JP4614061B2 - Magnetic sensor using giant magnetoresistive element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、巨大磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic sensor including a giant magnetoresistive element and a method for manufacturing the same.
従来から知られる巨大磁気抵抗効果素子は、ピンド層及び同ピンド層の磁化の向きを固定するためのピニング層を含む固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、からなるスピンバルブ膜から構成されている。上記固定層のピンド層は、単一の強磁性体膜(例えばCoFe層)のみを含むので、以下、便宜上、「単一膜固定層」と称呼する。また、このような単一膜固定層を有する巨大磁気抵抗効果素子を、本明細書においては、「通常GMR素子」と称呼する。 A conventionally known giant magnetoresistive element includes a pinned layer and a pinned layer for pinning the magnetization direction of the pinned layer, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. The spin valve film includes a spacer layer made of a nonmagnetic conductor and disposed between the pinned layer and the free layer. Since the pinned layer of the fixed layer includes only a single ferromagnetic film (for example, a CoFe layer), it is hereinafter referred to as a “single film fixed layer” for convenience. In addition, the giant magnetoresistive effect element having such a single film fixed layer is referred to as “normal GMR element” in this specification.
この通常GMR素子の抵抗値は、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きのなす角度に応じて変化する。即ち、素子の抵抗値は、外部磁界のピンド層の磁化の向きに沿う成分に応じて変化する。従って、素子の磁気検出方向は、ピンド層の固定された磁化の向きに沿う向き(実際には、ピンド層の固定された磁化の向きと反平行の向き)となる。ピンド層の磁化は、例えば、ピンド層となる強磁性体膜にピニング層となる反強磁性体膜を積層し、その積層された膜に所定の向きの磁界を加えながら同膜を高温下に置く磁場中熱処理を行うことにより同所定の向きに固定される。 The resistance value of this normal GMR element changes according to the angle formed by the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer. That is, the resistance value of the element changes according to the component along the direction of magnetization of the pinned layer of the external magnetic field. Therefore, the magnetic detection direction of the element is a direction along the direction of the fixed magnetization of the pinned layer (actually, an antiparallel direction to the direction of the fixed magnetization of the pinned layer). The magnetization of the pinned layer is, for example, by laminating an antiferromagnetic film serving as a pinning layer on a ferromagnetic film serving as a pinned layer, and applying the magnetic field in a predetermined direction to the stacked film while keeping the film at a high temperature. It is fixed in the predetermined direction by performing heat treatment in a magnetic field.
ところで、このような通常GMR素子を利用した磁気センサは、図45(A)に示したように、磁気検出方向が所定の向きの二つの通常GMR素子101,102及び磁気検出方向が前記所定の向きと180度異なる二つの通常GMR素子103,104を備え、これらの素子をフルブリッジ接続して図示した箇所の電位差を出力Vとして取り出している。図45(B)は、図45(A)に示した磁気センサの磁気検出方向の外部磁界Hに対する出力Vを示す。
By the way, as shown in FIG. 45A, a magnetic sensor using such a normal GMR element has two
このブリッジ接続により、従来の磁気センサは、微小な磁界に対しても大きな出力を得ることが可能となる。また、各素子の温度は同様に変化するから、各素子の抵抗値も同様に変化する。即ち、例えば、一つの素子の温度が上昇したとき他の素子の温度も同様に上昇するから、各素子の抵抗値は同様に変化する。従って、出力Vは素子温度の変化の影響を受け難いので、上記磁気センサは、素子温度が変化した場合にも外部磁界を精度良く検出することができる(例えば、特許文献1を参照。)。
一方、磁気検出方向を決定するピンド層の磁化の向きは磁場中熱処理において固定層となる層に与えられる磁界と一致するから、上記ブリッジ接続に用いる磁気検出方向が互いに180度異なる複数の通常GMR素子を形成するためには、向きが180度異なる磁界を複数の通常GMR素子となる膜が形成された基板に付与しなければならない。更に、直交する2軸(例えば、X軸及びY軸)方向の磁界の成分をそれぞれ検出することが可能な磁気センサは、X軸正方向、Y軸正方向、X軸負方向及びY軸負方向の各方向に磁気検出方向を有する通常GMR素子を微小な基板上に備えなければならないので、磁場中熱処理において複数の通常GMR素子となる膜が形成された基板にこの4方向の磁界を付与しなければならない。ところが、このような互いに向きが異なる磁界を狭い範囲に発生させることは容易でない。 On the other hand, since the magnetization direction of the pinned layer that determines the magnetic detection direction coincides with the magnetic field applied to the layer serving as the fixed layer in the heat treatment in the magnetic field, a plurality of normal GMRs whose magnetic detection directions used for the bridge connection differ from each other by 180 degrees. In order to form an element, magnetic fields whose directions are different by 180 degrees must be applied to a substrate on which a plurality of films to be normal GMR elements are formed. Furthermore, a magnetic sensor that can detect magnetic field components in two orthogonal axes (for example, the X-axis and the Y-axis) respectively has an X-axis positive direction, a Y-axis positive direction, an X-axis negative direction, and a Y-axis negative direction. Since a normal GMR element having a magnetic detection direction in each direction must be provided on a minute substrate, a magnetic field in these four directions is applied to a substrate on which a plurality of films that become normal GMR elements are formed in a heat treatment in a magnetic field. Must. However, it is not easy to generate such magnetic fields having different directions in a narrow range.
そこで、上記特許文献は、以下に述べるセンサ構造とマグネットアレイとを採用することにより、このような磁気センサを製造する技術を開示している。即ち、先ず、平面図である図46に示したように、略正方形の基板100aの各辺の近傍に各2個(合計で8個)の通常GMR素子101〜108となる膜を形成する。
Therefore, the above patent document discloses a technique for manufacturing such a magnetic sensor by employing a sensor structure and a magnet array described below. That is, first, as shown in FIG. 46 which is a plan view, two (total 8) films to be
マグネットアレイは、四角柱の永久磁石を正方格子状に配列したものである。永久磁石は、複数の永久磁石の端面の総てが略同一平面上に存在し、且つ、最短距離を隔てて互いに隣接する二つの永久磁石の端面に形成された磁極の極性が異なるように、配置されている。図47は、かかるマグネットアレイの一部の永久磁石110の斜視図である。図47から理解されるように、マグネットアレイの上部にはN極からS極へ向う4方向の磁界が発生する。
The magnet array is an array of square pole permanent magnets arranged in a square lattice pattern. In the permanent magnet, all of the end faces of the plurality of permanent magnets are substantially on the same plane, and the polarities of the magnetic poles formed on the end faces of the two permanent magnets adjacent to each other with the shortest distance are different. Has been placed. FIG. 47 is a perspective view of a part of the
そして、磁場中熱処理を実行するとき、マグネットアレイの上部に上記通常GMR膜となる膜が形成された基板100aを配置する。これにより、図48に示したように、マグネットアレイの上部に発生した4方向の磁界が磁場中熱処理の磁界として通常GMR素子となる膜に付与される。以上により、図46に示した磁気センサ100が製造される。
Then, when performing heat treatment in a magnetic field, the
この磁気センサ100において、通常GMR素子101〜104は、X軸方向の磁界成分を検出するための素子である。通常GMR素子101,102の各ピンド層の固定された磁化の向きはX軸負方向である。通常GMR素子103,104の各ピンド層の固定された磁化の向きはX軸正方向である。通常GMR素子101〜104は、図45のようにフルブリッジ接続されてX軸方向の磁界を検出するX軸磁気センサとなる。
In this
通常GMR素子105〜108は、Y軸方向の磁界成分を検出するための素子である。通常GMR素子105,106の各ピンド層の固定された磁化の向きはY軸正方向である。通常GMR素子107,108の各ピンド層の固定された磁化の向きはY軸負方向である。通常GMR素子105〜108も通常GMR素子101〜104と同様にフルブリッジ接続され、Y軸方向の磁界を検出するY軸磁気センサとなる。
Usually, the
しかしながら、このような磁気センサにおいては、基板100aの各辺の近傍に通常GMR素子が配置されることになるので、磁気センサ(チップ)を十分に小型化できないという問題がある。
However, in such a magnetic sensor, a GMR element is usually disposed in the vicinity of each side of the
また、複数の通常GMR素子間の距離が大きいと、基板100aや基板100a等を覆う樹脂が熱や外部から加わる応力などによって変形したとき、同複数の通常GMR素子に互いに異なる応力が加わって各通常GMR素子が互いに異なるように変形する。従って、各通常GMR素子の抵抗値が種々に変化するので、通常GMR素子をブリッジ接続した回路を有する磁気センサにおいては、ブリッジ回路のバランスが崩れてしまう。その結果、かかる磁気センサは磁界を精度良く検出することがでいないという問題も有している。
Further, if the distance between the plurality of normal GMR elements is large, when the resin covering the
更に、上記磁気センサにおいては、通常GMR素子同士の距離が大きくなるので、それらをフルブリッジ接続するための配線の長さが長くなり、その配線の抵抗による損失が大きくなってしまうという問題もある。 Further, in the above magnetic sensor, since the distance between the GMR elements is usually increased, there is a problem that the length of the wiring for full-bridge connection between them becomes long and the loss due to the resistance of the wiring becomes large. .
本発明の磁気センサは、単一膜固定層の第1巨大磁気抵抗効果素子と、多重膜積層固定層の第2巨大磁気抵抗効果素子と、を単一の基板上に備えたセンサである。 The magnetic sensor of the present invention is a sensor comprising a single giant pinned layer first giant magnetoresistive element and a multiple-layer laminated pinned layer giant giant magnetoresistive element on a single substrate.
前記第1巨大磁気抵抗効果素子は、
単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第1の向き(例えば、X軸正方向)に固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、
を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる。
The first giant magnetoresistive element is:
The ferromagnetic film is composed of a single ferromagnetic film and a pinning layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic film is fixed in the first direction (for example, the positive direction of the X axis) by the pinning layer so that the ferromagnetic film is a pinned layer. A fixed layer comprising
A free layer whose direction of magnetization changes according to an external magnetic field;
A spacer layer made of a non-magnetic conductor disposed between the pinned layer and the free layer;
A single-layer fixed-layer spin-valve film.
前記第2巨大磁気抵抗効果素子は、
第1強磁性体膜、同1強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第2強磁性体膜及び同第2強磁性体膜に接するピニング層からなり同第2強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第2強磁性体膜と同第1強磁性体膜が同交換結合膜を介して交換結合することにより同第1強磁性体膜の磁化の向きが第2の向き(例えば、X軸負方向)に固定されたピンド層を構成する固定層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、
を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる。
The second giant magnetoresistive element is:
The second ferromagnetic film comprises a first ferromagnetic film, an exchange coupling film in contact with the first ferromagnetic film, a second ferromagnetic film in contact with the exchange coupling film, and a pinning layer in contact with the second ferromagnetic film. The magnetization direction of the body film is fixed by the pinning layer, and the second ferromagnetic film and the first ferromagnetic film are exchange-coupled through the exchange coupling film, whereby the first ferromagnetic film A fixed layer constituting a pinned layer in which the magnetization direction is fixed in a second direction (for example, the negative X-axis direction);
A free layer whose direction of magnetization changes according to an external magnetic field;
A spacer layer made of a non-magnetic conductor disposed between the pinned layer and the free layer;
A multi-layered laminated fixed layer spin valve film.
そして、前記第1巨大磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向き(即ち、第1の向き)と、前記第2巨大磁気抵抗効果素子のピンド層の固定された磁化の向き(即ち、第2の向き)とは180度相違している(反平行である。)。 Then, the fixed magnetization direction of the pinned layer of the first giant magnetoresistive element (ie, the first direction) and the fixed magnetization direction of the pinned layer of the second giant magnetoresistive element (ie, the first direction) , The second orientation) is 180 degrees different (antiparallel).
ところで、基板上に前記単一膜固定層の第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜と前記多相膜固定層の第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜とを形成しておき、これらの膜に対して同一方向の磁界を高温下で与える磁場中熱処理を施すと、第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜の固定層のピンド層となる強磁性体膜の磁化及び第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜の第2強磁性体膜の磁化は、同一の向きに固定される。更に、第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜のピンド層となる第1強磁性体膜は交換結合膜を介して第2強磁性体膜と交換結合するので、第1強磁性体膜の磁化は第2強磁性体膜の磁化の向きと180度相違する向きに固定される。この結果、第1巨大磁気抵抗効果素子のピンド層(強磁性体膜)の磁化の向きと第2巨大磁気抵抗効果素子のピンド層(第1強磁性体膜)の磁化の向きとが180度相違するように固定される。 By the way, a film to be the first giant magnetoresistive element of the single film fixed layer and a film to be the second giant magnetoresistive element of the multiphase film fixed layer are formed on the substrate, and these films are formed. When a magnetic field heat treatment is applied in which a magnetic field in the same direction is applied at a high temperature, the magnetization of the ferromagnetic film serving as the pinned layer of the film serving as the first giant magnetoresistance effect element and the second giant magnetoresistance effect The magnetization of the second ferromagnetic film of the film serving as the element is fixed in the same direction. Further, since the first ferromagnetic film serving as the pinned layer of the film serving as the second giant magnetoresistive element is exchange coupled with the second ferromagnetic film via the exchange coupling film, the magnetization of the first ferromagnetic film Is fixed in a direction that is 180 degrees different from the magnetization direction of the second ferromagnetic film. As a result, the magnetization direction of the pinned layer (ferromagnetic film) of the first giant magnetoresistive element and the magnetization direction of the pinned layer (first ferromagnetic film) of the second giant magnetoresistive element are 180 degrees. Fixed to be different.
一方、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子は、何れも、ピンド層の固定された磁化の向きと180度相違する向きに磁気検出方向を有する。換言すると、何れの素子においても、磁気検出方向はピンド層の固定された磁化の向きと反平行の向きとなる。この結果、これらの素子の磁気検出方向は互いに180度相違することになる(図14を参照。)。 On the other hand, each of the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element has a magnetic detection direction in a direction that is 180 degrees different from the fixed magnetization direction of the pinned layer. In other words, in any element, the magnetic detection direction is antiparallel to the fixed magnetization direction of the pinned layer. As a result, the magnetic detection directions of these elements are 180 degrees different from each other (see FIG. 14).
以上のことから、本発明による磁気センサにおいては、従来の磁気センサのように「180度相違する向きの磁界を二つの巨大磁気抵抗効果素子に付与することを可能とするために同二つの巨大磁気抵抗効果素子間の距離を大きくしておくこと」が要求されない。即ち、本発明による磁気センサは、前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜と前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜とを基板上に形成しておき、これらの素子に同一の向きの磁界を付与する上記磁場中熱処理を施すことにより容易に製造され得る。従って、本発明によれば、磁気検出方向が180度相違する二つの巨大磁気抵抗効果素子の距離(第1巨大磁気抵抗効果素子と第2巨大磁気抵抗効果素子の距離)を小さく設定することができるので、非常に小型の磁気センサが提供される。 From the above, in the magnetic sensor according to the present invention, as in the conventional magnetic sensor, the two giant magnetoresistive effect elements can be applied with a magnetic field having a direction different by 180 degrees. It is not required to make the distance between the magnetoresistive elements large. That is, in the magnetic sensor according to the present invention, a film to be the first giant magnetoresistive effect element and a film to be the second giant magnetoresistive effect element are formed on a substrate, and these elements have the same orientation. It can be easily manufactured by performing the above-mentioned heat treatment in a magnetic field that applies a magnetic field. Therefore, according to the present invention, the distance between two giant magnetoresistive elements having a magnetic detection direction different by 180 degrees (the distance between the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element) can be set small. As a result, a very small magnetic sensor is provided.
上記本発明の一態様の磁気センサは、前記第1巨大磁気抵抗効果素子と前記第2巨大磁気抵抗効果素子とをブリッジ接続することにより回路を形成し、前記磁気センサに加わる磁界の前記第1の向きの成分の大きさが大きくなるほど電位が単調増加又は単調減少する同回路中の所定点の電位に基づく出力値を出力するように構成されることができる。 In the magnetic sensor of one aspect of the present invention, the first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element are bridge-connected to form a circuit, and the first magnetic field applied to the magnetic sensor. The output value based on the potential at a predetermined point in the circuit where the potential monotonously increases or monotonously decreases as the magnitude of the component in the direction increases can be configured.
このようなブリッジ接続により形成された回路には、ハーブブリッジ回路及びフルブリッジ回路が含まれる。更に、この回路を構成する素子として、上記第1巨大磁気抵抗効果素子及び上記第2巨大磁気抵抗効果素子に加え、固定抵抗が含まれていてもよい。 The circuit formed by such bridge connection includes a herb bridge circuit and a full bridge circuit. In addition to the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, the element constituting this circuit may include a fixed resistor.
上記態様の磁気センサは、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ2個備え、それらの素子を接続したフルブリッジ回路を含むことができる。 The magnetic sensor of the above aspect can include a full bridge circuit including two each of the first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element and connecting these elements.
即ち、そのような磁気センサは、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第1回路要素を構成し、
前記第1回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に第1電位を付与するとともに同第1回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に同第1電位と異なる第2電位を付与するように構成される。
That is, such a magnetic sensor is
One end of one first giant magnetoresistive effect element of the first giant magnetoresistive effect element is connected to one end of one second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element. Constituting a first circuit element;
A first potential is applied to the other end of the first giant magnetoresistive element of the first circuit element, and a second potential different from the first potential is applied to the other end of the second giant magnetoresistive element of the first circuit element. It is configured to apply two potentials.
また、その磁気センサは、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第2回路要素を構成し、
前記第2回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第2回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与するように構成される。
In addition, the magnetic sensor
One end of another first giant magnetoresistive effect element of the first giant magnetoresistive effect element and one end of another second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element To configure the second circuit element,
Applying the first potential to the other end of the second giant magnetoresistive element of the second circuit element and applying the second potential to the other end of the first giant magnetoresistive element of the second circuit element Configured to do.
そして、その磁気センサは、
前記第1回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第1回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第2回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第2回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差を出力値として出力するように構成される。
And the magnetic sensor
A potential at a connection point between one end of the first giant magnetoresistive element of the first circuit element and one end of the second giant magnetoresistive element of the first circuit element; and the first of the second circuit element A potential difference between a connection portion between one end of the giant magnetoresistive effect element and one end of the second giant magnetoresistive effect element of the second circuit element is output as an output value.
上記態様の磁気センサは、互いに磁気検出方向が180度相違する巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ2個ずつ必要とする。一方、前述したように、互いに磁気検出方向が180度相違する前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子は、一つの基板上の微小領域内に容易に形成することができるから、2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子と2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子とを基板上の微小領域内に形成することも容易である。従って、上記態様によれば、上記フルブリッジ回路を備えて温度特性が良好であり、且つ、小型な磁気センサが提供され得る。 The magnetic sensor of the above aspect requires two giant magnetoresistive elements each having a magnetic detection direction different from each other by 180 degrees. On the other hand, as described above, the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element whose magnetic detection directions are different from each other by 180 degrees can be easily formed in a minute region on one substrate. Therefore, it is easy to form the two first giant magnetoresistive elements and the two second giant magnetoresistive elements in a minute region on the substrate. Therefore, according to the above aspect, it is possible to provide a small-sized magnetic sensor that includes the full bridge circuit and has good temperature characteristics.
また、これらの巨大磁気抵抗効果素子は単一基板上の微小領域内に形成され得るので、基板及び基板等を覆う樹脂等が熱や外部から加わる応力などによって変形したときであっても、上記巨大磁気抵抗効果素子には一様な応力(例えば、略同一の引張応力又は略同一の圧縮応力)が加わる。従って、各巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値は互いに同様に増大又は減少するので、フルブリッジ回路のバランスが崩れてしまう可能性が低減する。この結果、上記態様の磁気センサは磁界を精度良く検出することができる。 In addition, since these giant magnetoresistive elements can be formed in a minute region on a single substrate, even when the resin covering the substrate and the substrate is deformed by heat or external stress, the above-mentioned Uniform stress (for example, substantially the same tensile stress or substantially the same compressive stress) is applied to the giant magnetoresistive element. Therefore, since the resistance values of the giant magnetoresistive elements increase or decrease in the same manner, the possibility that the balance of the full bridge circuit is lost is reduced. As a result, the magnetic sensor of the above aspect can detect the magnetic field with high accuracy.
本発明の他の態様の磁気センサは、上記第1巨大磁気抵抗効果素子及び上記第2巨大磁気抵抗効果素子に加え、
前記基板上に形成されるとともに前記第1巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜を有し、前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第1の向きと直交する第3の向きに固定された第3巨大磁気抵抗効果素子と、
前記基板上に形成されるとともに前記第2巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜を有し、前記固定層の第1強磁性体膜の磁化の向きが前記第3の向きと180度相違する第4の向きに固定された第4巨大磁気抵抗効果素子と、
を更に備えている。
In addition to the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, the magnetic sensor according to another aspect of the present invention includes:
A spin-valve film having a single-layer pinned layer that is formed on the substrate and is identical to the first giant magnetoresistive element, and the magnetization direction of the ferromagnetic film of the pinned layer is the first direction. A third giant magnetoresistive element fixed in a third direction orthogonal to
A spin-valve film of a multi-layer stacked pinned layer that is formed on the substrate and is the same as the second giant magnetoresistive element, and the magnetization direction of the first ferromagnetic film of the pinned layer is the third A fourth giant magnetoresistive element fixed in a fourth orientation that is 180 degrees different from the orientation of
Is further provided.
これによれば、直交する2軸方向に沿う磁界の成分(磁気)を検出することができる磁気センサ(以下、「直交2軸方向検出型磁気センサ」とも称呼する。)が提供される。また、上記態様によれば、第3巨大磁気抵抗効果素子と第4巨大磁気抵抗効果素子は第1巨大磁気抵抗効果素子及び第2巨大磁気抵抗効果素子と同様に基板上の微小領域内に容易に形成することができるので、小型な直交2軸方向検出型磁気センサが容易に提供される。 According to this, a magnetic sensor (hereinafter also referred to as “orthogonal biaxial direction detection type magnetic sensor”) capable of detecting a magnetic field component (magnetism) along two orthogonal biaxial directions is provided. Further, according to the above aspect, the third giant magnetoresistive effect element and the fourth giant magnetoresistive effect element can be easily placed in a minute region on the substrate in the same manner as the first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element. Therefore, a small orthogonal two-axis direction detection type magnetic sensor can be easily provided.
