

【図１６】 図１２に示したＧＭＲ素子の外部磁界に対
する抵抗値の変化を示したグラフである。

【図１７】 図１２に示した磁気センサが備えるＸ軸磁
気センサの等価回路図である。

【図１８】 図１７に示したＸ軸磁気センサのＸ軸方向
に変化する外部磁界に対する出力電圧（実線）、及びＹ
軸方向に変化する磁界に対する出力電圧（破線）の変化
を示したグラフである。

【図１９】 本発明による第３実施形態に係る磁気セン
サの概略平面図である。

【図２０】 本発明による第４実施形態に係る磁気セン
サの概略平面図である。

【図２１】 図２０に示した第１磁気検出部のＴＭＲ素
子の抵抗値特性を示したグラフである。

【図２２】 図２０に示した第２磁気検出部のＴＭＲ素
子の抵抗値特性を示したグラフである。

【図２３】 図２０に示した磁気センサが正常である場
合に制御回路が取得する検出値を示したグラフである。

【図２４】 図２０に示した磁気センサの第１磁気検出
部の感度が不足している場合に制御回路が取得する検出
値を示したグラフである。

【図２５】 図２０に示した磁気センサの第２磁気検出
部の感度が不足している場合に制御回路が取得する検出
値を示したグラフである。

【図２６】 図２０に示した磁気センサの第１磁気検出
部のヒステリシスが過大となっている場合に制御回路が
取得する検出値を示したグラフである。

【図２７】 図２０に示した磁気センサの第２磁気検出
部のヒステリシスが過大となっている場合に制御回路が
取得する検出値を示したグラフである。

【図２８】 図２０に示した磁気センサのテスト用コイ
ルに流れる電流の大きさが変更できない（検査用の電流
を遮断できない）異常が生じている場合に制御回路が取
得する検出値を示したグラフである。

【図２９】 図２０に示した磁気センサのテスト用コイ
ルに電流を流すことができない異常が生じている場合に
制御回路が取得する検出値を示したグラフである。

【図３０】 図２０に示した磁気センサのテスト用コイ
ルに流れる電流の向きが変更できない異常が生じている
場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフであ
る。

【図３１】 図２０に示した磁気センサにおいて検出回
路が常に第１磁気検出部を選択してしまう異常が生じて
いる場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフで
ある。

【図３２】 図２０に示した磁気センサにおいて検出回
路が常に第２磁気検出部を選択してしまう異常が生じて
いる場合に制御回路が取得する検出値を示したグラフで
ある。

【図３３】 従来の磁気センサの磁気トンネル効果素子
（群）とバイアス磁界用コイルの部分拡大平面図であ
る。

【符号の説明】

１０…磁気センサ、１０ａ…基板、１１，１２…磁気ト
ンネル効果素子、２１、２１−１…第１導線部、２１−
２…第２導線部、Ｐ１，Ｐ２…渦中心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 誠 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC09 AD55 AD65

