JP4877095B2 - 電流センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導体を流れる電流の変化を高感度に検出可能な電流センサおよびその製造方法に関する。

一般に、制御機器の回路に流れる制御電流を正確に測定するにあたっては、その回路内
に抵抗を直列接続し、この抵抗の電圧降下を測定する方法を用いる。しかし、この場合に
は、制御系とは異なる負荷が加わることとなり制御系に対して何らかの悪影響を与える可
能性が生じてしまう。このため、制御電流によって発生する電流磁界の勾配を検出するこ
とによって間接的に測定する方法が用いられている。具体的には、Ｕ字状の湾曲導体に制
御電流を供給し、その湾曲導体の周囲に生じる電流磁界の変化をホール素子によって検出
する方法である（例えば、特許文献１参照）。
特公平７−１２３０９０号公報

しかし、上記のような電流センサでは、小型化が困難であることに加え、磁界変化に対する検出感度の直線性あるいは高周波応答性の面で不十分であるなどの問題点が指摘されるようになった。このため、ホール素子の替わりに巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect）を発現する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を制御電流による電流磁界中に配置し、その勾配を検出するようにした電流センサが提案されている。このようなＧＭＲ素子を用いた電流センサであれば、検出感度や応答性が向上するうえ、温度変化に対しても安定した検出特性が得られる。

ところで、最近では、より微弱な磁束や電流の検出が可能であると共によりいっそうコンパクトな全体構成を有する磁気センサや電流センサが強く求められるようになっている。しかしながら、ＧＭＲ素子を用いた磁気センサや電流センサであっても、寸法の小型化に伴い、外部からのノイズ（不要な磁界など）の影響を受けやすくなるので、検出感度や応答性の面での安定性向上が課題となっている。これまでにも、ＧＭＲ素子の形状を細長い短冊状として形状異方性を高めるなど、いくつかの試みがなされているが、十分に安定した性能レベルに達しているとは言い難い状況である。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、検出対象電流による誘導磁界をより高精度に検出可能な電流センサを提供することにある。さらに、本発明の第２の目的は、そのような電流センサを効率的に製造する方法を提供することにある。

本発明の第１の電流センサは、検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置され、その検出対象電流を検出するものであって、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、非磁性の中間層と、誘導磁界に応じて磁化方向が変化すると共に固着層の磁化方向と異なる方向の異方性磁界を発現する自由層とを含む積層構造をそれぞれ有する第１および第２の磁気抵抗効果素子を備えるようにしたものである。ここで、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各積層構造が、その積層面に沿った同一階層に設けられ、第１の磁気抵抗効果素子の積層構造と第２の磁気抵抗効果素子の積層構造とは、それらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係にあり、第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値とが誘導磁界に応じて互いに逆方向に変化するようになっている。本発明における異方性磁界とは、結晶構造や形状などに起因する全ての異方性磁界を意味する。また、「逆方向」とは、抵抗値の増減の方向が逆であることを意味する。したがって、第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が増加したときには第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値は減少し、第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値が減少したときには第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値は増加する、という関係にある。

本発明の第２の電流センサは、検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置され、検出対象電流を検出するものであって、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、非磁性の中間層と、誘導磁界に応じて磁化方向が変化すると共に固着層の磁化方向と異なる方向の異方性磁界を発現する自由層とを含む積層構造をそれぞれ有する第１から第４の磁気抵抗効果素子を備えたものである。ここで、第１から第４の磁気抵抗効果素子における各積層構造が、その積層面に沿った同一階層に設けられており、第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造は互いに等価な関係にあり、第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造は互いに等価な関係にあり、第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造と第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造とはそれらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係にあり、第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値とが、誘導磁界に応じて互いに同方向に変化し、第２および第４の磁気抵抗効果素子の抵抗値が、誘導磁界に応じて第１および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値と逆方向に変化するようになっている。

本発明の第１または第２の電流センサでは、第１および第２の磁気抵抗効果素子（または第１から第４の磁気抵抗効果素子）における各積層構造が同一階層に設けられている。具体的には、各積層構造の厚み方向において、各積層構造の一方の表面同士および他方の表面同士がそれぞれ完全に一致し、または、各積層構造の一部が互いに等しい高さ位置にある。すなわち、各積層構造は、厚み方向と直交する方向へ平行移動した際に（積層面と平行に移動した際に）少なくともその一部が重なり合う位置関係にある。このような構成により、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各積層構造を、検出対象電流が供給される導体に対して全て等しい距離に配置することが比較的容易となる。したがって、それらの積層構造が互いに異なる階層に位置する場合と比べ、導体へ検出対象電流が供給された際に各積層構造に対して付与される誘導磁界の差分が小さくなる。

本発明の第１の電流センサでは、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各自由層
がいずれも同一階層に位置することが望ましい。同様に、本発明の第２の電流センサでは、第１から第４の磁気抵抗効果素子における各自由層がいずれも同一階層に位置することが望ましい。

本発明の第１の電流センサでは、第１の磁気抵抗効果素子の積層構造と、第２の磁気抵抗効果素子の積層構造とが、それらの積層面と平行な中心軸を回転中心として互いに回転対称な関係にある。本発明における「回転対称な関係」とは、磁化の大きさや方向を含めて構造上の対称性を有する関係を意味する。詳細には、第１の磁気抵抗効果素子の積層構造が回転中心軸を中心として１８０°回転（製造誤差程度のずれを含む）したときに、第２の磁気抵抗効果素子の積層構造と等価な関係となることをいう。ここでいう等価な関係とは、そのままの状態で、あるいは、一方が平行移動すれば互いに重なり合う（一致する）構造を有する関係を意味する。このような構成とすれば、第１および第２の磁気抵抗効果素子において、自由層の異方性磁界の方向と固着層の磁化方向との相対角度が互いに等しくなる。すなわち、自由層の磁化方向と固着層の磁化方向との初期状態での相対角度が互いに等しくなる。なお、初期状態とは、第１および第２の磁気抵抗効果素子に対し、導体から生じる誘導磁界を含む外部磁界が何ら付与されていない状態を意味する。この初期状態は、例えば、自由層の磁化が飽和する磁界と同等以上の大きさを有するバイアス磁界（リフレッシュ磁界ともいう。）を、第１および第２の磁気抵抗効果素子の双方に対して回転中心軸に沿って印加することで得られる。

本発明の第２の電流センサでは、第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造は、互いに等価な関係にあり、第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造は、互いに等価な関係にあり、第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造と第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造とが、それらの積層面と平行な中心軸を回転中心として互いに回転対称な関係にある。ここでいう等価な関係とは、一方が平行移動することで互いに重なり合う（一致する）こととなる構造を有する関係をいう。構造とは、磁化の大きさや方向を含む概念である。このような構成とすれば、第１から第４の磁気抵抗効果素子の全てにおいて、自由層の異方性磁界の方向と固着層の磁化方向との相対角度が互いに等しくなる。すなわち、自由層の磁化方向と固着層の磁化方向との初期状態での相対角度が互いに等しくなる。

本発明の第１および第２の電流センサでは、バイアス磁界（リフレッシュ磁界）印加手段を設け、それが発生するバイアス磁界（リフレッシュ磁界）を一時的に付与することによって各磁気抵抗効果素子の自由層を飽和させるようにすれば、自由層の磁化方向が外部からの不要な磁界（外乱磁界）によって乱された場合であっても、自由層の磁化方向が一定方向に揃うこととなる。特に、各磁気抵抗効果素子における自由層の異方性磁界を一致させ、その方向（自由層の異方性磁界の方向）に沿ってバイアス磁界（リフレッシュ磁界）を発生させるようにバイアス磁界印加手段を配置すれば、自由層の異方性磁界の方向が安定化し、磁気抵抗効果素子の出力が高いレベルで安定化する。なお、外乱磁界の影響がほとんどなく、かつ、自由層の異方性磁界の方向が十分に安定である場合には、バイアス磁界を付与しなくともよい。

本発明の第１および第２の電流センサでは、第１および第２の磁気抵抗効果素子（また
は第１から第４の磁気抵抗効果素子）を支持する支持部材をさらに備え、この支持部材が
、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各積層構造の積層面と平行であり、かつ、外側に面した基準平面を有するようにするとよい。そのような構成であれば、その基準平面が検出対象電流の流れる方向と平行をなすように本発明の第１の電流センサを導体の近傍に配置することで、第１および第２の磁気抵抗効果素子（または第１から第４の磁気抵抗効果素子）における各積層構造が導体に対して全て等しい距離に位置することとなる。

本発明の第１の電流センサでは、第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに対し、互いに等しい値の定電流を供給する第１および第２の定電流源と、定電流によって第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器とを備えることで、電圧降下の差分に基づいて検出対象電流が検出される。その場合、電圧降下の差分に応じた補償電流が流れることにより、検出対象電流に基づいて第１および第２の磁気抵抗効果素子に印加される各誘導磁界とは逆方向の補償磁界を第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に付与するように構成された補償電流ラインをさらに備えるようにするとよい。第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子との特性上のばらつきや、回路中の接続抵抗のばらつき、あるいは温度分布に起因した誤差が低減されるからである。

本発明の第２の電流センサでは、第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、第１の磁気抵抗効果素子の他端と第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、第２の磁気抵抗効果素子の他端と第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されてなるブリッジ回路を備えるようにするとよい。第１の接続点と第２の接続点との間に電圧が印加されたときに生ずる第３の接続点と第４の接続点との間の電位差に基づいて検出対象電流が検出されるからである。さらに、その電位差に応じた補償電流が流れる補償電流ラインを設け、検出対象電流に基づいて第１から第４の磁気抵抗効果素子に印加される各誘導磁界とは逆方向の補償磁界を第１から第４の磁気抵抗効果素子の各々に付与するようにするとよい。第１から第４の磁気抵抗効果素子の相互間における特性上のばらつきや、回路中の接続抵抗のばらつき、あるいは温度分布に起因した誤差が低減されるからである。