更に、上記態様の磁気センサは、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子と前記第2巨大磁気抵抗効果素子とをブリッジ接続することにより回路を形成し、前記磁気センサに加わる磁界の前記第1の向きの成分の大きさが大きくなるほど電位が単調増加又は単調減少する同回路中の所定点の電位に基づく値を第1出力値として出力し、
前記第3巨大磁気抵抗効果素子と前記第4巨大磁気抵抗効果素子とをブリッジ接続することにより回路を形成し、前記磁気センサに加わる磁界の前記第3の向きの成分の大きさが大きくなるほど電位が単調増加又は単調減少する同回路中の所定点の電位に基づく値を第2出力値として出力するように構成されることもできる。
Furthermore, the magnetic sensor of the above aspect is
A circuit is formed by bridge-connecting the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, and the potential increases as the magnitude of the component in the first direction of the magnetic field applied to the magnetic sensor increases. Output as a first output value a value based on the potential of a predetermined point in the same circuit where monotonically increases or decreases monotonously,
A circuit is formed by bridge-connecting the third giant magnetoresistive element and the fourth giant magnetoresistive element, and the potential increases as the magnitude of the component in the third direction of the magnetic field applied to the magnetic sensor increases. Can be configured to output as the second output value a value based on the potential at a predetermined point in the circuit where the value monotonously increases or decreases monotonously.
このようなブリッジ接続により形成された回路には、ハーブブリッジ回路及びフルブリッジ回路が含まれる。更に、上記第1巨大磁気抵抗効果素子及び上記第2巨大磁気抵抗効果素子を含む回路は固定抵抗を含んでいてもよく、上記第3巨大磁気抵抗効果素子及び上記第4巨大磁気抵抗効果素子を含む回路は固定抵抗を含んでいてもよい。 The circuit formed by such bridge connection includes a herb bridge circuit and a full bridge circuit. Further, the circuit including the first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element may include a fixed resistor, and the third giant magnetoresistive effect element and the fourth giant magnetoresistive effect element are included in the circuit. The included circuit may include a fixed resistor.
上記態様の磁気センサは、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ2個備え、それらの素子を接続した第1及び第2回路要素からなるフルブリッジ回路を含むとともに、前記第3巨大磁気抵抗効果素子及び前記第4巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ2個備え、それらの素子を接続した第3及び第4回路要素からなるフルブリッジ回路を含むことができる。 The magnetic sensor of the above aspect includes a full bridge circuit including the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, each of which includes the first and second circuit elements connected to each other. In addition, a full bridge circuit including the third giant magnetoresistive effect element and the fourth giant magnetoresistive effect element, each including two third and fourth circuit elements connected to each other can be included.
これにより、温度特性が良好なフルブリッジ回路を2個含む直交2軸方向検出型の磁気センサを得ることができる。また、前述したように、2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子と2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子とを基板上の微小領域内に形成することは容易であることに加え、2個の前記第3巨大磁気抵抗効果素子と2個の前記第4巨大磁気抵抗効果素子とを基板上の他の微小領域内に形成することも容易である。従って、上記態様によれば、温度特性が良好なフルブリッジ回路を2組備えた直交2軸方向検出型の小型な磁気センサが提供され得る。 Thereby, an orthogonal two-axis direction detection type magnetic sensor including two full-bridge circuits with good temperature characteristics can be obtained. Further, as described above, it is easy to form the two first giant magnetoresistive elements and the two second giant magnetoresistive elements in a minute region on the substrate. It is also easy to form the two third giant magnetoresistive elements and the two fourth giant magnetoresistive elements in other minute regions on the substrate. Therefore, according to the above aspect, it is possible to provide a small-sized magnetic sensor of an orthogonal two-axis direction detection type including two sets of full bridge circuits having good temperature characteristics.
また、一つのブリッジ回路の一部をなす巨大磁気抵抗効果素子は、互いに単一基板上の微小領域内に形成され得る。従って、基板及び基板等を覆う樹脂等が変形したときであっても、一つのブリッジ回路の一部をなす各巨大磁気抵抗効果素子には一様な応力が加わるから、同一つのブリッジ回路の一部をなす各巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値は互いに同様に増大又は減少する。この結果、各フルブリッジ回路のバランスが崩れてしまう可能性が低減するから、上記態様の磁気センサは直交2軸方向の磁界の成分をそれぞれ精度良く検出することができる。 Moreover, the giant magnetoresistive effect elements forming a part of one bridge circuit can be formed in a minute region on a single substrate. Therefore, even when the substrate and the resin covering the substrate are deformed, uniform stress is applied to each giant magnetoresistive element forming a part of one bridge circuit. The resistance values of the giant magnetoresistive elements forming the part increase or decrease in the same manner. As a result, the possibility that the balance of each full-bridge circuit will be lost is reduced, so that the magnetic sensor of the above aspect can detect the magnetic field components in the orthogonal biaxial directions with high accuracy.
本発明の他の態様の磁気センサは、基板上に4個の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる巨大磁気抵抗効果素子を形成し、これらをフルブリッジ接続してある方向を磁気検出方向とする回路を備えるとともに、同基板上に4個の多層膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる巨大磁気抵抗効果素子を形成し、これらをフルブリッジ接続して前記ある方向を磁気検出方向とする回路を備え、これら二つの回路の出力を利用することにより、各素子に加わる応力の影響を極力排除した出力値を得ることができるセンサである。 A magnetic sensor according to another aspect of the present invention forms a giant magnetoresistive effect element composed of four single-film fixed-layer spin-valve films on a substrate, and the direction in which these elements are fully bridged is defined as a magnetic detection direction. And forming a giant magnetoresistive effect element composed of four multi-layered laminated fixed layer spin valve films on the same substrate, and connecting them in a full-bridge manner to make the certain direction a magnetic detection direction. The sensor is provided with a circuit, and by using the outputs of these two circuits, it is possible to obtain an output value in which the influence of stress applied to each element is eliminated as much as possible.
理解を容易にするために、図30乃至図34と対比しながらより具体的に説明すると、この磁気センサは、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子を2個備え(51G,52G)、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子を2個備え(61S,62S)、
前記2個の第1巨大磁気抵抗効果素子と前記2個の第2巨大磁気抵抗効果素子とが互いに近接して第1領域内に形成されたセンサである。
For ease of understanding, the magnetic sensor will be described in more detail in comparison with FIGS. 30 to 34.
Two first giant magnetoresistive elements (51G, 52G);
Two second giant magnetoresistive elements (61S, 62S);
The two first giant magnetoresistive effect elements and the two second giant magnetoresistive effect elements are sensors formed in a first region in proximity to each other.
更に、この磁気センサは、
前記基板上に形成されるとともに前記第1巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり、前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第2の向きに固定された第5巨大磁気抵抗効果素子を2個備え(53G,54G)、
前記基板上に形成されるとともに前記第2巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり、前記固定層の第1強磁性体膜の磁化の向きが前記第1の向きに固定された第6巨大磁気抵抗効果素子を2個備え(63S,64S)、
前記2個の第5巨大磁気抵抗効果素子と前記2個の第6巨大磁気抵抗効果素子とが互いに近接して前記第1領域とは離間した第2領域内に形成されたセンサである。
Furthermore, this magnetic sensor
The spin valve film of a single-layer fixed layer that is formed on the substrate and is the same as the first giant magnetoresistance effect element, and the magnetization direction of the ferromagnetic film of the fixed layer is the second direction. Two fixed fifth giant magnetoresistive elements (53G, 54G)
It is formed of a spin valve film of a multi-layer stacked fixed layer that is formed on the substrate and is the same as the second giant magnetoresistive element, and the direction of magnetization of the first ferromagnetic film of the fixed layer is the first Two sixth giant magnetoresistance effect elements fixed in the direction (63S, 64S),
The two fifth giant magnetoresistive elements and the two sixth giant magnetoresistive elements are sensors formed in a second region that is close to each other and separated from the first region.
更に、この磁気センサは、図32に示したように、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第1巨大磁気抵抗効果素子(51G)の一端と前記第5巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つ(53G)の第5巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第5回路要素を構成し、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第1巨大磁気抵抗効果素子(52G)の一端と前記第5巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つ(54G)の第5巨大磁気抵抗効果素子の一端とを直列接続して第6回路要素を構成し、
前記第5回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子(51G)の他端に第1電位(+V)を付与するとともに同第5回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子(53G)の他端に同第1電位と異なる第2電位(GND)を付与し、
前記第6回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子(54G)の他端に前記第1電位(+V)を付与するとともに同第6回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子(52G)の他端に前記第2電位(GND)を付与し、
前記第5回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子(51G)の一端と同第5回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子(53G)の一端との接続箇所(Q10)の電位と、前記第6回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子(52G)の一端と同第6回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子(54G)の一端との接続箇所(Q20)の電位と、の電位差VoxConvを通常GMR素子出力値として取得する。
Furthermore, as shown in FIG.
One end of the first giant magnetoresistive effect element (51G) of the first giant magnetoresistive effect element and the fifth giant magnetoresistive effect element of one of the fifth giant magnetoresistive effect elements (53G) Is connected to one end to form a fifth circuit element,
One end of the other first giant magnetoresistance effect element (52G) of the first giant magnetoresistance effect element and the fifth giant of the other one (54G) of the fifth giant magnetoresistance effect element. A sixth circuit element is configured by connecting one end of the magnetoresistive element in series,
A first potential (+ V) is applied to the other end of the first giant magnetoresistive effect element (51G) of the fifth circuit element and the fifth giant magnetoresistive effect element (53G) of the fifth circuit element. Apply a second potential (GND) different from the first potential to the end,
The first potential (+ V) is applied to the other end of the fifth giant magnetoresistive effect element (54G) of the sixth circuit element, and the first giant magnetoresistive effect element (52G) of the sixth circuit element is provided. Apply the second potential (GND) to the other end,
A potential at a connection point (Q10) between one end of the first giant magnetoresistive element (51G) of the fifth circuit element and one end of the fifth giant magnetoresistive element (53G) of the fifth circuit element; A potential at a connection point (Q20) between one end of the first giant magnetoresistive element (52G) of the sixth circuit element and one end of the fifth giant magnetoresistive element (54G) of the sixth circuit element; Is obtained as a normal GMR element output value.
更に、この磁気センサは、図33に示したように、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第2巨大磁気抵抗効果素子(61S)の一端と前記第6巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第6巨大磁気抵抗効果素子(63S)の一端とを接続して第7回路要素を構成し、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第2巨大磁気抵抗効果素子(62S)の一端と前記第6巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第6巨大磁気抵抗効果素子(64S)の一端とを直列接続して第8回路要素を構成し、
前記第7回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子(61S)の他端に前記第1電位(+V)を付与するとともに同第7回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子(63S)の他端に前記第2電位(GND)を付与し、
前記第8回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子(64S)の他端に前記第1電位(+V)を付与するとともに同第8回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子(62S)の他端に前記第2電位(GND)を付与し、
前記第7回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子(61S)の一端と同第7回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子(63S)の一端との接続箇所(Q30)の電位と、前記第8回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子(62S)の一端と同第8回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子(64S)の一端との接続箇所(Q40)の電位と、の電位差VoxSAFをSAF素子出力値として取得する。
Furthermore, as shown in FIG.
One end of one second giant magnetoresistance effect element (61S) of the second giant magnetoresistance effect elements and one sixth giant magnetoresistance effect element (63S) of the sixth giant magnetoresistance effect elements. Connect one end to form the seventh circuit element,
One end of the other second giant magnetoresistive effect element (62S) of the second giant magnetoresistive effect element and the other sixth giant magnetoresistive effect element of the sixth giant magnetoresistive effect element. (64S) is connected in series to constitute an eighth circuit element,
The first potential (+ V) is applied to the other end of the second giant magnetoresistive element (61S) of the seventh circuit element, and the sixth giant magnetoresistive element (63S) of the seventh circuit element is applied. Apply the second potential (GND) to the other end,
The first potential (+ V) is applied to the other end of the sixth giant magnetoresistive element (64S) of the eighth circuit element and the second giant magnetoresistive element (62S) of the eighth circuit element is applied. Apply the second potential (GND) to the other end,
A potential at a connection point (Q30) between one end of the second giant magnetoresistive element (61S) of the seventh circuit element and one end of the sixth giant magnetoresistive element (63S) of the seventh circuit element; A potential at a connection point (Q40) between one end of the second giant magnetoresistive element (62S) of the eighth circuit element and one end of the sixth giant magnetoresistive element (64S) of the eighth circuit element; Is obtained as the SAF element output value.
そして、この磁気センサは、図31に示したように、
前記通常GMR素子出力値と前記SAF素子出力値とに基づく値を出力するように構成される。この「前記通常GMR素子出力値と前記SAF素子出力値とに基づく値」とは、前記通常GMR素子出力値と前記SAF素子出力値との差でもよく、これらの比等であってもよい。
And this magnetic sensor, as shown in FIG. 31,
A value based on the normal GMR element output value and the SAF element output value is output. The “value based on the normal GMR element output value and the SAF element output value” may be a difference between the normal GMR element output value and the SAF element output value, or a ratio thereof.
ここで、説明の便宜上、検出すべき磁界の向きの正方向を第1の向きと反対の向きとする。更に、接続箇所Q10の電位から接続箇所Q20の電位を減算した値を上記通常GMR素子出力値VoxConvとし、接続箇所Q30の電位から接続箇所Q40の電位を減算した値を上記SAF素子出力値VoxSAFとする。加えて、この磁気センサは、前記SAF素子出力値VoxSAFから前記通常GMR素子出力値VoxConvを減算した値を出力するように構成されていると仮定する。 Here, for convenience of explanation, the positive direction of the direction of the magnetic field to be detected is assumed to be the direction opposite to the first direction. Further, the value obtained by subtracting the potential of the connection point Q20 from the potential of the connection point Q10 is the normal GMR element output value VoxConv, and the value obtained by subtracting the potential of the connection point Q40 from the potential of the connection point Q30 is the SAF element output value VoxSAF. To do. In addition, it is assumed that the magnetic sensor is configured to output a value obtained by subtracting the normal GMR element output value VoxConv from the SAF element output value VoxSAF.
このとき、図32の(B)に示したように、検出すべき磁界が大きくなるほど、上記通常GMR素子出力値VoxConvは低下し、且つ、図33の(B)に示したように、上記SAF素子出力値VoxSAFは上昇する。その結果、図34に示したように、検出すべき磁界が大きくなるほど磁気センサの出力値Voxは上昇する。 At this time, as shown in FIG. 32B, as the magnetic field to be detected increases, the normal GMR element output value VoxConv decreases, and as shown in FIG. 33B, the SAF The element output value VoxSAF increases. As a result, as shown in FIG. 34, the output value Vox of the magnetic sensor increases as the magnetic field to be detected increases.
一方、このように構成された磁気センサにおいては、第1領域内に形成された各2個の第1巨大磁気抵抗効果素子(51G,52G)及び第2巨大磁気抵抗効果素子(61S,62S)には、一様な応力(例えば、略同一の引張応力又は略同一の圧縮応力)が加わる。同様に、第2領域内に形成された各2個の第5巨大磁気抵抗効果素子(53G,54G)及び第6巨大磁気抵抗効果素子(63S,64S)には、一様な応力(例えば、略同一の引張応力又は略同一の圧縮応力)が加わる。 On the other hand, in the magnetic sensor thus configured, each of the two first giant magnetoresistive elements (51G, 52G) and second giant magnetoresistive elements (61S, 62S) formed in the first region. A uniform stress (for example, substantially the same tensile stress or substantially the same compressive stress) is applied to. Similarly, each of the two fifth giant magnetoresistive elements (53G, 54G) and sixth giant magnetoresistive element (63S, 64S) formed in the second region has a uniform stress (for example, Substantially the same tensile stress or substantially the same compressive stress).
そこで、いま、検出すべき磁界が変化しない状態において、第1領域内に形成された素子に圧縮応力が加わり、第2領域内に形成された素子に引張応力が加わったと仮定する。この場合、第1領域内の各素子(51G,52G,61S,62S)の抵抗値は一様に減少し、第2領域内の各素子(53G,54G,63S,64S)の抵抗値は一様に増大する。従って、接続箇所Q10及び接続箇所Q30の電位は上昇し、接続箇所Q20及び接続箇所Q40の電位は低下する。 Therefore, it is assumed that a compressive stress is applied to the element formed in the first region and a tensile stress is applied to the element formed in the second region in a state where the magnetic field to be detected does not change. In this case, the resistance value of each element (51G, 52G, 61S, 62S) in the first region is uniformly reduced, and the resistance value of each element (53G, 54G, 63S, 64S) in the second region is one. Increase. Accordingly, the potential at the connection point Q10 and the connection point Q30 increases, and the potential at the connection point Q20 and the connection point Q40 decreases.
この結果、上記SAF素子出力値VoxSAF及び上記通常GMR素子出力値VoxConvは、共に上昇するから、それらの差である磁気センサの出力値は殆ど変化しない。 As a result, since both the SAF element output value VoxSAF and the normal GMR element output value VoxConv rise, the output value of the magnetic sensor, which is the difference between them, hardly changes.
次に、第1領域内に形成された素子に引張応力が加わり、第2領域内に形成された素子に圧縮応力が加わったと仮定する。この場合、第1領域内の各素子(51G,52G,61S,62S)の抵抗値は一様に増大し、第2領域内の各素子(53G,54G,63S,64S)の抵抗値は一様に減少する。従って、接続箇所Q10及び接続箇所Q30の電位は低下し、接続箇所Q20及び接続箇所Q40の電位は上昇する。 Next, it is assumed that a tensile stress is applied to the element formed in the first region and a compressive stress is applied to the element formed in the second region. In this case, the resistance value of each element (51G, 52G, 61S, 62S) in the first region uniformly increases, and the resistance value of each element (53G, 54G, 63S, 64S) in the second region is one. Decrease. Accordingly, the potentials at the connection point Q10 and the connection point Q30 are decreased, and the potentials at the connection point Q20 and the connection point Q40 are increased.
この結果、上記SAF素子出力値VoxSAF及び上記通常GMR素子出力値VoxConvは、共に低下するから、磁気センサの出力値は殆ど変化しない。 As a result, the SAF element output value VoxSAF and the normal GMR element output value VoxConv both decrease, and the output value of the magnetic sensor hardly changes.
更に、総ての素子に引張応力が加わったと仮定する。この場合、第1領域内の各素子及び第2領域内の各素子の抵抗値は一様に増大する。従って、接続箇所Q10〜Q40の電位は殆ど変化しない。この結果、上記SAF素子出力値VoxSAF及び上記通常GMR素子出力値VoxConvは変化しないので、それらの差である磁気センサの出力値は殆ど変化しない。同様に、総ての素子に圧縮応力が加わった場合、接続箇所Q10〜Q40の電位は殆ど変化しないから、磁気センサの出力値は殆ど変化しない。 Further, it is assumed that tensile stress is applied to all elements. In this case, the resistance value of each element in the first region and each element in the second region increases uniformly. Therefore, the potential at the connection points Q10 to Q40 hardly changes. As a result, since the SAF element output value VoxSAF and the normal GMR element output value VoxConv do not change, the output value of the magnetic sensor, which is the difference between them, hardly changes. Similarly, when compressive stress is applied to all the elements, the output values of the magnetic sensor hardly change because the potentials of the connection points Q10 to Q40 hardly change.
以上の例示的説明からも明らかなように、上記態様の磁気センサは、素子に加わる応力が変化した場合であっても、外部磁界が変化しない限り一定の出力値を出力することができる。この結果、上記態様の磁気センサは磁界を精度良く検出することができる。 As is clear from the above exemplary explanation, the magnetic sensor of the above aspect can output a constant output value as long as the external magnetic field does not change even when the stress applied to the element changes. As a result, the magnetic sensor of the above aspect can detect the magnetic field with high accuracy.
本発明の他の態様の磁気センサは、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子を複数個備えるとともに前記第2巨大磁気抵抗効果素子を同第1巨大磁気抵抗効果素子と同数個備え、
前記基板上の所定方向に沿って同第1巨大磁気抵抗効果素子と同第2巨大磁気抵抗効果素子とが交互に配列され、
前記複数の第1巨大磁気抵抗効果素子同士が直列接続されて一つの巨大磁気抵抗効果素子を形成し、前記複数の第2巨大磁気抵抗効果素子同士が直列接続されて他の巨大磁気抵抗効果素子を形成してなる磁気センサである。
Another aspect of the present invention is a magnetic sensor.
A plurality of the first giant magnetoresistance effect elements and the same number of the second giant magnetoresistance effect elements as the first giant magnetoresistance effect elements;
The first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element are alternately arranged along a predetermined direction on the substrate,
The plurality of first giant magnetoresistance effect elements are connected in series to form one giant magnetoresistance effect element, and the plurality of second giant magnetoresistance effect elements are connected in series to form another giant magnetoresistance effect element. Is a magnetic sensor.
