磁気センサ
【課題】 強磁場耐性を向上させた磁気センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 素子連設体１７，１８，５２，５３を備える。各素子連設体では、素子部へ供給されるバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２の方向が、隣り合う素子部で逆向きとなるように各バイアス層が配置されるとともに、平面視にて前記軟磁性体と重なり面積の大きい前記バイアス層を両側に配置した前記素子部と、前記重なり面積がゼロの前記バイアス層を両側に配置した前記素子部とが並んでいる。Ｐ１，Ｐ２は感度軸方向である。第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直列に接続された磁気抵抗効果素子と、第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子とを備える。
【解決手段】 素子連設体１７，１８，５２，５３を備える。各素子連設体では、素子部へ供給されるバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２の方向が、隣り合う素子部で逆向きとなるように各バイアス層が配置されるとともに、平面視にて前記軟磁性体と重なり面積の大きい前記バイアス層を両側に配置した前記素子部と、前記重なり面積がゼロの前記バイアス層を両側に配置した前記素子部とが並んでいる。Ｐ１，Ｐ２は感度軸方向である。第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直列に接続された磁気抵抗効果素子と、第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁場耐性に優れた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれる地磁気を検知する地磁気センサとして使用できる。
【０００３】
しかしながら素子部にバイアス磁界を供給するためのバイアス層を備える磁気センサでは、外部から非常に強い磁界が作用すると、印加磁界除去後に、出力（中点電位差）が変動する不具合が生じた。強磁場の作用により、バイアス層の着磁が破壊されたり揺らぎやすくなるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２５１３８号公報
【特許文献２】特開平９−１０５６３０号公報
【特許文献３】特開平７−３２４９３３号公報
【特許文献４】特開平７−３２４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、強磁場耐性を向上させた磁気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における磁気センサは、
磁性層と非磁性層とが積層されて成る磁気抵抗効果を発揮する複数の素子部と、
各素子部のＸ１−Ｘ２方向の両側に配置されたバイアス層と、
各素子部の前記Ｘ１−Ｘ２方向と直交するＹ１−Ｙ２方向の両側に配置され、各素子部及び各バイアス層と非接触の軟磁性体と、を有し、
各素子部の感度軸方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、
各バイアス層の着磁方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、各バイアス層から各素子部にＸ１−Ｘ２方向へのバイアス磁界が供給されるように、各バイアス層が構成されており、
各素子部の前記Ｙ１−Ｙ２方向の両側に配置された各軟磁性体は、前記Ｘ１−Ｘ２方向からの外部磁界が作用したときに、前記外部磁界を略Ｙ１−Ｙ２方向に変換して前記素子部に供給できるように構成されており、
複数の前記素子部は、前記Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を空けて配置され、前記Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う各素子部に接続された前記バイアス層間が導電層にて接続されて素子連設体を構成しており、
第１の素子連設体、第２の素子連設体、第３の素子連設体、及び第４の素子連設体を備え、
前記第１の素子連設体と前記第４の素子連設体は、前記素子部、前記バイアス層、前記軟磁性体及び前記導電層の並びが同じであり、
前記第２の素子連設体と前記第３の素子連設体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体と、前記素子部、前記バイアス層及び前記導電層の並びが同じであるが前記軟磁性体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する前記軟磁性体に対し前記Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた並びであり、
各素子連設体では、前記素子部へ供給されるバイアス磁界の方向が、隣り合う前記素子部で逆向きとなるように各バイアス層が配置されるとともに、平面視にて前記軟磁性体と重なり面積の大きい前記バイアス層を両側に配置した前記素子部と、前記重なり面積の小さい、あるいは前記重なり面積がゼロの前記バイアス層を両側に配置した前記素子部とが交互に並んでおり、
前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体における前記外部磁界の変換方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記外部磁界の変換方向に対して逆方向であり、
前記第１の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記感度軸方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記感度軸方向に対して逆方向とされており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子とが出力部を介して直列接続されていることを特徴とするものである。これにより、強磁場耐性を向上させることができる。
【０００７】
本発明では、前記第１の磁気抵抗効果素子は入力部、前記第２の磁気抵抗効果素子はグランドに夫々接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子との間が第１の出力部を介して直列接続されており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第４の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第３の磁気抵抗効果素子との間が第２の出力部を介して直列接続され、前記第３の磁気抵抗効果素子が前記入力部に、前記第４の磁気抵抗効果素子が前記グランドに接続されて、ブリッジ回路が構成されていることが好ましい。
【０００８】
また本発明では、各素子連設体は、反強磁性層と固定磁性層とが積層された部分を備え、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層とは積層構造が異なり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされていることが好ましい。
【０００９】
あるいは本発明では、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層及と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層とは同じ積層構造のセルフピン止め型であり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の磁気センサによれば、強磁場耐性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態における磁気センサの概略図（平面図）、
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態における第１の素子連設体〜第４の素子連設体の各構造を示す平面図、
【図３】（ａ）は、第１の素子連設体、及び第４の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、（ｂ）は、第２の素子連設体、及び第３の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、
【図４】図１のＩＶの箇所を拡大して示す磁気センサの部分拡大平面図、
【図５】（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、
【図６】図５と異なる素子部の構造であり、（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、
【図７】図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気センサの部分拡大縦断面図、
【図８】比較例における磁気センサの概略図（平面図）、