本発明の第１の電流センサの製造方法は、検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置され、検出対象電流を検出する電流センサを製造する方法であって、以下の（Ａ１）から（Ａ４）の各工程を含むようにしたものである。
（Ａ１）一の基体上に、一定方向の異方性磁界を発現すると共に誘導磁界に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層と、非磁性の中間層と、第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第２の強磁性層とを順に積層してなる積層構造をそれぞれ含む複数の磁気抵抗効果素子を一括して形成する工程。
（Ａ２）複数の磁気抵抗効果素子の全てについて、異方性磁界の方向と異なる方向となるように第２の強磁性層の磁化方向を一括して設定する工程。
（Ａ３）基体を磁気抵抗効果素子ごとに複数に分割することで、それぞれ一の磁気抵抗効果素子が設けられた第１および第２の素子基板を取り出す工程。
（Ａ４）第１および第２の素子基板を、磁気抵抗効果素子における各積層構造がその積層面に沿った同一階層に位置し、第１の素子基板における積層構造と第２の素子基板における積層構造とがそれらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係となり、かつ、誘導磁界に応じて第１の素子基板における磁気抵抗効果素子の抵抗値と第２の素子基板における磁気抵抗効果素子の抵抗値とが互いに逆方向の変化を示すように配置する工程。

本発明の第２の電流センサの製造方法は、検出対象電流の供給により誘導磁界を発生す
る導体の近傍に配置され、検出対象電流を検出する電流センサを製造する方法であって、以下の（Ｂ１）から（Ｂ４）の各工程を含むようにしたものである。
（Ｂ１）一の基体上に、一定方向の異方性磁界を発現すると共に誘導磁界に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層と、非磁性の中間層と、第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第２の強磁性層とを順に積層してなる積層構造をそれぞれ含む複数の磁気抵抗効果素子を一括して形成する工程。
（Ｂ２）複数の磁気抵抗効果素子の全てについて、異方性磁界の方向と異なる方向となるように第２の強磁性層の磁化方向を一括して設定する工程。
（Ｂ３）基体を複数に分割することで、２つの磁気抵抗効果素子を各々含む第１および第２の素子モジュールを形成する工程。
（Ｂ４）第１および第２の素子モジュールを、第１から第４の磁気抵抗効果素子における各積層構造がその積層面に沿った同一階層に位置し、第１の素子モジュールにおける積層構造と第２の素子モジュールにおける積層構造とがそれらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係となり、かつ、誘導磁界に応じて第１の素子モジュールにおける磁気抵抗効果素子の抵抗値と第２の素子モジュールにおける磁気抵抗効果素子の抵抗値とが互いに逆方向の変化を示すように配置する工程。

本発明の第１または第２の電流センサの製造方法では、第１および第２の素子基板（または第１および第２の素子モジュール）における各積層構造を同一の階層に配置するようにしたので、各積層構造を、検出対象電流が供給される導体に対して全て等しい距離に配置することが比較的容易な電流センサが得られる。このようにして得られた電流センサでは、それらを互いに異なる階層に配置された積層構造を有する電流センサと比べ、導体へ検出対象電流が供給された際に各積層構造に対して付与される誘導磁界の差分が小さくなる。

本発明の第１の電流センサの製造方法では、第１および第２の素子基板を、双方の第１の強磁性層が同一階層に位置するように配置することが望ましい。同様に、本発明の第２の電流センサの製造方法では、第１および第２の素子モジュールを、双方の第１の強磁性層が同一階層に位置するように配置することが望ましい。

本発明の第１の電流センサの製造方法では、第１および第２の素子基板を、第１の素子基板における積層構造と第２の素子基板における積層構造とがそれらの積層面と平行な中心軸を回転中心として互いに回転対称な関係となるように配置することが望ましい。そうすることで、第１の素子基板における磁気抵抗効果素子と第２の素子基板における磁気抵抗効果素子との相互間において、固着層の磁化方向と自由層の異方性磁界の方向との相対角度の誤差が比較的小さくなる。すなわち、自由層の磁化方向と固着層の磁化方向との初期状態での相対角度が互いに等しくなる。

本発明の第２の電流センサの製造方法では、第１および第２の素子モジュールを、第１の素子モジュールにおける積層構造と第２の素子モジュールにおける積層構造とがそれらの積層面と平行な中心軸を回転中心として互いに回転対称な関係となるように配置することが望ましい。そうすることで、４つの磁気抵抗効果素子の相互間において、固着層の磁化方向と自由層の異方性磁界の方向との相対角度の誤差が比較的小さくなる。すなわち、自由層の磁化方向と固着層の磁化方向との初期状態での相対角度が互いに等しくなる。

本発明の第１または第２の電流センサによれば、第１および第２の磁気抵抗効果素子（または第１から第４の磁気抵抗効果素子）における各積層構造を同一階層に設けるようにしたので、検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置してその検出対象電流を検出するにあたり、各積層構造が互いに異なる階層に位置する場合と比べ、各積層構造に及ぶ誘導磁界の誤差を低減することができる。よって、検出対象電流が微弱であっても高精度な測定が可能となる。特に、第１および第２の磁気抵抗効果素子（または第１から第４の磁気抵抗効果素子）における各自由層が同一階層に位置するようにすれば、いっそう高精度な測定が可能となる。また、第２の電流センサにおいては、第１から第４の磁気抵抗効果素子を、それらの積層面に平行な中心軸から互いに等しい距離に配置することで、第１から第４の磁気抵抗効果素子に対してより均質な誘導磁界を付与することができ、いっそう高精度な測定が可能となる。

さらに、第１および第２の磁気抵抗効果素子の各積層構造を、それらの積層面と平行な中心軸を回転中心として互いに回転対称な関係とし、または、第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造を互いに等価な関係とすると共に第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造を互いに等価な関係とし、かつ、第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造を、第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造に対してそれらの積層面と平行な中心軸を回転中心とした回転対称な関係とすれば、初期状態における両者の抵抗の差に起因するオフセット出力を低減することができる。よって、検出対象磁界に基づく出力を、より高精度に検出することができる。

さらに、第１および第２の磁気抵抗効果素子（または第１から第４の磁気抵抗効果素子
）を支持する支持部材をさらに備え、この支持部材が、第１および第２の磁気抵抗効果素
子（または第１から第４の磁気抵抗効果素子）における各積層構造の積層面と平行であり
、かつ、外側に面した基準平面を有するようにすれば、導体と本発明の第１および第２の電流センサとの相対位置をより正確かつ容易に決定することができ、検出対象電流の検出を簡便に行うことができる。

また、本発明の第１および第２の電流センサの製造方法によれば、上記のような高精度な検出能力を有する電流センサを効率よく製造することができる。

本発明の第１および第２の磁気センサによれば、さらに、バイアス磁界印加手段を設け、全ての磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を一時的に付与するようにすれば、自由層を飽和させ、その磁化方向を一旦揃えることができる（すなわち初期状態とすることができる）。したがって、全ての磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加してから検出対象磁界を検出するようにすれば、極めて微小な検出対象電流であっても、よりいっそう高精度に、かつ安定して検出することができる。特に、第１および第２の磁気抵抗効果素子に含まれる双方の自由層における異方性磁界の方向、または、第１から第４の磁気抵抗効果素子に含まれる全ての自由層における異方性磁界の方向を中心軸と一致させるようにした場合には、上記のリフレッシュ磁界をその異方性磁界の方向に印加することで容易に初期状態を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
最初に、図１から図３を参照して、本発明における第１の実施の形態としての電流センサの全体構成について説明する。図１は、本実施の形態の電流センサの斜視構成を表す部分破断図であり、図２は、その分解斜視図である。なお、図２では、検出対象電流Ｉｍが供給される導体４０についても併せて記載し、電流センサとの位置関係を表している。また、図３（Ａ）は矢印IIIに沿って眺めた構成図であり、図３（Ｂ）は、第１および第２のモジュール１０，２０（後述）を含む断面図である。但し、図１および図３では導体４０（後述）の図示を省略し、図２および図３ではコイル３０（後述）の図示を省略している。

この電流センサは第１および第２のモジュール１０，２０を備えており、例えばＹ軸に沿って延在する直線部分４１を有する導体４０（図２参照）の近傍に配置され、導体４０に流れる制御信号等の検出対象電流Ｉｍの有無や大きさを検出するものである。第１および第２のモジュール１０，２０は、積層構造を有する磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子５Ａ，５Ｂ（後出）をそれぞれ含んでおり、それらの積層面と平行な中心軸ＣＬを回転中心として互いに回転対称な関係にある。すなわち、一方のＭＲ素子（例えばＭＲ素子５Ａ）を中心軸ＣＬを回転中心として１８０°回転させると、他方のＭＲ素子（ＭＲ素子５Ｂ）と構造上、等価な関係にある。ここでいう等価な関係とは、そのままの状態で、あるいは、一方が平行移動すれば互いに重なり合う（一致する）構造を有する関係を意味する。なお、中心軸ＣＬは、後述する異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向と平行をなしているとよい。本実施の形態では、中心軸ＣＬをＹ軸とし、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂにおける積層構造の積層面が延在する面内においてＹ軸と直交する軸をＸ軸とし、積層構造の積層方向に対応する、Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸をＺ軸とする。

導体４０は、例えば銅（Ｃｕ）などの高導電性の金属材料を用いてめっき法などにより形成された薄膜である。導体４０に検出対象電流Ｉｍが供給されると、直線部分４１の周囲に誘導磁界Ｈｍが発生するようになっている。導体４０の端部４０Ｓ，４０Ｅは、コンタクト層（図示せず）などを介して外部の配線と接続されている。第１および第２のモジュール１０，２０は誘導磁界Ｈｍを検出するものであり、直線部分４１が延在する階層と異なる階層において直線部分４１に沿って配置されている。すなわち、第１および第２のモジュール１０，２０は、積層方向に投影すると直線部分４１と重なり合う領域に設けられている。