前述したように、本発明による磁気センサは小型化され得るので、基板上の各巨大磁気抵抗効果素子に加わる応力の差は小さい。ところで、基板や樹脂が変形したことにともなって基板上に形成された複数の素子に加わる応力は基板平面に沿って徐々に変化する確率が高い。従って、上記構成のように、基板上の所定方向に沿って同第1巨大磁気抵抗効果素子と同第2巨大磁気抵抗効果素子とを交互に配列しておき、前記複数の第1巨大磁気抵抗効果素子同士を直列接続して一つの巨大磁気抵抗効果素子(第1素子)を形成し、前記複数の第2巨大磁気抵抗効果素子同士を直列接続して他の巨大磁気抵抗効果素子(第2素子)を形成すれば、第1素子と第2素子には全体として互いに近しい大きさの応力(応力の平均値が近い応力)が加わっている可能性が高くなる。従って、第1素子と第2素子の応力による抵抗変化量は互いに近しい値となるから、例えば、これらの素子をブリッジ接続した回路により出力値を得るように磁気センサを構成したとき、その出力値への応力の影響は一層小さくなる。 As described above, since the magnetic sensor according to the present invention can be miniaturized, the difference in stress applied to each giant magnetoresistive element on the substrate is small. By the way, there is a high probability that the stress applied to the plurality of elements formed on the substrate along with the deformation of the substrate or the resin gradually changes along the substrate plane. Therefore, as in the above configuration, the first giant magnetoresistive elements and the second giant magnetoresistive elements are alternately arranged along a predetermined direction on the substrate, and the plurality of first giant magnetoresistive elements are arranged. The effect elements are connected in series to form one giant magnetoresistance effect element (first element), and the plurality of second giant magnetoresistance effect elements are connected in series to another giant magnetoresistance effect element (second element). If the (element) is formed, there is a high possibility that stresses having a magnitude close to each other (stress having an average stress value) are applied to the first element and the second element as a whole. Accordingly, since the resistance change amount due to the stress of the first element and the second element is close to each other, for example, when the magnetic sensor is configured to obtain an output value by a circuit in which these elements are bridge-connected, the output value The effect of stress on
本発明の他の態様の磁気センサは、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ4個備え、互いに隣接した2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子からなる第1群、互いに隣接した他の2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子からなる第2群、互いに隣接した2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子からなる第3群、互いに隣接した他の2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子からなる第4群を形成し、前記基板上の所定方向に沿って第1群、第3群、第2群及び第4群の順、又は、前記基板上の所定方向に沿って第3群、第1群、第4群及び第2群の順に配列し、且つ、
互いに隣接しない2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子を直列接続することにより第1巨大磁気抵抗効果素子のみからなる2個の素子(第3素子、第4素子)を形成し、互いに隣接しない2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子を直列接続することにより第2巨大磁気抵抗効果素子のみからなる2個の素子(第5素子、第6素子)を形成してなる磁気センサである。
Another aspect of the present invention is a magnetic sensor.
The first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element are each provided in four, the first group consisting of the two first giant magnetoresistive effect elements adjacent to each other, and the other two adjacent to each other. A second group of the first giant magnetoresistive elements, a third group of the two second giant magnetoresistive elements adjacent to each other, and the other two second giant magnetoresistive effects adjacent to each other. A fourth group of elements is formed, and the first group, the third group, the second group, and the fourth group are arranged in a predetermined direction on the substrate, or in a predetermined direction on the substrate. Arranged in the order of group, first group, fourth group and second group; and
Two elements (third element and fourth element) composed only of the first giant magnetoresistive effect element are formed by serially connecting the two first giant magnetoresistive effect elements that are not adjacent to each other, and are not adjacent to each other. In this magnetic sensor, two elements (fifth element and sixth element) composed of only the second giant magnetoresistive effect element are formed by connecting the two second giant magnetoresistive effect elements in series.
これによれば、第3〜第6素子には、互いにより近しい大きさの応力が加わる可能性が高くなる。従って、第3〜第6素子の応力による抵抗変化量は互いに近しい値となる。従って、第3〜第6素子をフルブリッジ接続した回路により出力値を得るように構成した磁気センサは、各素子に加わる応力の影響を一層排除した出力値を出力することができる。 According to this, there is a high possibility that stresses closer to each other are applied to the third to sixth elements. Therefore, the resistance change amounts due to the stresses of the third to sixth elements are close to each other. Therefore, a magnetic sensor configured to obtain an output value by a circuit in which the third to sixth elements are connected by a full bridge can output an output value that further eliminates the influence of stress applied to each element.
一方、前述したように、本発明による磁気センサは、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜を基板上に形成する膜形成工程と、
前記形成された各膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより同各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する磁場中熱処理工程と、
を含む製造方法により、容易に製造することができる。
On the other hand, as described above, the magnetic sensor according to the present invention is
Forming a film to be the first giant magnetoresistive element and a film to be the second giant magnetoresistive element on a substrate;
A heat treatment step in a magnetic field for fixing the magnetization direction of the pinned layer of each film by applying a magnetic field in the same direction to each formed film at a high temperature;
It can manufacture easily by the manufacturing method containing.
即ち、この磁場中熱処理により、第1巨大磁気抵抗効果素子の固定層のピンド層と第2巨大磁気抵抗効果素子の固定層のピンド層との磁化を180度相違する向きに容易に固定することができるので、磁気検出方向が互いに180度相違する2つの巨大磁気抵抗効果素子を単一の基板上に容易に製造することができる。 That is, by this heat treatment in a magnetic field, the magnetization of the pinned layer of the pinned layer of the first giant magnetoresistive element and the pinned layer of the pinned layer of the second giant magnetoresistive element can be easily pinned in directions different by 180 degrees. Therefore, it is possible to easily manufacture two giant magnetoresistive elements whose magnetic detection directions are 180 degrees different from each other on a single substrate.
この場合、
前記磁場中熱処理工程は、
略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石の磁極の極性と異なるように配置されたマグネットアレイによって形成される磁界を同磁場中熱処理工程中の磁界として用いることが好ましい。
in this case,
The heat treatment step in the magnetic field includes
A plurality of permanent magnets having a substantially rectangular parallelepiped shape and having a substantially square cross-section perpendicular to one central axis of the rectangular parallelepiped are arranged so that the center of gravity of the end surface having the substantially square shape coincides with the lattice point of the square lattice. And the magnetic field formed by the magnet array arranged so that the polarity of the magnetic poles of the permanent magnets arranged in the same manner is different from the polarity of the magnetic poles of other permanent magnets adjacent to each other at the shortest distance. It is preferably used as a magnetic field during the heat treatment step.
更に、前記膜形成工程は、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの一方の膜を前記基板の上に形成する第1膜形成工程と、
前記形成された一方の膜の不要部分を除去する第1不要部除去工程と、
前記不要部分が除去された前記一方の膜を絶縁膜により覆う絶縁膜形成工程と、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの他方の膜を前記基板及び前記絶縁膜の上に形成する第2膜形成工程と、
前記形成された他方の膜の不要部分を除去する第2不要部除去工程と、
を含むことが好適である。
Furthermore, the film forming step includes
A first film forming step of forming one of a film to be the first giant magnetoresistive element and a film to be the second giant magnetoresistive element on the substrate;
A first unnecessary portion removing step of removing an unnecessary portion of the formed one film;
An insulating film forming step of covering the one film from which the unnecessary portion has been removed with an insulating film;
A second film forming step of forming the other film of the film to be the first giant magnetoresistive element and the film to be the second giant magnetoresistive element on the substrate and the insulating film;
A second unnecessary portion removing step of removing an unnecessary portion of the other formed film;
Is preferably included.
これにより、第1巨大磁気抵抗効果素子と第2巨大磁気抵抗効果素子とを単一の基板上に形成した磁気センサが容易に製造され得る。 Thereby, the magnetic sensor which formed the 1st giant magnetoresistive effect element and the 2nd giant magnetoresistive effect element on the single substrate can be manufactured easily.
また、前記膜形成工程は、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子の前記ピニング層となる膜と前記第2強磁性体膜となる膜と前記交換結合膜となる膜とを前記基板上に順に積層して第1予備膜を形成する第1予備膜形成工程と、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の前記第1予備膜を除去することなく前記第1巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の同第1予備膜の前記交換結合膜となる膜の総てを除去する第1交換結合膜除去工程と、
前記第1交換結合膜除去工程を経た膜の上面全体に前記第2強磁性体膜となる膜と同一の強磁性体膜を形成し、次いで、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のスペーサ層及びフリー層となる膜を形成する第1追加膜形成工程と、
を含むことができる。
In addition, the film forming step includes
A film serving as the pinning layer of the second giant magnetoresistive effect element, a film serving as the second ferromagnetic film, and a film serving as the exchange coupling film are sequentially stacked on the substrate to form a first preliminary film. A first preliminary film forming step,
The exchange coupling film of the first preliminary film in the portion where the first giant magnetoresistive element is to be formed without removing the first preliminary film in the portion where the second giant magnetoresistive element is to be formed A first exchange coupling membrane removal step of removing all of the membrane to be
The same ferromagnetic film as the second ferromagnetic film is formed on the entire top surface of the film that has undergone the first exchange coupling film removal step, and then the first giant magnetoresistive element and the second A first additional film forming step of forming a film to be a spacer layer and a free layer of the giant magnetoresistive element;
Can be included.
これによれば、一方に交換結合膜を挟む第1強磁性体膜及び第2強磁性体膜を備えた第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜が形成され、他方に2度に分けて積層された強磁性体膜を固定層となる膜(ピンド層になる膜)に備えた第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜が形成される。従って、この方法によっても、第1巨大磁気抵抗効果素子と第2巨大磁気抵抗効果素子とを単一の基板上に形成した磁気センサが容易に製造され得る。 According to this, a film to be a second giant magnetoresistive element having a first ferromagnetic film and a second ferromagnetic film sandwiching an exchange coupling film on one side is formed, and the other is laminated in two portions. A film to be a first giant magnetoresistive effect element is formed, in which the formed ferromagnetic film is provided in a film to be a fixed layer (film to be a pinned layer). Therefore, also by this method, a magnetic sensor in which the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element are formed on a single substrate can be easily manufactured.
更に、前記膜形成工程は、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のフリー層となる膜、同第1巨大磁気抵抗効果素子及び同第2巨大磁気抵抗効果素子のスペーサ層となる膜、同第2巨大磁気抵抗効果素子の前記第1強磁性体膜となる膜及び同第2巨大磁気抵抗効果素子の前記交換結合膜となる膜が前記基板上に順に積層されてなる第2予備膜を形成する第2予備膜形成工程と、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の前記第2予備膜を除去することなく前記第1巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の同第2予備膜の前記交換結合膜となる膜の総てを除去する第2交換結合膜除去工程と、
前記第2交換結合膜除去工程を経た膜の上面全体に前記第1強磁性体膜となる膜と同一の強磁性体膜を形成し、次いで、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のピニング層となる膜を形成する第2追加膜形成工程と、
を含むことができる。
Furthermore, the film forming step includes
A film to be a free layer of the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, a film to be a spacer layer of the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, Forming a second preliminary film in which a film to be the first ferromagnetic film of the two giant magnetoresistive effect elements and a film to be the exchange coupling film of the second giant magnetoresistive effect element are sequentially laminated on the substrate; A second preliminary film forming step,
The exchange coupling film of the second preliminary film where the first giant magnetoresistive element is to be formed without removing the second spare film where the second giant magnetoresistive element is to be formed A second exchange coupling membrane removal step of removing all of the membrane to be
The same ferromagnetic material film as the first ferromagnetic material film is formed on the entire top surface of the film that has undergone the second exchange coupling film removal step, and then the first giant magnetoresistive element and the second A second additional film forming step of forming a film to be a pinning layer of the giant magnetoresistive element;
Can be included.
これによっても、一方に交換結合膜を挟む第1強磁性体膜及び第2強磁性体膜を備えた第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜が形成され、他方に2度に分けて積層された強磁性体膜を固定層となる膜(ピンド層になる膜)に備えた第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜が形成されるので、第1巨大磁気抵抗効果素子と第2巨大磁気抵抗効果素子とを単一の基板上に形成した磁気センサが容易に製造され得る。 This also forms a film that becomes the second giant magnetoresistive element having the first ferromagnetic film and the second ferromagnetic film sandwiching the exchange coupling film on one side, and is laminated in two on the other side. The first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element are formed because the film that becomes the first giant magnetoresistive effect element having the ferromagnetic film as the pinned layer (film that becomes the pinned layer) is formed. A magnetic sensor in which an effect element is formed on a single substrate can be easily manufactured.
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。
<第1実施形態>
(磁気センサの構造)
図1に平面図を示した本発明の第1実施形態に係る磁気センサ10は、単一の基板(モノリシックチップ)10aと、合計で8個の巨大磁気抵抗効果素子11〜14,21〜24と、を含んでいる。磁気センサ10は、便宜上「Nタイプの磁気センサ10」と称呼される。
Embodiments of a magnetic sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First Embodiment>
(Magnetic sensor structure)
The
基板10aは、シリコンからなっている。基板10aは、平面視において互いに直交するX軸及びY軸に沿った辺を有する長方形状(略正方形状)を有し、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薄板体である。
The
巨大磁気抵抗効果素子11,12,21及び22は、上述した通常GMR素子である。巨大磁気抵抗効果素子13,14,23及び24は後述する多重膜積層固定層を含むシンセティックスピンバルブ膜からなる素子(以下、便宜上、「SAF素子」と称呼する。)である。
The giant
本実施形態において、巨大磁気抵抗効果素子11,12,13及び14はそれぞれ第1,第2,第3及び第4X軸磁気検出素子とも称呼され、巨大磁気抵抗効果素子21,22,23及び24はそれぞれ第1,第2,第3及び第4Y軸磁気検出素子とも称呼される。また、通常GMR素子11,12は第1巨大磁気抵抗効果素子、SAF素子13,14は第2巨大磁気抵抗効果素子、通常GMR素子21,22は第3巨大磁気抵抗効果素子、SAF素子23,24は第4巨大磁気抵抗効果素子とも称呼される。
In the present embodiment, the giant
通常GMR素子11,12,21及び22は、基板10aにおける配置が異なる点を除き、互いに実質的に同一の構造を備えている。従って、以下、通常GMR素子11をこれらの代表例として、その構造について説明する。
Normally, the
通常GMR素子11は、拡大平面図である図2及び図2の1−1線に沿った平面にて通常GMR素子11を切断した概略断面図である図3に示したように、複数の(この例では6個の)幅狭帯状部11a1〜11a6と、複数の(この例では7個の)バイアス磁石膜11b1〜11b7と、一対の端子部11c1,11c2と、を備えている。
As shown in FIG. 3 which is a schematic sectional view in which the
幅狭帯状部11a1〜11a6の各々はY軸方向に長手方向を有している。最もX軸正方向側に位置する幅狭帯状部11a1のY軸負方向側の端部は、バイアス磁石膜11b1の上に形成されている。バイアス磁石膜11b1は接続部11c1と接続されている。幅狭帯状部11a1のY軸正方向側の端部は、バイアス磁石膜11b2の上に形成されている。 Each of the narrow strip portions 11a1 to 11a6 has a longitudinal direction in the Y-axis direction. The end on the Y axis negative direction side of the narrow strip portion 11a1 located closest to the X axis positive direction side is formed on the bias magnet film 11b1. The bias magnet film 11b1 is connected to the connection portion 11c1. The end of the narrow strip portion 11a1 on the Y axis positive direction side is formed on the bias magnet film 11b2.
幅狭帯状部11a2は、幅狭帯状部11a1のX軸負側において幅狭帯状部11a1に隣接配置されている。幅狭帯状部11a2の一つの端部はバイアス磁石膜11b2の上に形成されるとともに、バイアス磁石膜11b2上において幅狭帯状部11a1と接続されている。幅狭帯状部11a2の他の端部はバイアス磁石膜11b3の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a2 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a1 on the X axis negative side of the narrow strip portion 11a1. One end of the narrow strip portion 11a2 is formed on the bias magnet film 11b2, and is connected to the narrow strip portion 11a1 on the bias magnet film 11b2. The other end of the narrow strip portion 11a2 is formed on the bias magnet film 11b3.
幅狭帯状部11a3は、幅狭帯状部11a2のX軸負側において幅狭帯状部11a2に隣接配置されている。幅狭帯状部11a3の一つの端部はバイアス磁石膜11b3の上に形成されるとともに、バイアス磁石膜11b3上において幅狭帯状部11a2と接続されている。幅狭帯状部11a3の他の端部はバイアス磁石膜11b4の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a3 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a2 on the X-axis negative side of the narrow strip portion 11a2. One end of the narrow strip portion 11a3 is formed on the bias magnet film 11b3 and is connected to the narrow strip portion 11a2 on the bias magnet film 11b3. The other end of the narrow strip portion 11a3 is formed on the bias magnet film 11b4.
幅狭帯状部11a4は、幅狭帯状部11a3のX軸負側において幅狭帯状部11a3に隣接配置されている。幅狭帯状部11a4の一つの端部はバイアス磁石膜11b4の上に形成されるとともに、バイアス磁石膜11b4上において幅狭帯状部11a3と接続されている。幅狭帯状部11a4の他の端部はバイアス磁石膜11b5の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a4 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a3 on the X-axis negative side of the narrow strip portion 11a3. One end of the narrow strip portion 11a4 is formed on the bias magnet film 11b4 and is connected to the narrow strip portion 11a3 on the bias magnet film 11b4. The other end of the narrow strip portion 11a4 is formed on the bias magnet film 11b5.
幅狭帯状部11a5は、幅狭帯状部11a4のX軸負側において幅狭帯状部11a4に隣接配置されている。幅狭帯状部11a5の一つの端部はバイアス磁石膜11b5の上に形成されるとともに、バイアス磁石膜11b5上において幅狭帯状部11a4と接続されている。幅狭帯状部11a5の他の端部はバイアス磁石膜11b6の上に形成されている。 The narrow strip portion 11a5 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a4 on the X-axis negative side of the narrow strip portion 11a4. One end of the narrow strip portion 11a5 is formed on the bias magnet film 11b5 and is connected to the narrow strip portion 11a4 on the bias magnet film 11b5. The other end of the narrow strip portion 11a5 is formed on the bias magnet film 11b6.
幅狭帯状部11a6は、幅狭帯状部11a5のX軸負側において幅狭帯状部11a5に隣接配置されている。幅狭帯状部11a6の一つの端部はバイアス磁石膜11b6の上に形成されるとともに、バイアス磁石膜11b6上において幅狭帯状部11a5と接続されている。幅狭帯状部11a6の他の端部はバイアス磁石膜11b7の上に形成されている。バイアス磁石膜11b7は接続部11c2と接続されている。このように、通常GMR素子11は、複数の幅狭帯状部をジグザグ状に配列し、それらを直列接続した素子である。
The narrow strip portion 11a6 is disposed adjacent to the narrow strip portion 11a5 on the X axis negative side of the narrow strip portion 11a5. One end of the narrow strip portion 11a6 is formed on the bias magnet film 11b6 and is connected to the narrow strip portion 11a5 on the bias magnet film 11b6. The other end of the narrow strip portion 11a6 is formed on the bias magnet film 11b7. The bias magnet film 11b7 is connected to the connection portion 11c2. Thus, the
幅狭帯状部11a1〜11a6の各々は、図4の(A)に膜構成を示した通常のスピンバルブ膜からなっている。このスピンバルブ膜は、基板10aの上に形成されたフリー層F、フリー層Fの上に形成されたスペーサ層S、スペーサ層Sの上に形成された固定層P及び固定層Pの上に形成された保護層(キャッピング層)Cからなっている。なお、実際には、基板10aの上面とフリー層Fとの間に図示を省略したSiO2又はSiNからなる絶縁・配線層が形成されている。
Each of the narrow strip portions 11a1 to 11a6 is made of a normal spin valve film whose film configuration is shown in FIG. This spin valve film is formed on the free layer F formed on the
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る。フリー層Fは、基板10aの直上に形成されたCoZrNbアモルファス磁性層と、CoZrNbアモルファス磁性層の上に形成されたNiFe磁性層と、NiFe磁性層の上に形成されたCoFe磁性層とからなっている。これらは、軟質の強磁性体膜を構成している。
The free layer F is a layer whose magnetization direction changes in accordance with the direction of the external magnetic field. The free layer F includes a CoZrNb amorphous magnetic layer formed directly on the
フリー層Fは、幅狭帯状部11a1〜11a6のそれぞれが長手方向を有していることから、Y軸方向に沿った長手方向を有した形状となっている。従って、フリー層Fに外部磁界が付与されていない場合の同フリー層Fの磁化の向き(以下、「初期状態における磁化の向き」と称呼する。)は、形状異方性によりフリー層Fの長手方向(通常GMR素子11の場合はY軸正方向)となっている。 Since each of the narrow strip portions 11a1 to 11a6 has a longitudinal direction, the free layer F has a shape having a longitudinal direction along the Y-axis direction. Therefore, the direction of magnetization of the free layer F when the external magnetic field is not applied to the free layer F (hereinafter referred to as “the direction of magnetization in the initial state”) depends on the shape anisotropy. It is the longitudinal direction (normally the Y-axis positive direction in the case of the GMR element 11).
スペーサ層Sは、非磁性導電体(本例では、Cu)からなる膜である。 The spacer layer S is a film made of a nonmagnetic conductor (Cu in this example).
固定層(固着層、磁化固定層)Pは、強磁性体膜であるCoFe磁性層Pdと、Ptを45〜55mol%含むPtMn合金から形成した反強磁性膜Piとを重ね合わせた単一膜固定層である。CoFe磁性層Pdは、ピニング層を構成する反強磁性膜Piに交換結合的に裏打されることにより磁化(磁化ベクトル)の向きがX軸正方向にピン(固着)されるピンド層Pdを構成している。CoFe磁性層Pdの磁化の向きが、各通常GMR素子のピンド層の固定された磁化の向きである。 The fixed layer (fixed layer, fixed magnetization layer) P is a single film in which a CoFe magnetic layer Pd, which is a ferromagnetic film, and an antiferromagnetic film Pi formed of a PtMn alloy containing 45 to 55 mol% of Pt are stacked. It is a fixed layer. The CoFe magnetic layer Pd constitutes a pinned layer Pd in which the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the positive direction of the X-axis by being back-coupled to the antiferromagnetic film Pi constituting the pinning layer in an exchange coupling manner. is doing. The magnetization direction of the CoFe magnetic layer Pd is the fixed magnetization direction of the pinned layer of each normal GMR element.
保護層Cは、チタン(Ti)又はタンタル(Ta)からなっている。 The protective layer C is made of titanium (Ti) or tantalum (Ta).