【図９】（ａ）（ｂ）は、比較例の磁気センサを構成する素子連設体の構造を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施形態における磁気センサの概略図（平面図）、図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態における第１の素子連設体〜第４の素子連設体の各構造を示す平面図、図３（ａ）は、第１の素子連設体、及び第４の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、図３（ｂ）は、第２の素子連設体、及び第３の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、図４は、図１のＩＶの箇所を拡大して示す磁気センサの部分拡大平面図、図５（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図５（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図６は、図５と異なる素子部の構造であり、図６（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図６（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図７は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気センサの部分拡大縦断面図、である。
【００１３】
本実施形態における磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサＳは、例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサとして構成される。
【００１４】
各図に示すＸ１−Ｘ２方向、及びＹ１−Ｙ２方向は水平面内にて直交する２方向を示し、Ｚ方向は前記水平面に対して直交する方向を示している。
【００１５】
図１に示すように磁気センサＳは、磁気抵抗効果素子の形成領域１３がその中心１３ａからＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向により４つの領域に分けられており、各領域内に第１の磁気抵抗効果素子１、第２の磁気抵抗効果素子２、第３の磁気抵抗効果素子３、第４の磁気抵抗効果素子４が形成されている。なお各磁気抵抗効果素子１〜４は、後述するように、素子部、バイアス層、導電層が連なってミアンダ形状で形成されるが、図１では、各磁気抵抗効果素子１〜４内の形状を省略して図示している。
【００１６】
図１示すように第１の磁気抵抗効果素子１及び第３の磁気抵抗効果素子３は入力端子（Ｖｄｄ）５に接続されている。また、第２の磁気抵抗効果素子２及び第４の磁気抵抗効果素子４はグランド端子（ＧＮＤ）６に接続されている。また、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２との間には第１の出力端子（Ｖ１）７が接続されている。また、第３の磁気抵抗効果素子３と第４の磁気抵抗効果素子４との間には第２の出力端子（Ｖ２）８が接続されている。このように第１の磁気抵抗効果素子１、第２の磁気抵抗効果素子２、第３の磁気抵抗効果素子３及び第４の磁気抵抗効果素子４によりブリッジ回路が構成されている。
【００１７】
各磁気抵抗効果素子１〜４は、複数の素子部と、各素子部の両側に接続されたバイアス層（永久磁石層）と、各素子部及び各バイアス層と非接触の複数の軟磁性体と、前記バイアス層間を接続する導電層とを有する素子連設体を備えて構成される。
【００１８】
本実施形態では、前記素子連設体は、第１の素子連設体、第２の素子連設体、第３の素子連設体及び第４の素子連設体を備える。
【００１９】
以下、第１の素子連設体の構造を中心に説明し、第２の素子連設体、第３の素子連設体及び第４の素子連設体については、第１の素子連設体と異なる部分について説明する。
【００２０】
（第１の素子連設体の構造について）
図２（ａ）に第１の素子連設体１７の平面図を示す。なお、図２、図３、図４に示す各図は、いずれも図７に示す絶縁層２２を透視した図としている。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、第１の素子連設体１７を構成する各第１の素子部９のＸ１−Ｘ２方向の両側に一対のバイアス層１０，１０が配置されている。各バイアス層（永久磁石層）１０，１０は、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ等で形成される。
【００２２】
図７に示すように各素子部９は基板１５表面の絶縁下地層１９上に形成される。また図７に示すように、素子部９及びバイアス層１０上には絶縁層２２が形成されており、平坦化された絶縁層２２上に各軟磁性体１２が形成されている。バイアス層１０は、素子部９と同様に絶縁下地層１９上に形成されてもよいが限定されるものでない。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、第１の素子部９は、さらにバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２の方向が逆方向となる第１の素子部９Ａと第１の素子部９Ｂとに区分けされる。
【００２４】
図２（ａ）に示すように第１の素子部９ＡのＸ１側には第１のバイアス層１０Ａが接続され、Ｘ２側には第２のバイアス層１０Ｂが接続されている。各バイアス層１０Ａ，１０Ｂはともに、略三角形状で形成され、第１のバイアス層１０Ａと第２のバイアス層１０Ｂとでは、互いに１８０°反転させた形態となっている。
【００２５】
図２（ａ）に示すように第１の素子部９ＢのＸ１側には第２のバイアス層１０Ｂが接続され、Ｘ２側には第１のバイアス層１０Ａが接続されている。このように、第１の素子部９Ｂに接続されるバイアス層１０Ａ，１０Ｂの配置は、第１の素子部９Ａに対するバイアス層１０Ａ，１０Ｂの配置に対して反対になっている。
【００２６】
よって、各バイアス層１０が、例えばＹ２方向に着磁されているとき、各バイアス層１０の間に略Ｘ１−Ｘ２方向のバイアス磁界が生じ、第１の素子部９ＡにはＸ１方向に向く第１のバイアス磁界Ｂ１が作用し、第１の素子部９ＢにはＸ２方向に向く第２のバイアス磁界Ｂ２が作用する。なお、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す全てのバイアス層１０の着磁方向は全て同一方向である。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、第１のバイアス層１０Ａ及び第２のバイアス層１０Ｂには夫々、各素子部９と接する側面にＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の両方向に対して傾斜する傾斜面２０が形成されている。また傾斜面２０の反対側の側面も傾斜面２１となっている。各バイアス層１０の素子部９と接する側の側面を傾斜面２０とすることで、各素子部９に各バイアス層１０の着磁方向（Ｙ１−Ｙ２）に対して直交する方向からバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２を適切に供給することが可能になる。反対側の傾斜面２１は必ずしも必要ではない。すなわち傾斜面２１でなく例えばＹ１−Ｙ２方向に直線状に延びる側面であってもよい。ただし反対側も傾斜面２１とすれば、第１のバイアス層１０Ａについては、第１の素子部９Ａ及び第１の素子部９Ｂのどちらに対しても同形状にできるし、また第２のバイアス層１０Ｂに対しては、第１のバイアス層１０Ａを１８０°回転させた形状とすればよく、このため、バイアス層１０の形状を二パターンにできる。したがってバイアス層１０を形成する製造過程で使用されるマスクパターンも簡単に済み好適である。また反対側も傾斜面２１とすれば、各バイアス層１０の形状をより小さくすることができる。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、隣り合う素子部９に接続されるバイアス層１０間が導電層１６を介して電気的に接続されており、これによりＸ１−Ｘ２方向に延びる第１の素子連設体１７が構成される。導電層１６は非磁性の導電材料で構成され、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の非磁性導電材料で形成される。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、第１の素子連設体１７に設けられた各軟磁性体１２は、Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う一方の素子部９に対して平面視にてＹ１側に対向するＹ１側端部１２ａと、他方の素子部９に対して平面視にてＹ２側に対向するＹ２側端部１２ｂと、Ｙ１側端部１２ａとＹ２側端部１２ｂ間を繋ぐ接続部１２ｃとを有して構成される。Ｙ１側端部１２ａ、Ｙ２側端部１２ｂ及び接続部１２ｃは一体に形成される。図７に示すように、軟磁性体１２の各Ｙ１側端部１２ａ及びＹ２側端部１２ｂは第１の素子部９と非接触であり、軟磁性体１２と第１の素子部９との間で外部磁界Ｈ２が作用する。
【００３０】
図２（ａ）に示すようにＹ１側端部１２ａ及びＹ２側端部１２ｂはＸ１−Ｘ２方向に平行に延びて形成されているが、接続部１２ｃはＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の両方向に対して斜め方向に形成されている。
【００３１】
図２に示すように、第１の素子連設体１７に形成される各軟磁性体１２は全て同じ形状で形成される。