この電流センサでは、検出対象電流Ｉｍが端部４０Ｓから端部４０Ｅへ流れると、第１のモジュール１０におけるＭＲ素子５Ａおよび第２のモジュール２０におけるＭＲ素子５Ｂに対して誘導磁界Ｈｍが＋Ｘ方向に付与され、検出対象電流Ｉｍが端部４０Ｅから端部４０Ｓへ流れると、ＭＲ素子５ＡおよびＭＲ素子５Ｂに対して誘導磁界Ｈｍが−Ｘ方向に付与されることとなる。

第１のモジュール１０は保持部材としての集積基板１０１の面１０１Ｓに固定されている一方、第２のモジュール２０は保持部材としての集積基板１０２の面１０２Ｓに固定されている。集積基板１０１および集積基板１０２は、スペーサ１０３，１０４を介して面１０１Ｓおよび面１０２Ｓが対向するように配置されている。集積基板１０１における面１０１Ｓとは反対側の面１０１Ｋ、および集積基板１０２における面１０２Ｓとは反対側の面１０２Ｋは、いずれも基準平面であり、導体４０の直線部分４１と平行に配置される。集積基板１０１，１０２およびスペーサ１０３，１０４は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）によって構成されている。集積基板１０１，１０２は図示しない配線パターンや差分検出器ＡＭＰ（後出）を有するプリント回路基板であり、素子基板１１，２１と共に後出の図１１に示す回路を構成している。

電流センサは、さらに、リフレッシュ磁界Ｈrefを発生させるコイル３０を備えている。コイル３０は、集積基板１０１，１０２の周囲を中心軸ＣＬを中心として巻回している導線である。このコイル３０は、電流が流れることにより、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向（ここでは＋Ｙ方向）にリフレッシュ磁界Ｈrefを発生させ、それをＭＲ素子５Ａ，５Ｂに印加するものである。リフレッシュ磁界Ｈrefは、後述する自由層５３Ａ，５３Ｂの磁化が飽和する磁界と同等以上の強度を有している。

第１のモジュール１０は、集積基板１０１の側から素子基板１１とＭＲ素子層１２と薄膜コイル層１３とを順に積層したものである。集積基板１０１には、素子基板１１が接着層（図示せず）を介して接着されている。同様に、第２のモジュール２０は、集積基板１０２の側から素子基板２１とＭＲ素子層２２と薄膜コイル層２３とを順に積層したものである。集積基板１０２には、素子基板２１が接着層（図示せず）を介して接着されている。

ここで図４および図５を参照して、第１のモジュール１０の構成について詳細に説明する。図４は、第１のモジュール１０を拡大して表した分解斜視図であり、図５は、図４に示したＶ−Ｖ切断線に沿った矢視方向における断面図である。

ＭＲ素子層１２は、例えば１００μｍ程度の厚みをなすシリコンウェハなどの素子基板１１上に形成された２つの素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２を有するＭＲ素子５Ａを、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などの絶縁層Ｚ１で覆うようにしたものである。素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２は、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造を有し、巨大磁気抵抗効果を発現するものである。素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２は、素子基板１１上においてＹ軸に沿って互いに平行をなすように延在すると共にＹ軸と直交するＸ軸に沿って互いに隣在し合うように配設され、連結部５５Ａおよび連結部５６Ａによって互いに並列接続されている。なお、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２についてのさらなる詳細な構造については後述する。

薄膜コイル層１３は、ＭＲ素子層１２の上に形成された薄膜コイル６１Ａを、Ａｌ₂ Ｏ₃などの絶縁層Ｚ２で覆うようにしたものである。薄膜コイル６１Ａは、薄膜コイル層１３の膜面内（ＸＹ平面内）において巻回するように構成された薄膜パターンであり、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２のそれぞれと対応してＹ軸に沿って延在する巻線体部分６２Ａ，６３Ａを含んでいる。薄膜コイル６１Ａは、例えば銅（Ｃｕ）などの高導電性の金属材料からなり、補償電流Ｉｄ（後出）が供給されることで補償電流ラインＣ（後出）の一部として機能するものである。

薄膜コイル層１３の上には電極膜７１Ａ〜７４Ａが設けられており、このうち、電極膜７３Ａがコンタクトホール（図示せず）を介して連結部５５Ａと接続され、電極膜７４Ａがコンタクトホール５７Ａ（図５参照）を介して連結部５６Ａと接続されている。素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２は、スパッタリング法などを用いて例えば０．８μｍの厚みを有するように形成される。薄膜コイル６１Ａにおける一方の端部６４Ａはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７１Ａと接続されており、他方の端部６５Ａはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７２Ａと接続されている。なお、−Ｙ方向へ検出対象電流Ｉｍが流れる場合、第１のモジュール１０では、補償電流Ｉｄが端部６５Ａから端部６４Ａへ向かって流れるようになっている。

第２のモジュール２０は、第１のモジュール１０とほぼ同様の構成を有している。すな
わち、図６および図７に示したように、素子基板２１、ＭＲ素子層２２および薄膜コイル
層２３は、素子基板１１、ＭＲ素子層１２および薄膜コイル層１３とそれぞれ対応した構
成となっている。図６は、第２のモジュール２０を拡大して表した分解斜視図であり、図
７は、図６に示したVII−VII切断線に沿った矢視方向における断面図である。ＭＲ素子層２２において、ＭＲ素子５Ａに対応するＭＲ素子５Ｂは、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２に対応する素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２を有している。素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２は、連結部５５Ｂおよび連結部５６Ｂによって並列接続されている。また、薄膜コイル層２３において、薄膜コイル６１Ａに相当する薄膜コイル６１Ｂは、素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２のそれぞれと対応してＹ軸に沿って延在する巻線体部分６２Ｂ，６３Ｂを含んでおり、薄膜コイル６１Ａと同様に補償電流Ｉｄが供給されることで補償電流ラインＣの一部として機能するものである。さらに、薄膜コイル層２３の上には電極膜７１Ｂ，７２Ｂ，７３Ｂ，７４Ｂが設けられており、このうち、電極膜７３Ｂがコンタクトホール（図示せず）を介して連結部５５Ｂと接続され、電極膜７４Ｂがコンタクトホール５６Ｂ（図７参照）を介して連結部５６Ｂと接続されている。薄膜コイル６１Ｂにおける一方の端部６４Ｂはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７１Ｂと接続されており、
他方の端部６５Ｂはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７２Ｂと接続されてい
る。−Ｙ方向へ検出対象電流Ｉｍが流れる場合、第２のモジュール２０では、補償電流Ｉ
ｄが端部６４Ｂから端部６５Ｂへ向かって流れるように接続される。

第２のモジュール２０では、以下に説明するように、素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２
における磁化Ｊ５１Ｂの向きが、第１のモジュール１０の素子パターン５０Ａ１，５０Ａ
２における磁化Ｊ５１Ａの向きと異なっている。

図８（Ａ）は、図４および図５に示した素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２を拡大した分解斜視図であり、図９（Ａ）は、図６および図７に示した素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２を拡大した分解斜視図である。素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２は、例えば素子基板１１の側から、誘導磁界Ｈｍをはじめとする外部磁界に応じて方向が変化する磁化Ｊ５３Ａを有する自由層５３Ａと、特定の磁化方向を発現しない非磁性の中間層５２Ａと、一定方向に固着された磁化Ｊ５１Ａを有する固着層５１Ａとが順に積層されたものである。同様に、素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２は、例えば素子基板２１の側から、誘導磁界Ｈｍをはじめとする外部磁界に応じて方向が変化する磁化Ｊ５３Ｂを有する自由層５３Ｂと、特定の磁化方向を発現しない非磁性の中間層５２Ｂと、一定方向に固着された磁化Ｊ５１Ｂを有する固着層５１Ｂとが順に積層されたものである。

自由層５３Ａ，５３Ｂは、いずれも＋Ｙ方向の異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２を発現している。ここでの異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２とは、自由層５３Ａ，５３Ｂの結晶構造に起因する異方性磁界成分や、自由層５３Ａ，５３Ｂの形状に起因する異方性磁界成分を含む全ての異方性磁界を意味するものである。本実施の形態では、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２が中心軸ＣＬ（Ｙ軸）と平行をなしている。固着層５１Ａ，５１Ｂの磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂの方向は、図１にも示したように、中心軸ＣＬと直交する直交軸ＰＬからわずかに傾いている。詳細には、磁化Ｊ５１Ａの方向は、＋Ｘ方向から＋Ｙ方向へ角度β１だけ傾いた方向であり、磁化Ｊ５１Ｂの方向は、−Ｘ方向から＋Ｙ方向へ角度β２だけ傾いた方向である。角度β１および角度β２は、互いに等しいことが望ましい。磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂの方向と異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向との相対角度は、いずれも０°より大きく９０°未満である。

図８（Ｂ），図９（Ｂ）に、固着層５１Ａ，５１Ｂの詳細な構成を示す。固着層５１Ａ，５１Ｂは、中間層５２Ａ，５２Ｂの側から磁化固定膜５４Ａ，５４Ｂと反強磁性膜５５Ａ，５５Ｂと保護膜５６Ａ，５６Ｂとが順に積層されたものである。磁化固定膜５４Ａ，５４Ｂはコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料からなり、この磁化固定膜５４Ａ，５４Ｂの示す磁化方向が固着層５１Ａ，５１Ｂ全体としての磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂの方向となる。一方、反強磁性膜５５Ａ，５５Ｂは、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されている。反強磁性膜５５Ａ，５５Ｂは、ある一方向のスピン磁気モーメントと、それとは逆方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固定膜５４Ａ，５４Ｂの磁化方向を固定するように作用している。また、保護膜５６Ａ，５６Ｂは、タンタル（Ｔａ）やハフニウム（Ｈｆ）などの化学的に安定な非磁性材料からなり、磁化固定膜５４Ａ，５４Ｂや反強磁性膜５５Ａ，５５Ｂなどを保護するものである。さらに、自由層５３Ａ，５３Ｂは、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの軟磁性材料により構成されており、中間層５２Ａ，５２Ｂは、例えば銅や金（Ａｕ）などの高導電性の非磁性材料により構成されている。