再び、図2及び図3を参照すると、バイアス磁石膜11b1〜11b7は、CoCrPt等の硬質強磁性体であって高保磁力及び高角型比を有する材質からなり、着磁されて永久磁石膜(ハードマグネット膜)となっている。バイアス磁石膜11b1〜11b7は、それぞれの直上部に形成されたフリー層Fと磁気的に結合し、フリー層Fに対して同フリー層Fの長手方向(通常GMR素子11の場合、Y軸正方向)にバイアス磁界を与えるようになっている。
Referring to FIGS. 2 and 3 again, the bias magnet films 11b1 to 11b7 are made of a hard ferromagnetic material such as CoCrPt and have a high coercive force and a high squareness ratio. Magnet film). The bias magnet films 11b1 to 11b7 are magnetically coupled to the free layer F formed immediately above each of the bias magnet films 11b1 to 11b7, and the longitudinal direction of the free layer F relative to the free layer F (in the case of the
以上の構成により、通常GMR素子11の抵抗値は、幅狭帯状部11a1〜11a6の各抵抗値の和として、接続部11c1及び接続部11c2から取得される。この結果、通常GMR素子11は、図4の(B)及び図4の(C)に示したように、−Hc〜+Hcの範囲において固定層PのCoFe磁性層Pdの固定された磁化の向き(この場合、X軸正方向の向き)に沿って変化する外部磁界Hに対して変化する抵抗値(X軸正方向の外部磁界の大きさが大きくなるほど減少する抵抗値)を示すようになっている。換言すると、通常GMR素子11の磁気検出方向は、スペーサ層Sに隣接した固定層PのCoFe磁性層Pdの固定された磁化の向きと反平行の向き(180度相違する向き)である。なお、通常GMR素子11は、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示すようになっている。
With the above configuration, the resistance value of the
一方、SAF素子13,14,23及び24は、基板10aにおける配置が異なる点を除き、互いに実質的に同一の構造を備えている。従って、以下、SAF素子13をこれらの代表例として、その構造について説明する。
On the other hand, the
SAF素子13は、スピンバルブ膜の膜構成を除き、通常GMR素子11と同一構造を備えている。
SAF素子13は、図5の(A)に示したシンセティックスピンバルブ膜からなっている。このシンセティックスピンバルブ膜は、基板10aの上に形成されたフリー層F、フリー層Fの上に形成されたスペーサ層S、スペーサ層Sの上に形成された固定層P’及び固定層P’の上に形成された保護層(キャッピング層)Cからなっている。
The
The
シンセティックスピンバルブ膜のフリー層F、スペーサ層S及び保護層Cは、図4の(A)に示した通常のスピンバルブ膜と同一の構成を備えている。即ち、シンセティックスピンバルブ膜は、固定層P’のみが通常のスピンバルブ膜の固定層Pと相違している。 The free layer F, spacer layer S, and protective layer C of the synthetic spin valve film have the same configuration as that of the normal spin valve film shown in FIG. That is, the synthetic spin valve film is different from the fixed layer P of a normal spin valve film only in the fixed layer P ′.
固定層P’は、CoFeからなる第1強磁性体膜P1と、第1強磁性体膜P1の上に積層されたRuからなる交換結合膜Exと、交換結合膜Exの上に積層されたCoFeからなる第2強磁性体膜P2と、第2強磁性体膜P2の上に積層されるとともにPtを45〜55mol%含むPtMn合金からなる交換バイアス膜(反強磁性体膜)Ebとを重ね合わせた多重膜積層固定層である。 The fixed layer P ′ is laminated on the first ferromagnetic film P1 made of CoFe, the exchange coupling film Ex made of Ru laminated on the first ferromagnetic film P1, and the exchange coupling film Ex. A second ferromagnetic film P2 made of CoFe, and an exchange bias film (antiferromagnetic film) Eb made of a PtMn alloy that is laminated on the second ferromagnetic film P2 and contains 45 to 55 mol% of Pt. It is a multi-layer laminated fixed layer that is superposed.
交換結合膜Exは、第1強磁性体膜P1と第2強磁性体膜P2とにサンドイッチ状に挟まれている。第1強磁性体膜P1は、交換結合膜Ex及び第2強磁性体膜P2と協働して磁化の向きが外部磁界の変化に対して変化しないように固定されるピンド層を構成している。交換バイアス膜Ebは、第2強磁性体膜P2及び交換結合膜Exを介してピンド層である第1強磁性体膜P1の磁化の向きを固定するピニング層を構成している。なお、第1強磁性体膜P1、交換結合膜Ex及び第2強磁性体膜P2をピンド層と呼ぶこともできる。 The exchange coupling film Ex is sandwiched between the first ferromagnetic film P1 and the second ferromagnetic film P2. The first ferromagnetic film P1 forms a pinned layer that is fixed so that the direction of magnetization does not change with respect to the change of the external magnetic field in cooperation with the exchange coupling film Ex and the second ferromagnetic film P2. Yes. The exchange bias film Eb constitutes a pinning layer that fixes the magnetization direction of the first ferromagnetic film P1, which is a pinned layer, via the second ferromagnetic film P2 and the exchange coupling film Ex. The first ferromagnetic film P1, the exchange coupling film Ex, and the second ferromagnetic film P2 can also be called a pinned layer.
交換バイアス膜Ebは第2強磁性体膜P2と交換結合し、第2強磁性体膜P2の磁化(磁化ベクトル)の向きをX軸正方向に固定している。また、第1強磁性体膜P1と第2強磁性体膜P2は、交換結合膜Exを介して互いに交換結合している。このとき、図5の(B)に矢印にて示したように、第1強磁性体膜P1の磁化の向きと第2強磁性体膜P2の磁化の向きは反平行となる。この結果、第1強磁性体膜P1の磁化の向きは、X軸負方向に固定される。 The exchange bias film Eb exchange-couples with the second ferromagnetic film P2, and fixes the direction of magnetization (magnetization vector) of the second ferromagnetic film P2 in the positive X-axis direction. The first ferromagnetic film P1 and the second ferromagnetic film P2 are exchange coupled with each other via the exchange coupling film Ex. At this time, as indicated by an arrow in FIG. 5B, the magnetization direction of the first ferromagnetic film P1 and the magnetization direction of the second ferromagnetic film P2 are antiparallel. As a result, the magnetization direction of the first ferromagnetic film P1 is fixed in the negative X-axis direction.
このように構成されたSAF素子13は、図5の(C)に示したように、−Hc〜+Hcの範囲において固定層P’における第1強磁性体膜P1(ピンド層)の固定された磁化の向きに沿って変化する外部磁界Hに対して変化する抵抗値(X軸正方向の外部磁界Hの大きさが大きくなるほど増大する抵抗値)を示すようになっている。換言すると、SAF素子13の磁気検出方向は、スペーサ層Sに隣接した固定層P’の第1磁性層P1の固定された磁化の向きと反平行の向きである。なお、SAF素子13は、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示すようになっている。
In the
再び図1を参照すると、通常GMR素子11は、基板10a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る。通常GMR素子11の磁気検出方向はX軸負方向となっている。通常GMR素子12は、基板10a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る。通常GMR素子12の磁気検出方向はX軸負方向となっている。
Referring again to FIG. 1, the
SAF素子13は、基板10aのY軸方向略中央部上方で通常GMR素子11から僅かな距離だけX軸負方向に離れた位置に形成されている。SAF素子13の磁気検出方向はX軸正方向となっている。SAF素子14は、基板10aのY軸方向略中央部下方で通常GMR素子12から僅かな距離だけX軸負方向に離れた位置に形成されている。SAF素子14の磁気検出方向はX軸正方向となっている。
The
このように、素子11〜14は、基板10a上のX軸正方向端部近傍において互いに近接した位置(第1微小領域内)に形成されている。
As described above, the
通常GMR素子21は、基板10a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る。通常GMR素子21の磁気検出方向はY軸負方向となっている。通常GMR素子22は、基板10a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る。通常GMR素子22の磁気検出方向はY軸負方向となっている。
Usually, the
SAF素子23は、基板10aのX軸方向略中央部左方で通常GMR素子21から僅かな距離だけY軸負方向に離れた位置に形成されている。SAF素子23の磁気検出方向はY軸正方向となっている。SAF素子24は、基板10aのX軸方向略中央部右方で通常GMR素子22から僅かな距離だけY軸負方向に離れた位置に形成されている。SAF素子24の磁気検出方向はY軸正方向となっている。
The
このように、素子21〜24は、基板10a上のY軸正方向端部近傍において互いに近接した位置(第1微小領域内から所定距離離れた第2微小領域内)に形成されている。
As described above, the
磁気センサ10は、素子11〜14からなるX軸磁気センサ(X軸方向を磁界検出方向とする磁気センサ)及び素子21〜24からなるY軸磁気センサ(Y軸方向を磁界検出方向とする磁気センサ)を備えている。
The
X軸磁気センサは、図6の(A)に等価回路を示したように、素子11〜14が図1において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。なお、図6の(A)において、素子11〜14の各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性(X軸に沿って大きさが変化する外部磁界(外部磁界HのX軸正方向成分)Hxに対する抵抗値Rの変化)を示している。また、通常GMR素子に対しては各符合の後に「Conv」の記号が付され、SAF素子に対しては各符合の「SAF」の記号が付されている。
As shown in an equivalent circuit in FIG. 6A, the X-axis magnetic sensor is configured by connecting the
X軸磁気センサについて具体的に述べると、通常GMR素子11の一端とSAF素子113の一端とが接続されて第1回路要素が構成されている。通常GMR素子11の他端には第1電位(図示しない定電圧源により与えられる一定電圧)+Vが付与されている。SAF素子13の他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、SAF素子13の他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
The X-axis magnetic sensor will be specifically described. Usually, one end of the
更に、通常GMR素子12の一端とSAF素子14の一端とが接続されて第2回路要素が構成されている。SAF素子14の他端には第1電位+Vが付与されている。通常GMR素子12の他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、通常GMR素子12の他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
Further, one end of the
そして、通常GMR素子11の一端とSAF素子13の一端との接続箇所Q1の電位VQ1と、通常GMR素子12の一端とSAF素子14の一端との接続箇所Q2の電位VQ2と、の電位差Vox(=VQ2−VQ1)がセンサの出力値(第1出力値)として取り出される。この結果、X軸磁気センサは、図6の(B)に示したように、外部磁界Hxに略比例するとともに、外部磁界Hxが大きいほど小さくなる電圧Voxを出力するようになっている。
A potential difference Vox () between the potential VQ1 of the connection point Q1 between one end of the
Y軸磁気センサは、図7の(A)に等価回路を示したように、素子21〜24が図1において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。なお、図7の(A)において、素子21〜24の各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性(Y軸に沿って大きさが変化する外部磁界H(外部磁界のY軸正方向成分)Hyに対する抵抗値Rの変化)を示している。
As shown in an equivalent circuit in FIG. 7A, the Y-axis magnetic sensor is configured by connecting the
Y軸磁気センサについてより具体的に述べると、通常GMR素子21の一端とSAF素子23の一端とが接続されて第3回路要素が構成されている。通常GMR素子21の他端には第1電位+Vが付与されている。SAF素子23の他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、SAF素子23の他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
More specifically describing the Y-axis magnetic sensor, one end of the
更に、通常GMR素子22の一端とSAF素子24の一端とが接続されて第4回路要素が構成されている。SAF素子24の他端には第1電位+Vが付与されている。通常GMR素子22の他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、通常GMR素子22の他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
Further, one end of the
そして、通常GMR素子21の一端とSAF素子23の一端との接続箇所Q3の電位VQ3と、通常GMR素子22の一端とSAF素子24の一端との接続箇所Q4の電位VQ4と、の電位差Voy(=VQ3−VQ4)がセンサの出力値(第2出力値)として取り出される。この結果、Y軸磁気センサは、図7の(B)に示したように、Y軸に沿って変化する外部磁界Hyに略比例するとともに、外部磁界Hyが大きいほど大きくなる電圧Voyを出力するようになっている。
A potential difference Voy between the potential VQ3 of the connection point Q3 between one end of the
(磁気センサ10のピンド層の磁化固定方法)
次に、上記素子11〜14及び21〜24の各ピンド層の磁化の固定方法について説明する。先ず、平面図である図8に示したように、後に基板10aとなる基板10a−1の上に、上記素子11〜14及び21〜24を構成する膜Mを島状に複数形成する。これらの膜Mは、基板10a−1が後の切断工程により図8の鎖線にて示した切断線CLに沿って切断されて図1に示した個々の磁気センサ10に分割されたとき、素子11〜14及び21〜24が図1に示した基板10a上の各位置に配置されるように形成される。なお、膜Mの形成方法については後述する。
(Method of fixing the magnetization of the pinned layer of the magnetic sensor 10)
Next, a method for fixing the magnetization of each pinned layer of the
次に、図9及び図10に示したマグネットアレイ30を準備する。図9は、マグネットアレイ30の平面図である。図10は、図9の2−2線に沿った平面にてマグネットアレイ30を切断したマグネットアレイ30の断面図である。このマグネットアレイ30は、それぞれが直方体形状の複数の永久磁石(永久棒磁石)31…31と透明な石英ガラスからなるプレート32と、を備えている。永久磁石31…31は正方格子状に配列され、各上面がプレート32の下面に固定されている。永久磁石31…31は、永久磁石31…31の各端面を含む平面において、最短距離で隣接する磁極の極性が異なるように配列されている。
Next, the
即ち、マグネットアレイ30は、略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石31を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石31の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石31の磁極の極性と異なるように配置・構成されたマグネットアレイである。
That is, the
図11は、上記永久磁石31…31を5個だけ取り出した状態を示す同永久磁石の斜視図である。この図から明らかなように、永久磁石31…31の端面(前記磁極が形成された端面)では、一つのN極から同N極に最短距離で隣接するS極に向かう90°ずつ方向が異なる磁界が形成される。本実施形態においては、この磁界を素子11〜14及び21〜24のピンド層の磁化の向きを固定する際の磁界として使用する。
FIG. 11 is a perspective view of the permanent magnet showing a state in which only five of the
次に、上記膜Mが形成された基板10a−1をマグネットアレイ30の上に配置する。このとき、図12の平面図に示したように、基板10a−1を切断線CLにて切断したときに形成される正方形の膜Mが隣接して形成されていない2辺及びその2辺の交点を、2本の切断線CL及びその2本の切断線CLの交点とそれぞれ一致させるように、基板10a−1とマグネットアレイ30とを相対的に配置する。この結果、図11及び図12に矢印にて示したように、各膜Mに同各膜Mの幅狭帯状部の長手方向と直交する向きの磁界が加わる。
Next, the
そして、この状態にある基板10a−1及びマグネットアレイ30を真空中で250℃〜280℃に加熱し、その後、4時間ほど放置する磁場中熱処理を実施する。これにより、固定層P(ピンド層Pd)の磁化の向き及び固定層P’(ピンド層P1)磁化の向きが固定される。
Then, the
ところで、図13に示したように、互いに近接した位置に互いに磁気検出方向が反平行(180度相違する)の通常GMR素子を形成しようとすると、通常GMR素子となる一つの膜M1に対して磁場中熱処理中に付与する磁界の向きと、通常GMR素子となる他の一つの膜M2に対して磁場中熱処理中に付与する磁界の向きとは互いに反平行でなければならない。しかしながら、このように小さい領域に各大きさが大きい反平行の磁界を発生することは一般に困難である。このため、従来においては、二つの通常GMR素子の距離を大きくし、マグネットアレイ30の一つのN極から同N極に隣接する二つのS極に向う180度向きが相違する磁界(或いは、マグネットアレイ30の一つのS極から同S極に隣接する二つのN極から同S極に向う180度向きが相違する磁界)を付与していた。
By the way, as shown in FIG. 13, when an ordinary GMR element whose magnetic detection directions are antiparallel to each other (180 degrees different) is formed at a position close to each other, one film M1 that becomes the ordinary GMR element is formed. The direction of the magnetic field applied during the heat treatment in the magnetic field and the direction of the magnetic field applied during the heat treatment in the magnetic field to the other film M2 that is normally a GMR element must be antiparallel to each other. However, it is generally difficult to generate an antiparallel magnetic field having a large size in such a small region. For this reason, conventionally, the distance between two normal GMR elements is increased, and magnetic fields (or magnets) having different orientations of 180 degrees from one N pole of the
一方、図14に示したように、通常GMR素子となる膜M3及びSAF素子となる膜M4を近接して形成しておき、これらに対し磁場中熱処理において同一方向の磁界を与えると、磁気検出方向が互いに反平行である巨大磁気抵抗効果素子が得られる。これは、通常GMR素子となる膜の固定層Pのピンド層Pd(CoFe磁性層)及びSAF素子となる膜の固定層P’の第2強磁性体膜P2の磁化の向きは一致し、固定層P’の第1強磁性体膜P1の磁化の向きは第2強磁性体膜P2の磁化の向きと反平行となるからである。 On the other hand, as shown in FIG. 14, when a film M3, which is a normal GMR element, and a film M4, which is a SAF element, are formed close to each other, and a magnetic field in the same direction is applied in a magnetic field heat treatment, magnetic detection Giant magnetoresistive elements having directions antiparallel to each other are obtained. This is because the magnetization directions of the pinned layer Pd (CoFe magnetic layer) of the pinned layer P of the film normally serving as the GMR element and the second ferromagnetic film P2 of the pinned layer P ′ of the film serving as the SAF element coincide with each other. This is because the magnetization direction of the first ferromagnetic film P1 in the layer P ′ is antiparallel to the magnetization direction of the second ferromagnetic film P2.
従って、この方法によれば、極めて狭い領域内に磁気検出方向が互いに180度異なる二つ以上の巨大磁気抵抗効果素子を形成することができる。 Therefore, according to this method, it is possible to form two or more giant magnetoresistance effect elements whose magnetic detection directions are different from each other by 180 degrees in an extremely narrow region.
なお、実際には、このように磁場中熱処理を実施した後、バイアス磁石膜等の着磁などの必要な処理を行い、図12に示した切断線CLに沿って基板10a−1を切断する。これにより、図1に示した磁気センサ10と図15に示した磁気センサ40とが同時に多数個製造される。
Actually, after performing the heat treatment in the magnetic field as described above, necessary processing such as magnetization of the bias magnet film or the like is performed, and the
この磁気センサ40は、便宜上「Sタイプの磁気センサ40」と称呼される。ここで磁気センサ40について説明すると、磁気センサ40は、巨大磁気抵抗効果素子41〜44,51〜54を備えている。素子41,42,51及び52は、通常GMR素子であり、素子43,44,53及び54はSAF素子である。これらの素子のフリー層の初期状態における磁化の向き及びピンド層(スペーサ層に接する強磁性体膜)の固定された磁化の向き(従って、磁気検出方向と反平行の向き)は、図15に示した通りである。
This
また、素子41,42,43及び44はそれぞれ第1,第2,第3及び第4X軸磁気検出素子と称呼され、磁気センサ10の素子11,12,13及び44と同様にフルブリッジ接続されてX軸磁気センサを構成する。同様に、素子51,52,53及び54はそれぞれ第1,第2,第3及び第4Y軸磁気検出素子と称呼され、磁気センサ10の素子21,22,23及び24と同様にフルブリッジ接続されてY軸磁気センサを構成する。
The
(膜Mの第1の製造方法)
次に、上述した膜M(通常GMR素子となる膜及びSAF素子となる膜)の第1の製造方法(膜形成工程)について説明する。
(First manufacturing method of membrane M)
Next, a first manufacturing method (film forming process) of the above-described film M (a film that normally becomes a GMR element and a film that becomes a SAF element) will be described.
ステップ1;先ず、図16の(A)に示したように、基板10aを準備する。基板10aには上述したブリッジ接続のための配線10a1と、配線10a1を覆う絶縁層10a2とからなる絶縁・配線層が形成されている。絶縁層10a2には、VIAホールと呼ばれる接続孔が形成されている。VIAホールにより配線10a1の一部が外部に露呈されている。
Step 1: First, as shown in FIG. 16A, a
ステップ2;図16の(B)に示したように、バイアス磁石膜10bとなるCoCrPtからなる膜を基板10aの上面にスパッタリングによって成膜する。
ステップ3;図16の(C)に示したように、バイアス磁石膜10bの上面にレジストR1を形成し、そのレジストR1をバイアス磁石膜10bの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストR1によるレジストマスクを形成する。
Step 2: As shown in FIG. 16B, a film made of CoCrPt to be the
Step 3: As shown in FIG. 16C, a resist R1 is formed on the upper surface of the
ステップ4;図17の(A)に示したように、イオンミリングによりバイアス磁石膜10bの不要部分を除去する。
ステップ5;図17の(B)に示したように、レジストR1を除去する。
ステップ6;図17の(C)に示したように、通常GMR素子となる図4の(A)に示した膜10cを上面に形成する。
Step 4: As shown in FIG. 17A, unnecessary portions of the
Step 5: As shown in FIG. 17B, the resist R1 is removed.
Step 6: As shown in FIG. 17C, the
ステップ7;図18の(A)に示したように、上面にレジストR2を形成し、そのレジストR2を通常GMR素子となる膜10cの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストR2によるレジストマスクを形成する。
ステップ8;図18の(B)に示したように、イオンミリングにより通常GMR素子となる膜10cの不要部分を除去する。
ステップ9;図18の(C)に示したように、レジストR2を除去する。
Step 7: As shown in FIG. 18A, a resist R2 is formed on the upper surface, and the resist R2 is cut into a pattern that covers only a necessary portion of the
Step 8: As shown in FIG. 18B, unnecessary portions of the
Step 9: As shown in FIG. 18C, the resist R2 is removed.
ステップ10;図19の(A)に示したように、上面にSiNからなる層間絶縁膜INS1をCVD法により成膜する。層間絶縁膜INS1はSiO2であってもよい。
ステップ11;図19の(B)に示したように、上面にレジストR3を形成し、そのレジストR3を後に通常GMR素子となる部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストR3によるレジストマスクを形成する。
ステップ12;図19の(C)に示したように、イオンミリングにより層間絶縁膜INS1の不要部分を除去する。
Step 10: As shown in FIG. 19A, an interlayer insulating film INS1 made of SiN is formed on the upper surface by CVD. The interlayer insulating film INS1 may be SiO 2 .
Step 11: As shown in FIG. 19B, a resist R3 is formed on the upper surface, and the resist R3 is cut into a pattern that covers only a portion that will later become a normal GMR element. That is, a resist mask made of the resist R3 is formed.
Step 12: As shown in FIG. 19C, unnecessary portions of the interlayer insulating film INS1 are removed by ion milling.
ステップ13;図20の(A)に示したように、レジストR3を除去する。
ステップ14;図20の(B)に示したように、SAF素子となる図5の(A)に示した膜10dを上面に形成する。
ステップ15;図20の(C)に示したように、上面にレジストR4を形成し、そのレジストR4をSAF素子となる膜10dの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストR4によるレジストマスクを形成する。
Step 13: As shown in FIG. 20A, the resist R3 is removed.