【００３２】
図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７を構成する第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）は、Ｙ２方向である。
【００３３】
図３（ａ）は、図２（ａ）の第１の素子連設体１７の一部を拡大した部分拡大平面図である。図３（ａ）に示すように、外部磁界Ｈ１がＸ２方向に向けて作用したとき、外部磁界Ｈ１は、軟磁性体１２内、及び軟磁性体１２，１２間を通り、図３（ａ）に示す矢印の磁路Ｍ１を形成する。このとき、図３（ａ）に示すように、各素子部９に対してＹ２側に位置する軟磁性体１２のＹ２側端部１２ｂと、各素子部９に対してＹ１側に位置する軟磁性体１２のＹ１側端部１２ａ間で、略Ｙ１方向への外部磁界Ｈ２が漏れ、この外部磁界Ｈ２が素子部９に作用する（図７も参照）。
【００３４】
このようにＸ２方向の外部磁界Ｈ１は、軟磁性体１２によりＹ１方向に変換されて素子部９に作用する。
【００３５】
上記したように、各第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）は、Ｙ２方向であるから、各第１の素子部９にＹ１方向の外部磁界Ｈ２が作用することで電気抵抗値は増大する。
【００３６】
（第２の素子連設体の構造について）
図２（ｂ）は第２の素子連設体１８の平面図である。図２（ｂ）の第２の素子連設体１８は、第１の素子連設体１７と異なって、感度軸方向（Ｐ２）がＹ１方向に向く第２の素子部５０を備える。なお第２の素子部５０及びバイアス層１０、並びに導電層１６の配置は、第１の素子連設体１７と同じであるが、第２の素子連設体１８を構成する軟磁性体５１は、図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７を構成する軟磁性体１２を、Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた形状である。したがって図３（ｂ）に示すように、Ｘ２方向に外部磁界Ｈ１が作用すると、軟磁性体５１内には、図３（ｂ）に示す矢印の磁路Ｍ２が形成され、このとき、各第２の素子部５０に対してＹ２側に位置する軟磁性体５１のＹ１側端部５１ａと、各第２の素子部５０に対してＹ２側に位置する軟磁性体５１のＹ２側端部５１ｂ間で、略Ｙ２方向への外部磁界Ｈ３が漏れ、この外部磁界Ｈ３が第２の素子部５０に作用する。
【００３７】
このようにＸ２方向の外部磁界Ｈ１は、軟磁性体５１によりＹ２方向に変換されて第２の素子部５０に作用する。
【００３８】
上記したように、各第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）は、Ｙ１方向であるから、各第２の素子部５０にＹ２方向の外部磁界Ｈ３が作用することで電気抵抗値は増大する。
【００３９】
（第３の素子連設体の構造について）
図２（ｃ）は第３の素子連設体５２の平面図である。図２（ｃ）の第３の素子連設体５２は、第１の素子連設体１７と同様に、感度軸方向（Ｐ１）がＹ２方向に向く第１の素子部９を備える。さらに、第１の素子部９及びバイアス層１０、並びに導電層１６の配置は、第１の素子連設体１７と同じである。
【００４０】
また第３の素子連設体５２を構成する軟磁性体５１は、図２（ｂ）に示す第２の素子連設体１８と同様である。すなわち、第１の素子連設体１７を構成する軟磁性体１２を、Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた形状である。したがって第３の素子連設体５２においても、図３（ｂ）と同様に、Ｘ２方向に外部磁界Ｈ１が作用すると、各第１の素子部９には、Ｙ２方向の外部磁界Ｈ３が作用する。
【００４１】
ここで第３の素子連設体５２を構成する第１の素子部９の感度軸方向（ＰＩＮ）は、Ｙ２方向であるから、各第１の素子部９にＹ２方向の外部磁界Ｈ３が作用することで電気抵抗値は減少する。
【００４２】
（第４の素子連設体の構造について）
図２（ｄ）は第４の素子連設体５３の平面図である。図２（ｄ）の第４の素子連設体５３は、第２の素子連設体１８と同様に、感度軸方向（Ｐ２）がＹ１方向に向く第２の素子部５０を備える。さらに、第２の素子部５０及びバイアス層１０、並びに導電層１６の配置は、第１の素子連設体１７と同じである。
【００４３】
また第４の素子連設体５３を構成する軟磁性体１２は、図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７と同様である。したがって第４の素子連設体５３では、図３（ａ）と同様に、Ｘ２方向に外部磁界Ｈ１が作用すると、各第２の素子部５０には、Ｙ１方向の外部磁界Ｈ２が作用する。
【００４４】
ここで第４の素子連設体５３を構成する第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）は、Ｙ１方向であるから、各第２の素子部５０にＹ１方向の外部磁界Ｈ２が作用することで電気抵抗値は減少する。
【００４５】
以上のように、外部磁界Ｈ１がＸ２方向に作用すれば、第１の素子連設体１７及び第２の素子連設体１８では、電気抵抗値が増大し、第３の素子連設体５２及び第４の素子連設体５３では、電気抵抗値が減少する。一方、外部磁界がＸ１方向に作用すれば、第１の素子連設体１７及び第２の素子連設体１８では、電気抵抗値が減少し、第３の素子連設体５２及び第４の素子連設体５３では、電気抵抗値が増大する。
【００４６】
図４は、図１に示すＩＶの部分を拡大した磁気センサの部分拡大平面図である。図４に示すように、第１の素子連設体１７は、複数本、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けて並設されており、各第１の素子連設体１７のＸ１側端部同士、あるいはＸ２側端部同士が接続導電層２３を介して電気的に接続されてミアンダ形状を成している。
【００４７】
同様に、第２の素子連設体１８、第３の素子連設体５２及び第４の素子連設体５３もミアンダ形状で形成されている。
【００４８】
なお図４に示すように、第１の素子連設体１７を構成する軟磁性体１２及び、第３の素子連設体５２を構成する軟磁性体５１のうち、近接する軟磁性体１２と軟磁性体５１は一体的に形成されている。
【００４９】
（各磁気抵抗効果素子１〜４と各素子連設体１７，１８，５２，５３との関係について）
次に、各磁気抵抗効果素子１〜４と各素子連設体１７，１８，５２，５３との関係について説明する。
【００５０】
図１に示すように各磁気抵抗効果素子１〜４の領域は、夫々、二つに分けられており、第１の磁気抵抗効果素子１を構成する第１の領域１ａには、図２（ａ）、図４に示すミアンダ形状の第１の素子連設体１７が配置されており、第２の領域１ｂには、図２（ｂ）、図４に示すミアンダ形状の第２の素子連設体１８が配置されている。
【００５１】
そして、第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直列に接続されて第１の磁気抵抗効果素子１が構成されている。
【００５２】
また、第２の磁気抵抗効果素子２を構成する第１の領域２ａには、図２（ｃ）、図４に示すミアンダ形状の第３の素子連設体５２が配置されており、第２の領域２ｂには、図２（ｄ）、図４に示すミアンダ形状の第４の素子連設体５３が配置されている。
【００５３】
そして、第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直列に接続されて第２の磁気抵抗効果素子２が構成されている。
【００５４】
また、第３の磁気抵抗効果素子３を構成する第１の領域３ａには、図２（ｃ）、図４に示すミアンダ形状の第３の素子連設体５２が配置されており、第２の領域３ｂには、図２（ｄ）、図４に示すミアンダ形状の第４の素子連設体５３が配置されている。
【００５５】
そして、第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直列に接続されて第３の磁気抵抗効果素子３が構成されている。
【００５６】
また、第４の磁気抵抗効果素子３を構成する第１の領域４ａには、図２（ａ）、図４に示すミアンダ形状の第１の素子連設体１７が配置されており、第２の領域４ｂには、図２（ｂ）、図４に示すミアンダ形状の第２の素子連設体１８が配置されている。
【００５７】
そして、第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直列に接続されて第４の磁気抵抗効果素子４が構成されている。
【００５８】
（第１の素子部９及び第２の素子部５０の構成について）
図５（ａ）は第１の素子部９の積層構造、図５（ｂ）は、第２の素子部５０の積層構造を示す。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、第１の素子部９は、例えば下から非磁性下地層６０、固定磁性層６１、非磁性層６２、フリー磁性層６３及び保護層６４の順に積層されて成膜される。第１の素子部９を構成する各層は、例えばスパッタにて成膜される。
【００６０】
図５（ａ）に示す実施形態では、固定磁性層６１は第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂと、第１磁性層６１ａ及び第２磁性層６１ｂ間に介在する非磁性中間層６１ｃとの積層フェリ構造である。各磁性層６１ａ，６１ｂはＣｏＦｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性中間層６１ｃはＲｕ等である。非磁性層６２はＣｕ（銅）などの非磁性材料で形成される。フリー磁性層６３は、ＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層６４はＴａ（タンタル）などである。
