JP2017040509A - Magnetic sensor and current sensor - Google Patents
Magnetic sensor and current sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017040509A JP2017040509A JP2015161269A JP2015161269A JP2017040509A JP 2017040509 A JP2017040509 A JP 2017040509A JP 2015161269 A JP2015161269 A JP 2015161269A JP 2015161269 A JP2015161269 A JP 2015161269A JP 2017040509 A JP2017040509 A JP 2017040509A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetic
- magnetic layer
- magnetic sensor
- ferromagnetic layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 301
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 100
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 62
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 43
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 41
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 354
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 10
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁気センサおよび当該磁気センサを備えた電流センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor and a current sensor including the magnetic sensor.
電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとしては、被測定電流からの誘導磁界を検出する磁気センサを用いたものが知られている。磁気センサ用の磁気検出素子として、例えば、ＧＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子が挙げられる。 In fields such as motor drive technology in electric vehicles and hybrid cars, a relatively large current is handled, and thus a current sensor capable of measuring a large current in a non-contact manner is required. As such a current sensor, a sensor using a magnetic sensor that detects an induced magnetic field from a current to be measured is known. Examples of the magnetic detection element for the magnetic sensor include a magnetoresistive effect element such as a GMR element.
ＧＭＲ素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基本構造とする。固定磁性層は、反強磁性層と強磁性層との積層構造による交換結合バイアスや、２つの強磁性層が非磁性中間層を介して積層されるセルフピン止め構造によるＲＫＫＹ相互作用（間接交換相互作用）により、磁化方向が一方向に固定されている。フリー磁性層は外部磁界に応じて磁化方向が変化可能とされている。 The GMR element has a basic structure of a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer. The pinned magnetic layer has an exchange coupling bias due to a laminated structure of an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer, and an RKKY interaction (indirect exchange mutual interaction) due to a self-pinned structure in which two ferromagnetic layers are laminated via a nonmagnetic intermediate layer. (Operation), the magnetization direction is fixed in one direction. The free magnetic layer can change the magnetization direction in accordance with an external magnetic field.
ＧＭＲ素子を備えた磁気センサを用いてなる電流センサでは、被測定電流からの誘導磁界がＧＭＲ素子に印加されることにより、フリー磁性層の磁化方向が変化する。このフリー磁性層の磁化方向と、固定磁性層の磁化方向との相対角度に応じてＧＭＲ素子の電気抵抗値が変動するため、この電気抵抗値を測定することにより、フリー磁性層の磁化方向を検出することができる。そして、磁気センサにより検出された磁化方向に基づいて、誘導磁界を与えた被測定電流の大きさおよびその向きを求めることが可能である。 In a current sensor using a magnetic sensor having a GMR element, an induced magnetic field from a current to be measured is applied to the GMR element, whereby the magnetization direction of the free magnetic layer changes. Since the electrical resistance value of the GMR element varies depending on the relative angle between the magnetization direction of the free magnetic layer and the magnetization direction of the pinned magnetic layer, the magnetization direction of the free magnetic layer can be determined by measuring the electrical resistance value. Can be detected. Based on the magnetization direction detected by the magnetic sensor, it is possible to determine the magnitude and direction of the current to be measured to which the induced magnetic field is applied.
ところで、電気自動車やハイブリッドカーにおいては、モータの駆動を電流値に基づいて制御する場合があり、また、バッテリーに流れ込む電流値に応じてバッテリーの制御方法を調整する場合がある。したがって、磁気センサを用いてなる電流センサには、電流値をより正確に検出できるように、磁気センサの測定精度を高めることが求められている。 By the way, in an electric vehicle or a hybrid car, driving of a motor may be controlled based on a current value, and a battery control method may be adjusted according to a current value flowing into the battery. Therefore, a current sensor using a magnetic sensor is required to increase the measurement accuracy of the magnetic sensor so that the current value can be detected more accurately.
磁気センサの測定精度を向上させるためには、オフセットの低減、出力信号のばらつきの低減、およびリニアリティ（出力線形性）の向上などを実現することが求められる。これらの要求に応えるための好ましい一手段として、磁気センサが有するＧＭＲ素子のヒステリシスを低減させることが挙げられる。ＧＭＲ素子のヒステリシスを低減させる手段の具体例として、フリー磁性層にバイアス磁界を印加して、被測定電流からの誘導磁界が印加されていない状態においてもフリー磁性層の磁化方向を揃えることが挙げられる。 In order to improve the measurement accuracy of the magnetic sensor, it is required to realize a reduction in offset, a reduction in output signal variation, an improvement in linearity (output linearity), and the like. One preferable means for meeting these requirements is to reduce the hysteresis of the GMR element included in the magnetic sensor. As a specific example of means for reducing the hysteresis of the GMR element, a bias magnetic field is applied to the free magnetic layer so that the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned even when no induced magnetic field from the current to be measured is applied. It is done.
フリー磁性層にバイアス磁界を印加する方法として、特許文献１には、フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせフリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる反強磁性層をフリー磁性層に積層させる方法が開示されている。 As a method of applying a bias magnetic field to the free magnetic layer, Patent Document 1 discloses that an exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied. A method of laminating a possible antiferromagnetic layer on a free magnetic layer is disclosed.
上記の反強磁性層による交換結合バイアスを生じさせる方法は、ＧＭＲ素子の周囲に永久磁石を配置してバイアス磁界を発生させる方法に比べてバイアス磁界の均一性など有利な点を有する。しかしながら、ＧＭＲ素子を高温環境下に長時間保存した場合にフリー磁性層に生じる交換結合バイアスによるバイアス磁界が大きくなり、その結果、ＧＭＲ素子の検出感度が低下する傾向を示す場合がある。 The method of generating the exchange coupling bias by the antiferromagnetic layer has advantages such as the uniformity of the bias magnetic field, compared with the method of generating a bias magnetic field by arranging a permanent magnet around the GMR element. However, when the GMR element is stored in a high temperature environment for a long time, the bias magnetic field due to the exchange coupling bias generated in the free magnetic layer increases, and as a result, the detection sensitivity of the GMR element tends to decrease.
本発明は、特許文献１に開示される交換結合バイアスに基づくフリー磁性層の単磁区化を基礎技術としつつ、高温（具体的な一例として１５０℃が挙げられる。）環境下に長時間（具体的な一例として１０００時間が挙げられる。）保存された場合であっても検出感度の低下が生じにくい磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を備える磁気センサおよび当該磁気センサを用いてなる電流センサを提供することを目的とする。 The present invention uses a single magnetic domain of a free magnetic layer based on the exchange coupling bias disclosed in Patent Document 1 as a basic technology, and is used for a long time (specifically, 150 ° C.) under a high temperature (specific example). A typical example is 1000 hours.) Provided are a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element (GMR element) that is unlikely to cause a decrease in detection sensitivity even when stored, and a current sensor using the magnetic sensor. The purpose is to do.
上記の課題を解決するために本発明者ら検討した結果、フリー磁性層内にある種の層を存在させることにより、高温環境下に長時間保存された場合であっても、磁気抵抗効果素子の検出感度の低下を生じにくくすることができるとの新たな知見を得た。 As a result of the study by the present inventors in order to solve the above-described problems, a magnetoresistive effect element can be obtained even when stored in a high temperature environment for a long time by having a certain layer in the free magnetic layer. New findings were obtained that it was difficult to cause a decrease in detection sensitivity.
かかる知見により完成された本発明は、一態様において、特定の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基板上に有し、フリー磁性層における非磁性材料層に対向する側の反対側に、フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせフリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、フリー磁性層は、アモルファス強磁性層、アモルファス強磁性層と非磁性材料層との間に位置する第１結晶性強磁性層、およびアモルファス強磁性層と第１反強磁性層との間に位置し、第１結晶性強磁性層と強磁性結合する第２結晶性強磁性層を備えることを特徴とする磁気センサである。 In one aspect, the present invention completed by such knowledge is a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element having a sensitivity axis in a specific direction, and the magnetoresistive effect element includes a fixed magnetic layer and a free magnetic layer. It has a laminated structure laminated on a nonmagnetic material layer on a substrate, and an exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the free magnetic layer on the opposite side of the free magnetic layer opposite to the nonmagnetic material layer. The magnetic layer includes a first antiferromagnetic layer capable of aligning the magnetization direction of the magnetic layer in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied, and the free magnetic layer is formed between an amorphous ferromagnetic layer, an amorphous ferromagnetic layer, and a nonmagnetic material layer. And a second crystalline ferromagnetic layer that is located between the amorphous ferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer and is ferromagnetically coupled to the first crystalline ferromagnetic layer. Magnetic cell characterized by comprising Is the difference.