既に述べたように、ＭＲ素子５Ａを構成する素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２と、ＭＲ素子５Ｂを構成する素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２とは、中心軸ＣＬを回転中心として互いに回転対称な関係にある。そのうえ、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２と、素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２とは、その積層面に沿った仮想の共通平面を含む同一の階層に位置している（図３（Ｂ）参照）。ここでいう「同一の階層」とは、各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２の少なくとも一部が、厚み方向において互いに等しい高さ位置にあることを意味する。すなわち、各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２をＸＹ平面内において平行移動すると、少なくともそれらの一部が互いに重なり合う位置関係にある。特に、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２における自由層５３Ａと、素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２における自由層５３Ｂとが、仮想の共通平面を含むように互いに等しい高さ位置に存在することが望ましい。

ここで、図８（Ａ），図９（Ａ）は、誘導磁界Ｈｍをはじめとする含む外部磁界が付与されていない無負荷状態を示している。この場合、ＭＲ素子５Ａにおける磁化のベクトルとＭＲ素子５Ｂにおける磁界のベクトルとは、中心軸ＣＬを回転の中心として互いに回転対称な関係となっている。また、自由層５３Ａの磁化Ｊ５３Ａは、固着層５１Ａおよび自由層５３Ａの間に生ずる交換結合磁界Ｈin１と、自由層５３Ａの異方性磁界Ｈｋ１との合成磁界Ｈ１の方向を向いている（図１０（Ａ））。同様に、自由層５３Ｂの磁化Ｊ５３Ｂは、固着層５１Ｂおよび自由層５３Ｂの間に生ずる交換結合磁界Ｈin２と、自由層５３Ｂの異方性磁界Ｈｋ２との合成磁界Ｈ２の方向を向いている（図１０（Ｂ））。一方、固着層５１Ａ，５１Ｂの磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂは、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２と０°よりも大きく９０°未満の相対角度をなす方向を向いており、例えば合成磁界Ｈ１，Ｈ２とそれぞれ角度α１，α２をなしている。角度α１，α２は、誘導磁界Ｈｍの有無にかかわらず、いずれも９０°であることが望ましい。そのような構成とすることで、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂが最大の出力を発現するからである。交換結合磁界Ｈin１，Ｈin２は、それぞれ磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂと正反対のベクトルを有している。素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２における磁化Ｊ５１Ａ、異方性磁界Ｈｋ１および交換結合磁界Ｈin１は、それぞれ素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２における磁化Ｊ５１Ｂ、異方性磁界Ｈｋ２および交換結合磁界Ｈin２と等しいことが望ましい。なお、図１０（Ａ），図１０（Ｂ）は、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２および素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２における磁化の向きおよび大きさと、磁界の向きおよび大きさとを説明するための説明図である。

素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２に対し、例えば図１０（Ａ）に示した誘導磁界Ｈｍが＋Ｘ方向に印加されると、自由層５３Ａの磁化Ｊ５３Ａは合成磁界Ｈ１と誘導磁界Ｈｍとの合成ベクトルＶ１の方向へ向きを変える。このとき、磁化Ｊ５１Ａと磁化Ｊ５３Ａとの角度は角度α１よりも小さくなるので、ＭＲ素子５Ａの抵抗値Ｒ１は減少する。一方、素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２に対しても図１０（Ｂ）に示したように図１０（Ａ）と同方向（＋Ｘ方向）の誘導磁界Ｈｍが印加されるので、自由層５３Ｂの磁化Ｊ５３Ｂは合成磁界Ｈ２と誘導磁界Ｈｍとの合成ベクトルＶ２の方向へ向きを変える。このとき、磁化Ｊ５１Ｂと磁化Ｊ５３Ｂとの角度は角度α２よりも大きくなるので、ＭＲ素子５Ｂの抵抗値Ｒ２は増大する。このように電流センサ１では、誘導磁界Ｈｍの印加に伴い、ＭＲ素子５Ａの抵抗値Ｒ１と、ＭＲ素子５Ｂの抵抗値Ｒ２とが互いに逆向きの変化を示すように構成されている。

次に、本実施の形態の電流センサの回路構成について説明する。図１１は、電流センサの回路構成を表す概略図である。図１１では、Ｙ軸に沿って延在する直線部分４１を含む導体４０についても併せて示す。ＭＲ素子５Ａ，５Ｂは、直線部分４１に沿って配置されている。図１１では、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂをそれぞれ抵抗体として表している。ここでは、検出対象電流Ｉｍが端部４０Ｓから端部４０Ｅへ向かって流れることにより、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂに対して＋Ｘ方向の誘導磁界Ｈｍが印加される様子を表している。

第１のモジュール１０は、ＭＲ素子５Ａのほか、素子基板１１上に形成された定電流源ＣＧ１（図１では図示せず）を有している。一方、第２のモジュール２０は、ＭＲ素子５Ｂのほか、素子基板２１上に形成された定電流源ＣＧ２（図１では図示せず）を有している。これらの定電流源ＣＧ１，ＣＧ２は、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂと共に図１１のような回路を構成している。ＭＲ素子５ＡおよびＭＲ素子５Ｂの一端同士（例えば電極膜７３Ａおよび電極膜７３Ｂ）は第１の接続点Ｐ１１において接続され、定電流源ＣＧ１および定電流源ＣＧ２の一端同士は第２の接続点Ｐ１２において接続されている。第１の接続点Ｐ１１は最終的に接地されており、第２の接続点Ｐ１２には電源Ｖｃｃが接続されている。さらに、ＭＲ素子５Ａの他端（第１の接続点Ｐ１１とは反対側となる電極膜７４Ａ）は、第３の接続点Ｐ１３において定電流源ＣＧ１の他端（第２の接続点Ｐ１２とは反対側となる端部）と接続されており、ＭＲ素子５Ｂの他端（第１の接続点Ｐ１１とは反対側となる電極膜７４Ａ）は、第４の接続点Ｐ１４において定電流源ＣＧ２の他端（第２の接続点Ｐ１２とは反対側となる端部）と接続されている。ここで、定電流源ＣＧ１はＭＲ素子５Ａに対して定電流Ｉ１を供給し、定電流源ＣＧ２はＭＲ素子５Ｂに対して定電流Ｉ２を供給するようになっている。

さらに、この電流センサは差分検出器ＡＭＰを有しており、その入力側には第３の接続点Ｐ１３および第４の接続点Ｐ１４がそれぞれ接続されている。差分検出器ＡＭＰの出力側には、直列接続された薄膜コイル６１Ａと薄膜コイル６１Ｂとを含む１本の補償電流ラインＣが接続されている。この差分検出器ＡＭＰは、第１の接続点Ｐ１１と第２の接続点Ｐ１２との間に電圧が印加されたときの第３の接続点Ｐ１３と第４の接続点Ｐ１４との間の電位差（ＭＲ素子５Ａ，５Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、補償電流ラインＣに補償電流Ｉｄを供給するものである。補償電流ラインＣにおける差分検出器ＡＭＰと反対側の端部は、抵抗体ＲＬを介して接地されている。抵抗体ＲＬにおける差分検出器ＡＭＰの側には、補償電流検出手段Ｓが接続点Ｔ１において接続されている。ここでは、補償電流ラインＣを補償電流Ｉｄが流れることにより、薄膜コイル６１Ａの巻線体部分６２Ａ，６３Ａおよび薄膜コイル６１Ｂの巻線体部分６２Ｂ，６３Ｂにおいて誘導磁界Ｈｍと逆方向の補償磁界Ｈｄが発生するように構成されている。すなわち、補償磁界Ｈｄが−Ｘ方向に発生し、誘導磁界Ｈｍを打ち消す方向に作用するようになっている。

この作用について、図１１に加えて図１２を参照して詳細に説明する。図１２は、図５および図７に示した断面構成の要部を拡大したものであり、電流の流れる方向と、その電流によって生ずる磁界の方向との関係について模式的に表している。ここでは図示しない導体４０に対して−Ｙ方向へ（紙面手前から奥へ）向かうように検出対象電流Ｉｍが供給されると、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂに対しては＋Ｘ方向（紙面左方向）の誘導磁界Ｈｍが印加されることとなる。このとき、補償電流Ｉｄは、各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２に対応する巻線体部分６２Ａ，６３Ａの中をそれぞれ＋Ｙ方向へ（紙面奥から手前へ）向かうように流れると共に、各素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２にそれぞれ対応する巻線体部分６２Ｂ，６３Ｂの中をそれぞれ−Ｙ方向へ向かうように流れるように構成されている。したがって、右ねじの法則により、巻線体部分６２Ａ，６３Ａの周囲には紙面上、反時計回りの補償磁界Ｈｄが生じ、一方の巻線体部分６２Ｂ，６３Ｂの周囲には紙面上、時計回りの補償磁界Ｈｄが生じるので、結果として、各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２に対しては−Ｘ方向（紙面右方向）への補償磁界Ｈｄ（すなわち、誘導磁界Ｈｍとは反対向きの補償磁界Ｈｄ）が付与されることとなる。

次に、この電流センサの製造方法について説明する。

まず、シリコンウェハなどの基体Ｓの表面に複数のＭＲ素子を一括して形成する。具体的には、まず、図１３に示したように、ＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなる自由層５３Ｚと、銅などの非磁性導電材料からなる中間層５２Ｚと、自由層５３Ｚよりも大きな保磁力を有する材料（例えばＣｏＦｅ）からなる固着層５１Ｚとを基体Ｓの上に順に積層して積層膜５０Ｚを形成する。この際、全体に亘って一定方向の磁界を印加しながら自由層５３Ｚを成膜することによりその異方性磁界Ｈｋの方向を設定する。積層膜５０Ｚを形成したのち、図１４に示したように、その積層膜５０Ｚをフォトリソグラフィ法などによってパターニングすることで、自由層５３、中間層５２および固着層５１からなる所定の寸法形状をなす複数の素子パターン５０をそれぞれ基体Ｓ上の所定位置に形成する。固着層５１については異方性磁界Ｈｋと異なる方向となるように磁化の固着化（規則化）を一括して行う（図示せず）。具体的には、例えば、異方性磁界Ｈｋと異なる方向に（０°より大きく９０°未満の相対角度をなすように）１．６ｋＡ／ｍ以上１６０ｋＡ／ｍ以下の強さを有する磁界を印加しつつ、２５０℃以上４００℃以下の温度で４時間程度のアニール処理を施すことにより磁化の方向を一括して設定する。この規則化処理によって、外部磁界が零である初期状態での固着層５１の磁化Ｊ５１と自由層５３の磁化Ｊ５３との角度が決まる。そののち、図１５に示したように、所定の数（ここでは２つ）の素子パターン５０の両端を連結する連結部５５，５６をそれぞれ形成することにより、複数のＭＲ素子５を得る。図１５は、基体Ｓに形成されたＭＲ素子５の平面構成を表す上面図である。こののち、複数のＭＲ素子５の全体を絶縁層によって覆うことでＭＲ素子層を形成したのち、各ＭＲ素子に対応する位置にめっき法などにより薄膜コイルを複数形成し、さらに全体を他の絶縁層によって覆うようにする。