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄膜状の磁気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子の膜平面と平行な面内に形成され
   同磁気抵抗効果素子に付与する磁界を発生するコイルと
   を備えた磁気センサにおいて、 前記コイルは、平面視で渦巻を形成する第１の導線と、
   平面視で渦巻を形成する第２の導線とからなり、 前記磁気抵抗効果素子は、平面視で前記第１の導線の渦
   中心と前記第２の導線の渦中心との間に配置され、 前記磁気抵抗効果素子と平面視で重なる部分に位置する
   前記第１の導線の部分、及び同磁気抵抗効果素子と平面
   視で重なる部分に位置する前記第２の導線の部分に、略
   同一方向の電流が流れるように前記第１の導線と前記第
   ２の導線が接続されてなる磁気センサ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の磁気センサにおいて、 前記磁気抵抗効果素子と平面視で重なる部分に位置する
   前記第１の導線の部分、及び同磁気抵抗効果素子と平面
   視で重なる部分に位置する前記第２の導線の部分は、互
   いに平行な直線状に形成されてなる磁気センサ。
3. 【請求項３】請求項２に記載の磁気センサにおいて、 前記磁気抵抗効果素子と平面視で重なる部分に位置する
   前記第１及び前記第２の導線の各幅は互いに等しく、且
   つ、他の部分に位置する同第１及び同第２の導線の各幅
   と異なるように形成された磁気センサ。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載
   の磁気センサであって、 前記コイルは、前記磁気抵抗効果素子が正常に機能する
   か否かを確認するための磁界を発生するコイルである磁
   気センサ。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載
   の磁気センサであって、 前記磁気抵抗効果素子は、フリー層とピン層とを含む磁
   気抵抗効果素子であり、 前記コイルは、前記フリー層の磁化の向きを初期化する
   磁界を発生するコイルである磁気センサ。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載
   の磁気センサであって、 前記磁気抵抗効果素子は、磁気トンネル効果素子であ
   り、 前記コイルは、前記磁気トンネル効果素子が同素子に加
   わる外部磁界を検出するためのバイアス磁界を発生する
   コイルである磁気センサ。
7. 【請求項７】基板と、 前記基板上に形成され、第１の方向内の第１の向きの磁
   界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示すととも
   に同第１の方向内の同第１の向きと反対の向きの磁界の
   大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す第１磁気検
   出部と、 前記基板上に形成され、前記第１の方向と交差する第２
   の方向内の第２の向きの磁界の大きさが大きくなるほど
   大きい物理量を示すとともに同第２の方向内の同第２の
   向きと反対の向きの磁界の大きさが大きくなるほど小さ
   い物理量を示す第２磁気検出部と、 前記第１磁気検出部に近接配置されるとともに流される
   電流に応じて前記第１の方向内で大きさ及び向きが変化
   する磁界を発生し同発生した磁界を同第１磁気検出部に
   加えるための第１の検査用コイルと、 前記第２磁気検出部に近接配置されるとともに流される
   電流に応じて前記第２の方向内で大きさ及び向きが変化
   する磁界を発生し同発生した磁界を同第２磁気検出部に
   加えるための第２の検査用コイルと、 電流供給源と、 前記電流供給源に対して前記第１の検査用コイルと前記
   第２の検査用コイルとを直列に接続する接続導線と、 前記電流供給源、前記第１の検査用コイル、前記第２の
   検査用コイル、及び前記接続導線からなる閉回路中に介
   装され、同第１の検査用コイルと同第２の検査用コイル
   の状態を、同電流供給源からの電流が流れる通電状態及
   び同電流が遮断された非通電状態の何れかに切換える通
   電制御回路と、 を備えてなる磁気センサ。
8. 【請求項８】基板と、 前記基板上に形成され、第１の方向内の第１の向きの磁
   界の大きさが大きくなるほど大きい物理量を示すととも
   に同第１の方向内の同第１の向きと反対の向きの磁界の
   大きさが大きくなるほど小さい物理量を示す第１磁気検
   出部と、 前記基板上に形成され、前記第１の方向と交差する第２
   の方向内の第２の向きの磁界の大きさが大きくなるほど
   大きい物理量を示すとともに同第２の方向内の同第２の
   向きと反対の向きの磁界の大きさが大きくなるほど小さ
   い物理量を示す第２磁気検出部と、 前記基板内であって前記第１磁気検出部の下方に埋設さ
   れるとともに流される電流に応じて前記第１の方向内で
   大きさ及び向きが変化する磁界を発生し同発生した磁界
   を同第１磁気検出部に加えるための第１の検査用コイル
   と、 前記基板内であって前記第２磁気検出部の下方に埋設さ
   れるとともに流される電流に応じて前記第２の方向内で
   大きさ及び向きが変化する磁界を発生し同発生した磁界
   を同第２磁気検出部に加えるための第２の検査用コイル
   と、 電流供給源と、 前記電流供給源に対して前記第１の検査用コイルと前記
   第２の検査用コイルとを直列に接続する接続導線と、 前記電流供給源、前記第１の検査用コイル、前記第２の
   検査用コイル、及び前記接続導線からなる閉回路中に介
   装され、同第１の検査用コイルと同第２の検査用コイル
   の状態を、同電流供給源からの電流が流れる通電状態及
   び同電流が遮断された非通電状態の何れかに切換える通
   電制御回路と、 を備えてなる磁気センサ。
9. 【請求項９】請求項７又は請求項８に記載の磁気センサ
   であって、 外部からの指示信号に応じて前記第１磁気検出部及び前
   記第２磁気検出部の何れか一方を選択するとともに同選
   択された磁気検出部が示す物理量を検出する検出回路
   と、 前記指示信号を発生する制御回路と、を備えるととも
   に、 前記第１磁気検出部は、前記第１の方向内の第１の向き
   に所定の大きさの磁界が加わったときに第１の大きさの
   前記物理量を示すとともに、前記第１の方向内の第１の
   向きと反対の向きに前記所定の大きさの磁界が加わった
   ときに前記第１の大きさと異なる第２の大きさの前記物
   理量を示すように形成され、 前記第２磁気検出部は、前記第２の方向内の第２の向き
   に前記所定の大きさの磁界が加わったときに前記第１の
   大きさの前記物理量を示すとともに、前記第２の方向内
   の第２の向きと反対の向きに前記所定の大きさの磁界が
   加わったときに前記第２の大きさの前記物理量を示すよ
   うに形成され、 前記第１の検査用コイル及び前記第２の検査用コイル
   は、同第１の検査用コイルに所定の向きで所定の大きさ
   の電流が流されたとき、同第１の検査用コイルが前記第
   １磁気検出部に前記第１の向きで所定の大きさの磁界を
   加えるとともに、同第２の検査用コイルが前記第２磁気
   検出部に前記第２の向きと反対の向きで同所定の大きさ
   の磁界を加え、同第１の検査用コイルに同所定の向きと
   反対の向きで同所定の大きさの電流が流されたとき、同
   第１の検査用コイルが同第１磁気検出部に同第１の向き
   とは反対の向きで同所定の大きさの磁界を加えるととも
   に、同第２の検査用コイルが同第２磁気検出部に同第２
   の向きで同所定の大きさの磁界を加えるように構成され
   てなる磁気センサ。