Step 14: As shown in FIG. 20B, the
Step 15: As shown in FIG. 20C, a resist R4 is formed on the upper surface, and the resist R4 is cut into a pattern covering only a necessary portion of the
ステップ16;図21の(A)に示したように、イオンミリングによりSAF素子となる膜10dの不要部分を除去する。
ステップ17;図21の(B)に示したように、レジストR4を除去する。
以上により、図21の(B)の紙面左側に通常GMR素子となる膜が形成され、右側にSAF素子となる膜が形成される。なお、この後、上述した磁場中熱処理を行う。
Step 16: As shown in FIG. 21A, unnecessary portions of the
Step 17: As shown in FIG. 21B, the resist R4 is removed.
As described above, a film that will be a normal GMR element is formed on the left side of the sheet of FIG. 21B, and a film that will be a SAF element is formed on the right side. Thereafter, the above-described heat treatment in a magnetic field is performed.
なお、上記方法においては、通常GMR素子となる膜を先に形成し、その後、SAF素子となる膜を形成していたが、SAF素子となる膜を先に形成し、その後、通常GMR素子となる膜を形成してもよい。 In the above method, the film that becomes the normal GMR element is formed first, and then the film that becomes the SAF element is formed. However, the film that becomes the SAF element is formed first, and then the normal GMR element is formed. A film may be formed.
このように、第1の製造方法は、
第1巨大磁気抵抗効果素子(通常GMR素子)となる膜及び第2巨大磁気抵抗効果素子(SAF素子)となる膜のうちの一方の膜を単一の基板の上に形成する第1膜形成工程(ステップ6)と、
前記形成された一方の膜の不要部分を除去する第1不要部除去工程(ステップ7〜9)と、
前記不要部分が除去された前記一方の膜を絶縁膜により覆う絶縁膜形成工程(ステップ10〜13)と、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの他方の膜を前記基板及び前記絶縁膜の上に形成する第2膜形成工程と(ステップ14)と、
前記形成された他方の膜の不要部分を除去する第2不要部除去工程(ステップ15〜17)と、
を備えた膜形成工程を含んでいる。
これにより、単一の基板上に通常GMR素子となる膜及びSAF素子となる膜が連続的に形成される。
Thus, the first manufacturing method is
First film formation in which one of a film to be a first giant magnetoresistance effect element (usually GMR element) and a film to be a second giant magnetoresistance effect element (SAF element) is formed on a single substrate Process (step 6);
A first unnecessary portion removing step (steps 7 to 9) for removing an unnecessary portion of the one formed film;
An insulating film forming step (
A second film forming step of forming the other film of the film to be the first giant magnetoresistive element and the film to be the second giant magnetoresistive element on the substrate and the insulating film (step 14); )When,
A second unnecessary portion removing step (steps 15 to 17) for removing an unnecessary portion of the other formed film;
The film formation process provided with this is included.
Thereby, a film that normally becomes a GMR element and a film that becomes a SAF element are continuously formed on a single substrate.
(膜Mの第2の製造方法)
次に、上述した膜Mの第2の製造方法について説明する。第2の製造方法により形成される膜は、固定層P,P’が基板上に配置され、スペーサ層S及びフリー層Fがその上に形成される膜である。このような膜は、ボトムスピンバルブ膜とも称呼される。
(Second manufacturing method of membrane M)
Next, the second manufacturing method of the above-described film M will be described. The film formed by the second manufacturing method is a film in which the fixed layers P and P ′ are disposed on the substrate, and the spacer layer S and the free layer F are formed thereon. Such a film is also called a bottom spin valve film.
ステップ1;先ず、図22の(A)に示した基板10aを準備する。この基板は、図16の(A)に示した基板10aと同一の構造を備えている。
ステップ2;図22の(B)に示したように、バイアス磁石膜10bとなるCoCrPtからなる膜を基板10aの上面にスパッタリングによって成膜する。
ステップ3;図22の(C)に示したように、バイアス磁石膜10bとなる膜の上面にレジストR1を形成し、そのレジストR1をバイアス磁石膜10bの必要部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストR1によるレジストマスクを形成する。
Step 1: First, the
Step 2: As shown in FIG. 22B, a film made of CoCrPt to be the
Step 3: As shown in FIG. 22C, a resist R1 is formed on the upper surface of the film to be the
ステップ4;図23の(A)に示したように、イオンミリングによりバイアス磁石膜10bの不要部分を除去する。
ステップ5;図23の(B)に示したように、レジストR1を除去する。このステップ5までのステップは、上述した第1の製造方法のステップ5までのステップと同一である。
ステップ6;図24の(A)に示したように、PtMn膜、CoFe膜及びRu膜を順に成膜(積層)する。即ち、SAF素子となる膜の一部(以下、「SAF用第1積層膜」とも称呼する。)を形成する。図24の(B)は、このSAF用第1積層膜を拡大して示した図である。
Step 4: As shown in FIG. 23A, unnecessary portions of the
Step 5: As shown in FIG. 23B, the resist R1 is removed. The steps up to step 5 are the same as the steps up to step 5 of the first manufacturing method described above.
Step 6: As shown in FIG. 24A, a PtMn film, a CoFe film, and a Ru film are sequentially formed (laminated). That is, a part of the film to be the SAF element (hereinafter also referred to as “SAF first laminated film”) is formed. FIG. 24B is an enlarged view of the first laminated film for SAF.
ステップ7;図25の(A)に示したように、上面にレジストR5を形成し、そのレジストR5をSAF素子を形成するために必要となる部分のSAF用第1積層膜とその周辺を覆うようにパターンにカットする。即ち、レジストR5によるレジストマスクを形成する。図25の(B)は、このレジストR5の端部近傍を拡大して示した図である。 Step 7: As shown in FIG. 25A, a resist R5 is formed on the upper surface, and the resist R5 covers a portion of the first laminated film for SAF necessary for forming the SAF element and its periphery. Cut into patterns. That is, a resist mask made of the resist R5 is formed. FIG. 25B is an enlarged view showing the vicinity of the end of the resist R5.
ステップ8;図26の(A)に示したように、イオンミリングにより不要なRu膜を除去するとともに、CoFe膜の一部を除去する。図26の(B)は、このイオンミリングがなされた膜を拡大して示した図である。
ステップ9;図26の(C)に示したように、レジストR5を除去する。
Step 8: As shown in FIG. 26A, unnecessary Ru film is removed by ion milling, and part of the CoFe film is removed. FIG. 26B is an enlarged view of the film that has been subjected to ion milling.
Step 9: As shown in FIG. 26C, the resist R5 is removed.
ステップ10;図27の(A)に示したように、上面に、CoFe膜と、Cuからなるスペーサ層となる膜と、CoFe膜、NiFe膜及びCoZrNb膜からなるフリー層となる膜と、を順に積層する。図27の(B)は、このように形成された膜を拡大して示した図である。そして、この段階で上述した磁場中熱処理を行う。 Step 10: As shown in FIG. 27A, a CoFe film, a film made of a spacer layer made of Cu, and a film made a free layer made of a CoFe film, a NiFe film, and a CoZrNb film are formed on the upper surface. Laminate in order. FIG. 27B is an enlarged view of the film thus formed. At this stage, the above-described heat treatment in a magnetic field is performed.
ステップ11;図28の(A)に示したように、上面にレジストR6を形成し、そのレジストR6を、通常GMR素子となる膜及びSAF素子となる膜に対応する必要な部分のみを覆うパターンにカットする。即ち、レジストR6によるレジストマスクを形成する。
ステップ12;図28の(B)に示したように、イオンミリングにより不要な膜の部分を除去する。
ステップ13;図28の(C)に示したように、レジストR6を除去する。
以上により、図28の(C)の紙面左側にSAF素子となる膜が形成され、右側に通常GMR素子となる膜が形成される。
Step 11: As shown in FIG. 28A, a resist R6 is formed on the upper surface, and the resist R6 is a pattern that covers only a necessary portion corresponding to a film that normally becomes a GMR element and a film that becomes a SAF element. Cut into. That is, a resist mask made of the resist R6 is formed.
Step 12: As shown in FIG. 28B, unnecessary film portions are removed by ion milling.
Step 13: As shown in FIG. 28C, the resist R6 is removed.
As a result, a film that will be a SAF element is formed on the left side of the sheet of FIG. 28C, and a film that will be a normal GMR element is formed on the right side.
このように、第2の製造方法は、
第2巨大磁気抵抗効果素子(SAF素子)の前記ピニング層となる膜と前記第2強磁性体膜となる膜と前記交換結合膜となる膜とを前記基板上に順に積層して第1予備膜(SAF用第1積層膜)を形成する第1予備膜形成工程(ステップ6)と、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の前記第1予備膜を除去することなく第1巨大磁気抵抗効果素子(通常GMR素子)が形成されるべき部分の同第1予備膜の前記交換結合膜となる膜の総てを除去する第1交換結合膜除去工程(ステップ7〜9)と、
前記第1交換結合膜除去工程を経た膜の上面全体に前記第2強磁性体膜となる膜と同一の強磁性体膜を形成し、次いで、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のスペーサ層及びフリー層となる膜を形成する第1追加膜形成工程(ステップ10)と、
を備えた膜形成工程を含んでいる。
これにより、単一の基板上に通常GMR素子となる膜及びSAF素子となる膜が連続的に形成される。
Thus, the second manufacturing method is
A film serving as the pinning layer, a film serving as the second ferromagnetic film, and a film serving as the exchange coupling film of the second giant magnetoresistive effect element (SAF element) are sequentially stacked on the substrate. A first preliminary film forming step (step 6) for forming a film (first laminated film for SAF);
The first preliminary film of the portion where the first giant magnetoresistive element (usually GMR element) is to be formed without removing the first preliminary film of the portion where the second giant magnetoresistive element is to be formed. A first exchange coupling membrane removal step (steps 7 to 9) for removing all of the membrane to be the exchange coupling membrane;
The same ferromagnetic film as the second ferromagnetic film is formed on the entire top surface of the film that has undergone the first exchange coupling film removal step, and then the first giant magnetoresistive element and the second A first additional film forming step (step 10) for forming a film serving as a spacer layer and a free layer of the giant magnetoresistive element;
The film formation process provided with this is included.
Thereby, a film that normally becomes a GMR element and a film that becomes a SAF element are continuously formed on a single substrate.
(膜Mの第3の製造方法)
次に、上述した膜Mの第3の製造方法について図29を参照しながら簡潔に説明する。第3の製造方法により形成される膜は、第1の製造方法により形成される膜と同様の膜であって、フリー層Fが基板上に配置され、スペーサ層S及び固定層P,P’がその上に形成される膜である。このような膜は、トップスピンバルブ膜とも称呼される。
(Third manufacturing method of the film M)
Next, the third manufacturing method of the above-described film M will be briefly described with reference to FIG. The film formed by the third manufacturing method is the same film as the film formed by the first manufacturing method, and the free layer F is disposed on the substrate, and the spacer layer S and the fixed layers P and P ′. Is a film formed thereon. Such a film is also referred to as a top spin valve film.
ステップ1;先ず、図29のステップ1に示したように、第1の製造方法のステップ5までを実行することによりバイアス磁石膜10bを形成した基板10aの上に、フリー層Fとなる膜(CoZrNb膜、NiFe膜及びCoFe膜)とスペーサ層Sとなる膜とCoFe膜とRu膜とを順に積層する。
ステップ2;次に、図29のステップ2に示したように、SAF素子を形成すべき部分にレジストを形成し、イオンミリングにより不要な部分のRu膜及び同Ru膜の直下にあるCoFe膜の上部を除去する。
ステップ3;次に、レジストを除去する。
ステップ4;次に、図29のステップ4に示したように、CoFe膜、PtMn膜及びTa膜を順に積層する。これにより、Ru膜が残っている部分にはSAF素子となる膜の固定層P’となる膜が形成され、Ru膜が残っていない部分には通常GMR素子となる膜の固定層Pとなる膜が形成される。
Step 2: Next, as shown in
Step 3: Next, the resist is removed.
Step 4: Next, as shown in Step 4 of FIG. 29, a CoFe film, a PtMn film, and a Ta film are sequentially laminated. As a result, a film that becomes the fixed layer P ′ of the film that becomes the SAF element is formed in the portion where the Ru film remains, and a fixed layer P of the film that usually becomes the GMR element is formed in the portion where the Ru film does not remain. A film is formed.
ステップ5;次に、上述した磁場中熱処理を行い、固定層Pのピンド層の磁化の向き及び固定層P’のピンド層の磁化の向きを固定する。
ステップ6;最後に、図28の(A)〜(C)に示したステップと同様なパターニング処理を行うことにより、通常GMR素子及びSAF素子を形成する。
Step 5: Next, the above-described heat treatment in a magnetic field is performed to fix the magnetization direction of the pinned layer of the fixed layer P and the magnetization direction of the pinned layer of the fixed layer P ′.
Step 6: Finally, a normal GMR element and a SAF element are formed by performing a patterning process similar to the steps shown in FIGS.
このように、第3の製造方法は、
第1巨大磁気抵抗効果素子(通常GMR素子)及び第2巨大磁気抵抗効果素子(SAF素子)のフリー層となる膜、同第1巨大磁気抵抗効果素子及び同第2巨大磁気抵抗効果素子のスペーサ層となる膜、同第2巨大磁気抵抗効果素子の前記第1強磁性体膜となるCoFe膜及び同第2巨大磁気抵抗効果素子の前記交換結合膜となる膜が基板上に順に積層されてなる第2予備膜を形成する第2予備膜形成工程(ステップ1)と、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の前記第2予備膜を除去することなく前記第1巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の同第2予備膜の前記交換結合膜となる膜の総てを除去する第2交換結合膜除去工程(ステップ2及びステップ3)と、
前記第2交換結合膜除去工程を経た膜の上面全体に前記第1強磁性体膜となる膜と同一の強磁性体膜(CoFe膜)を形成し、次いで、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のピニング層となる膜を形成する第2追加膜形成工程(ステップ4)と、
を備えた膜形成工程を含んでいる。
これにより、単一の基板上に通常GMR素子となる膜及びSAF素子となる膜が連続的に形成される。
Thus, the third manufacturing method is
Films to be free layers of the first giant magnetoresistance effect element (usually GMR element) and the second giant magnetoresistance effect element (SAF element), spacers of the first giant magnetoresistance effect element and the second giant magnetoresistance effect element A film to be a layer, a CoFe film to be the first ferromagnetic film of the second giant magnetoresistive effect element, and a film to be the exchange coupling film of the second giant magnetoresistive effect element are sequentially laminated on the substrate. A second preliminary film forming step (step 1) for forming the second preliminary film,
The exchange coupling film of the second preliminary film where the first giant magnetoresistive element is to be formed without removing the second spare film where the second giant magnetoresistive element is to be formed A second exchange coupling film removal step (
The same ferromagnetic film (CoFe film) as the first ferromagnetic film is formed on the entire top surface of the film that has undergone the second exchange coupling film removal step, and then the first giant magnetoresistive element And a second additional film forming step (step 4) for forming a film to be a pinning layer of the second giant magnetoresistive element,
The film formation process provided with this is included.
Thereby, a film that normally becomes a GMR element and a film that becomes a SAF element are continuously formed on a single substrate.
以上、説明したように、磁気センサ10は、単一基板上に通常GMR素子及びSAF素子を備える構造を有するので、これらの素子となる膜を近接した位置に形成した後に単一の方向の磁界を加えることにより、磁気検出方向が180度相違する素子を微小領域内に備えることができる。従って、磁気センサ10は非常に小型の磁気センサとなっている。
As described above, since the
一方、磁気センサ10において、巨大磁気抵抗効果素子11〜14,21〜24は、基板10a上に形成されるとともに樹脂などにより被覆される。従って、基板10aや樹脂等が熱や外部から加わる応力などによって変形すると、巨大磁気抵抗効果素子11〜14,21〜24も熱や応力により変形し、その抵抗値が変化してしまう。この結果、磁気センサ10のように、巨大磁気抵抗効果素子をブリッジ接続している磁気センサにおいては、ブリッジ回路のランスが崩れ、出力値が応力により変化してしまう。従って、かかる磁気センサは、外部磁界の大きさを精度良く検出できないという問題がある。
On the other hand, in the
しかしながら、上記磁気センサ10は、一つのフルブリッジ回路を形成する巨大磁気抵抗効果素子11〜14(又は、巨大磁気抵抗効果素子21〜24)は、基板10a上の微小領域内に形成されているから、それらの素子には一様な応力(例えば、略同一の引張応力又は略同一の圧縮応力)が加わる。従って、各巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値は互いに同様に増大又は減少するので、ブリッジ回路のバランスが崩れてしまう可能性が低減する。この結果、磁気センサ10は磁界を精度良く検出することができる。
However, in the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る磁気センサについて説明する。図30に示したように、この磁気センサ50は、単一の基板50a、通常GMR素子51G〜54G、SAF素子61S〜64S、通常GMR素子71G〜74G及びSAF素子81S〜84Sを備えている。
<Second Embodiment>
Next, a magnetic sensor according to a second embodiment of the invention will be described. As shown in FIG. 30, the
基板50aは、基板10aと同様の形状を有するシリコンからなる薄板体である。
The
通常GMR素子51G〜54G及び通常GMR素子71G〜74Gのそれぞれは、上述した通常GMR素子11と同一の構造を備えている。SAF素子61S〜64S及びSAF素子81S〜84Sのそれぞれは、上述したSAF素子13と同一の構造を備えている。また、これらの素子は、それぞれの磁気検出方向に同一の大きさの磁界が付与されたときに同一の抵抗値を示すとともに、同一の向き且つ大きさの応力を受けたとき、各抵抗値が同量だけ変化するように、スピンバルブ膜を構成する膜厚等が調整されている。
Each of the
なお、本実施形態において、通常GMR素子51G,52Gは第1巨大磁気抵抗効果素子、SAF素子61S,62Sは第2巨大磁気抵抗効果素子、通常GMR素子53G,54Gは第5巨大磁気抵抗効果素子、SAF素子63S,64Sは第6巨大磁気抵抗効果素子とも称呼される。
In this embodiment, the
これらの素子の基板50a上の位置、通常GMR素子51G〜54G,71G〜74Gの固定層Pのピンド層Pdの固定された磁化の向き、SAF素子61S〜64S,81S〜84Sの固定層P’のピンド層である第1強磁性体膜P1の固定された磁化の向き及び磁気検出方向等は図30及び以下の表1〜表4に示した通りである。
The positions of these elements on the
なお、SAF素子61S及びSAF素子62Sは、通常GMR素子51G及び通常GMR素子52Gのそれぞれから僅かな距離だけX軸正方向に離間した位置に配設されている。同様に、SAF素子63S及びSAF素子64Sは、通常GMR素子53G及び通常GMR素子54Gのそれぞれから僅かな距離だけX軸負方向に離間した位置に配設されている。
Note that the
なお、SAF素子81S及びSAF素子82Sは、通常GMR素子71G及び通常GMR素子72Gのそれぞれから僅かな距離だけY軸負方向に離間した位置に配設されている。同様に、SAF素子83S及びSAF素子84Sは、通常GMR素子73G及び通常GMR素子74Gのそれぞれから僅かな距離だけY軸正方向に離間した位置に配設されている。
Note that the
また、通常GMR素子51G,52G(第1巨大磁気抵抗効果素子)及びSAF素子61S,62S(第2巨大磁気抵抗効果素子)は、互いに近接していて、一つの狭い領域である第1領域(基板50aのX軸負方向端部領域)に形成されている。従って、これらの素子は、略同一の応力による変形を受ける位置に配設されている。
Further, the
同様に、通常GMR素子53G,54G(第5巨大磁気抵抗効果素子)及びSAF素子63S,64S(第6巨大磁気抵抗効果素子)は、互いに近接していて、一つの狭い領域であって前記第1領域から離間した第2領域(基板50aのX軸正方向端部領域)に形成されている。従って、これらの素子は、略同一の応力による変形を受ける位置に配設されている。
Similarly, the
更に、通常GMR素子71G、通常GMR素子72G,SAF素子81S及びSAF素子82Sは、互いに近接していて、一つの狭い領域である第3領域(基板50aのY軸正方向端部領域)に形成されている。従って、これらの素子は、同一の応力による変形を受ける位置に配設されている。
Furthermore, the
同様に、通常GMR素子73G、通常GMR素子74G,SAF素子83S及びSAF素子84Sは、互いに近接していて、一つの狭い領域であって第3領域から離間した第4領域(基板50aのY軸負方向端部領域)に形成されている。従って、これらの素子は、同一の応力による変形を受ける位置に配設されている。
Similarly, the
磁気センサ50は、図31に示したように、第1X軸磁気センサ50X1と、第2X軸磁気センサ50X2と、差分回路50XdifとからなるX軸磁気センサ50Xを備えている。
As shown in FIG. 31, the
第1X軸磁気センサ50X1は、図32の(A)に等価回路を示したように、4つの通常GMR素子51G〜54Gが図30において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。
In the first X-axis magnetic sensor 50X1, as shown in an equivalent circuit in FIG. 32A, the four
より具体的に第1X軸磁気センサ50X1について述べると、通常GMR素子51Gの一端と通常GMR素子53Gの一端とが接続されて第5回路要素が構成されている。通常GMR素子51Gの他端には第1電位(図示しない定電圧源により与えられる一定電圧)+Vが付与されている。通常GMR素子53Gの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、通常GMR素子53Gの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
More specifically, regarding the first X-axis magnetic sensor 50X1, one end of the