次いで、ＭＲ素子５ごとに基体Ｓを複数に分割する（切り分ける）ことで、素子基板１１上にＭＲ素子層１２と薄膜コイル層１３とが形成された第１のモジュール１０（図４参照）と、素子基板２１上にＭＲ素子層２２と薄膜コイル層２３とが形成された第２のモジュール２０（図６参照）とを取り出す。ところで、磁化Ｊ５１と磁化Ｊ５３との相対的な角度については、同一の基体上に形成されたＭＲ素子同士であっても、若干のばらつきを有することとなる。しかしながら、その角度は、より近い領域に形成されたＭＲ素子同士であれば比較的小さな誤差となる。よって、この電流センサを作製するにあたっては、可能な限り狭い領域内から選択されたＭＲ素子を組み合わせることが望ましい。得られた第１および第２のモジュール１０，２０を、それぞれ集積基板１０１，１０２に貼り付けたのち、集積基板１０１，１０２上において定電流源ＣＧ１，ＣＧ２の形成や配線をおこなう。こののち、自由層５３Ａ，５３Ｂの異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向と平行な中心軸ＣＬを回転中心として互いに回転対称な位置となるように、第１のモジュール１０が固定された集積基板１０１と第２のモジュール２０が固定された集積基板１０２とを、スペーサ１０３，１０４を介して貼り付ける。こうすることで、誘導磁界Ｈｍに応じて抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すようになる。また、集積基板１０１と集積基板１０２とを貼り付ける際には各素子パターンが同一の階層となるようにする。

最後に、一体化された集積基板１０１，１０２の周囲を巻回するようにコイル３０を設ける。例えば、銅からなる極細線（φ３０μｍ程度）を巻き付けることでコイル３０を形成する。これにより、本実施の形態の電流センサが完成する。

このように構成された電流センサを使用し、誘導磁界Ｈｍに基づいて検出対象電流Ｉｍを検出する方法について以下に説明する。

以下、図１１を参照して、検出対象電流Ｉｍによって形成される誘導磁界Ｈｍを測定する方法について説明する。

誘導磁界Ｈｍを検出する準備段階として、まず、コイル３０にリフレッシュ電流を流すことにより、自由層５３Ａ，５３Ｂの磁化が飽和する磁界と同等以上の大きさを有するリフレッシュ磁界Ｈref（図１０）を、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂの各々に対して異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向に沿って一時的に印加する。こうすることで、自由層５３Ａ，５３Ｂにおける磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｂの方向を初期状態にリセットすることができる。すなわち、磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｂの方向を同一方向（異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向）に一旦揃えることができる。この結果、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂのヒステリシス現象に伴う検出誤差を回避することができる。さらに、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向に沿ってリフレッシュ磁界Ｈrefを一時的に印加することで自由層５３Ａ，５３Ｂの結晶磁気異方性が安定化するので（その結果、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２も安定化するので）、電流センサ１の出力が高いレベルで安定する。

図１１において、第１の接続点Ｐ１１と第２の接続点Ｐ１２との間に所定の電圧を印加した際の定電流源ＣＧ１，ＣＧ２からの定電流をそれぞれＩ１，Ｉ２とし、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂの抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とする。誘導磁界Ｈｍが印加されていない場合、第３の接続点Ｐ１３における電位Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｉ１×Ｒ１
であり、第４の接続点Ｐ１４における電位Ｖ２は、
Ｖ２＝Ｉ２×Ｒ２
となる。よって、第３の接続点Ｐ１３と第４の接続点Ｐ１４との間の電位差は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ１×Ｒ１−Ｉ２×Ｒ２ …（１）

ここで、定電流Ｉ１と定電流Ｉ２とが互いに等しい（すなわちＩ１＝Ｉ２＝Ｉ０である）場合には、式（１）は、
Ｖ０＝Ｉ０×（Ｒ１−Ｒ２） …（２）
となる。

この回路では、誘導磁界Ｈｍが印加されたときに、電位差Ｖ０を測定することにより抵抗変化量が得られる。例えば誘導磁界Ｈｍが印加されたときに、抵抗値Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ変化量ΔＲ１，ΔＲ２だけ増加したとすると、式（２）は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０×（Ｒ１−Ｒ２）
＝Ｉ０×｛（Ｒ１＋ΔＲ１）−（Ｒ２＋ΔＲ２）｝ …（３）
となる。

本実施の形態では、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂにおける各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２が、導体４０の直線部分４１が延在する階層とは異なる同一の階層に位置しているので、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２のそれぞれと直線部分４１との距離は互いにほぼ等しい関係にある。このため、各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２に対してほぼ等しい強度の誘導磁界Ｈｍが付与される。したがって、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂは、より正確な変化量ΔＲ１，ΔＲ２を示すこととなる。

すでに述べたように、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂは誘導磁界Ｈｍによって各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すように配置されていることから、変化量ΔＲ１と変化量ΔＲ２とは互いの正負が逆の符号となる。したがって、式（３）において、誘導磁界Ｈｍが印加される前の抵抗値Ｒ１および抵抗値Ｒ２は互いに打ち消し合う一方で、変化量ΔＲ１および変化量ΔＲ２はそのまま維持される。

仮に、第１および第２のＭＲ素子５Ａ，５Ｂが全く同一の特性を有するとした場合
、すなわち、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ
かつ
ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ
であると仮定した場合、式（３）は、
Ｖ０＝Ｉ０×（Ｒ１＋ΔＲ１−Ｒ２−ΔＲ２）
＝Ｉ０×（Ｒ＋ΔＲ−Ｒ＋ΔＲ）
＝Ｉ０×（２×ΔＲ） …（４）
となる。したがって、外部磁界と抵抗変化量との関係が既知であるＭＲ素子５Ａ，５Ｂを
用いるようにすれば、誘導磁界Ｈｍの大きさを測定することができる。式（４）で表され
る電位差Ｖ０は、合成ベクトルＶ１，Ｖ２と、磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Ｂとのなす角度によ
って決まるものである。

ところで、磁化Ｊ５１Ａと合成磁界Ｈ１との角度α１と、磁化Ｊ５１Ｂと合成磁界Ｈ２との角度α２とが一致していなければ、検出対象磁界Ｈｍを測定する前段階である初期状態においてオフセット出力が生じる（式（２）においてＶ０＝０とならない）こととなる。検出対象磁界Ｈｍが印加されていない無負荷状態であっても、ＭＲ素子５Ａの抵抗値Ｒ１とＭＲ素子５Ｂの抵抗値Ｒ２との差分が零とならないからである。

本実施の形態では、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂは、異方性磁界Ｈｋ１の方向と異方性磁界Ｈｋ２の方向とが互いに一致しているうえ、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２と平行な中心軸ＣＬを回転中心として互いに回転対称な関係を有している。このため、角度α１および角度α２が実質的に同等である。さらに、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂは一括形成されたものであるので、実質的に同等の性能を有している。よって、オフセット出力は極めて小さなものとなる。

さらに、この電流センサでは、第３の接続点Ｐ１３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ１４において検出される電位Ｖ２とが差分検出器ＡＭＰに供給されて、その差分（電位差Ｖ０）が零となるような補償電流Ｉｄが出力される。差分検出器ＡＭＰからの補償電流Ｉｄは補償電流ラインＣに供給され、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂの近傍を所定の方向へ流れることにより誘導磁界Ｈｍとは逆方向の補償磁界Ｈｄを発生させる。この補償磁界Ｈｄは、回路中の接続抵抗のばらつきやＭＲ素子５Ａ，５Ｂの相互間における特性のばらつき、温度分布の偏り、あるいは外部からの妨害磁界などに起因する誤差分をキャンセルするように作用するので、結果として誘導磁界Ｈｍのみに比例した大きさに近づくこととなる。したがって、補償電流検出手段Ｓにおいて、出力電圧Ｖｏｕｔを測定し、既知の抵抗体ＲＬとの関係から補償電流Ｉｄを算出することにより、誘導磁界Ｈｍをより正確に求めることができ、ひいては検出対象電流Ｉｍの大きさを高精度に推定することができる。

以上説明したように、本実施の形態の電流センサによれば、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂにおける各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２を、導体４０の直線部分４１が延在する階層とは異なる同一の階層に配置するようにしたので、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２のそれぞれと直線部分４１との距離を全てほぼ等しくすることができる。このため、各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２に対してほぼ等しい強度の誘導磁界Ｈｍを付与することができるので、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂの抵抗値Ｒ１，Ｒ２は、より正確な変化を示すこととなり、誘導磁界Ｈｍ、ひいては検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。特に、誘導磁界Ｈｍに応じて磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｂの方向が変化する自由層５３Ａ，５３Ｂが、直線部分４１に対して互いに対応する高さ位置に存在するようにすれば、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂの抵抗値Ｒ１，Ｒ２の変化がより精密となり、よりいっそう高精度な測定が可能となる。

特に、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂをそれぞれ素子基板１１，２１に設け、基準平面としての面１０１Ｋ，１０２Ｋをそれぞれ有する集積基板１０１，１０２の面１０１Ｓ，１０２Ｓにそれら素子基板１１，２１を固定するようにしたので、面１０１Ｋ，１０２Ｋが直線部分４１と平行をなすように電流センサを配置することで、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２のそれぞれと直線部分４１との距離が等しくなるように簡便に設定することができる。