フリー磁性層内にアモルファス強磁性層が存在することにより、フリー磁性層の第１反強磁性層に対する格子非整合が低減する。その結果、１５０℃程度の高温に１０００時間程度の長時間保存された場合であっても、磁気抵抗効果素子の検出感度が低下しにくくなる。 The presence of the amorphous ferromagnetic layer in the free magnetic layer reduces the lattice mismatch of the free magnetic layer with respect to the first antiferromagnetic layer. As a result, even when stored at a high temperature of about 150 ° C. for a long time of about 1000 hours, the detection sensitivity of the magnetoresistive element is unlikely to decrease.
上記の磁気センサにおいて、第２結晶性強磁性層は５Å以上４５Å以下であることが好ましく、アモルファス強磁性層は５Å以上４０Å以下であることが好ましい。 In the above magnetic sensor, the second crystalline ferromagnetic layer is preferably 5 to 45 mm, and the amorphous ferromagnetic layer is preferably 5 to 40 mm.
上記の磁気センサにおいて、第１結晶性強磁性層および第２結晶性強磁性層は鉄族元素を含むことが好ましく、アモルファス強磁性層は鉄族元素を含むことが好ましい。 In the above magnetic sensor, the first crystalline ferromagnetic layer and the second crystalline ferromagnetic layer preferably contain an iron group element, and the amorphous ferromagnetic layer preferably contains an iron group element.
上記の磁気センサにおいて、アモルファス強磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ系合金およびＣｏ−Ｚｒ-Ｎｂ系合金からなる群から選ばれる１種または２種以上を含むことが好ましい。 In the above magnetic sensor, the amorphous ferromagnetic layer preferably contains one or more selected from the group consisting of a Co—Fe—B alloy and a Co—Zr—Nb alloy.
上記の磁気センサにおいて、前記第１反強磁性層は、前記第２結晶性強磁性層の全面に形成されている、換言すれば、第２結晶性強磁性層のアモルファス強磁性層に対向する側の反対側の面全体が第１反強磁性層に対向することが好ましい。 In the above magnetic sensor, the first antiferromagnetic layer is formed on the entire surface of the second crystalline ferromagnetic layer, in other words, faces the amorphous ferromagnetic layer of the second crystalline ferromagnetic layer. It is preferable that the entire surface on the opposite side of the side faces the first antiferromagnetic layer.
上記の磁気センサにおいて、第１反強磁性層は白金族元素およびＭｎを含有することが好ましい。 In the above magnetic sensor, the first antiferromagnetic layer preferably contains a platinum group element and Mn.
上記の磁気センサにおいて、第１反強磁性層は、ＩｒＭｎおよびＰｔＭｎの少なくとも一方から形成されることが好ましい。 In the above magnetic sensor, the first antiferromagnetic layer is preferably formed of at least one of IrMn and PtMn.
上記の磁気センサの固定磁性層は、第１磁性層と非磁性材料層に接する第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、第１磁性層と第２磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型であってもよい。 In the pinned magnetic layer of the above magnetic sensor, the first magnetic layer and the second magnetic layer in contact with the nonmagnetic material layer are laminated via a nonmagnetic intermediate layer, and the first magnetic layer and the second magnetic layer are antiparallel. It may be a self-pinning type in which the magnetization is fixed to the surface.
上記の磁気センサの固定磁性層における非磁性材料層に対向する側の反対側に、固定磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ固定磁性層の磁化方向を所定方向に揃えることができる第２反強磁性層を備えていてもよい。 An exchange coupling bias is generated between the pinned magnetic layer and the pinned magnetic layer on the opposite side of the pinned magnetic layer to the nonmagnetic material layer, so that the magnetization direction of the pinned magnetic layer can be aligned with a predetermined direction. Two antiferromagnetic layers may be provided.
上記の磁気センサの積層構造は、フリー磁性層が固定磁性層と基板との間に位置するように積層される、いわゆるトップピン構造であってもよいし、固定磁性層がフリー磁性層と基板との間に位置するように積層される、いわゆるボトムピン構造であってもよい。 The laminated structure of the magnetic sensor may be a so-called top pin structure in which the free magnetic layer is laminated so as to be positioned between the pinned magnetic layer and the substrate, or the pinned magnetic layer may be the free magnetic layer and the substrate. It may be a so-called bottom pin structure that is laminated so as to be positioned between the two.
本発明のまた別の一態様は、上記の本発明に係る磁気センサを備える電流センサである。 Another aspect of the present invention is a current sensor including the magnetic sensor according to the present invention.
本発明によれば、フリー磁性層に交換結合バイアスを生じさせる方式でありながら、高温環境下に長時間保存された場合であっても感度低下が生じくい磁気抵抗効果素子を備える磁気センサが提供される。また、かかる磁気センサを用いてなる電流センサも提供される。 According to the present invention, there is provided a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element that is less susceptible to a decrease in sensitivity even when stored in a high temperature environment for a long time, although it is a system that generates an exchange coupling bias in a free magnetic layer. Is done. A current sensor using such a magnetic sensor is also provided.
１．磁気センサ
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概念図（平面図）、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。
1. 1 is a conceptual diagram (plan view) of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、図１に示すように、ストライプ形状のＧＭＲ素子を備える磁気抵抗効果素子１１を有する。磁気抵抗効果素子１１は、そのストライプ長手方向Ｄ１（以下、単に「長手方向Ｄ１」ともいう。）が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン１２（ストライプ）が折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有する。このミアンダ形状の磁気抵抗効果素子１１において、感度軸方向は、長尺パターン１２の長手方向Ｄ１に対して直交する方向Ｄ２（以下、単に「幅方向Ｄ２」ともいう。）である。したがって、このミアンダ形状の磁気抵抗効果素子１１を備える磁気センサ１は、使用の際に、被測定磁界およびキャンセル磁界が、幅方向Ｄ２に沿うように印加される。 As shown in FIG. 1, a magnetic sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes a magnetoresistive effect element 11 including a stripe-shaped GMR element. The magnetoresistive effect element 11 is formed by folding a plurality of strip-like long patterns 12 (stripes) arranged so that the stripe longitudinal direction D1 (hereinafter also simply referred to as “longitudinal direction D1”) is parallel to each other. It has a shape (a meander shape). In this meander-shaped magnetoresistive effect element 11, the sensitivity axis direction is a direction D <b> 2 orthogonal to the longitudinal direction D <b> 1 of the long pattern 12 (hereinafter also simply referred to as “width direction D <b> 2”). Accordingly, when the magnetic sensor 1 including the meander-shaped magnetoresistive element 11 is used, the magnetic field to be measured and the canceling magnetic field are applied along the width direction D2.
互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン１２のうち、配列方向端部に位置するもの以外の長尺パターン１２のそれぞれは、端部において最近位の他の帯状の長尺パターン１２と導電部１３により接続されている。配列方向端部に位置する長尺パターン１２は、導電部１３を介して接続端子１４に接続されている。こうして、２つの接続端子１４，１４間に、複数の長尺パターン１２が直列に導電部１３により接続された構成を、磁気抵抗効果素子１１は備える。導電部１３および接続端子１４は非磁性、磁性の別を問わないが、電気抵抗の低い材料から構成することが好ましい。磁気センサ１は、２つの接続端子１４，１４から磁気抵抗効果素子１１からの信号を出力可能である。接続端子１４，１４から出力される磁気抵抗効果素子１１からの信号は、図示しない演算部に入力され、演算部において当該信号に基づいて被測定電力が算出される。 Among the plurality of strip-like long patterns 12 arranged so as to be parallel to each other, each of the long patterns 12 other than those located at the end portion in the arrangement direction is the other strip-like long portion closest to the end portion. The pattern 12 and the conductive portion 13 are connected. The long pattern 12 positioned at the end in the arrangement direction is connected to the connection terminal 14 via the conductive portion 13. Thus, the magnetoresistive effect element 11 has a configuration in which the plurality of long patterns 12 are connected in series by the conductive portion 13 between the two connection terminals 14 and 14. The conductive portion 13 and the connection terminal 14 may be nonmagnetic or magnetic, but are preferably made of a material with low electrical resistance. The magnetic sensor 1 can output signals from the magnetoresistive effect element 11 from the two connection terminals 14 and 14. Signals from the magnetoresistive effect element 11 output from the connection terminals 14 and 14 are input to a calculation unit (not shown), and the calculation unit calculates electric power to be measured based on the signals.