更に、通常GMR素子54Gの一端と通常GMR素子52Gの一端とが接続されて第6回路要素が構成されている。通常GMR素子54Gの他端には第1電位+Vが付与されている。通常GMR素子52Gの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、通常GMR素子52Gの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
Further, one end of the
そして、通常GMR素子51Gの一端と通常GMR素子53Gの一端との接続箇所Q10の電位VQ10と、通常GMR素子54Gの一端と通常GMR素子52Gの一端との接続箇所Q20の電位VQ20と、の電位差VoxConv(=VQ10−VQ20)がセンサの出力値(通常GMR素子出力値,通常GMR素子X軸出力値)として取り出される。
The potential difference between the potential VQ10 at the connection point Q10 between one end of the
なお、図32の(A)において、通常GMR素子51G〜54Gの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各通常GMR素子が応力を受けていない場合、各通常GMR素子が引張応力を受けた場合及び各通常GMR素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Hxに対する抵抗値Rの変化をそれぞれ示している。
In FIG. 32A, the graphs shown at positions adjacent to each of the
従って、第1X軸磁気センサ50X1の出力VoxConvは、通常GMR素子51G〜54Gに応力が加わっていないとき、図32の(B)の実線により示したように、外部磁界Hxに略比例するとともに、外部磁界Hxが大きいほど小さくなる。
Therefore, the output VoxConv of the first X-axis magnetic sensor 50X1 is generally proportional to the external magnetic field Hx as indicated by the solid line in FIG. 32B when no stress is applied to the
第2X軸磁気センサ50X2は、図33の(A)に等価回路を示したように、4つのSAF素子61S〜64Sが図30において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。
The second X-axis magnetic sensor 50X2 is configured by a full bridge connection of four
より具体的に第2X軸磁気センサ50X2について述べると、SAF素子61Sの一端とSAF素子63Sの一端とが接続されて第7回路要素が構成されている。SAF素子61Sの他端には第1電位+Vが付与されている。SAF素子63Sの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、SAF素子63Sの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
More specifically, regarding the second X-axis magnetic sensor 50X2, one end of the
更に、SAF素子64Sの一端とSAF素子62Sの一端とが接続されて第8回路要素が構成されている。SAF素子64Sの他端には第1電位+Vが付与されている。SAF素子62Sの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、SAF素子62Sの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
Furthermore, one end of the
そして、SAF素子61Sの一端とSAF素子63Sの一端との接続箇所Q30の電位VQ30と、SAF素子64Sの一端とSAF素子62Sの一端との接続箇所Q40の電位VQ40と、の電位差VoxSAF(=VQ30−VQ40)がセンサの出力値(SAF素子出力値,SAF素子X軸出力値)として取り出される。
Then, the potential difference VoxSAF (= VQ30) between the potential VQ30 at the connection point Q30 between one end of the
なお、図33の(A)において、SAF素子61S〜64Sの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各SAF素子が応力を受けていない場合、各SAF素子が引張応力を受けた場合及び各SAF素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Hxに対する抵抗値Rの変化をそれぞれ示している。
In FIG. 33A, the graphs shown at positions adjacent to each of the
従って、第2X軸磁気センサ50X2の出力VoxSAFは、SAF素子61S〜64Sに応力が加わっていないとき、図33の(B)の実線により示したように、外部磁界Hxに略比例するとともに、外部磁界Hxが大きいほど大きくなる。
Therefore, the output VoxSAF of the second X-axis magnetic sensor 50X2 is substantially proportional to the external magnetic field Hx as shown by the solid line in FIG. 33B when no stress is applied to the
差分回路50Xdifは、図31に示したように、第2X軸磁気センサ50X2の出力VoxSAFから第1X軸磁気センサ50X1の出力VoxConvを減算して、その減算結果をX軸磁気センサ50Xの出力値Voxとして出力する回路である。これにより、磁気センサ50の出力Voxは、図34に示したように、外部磁界Hxに略比例するとともに、外部磁界Hxが大きいほど大きくなる。
As shown in FIG. 31, the difference circuit 50Xdif subtracts the output VoxConv of the first X-axis magnetic sensor 50X1 from the output VoxSAF of the second X-axis magnetic sensor 50X2, and the subtraction result is the output value Vox of the X-axis
更に、磁気センサ50は、図35に示したように、Y軸磁気センサ50Yを備えている。Y軸磁気センサ50Yは、第1Y軸磁気センサ50Y1と、第2Y軸磁気センサ50Y2と、差分回路50Ydifとからなっている。
Further, the
第1Y軸磁気センサ50Y1は、図36の(A)に等価回路を示したように、4つの通常GMR素子71G〜74Gが図30において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。
The first Y-axis magnetic sensor 50Y1, as shown in an equivalent circuit in FIG. 36A, is obtained by connecting the four
より具体的に第1Y軸磁気センサ50Y1について述べると、通常GMR素子71Gの一端と通常GMR素子73Gの一端とが接続されて第9回路要素が構成されている。通常GMR素子71Gの他端には第1電位+Vが付与されている。通常GMR素子73Gの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、通常GMR素子73Gの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
More specifically, regarding the first Y-axis magnetic sensor 50Y1, the ninth circuit element is configured by connecting one end of the
更に、通常GMR素子74Gの一端と通常GMR素子72Gの一端とが接続されて第10回路要素が構成されている。通常GMR素子74Gの他端には第1電位+Vが付与されている。通常GMR素子72Gの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、通常GMR素子72Gの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
Further, one end of the
そして、通常GMR素子71Gの一端と通常GMR素子73Gの一端との接続箇所Q50の電位VQ50と、通常GMR素子74Gの一端と通常GMR素子72Gの一端との接続箇所Q60の電位VQ60と、の電位差VoyConv(=VQ50−VQ60)がセンサの出力値(通常GMR素子出力値,通常GMR素子Y軸出力値)として取り出される。
The potential difference between the potential VQ50 at the connection point Q50 between one end of the
なお、図36の(A)において、通常GMR素子71G〜74Gの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各通常GMR素子が応力を受けていない場合、各通常GMR素子が引張応力を受けた場合及び各通常GMR素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Hyに対する抵抗値Rの変化をそれぞれ示している。
In FIG. 36A, the graphs shown at positions adjacent to each of the
従って、第1Y軸磁気センサ50Y1の出力VoyConvは、通常GMR素子71G〜74Gに応力が加わっていないとき、図36の(B)の実線により示したように、外部磁界Hyに略比例するとともに、外部磁界Hyが大きいほど大きくなる。
Accordingly, the output VoyConv of the first Y-axis magnetic sensor 50Y1 is generally proportional to the external magnetic field Hy as indicated by the solid line in FIG. 36B when no stress is applied to the
第2Y軸磁気センサ50Y2は、図37の(A)に等価回路を示したように、4つのSAF素子81S〜84Sが図30において図示を省略した導線を介してフルブリッジ接続されることにより構成されている。
The second Y-axis magnetic sensor 50Y2 is configured by full-bridge connection of four
より具体的に第2Y軸磁気センサ50Y2について述べると、SAF素子81Sの一端とSAF素子83Sの一端とが接続されて第11回路要素が構成されている。SAF素子81Sの他端には第1電位+Vが付与されている。SAF素子83Sの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、SAF素子83Sの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
To describe the second Y-axis magnetic sensor 50Y2 more specifically, an eleventh circuit element is configured by connecting one end of the
更に、SAF素子84Sの一端とSAF素子82Sの一端とが接続されて第12回路要素が構成されている。SAF素子84Sの他端には第1電位+Vが付与されている。SAF素子82Sの他端は、接地されている(GNDに接続されている。)。即ち、SAF素子82Sの他端には、第1電位と異なる第2電位が付与されている。
Furthermore, one end of the
そして、SAF素子81Sの一端とSAF素子83Sの一端との接続箇所Q70の電位VQ70と、SAF素子84Sの一端とSAF素子82Sの一端との接続箇所Q80の電位VQ80と、の電位差VoySAF(=VQ70−VQ80)がセンサの出力値(SAF素子出力値,SAF素子Y軸出力値)として取り出される。
Then, the potential difference VoySAF (= VQ70) between the potential VQ70 at the connection point Q70 between one end of the
なお、図37の(A)において、SAF素子81S〜84Sの各々に隣接した位置に示されたグラフは、各グラフに隣接した素子の特性を示している。これらのグラフにおいて、実線、破線及び二点鎖線は、各SAF素子が応力を受けていない場合、各SAF素子が引張応力を受けた場合及び各SAF素子が圧縮応力を受けた場合における外部磁界Hyに対する抵抗値Rの変化をそれぞれ示している。
In FIG. 37A, graphs shown at positions adjacent to each of the
従って、第2Y軸磁気センサ50Y2の出力VoySAFは、SAF素子81S〜84Sに応力が加わっていないとき、図37の(B)の実線により示したように、外部磁界Hyに略比例するとともに、外部磁界Hyが大きいほど小さくなる。
Therefore, the output VoySAF of the second Y-axis magnetic sensor 50Y2 is substantially proportional to the external magnetic field Hy as shown by the solid line in FIG. 37B when no stress is applied to the
差分回路50Ydifは、図35に示したように、第1Y軸磁気センサ50Y1の出力VoyConvから第2Y軸磁気センサ50Y2の出力VoySAFを減算して、その減算結果をY軸磁気センサ50Yの出力値Voyとして出力する回路である。これにより、磁気センサ50の出力Voyは、図38に示したように、外部磁界Hyに略比例するとともに、外部磁界Hyが大きいほど小さくなる。
As shown in FIG. 35, the difference circuit 50Ydif subtracts the output VoySAF of the second Y-axis magnetic sensor 50Y2 from the output VoyConv of the first Y-axis magnetic sensor 50Y1, and the subtraction result is the output value Voy of the Y-axis
次に、このように構成された磁気センサ50の作動について場合を分けて説明する。なお、X軸磁気センサ50XとY軸磁気センサ50Yは、磁界検出方向が90度相違する点を除いて同様に作動する。従って、以下においては、X軸磁気センサ50Xの作動について述べる。
Next, the operation of the
(1)通常GMR素子51G〜54G及びSAF素子61S〜64Sに応力が加わっていない場合。
このとき、X軸磁気センサ50Xは、前述したように外部磁界Hxが大きいほど大きくなる電圧Voxを出力する。
(1) When no stress is applied to the
At this time, the X-axis
(2)第1領域内の素子(通常GMR素子51G、通常GMR素子52G,SAF素子61S及びSAF素子62S)に引張応力が加わり、第2領域内の素子(通常GMR素子53G、通常GMR素子54G,SAF素子63S及びSAF素子64S)に圧縮応力が加わった場合。
(2) Tensile stress is applied to the elements in the first region (
この場合、通常GMR素子51G及び通常GMR素子52Gの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に略一定値だけ増大する(図32の素子51G,52Gに対応するグラフにおける破線を参照。)。また、通常GMR素子53G及び通常GMR素子54Gの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に同略一定値だけ減少する(図32の素子53G,54Gに対応するグラフにおける二点鎖線を参照。)。この結果、第1X軸磁気センサ50X1の出力VoxConvは、図32の(B)に一点鎖線により示したように、外部磁界Hxの大きさに拘わらず一定値だけ減少する。
In this case, the resistance values of the
一方、SAF素子61S及びSAF素子62Sの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に一定値だけ増大する(図33の素子61S,62Sに対応するグラフにおける破線を参照。)。また、SAF素子63S及びSAF素子64Sの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に一定値だけ減少する(図33の素子63S,64Sに対応するグラフにおける二点鎖線を参照。)。この結果、第2X軸磁気センサ50X2の出力VoxSAFは、図33の(B)に一点鎖線により示したように、外部磁界Hxの大きさに拘わらず一定値だけ減少する。従って、この場合、出力VoxConv及び出力VoxSAFは共に一定値だけ減少するから、その差であるX軸磁気センサ50Xの出力Voxは変化しない。
On the other hand, the resistance values of the
(3)第1領域内の素子(通常GMR素子51G、通常GMR素子52G,SAF素子61S及びSAF素子62S)に圧縮応力が加わり、第2領域内の素子(通常GMR素子53G、通常GMR素子54G,SAF素子63S及びSAF素子64S)に引張応力が加わった場合。
(3) Compressive stress is applied to the elements in the first region (
この場合、通常GMR素子51G及び通常GMR素子52Gの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に略一定値だけ減少する(図32の素子51G,52Gに対応するグラフにおける二点鎖線を参照。)。また、通常GMR素子53G及び通常GMR素子54Gの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に同略一定値だけ増大する(図32の素子53G,54Gに対応するグラフにおける破線を参照。)。この結果、第1X軸磁気センサ50X1の出力VoxConvは、図32の(B)に破線により示したように、外部磁界Hxの大きさに拘わらず一定値だけ増大する。
In this case, the resistance values of the
一方、SAF素子61S及びSAF素子62Sの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に一定値だけ減少する(図33の素子61S,62Sに対応するグラフにおける二点鎖線参照。)。また、SAF素子63S及びSAF素子64Sの抵抗値は、外部磁界Hxの大きさに拘わらず共に一定値だけ増大する(図33の素子63S,64Sに対応するグラフにおける破線を参照。)。この結果、第2X軸磁気センサ50X2の出力VoxSAFは、図33の(B)に破線により示したように、外部磁界Hxの大きさに拘わらず一定値だけ増大する。従って、この場合、出力VoxConv及び出力VoxSAFは共に一定値だけ増大するから、その差であるX軸磁気センサ50Xの出力Voxは変化しない。
On the other hand, the resistance values of the
(4)第1領域内の素子及び第2領域内の素子の総てに圧縮応力が加わった場合。
この場合、総ての素子の抵抗値は一定量だけ小さくなる。従って、出力VoxConv及び出力VoxSAFは変化しない。この結果、X軸磁気センサ50Xの出力Voxは変化しない。
(4) When compressive stress is applied to all the elements in the first region and the elements in the second region.
In this case, the resistance values of all elements are reduced by a certain amount. Therefore, the output VoxConv and the output VoxSAF do not change. As a result, the output Vox of the X-axis
(5)第1領域内の素子及び第2領域内の素子の総てに引張応力が加わった場合。
この場合、総ての素子の抵抗値は一定量だけ大きくなる。従って、出力VoxConv及び出力VoxSAFは変化しない。この結果、X軸磁気センサ50Xの出力Voxは変化しない。
(5) When tensile stress is applied to all the elements in the first region and the elements in the second region.
In this case, the resistance values of all the elements are increased by a certain amount. Therefore, the output VoxConv and the output VoxSAF do not change. As a result, the output Vox of the X-axis
以上、説明したように、第2実施形態に係る磁気センサ50は、各素子に加わる応力が変化した場合であっても、外部磁界が変化しない限り一定の出力値を出力することができる。この結果、磁気センサ50は磁界を精度良く検出することができる。
As described above, the
<第3実施形態>
第3実施形態に係る磁気センサは、第1実施形態に係る図1に示した磁気センサ10の互いに隣接した一つの通常GMR素子(例えば、通常GMR素子11)及び一つのSAF素子(例えば、SAF素子13)からなる素子群を、図39及び図40に示した素子群の何れかに置換した点のみにおいて、磁気センサ10と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
<Third Embodiment>
The magnetic sensor according to the third embodiment includes one normal GMR element (for example, normal GMR element 11) and one SAF element (for example, SAF element) adjacent to each other of the
即ち、第3実施形態に係る磁気センサにおいては、第1実施形態に係る磁気センサ10の通常GMR素子11及びSAF素子13からなる第1素子群が、図39に示した素子群91に置換される。この素子群91は、図1に示した基板10aに対して通常GMR素子11及びSAF素子13からなる第1素子群が形成されている部分に形成される。
That is, in the magnetic sensor according to the third embodiment, the first element group including the
素子群91は、4個の通常GMR素子91g1〜91g4と、4個のSAF素子91s1〜91s4と、からなっている。通常GMR素子91g1〜91g4及びSAF素子91s1〜91s4のそれぞれの平面視における形状は、互いに同一の幅狭帯状となっている。各素子の長手方向はY軸に沿っている。これらの素子は、基板10aのX軸正方向端部からX軸負方向に向けて、通常GMR素子91g1、SAF素子91s1、通常GMR素子91g2、SAF素子91s2、通常GMR素子91g3、SAF素子91s3、通常GMR素子91g4、SAF素子91s4の順に配列されている。即ち、素子群91においては、基板10a上の所定方向(X軸負方向)に沿って通常GMR素子(第1巨大磁気抵抗効果素子)とSAF素子(第2巨大磁気抵抗効果素子)とが交互に配列されている。
The
通常GMR素子91g1〜91g4のそれぞれの膜構成は、図4に示したスピンバルブ膜と同一の構成となっている。通常GMR素子91g1〜91g4のそれぞれの固定層Pのピンド層Pdの固定された磁化の向きはX軸正方向であり、それぞれのフリー層Fの初期状態における磁化の向きはY軸正方向である。 The film configurations of the normal GMR elements 91g1 to 91g4 are the same as those of the spin valve film shown in FIG. Usually, the fixed magnetization direction of the pinned layer Pd of each fixed layer P of the GMR elements 91g1 to 91g4 is the X axis positive direction, and the magnetization direction of each free layer F in the initial state is the Y axis positive direction. .
通常GMR素子91g1のY軸負方向端部は、端子部91aに接続されている。通常GMR素子91g1のY軸正方向端部は通常GMR素子91g2のY軸正方向端部に接続されている。通常GMR素子91g2のY軸負方向端部は通常GMR素子91g3のY軸負方向端部に接続されている。通常GMR素子91g3のY軸正方向端部は通常GMR素子91g4のY軸正方向端部に接続されている。通常GMR素子91g4のY軸負方向端部は端子部91bに接続されている。
The end of the normal GMR element 91g1 in the Y-axis negative direction is connected to the
これにより、通常GMR素子91g1〜91g4の各抵抗値の和が、磁気センサ10の通常GMR素子11の抵抗値の代わりに、端子部91a及び端子部91bから取り出される。通常GMR素子91g1〜91g4の各抵抗値の和は、通常GMR素子11と同様に変化する。換言すると、通常GMR素子91g1〜91g4は、変更された通常GMR素子11を構成している。即ち、複数の通常GMR素子91g1〜91g4同士が直列接続されて一つの巨大磁気抵抗効果素子(第1素子)を形成している。
Thereby, the sum of the resistance values of the normal GMR elements 91g1 to 91g4 is extracted from the
4個のSAF素子91s1〜91s4のそれぞれの膜構成は、図5に示したシンセティックスピンバルブ膜と同一の構成となっている。SAF素子91s1〜SAF素子91s4のそれぞれの固定層P’のピンド層(第1磁性層P1)の固定された磁化の向きはX軸負方向であり、それぞれのフリー層Fの初期状態における磁化の向きはY軸正方向である。 Each of the four SAF elements 91s1 to 91s4 has the same film configuration as that of the synthetic spin valve film shown in FIG. The pinned layer (first magnetic layer P1) of the pinned layer P ′ of each of the SAF elements 91s1 to 91s4 has a fixed magnetization direction in the X-axis negative direction. The direction is the Y axis positive direction.
SAF素子91s1のY軸負方向端部は、端子部91cに接続されている。SAF素子91s1のY軸正方向端部はSAF素子91s2のY軸正方向端部に接続されている。SAF素子91s2のY軸負方向端部はSAF素子91s3のY軸負方向端部に接続されている。SAF素子91s3のY軸正方向端部はSAF素子91s4のY軸正方向端部に接続されている。SAF素子91s4のY軸負方向端部は端子部91dに接続されている。
The Y-axis negative direction end portion of the SAF element 91s1 is connected to the
これにより、SAF素子91s1〜SAF素子91s4の各抵抗値の和が、磁気センサ10のSAF素子13の抵抗値の代わりに、端子部91c及び端子部91dから取り出される。SAF素子91s1〜91s4の各抵抗値の和は、SAF素子13と同様に変化する。換言すると、SAF素子91s1〜91s4は、変更されたSAF素子13を構成している。即ち、複数のSAF素子91s1〜91s4同士が直列接続されて他の巨大磁気抵抗効果素子(第2素子)を形成している。
As a result, the sum of the resistance values of the SAF elements 91s1 to 91s4 is extracted from the
なお、通常GMR素子91g1〜91g4及びSAF素子91s1〜91s4のそれぞれの両端部には、それぞれのフリー層Fの初期状態における磁化の向きと同一の向きのバイアス磁界をそれぞれのフリー層Fに付与するバイアス磁石膜(図39において図示省略)が形成されている。 A bias magnetic field having the same direction as the magnetization direction in the initial state of each free layer F is applied to each free layer F at both ends of the normal GMR elements 91g1 to 91g4 and the SAF elements 91s1 to 91s4. A bias magnet film (not shown in FIG. 39) is formed.
また、第3実施形態に係る磁気センサにおいては、第1実施形態に係る磁気センサ10の通常GMR素子12及びSAF素子14からなる第2素子群が、図39に示した素子群91と同一構成の素子群に置換される。この素子群は、図1に示した基板10aに対して通常GMR素子12及びSAF素子14からなる第2素子群が形成されている部分に形成される。このように、第3実施形態に係る磁気センサにおいては、磁気センサ10の第2素子群が形成されている位置に、変更された通常GMR素子12及び変更されたSAF素子14が形成されている。
In the magnetic sensor according to the third embodiment, the second element group including the
更に、第3実施形態に係る磁気センサにおいて、第1実施形態に係る磁気センサ10の通常GMR素子21及びSAF素子23からなる第3素子群は、図40に示した素子群92に置換される。この素子群92は、図1に示した基板10aに対して通常GMR素子21及びSAF素子23からなる第3素子群が形成されている部分に形成される。
Furthermore, in the magnetic sensor according to the third embodiment, the third element group including the
素子群92は、図40に示したように、図39に示した素子群91と同様な構成を備えている。即ち、素子群92は、通常GMR素子92g1〜92g4及びSAF素子92s1〜92s4を備えている。これらの素子の形状は平面視において何れも幅狭帯状である。素子群92の各素子の長手方向の向き、フリー層Fの初期状態における磁化の向き、固定層P,P’のピンド層の固定された磁化の向き及び素子の接続関係は、図40に示したとおりである。このように、第3実施形態に係る磁気センサにおいては、磁気センサ10の第3素子群が形成されている位置に素子群92が形成され、これにより変更された通常GMR素子21及び変更されたSAF素子23が形成されている。
As shown in FIG. 40, the
また、第3実施形態に係る磁気センサにおいては、第1実施形態に係る磁気センサ10の通常GMR素子22及びSAF素子24からなる第4素子群が、図40に示した素子群92と同一構成の素子群に置換される。この素子群は、図1に示した基板10aに対して通常GMR素子22及びSAF素子24からなる第4素子群が形成されている部分に形成される。このように、第3実施形態に係る磁気センサにおいては、磁気センサ10の第4素子群が形成されている位置に、変更された通常GMR素子22及び変更されたSAF素子24が形成されている。
In the magnetic sensor according to the third embodiment, the fourth element group including the
そして、第3実施形態に係る磁気センサにおいても、変更された通常GMR素子11、12、21、22及び変更されたSAF素子13、14、23、24が磁気センサ10と同様にフルブリッジ接続され、X軸磁気センサ及びY軸磁気センサが構成される。
Also in the magnetic sensor according to the third embodiment, the changed
ところで、上述したように、単一の基板上に複数の巨大磁気抵抗効果素子を備えたセンサにおいては、基板や巨大磁気抵抗効果素子を覆う樹脂が変形することにより同複数の巨大磁気抵抗効果素子に応力が加わる。その応力は、基板平面に沿って徐々に変化する確率が高い。 By the way, as described above, in a sensor provided with a plurality of giant magnetoresistive elements on a single substrate, the same giant magnetoresistive elements are formed by deformation of the resin covering the substrate and the giant magnetoresistive elements. Stress is applied. The probability that the stress gradually changes along the substrate plane is high.