【００６１】
本実施形態では固定磁性層６１を積層フェリ構造として、第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂとが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型である。図５（ａ）に示すセルフピン止め型では、反強磁性層を用いず、よって磁場中熱処理を施すことなく固定磁性層６１を構成する各磁性層６１ａ，６１ｃを磁化固定している。なお、各磁性層６１ａ，６１ｂの磁化固定力は、外部磁界が作用したときでも磁化揺らぎが生じない程度の大きさであれば足りる。
【００６２】
図５（ａ）に示すように、第１の素子部９を構成する第２磁性層６１ｂの固定磁化方向（Ｐ１；感度軸方向）がＹ２方向である。この固定磁化方向（Ｐ１）が固定磁性層６１の固定磁化方向である。
【００６３】
一方、図５（ｂ）に示す第２の素子部５０も下から非磁性下地層６０、固定磁性層６１、非磁性層６２、フリー磁性層６３及び保護層６４の順に積層されて積層構造であり、第１の素子部９と変わらない。すなわち第２の素子部５０の固定磁性層６１もセルフピン止め型である。
【００６４】
ただし、第１の素子部９と異なって、第２磁性層６１ｂの固定磁化方向（Ｐ２；感度軸方向）がＹ１方向である。
【００６５】
固定磁性層６１をセルフピン止め型とすることで、上記したように磁場中熱処理が必要なく、図５（ａ）（ｂ）に示す第１の素子部９と第２の素子部５０とを同じ積層構造としても、成膜時の磁場方向を変えることで、感度軸方向を反平行に出来る。
【００６６】
あるいは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、第１の素子部９及び第２の素子部５０を夫々、下から非磁性下地層６０、反強磁性層６５、固定磁性層６６、非磁性層６２、フリー磁性層６３及び保護層６４の順に積層する。図７では、磁場中熱処理により反強磁性層６５と固定磁性層６６との間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせて固定磁性層６６を固定磁化する。
【００６７】
図６（ａ）に示す第１の素子部９では、固定磁性層６６が、磁性層６６ａ，６６ｂ，６６ｃと非磁性中間層６６ｄ，６６ｅとが交互に積層された積層フェリ構造であり、磁性層６６ａ，６６ｂ，６６ｃは３層、設けられている。一方、図６（ｂ）に示す第２の素子部５０では、固定磁性層６６が、磁性層６６ａ，６６ｂと非磁性中間層６６ｄとが交互に積層された積層フェリ構造であり、磁性層６６ａ，６６ｂは２層、設けられている。
【００６８】
図６（ａ）に示す第１の素子部９及び第２の素子部５０に対する磁場中熱処理を同時に行なうことが可能である。第１の素子部９を構成する各磁性層６６ａ，６６ｂ，６６ｃは互いに反平行に固定磁化され、図６（ａ）に示すように、非磁性層６２に接する磁性層６６ｃはＹ２方向に磁化固定されており、Ｙ２方向が感度軸方向である。また、図６（ｂ）に示すように、第２の素子部５０の非磁性層６２に接する磁性層６６ｂはＹ１方向に磁化固定されており、Ｙ１方向が感度軸方向である。このように第１の素子部９と第２の素子部５０とで積層フェリ構造の磁性層の数を変えることで、感度軸方向を反平行にすることができる。
【００６９】
（比較例の磁気センサにおける強磁場耐性について）
まず図８に示す比較例の磁気センサの強磁場耐性について説明する。図８の磁気センサには、４つの磁気抵抗効果素子７１〜７４が設けられており、各磁気抵抗効果素子７１〜７４がブリッジ回路を構成している。なお図８において図１と同じ符号の部分は同じ層（部材）を示している。
【００７０】
図９（ａ）に示す素子連設体７５は、例えば図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７と同じ構成である。また図９（ｂ）に示す素子連設体７６は、例えば図２（ｃ）に示す第３の素子連設体５２と同じ構成である。よって、図９（ａ）（ｂ）に示す素子連設体７５，７６の感度軸方向はともに同じＹ２方向である。このとき、Ｘ２方向の外部磁界Ｈ１が作用したとすると、素子連設体７５では、各素子部７７に図３（ａ）で示したように、Ｙ１方向への外部磁界Ｈ２が作用し、素子連設体７６では、各素子部７７に図３（ｂ）で示したように、Ｙ２方向への外部磁界Ｈ３が作用する。よって素子連設体７５では電気抵抗値が増加し、素子連設体７６では電気抵抗値が減少する。
【００７１】
図８に示す第１の磁気抵抗効果素子７１及び第４の磁気抵抗効果素子７４では、ともに素子連設体７５がミアンダ形状で形成されており、第２の磁気抵抗効果素子７２及び第３の磁気抵抗効果素子７３では、ともに素子連設体７６がミアンダ形状で形成されている。よって、第１の磁気抵抗効果素子７１及び第４の磁気抵抗効果素子７４の電気抵抗値が増大すれば、第２の磁気抵抗効果素子７２及び第３の磁気抵抗効果素子７３の電気抵抗値が減少する。
【００７２】
図９（ａ）（ｂ）に示すように、素子部７７のＸ１−Ｘ２方向の両側に配置されるバイアス層１０の配置は、隣り合う素子部７７にて１８０度反転した配置にされており、この結果、隣り合う素子部７７に作用するバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２の方向は逆方向になっている。このバイアス層１０の配置は、本実施形態の特徴的部分であり、これにより、外部磁界Ｈ１が作用して各素子部７７の感度が変化したとき、Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う素子部７７の感度のシフト方向が互いに逆方向になり、感度変化をキャンセルしあって磁気抵抗効果素子全体としての感度のばらつきを小さくできる。
【００７３】
しかしながら強磁場が作用した場合にあっては、図９の素子連設体７５，７６を備える磁気センサでは、強磁場耐性が低下する問題があった。
【００７４】
図９（ａ）に示す素子連設体７５を構成する素子部７７ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂは、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きく、一方、素子部７７ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂは、軟磁性体１２との重なり面積ａ２がゼロである（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ２はａ１より小さくなる）。このように隣り合う素子部７７ａ，７７ｂに接続されるバイアス層１０Ａ，１０Ｂ同士で軟磁性体１２との重なり面積ａ１，ａ２が変わってしまう問題があった。
【００７５】
Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると、Ｙ２方向に着磁されたバイアス層１０は影響を受ける。このとき、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きいバイアス層１０Ａ，１０Ｂほど外部磁界Ｈ１の影響を受ける。そして、図９（ａ）に示すように、バイアス層１０Ａ，１０Ｂから素子部７７ａに供給されるバイアス磁界Ｂ１はＸ１方向であり、外部磁界Ｈ１の方向に対して逆方向となっているため、強磁場の作用によって、着磁状態やバイアス磁界Ｂ１に乱れが生じて、バイアス磁界Ｂ１に影響をきたし、強磁場を取り除いたときの素子連設体７５の電気抵抗値は初期状態に適切に戻らなくなってしまう。
【００７６】
これに対して、図９（ｂ）の場合、図９（ａ）とは反対に、素子部７７ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂにおける軟磁性体５１と重なり面積ａ２が大きくなり、一方、素子部７７ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂは軟磁性体５１と重ならない（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ１はａ２より小さくなる）。
【００７７】
このとき、図９（ｂ）では、軟磁性体５１との重なり面積ａ２が大きいバイアス層１０Ａ，１０Ｂから素子部７７ｂへのバイアス磁界Ｂ２の方向は外部磁界Ｈ１の方向に一致し、外部磁界Ｈ１にバイアス磁界Ｂ２がアシストされるため、バイアス磁界Ｂ１が弱くなるようなことはなく、強磁場を取り除いたときの素子連設体７６の電気抵抗値に影響を与えにくい。
【００７８】
したがって強磁場が作用し、その強磁場を取り除いた後、素子連設体７５と素子連設体７６との間で電気抵抗値が変化してしまい、したがって第１の磁気抵抗効果素子７１及び第４の磁気抵抗効果素子７４を夫々、一種類の素子連設体７５で形成し、第２の磁気抵抗効果素子７２及び第３の磁気抵抗効果素子７３を夫々、一種類の素子連設体７６で形成した比較例では、強磁場を取り除いたときの中点電位の変動量が大きくなる問題が発生したのである。
【００７９】
（本実施形態の磁気センサにおける強磁場耐性について）
本実施形態における磁気センサの特徴的部分は以下の通りである。