図２に示すように、磁気抵抗効果素子１１の長尺パターン１２のそれぞれは、基板２９上に、図示しない絶縁層等を介して、下から、シード層２０、固定磁性層２１、非磁性材料層２２、フリー磁性層２３、第１反強磁性層２４、および保護層２５の順に積層されて成膜される。これらの層の成膜方法は限定されない。例えばスパッタにて成膜してもよい。 As shown in FIG. 2, each of the long patterns 12 of the magnetoresistive effect element 11 is formed on a substrate 29 from below through an insulating layer (not shown), from the seed layer 20, the fixed magnetic layer 21, the nonmagnetic material. The layer 22, the free magnetic layer 23, the first antiferromagnetic layer 24, and the protective layer 25 are stacked in this order. The method for forming these layers is not limited. For example, the film may be formed by sputtering.
シード層２０は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒ等で形成される。 The seed layer 20 is formed of NiFeCr or Cr.
固定磁性層２１は、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃと、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃと間に位置する非磁性中間層２１ｂとのセルフピン止め構造である。図２に示されるように、第１磁性層２１ａの固定磁化方向と、第２磁性層２１ｃの固定磁化方向とは反平行となっている。そして、第２磁性層２１ｃの固定磁化方向が、固定磁性層２１における固定磁化方向、すなわち感度軸方向である。 The pinned magnetic layer 21 has a self-pinned structure of a first magnetic layer 21a, a second magnetic layer 21c, and a nonmagnetic intermediate layer 21b located between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c. As shown in FIG. 2, the fixed magnetization direction of the first magnetic layer 21a and the fixed magnetization direction of the second magnetic layer 21c are antiparallel. The fixed magnetization direction of the second magnetic layer 21c is the fixed magnetization direction in the fixed magnetic layer 21, that is, the sensitivity axis direction.
図２に示されるように、第１磁性層２１ａはシード層２０上に形成されており、第２磁性層２１ｃは、後述する非磁性材料層２２に接して形成されている。第１磁性層２１ａは、第２磁性層２１ｃよりも高保磁力材料のＣｏＦｅ合金で形成されることが好適である。 As shown in FIG. 2, the first magnetic layer 21a is formed on the seed layer 20, and the second magnetic layer 21c is formed in contact with a nonmagnetic material layer 22 described later. The first magnetic layer 21a is preferably formed of a CoFe alloy that is a higher coercive force material than the second magnetic layer 21c.
非磁性材料層２２に接する第２磁性層２１ｃは磁気抵抗効果（具体的にはＧＭＲ効果）に寄与する層であり、第２磁性層２１ｃには、アップスピンを持つ伝導電子とダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を大きくできる磁性材料が選択される。 The second magnetic layer 21c in contact with the nonmagnetic material layer 22 is a layer that contributes to the magnetoresistance effect (specifically, the GMR effect), and the second magnetic layer 21c has conduction electrons having up spins and down spins. A magnetic material that can increase the mean free path difference of conduction electrons is selected.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１では、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃとの磁化量（飽和磁化Ｍｓ・層厚ｔ）の差が実質的にゼロとなるように調整されている。 In the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2, the difference in the magnetization amount (saturation magnetization Ms · layer thickness t) between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c is adjusted to be substantially zero. Yes.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１の固定磁性層２１は、セルフピン止め構造であるから、反強磁性層を備えない。これにより磁気抵抗効果素子１１の温度特性が反強磁性層のブロッキング温度に制約を受けない。 Since the pinned magnetic layer 21 of the magnetoresistive element 11 shown in FIG. 2 has a self-pinned structure, it does not include an antiferromagnetic layer. Thereby, the temperature characteristic of the magnetoresistive effect element 11 is not restricted by the blocking temperature of the antiferromagnetic layer.
固定磁性層２１の磁化固定力を高めるには、第１磁性層２１ａの保磁力Ｈｃを高めること、第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃの磁化量の差を実質的にゼロに調整すること、更に非磁性中間層２１ｂの厚さを調整して第１磁性層２１ａと第２磁性層２１ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を強めることが重要とされている。このように適宜調整することで、固定磁性層２１が外部からの磁界に対して影響を受けることなく、磁化がより強固に固定される。 In order to increase the magnetization pinning force of the pinned magnetic layer 21, the coercive force Hc of the first magnetic layer 21a is increased, and the difference in magnetization between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c is adjusted to substantially zero. In addition, it is important to adjust the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 21b to increase the antiparallel coupling magnetic field due to the RKKY interaction generated between the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c. By appropriately adjusting in this way, the magnetization of the pinned magnetic layer 21 is more strongly fixed without being affected by an external magnetic field.
非磁性材料層２２は、Ｃｕ（銅）などである。 The nonmagnetic material layer 22 is made of Cu (copper) or the like.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１のフリー磁性層２３は、第１結晶性強磁性層２３ａ、アモルファス強磁性層２３ｂおよび第２結晶性強磁性層２３ｃから構成される。第１結晶性強磁性層２３ａは、ＮｉＦｅやＣｏＦｅ等の鉄族元素を含む結晶性の強磁性材料の単層構造、あるいは積層構造で構成される。第２結晶性強磁性層２３ｃは、ＮｉＦｅやＣｏＦｅ等の鉄族元素を含む結晶性の強磁性材料の単層構造、あるいは積層構造で構成される。第１結晶性強磁性層２３ａ第２結晶性強磁性層２３ｃは、アモルファス強磁性層２３ｂを介して強磁性結合している。すなわち、図２に示されるように、第１結晶性強磁性層２３ａと第２結晶性強磁性層２３ｃとは、平行で同じ向きに磁化している。 The free magnetic layer 23 of the magnetoresistive element 11 shown in FIG. 2 includes a first crystalline ferromagnetic layer 23a, an amorphous ferromagnetic layer 23b, and a second crystalline ferromagnetic layer 23c. The first crystalline ferromagnetic layer 23a has a single layer structure or a laminated structure of a crystalline ferromagnetic material containing an iron group element such as NiFe or CoFe. The second crystalline ferromagnetic layer 23c has a single layer structure or a laminated structure of a crystalline ferromagnetic material containing an iron group element such as NiFe or CoFe. The first crystalline ferromagnetic layer 23a and the second crystalline ferromagnetic layer 23c are ferromagnetically coupled via the amorphous ferromagnetic layer 23b. That is, as shown in FIG. 2, the first crystalline ferromagnetic layer 23a and the second crystalline ferromagnetic layer 23c are magnetized in parallel and in the same direction.
アモルファス強磁性層２３ｂは、フリー磁性層２３の第１反強磁性層２４に対する格子非整合を低減させる層である。この点を、フリー磁性層を構成する結晶性材料がＮｉＦｅを含み、第１反強磁性層を構成する材料がＩｒＭｎである場合を例として説明すれば、ＮｉＦｅを含む結晶性のフリー磁性層とＩｒＭｎからなる第１反強磁性層とを積層した状態でＸ線回折スペクトルを測定すると、結晶性のフリー磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくピークが５１．５°程度に頂点を有して測定され、第１反強磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくピークが４８．５°程度に頂点を有して測定される。これらの測定結果に基づくと、第１反強磁性層を構成するＩｒＭｎの格子面間隔は２．１８Å、結晶性のフリー磁性層を構成するＮｉＦｅの格子面間隔は２．０６Åと算出され、６％程度の格子非整合が存在すると見積もられる。 The amorphous ferromagnetic layer 23 b is a layer that reduces lattice mismatch of the free magnetic layer 23 with respect to the first antiferromagnetic layer 24. This point will be described by taking as an example the case where the crystalline material constituting the free magnetic layer contains NiFe and the material constituting the first antiferromagnetic layer is IrMn. The crystalline free magnetic layer containing NiFe When the X-ray diffraction spectrum is measured in a state where the first antiferromagnetic layer made of IrMn is laminated, the peak based on the fcc (111) plane of the crystalline free magnetic layer has a peak at about 51.5 °. The peak based on the fcc (111) plane of the first antiferromagnetic layer is measured with a peak at about 48.5 °. Based on these measurement results, the lattice spacing of IrMn constituting the first antiferromagnetic layer is calculated to be 2.18 mm, and the lattice spacing of NiFe constituting the crystalline free magnetic layer is calculated to be 2.06 cm. It is estimated that there is a lattice mismatch of about%.