また、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂを、積層面と平行な中心軸ＣＬを中心として互いに回転対称な関係を有するようにしたので、初期状態において、磁化Ｊ５３Ａの方向と磁化Ｊ５１Ａの方向との相対角度α１と、磁化Ｊ５３Ｂの方向と磁化Ｊ５１Ｂの方向との相対角度α２とが互いに等しくなる。そのうえ、誘導磁界Ｈｍに応じて、ＭＲ素子５Ａの抵抗値Ｒ１とＭＲ素子５Ｂの抵抗値Ｒ２とが互いに逆方向の変化を示すこととなる。その結果、相対角度α１と相対角度α２との誤差に起因するオフセット出力を低減することができ、より高精度に誘導磁界Ｈｍを測定することができる。

さらに、コイル３０を設けるようにしたので、自由層５３Ａ，５３Ｂの磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｂの方向が外部からの不要な磁界（外乱磁界）によって乱された場合であっても、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂに対して異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向へリフレッシュ磁界Ｈrefを印加することができる。これにより、自由層５３Ａ，５３Ｂを飽和させ、一旦、磁化Ｊ５３Ａ，Ｊ５３Ｂを一定方向（合成磁界Ｈ１，Ｈ２の方向）へ揃えることができる。そのうえ、リフレッシュ磁界Ｈrefを印加することで、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向も安定化する。したがって、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂに対してリフレッシュ磁界Ｈrefを印加してから誘導磁界Ｈｍを検出するようにすれば、微小な検出対象電流Ｉｍであっても、高精度に、かつ安定して測定することができる。

また、本実施の形態では、同一の基体Ｓの上に一括形成した複数のＭＲ素子５の全てについて、自由層５３の磁化容易軸Ｈｋと固着層５１の磁化Ｊ５１の方向とが互いに異なるように一括して規則化を行ったのち、その基体Ｓから切り出した第１および第２のモジュール１０，２０を、中心軸ＣＬを回転中心として互いに回転対称な位置となるように固定するようにしたので、角度α１と角度α２との誤差や、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂにおける感度などの性能面での誤差を極めて低く抑えることができる。

さらに、第３の接続点Ｐ１３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ１４において検出される電位Ｖ２との差分（ＭＲ素子５Ａ，５Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）Ｖ０に基づいた補償電流Ｉｄが供給される補償電流ラインＣをさらに備え、薄膜コイル６１Ａ，６１Ｂによって誘導磁界Ｈｍとは逆方向の補償磁界ＨｄをＭＲ素子５Ａ，５Ｂに対してそれぞれ付与するようにしたので、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂ同士の特性のばらつきや回路中の接続抵抗のばらつき、あるいは温度分布などに起因した出力電圧Ｖoutの変化をキャンセルすることができ、誘導磁界Ｈｍを、より高感度かつ高精度に検出することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明における第２の実施の形態としての電流センサの構成について説明する。本実施の形態の電流センサは、第１および第２のモジュール１０，２０の構成が異なることを除き、他は第１の実施の形態の電流センサと同様である。したがって、主に第１の実施の形態の電流センサとの相違点について説明することとし、それ以外の点についての説明は適宜省略する。

図１６および図１７は、それぞれ、本実施の形態の電流センサにおける第１のモジュール１０および第２のモジュール２０の斜視構成を表す概略図である。

上記第１の実施の形態の電流センサは、２つのＭＲ素子（ＭＲ素子５Ａ，５Ｂ）と２つの定電流源（定電流源ＣＧ１，ＣＧ２）とによって構成されるものである。これに対し、本実施の形態の電流センサは、４つのＭＲ素子（ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄ）によって構成されるものである。

図１６に示したように、本実施の形態の第１のモジュール１０では、素子基板１１の上に設けられたＭＲ素子層１２が、ＭＲ素子５Ａと共にＭＲ素子５Ｃを含むように構成されている。ＭＲ素子５Ａは２つの素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２を有し、ＭＲ素子５Ｃは２つの素子パターン５０Ｃ１，５０Ｃ２を有している。素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２は、Ｙ軸に沿って互いに平行をなすように延在すると共にＸ軸に沿って互いに隣在し合うように配設され、連結部５５Ａおよび連結部５６Ａによって互いに並列接続されている。同様に、素子パターン５０Ｃ１，５０Ｃ２は、Ｙ軸に沿って互いに平行をなすように延在すると共にＸ軸に沿って互いに隣在し合うように配設され、連結部５８Ａおよび連結部５９Ａによって互いに並列接続されている。

また、薄膜コイル層１３には、ＭＲ素子５Ａに対応する薄膜コイル６１Ａと、ＭＲ素子５Ｃに対応する薄膜コイル６１ＣとがそれぞれＸＹ平面内において巻回するように設けられている。詳細には、薄膜コイル６１Ａは、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２のそれぞれと対応してＹ軸に沿って延在する巻線体部分６２Ａ，６３Ａを含んでおり、薄膜コイル６１Ｃは、素子パターン５０Ｃ１，５０Ｃ２のそれぞれと対応してＹ軸に沿って延在する巻線体部分６２Ｃ，６３Ｃを含んでいる。薄膜コイル６１Ａ，６１Ｃは、補償電流Ｉｄが供給されることで補償電流ラインＣの一部として機能するものである。

薄膜コイル層１３の上には電極膜７１Ａ〜７８Ａが設けられており、このうち、電極膜７３Ａ，７４Ａ，７７Ａ，７８Ａが、それぞれコンタクトホール（図示せず）を介して連結部５５Ａ，５６Ａ，５８Ａ，５９Ａと接続されている。また、薄膜コイル６１Ａにおける一方の端部６４Ａはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７１Ａと接続されており、他方の端部６５Ａはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７２Ａと接続されている。さらに、薄膜コイル６１Ｃにおける端部６４Ｃ，６５Ｃは、それぞれコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７５Ａ，７６Ａと接続されている。なお、−Ｙ方向へ検出対象電流Ｉｍが流れる場合、補償電流Ｉｄが、薄膜コイル６１Ａの内部を端部６４Ａから端部６５Ａへ向かって流れ、薄膜コイル６１Ｃの内部を端部６５Ｃから端部６４Ｃへ向かって流れるようになっている。

一方、本実施の形態の第２のモジュール２０では、図１７に示したように、素子基板２
１の上に設けられたＭＲ素子層２２が、ＭＲ素子５Ｂと共にＭＲ素子５Ｄを含むように構
成されている。また、薄膜コイル層２３には、ＭＲ素子５Ｂに対応する薄膜コイル６１Ｂ
と共にＭＲ素子５Ｄに対応する薄膜コイル６１ＤがＸＹ平面内において巻回するように設けられている。ＭＲ素子５Ｂは、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２に対応する素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２を有しており、それらは連結部５５Ｂおよび連結部５６Ｂによって並列接続されている。一方、ＭＲ素子５Ｄは、素子パターン５０Ｃ１，５０Ｃ２に対応する素子パターン５０Ｄ１，５０Ｄ２を有しており、それらは連結部５８Ｂおよび連結部５９Ｂによって並列接続されている。また、薄膜コイル６１Ｂは、素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２のそれぞれと対応してＹ軸に沿って延在する巻線体部分６２Ｂ，６３Ｂを含んでおり、薄膜コイル６１Ｄは、素子パターン５０Ｄ１，５０Ｄ２のそれぞれと対応してＹ軸に沿って延在する巻線体部分６２Ｄ，６３Ｄを含んでいる。薄膜コイル６１Ｂ，６１Ｄは、補償電流Ｉｄが供給されることで補償電流ラインＣの一部として機能するものである。

さらに、薄膜コイル層２３の上には電極膜７１Ｂ〜７８Ｂが設けられており、このうち、電極膜７３Ｂ，７４Ｂ，７７Ｂ，７８Ｂが、それぞれコンタクトホール（図示せず）を介して連結部５５Ｂ，５６Ｂ，５８Ｂ，５９Ｂと接続されている。また、薄膜コイル６１Ｂにおける一方の端部６４Ｂはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７１Ｂと接続されており、他方の端部６５Ｂはコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７２Ｂと接続されている。さらに、薄膜コイル６１Ｄにおける端部６４Ｄ，６５Ｄは、それぞれコンタクトホール（図示せず）を介して電極膜７５Ｄ，７６Ｄと接続されている。なお、−Ｙ方向へ検出対象電流Ｉｍが流れる場合、補償電流Ｉｄが、薄膜コイル６１Ｂの内部を端部６４Ｂから端部６５Ｂへ向かって流れ、薄膜コイル６１Ｄの内部を端部６５Ｄから端部６４Ｄへ向かって流れるようになっている。

本実施の形態のＭＲ素子５Ａ，５Ｃにおける素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｃ１，５０Ｃ２は、上記第１の実施の形態におけるＭＲ素子５Ａの素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２と全く同じ構成である。同様に、本実施の形態のＭＲ素子５Ｂ，５Ｄにおける素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｄ１，５０Ｄ２は、上記第１の実施の形態におけるＭＲ素子５Ｂの素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２と全く同じ構成である。すなわち、ＭＲ素子５ＡとＭＲ素子５Ｃとは互いに等価な関係にあり、ＭＲ素子５ＢとＭＲ素子５Ｄとは互いに等価な関係にある。したがって、ＭＲ素子５Ａ，５Ｃは、ＭＲ素子５Ｂ，５Ｄに対して中心軸ＣＬを中心とした回転対称な関係にある。このような構成により、導体４０に検出対象電流Ｉｍが流れ、誘導磁界Ｈｍが発生すると、ＭＲ素子５ＡおよびＭＲ素子５Ｃは互いに同じ挙動を示し、ＭＲ素子５ＢおよびＭＲ素子５Ｄは、いずれもＭＲ素子５ＡおよびＭＲ素子５Ｃと逆の挙動を示すこととなる。