従って、第3実施形態に係る磁気センサのように、基板10a上の所定方向(この例では、X軸方向又はY軸方向)に沿って通常GMR素子とSAF素子とを交互に配列しておき、その複数の通常GMR素子同士を直列接続して一つの第1素子を形成し、その複数のSAF素子同士を直列接続して第2素子を形成すれば、第1素子と第2素子には互いに近しい大きさの応力が加わっている可能性が高くなる。従って、第1素子と第2素子の応力による抵抗変化量は互いに近しい値となる。
Therefore, as in the magnetic sensor according to the third embodiment, normal GMR elements and SAF elements are alternately arranged along a predetermined direction (in this example, the X-axis direction or the Y-axis direction) on the
これにより、これらの素子をブリッジ接続した回路により出力値を得るX軸磁気センサ及びY軸磁気センサは、素子に加わる応力の影響が小さくなっている出力値を出力することができる。この結果、第3実施形態に係る磁気センサは、第1実施形態に係る磁気センサ10よりも、素子に加わる応力が出力値に及ぼす影響を排除することができるので、一層精度良く磁界を検出することができる。
Thereby, the X-axis magnetic sensor and the Y-axis magnetic sensor that obtain an output value by a circuit in which these elements are bridge-connected can output an output value in which the influence of stress applied to the element is reduced. As a result, the magnetic sensor according to the third embodiment can eliminate the influence of the stress applied to the element on the output value, as compared with the
なお、第3実施形態に係る磁気センサ(素子群91,素子群92)において、素子の配列順を変更してもよい。即ち素子を、基板10aのX軸正方向端部からX軸負方向に向けて、SAF素子91s1、通常GMR素子91g1、SAF素子91s2、通常GMR素子91g2、SAF素子91s3、通常GMR素子91g3、SAF素子91s4、通常GMR素子91g4の順に配列することもできる。また、基板10aのY軸正方向端部からY軸負方向に向けて、SAF素子92s1、通常GMR素子92g1、SAF素子92s2、通常GMR素子92g2、SAF素子92s3、通常GMR素子92g3、SAF素子92s4、通常GMR素子92g4の順に配列することもできる。
In the magnetic sensor (
更に、図39及び図40に示した素子群を、図30に示した磁気センサ50に適用してもよい。
Furthermore, the element group shown in FIGS. 39 and 40 may be applied to the
<第4実施形態>
図41に平面図を示した本発明の第4実施形態に係る磁気センサ95は、前記基板10aと同様な単一の基板95aと、X軸方向磁気検出素子群96とY軸方向磁気検出素子群97とを備えている。X軸方向磁気検出素子群96は基板95aのY軸方向略中央部且つX軸正方向端部近傍に形成されている。Y軸方向磁気検出素子群97は基板95aのX軸方向略中央部且つY軸正方向端部近傍に形成されている。
<Fourth embodiment>
A
X軸方向磁気検出素子群96は、図42に示したように、4個の通常GMR素子96g1〜96g4と、4個のSAF素子96s1〜96s4と、からなっている。通常GMR素子96g1〜96g4及びSAF素子96s1〜96s4のそれぞれの平面視における形状は、互いに同一の幅狭帯状となっている。各素子の長手方向はY軸に沿っている。これらの素子は、基板95aのX軸正方向端部からX軸負方向に向けて、通常GMR素子96g1、通常GMR素子96g2、SAF素子96s1、SAF素子96s2、通常GMR素子96g3、通常GMR素子96g4、SAF素子96s3、SAF素子96s4の順に配列されている。
As shown in FIG. 42, the X-axis direction magnetic
通常GMR素子96g1〜96g4のそれぞれの膜構成は、図4に示したスピンバルブ膜と同一の構成となっている。通常GMR素子96g1〜96g4のそれぞれの固定層Pのピンド層Pdの固定された磁化の向きはX軸正方向であり、それぞれのフリー層Fの初期状態における磁化の向きはY軸正方向である。 Each film configuration of the normal GMR elements 96g1 to 96g4 is the same as the spin valve film shown in FIG. Usually, the fixed magnetization direction of the pinned layer Pd of each fixed layer P of the GMR elements 96g1 to 96g4 is the X-axis positive direction, and the magnetization direction of each free layer F in the initial state is the Y-axis positive direction. .
通常GMR素子96g1のY軸負方向端部は、端子部96a1に接続されている。通常GMR素子96g1のY軸正方向端部は通常GMR素子96g3のY軸正方向端部に接続されている。通常GMR素子96g3のY軸負方向端部は端子部96a2に接続されている。 Usually, the Y-axis negative direction end portion of the GMR element 96g1 is connected to the terminal portion 96a1. The end of the normal GMR element 96g1 in the Y-axis positive direction is connected to the end of the normal GMR element 96g3 in the Y-axis positive direction. Usually, the Y-axis negative direction end portion of the GMR element 96g3 is connected to the terminal portion 96a2.
これにより、通常GMR素子96g1の抵抗値と通常GMR素子96g3の抵抗値の和が、端子部96a1及び端子部96a2から取り出される。この抵抗値は、磁気センサ10の通常GMR素子11と同様に変化する。換言すると、通常GMR素子96g1及び通常GMR素子96g3は、変更された通常GMR素子11を構成している。
Thereby, the sum of the resistance value of the normal GMR element 96g1 and the resistance value of the normal GMR element 96g3 is extracted from the terminal portion 96a1 and the terminal portion 96a2. This resistance value changes similarly to the
一方、通常GMR素子96g2のY軸負方向端部は、端子部96b1に接続されている。通常GMR素子96g2のY軸正方向端部は通常GMR素子96g4のY軸正方向端部に接続されている。通常GMR素子96g4のY軸負方向端部は端子部96b2に接続されている。 On the other hand, the end of the normal GMR element 96g2 in the negative Y-axis direction is connected to the terminal portion 96b1. The end of the normal GMR element 96g2 in the Y-axis positive direction is connected to the end of the normal GMR element 96g4 in the Y-axis positive direction. Normally, the Y-axis negative direction end of the GMR element 96g4 is connected to the terminal portion 96b2.
これにより、通常GMR素子96g2の抵抗値と通常GMR素子96g4の抵抗値の和が、端子部96b1及び端子部96b2から取り出される。この抵抗値は、磁気センサ10の通常GMR素子12と同様に変化する。換言すると、通常GMR素子96g2及び通常GMR素子96g4は、変更された通常GMR素子12を構成している。
Thereby, the sum of the resistance value of the normal GMR element 96g2 and the resistance value of the normal GMR element 96g4 is extracted from the terminal portion 96b1 and the terminal portion 96b2. This resistance value changes similarly to the
SAF素子96s1〜96s4のそれぞれの膜構成は、図5に示したシンセティックスピンバルブ膜と同一の構成となっている。SAF素子96s1〜SAF素子96s4のそれぞれの固定層P’のピンド層(第1磁性層P1)の固定された磁化の向きはX軸負方向であり、それぞれのフリー層Fの初期状態における磁化の向きはY軸正方向である。 The respective film configurations of the SAF elements 96s1 to 96s4 are the same as those of the synthetic spin valve film shown in FIG. The pinned layer (first magnetic layer P1) of the pinned layer P ′ of each of the SAF elements 96s1 to 96s4 has a fixed magnetization direction in the X-axis negative direction. The direction is the Y axis positive direction.
SAF素子96s1のY軸負方向端部は、端子部96c1に接続されている。SAF素子96s1のY軸正方向端部はSAF素子96s3のY軸正方向端部に接続されている。SAF素子96s3のY軸負方向端部は端子部96c2に接続されている。 The Y-axis negative direction end of the SAF element 96s1 is connected to the terminal portion 96c1. The Y-axis positive direction end portion of the SAF element 96s1 is connected to the Y-axis positive direction end portion of the SAF element 96s3. The Y-axis negative direction end portion of the SAF element 96s3 is connected to the terminal portion 96c2.
これにより、SAF素子96s1の抵抗値とSAF素子96s3の抵抗値の和が、端子部96c1及び端子部96c2から取り出される。この抵抗値は、磁気センサ10のSAF素子13と同様に変化する。換言すると、SAF素子96s1及びSAF素子96s3は、変更されたSAF素子13を構成している。
As a result, the sum of the resistance value of the SAF element 96s1 and the resistance value of the SAF element 96s3 is extracted from the terminal portion 96c1 and the terminal portion 96c2. This resistance value changes similarly to the
一方、SAF素子96s2のY軸負方向端部は、端子部96d1に接続されている。SAF素子96s2のY軸正方向端部はSAF素子96s4のY軸正方向端部に接続されている。SAF素子96s4のY軸負方向端部は端子部96d2に接続されている。 On the other hand, the Y-axis negative direction end portion of the SAF element 96s2 is connected to the terminal portion 96d1. The Y axis positive direction end portion of the SAF element 96s2 is connected to the Y axis positive direction end portion of the SAF element 96s4. The end of the SAF element 96s4 in the negative Y-axis direction is connected to the terminal portion 96d2.
これにより、SAF素子96s2の抵抗値とSAF素子96s4の抵抗値の和が、端子部96d1及び端子部96d2から取り出される。この抵抗値は、磁気センサ10のSAF素子14と同様に変化する。換言すると、SAF素子96s2及びSAF素子96s4は、変更されたSAF素子14を構成している。
Thereby, the sum of the resistance value of the SAF element 96s2 and the resistance value of the SAF element 96s4 is extracted from the terminal portion 96d1 and the terminal portion 96d2. This resistance value changes similarly to the
なお、通常GMR素子96g1〜96g4及びSAF素子96s1〜96s4のそれぞれの両端部には、それぞれのフリー層Fの初期状態における磁化の向きと同一の向きのバイアス磁界をそれぞれのフリー層Fに付与するバイアス磁石膜(図42において図示省略)が形成されている。 A bias magnetic field having the same direction as the magnetization direction in the initial state of each free layer F is applied to each free layer F at both ends of the normal GMR elements 96g1 to 96g4 and the SAF elements 96s1 to 96s4. A bias magnet film (not shown in FIG. 42) is formed.
上述した変更された通常GMR素子11、12及び変更されたSAF素子13、14は、磁気センサ10の通常GMR素子11、12及びSAF素子13、14と同様にフルブリッジ接続され、X軸磁気センサを構成している。
The modified
Y軸方向磁気検出素子群97は、図43に示したように、図42に示したX軸方向磁気検出素子群96と同様な構成を備えている。即ち、Y軸方向磁気検出素子群97は、通常GMR素子97g1〜97g4及びSAF素子97s1〜97s4を備えている。これらの素子の形状は平面視において何れも幅狭帯状である。Y軸方向磁気検出素子群97の各素子の長手方向の向き、フリー層Fの初期状態における磁化の向き、固定層P,P’のピンド層の固定された磁化の向き及び素子の接続関係は図43に示したとおりである。
As shown in FIG. 43, the Y-axis direction magnetic
従って、通常GMR素子97g1及び通常GMR素子97g3は変更された通常GMR素子21を構成し、通常GMR素子97g2及び通常GMR素子97g4は変更された通常GMR素子22を構成している。同様に、SAF素子97s1及びSAF素子97s3は変更されたSAF素子23を構成し、SAF素子97s2及びSAF素子97s4は変更されたSAF素子24を構成している。
Therefore, the normal GMR element 97g1 and the normal GMR element 97g3 constitute a modified
そして、上述した変更された通常GMR素子21、22及び変更されたSAF素子23、24は、磁気センサ10の通常GMR素子21、22及びSAF素子23、24と同様にフルブリッジ接続され、Y軸磁気センサを構成している。
The modified
このように構成された第4実施形態に係る磁気センサ95は、例えば、X軸磁気センサに着目すると、通常GMR素子及びSAF素子をそれぞれ4個備え、互いに隣接した2個の通常GMR素子からなる第1群(通常GMR素子96g1,96g2)、互いに隣接した他の2個の通常GMR素子からなる第2群(通常GMR素子96g3,96g4)、互いに隣接した2個のSAF素子からなる第3群(SAF素子96s1,96s2)、互いに隣接した他の2個のSAF素子からなる第4群(SAF素子96s3,96s4)を形成し、基板10a上の所定方向(X軸負方向)に沿って第1群、第3群、第2群及び第4群の順(又は、前記基板上の所定方向に沿って第3群、第1群、第4群及び第2群の順であってもよい。)に配列したセンサである。
The
更に、磁気センサ95のX軸磁気センサは、互いに隣接しない2個の通常GMR素子同士(通常GMR素子96g1と96g3、及び、通常GMR素子96g2と96g4)を直列接続することにより通常GMR素子のみからなる2個の素子(第3素子、第4素子)を形成し、互いに隣接しない2個のSAF素子(SAF素子96s1と96s3、及び、SAF素子96s2と96s4)を直列接続することによりSAF素子のみからなる2個の素子(第5素子、第6素子)を形成してなる磁気センサである。
Further, the X-axis magnetic sensor of the
これによれば、第3〜第6素子の各素子には、互いにより近しい大きさの応力が加わる可能性が高くなる。従って、第3〜第6素子の応力による抵抗変化量は互いに近しい値となる。従って、第3〜第6素子をフルブリッジ接続した回路により出力値を得る磁気センサ95のX軸磁気センサは、各素子に加わる応力の影響を一層排除した出力値を出力することができる。
According to this, there is a high possibility that stresses closer to each other are applied to each of the third to sixth elements. Therefore, the resistance change amounts due to the stresses of the third to sixth elements are close to each other. Therefore, the X-axis magnetic sensor of the
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る磁気センサは、小型であって、素子が受ける応力の出力値への影響を極力小さくした磁気センサとなっている。なお、本発明は上記各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。 As described above, the magnetic sensor according to each embodiment of the present invention is a small-sized magnetic sensor that minimizes the influence of the stress received by the element on the output value. In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention.
例えば、図44の(A)に示したように、SAF素子14と通常GMR素子12とをハーフブリッジ接続し、それらの素子の接続箇所T1の電位をX軸磁気センサの出力値Voxとしてもよい。また、図44の(B)に示したように、固定抵抗98,99を含んでフルブリッジ回路を構成し、接続箇所T2の電位と接続箇所T3の電位との電位差をX軸磁気センサの出力値Voxとしてもよい。
For example, as shown in FIG. 44A, the
更に、例えば、図6に示した回路において、SAF素子13と接続箇所Q1との間に固定抵抗を直列接続するとともに、SAF素子14と接続箇所Q2との間に他の固定抵抗を直列接続してもよい。
Further, for example, in the circuit shown in FIG. 6, a fixed resistor is connected in series between the
また、上記各実施形態は、直交2軸方向検出型磁気センサであったが、X軸磁気センサのみを備えた1軸方向検出型磁気センサであてもよい。 Moreover, although each said embodiment was an orthogonal biaxial direction detection type magnetic sensor, the uniaxial direction detection type magnetic sensor provided only with the X-axis magnetic sensor may be sufficient.
10…磁気センサ、11,12,21,22…通常GMR素子、13,14,23,24…SAF素子、11a1〜11a6…幅狭帯状部、30…マグネットアレイ、31…永久磁石、40…磁気センサ、41,42,51,52…通常GMR素子、43,44,53,54…SAF素子、50…磁気センサ、51G〜54G,71G〜74G…通常GMR素子、61S〜64G,81S〜84S…SAF素子、91g1〜91g4…通常GMR素子、91s1〜91s4…SAF素子、95…磁気センサ、96…X軸方向磁気検出素子群、96g1〜96g4…通常GMR素子、96s1〜96s4…SAF素子、Eb…交換バイアス膜、Ex…交換結合膜、F…フリー層、P,P’…固定層、P1…ピンド層(第1強磁性体膜)、P2…第2強磁性体膜、Pd…ピンド層、S…スペーサ層。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記基板上に形成されるとともに、単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第1の向きに固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる第1巨大磁気抵抗効果素子と、
前記基板上に形成されるとともに、第1強磁性体膜、同1強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第2強磁性体膜及び同第2強磁性体膜に接するピニング層からなり同第2強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第2強磁性体膜と同第1強磁性体膜が同交換結合膜を介して交換結合することにより同第1強磁性体膜の磁化の向きが前記第1の向きと180度相違する第2の向きに固定されたピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる第2巨大磁気抵抗効果素子と、
を具備した磁気センサ。 A single substrate,
The ferromagnetic film is formed on the substrate and includes a single ferromagnetic film and a pinning layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic film is fixed in the first direction by the pinning layer so that the ferromagnetic film is pinned. A fixed layer constituting the layer, a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, and a spacer layer made of a non-magnetic conductor disposed between the pinned layer and the free layer. A first giant magnetoresistive element comprising a single-layer pinned spin valve film;
Formed on the substrate and in contact with the first ferromagnetic film, the exchange coupling film in contact with the first ferromagnetic film, the second ferromagnetic film in contact with the exchange coupling film, and the second ferromagnetic film The direction of magnetization of the second ferromagnetic film made of a pinning layer is fixed by the pinning layer, and the second ferromagnetic film and the first ferromagnetic film are exchange coupled via the exchange coupling film. The magnetization direction of the first ferromagnetic film changes in accordance with the external magnetic field and the fixed layer constituting the pinned layer fixed in a second direction that is 180 degrees different from the first direction. And a second giant magnetoresistive element comprising a multi-layer laminated fixed layer spin-valve film comprising: a free layer, and a spacer layer made of a nonmagnetic conductor disposed between the pinned layer and the free layer When,
A magnetic sensor comprising:
前記第1巨大磁気抵抗効果素子と前記第2巨大磁気抵抗効果素子とをブリッジ接続することにより回路を形成し、前記磁気センサに加わる磁界の前記第1の向きの成分の大きさが大きくなるほど電位が単調増加又は単調減少する同回路中の所定点の電位に基づく出力値を出力するように構成された磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
A circuit is formed by bridge-connecting the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, and the potential increases as the magnitude of the component in the first direction of the magnetic field applied to the magnetic sensor increases. A magnetic sensor configured to output an output value based on a potential at a predetermined point in the same circuit in which monotonically increases or decreases monotonously.
前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ2個備え、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第1回路要素を構成し、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第2回路要素を構成し、
前記第1回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に第1電位を付与するとともに同第1回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に同第1電位と異なる第2電位を付与し、
前記第2回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第2回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与し、
前記第1回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第1回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第2回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第2回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差を出力値として出力するように構成された磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
Two each of the first giant magnetoresistance effect element and the second giant magnetoresistance effect element,
One end of one first giant magnetoresistive effect element of the first giant magnetoresistive effect element is connected to one end of one second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element. Constituting a first circuit element;
One end of another first giant magnetoresistive effect element of the first giant magnetoresistive effect element and one end of another second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element To configure the second circuit element,
A first potential is applied to the other end of the first giant magnetoresistive element of the first circuit element, and a second potential different from the first potential is applied to the other end of the second giant magnetoresistive element of the first circuit element. 2 potentials applied,
Applying the first potential to the other end of the second giant magnetoresistive element of the second circuit element and applying the second potential to the other end of the first giant magnetoresistive element of the second circuit element And
A potential at a connection point between one end of the first giant magnetoresistive element of the first circuit element and one end of the second giant magnetoresistive element of the first circuit element; and the first of the second circuit element A magnetic sensor configured to output, as an output value, a potential difference between a connection portion between one end of the giant magnetoresistive effect element and one end of the second giant magnetoresistive effect element of the second circuit element.
前記基板上に形成されるとともに前記第1巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜を有し、前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第1の向きと直交する第3の向きに固定された第3巨大磁気抵抗効果素子と、
前記基板上に形成されるとともに前記第2巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜を有し、前記固定層の第1強磁性体膜の磁化の向きが前記第3の向きと180度相違する第4の向きに固定された第4巨大磁気抵抗効果素子と、
を更に備えた磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
A spin-valve film having a single-layer pinned layer that is formed on the substrate and is identical to the first giant magnetoresistive element, and the magnetization direction of the ferromagnetic film of the pinned layer is the first direction. A third giant magnetoresistive element fixed in a third direction orthogonal to
A spin-valve film of a multi-layer stacked pinned layer that is formed on the substrate and is the same as the second giant magnetoresistive element, and the magnetization direction of the first ferromagnetic film of the pinned layer is the third A fourth giant magnetoresistive element fixed in a fourth orientation that is 180 degrees different from the orientation of
A magnetic sensor further comprising:
前記第1巨大磁気抵抗効果素子と前記第2巨大磁気抵抗効果素子とをブリッジ接続することにより回路を形成し、前記磁気センサに加わる磁界の前記第1の向きの成分の大きさが大きくなるほど電位が単調増加又は単調減少する同回路中の所定点の電位に基づく値を第1出力値として出力し、
前記第3巨大磁気抵抗効果素子と前記第4巨大磁気抵抗効果素子とをブリッジ接続することにより回路を形成し、前記磁気センサに加わる磁界の前記第3の向きの成分の大きさが大きくなるほど電位が単調増加又は単調減少する同回路中の所定点の電位に基づく値を第2出力値として出力するように構成された磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 4,
A circuit is formed by bridge-connecting the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, and the potential increases as the magnitude of the component in the first direction of the magnetic field applied to the magnetic sensor increases. Output as a first output value a value based on the potential of a predetermined point in the same circuit where monotonically increases or decreases monotonously,
A circuit is formed by bridge-connecting the third giant magnetoresistive element and the fourth giant magnetoresistive element, and the potential increases as the magnitude of the component in the third direction of the magnetic field applied to the magnetic sensor increases. A magnetic sensor configured to output, as a second output value, a value based on a potential at a predetermined point in the same circuit where monotone increases or decreases monotonously.