（１） 第１の磁気抵抗効果素子１及び第４の磁気抵抗効果素子４では第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直接接続されて構成され、第２の磁気抵抗効果素子２及び第３の磁気抵抗効果素子３では第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直接接続されて構成される。
【００８０】
（２） 図２（ａ）（ｄ）に示すように、第１の磁気抵抗効果素子１及び第４の磁気抵抗効果素子４を構成する第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とでは、素子部、バイアス層１０、及び導電層１６の並びが同じであるが、軟磁性体１２，５１の並びがＸ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた状態になっている。また、第１の素子連設体１７を構成する第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）と、第２の素子連設体１８を構成する第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）とは逆方向となっている。
【００８１】
よって、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると、第１の素子連設体１７では図３（ａ）の状態となって電気抵抗値が増大し、第２の素子連設体１８では図３（ａ）の状態となって電気抵抗値が増大する。したがって、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると第１の磁気抵抗効果素子１全体及び第４の磁気抵抗効果素子４全体の電気抵抗値は夫々、増大する。
【００８２】
（３） 図３（ａ）に示すように、第１の素子連設体１７を構成する第１の素子部９Ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂの軟磁性体１２との重なり面積ａ１は大きくなり、一方、第１の素子部９Ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ｂの軟磁性体１２との重なり面積ａ２はゼロである（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ２はａ１より小さくなる）。
【００８３】
一方、図３（ｂ）に示すように、第２の素子連設体１８を構成する第２の素子部５０Ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂの軟磁性体５１との重なり面積ａ２は大きくなり、一方、第２の素子部５０Ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａの軟磁性体１２との重なり面積ａ１はゼロである（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ１はａ２より小さくなる）。
【００８４】
このとき、図３（ａ）での第１の素子連設体１７では、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きい第１の素子部９Ａに作用するバイアス磁界Ｂ１はＸ１方向であるから、Ｘ２方向の外部磁界Ｈ１の影響を受け、強磁場が取り除かれても、第１の素子連設体１７の電気抵抗値は初期状態に戻りにくく変動する。
【００８５】
一方、図３（ｂ）での第２の素子連設体１８では、軟磁性体１２との重なり面積ａ２が大きい第１の素子部５０Ｂに作用するバイアス磁界Ｂ２は、外部磁界Ｈ１と同じＸ２方向であるから、外部磁界Ｈ１の影響を受けない（あるいは受けにくい）。
【００８６】
（４） 図２（ｃ）（ｄ）に示すように、第２の磁気抵抗効果素子２及び第３の磁気抵抗効果素子３を構成する第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とでは、素子部、バイアス層１０、及び導電層１６の並びが同じであるが、軟磁性体１２，５１の並びがＸ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた状態になっている。また、第３の素子連設体５２を構成する第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）と、第４の素子連設体５３を構成する第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）とは逆方向となっている。
【００８７】
さらに、第３の素子連設体５２は、第２の素子連設体１８と、素子部、バイアス層１０、導電層１６及び軟磁性体５１の並びが同じであり、第４の素子連設体５３は、第１の素子連設体１７と、素子部、バイアス層１０、導電層１６及び軟磁性体１２の並びが同じである。
【００８８】
ここでＸ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると、第３の素子連設体５２では図３（ｂ）の状態となって電気抵抗値が減少し、第４の素子連設体５３では図３（ａ）の状態となって電気抵抗値が減少する。よって、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると第２の磁気抵抗効果素子２全体及び第３の磁気抵抗効果素子３全体の電気抵抗値は夫々、減少する。
【００８９】
（５） バイアス層１０Ａ，１０Ｂにおける軟磁性体１２，５１との重なり面積ａ１，ａ２は、上記で説明した通りであり、よって、図３（ａ）での第４の素子連設体５３では、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きい第２の素子部５０Ａに作用するバイアス磁界Ｂ１はＸ１方向であるから、Ｘ２方向に対する外部磁界Ｈ１の影響を受け、強磁場が取り除かれても、第１の素子連設体１７の電気抵抗値は初期状態に戻りにくく変動する。
【００９０】
一方、図３（ｂ）での第３の素子連設体５２では、軟磁性体１２との重なり面積ａ２が大きい第１の素子部９Ｂに作用するバイアス磁界Ｂ２は、外部磁界Ｈ１と同じＸ２方向であるから、外部磁界Ｈ１の影響を受けない（あるいは受けにくい）。
【００９１】
（６） このように本実施形態では、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１を受けたときに、直列接続される第１の磁気抵抗効果素子１（第４の磁気抵抗効果素子４）と、第２の磁気抵抗効果素子２（第３の磁気抵抗効果素子３）内に夫々、強磁場の作用により、電気抵抗値が初期状態から変動する第１の素子連設体１７あるいは第４の素子連設体５３を含む。
【００９２】
なおＸ１方向へ強磁場が作用した場合、逆に、第２の素子連設体１８及び第３の素子連設体５２の電気抵抗値が初期状態から変動しやすくなるが、直列接続される第１の磁気抵抗効果素子１（第４の磁気抵抗効果素子４）と、第２の磁気抵抗効果素子２（第３の磁気抵抗効果素子３）内には夫々、第２の素子連設体１８あるいは第３の素子連設体５２が含まれている。
【００９３】
このように、各磁気抵抗効果素子１〜４内に、夫々、強磁場の影響を受けて電気抵抗値が変動しやすい素子連設体を設けたから、直列接続される第１の磁気抵抗効果素子１（第４の磁気抵抗効果素子４）と、第２の磁気抵抗効果素子２（第３の磁気抵抗効果素子３）との間で電気抵抗値の変動量（ΔＲ）をキャンセルでき、中点電位の変動を比較例の構成に比べて効果的に低減させることができる。したがって強磁場耐性に優れた磁気センサにすることが可能になる。
【符号の説明】
【００９４】
Ｂ１、Ｂ２ バイアス磁界
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 外部磁界
Ｍ１、Ｍ２ 磁路
Ｐ１、Ｐ２ 感度軸方向
ａ１、ａ２ 重なり面積
１〜４ 磁気抵抗効果素子
９、９Ａ、９Ｂ 第１の素子部
１０、１０Ａ、１０Ｂ バイアス層
１２ 軟磁性体
１２ａ、１２ｂ 端部
１６ 導電層
１７ 第１の素子連設体
１８ 第２の素子連設体
５０、５０Ａ、５０Ｂ 第２の素子部
５１ 軟磁性体
５２ 第３の素子連設体
５３ 第４の素子連設体
６１、６６ 固定磁性層
６１ａ、６１ｂ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ 磁性層
６３ フリー磁性層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁場耐性に優れた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれる地磁気を検知する地磁気センサとして使用できる。
【０００３】
しかしながら素子部にバイアス磁界を供給するためのバイアス層を備える磁気センサでは、外部から非常に強い磁界が作用すると、印加磁界除去後に、出力（中点電位差）が変動する不具合が生じた。強磁場の作用により、バイアス層の着磁が破壊されたり揺らぎやすくなるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２５１３８号公報
【特許文献２】特開平９−１０５６３０号公報
【特許文献３】特開平７−３２４９３３号公報
【特許文献４】特開平７−３２４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、強磁場耐性を向上させた磁気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における磁気センサは、