ここで、素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｃ１，５０Ｃ２は、中心軸から互いに等しい距離に位置することが望ましい。これにより、それらの各素子パターンに対してより均質な誘導磁界Ｈｍを付与することができ、いっそう高精度な測定が可能となるからである。

この電流センサの製造方法は、上記第１の実施の形態とほぼ同様である。

具体的には、まず、シリコンウェハなどの基体の表面に複数のＭＲ素子を一括して形成したのち、ＭＲ素子５を２つずつ含むようにその基体を複数に分割する（切り分ける）ことで、図１６に示した第１のモジュール１０と、図１７に示した第２のモジュール２０とを取り出す。得られた第１および第２のモジュール１０，２０を、それぞれ集積基板１０１，１０２に貼り付けたのち、中心軸ＣＬを回転中心として互いに回転対称な位置となるように、第１のモジュール１０が固定された集積基板１０１と第２のモジュール２０が固定された集積基板１０２とを、スペーサ１０３，１０４を介して貼り付ける。その際、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄの各素子パターンが同一の階層となるようにする。

最後に、一体化された集積基板１０１，１０２の周囲を巻回するようにコイル３０（図１参照）を設けるなど、所定の工程を経ることで本実施の形態の電流センサが完成する。

また、本実施の形態の電流センサの回路構成は図１８に示した通りである。ここでは、ＭＲ素子５ＡおよびＭＲ素子５Ｂの一端同士が第１の接続点Ｐ１１において接続され、ＭＲ素子５ＣおよびＭＲ素子５Ｄの一端同士が第２の接続点Ｐ１２において接続され、ＭＲ素子５Ａの他端とＭＲ素子５Ｄの他端とが第３の接続点Ｐ１３において接続され、ＭＲ素子５Ｂの他端とＭＲ素子５Ｃの他端とが第４の接続点Ｐ１４において接続されることにより、ブリッジ回路が構成されている。

この電流センサでは、誘導磁界Ｈｍの変化に応じて、ＭＲ素子５Ｃ，５Ｄが、それぞれ、ＭＲ素子５Ａ，５Ｂと全く同様の挙動を示す。図１８において、第１の接続点Ｐ１１と第２の接続点Ｐ１２との間に所定の電圧を印加した際の定電流をＩ０とし、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄの抵抗値をそれぞれＲ１〜Ｒ４とする。誘導磁界Ｈｍが印加されていない場合、第２の接続点Ｐ１２と第１の接続点Ｐ１１との電位差Ｖは、
Ｖ＝Ｉ１×Ｒ４＋Ｉ１×Ｒ１＝Ｉ２×Ｒ３＋Ｉ２×Ｒ２
＝Ｉ１×（Ｒ４＋Ｒ１）＝Ｉ２×（Ｒ３＋Ｒ２） …（５）
と表すことができる。また、第３の接続点Ｐ１３における電位Ｖ１および第４の接続点Ｐ１４における電位Ｖ２は、それぞれ、
Ｖ１＝Ｖ−Ｖ４
＝Ｖ−Ｉ１×Ｒ４
Ｖ２＝Ｖ−Ｖ３
＝Ｖ−Ｉ２×Ｒ３
と表せる。よって、第３の接続点Ｐ１３と第４の接続点Ｐ１４との間の電位差Ｖ０は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝（Ｖ−Ｉ１×Ｒ４）−（Ｖ−Ｉ２×Ｒ３）
＝Ｉ２×Ｒ３−Ｉ１×Ｒ４ …（６）
ここで、（５）式から
Ｖ０＝｛Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ２）｝×Ｖ−｛Ｒ４／（Ｒ４＋Ｒ１）｝×Ｖ
＝｛Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ２）−Ｒ４／（Ｒ４＋Ｒ１）｝×Ｖ …（７）
となる。このブリッジ回路では、誘導磁界Ｈｍが印加されたときに、上記の式（７）で示された第３および第４の接続点Ｐ１３，Ｐ１４間の電圧Ｖ０を測定することにより、抵抗変化量が得られる。誘導磁界Ｈｍが印加されたときに、抵抗値Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ変化量ΔＲ１〜ΔＲ１だけ増加したとすると、すなわち、抵抗値Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ、
Ｒ１→Ｒ１＋ΔＲ１
Ｒ２→Ｒ２＋ΔＲ２
Ｒ３→Ｒ３＋ΔＲ３
Ｒ４→Ｒ４＋ΔＲ４
のように変化したとすると、検出対象磁界Ｈｍを印加したのちは、式（７）より、
Ｖ０＝｛（Ｒ３＋ΔＲ３）／（Ｒ３＋ΔＲ３＋Ｒ２＋ΔＲ２）−（Ｒ４＋ΔＲ４）／（Ｒ４＋ΔＲ４＋Ｒ１＋ΔＲ１）｝×Ｖ …（８）
となる。すでに述べたように、この電流センサでは、ＭＲ素子５Ａ，５Ｃの抵抗値Ｒ１，Ｒ３とＭＲ素子５Ｂ，５Ｄの抵抗値Ｒ２，Ｒ４とが逆方向に変化するので、変化量ΔＲ３と変化量ΔＲ２とが打ち消し合うと共に変化量ΔＲ４と変化量ΔＲ１とが打ち消し合うこととなる。このため、誘導磁界Ｈｍの印加前後を比較した場合、式（８）の各項における分母の増加はほとんど無い。一方、各項の分子については、変化量ΔＲ３と変化量ΔＲ４とは必ず反対の符号を有するので、打ち消し合うことなく増減が現れることとなる。誘導磁界Ｈｍが印加されることにより、ＭＲ素子５Ｂ，５Ｄでは、抵抗値は変化量ΔＲ２，ΔＲ４（ΔＲ２，ΔＲ４＜０）の分だけそれぞれ変化する（実質的に低下する）一方で、ＭＲ素子５Ａ，５Ｃでは、抵抗値は変化量ΔＲ１，ΔＲ３（ΔＲ１，ΔＲ３＞０）の分だけそれぞれ変化する（実質的に増加する）からである。

本実施の形態では、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄにおける各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｃ１，５０Ｃ２，５０Ｄ１，５０Ｄ２の全てが、導体４０の直線部分４１が延在する階層とは異なる同一の階層に位置しているので、各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｃ１，５０Ｃ２，５０Ｄ１，５０Ｄ２に対してほぼ等しい強度の誘導磁界Ｈｍが付与される。したがって、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄは、より正確な変化量ΔＲ１，ΔＲ２，ΔＲ３，ΔＲ４を示すこととなる。

特に、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄは、一括して形成されたものであり、同一の特性を有するので、すなわち、
Ｒ＝Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４
かつ
ΔＲ＝ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ３＝−ΔＲ４
であるので、式（８）は、
Ｖ０＝｛（Ｒ＋ΔＲ）／（２Ｒ）−（Ｒ−ΔＲ）／（２Ｒ）｝×Ｖ
＝（ΔＲ／Ｒ）×Ｖ
となる。

このように、外部磁界と抵抗変化量との関係が既知であるＭＲ素子５Ａ〜５Ｄを用いるようにすれば、誘導磁界Ｈｍの大きさを測定することができ、その誘導磁界Ｈｍを派生する検出対象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。

さらに、この電流センサでは、上記第１の実施の形態と同様、第３の接続点Ｐ１３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ１４において検出される電位Ｖ２とが差分検出器ＡＭＰに供給されて、その差分（電位差Ｖ０）が零となるような補償電流Ｉｄが出力される。差分検出器ＡＭＰからの補償電流Ｉｄは補償電流ラインＣに供給され、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄの近傍を所定の方向へ流れることにより誘導磁界Ｈｍとは逆方向の補償磁界Ｈｄを発生するようになっている。

以上説明したように、本実施の形態の電流センサによれば、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄにおける各素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２，５０Ｃ１，５０Ｃ２，５０Ｄ１，５０Ｄ２の全てを、導体４０の直線部分４１が延在する階層とは異なる同一の階層に配置するようにしたので、誘導磁界Ｈｍ、ひいては検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。特に、自由層が、直線部分４１に対して互いに対応する高さ位置に存在するようにすれば、ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄの抵抗値Ｒ１〜Ｒ４の変化がより精密となり、よりいっそう高精度な測定が可能となる。

以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば上記第１の実施の形態では、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２の方向が互いに一致するようにＭＲ素子５Ａ，５Ｂを配置するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１９に示したように、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２が中心軸ＣＬから外れていてもよい。但し、異方性磁界Ｈｋ１の方向や磁化Ｊ５１Ａの方向などが異方性磁界Ｈｋ２の方向や磁化Ｊ５１Ｂの方向などと中心軸ＣＬを中心として互いに回転対称な関係となっていることが望ましい。この場合、中心軸ＣＬに沿ってリフレッシュ磁界Ｈrefを印加することで初期状態が得られ、オフセット出力電圧を実質的に零とすることができる。なお、中心軸ＣＬは、異方性磁界Ｈｋ１，Ｈｋ２、磁化Ｊ５１Ａ，Ｊ５１Bおよび交換結合磁界Ｈin１，Hin２の各ベクトルを全て含む面（通常は積層面）と平行な軸とする。

また、上記実施の形態では、保持部材として平板状のプリント回路基板である集積基板１０１，１０２を例示して説明したが、これに限定されるものではない。例えば柔軟性を有するフレキシブル基板を保持部材として用いることもできる。また、上記実施の形態では、図１に示したように磁気抵抗効果素子が形成された素子基板を集積基板１０１，１０２の中央付近に配置するようにしたが、その配置に限定されるものではない。すなわち、図１では中心軸ＣＬを集積基板１０１，１０２のＸ軸方向の中心位置としたが、中心軸ＣＬがどちらかに偏っていてもよい。また、集積基板１０１，１０２には、磁気抵抗効果素子以外の他のデバイスが設けられていてもよい。さらに、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子５Ａ〜５Ｄ）、補償電流ライン（薄膜コイル６１Ａ〜６１Ｄ）、素子基板（素子基板１１，２１）および保持部材（集積基板１０１，１０２）の相互の寸法比についても各図に示したものに限定されない。