これに対して、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子１１のように、フリー磁性層２３がアモルファス強磁性層２３ｂを有する場合には、フリー磁性層２３とＩｒＭｎからなる第１反強磁性層２４とを積層した状態でＸ線回折スペクトルを測定すると、フリー磁性層２３に基づくピークは低角度側にシフトし、フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減する。 On the other hand, when the free magnetic layer 23 includes the amorphous ferromagnetic layer 23b as in the magnetoresistive effect element 11 according to the embodiment of the present invention, the first antiferromagnetic material composed of the free magnetic layer 23 and IrMn. When the X-ray diffraction spectrum is measured in a state where the magnetic layer 24 is laminated, the peak based on the free magnetic layer 23 shifts to a lower angle side, and the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is caused. Reduce.
フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減した理由は、アモルファス強磁性層２３ｂの影響により、第２結晶性強磁性層２３ｃは、成膜過程において加熱されることなどによって原子が再配列し易くなり、この結果、第２結晶性強磁性層２３ｃの格子面間隔が第１反強磁性層２４の格子面間隔に近づくように広がったと考えられる。 The reason why the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is reduced is that the second crystalline ferromagnetic layer 23c is heated in the film formation process due to the influence of the amorphous ferromagnetic layer 23b. As a result, the atoms can be easily rearranged. As a result, it is considered that the lattice spacing of the second crystalline ferromagnetic layer 23c has expanded to approach the lattice spacing of the first antiferromagnetic layer 24.
このようにフリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減することにより、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子１１を備える磁気センサ１は、格子非整合が大きい場合に比べて、高温環境下に長時間保存された場合における検出感度の低下が生じにくくなる。 Thus, by reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24, the magnetic sensor 1 including the magnetoresistive element 11 according to the embodiment of the present invention has a lattice mismatch. Compared to a large case, the detection sensitivity is less likely to be lowered when stored in a high temperature environment for a long time.
フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減することにより、磁気センサ１の高温環境下に長時間保存された場合における検出感度の低下が生じにくくなる理由は、第１反強磁性層２４との格子の整合性が高くなった結果、第１反強磁性層２４に含有される原子が動きにくくなるため、高温環境下に長時間保存された前後の交換結合バイアスの変動が小さくなったことに起因していると考えられる。 The reason why the detection sensitivity is hardly lowered when the magnetic sensor 1 is stored in a high temperature environment for a long time by reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is as follows. As a result of the high lattice matching with the antiferromagnetic layer 24, the atoms contained in the first antiferromagnetic layer 24 become difficult to move, so that the exchange coupling bias before and after being stored for a long time in a high temperature environment This is thought to be due to the fact that fluctuations in
フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合を低減させることに寄与する限り、アモルファス強磁性層２３ｂの組成は限定されない。アモルファス強磁性層２３ｂは、結晶性のフリー磁性層を構成する材料との相互作用が容易となるように、鉄族元素を含むことが好ましい。具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系合金といったＣｏ基の非晶質合金が例示される。アモルファス強磁性層２３ｂは、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ系合金およびＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系合金からなる群から選ばれる１種または２種以上を含むことが好ましい。アモルファス強磁性層２３ｂは単層構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。 As long as it contributes to reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24, the composition of the amorphous ferromagnetic layer 23b is not limited. The amorphous ferromagnetic layer 23b preferably contains an iron group element so that the interaction with the material constituting the crystalline free magnetic layer is facilitated. Specifically, Co-based amorphous alloys such as Co—Fe—B alloys and Co—Zr—Nb alloys are exemplified. The amorphous ferromagnetic layer 23b preferably contains one or more selected from the group consisting of a Co—Fe—B alloy and a Co—Zr—Nb alloy. The amorphous ferromagnetic layer 23b may have a single layer structure or a laminated structure.
フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合を低減させることに寄与する限り、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さは限定されない。アモルファス強磁性層２３ｂが過度に薄い場合には、フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合を低減させることが困難となる場合がある。したがって、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さは、５Å以上であることが好ましい場合があり、６Å以上であることがより好ましい場合があり、８Å以上であることが特に好ましい場合がある。一方、アモルファス強磁性層２３ｂが過度に厚い場合には、フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４の間に発生する交換結合バイアスのブロッキング温度が低下する場合がある。したがって、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さは、４０Å以下であることが好ましい場合があり、３０Å以下であることがより好ましい場合がある。 As long as it contributes to reducing the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24, the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b is not limited. If the amorphous ferromagnetic layer 23b is excessively thin, it may be difficult to reduce lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24. Accordingly, the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b may be preferably 5 mm or more, more preferably 6 mm or more, and particularly preferably 8 mm or more. On the other hand, when the amorphous ferromagnetic layer 23b is excessively thick, the blocking temperature of the exchange coupling bias generated between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 may decrease. Therefore, the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b may be preferably 40 mm or less, and more preferably 30 mm or less.
上記のアモルファス強磁性層２３ｂによるフリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合の緩和およびこれに基づく交換結合バイアスの変動の抑制が適切に行われる観点から、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さは、５Å以上であることが好ましく、１０Å以上であることがより好ましい。同様の観点から、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さは、４５Å以下であることが好ましく、４０Å以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of appropriately mitigating the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 by the amorphous ferromagnetic layer 23b and suppressing the fluctuation of the exchange coupling bias based thereon, the second crystallinity. The thickness of the ferromagnetic layer 23c is preferably 5 mm or more, and more preferably 10 mm or more. From the same viewpoint, the thickness of the second crystalline ferromagnetic layer 23c is preferably 45 mm or less, and more preferably 40 mm or less.
保護層２５を構成する材料は限定されない。Ｔａ（タンタル）などが例示される。図２に示される磁気抵抗効果素子１１におけるフリー磁性層２３の磁化方向Ｆは初期磁化方向を示しており、フリー磁性層２３の磁化方向Ｆは固定磁性層２１の固定磁化方向（第２磁性層２１ｃの固定磁化方向）に対して直交する方向に揃えられている。 The material constituting the protective layer 25 is not limited. Examples include Ta (tantalum). The magnetization direction F of the free magnetic layer 23 in the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2 indicates the initial magnetization direction, and the magnetization direction F of the free magnetic layer 23 is the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 21 (second magnetic layer). 21c (fixed magnetization direction).
図２に示される磁気抵抗効果素子１１では、第１反強磁性層２４がフリー磁性層２３の上面全体に成膜されているが、これに限定されず、第１反強磁性層２４をフリー磁性層２３の上面に非連続的に形成してもよい。ただし、第１反強磁性層２４がフリー磁性層２３の全面に形成されている、具体的には、第１反強磁性層２４が第２結晶性強磁性層２３ｃの全面に形成されているほうが、フリー磁性層２３全体を適切に一方向に単磁区化でき、ヒステリシスをより低減できるため、測定精度を向上させることができ好適である。 In the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2, the first antiferromagnetic layer 24 is formed on the entire upper surface of the free magnetic layer 23, but the present invention is not limited to this, and the first antiferromagnetic layer 24 is free. It may be formed discontinuously on the upper surface of the magnetic layer 23. However, the first antiferromagnetic layer 24 is formed on the entire surface of the free magnetic layer 23. Specifically, the first antiferromagnetic layer 24 is formed on the entire surface of the second crystalline ferromagnetic layer 23c. This is preferable because the entire free magnetic layer 23 can be appropriately made into a single magnetic domain in one direction and the hysteresis can be further reduced, so that the measurement accuracy can be improved.
図２に示される磁気抵抗効果素子１１では、固定磁性層２１はセルフピン止め構造を有するが、これに限定されない。例えば、図３に示される磁気抵抗効果素子１１’のように、固定磁性層２１は第２反強磁性層２１ｄと強磁性層２１ｅとの積層構造を有し、第２反強磁性層２１ｄとの交換結合により強磁性層２１ｅが特定の向き（図３では紙面の法線方向奥向き）に磁化されることで、固定磁性層２１の磁化が行われていてもよい。 In the magnetoresistive effect element 11 shown in FIG. 2, the pinned magnetic layer 21 has a self-pinning structure, but is not limited to this. For example, like the magnetoresistive effect element 11 ′ shown in FIG. 3, the pinned magnetic layer 21 has a laminated structure of a second antiferromagnetic layer 21d and a ferromagnetic layer 21e, and the second antiferromagnetic layer 21d The pinned magnetic layer 21 may be magnetized by magnetizing the ferromagnetic layer 21 e in a specific direction (in FIG. 3, the back in the normal direction of the paper surface) by exchange coupling.