前記第1巨大磁気抵抗効果素子、前記第2巨大磁気抵抗効果素子、前記第3巨大磁気抵抗効果素子及び前記第4巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ2個備え、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第1回路要素を構成し、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第2回路要素を構成し、
前記第1回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に第1電位を付与するとともに同第1回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に同第1電位と異なる第2電位を付与し、
前記第2回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第2回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与し、
前記第1回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第1回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第2回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第2回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差を第1出力値として出力するように構成され、
前記第3巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第3巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第4巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第4巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第3回路要素を構成し、
前記第3巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第3巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第4巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第4巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第4回路要素を構成し、
前記第3回路要素の前記第3巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第3回路要素の前記第4巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与し、
前記第4回路要素の前記第4巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第4回路要素の前記第3巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与し、
前記第3回路要素の前記第3巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第3回路要素の前記第4巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第4回路要素の前記第3巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第4回路要素の前記第4巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差を第2出力値として出力するように構成された磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 4,
Two each of the first giant magnetoresistance effect element, the second giant magnetoresistance effect element, the third giant magnetoresistance effect element, and the fourth giant magnetoresistance effect element,
One end of one first giant magnetoresistive effect element of the first giant magnetoresistive effect element is connected to one end of one second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element. Constituting a first circuit element;
One end of another first giant magnetoresistive effect element of the first giant magnetoresistive effect element and one end of another second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element To configure the second circuit element,
A first potential is applied to the other end of the first giant magnetoresistive element of the first circuit element, and a second potential different from the first potential is applied to the other end of the second giant magnetoresistive element of the first circuit element. 2 potentials applied,
Applying the first potential to the other end of the second giant magnetoresistive element of the second circuit element and applying the second potential to the other end of the first giant magnetoresistive element of the second circuit element And
A potential at a connection point between one end of the first giant magnetoresistive element of the first circuit element and one end of the second giant magnetoresistive element of the first circuit element; and the first of the second circuit element A potential difference between one end of the giant magnetoresistive effect element and the potential of the second circuit element connected to one end of the second giant magnetoresistive effect element is output as a first output value;
One end of one third giant magnetoresistive effect element of the third giant magnetoresistive effect element is connected to one end of one fourth giant magnetoresistive effect element of the fourth giant magnetoresistive effect element. Configure the third circuit element,
One end of another third giant magnetoresistive effect element of the third giant magnetoresistive effect element and one end of another fourth giant magnetoresistive effect element of the fourth giant magnetoresistive effect element To configure the fourth circuit element,
Applying the first potential to the other end of the third giant magnetoresistive element of the third circuit element and applying the second potential to the other end of the fourth giant magnetoresistive element of the third circuit element And
Applying the first potential to the other end of the fourth giant magnetoresistive element of the fourth circuit element and applying the second potential to the other end of the third giant magnetoresistive element of the fourth circuit element And
A potential at a connection point between one end of the third giant magnetoresistive element of the third circuit element and one end of the fourth giant magnetoresistive element of the third circuit element; and the third of the fourth circuit element A magnetic sensor configured to output, as a second output value, a potential difference between a connection point between one end of the giant magnetoresistance effect element and one end of the fourth giant magnetoresistance effect element of the fourth circuit element.
前記第1巨大磁気抵抗効果素子を2個備え、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子を2個備え、
前記2個の第1巨大磁気抵抗効果素子と前記2個の第2巨大磁気抵抗効果素子とが互いに近接して第1領域内に形成され、
前記基板上に形成されるとともに前記第1巨大磁気抵抗効果素子と同一の単一膜固定層のスピンバルブ膜からなり、前記固定層の強磁性体膜の磁化の向きが前記第2の向きに固定された第5巨大磁気抵抗効果素子を2個備え、
前記基板上に形成されるとともに前記第2巨大磁気抵抗効果素子と同一の多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなり、前記固定層の第1強磁性体膜の磁化の向きが前記第1の向きに固定された第6巨大磁気抵抗効果素子を2個備え、
前記2個の第5巨大磁気抵抗効果素子と前記2個の第6巨大磁気抵抗効果素子とが互いに近接して前記第1領域とは離間した第2領域内に形成され、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第5巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第5巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第5回路要素を構成し、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第5巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第5巨大磁気抵抗効果素子の一端とを直列接続して第6回路要素を構成し、
前記第5回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に第1電位を付与するとともに同第5回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子の他端に同第1電位と異なる第2電位を付与し、
前記第6回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第6回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与し、
前記第5回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第5回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第6回路要素の前記第1巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第6回路要素の前記第5巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差を通常GMR素子出力値として取得し、
且つ、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第6巨大磁気抵抗効果素子のうちの一つの第6巨大磁気抵抗効果素子の一端とを接続して第7回路要素を構成し、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第2巨大磁気抵抗効果素子の一端と前記第6巨大磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの第6巨大磁気抵抗効果素子の一端とを直列接続して第8回路要素を構成し、
前記第7回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第7回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与し、
前記第8回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第1電位を付与するとともに同第8回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の他端に前記第2電位を付与し、
前記第7回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第7回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、前記第8回路要素の前記第2巨大磁気抵抗効果素子の一端と同第8回路要素の前記第6巨大磁気抵抗効果素子の一端との接続箇所の電位と、の電位差をSAF素子出力値として取得し、
前記通常GMR素子出力値と前記SAF素子出力値とに基づく値を出力するように構成された磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
Two first giant magnetoresistive elements are provided,
Two second giant magnetoresistive elements,
The two first giant magnetoresistive elements and the two second giant magnetoresistive elements are formed in the first region adjacent to each other;
The spin valve film of a single-layer fixed layer that is formed on the substrate and is the same as the first giant magnetoresistance effect element, and the magnetization direction of the ferromagnetic film of the fixed layer is the second direction. 2 fixed fifth giant magnetoresistive elements,
It is formed of a spin valve film of a multi-layer stacked fixed layer that is formed on the substrate and is the same as the second giant magnetoresistive element, and the direction of magnetization of the first ferromagnetic film of the fixed layer is the first It has two sixth giant magnetoresistive effect elements fixed in the direction,
The two fifth giant magnetoresistive effect elements and the two sixth giant magnetoresistive effect elements are formed in a second region adjacent to and spaced apart from the first region;
One end of one of the first giant magnetoresistive elements is connected to one end of a fifth giant magnetoresistive element of the fifth giant magnetoresistive elements. Constituting a fifth circuit element,
One end of another first giant magnetoresistive effect element of the first giant magnetoresistive effect element and one end of another fifth giant magnetoresistive effect element of the fifth giant magnetoresistive effect element Are connected in series to form a sixth circuit element,
A first potential is applied to the other end of the first giant magnetoresistive effect element of the fifth circuit element, and a second potential different from the first potential is applied to the other end of the fifth giant magnetoresistive effect element of the fifth circuit element. 2 potentials applied,
Applying the first potential to the other end of the fifth giant magnetoresistive element of the sixth circuit element and applying the second potential to the other end of the first giant magnetoresistive element of the sixth circuit element And
A potential at a connection point between one end of the first giant magnetoresistive effect element of the fifth circuit element and one end of the fifth giant magnetoresistive effect element of the fifth circuit element; and the first of the sixth circuit element A potential difference between a connection point between one end of the giant magnetoresistive effect element and one end of the fifth giant magnetoresistive effect element of the sixth circuit element is obtained as a normal GMR element output value,
and,
One end of the second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element is connected to one end of the sixth giant magnetoresistive effect element of the sixth giant magnetoresistive effect element. Configure the seventh circuit element,
One end of another second giant magnetoresistive effect element of the second giant magnetoresistive effect element and one end of another sixth giant magnetoresistive effect element of the sixth giant magnetoresistive effect element Are connected in series to form an eighth circuit element,
Applying the first potential to the other end of the second giant magnetoresistive element of the seventh circuit element and applying the second potential to the other end of the sixth giant magnetoresistive element of the seventh circuit element And
Applying the first potential to the other end of the sixth giant magnetoresistive element of the eighth circuit element and applying the second potential to the other end of the second giant magnetoresistive element of the eighth circuit element And
A potential at a connection point between one end of the second giant magnetoresistive element of the seventh circuit element and one end of the sixth giant magnetoresistive element of the seventh circuit element; and the second of the eighth circuit element Obtaining the potential difference between the one end of the giant magnetoresistive effect element and the potential of the connection point between the end of the sixth giant magnetoresistive effect element of the eighth circuit element as the SAF element output value;
A magnetic sensor configured to output a value based on the normal GMR element output value and the SAF element output value.
前記第1巨大磁気抵抗効果素子を複数個備えるとともに前記第2巨大磁気抵抗効果素子を同第1巨大磁気抵抗効果素子と同数個備え、
前記基板上の所定方向に沿って同第1巨大磁気抵抗効果素子と同第2巨大磁気抵抗効果素子とが交互に配列され、
前記複数の第1巨大磁気抵抗効果素子同士が直列接続されて一つの巨大磁気抵抗効果素子を形成し、前記複数の第2巨大磁気抵抗効果素子同士が直列接続されて他の巨大磁気抵抗効果素子を形成してなる磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
A plurality of the first giant magnetoresistance effect elements and the same number of the second giant magnetoresistance effect elements as the first giant magnetoresistance effect elements;
The first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element are alternately arranged along a predetermined direction on the substrate,
The plurality of first giant magnetoresistance effect elements are connected in series to form one giant magnetoresistance effect element, and the plurality of second giant magnetoresistance effect elements are connected in series to form another giant magnetoresistance effect element. A magnetic sensor formed of
前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子をそれぞれ4個備え、互いに隣接した2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子からなる第1群、互いに隣接した他の2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子からなる第2群、互いに隣接した2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子からなる第3群、互いに隣接した他の2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子からなる第4群を形成し、前記基板上の所定方向に沿って第1群、第3群、第2群及び第4群の順、又は、前記基板上の所定方向に沿って第3群、第1群、第4群及び第2群の順に配列し、且つ、
互いに隣接しない2個の前記第1巨大磁気抵抗効果素子を直列接続することにより第1巨大磁気抵抗効果素子のみからなる2個の素子を形成し、互いに隣接しない2個の前記第2巨大磁気抵抗効果素子を直列接続することにより第2巨大磁気抵抗効果素子のみからなる2個の素子を形成してなる磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
The first giant magnetoresistive effect element and the second giant magnetoresistive effect element are each provided in four, the first group consisting of the two first giant magnetoresistive effect elements adjacent to each other, and the other two adjacent to each other. A second group of the first giant magnetoresistive elements, a third group of the two second giant magnetoresistive elements adjacent to each other, and the other two second giant magnetoresistive effects adjacent to each other. A fourth group of elements is formed, and the first group, the third group, the second group, and the fourth group are arranged in a predetermined direction on the substrate, or in a predetermined direction on the substrate. Arranged in the order of group, first group, fourth group and second group; and
Two elements made only of the first giant magnetoresistive effect element are formed by serially connecting the two first giant magnetoresistive effect elements that are not adjacent to each other, and the two second giant magnetoresistive elements that are not adjacent to each other are formed. A magnetic sensor formed by connecting two effect elements in series to form two elements consisting of only the second giant magnetoresistive effect element.
前記基板上に形成されるとともに、単一の強磁性体膜及びピニング層からなり同強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により第1の向きに固定されて同強磁性体膜がピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた単一膜固定層のスピンバルブ膜からなる第1巨大磁気抵抗効果素子と、
前記基板上に形成されるとともに、第1強磁性体膜、同1強磁性体膜に接する交換結合膜、同交換結合膜に接する第2強磁性体膜及び同第2強磁性体膜に接するピニング層からなり同第2強磁性体膜の磁化の向きが同ピニング層により固定され且つ同第2強磁性体膜と同第1強磁性体膜が同交換結合膜を介して交換結合することにより同第1強磁性体膜の磁化の向きが前記第1の向きと180度相違する第2の向きに固定されたピンド層を構成する固定層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、同ピンド層と同フリー層との間に配置された非磁性導電体からなるスペーサ層と、を備えた多重膜積層固定層のスピンバルブ膜からなる第2巨大磁気抵抗効果素子と、
を具備した磁気センサの製造方法であって、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜を前記基板上に形成する膜形成工程と、
前記形成された各膜に対して同一の向きの磁界を高温下で付与することにより同各膜の前記ピンド層の磁化の向きを固定する磁場中熱処理工程と、
を含む磁気センサの製造方法。 A single substrate,
The ferromagnetic film is formed on the substrate and includes a single ferromagnetic film and a pinning layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic film is fixed in the first direction by the pinning layer so that the ferromagnetic film is pinned. A fixed layer constituting the layer, a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, and a spacer layer made of a non-magnetic conductor disposed between the pinned layer and the free layer. A first giant magnetoresistive element comprising a single-layer pinned spin valve film;
Formed on the substrate and in contact with the first ferromagnetic film, the exchange coupling film in contact with the first ferromagnetic film, the second ferromagnetic film in contact with the exchange coupling film, and the second ferromagnetic film The direction of magnetization of the second ferromagnetic film made of a pinning layer is fixed by the pinning layer, and the second ferromagnetic film and the first ferromagnetic film are exchange coupled via the exchange coupling film. The magnetization direction of the first ferromagnetic film changes in accordance with the external magnetic field and the fixed layer constituting the pinned layer fixed in a second direction that is 180 degrees different from the first direction. And a second giant magnetoresistive element comprising a multi-layer laminated fixed layer spin-valve film comprising: a free layer, and a spacer layer made of a nonmagnetic conductor disposed between the pinned layer and the free layer When,
A method of manufacturing a magnetic sensor comprising:
Forming a film to be the first giant magnetoresistive element and a film to be the second giant magnetoresistive element on the substrate;
A heat treatment step in a magnetic field for fixing the magnetization direction of the pinned layer of each film by applying a magnetic field in the same direction to each formed film at a high temperature;
A method for manufacturing a magnetic sensor comprising:
前記磁場中熱処理工程は、
略直方体形状であって同直方体の一つの中心軸に直交する断面の形状が略正方形である複数の永久磁石を、同略正方形を有する端面の重心が正方格子の格子点に一致するように配設するとともに、同配設された各永久磁石の磁極の極性が最短距離を隔てて隣接する他の永久磁石の磁極の極性と異なるように配置されたマグネットアレイによって形成される磁界を同磁場中熱処理工程中の磁界として用いる磁気センサの製造方法。 In the manufacturing method of the magnetic sensor according to claim 10,
The heat treatment step in the magnetic field includes
A plurality of permanent magnets having a substantially rectangular parallelepiped shape and having a substantially square cross-section perpendicular to one central axis of the rectangular parallelepiped are arranged so that the center of gravity of the end surface having the substantially square shape coincides with the lattice point of the square lattice. And the magnetic field formed by the magnet array arranged so that the polarity of the magnetic poles of the permanent magnets arranged in the same manner is different from the polarity of the magnetic poles of other permanent magnets adjacent to each other at the shortest distance. A method of manufacturing a magnetic sensor used as a magnetic field during a heat treatment process.
前記膜形成工程は、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの一方の膜を前記基板の上に形成する第1膜形成工程と、
前記形成された一方の膜の不要部分を除去する第1不要部除去工程と、
前記不要部分が除去された前記一方の膜を絶縁膜により覆う絶縁膜形成工程と、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子となる膜及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子となる膜のうちの他方の膜を前記基板及び前記絶縁膜の上に形成する第2膜形成工程と、
前記形成された他方の膜の不要部分を除去する第2不要部除去工程と、
を含む磁気センサの製造方法。 In the manufacturing method of the magnetic sensor of Claim 10 or Claim 11,
The film forming step includes
A first film forming step of forming one of a film to be the first giant magnetoresistive element and a film to be the second giant magnetoresistive element on the substrate;
A first unnecessary portion removing step of removing an unnecessary portion of the formed one film;
An insulating film forming step of covering the one film from which the unnecessary portion has been removed with an insulating film;
A second film forming step of forming the other film of the film to be the first giant magnetoresistive element and the film to be the second giant magnetoresistive element on the substrate and the insulating film;
A second unnecessary portion removing step of removing an unnecessary portion of the other formed film;
A method for manufacturing a magnetic sensor comprising:
前記膜形成工程は、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子の前記ピニング層となる膜と前記第2強磁性体膜となる膜と前記交換結合膜となる膜とを前記基板上に順に積層して第1予備膜を形成する第1予備膜形成工程と、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の前記第1予備膜を除去することなく前記第1巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の同第1予備膜の前記交換結合膜となる膜の総てを除去する第1交換結合膜除去工程と、
前記第1交換結合膜除去工程を経た膜の上面全体に前記第2強磁性体膜となる膜と同一の強磁性体膜を形成し、次いで、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のスペーサ層及びフリー層となる膜を形成する第1追加膜形成工程と、
を含む磁気センサの製造方法。 In the manufacturing method of the magnetic sensor of Claim 10 or Claim 11,
The film forming step includes
A film serving as the pinning layer of the second giant magnetoresistive effect element, a film serving as the second ferromagnetic film, and a film serving as the exchange coupling film are sequentially stacked on the substrate to form a first preliminary film. A first preliminary film forming step,
The exchange coupling film of the first preliminary film in the portion where the first giant magnetoresistive element is to be formed without removing the first preliminary film in the portion where the second giant magnetoresistive element is to be formed A first exchange coupling membrane removal step of removing all of the membrane to be
The same ferromagnetic film as the second ferromagnetic film is formed on the entire top surface of the film that has undergone the first exchange coupling film removal step, and then the first giant magnetoresistive element and the second A first additional film forming step of forming a film to be a spacer layer and a free layer of the giant magnetoresistive element;
A method for manufacturing a magnetic sensor comprising:
前記膜形成工程は、
前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のフリー層となる膜、同第1巨大磁気抵抗効果素子及び同第2巨大磁気抵抗効果素子のスペーサ層となる膜、同第2巨大磁気抵抗効果素子の前記第1強磁性体膜となる膜及び同第2巨大磁気抵抗効果素子の前記交換結合膜となる膜が前記基板上に順に積層されてなる第2予備膜を形成する第2予備膜形成工程と、
前記第2巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の前記第2予備膜を除去することなく前記第1巨大磁気抵抗効果素子が形成されるべき部分の同第2予備膜の前記交換結合膜となる膜の総てを除去する第2交換結合膜除去工程と、
前記第2交換結合膜除去工程を経た膜の上面全体に前記第1強磁性体膜となる膜と同一の強磁性体膜を形成し、次いで、前記第1巨大磁気抵抗効果素子及び前記第2巨大磁気抵抗効果素子のピニング層となる膜を形成する第2追加膜形成工程と、
を含む磁気センサの製造方法。
In the manufacturing method of the magnetic sensor of Claim 10 or Claim 11,
The film forming step includes
A film to be a free layer of the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, a film to be a spacer layer of the first giant magnetoresistive element and the second giant magnetoresistive element, Forming a second preliminary film in which a film to be the first ferromagnetic film of the two giant magnetoresistive effect elements and a film to be the exchange coupling film of the second giant magnetoresistive effect element are sequentially laminated on the substrate; A second preliminary film forming step,
The exchange coupling film of the second preliminary film where the first giant magnetoresistive element is to be formed without removing the second spare film where the second giant magnetoresistive element is to be formed A second exchange coupling membrane removal step of removing all of the membrane to be
The same ferromagnetic material film as the first ferromagnetic material film is formed on the entire top surface of the film that has undergone the second exchange coupling film removal step, and then the first giant magnetoresistive element and the second A second additional film forming step of forming a film to be a pinning layer of the giant magnetoresistive element;
A method for manufacturing a magnetic sensor comprising:
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JP5062454B2 (en) * | 2011-05-24 | 2012-10-31 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor |
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CN105572609B (en) * | 2015-12-18 | 2018-09-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | A kind of more iron inhomogeneous magnetic fields sensors and range adjusting method of range-adjustable |
JP6350841B2 (en) * | 2017-05-22 | 2018-07-04 | Tdk株式会社 | Magnetic field generator and magnetic sensor |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002092829A (en) * | 2000-09-21 | 2002-03-29 | Fujitsu Ltd | Magnetoresistive sensor and magnetoresistive head |
JP2002525889A (en) * | 1998-09-28 | 2002-08-13 | シーゲート テクノロジー,インコーポレイテッド | Quad GMR sandwich |
JP2004163419A (en) * | 2002-10-23 | 2004-06-10 | Yamaha Corp | Magnetic sensor, manufacturing method for the magnetic sensor, and magnet array suitable for the manufacturing method |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5287238A (en) * | 1992-11-06 | 1994-02-15 | International Business Machines Corporation | Dual spin valve magnetoresistive sensor |
DE4243358A1 (en) * | 1992-12-21 | 1994-06-23 | Siemens Ag | Magnetic resistance sensor with artificial antiferromagnet and method for its production |
US5583725A (en) * | 1994-06-15 | 1996-12-10 | International Business Machines Corporation | Spin valve magnetoresistive sensor with self-pinned laminated layer and magnetic recording system using the sensor |
DE69522304T2 (en) * | 1994-12-13 | 2002-04-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki | Interchangeable film and magnetoresistive element |
US5701222A (en) * | 1995-09-11 | 1997-12-23 | International Business Machines Corporation | Spin valve sensor with antiparallel magnetization of pinned layers |
DE69934868T2 (en) * | 1998-05-11 | 2007-10-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | MAGNETIC MULTILAYER SENSOR |
US6282068B1 (en) * | 1999-03-30 | 2001-08-28 | International Business Machines Corporation | Antiparallel (AP) pinned read head with improved GMR |
US6946834B2 (en) * | 2001-06-01 | 2005-09-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of orienting an axis of magnetization of a first magnetic element with respect to a second magnetic element, semimanufacture for obtaining a sensor, sensor for measuring a magnetic field |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002525889A (en) * | 1998-09-28 | 2002-08-13 | シーゲート テクノロジー,インコーポレイテッド | Quad GMR sandwich |
JP2002092829A (en) * | 2000-09-21 | 2002-03-29 | Fujitsu Ltd | Magnetoresistive sensor and magnetoresistive head |
JP2004163419A (en) * | 2002-10-23 | 2004-06-10 | Yamaha Corp | Magnetic sensor, manufacturing method for the magnetic sensor, and magnet array suitable for the manufacturing method |
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