本発明における第１の実施の形態としての電流センサの構成を示す部分破断図である。 図１に示した電流センサの分解斜視図である。 図１に示した電流センサの側面図および断面図である。 図１に示した第１のモジュール１０の構成を示す分解斜視図である。 図１に示した第１のモジュール１０の構成を示す断面図である。 図１に示した第２のモジュール２０の構成を示す分解斜視図である。 図１に示した第２のモジュール２０の構成を示す断面図である。 図１に示した第１のモジュール１０の要部である素子パターン５０Ａ１，５０Ａ２の構成を示す分解斜視図である。 図１に示した第２のモジュール２０の要部である素子パターン５０Ｂ１，５０Ｂ２の構成を示す分解斜視図である。 図８に示した素子パターンにおける磁化の向きおよび磁界の向きの関係を説明する説明図である。 図１に示した電流センサの回路構成を示す回路図である。 図１に示した第１および第２のモジュール１０，２０における補償電流Ｉｄの向きと補償磁界Ｈｄの向きとの関係を説明する説明図である。 図１に示した電流センサの製造方法を説明するための一工程を表す断面図である。 図１３に続く一工程を説明するための断面図である。 図１４に続く一工程を説明するための上面図である。 本発明における第２の実施の形態としての電流センサの要部構成を示す分解斜視図である。 本発明における第２の実施の形態としての電流センサの他の要部構成を示す分解斜視図である。 第２の実施の形態としての電流センサの回路構成を示す回路図である。 第１の実施の形態の変形例としての電流センサの要部における磁化の向きおよび磁界の向きの関係を説明する説明図である。

符号の説明

１，２…電流センサ、１０…第１のモジュール、１１，２１…素子基板、１２，２２…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子層、１３，２３…薄膜コイル層、２０…第２のモジュール、３０…コイル、４０…導体、４１…直線部分、５Ａ，５Ｂ…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２…素子パターン、１０１，１０２…集積基板、ＣＧ１，ＣＧ２…定電流源、ＣＬ…中心軸、ＰＬ…直交軸、β１，β２…角度。

Claims (24)

1. 検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置され、前記検出対象電流を検出する電流センサであって、
   一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、非磁性の中間層と、前記誘導磁界に応じて磁化方向が変化すると共に前記固着層の磁化方向と異なる方向の異方性磁界を発現する自由層とを含む積層構造をそれぞれ有する第１および第２の磁気抵抗効果素子を備え、
   前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における各積層構造が同一階層に設けられ、
   前記第１の磁気抵抗効果素子の積層構造と、前記第２の磁気抵抗効果素子の積層構造とは、それらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または前記回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係にあり、
   前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値とが前記誘導磁界に応じて互いに逆方向に変化する
   ことを特徴とする電流センサ。
2. 前記中心軸の方向は、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の双方における自由層の異方性磁界の方向と一致している
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における各自由層がいずれも同一階層に位置する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記第１および第２の磁気抵抗効果素子を支持する支持部材をさらに備え、
   前記支持部材は、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における各積層構造の積層面と平行であり、かつ、外側に面した基準平面を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。
5. 前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ異なる素子基板に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。
6. 前記第１の磁気抵抗効果素子が形成された素子基板は、対向配置された一対の支持部材における一対の対向面のうちの一方に設けられ、
   前記第２の磁気抵抗効果素子が形成された素子基板は、前記一対の対向面のうちの他方に設けられている
   ことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記一対の支持部材は、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子における各積層構造の積層面と平行であり、かつ、外側に面した基準平面を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに対し、互いに等しい値の定電流を供給する第１および第２の定電流源と、
   前記定電流によって前記第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれに生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器と
   を備えた
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサ。
9. 前記電圧降下の差分に応じた補償電流が流れることにより、前記検出対象電流に基づいて前記第１および第２の磁気抵抗効果素子に印加される各誘導磁界とは逆方向の補償磁界を前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の各々に付与するように構成された補償電流ラインをさらに備えた
   ことを特徴とする請求項８に記載の電流センサ。
10. 前記異方性磁界の方向に沿ったバイアス磁界を前記第１および第２の磁気抵抗効果素子に対して印加するバイアス磁界印加手段を備えた
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電流センサ。
11. 検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置され、前記検出対象電流を検出する電流センサであって、
    一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、非磁性の中間層と、前記誘導磁界に応じて磁化方向が変化すると共に前記固着層の磁化方向と異なる方向の異方性磁界を発現する自由層とを含む積層構造をそれぞれ有する第１から第４の磁気抵抗効果素子を備え、
    前記第１から第４の磁気抵抗効果素子における各積層構造が同一階層に設けられ、
    前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造は、互いに等価な関係にあり、
    前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造は、互いに等価な関係にあり、
    前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の各積層構造と、前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の各積層構造とは、それらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または前記回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係にあり、
    前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値とが、前記誘導磁界に応じて互いに同方向に変化し、
    前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の抵抗値が、前記誘導磁界に応じて前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値と逆方向に変化する
    ことを特徴とする電流センサ。
12. 前記第１から第４の磁気抵抗効果素子は、前記回転中心軸から互いに等しい距離に位置する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電流センサ。
13. 前記中心軸の方向は、前記第１から第４の磁気抵抗効果素子の全てにおける自由層の異方性磁界の方向と一致している
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電流センサ。
14. 前記第１から第４の磁気抵抗効果素子における各自由層が全て同一階層に位置する
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の電流センサ。
15. 前記第１から第４の磁気抵抗効果素子を支持する支持部材をさらに備え、
    前記支持部材は、前記第１から第４の磁気抵抗効果素子における各積層構造の積層面と平行であり、かつ、外側に面した基準平面を有する
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の電流センサ。
16. 前記第１および第３の磁気抵抗効果素子は第１の素子基板に形成され、前記第２および第４の磁気抵抗効果素子は前記第１の素子基板とは異なる第２の素子基板に形成されている
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の電流センサ。
17. 前記第１の素子基板は、対向配置された一対の支持部材における一対の対向面のうちの一方に設けられ、
    前記第２の素子基板は、前記一対の対向面のうちの他方に設けられている
    ことを特徴とする請求項１６に記載の電流センサ。
18. 前記一対の支持部材は、前記第１から第４の磁気抵抗効果素子における各積層構造の積層面と平行であり、かつ、外側に面した基準平面を有する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の電流センサ。
19. 前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、前記第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、前記第２の磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されてなるブリッジ回路と、
    前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に電圧が印加されたときに生ずる前記第３の接続点と前記第４の接続点との間の電位差に応じて流れる補償電流により、前記検出対象電流に基づいて前記第１から第４の磁気抵抗効果素子に印加される各誘導磁界とは逆方向の補償磁界を前記第１から第４の磁気抵抗効果素子の各々に付与するように構成された補償電流ラインと
    をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれか１項に記載の電流センサ。
20. 前記異方性磁界の方向に沿ったバイアス磁界を前記第１から第４の磁気抵抗効果素子に対して印加するバイアス磁界印加手段を備えた
    ことを特徴とする請求項１１から請求項１９のいずれか１項に記載の電流センサ。
21. 前記バイアス磁界印加手段は、コイルからなる
    ことを特徴とする請求項１０または請求項２０に記載の電流センサ。
22. 前記固着層の磁化方向は、前記固着層および自由層の間に生ずる交換結合磁界と前記自由層の異方性磁界との合成磁界の方向と直交している
    ことを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の電流センサ。
23. 検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置され、前記検出対象電流を検出する電流センサを製造する方法であって、
    一の基体上に、一定方向の異方性磁界を発現すると共に前記誘導磁界に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層と、非磁性の中間層と、前記第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第２の強磁性層とを順に積層してなる積層構造をそれぞれ含む複数の磁気抵抗効果素子を一括して形成する工程と、
    前記複数の磁気抵抗効果素子の全てについて、前記異方性磁界の方向と異なる方向となるように前記第２の強磁性層の磁化方向を一括して設定する工程と、
    前記基体を前記磁気抵抗効果素子ごとに複数に分割することで、それぞれ１つの前記磁気抵抗効果素子が設けられた第１および第２の素子基板を取り出す工程と、
    前記第１および第２の素子基板を、前記磁気抵抗効果素子における各積層構造が同一階層に位置し、前記第１の素子基板における積層構造と前記第２の素子基板における積層構造とがそれらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または前記回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係となり、かつ、前記誘導磁界に応じて前記第１の素子基板における磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記第２の素子基板における磁気抵抗効果素子の抵抗値とが互いに逆方向の変化を示すように配置する工程と
    を含むことを特徴とする電流センサの製造方法。
24. 検出対象電流の供給により誘導磁界を発生する導体の近傍に配置され、前記検出対象電流を検出する電流センサを製造する方法であって、
    一の基体上に、一定方向の異方性磁界を発現すると共に前記誘導磁界に応じて磁化方向が変化する第１の強磁性層と、非磁性の中間層と、前記第１の強磁性層よりも大きな保磁力を有する第２の強磁性層とを順に積層してなる積層構造をそれぞれ含む複数の磁気抵抗効果素子を一括して形成する工程と、
    前記複数の磁気抵抗効果素子の全てについて、前記異方性磁界の方向と異なる方向となるように前記第２の強磁性層の磁化方向を一括して設定する工程と、
    前記基体を複数に分割することで、２つの前記磁気抵抗効果素子を各々含む第１および第２の素子モジュールを形成する工程と、
    前記第１および第２の素子モジュールを、それらの素子モジュールに含まれる４つの磁気抵抗効果素子における各積層構造が同一階層に位置し、前記第１の素子モジュールにおける積層構造と前記第２の素子モジュールにおける積層構造とがそれらの積層面と平行な軸を回転中心軸とする回転移動または前記回転移動と平行移動とにより互いに重なり合うような関係となり、かつ、前記誘導磁界に応じて前記第１の素子モジュールにおける磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記第２の素子モジュールにおける磁気抵抗効果素子の抵抗値とが互いに逆方向の変化を示すように配置する工程と
    を含むことを特徴とする電流センサの製造方法。

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