磁性層と非磁性層とが積層されて成る磁気抵抗効果を発揮する複数の素子部と、
各素子部のＸ１−Ｘ２方向の両側に配置されたバイアス層と、
各素子部の前記Ｘ１−Ｘ２方向と直交するＹ１−Ｙ２方向の両側に配置され、各素子部及び各バイアス層と非接触の軟磁性体と、を有し、
各素子部の感度軸方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、
各バイアス層の着磁方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、各バイアス層から各素子部にＸ１−Ｘ２方向へのバイアス磁界が供給されるように、各バイアス層が構成されており、
各素子部の前記Ｙ１−Ｙ２方向の両側に配置された各軟磁性体は、前記Ｘ１−Ｘ２方向からの外部磁界が作用したときに、前記外部磁界を略Ｙ１−Ｙ２方向に変換して前記素子部に供給できるように構成されており、
複数の前記素子部は、前記Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を空けて配置され、前記Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う各素子部に接続された前記バイアス層間が導電層にて接続されて素子連設体を構成しており、
第１の素子連設体、第２の素子連設体、第３の素子連設体、及び第４の素子連設体を備え、
前記第１の素子連設体と前記第４の素子連設体は、前記素子部、前記バイアス層、前記軟磁性体及び前記導電層の並びが同じであり、
前記第２の素子連設体と前記第３の素子連設体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体と、前記素子部、前記バイアス層及び前記導電層の並びが同じであるが前記軟磁性体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する前記軟磁性体に対し前記Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた並びであり、
各素子連設体では、前記素子部へ供給されるバイアス磁界の方向が、隣り合う前記素子部で逆向きとなるように各バイアス層が配置されるとともに、平面視にて前記軟磁性体と重なり面積の大きい前記バイアス層を両側に配置した前記素子部と、前記重なり面積の小さい、あるいは前記重なり面積がゼロの前記バイアス層を両側に配置した前記素子部とが交互に並んでおり、
前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体における前記外部磁界の変換方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記外部磁界の変換方向に対して逆方向であり、
前記第１の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記感度軸方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記感度軸方向に対して逆方向とされており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子とが出力部を介して直列接続されていることを特徴とするものである。これにより、強磁場耐性を向上させることができる。
【０００７】
本発明では、前記第１の磁気抵抗効果素子は入力部、前記第２の磁気抵抗効果素子はグランドに夫々接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子との間が第１の出力部を介して直列接続されており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第４の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第３の磁気抵抗効果素子との間が第２の出力部を介して直列接続され、前記第３の磁気抵抗効果素子が前記入力部に、前記第４の磁気抵抗効果素子が前記グランドに接続されて、ブリッジ回路が構成されていることが好ましい。
【０００８】
また本発明では、各素子連設体は、反強磁性層と固定磁性層とが積層された部分を備え、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層とは積層構造が異なり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされていることが好ましい。
【０００９】
あるいは本発明では、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層及と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層とは同じ積層構造のセルフピン止め型であり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の磁気センサによれば、強磁場耐性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態における磁気センサの概略図（平面図）、
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態における第１の素子連設体〜第４の素子連設体の各構造を示す平面図、
【図３】（ａ）は、第１の素子連設体、及び第４の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、（ｂ）は、第２の素子連設体、及び第３の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、
【図４】図１のＩＶの箇所を拡大して示す磁気センサの部分拡大平面図、
【図５】（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、
【図６】図５と異なる素子部の構造であり、（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、
【図７】図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気センサの部分拡大縦断面図、
【図８】比較例における磁気センサの概略図（平面図）、
【図９】（ａ）（ｂ）は、比較例の磁気センサを構成する素子連設体の構造を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施形態における磁気センサの概略図（平面図）、図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態における第１の素子連設体〜第４の素子連設体の各構造を示す平面図、図３（ａ）は、第１の素子連設体、及び第４の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、図３（ｂ）は、第２の素子連設体、及び第３の素子連設体の一部を拡大して示した部分拡大平面図、図４は、図１のＩＶの箇所を拡大して示す磁気センサの部分拡大平面図、図５（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図５（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図６は、図５と異なる素子部の構造であり、図６（ａ）は、第１の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図６（ｂ）は、第２の素子部を高さ方向に切断した部分拡大縦断面図、図７は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た磁気センサの部分拡大縦断面図、である。
【００１３】
本実施形態における磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサＳは、例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサとして構成される。
【００１４】
各図に示すＸ１−Ｘ２方向、及びＹ１−Ｙ２方向は水平面内にて直交する２方向を示し、Ｚ方向は前記水平面に対して直交する方向を示している。
【００１５】
図１に示すように磁気センサＳは、磁気抵抗効果素子の形成領域１３がその中心１３ａからＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向により４つの領域に分けられており、各領域内に第１の磁気抵抗効果素子１、第２の磁気抵抗効果素子２、第３の磁気抵抗効果素子３、第４の磁気抵抗効果素子４が形成されている。なお各磁気抵抗効果素子１〜４は、後述するように、素子部、バイアス層、導電層が連なってミアンダ形状で形成されるが、図１では、各磁気抵抗効果素子１〜４内の形状を省略して図示している。
【００１６】
図１示すように第１の磁気抵抗効果素子１及び第３の磁気抵抗効果素子３は入力端子（Ｖｄｄ）５に接続されている。また、第２の磁気抵抗効果素子２及び第４の磁気抵抗効果素子４はグランド端子（ＧＮＤ）６に接続されている。また、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２との間には第１の出力端子（Ｖ１）７が接続されている。また、第３の磁気抵抗効果素子３と第４の磁気抵抗効果素子４との間には第２の出力端子（Ｖ２）８が接続されている。このように第１の磁気抵抗効果素子１、第２の磁気抵抗効果素子２、第３の磁気抵抗効果素子３及び第４の磁気抵抗効果素子４によりブリッジ回路が構成されている。