２．磁気センサの製造方法
本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法は限定されない。次に説明する方法によれば、本実施形態に係る磁気センサを効率的に製造することが可能である。
2. Method for Manufacturing Magnetic Sensor A method for manufacturing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention is not limited. According to the method described below, the magnetic sensor according to this embodiment can be efficiently manufactured.
基板２９上に、図２では図示しない絶縁層を介してシード層２０を成膜し、その上に、セルフピン止め構造を有する固定磁性層２１を積層する。具体的には、図２に示されるような、第１磁性層２１ａ、非磁性中間層２１ｂおよび第２磁性層２１ｃを順次積層する。各層の成膜手段は限定されない。スパッタが例示される。第１磁性層２１ａを成膜する際に磁場を印加しながら行うことにより、第１磁性層２１ａを図１における幅方向Ｄ２に沿うように磁化させれば、ＲＫＫＹ相互作用により第２磁性層２１ｃを第１磁性層２１ａの磁化方向と反平行な向きに強く磁化することが可能である。こうして磁化された第２磁性層２１ｃは、その後の製造過程において自らの磁化方向と異なる向きの磁場が印加されても、その影響を受けずに幅方向Ｄ２に磁化された状態を維持することが可能である。 A seed layer 20 is formed on the substrate 29 via an insulating layer (not shown in FIG. 2), and a pinned magnetic layer 21 having a self-pinning structure is laminated thereon. Specifically, a first magnetic layer 21a, a nonmagnetic intermediate layer 21b, and a second magnetic layer 21c are sequentially stacked as shown in FIG. The film forming means for each layer is not limited. Sputtering is exemplified. If the first magnetic layer 21a is magnetized along the width direction D2 in FIG. 1 by applying a magnetic field when forming the first magnetic layer 21a, the second magnetic layer 21c is caused by the RKKY interaction. Can be strongly magnetized in a direction antiparallel to the magnetization direction of the first magnetic layer 21a. The second magnetic layer 21c magnetized in this way can maintain a state magnetized in the width direction D2 without being affected by a magnetic field having a direction different from its magnetization direction in a subsequent manufacturing process. Is possible.
次に、固定磁性層２１上に非磁性材料層２２を積層する。非磁性材料層２２の積層方法は限定されず、スパッタが具体例として挙げられる。 Next, the nonmagnetic material layer 22 is laminated on the pinned magnetic layer 21. The method for stacking the nonmagnetic material layer 22 is not limited, and a specific example is sputtering.
続いて、非磁性材料層２２上に、長手方向Ｄ１に沿った方向の磁場を印加しながら、フリー磁性層２３、第１反強磁性層２４および保護層２５を順次積層する。これらの層の積層方法は限定されず、スパッタが具体例として挙げられる。このように磁場中成膜を行うことにより、フリー磁性層２３の磁化方向に沿った方向に第１反強磁性層２４との間で交換結合バイアスが生じる。なお、これらの層の成膜中には、固定磁性層２１に対しても磁場が印加されるが、固定磁性層２１はＲＫＫＹ相互作用に基づくピン止め構造を有するため、この印加された磁場によっては磁化方向が変動することはない。 Subsequently, the free magnetic layer 23, the first antiferromagnetic layer 24, and the protective layer 25 are sequentially stacked on the nonmagnetic material layer 22 while applying a magnetic field in the direction along the longitudinal direction D1. The method for laminating these layers is not limited, and a specific example is sputtering. By performing film formation in a magnetic field in this way, an exchange coupling bias is generated between the first antiferromagnetic layer 24 in the direction along the magnetization direction of the free magnetic layer 23. During the formation of these layers, a magnetic field is also applied to the pinned magnetic layer 21. However, since the pinned magnetic layer 21 has a pinning structure based on the RKKY interaction, Does not change the magnetization direction.
ここで、第１反強磁性層２４を構成する材料としてＩｒＭｎ系の材料を用いた場合には、特段の加熱処理を伴わない磁場中成膜により第１反強磁性層２４の磁化方向を揃えることが可能である。したがって、磁気抵抗効果素子１１を製造するプロセス全体を通じて磁場中アニール処理を行わないプロセスとすることが可能である。磁気抵抗効果素子１１の製造プロセスを上記のように磁場中アニールフリープロセスとすることにより、同一の基板２９上に異なる感度軸（磁化方向が反対向きの場合を含む。）を有する磁気抵抗効果素子１１を容易に製造することが可能となる。磁気抵抗効果素子１１の製造プロセスが磁場中アニール処理を必要とする場合には、磁場中アニール処理を複数回行うと、先に行った磁場中アニール処理の効果が薄れ、磁化方向を適切に設定することが困難となるおそれがある。 Here, when an IrMn-based material is used as the material constituting the first antiferromagnetic layer 24, the magnetization direction of the first antiferromagnetic layer 24 is aligned by film formation in a magnetic field that does not involve any special heat treatment. It is possible. Therefore, it is possible to make the process in which the annealing process in the magnetic field is not performed throughout the process of manufacturing the magnetoresistive effect element 11. The magnetoresistive effect element 11 having a different sensitivity axis (including the case where the magnetization directions are opposite to each other) on the same substrate 29 by making the manufacturing process of the magnetoresistive effect element 11 an annealing-free process in a magnetic field as described above. 11 can be easily manufactured. When the manufacturing process of the magnetoresistive effect element 11 requires annealing in the magnetic field, if the annealing in the magnetic field is performed a plurality of times, the effect of the annealing in the magnetic field previously performed is reduced, and the magnetization direction is appropriately set. May be difficult to do.
こうして、磁場中成膜によりフリー磁性層２３および第１反強磁性層２４を積層したら、最後に、保護層２５を積層する。保護層２５の積層方法は限定されず、スパッタが具体例として挙げられる。 After the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 are thus laminated by film formation in a magnetic field, the protective layer 25 is finally laminated. The lamination method of the protective layer 25 is not limited, and a specific example is sputtering.
以上の成膜工程により得られた積層構造体に対して除去加工（ミリング）を行い、複数の長尺パターン１２が幅方向Ｄ２に沿って配列された状態とする。これらの複数の長尺パターン１２を接続する導電部１３および導電部１３に接続する接続端子１４を形成して、図１に示されるミアンダ形状を有する磁気抵抗効果素子１１を得る。 Removal processing (milling) is performed on the laminated structure obtained by the above film forming process, and a plurality of long patterns 12 are arranged along the width direction D2. A conductive portion 13 for connecting the plurality of long patterns 12 and a connection terminal 14 for connecting to the conductive portion 13 are formed to obtain the magnetoresistive element 11 having a meander shape shown in FIG.
３．電流センサ
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、電流センサとして好適に使用されうる。かかる電流センサは、磁気抵抗効果素子を１つ備える構成でもよいが、特許文献１に記載されるように、４つの素子を用い、ブリッジ回路を組んで測定精度を高めることが好ましい。本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、好ましい一例において磁場中アニール処理を備えないため、複数の磁気抵抗効果素子を同一基板上に製造することが容易である。
3. Current Sensor A magnetic sensor including a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention can be suitably used as a current sensor. Such a current sensor may have a configuration including one magnetoresistive effect element, but as described in Patent Document 1, it is preferable to use four elements and build a bridge circuit to improve measurement accuracy. In a preferred example, the method for manufacturing a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention does not include annealing in a magnetic field, and therefore it is easy to manufacture a plurality of magnetoresistive elements on the same substrate.
本発明の一実施形態に係る電流センサの具体例として、磁気比例式電流センサおよび磁気平衡式電流センサが挙げられる。 Specific examples of the current sensor according to the embodiment of the present invention include a magnetic proportional current sensor and a magnetic balanced current sensor.
磁気比例式電流センサは、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子（固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を備える磁気抵抗効果素子であって、フリー磁性層における非磁性材料層に対向する側の反対側に、フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせフリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、フリー磁性層は、フリー磁性層の第１反強磁性層に対する格子非整合を低減させるアモルファス強磁性層、アモルファス強磁性層と非磁性材料層との間に位置する第１結晶性強磁性層、およびアモルファス強磁性層と第１反強磁性層との間に位置し、第１結晶性強磁性層と強磁性結合する第２結晶性強磁性層を備える磁気抵抗効果素子。）を少なくとも１つ含んで構成され、被測定電流からの誘導磁界に応じた電位差を生じる１つないし２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する。そして、磁気比例式電流センサでは、誘導磁界に応じて磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差により、被測定電流が測定される。 A magnetic proportional current sensor is a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention (a magnetoresistive effect element having a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer). An exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the side opposite to the nonmagnetic material layer, so that the magnetization direction of the free magnetic layer can be aligned in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied. A free magnetic layer comprising an amorphous ferromagnetic layer that reduces lattice mismatch to the first antiferromagnetic layer, and between the amorphous ferromagnetic layer and the nonmagnetic material layer. A first crystalline ferromagnetic layer positioned; and a second crystalline ferromagnetic layer positioned between the amorphous ferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer and ferromagnetically coupled to the first crystalline ferromagnetic layer. Magnetoresistive element.) Consists of at least one comprising at has a magnetic field detection bridge circuit comprising one connected to the two outputs produces a potential difference corresponding to the induced magnetic field from the current to be measured. In the magnetic proportional current sensor, the current to be measured is measured by the potential difference output from the magnetic field detection bridge circuit according to the induced magnetic field.
磁気平衡式電流センサは、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を少なくとも１つ含んで構成され、被測定電流からの誘導磁界に応じた電位差を生じる１つないし２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路と、磁気抵抗効果素子の近傍に配置され、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルと、を具備する。そして、磁気平衡式電流センサでは、電位差によりフィードバックコイルに通電して誘導磁界とキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときのフィードバックコイルに流れる電流に基づいて、被測定電流が測定される。 The magnetic balance type current sensor includes at least one magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention, and includes a magnetic field having one or two outputs that generate a potential difference according to an induced magnetic field from a current to be measured. A detection bridge circuit; and a feedback coil that is disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect element and generates a canceling magnetic field that cancels the induced magnetic field. In the magnetic balance type current sensor, the current to be measured is measured based on the current flowing in the feedback coil when the feedback coil is energized by the potential difference and the induced magnetic field cancels the canceling magnetic field. .
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、図２や図３に示される磁気抵抗効果素子１１，１１’は、固定磁性層２１がフリー磁性層２３と基板２９との間に位置するように積層される、いわゆるボトムピン構造であるが、フリー磁性層が固定磁性層と基板との間に位置するように積層される、いわゆるトップピン構造であってもよい。 For example, the magnetoresistive effect elements 11 and 11 ′ shown in FIGS. 2 and 3 have a so-called bottom pin structure in which the pinned magnetic layer 21 is laminated so as to be positioned between the free magnetic layer 23 and the substrate 29. A so-called top pin structure in which the free magnetic layer is laminated so as to be positioned between the pinned magnetic layer and the substrate may be employed.
以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example etc. demonstrate this invention further more concretely, the scope of the present invention is not limited to these Examples etc.
（比較例１）
絶縁層を有する基板上に、下からシード層；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層［第１磁性層；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層［Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（７０）］／反強磁性層；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（６０）／保護層；Ｔａ（１００）の順に積層して第１比較積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
(Comparative Example 1)
On the substrate having the insulating layer, the seed layer from the bottom; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer [first magnetic layer; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (3.6) / second magnetic layer Layer: Co 90 Fe 10 (24)] / non-magnetic material layer; Cu (20) / free magnetic layer [Co 90 Fe 10 (10) / Ni 82.5 Fe 17.5 (70)] / antiferromagnetic layer Ir 22 Mn 78 (60) / protective layer; Ta (100) were laminated in this order to obtain a first comparative laminated structure. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å.
（Ｘ線回折測定）
第１比較積層構造体のＸ線回折測定を行った。Ｘ線源はＣｏＫα線（λ＝１．７８９Å）を用いた。その結果（２θが４６°から５６°の範囲）を図４に示す。図４に示されるように、４８．５°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークは反強磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくものであって、格子面間隔は２．１８Åと算出された。また、５１．５°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークはフリー磁性層のｆｃｃ（１１１）面に基づくものであって、格子面間隔は２．０６Åと算出された。これらの格子面画の算出結果に基づく格子非整合は６％であった。
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement of the first comparative laminated structure was performed. As the X-ray source, CoKα ray (λ = 1.789Å) was used. The results (2θ ranges from 46 ° to 56 °) are shown in FIG. As shown in FIG. 4, a peak having a vertex in the vicinity of 48.5 ° was measured. This peak is based on the fcc (111) plane of the antiferromagnetic layer, and the lattice spacing was calculated to be 2.18 cm. In addition, a peak having a peak near 51.5 ° was measured. This peak was based on the fcc (111) plane of the free magnetic layer, and the lattice spacing was calculated to be 2.06 cm. The lattice mismatch based on the calculation results of these lattice planes was 6%.
（実施例１）
絶縁層を有する基板２９上に、下からシード層２０；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層２１［第１磁性層２１ａ；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層２１ｂ；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層２１ｃ；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層２２；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層２３［第１結晶性強磁性層２３ａ；｛Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（３０）｝／アモルファス強磁性層２３ｂ；Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０（１０）／第２結晶性強磁性層２３ｃ；Ｎｉ８２．５Ｆｅ１７．５（３０）］／第１反強磁性層２４；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（６０）／保護層２５；Ｔａ（１００）の順に積層して第１積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
Example 1
On the substrate 29 having an insulating layer, the seed layer 20; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer 21 [first magnetic layer 21a; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer 21b; Ru (3.6) from below. ) / Second magnetic layer 21c; Co 90 Fe 10 (24)] / nonmagnetic material layer 22; Cu (20) / free magnetic layer 23 [first crystalline ferromagnetic layer 23a; {Co 90 Fe 10 (10) / Ni 82.5 Fe 17.5 (30)} / amorphous ferromagnetic layer 23b; Co 72 Fe 8 B 20 (10) / second crystalline ferromagnetic layer 23c; Ni 82.5 Fe 17.5 (30) ] / First antiferromagnetic layer 24; Ir 22 Mn 78 (60) / protective layer 25; Ta (100) were laminated in this order to obtain a first laminated structure. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å.
（Ｘ線回折測定）
第１比較積層構造体、第１積層構造体のＸ線回折測定を行った。Ｘ線源はＣｏＫα線（λ＝１．７８９Å）を用いた。その結果（２θが５０．５°から５２．５°の範囲）を図５に示す。図５に示されるように、第１比較積層構造体におけるフリー磁性層のピークの頂点よりも、第１積層構造体におけるフリー磁性層のピークの頂点のほうが低角度側にシフトし、アモルファス強磁性層２３ｂを導入することにより、フリー磁性層２３と第１反強磁性層２４との格子非整合が低減されることが確認された。
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurement was performed on the first comparative multilayer structure and the first multilayer structure. As the X-ray source, CoKα ray (λ = 1.789Å) was used. The results (2θ ranges from 50.5 ° to 52.5 °) are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the peak apex of the free magnetic layer in the first stacked structure is shifted to a lower angle side than the peak apex of the free magnetic layer in the first comparative stacked structure, and amorphous ferromagnetism is obtained. It was confirmed that the lattice mismatch between the free magnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 24 is reduced by introducing the layer 23b.
（高温保存試験）
第１比較積層構造体を備える磁気センサ（以下、「第１比較磁気センサ」という。）および第１積層構造体を備える磁気センサ（以下、「第１磁気センサ」という。）を製造した。各磁気センサを、１５０℃の環境下に所定時間保存して、初期に比べて平均感度がどの程度変化したかを測定した。測定結果を図６に示す。図６に示されるように、第１磁気センサは、第１比較磁気センサに比べて、高温環境に長時間保存された場合の平均感度が変化しにくかった。
(High temperature storage test)
A magnetic sensor having a first comparative multilayer structure (hereinafter referred to as “first comparative magnetic sensor”) and a magnetic sensor having a first multilayer structure (hereinafter referred to as “first magnetic sensor”) were manufactured. Each magnetic sensor was stored for a predetermined time in an environment of 150 ° C., and how much the average sensitivity changed compared with the initial value was measured. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, the first magnetic sensor was less likely to change the average sensitivity when stored in a high temperature environment for a long time compared to the first comparative magnetic sensor.