【００１７】
各磁気抵抗効果素子１〜４は、複数の素子部と、各素子部の両側に接続されたバイアス層（永久磁石層）と、各素子部及び各バイアス層と非接触の複数の軟磁性体と、前記バイアス層間を接続する導電層とを有する素子連設体を備えて構成される。
【００１８】
本実施形態では、前記素子連設体は、第１の素子連設体、第２の素子連設体、第３の素子連設体及び第４の素子連設体を備える。
【００１９】
以下、第１の素子連設体の構造を中心に説明し、第２の素子連設体、第３の素子連設体及び第４の素子連設体については、第１の素子連設体と異なる部分について説明する。
【００２０】
（第１の素子連設体の構造について）
図２（ａ）に第１の素子連設体１７の平面図を示す。なお、図２、図３、図４に示す各図は、いずれも図７に示す絶縁層２２を透視した図としている。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、第１の素子連設体１７を構成する各第１の素子部９のＸ１−Ｘ２方向の両側に一対のバイアス層１０，１０が配置されている。各バイアス層（永久磁石層）１０，１０は、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ等で形成される。
【００２２】
図７に示すように各素子部９は基板１５表面の絶縁下地層１９上に形成される。また図７に示すように、素子部９及びバイアス層１０上には絶縁層２２が形成されており、平坦化された絶縁層２２上に各軟磁性体１２が形成されている。バイアス層１０は、素子部９と同様に絶縁下地層１９上に形成されてもよいが限定されるものでない。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、第１の素子部９は、さらにバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２の方向が逆方向となる第１の素子部９Ａと第１の素子部９Ｂとに区分けされる。
【００２４】
図２（ａ）に示すように第１の素子部９ＡのＸ１側には第１のバイアス層１０Ａが接続され、Ｘ２側には第２のバイアス層１０Ｂが接続されている。各バイアス層１０Ａ，１０Ｂはともに、略三角形状で形成され、第１のバイアス層１０Ａと第２のバイアス層１０Ｂとでは、互いに１８０°反転させた形態となっている。
【００２５】
図２（ａ）に示すように第１の素子部９ＢのＸ１側には第２のバイアス層１０Ｂが接続され、Ｘ２側には第１のバイアス層１０Ａが接続されている。このように、第１の素子部９Ｂに接続されるバイアス層１０Ａ，１０Ｂの配置は、第１の素子部９Ａに対するバイアス層１０Ａ，１０Ｂの配置に対して反対になっている。
【００２６】
よって、各バイアス層１０が、例えばＹ２方向に着磁されているとき、各バイアス層１０の間に略Ｘ１−Ｘ２方向のバイアス磁界が生じ、第１の素子部９ＡにはＸ１方向に向く第１のバイアス磁界Ｂ１が作用し、第１の素子部９ＢにはＸ２方向に向く第２のバイアス磁界Ｂ２が作用する。なお、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す全てのバイアス層１０の着磁方向は全て同一方向である。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、第１のバイアス層１０Ａ及び第２のバイアス層１０Ｂには夫々、各素子部９と接する側面にＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の両方向に対して傾斜する傾斜面２０が形成されている。また傾斜面２０の反対側の側面も傾斜面２１となっている。各バイアス層１０の素子部９と接する側の側面を傾斜面２０とすることで、各素子部９に各バイアス層１０の着磁方向（Ｙ１−Ｙ２）に対して直交する方向からバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２を適切に供給することが可能になる。反対側の傾斜面２１は必ずしも必要ではない。すなわち傾斜面２１でなく例えばＹ１−Ｙ２方向に直線状に延びる側面であってもよい。ただし反対側も傾斜面２１とすれば、第１のバイアス層１０Ａについては、第１の素子部９Ａ及び第１の素子部９Ｂのどちらに対しても同形状にできるし、また第２のバイアス層１０Ｂに対しては、第１のバイアス層１０Ａを１８０°回転させた形状とすればよく、このため、バイアス層１０の形状を二パターンにできる。したがってバイアス層１０を形成する製造過程で使用されるマスクパターンも簡単に済み好適である。また反対側も傾斜面２１とすれば、各バイアス層１０の形状をより小さくすることができる。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、隣り合う素子部９に接続されるバイアス層１０間が導電層１６を介して電気的に接続されており、これによりＸ１−Ｘ２方向に延びる第１の素子連設体１７が構成される。導電層１６は非磁性の導電材料で構成され、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の非磁性導電材料で形成される。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、第１の素子連設体１７に設けられた各軟磁性体１２は、Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う一方の素子部９に対して平面視にてＹ１側に対向するＹ１側端部１２ａと、他方の素子部９に対して平面視にてＹ２側に対向するＹ２側端部１２ｂと、Ｙ１側端部１２ａとＹ２側端部１２ｂ間を繋ぐ接続部１２ｃとを有して構成される。Ｙ１側端部１２ａ、Ｙ２側端部１２ｂ及び接続部１２ｃは一体に形成される。図７に示すように、軟磁性体１２の各Ｙ１側端部１２ａ及びＹ２側端部１２ｂは第１の素子部９と非接触であり、軟磁性体１２と第１の素子部９との間で外部磁界Ｈ２が作用する。
【００３０】
図２（ａ）に示すようにＹ１側端部１２ａ及びＹ２側端部１２ｂはＸ１−Ｘ２方向に平行に延びて形成されているが、接続部１２ｃはＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の両方向に対して斜め方向に形成されている。
【００３１】
図２に示すように、第１の素子連設体１７に形成される各軟磁性体１２は全て同じ形状で形成される。
【００３２】
図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７を構成する第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）は、Ｙ２方向である。
【００３３】
図３（ａ）は、図２（ａ）の第１の素子連設体１７の一部を拡大した部分拡大平面図である。図３（ａ）に示すように、外部磁界Ｈ１がＸ２方向に向けて作用したとき、外部磁界Ｈ１は、軟磁性体１２内、及び軟磁性体１２，１２間を通り、図３（ａ）に示す矢印の磁路Ｍ１を形成する。このとき、図３（ａ）に示すように、各素子部９に対してＹ２側に位置する軟磁性体１２のＹ２側端部１２ｂと、各素子部９に対してＹ１側に位置する軟磁性体１２のＹ１側端部１２ａ間で、略Ｙ１方向への外部磁界Ｈ２が漏れ、この外部磁界Ｈ２が素子部９に作用する（図７も参照）。
【００３４】
このようにＸ２方向の外部磁界Ｈ１は、軟磁性体１２によりＹ１方向に変換されて素子部９に作用する。
【００３５】
上記したように、各第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）は、Ｙ２方向であるから、各第１の素子部９にＹ１方向の外部磁界Ｈ２が作用することで電気抵抗値は増大する。
【００３６】
（第２の素子連設体の構造について）
図２（ｂ）は第２の素子連設体１８の平面図である。図２（ｂ）の第２の素子連設体１８は、第１の素子連設体１７と異なって、感度軸方向（Ｐ２）がＹ１方向に向く第２の素子部５０を備える。なお第２の素子部５０及びバイアス層１０、並びに導電層１６の配置は、第１の素子連設体１７と同じであるが、第２の素子連設体１８を構成する軟磁性体５１は、図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７を構成する軟磁性体１２を、Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた形状である。したがって図３（ｂ）に示すように、Ｘ２方向に外部磁界Ｈ１が作用すると、軟磁性体５１内には、図３（ｂ）に示す矢印の磁路Ｍ２が形成され、このとき、各第２の素子部５０に対してＹ２側に位置する軟磁性体５１のＹ１側端部５１ａと、各第２の素子部５０に対してＹ２側に位置する軟磁性体５１のＹ２側端部５１ｂ間で、略Ｙ２方向への外部磁界Ｈ３が漏れ、この外部磁界Ｈ３が第２の素子部５０に作用する。
【００３７】
このようにＸ２方向の外部磁界Ｈ１は、軟磁性体５１によりＹ２方向に変換されて第２の素子部５０に作用する。
【００３８】
上記したように、各第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）は、Ｙ１方向であるから、各第２の素子部５０にＹ２方向の外部磁界Ｈ３が作用することで電気抵抗値は増大する。