（実施例２）
絶縁層を有する基板２９上に、下からシード層２０；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層２１［第１磁性層２１ａ；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層２１ｂ；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層２１ｃ；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層２２；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層２３［第１結晶性強磁性層２３ａ；｛Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（６０−Ｘ）｝／アモルファス強磁性層２３ｂ；Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０（１０）／第２結晶性強磁性層２３ｃ；Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（Ｘ）］／第１反強磁性層２４；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（６０）／保護層２５；Ｔａ（１００）の順に積層して、Ｘを０から５０まで変化させた一群の第２積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
(Example 2)
On the substrate 29 having an insulating layer, the seed layer 20; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer 21 [first magnetic layer 21a; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer 21b; Ru (3.6) from below. ) / Second magnetic layer 21c; Co 90 Fe 10 (24)] / nonmagnetic material layer 22; Cu (20) / free magnetic layer 23 [first crystalline ferromagnetic layer 23a; {Co 90 Fe 10 (10) / Ni 81.5 Fe 18.5 (60-X)} / amorphous ferromagnetic layer 23b; Co 72 Fe 8 B 20 (10) / second crystalline ferromagnetic layer 23c; Ni 81.5 Fe 18.5 ( X)] / first antiferromagnetic layer 24; Ir 22 Mn 78 (60) / protective layer 25; Ta (100) in this order, and a group of second laminated structures in which X is changed from 0 to 50 Got. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å.
（交換結合バイアスの大きさの測定）
第２積層構造体について、フリー磁性層２３に発生する交換結合バイアスの大きさ（単位：ｋＡ／ｍ）を測定した。測定結果を図７に示す。図７に示されるように、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さが８Åまでは、厚さの増大に伴ってフリー磁性層２３の交換結合バイアスは大きくなるが、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さが１０Å以降は、厚さの増大がフリー磁性層２３の交換結合バイアスの大きさに与える影響はほとんど認められなかった。これは、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さが８Å未満と薄くなると、アモルファス強磁性層２３ｂの影響により第１反強磁性層２４の結晶性が悪化するためと考えられる。
(Measurement of magnitude of exchange coupling bias)
With respect to the second laminated structure, the magnitude (unit: kA / m) of the exchange coupling bias generated in the free magnetic layer 23 was measured. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the thickness of the second crystalline ferromagnetic layer 23c is up to 8 mm, the exchange coupling bias of the free magnetic layer 23 increases as the thickness increases, but the second crystalline ferromagnetic layer 23c increases. When the thickness of the layer 23c was 10 mm or less, almost no influence of the increase in thickness on the magnitude of the exchange coupling bias of the free magnetic layer 23 was observed. This is presumably because the crystallinity of the first antiferromagnetic layer 24 deteriorates due to the influence of the amorphous ferromagnetic layer 23b when the thickness of the second crystalline ferromagnetic layer 23c is less than 8 mm.
（磁気センサの平均感度の変化の測定）
第２積層構造体を備える磁気センサを製造し、それらの磁気センサについて、１５０℃の環境下に１０００時間保存して、初期に比べて平均感度がどの程度変化したかを測定した。測定結果を図８に示す。図８に示されるように、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さが４０Åまでは、厚さが増大しても磁気センサの平均感度の変化率の絶対値の増大はわずかであるが、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さが４０Å以降は、厚さの増大によって磁気センサの平均感度の変化率の絶対値が増大した。これは、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さが４０Å以上と厚くなると、アモルファス強磁性層２３ｂが第２結晶性強磁性層２３ｃに対して及ぼした影響が交換結合バイアスの変化の抑制として顕在化しにくくなっているものと考えられる。
(Measurement of change in average sensitivity of magnetic sensor)
Magnetic sensors provided with the second laminated structure were manufactured, and those magnetic sensors were stored in an environment of 150 ° C. for 1000 hours to measure how much the average sensitivity changed compared to the initial value. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 8, when the thickness of the second crystalline ferromagnetic layer 23c is up to 40 mm, the absolute value of the change rate of the average sensitivity of the magnetic sensor is slightly increased even when the thickness is increased. When the thickness of the second crystalline ferromagnetic layer 23c was 40 mm or more, the absolute value of the rate of change of the average sensitivity of the magnetic sensor increased with the increase in thickness. This is because when the thickness of the second crystalline ferromagnetic layer 23c is increased to 40 mm or more, the influence of the amorphous ferromagnetic layer 23b on the second crystalline ferromagnetic layer 23c is to suppress the change of the exchange coupling bias. It is thought that it is difficult to manifest.
（実施例３）
絶縁層を有する基板２９上に、下からシード層２０；ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層２１［第１磁性層２１ａ；Ｃｏ４０Ｆｅ６０（１９）／非磁性中間層２１ｂ；Ｒｕ（３．６）／第２磁性層２１ｃ；Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２４）］／非磁性材料層２２；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層２３［第１結晶性強磁性層２３ａ；｛Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１０）／Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（５０−Ｘ）｝／アモルファス強磁性層２３ｂ；Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０（Ｘ）／第２結晶性強磁性層２３ｃ；Ｎｉ８１．５Ｆｅ１８．５（２０）］／第１反強磁性層２４；Ｉｒ２２Ｍｎ７８（６０）／保護層２５；Ｔａ（１００）の順に積層して、Ｘを０から５０まで変化させた一群の第３積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
(Example 3)
On the substrate 29 having an insulating layer, the seed layer 20; NiFeCr (42) / pinned magnetic layer 21 [first magnetic layer 21a; Co 40 Fe 60 (19) / nonmagnetic intermediate layer 21b; Ru (3.6) from below. ) / Second magnetic layer 21c; Co 90 Fe 10 (24)] / nonmagnetic material layer 22; Cu (20) / free magnetic layer 23 [first crystalline ferromagnetic layer 23a; {Co 90 Fe 10 (10) / Ni 81.5 Fe 18.5 (50-X)} / amorphous ferromagnetic layer 23b; Co 72 Fe 8 B 20 (X) / second crystalline ferromagnetic layer 23c; Ni 81.5 Fe 18.5 ( 20)] / first antiferromagnetic layer 24; Ir 22 Mn 78 (60) / protective layer 25; Ta (100) in this order, and a group of third laminated structures in which X is changed from 0 to 50 Got. The numbers in parentheses indicate the layer thickness and the unit is Å.
（磁気センサの平均感度の変化の測定）
第３積層構造体を備える磁気センサを製造し、それらの磁気センサについて、１５０℃の環境下に１０００時間保存して、初期に比べて平均感度がどの程度変化したかを測定した。測定結果を図９に示す。図９に示されるように、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さが６Åまでは、厚さの増大に伴って磁気センサの平均感度の変化率の絶対値は小さくなるが、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さが８Å以降は、厚さの増大が磁気センサの平均感度に与える影響はほとんど認められなかった。これは、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さが８Å以上となると、第２結晶性強磁性層２３ｃ全体に対する格子非整合の緩和が安定的に生じ、交換結合バイアスの変化の抑制が安定化したものと考えられる。
(Measurement of change in average sensitivity of magnetic sensor)
Magnetic sensors provided with the third laminated structure were manufactured, and those magnetic sensors were stored in an environment of 150 ° C. for 1000 hours, and how much the average sensitivity changed compared to the initial level was measured. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 9, when the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b is up to 6 mm, the absolute value of the change rate of the average sensitivity of the magnetic sensor decreases as the thickness increases. When the thickness was 8 mm or more, there was almost no effect of the increase in thickness on the average sensitivity of the magnetic sensor. This is because, when the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b is 8 mm or more, the relaxation of lattice mismatch with respect to the entire second crystalline ferromagnetic layer 23c occurs stably, and the suppression of changes in the exchange coupling bias is stabilized. it is conceivable that.
（交換結合バイアスのブロッキング温度の測定）
第３積層構造体について、フリー磁性層２３に発生する交換結合バイアスのブロッキング温度（単位：℃）を測定した。測定結果を図１０に示す。図１０に示されるように、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さが増大するにつれてブロッキング温度が低下した。その低減傾向は、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さが４０Å（すなわち、第２結晶性強磁性層２３ｃの厚さが１０Å）までは比較的緩やかであり、アモルファス強磁性層２３ｂの厚さが４０Å以降（すなわち、第１結晶性強磁性層２３ａの厚さが１０Å未満）では低減傾向が顕著となった。アモルファス強磁性層２３ｂが厚くなると、第１反強磁性層２４の結晶性が悪化し、それに伴って第１反強磁性層２４の結晶粒径が小さくなったことに起因していると考えられる。
(Measurement of blocking temperature of exchange coupling bias)
For the third laminated structure, the blocking temperature (unit: ° C.) of the exchange coupling bias generated in the free magnetic layer 23 was measured. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 10, the blocking temperature decreased as the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b increased. The decreasing tendency is relatively gentle until the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b is 40 mm (that is, the thickness of the second crystalline ferromagnetic layer 23c is 10 mm), and the thickness of the amorphous ferromagnetic layer 23b is 40 mm. After that (that is, the thickness of the first crystalline ferromagnetic layer 23a is less than 10 mm), the reduction tendency becomes remarkable. It is considered that when the amorphous ferromagnetic layer 23b is thick, the crystallinity of the first antiferromagnetic layer 24 is deteriorated and the crystal grain size of the first antiferromagnetic layer 24 is accordingly reduced. .
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、電気自動車はハイブリッドカーなどの電流センサの構成要素として好適に使用されうる。 In the magnetic sensor including the magnetoresistive effect element according to the embodiment of the present invention, the electric vehicle can be suitably used as a component of a current sensor such as a hybrid car.
１ 磁気センサ
１１，１１’ 磁気抵抗効果素子
１２ 長尺パターン
１３ 導電部
１４ 接続端子
２０ シード層
２１ 固定磁性層
２１ａ 第１磁性層
２１ｂ 非磁性中間層
２１ｃ 第２磁性層
２１ｄ 第２反強磁性層
２１ｅ 強磁性層
２２ 非磁性材料層
２３ フリー磁性層
２３ａ 第１結晶性強磁性層
２３ｂ アモルファス強磁性層
２３ｃ 第２結晶性強磁性層
２４ 第１反強磁性層
２５ 保護層
２９ 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 11, 11 'Magnetoresistance effect element 12 Long pattern 13 Conductive part 14 Connection terminal 20 Seed layer 21 Fixed magnetic layer 21a 1st magnetic layer 21b Nonmagnetic intermediate | middle layer 21c 2nd magnetic layer 21d 2nd antiferromagnetic layer 21e ferromagnetic layer 22 nonmagnetic material layer 23 free magnetic layer 23a first crystalline ferromagnetic layer 23b amorphous ferromagnetic layer 23c second crystalline ferromagnetic layer 24 first antiferromagnetic layer 25 protective layer 29 substrate
Claims (14)
前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基板上に有し、
前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第１反強磁性層を備え、
前記フリー磁性層は、アモルファス強磁性層、前記アモルファス強磁性層と前記非磁性材料層との間に位置する第１結晶性強磁性層、および前記アモルファス強磁性層と前記第１反強磁性層との間に位置し、前記第１結晶性強磁性層と強磁性結合する第２結晶性強磁性層を備えること
を特徴とする磁気センサ。 A magnetic sensor having a magnetoresistive element having a sensitivity axis in a specific direction,
The magnetoresistive element has a laminated structure in which a pinned magnetic layer and a free magnetic layer are laminated via a nonmagnetic material layer on a substrate,
On the opposite side of the free magnetic layer opposite to the nonmagnetic material layer, an exchange coupling bias is generated between the free magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer is set in a predetermined direction in a state where the magnetization can be varied. A first antiferromagnetic layer that can be aligned,
The free magnetic layer includes an amorphous ferromagnetic layer, a first crystalline ferromagnetic layer located between the amorphous ferromagnetic layer and the nonmagnetic material layer, and the amorphous ferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer. And a second crystalline ferromagnetic layer that is ferromagnetically coupled to the first crystalline ferromagnetic layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015161269A JP2017040509A (en) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | Magnetic sensor and current sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015161269A JP2017040509A (en) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | Magnetic sensor and current sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017040509A true JP2017040509A (en) | 2017-02-23 |
Family
ID=58206161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015161269A Withdrawn JP2017040509A (en) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | Magnetic sensor and current sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017040509A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10883815B2 (en) | 2018-08-13 | 2021-01-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Film strain sensor configuration including a processor |
| US11137295B2 (en) | 2018-08-01 | 2021-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sensor having a film portion,an electrode region and a magnetic portion |
| JP7608926B2 (en) | 2021-03-26 | 2025-01-07 | 株式会社レゾナック | Magnetic Sensor |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002359416A (en) * | 2001-03-27 | 2002-12-13 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic detection element and manufacturing method therefor |
| US20030179517A1 (en) * | 2002-03-22 | 2003-09-25 | Headway Technologies, Inc. | Transverse or longitudinal patterned synthetic exchange biasing for stabilizing GMR sensors |
| JP2003298139A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic detecting element |
| JP2009164579A (en) * | 2008-01-03 | 2009-07-23 | Tdk Corp | CPP type magnetoresistive effect element |
| JP2012185044A (en) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic sensor and manufacturing method for the same |
| WO2013130167A1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | Headway Technologies, Inc. | Engineered magnetic layer with improved perpendicular anisotropy using glassing agents for spintronic applications |
| WO2014119345A1 (en) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | アルプス電気株式会社 | Giant magnetoresistive element and current sensor using same |
-
2015
- 2015-08-18 JP JP2015161269A patent/JP2017040509A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002359416A (en) * | 2001-03-27 | 2002-12-13 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic detection element and manufacturing method therefor |
| US20030179517A1 (en) * | 2002-03-22 | 2003-09-25 | Headway Technologies, Inc. | Transverse or longitudinal patterned synthetic exchange biasing for stabilizing GMR sensors |
| JP2003298139A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic detecting element |
| JP2009164579A (en) * | 2008-01-03 | 2009-07-23 | Tdk Corp | CPP type magnetoresistive effect element |
| JP2012185044A (en) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic sensor and manufacturing method for the same |
| WO2013130167A1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | Headway Technologies, Inc. | Engineered magnetic layer with improved perpendicular anisotropy using glassing agents for spintronic applications |
| WO2014119345A1 (en) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | アルプス電気株式会社 | Giant magnetoresistive element and current sensor using same |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11137295B2 (en) | 2018-08-01 | 2021-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sensor having a film portion,an electrode region and a magnetic portion |
| US10883815B2 (en) | 2018-08-13 | 2021-01-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Film strain sensor configuration including a processor |
| JP7608926B2 (en) | 2021-03-26 | 2025-01-07 | 株式会社レゾナック | Magnetic Sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6233863B2 (en) | Magnetic sensor, magnetic sensor manufacturing method, and current sensor | |
| CN107923956B (en) | Magnetoresistive sensor | |
| EP2654095A1 (en) | Magnetic sensor and method of manufacturing magnetic sensor | |
| JP6755319B2 (en) | Magnetic sensor and current sensor | |
| JP6686147B2 (en) | Exchange coupling film, magnetoresistive effect element and magnetic detection device using the same | |
| US20170371006A1 (en) | Magnetic sensor and current sensor | |
| JP5597305B2 (en) | Current sensor | |
| JP2012119613A (en) | Magnetic detection element and magnetic sensor using the same | |
| JP2017040509A (en) | Magnetic sensor and current sensor | |
| WO2011111649A1 (en) | Magnetic sensor and method for manufacturing the same | |
| WO2019064994A1 (en) | Exchange coupled film, and magnetoresistance effect element and magnetism detection device using same | |
| JP6282990B2 (en) | Magnetic sensor and current sensor | |
| US9523746B2 (en) | Giant magnetoresistance element and current sensor using the same | |
| EP3059601B1 (en) | Magnetometric sensor and current sensor | |
| JP6204391B2 (en) | Magnetic sensor and current sensor | |
| JP5540326B2 (en) | Current sensor | |
| JP7261656B2 (en) | Magnetic sensor and manufacturing method thereof | |
| JP2017139269A (en) | Magnetic sensor, method for manufacturing magnetic sensor, and current sensor | |
| JP2018014389A (en) | Method for manufacturing dual spin-valve magnetic detection element and method for manufacturing magnetic detection device using dual spin-valve magnetic detection element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171222 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181015 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181023 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181212 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190507 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20190621 |