【００３９】
（第３の素子連設体の構造について）
図２（ｃ）は第３の素子連設体５２の平面図である。図２（ｃ）の第３の素子連設体５２は、第１の素子連設体１７と同様に、感度軸方向（Ｐ１）がＹ２方向に向く第１の素子部９を備える。さらに、第１の素子部９及びバイアス層１０、並びに導電層１６の配置は、第１の素子連設体１７と同じである。
【００４０】
また第３の素子連設体５２を構成する軟磁性体５１は、図２（ｂ）に示す第２の素子連設体１８と同様である。すなわち、第１の素子連設体１７を構成する軟磁性体１２を、Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた形状である。したがって第３の素子連設体５２においても、図３（ｂ）と同様に、Ｘ２方向に外部磁界Ｈ１が作用すると、各第１の素子部９には、Ｙ２方向の外部磁界Ｈ３が作用する。
【００４１】
ここで第３の素子連設体５２を構成する第１の素子部９の感度軸方向（ＰＩＮ）は、Ｙ２方向であるから、各第１の素子部９にＹ２方向の外部磁界Ｈ３が作用することで電気抵抗値は減少する。
【００４２】
（第４の素子連設体の構造について）
図２（ｄ）は第４の素子連設体５３の平面図である。図２（ｄ）の第４の素子連設体５３は、第２の素子連設体１８と同様に、感度軸方向（Ｐ２）がＹ１方向に向く第２の素子部５０を備える。さらに、第２の素子部５０及びバイアス層１０、並びに導電層１６の配置は、第１の素子連設体１７と同じである。
【００４３】
また第４の素子連設体５３を構成する軟磁性体１２は、図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７と同様である。したがって第４の素子連設体５３では、図３（ａ）と同様に、Ｘ２方向に外部磁界Ｈ１が作用すると、各第２の素子部５０には、Ｙ１方向の外部磁界Ｈ２が作用する。
【００４４】
ここで第４の素子連設体５３を構成する第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）は、Ｙ１方向であるから、各第２の素子部５０にＹ１方向の外部磁界Ｈ２が作用することで電気抵抗値は減少する。
【００４５】
以上のように、外部磁界Ｈ１がＸ２方向に作用すれば、第１の素子連設体１７及び第２の素子連設体１８では、電気抵抗値が増大し、第３の素子連設体５２及び第４の素子連設体５３では、電気抵抗値が減少する。一方、外部磁界がＸ１方向に作用すれば、第１の素子連設体１７及び第２の素子連設体１８では、電気抵抗値が減少し、第３の素子連設体５２及び第４の素子連設体５３では、電気抵抗値が増大する。
【００４６】
図４は、図１に示すＩＶの部分を拡大した磁気センサの部分拡大平面図である。図４に示すように、第１の素子連設体１７は、複数本、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けて並設されており、各第１の素子連設体１７のＸ１側端部同士、あるいはＸ２側端部同士が接続導電層２３を介して電気的に接続されてミアンダ形状を成している。
【００４７】
同様に、第２の素子連設体１８、第３の素子連設体５２及び第４の素子連設体５３もミアンダ形状で形成されている。
【００４８】
なお図４に示すように、第１の素子連設体１７を構成する軟磁性体１２及び、第３の素子連設体５２を構成する軟磁性体５１のうち、近接する軟磁性体１２と軟磁性体５１は一体的に形成されている。
【００４９】
（各磁気抵抗効果素子１〜４と各素子連設体１７，１８，５２，５３との関係について）
次に、各磁気抵抗効果素子１〜４と各素子連設体１７，１８，５２，５３との関係について説明する。
【００５０】
図１に示すように各磁気抵抗効果素子１〜４の領域は、夫々、二つに分けられており、第１の磁気抵抗効果素子１を構成する第１の領域１ａには、図２（ａ）、図４に示すミアンダ形状の第１の素子連設体１７が配置されており、第２の領域１ｂには、図２（ｂ）、図４に示すミアンダ形状の第２の素子連設体１８が配置されている。
【００５１】
そして、第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直列に接続されて第１の磁気抵抗効果素子１が構成されている。
【００５２】
また、第２の磁気抵抗効果素子２を構成する第１の領域２ａには、図２（ｃ）、図４に示すミアンダ形状の第３の素子連設体５２が配置されており、第２の領域２ｂには、図２（ｄ）、図４に示すミアンダ形状の第４の素子連設体５３が配置されている。
【００５３】
そして、第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直列に接続されて第２の磁気抵抗効果素子２が構成されている。
【００５４】
また、第３の磁気抵抗効果素子３を構成する第１の領域３ａには、図２（ｃ）、図４に示すミアンダ形状の第３の素子連設体５２が配置されており、第２の領域３ｂには、図２（ｄ）、図４に示すミアンダ形状の第４の素子連設体５３が配置されている。
【００５５】
そして、第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直列に接続されて第３の磁気抵抗効果素子３が構成されている。
【００５６】
また、第４の磁気抵抗効果素子３を構成する第１の領域４ａには、図２（ａ）、図４に示すミアンダ形状の第１の素子連設体１７が配置されており、第２の領域４ｂには、図２（ｂ）、図４に示すミアンダ形状の第２の素子連設体１８が配置されている。
【００５７】
そして、第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直列に接続されて第４の磁気抵抗効果素子４が構成されている。
【００５８】
（第１の素子部９及び第２の素子部５０の構成について）
図５（ａ）は第１の素子部９の積層構造、図５（ｂ）は、第２の素子部５０の積層構造を示す。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、第１の素子部９は、例えば下から非磁性下地層６０、固定磁性層６１、非磁性層６２、フリー磁性層６３及び保護層６４の順に積層されて成膜される。第１の素子部９を構成する各層は、例えばスパッタにて成膜される。
【００６０】
図５（ａ）に示す実施形態では、固定磁性層６１は第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂと、第１磁性層６１ａ及び第２磁性層６１ｂ間に介在する非磁性中間層６１ｃとの積層フェリ構造である。各磁性層６１ａ，６１ｂはＣｏＦｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性中間層６１ｃはＲｕ等である。非磁性層６２はＣｕ（銅）などの非磁性材料で形成される。フリー磁性層６３は、ＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護層６４はＴａ（タンタル）などである。
【００６１】
本実施形態では固定磁性層６１を積層フェリ構造として、第１磁性層６１ａと第２磁性層６１ｂとが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型である。図５（ａ）に示すセルフピン止め型では、反強磁性層を用いず、よって磁場中熱処理を施すことなく固定磁性層６１を構成する各磁性層６１ａ，６１ｃを磁化固定している。なお、各磁性層６１ａ，６１ｂの磁化固定力は、外部磁界が作用したときでも磁化揺らぎが生じない程度の大きさであれば足りる。
【００６２】
図５（ａ）に示すように、第１の素子部９を構成する第２磁性層６１ｂの固定磁化方向（Ｐ１；感度軸方向）がＹ２方向である。この固定磁化方向（Ｐ１）が固定磁性層６１の固定磁化方向である。
【００６３】
一方、図５（ｂ）に示す第２の素子部５０も下から非磁性下地層６０、固定磁性層６１、非磁性層６２、フリー磁性層６３及び保護層６４の順に積層されて積層構造であり、第１の素子部９と変わらない。すなわち第２の素子部５０の固定磁性層６１もセルフピン止め型である。
【００６４】
ただし、第１の素子部９と異なって、第２磁性層６１ｂの固定磁化方向（Ｐ２；感度軸方向）がＹ１方向である。
【００６５】
固定磁性層６１をセルフピン止め型とすることで、上記したように磁場中熱処理が必要なく、図５（ａ）（ｂ）に示す第１の素子部９と第２の素子部５０とを同じ積層構造としても、成膜時の磁場方向を変えることで、感度軸方向を反平行に出来る。
【００６６】
あるいは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、第１の素子部９及び第２の素子部５０を夫々、下から非磁性下地層６０、反強磁性層６５、固定磁性層６６、非磁性層６２、フリー磁性層６３及び保護層６４の順に積層する。図７では、磁場中熱処理により反強磁性層６５と固定磁性層６６との間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせて固定磁性層６６を固定磁化する。
【００６７】
図６（ａ）に示す第１の素子部９では、固定磁性層６６が、磁性層６６ａ，６６ｂ，６６ｃと非磁性中間層６６ｄ，６６ｅとが交互に積層された積層フェリ構造であり、磁性層６６ａ，６６ｂ，６６ｃは３層、設けられている。一方、図６（ｂ）に示す第２の素子部５０では、固定磁性層６６が、磁性層６６ａ，６６ｂと非磁性中間層６６ｄとが交互に積層された積層フェリ構造であり、磁性層６６ａ，６６ｂは２層、設けられている。
【００６８】
図６（ａ）に示す第１の素子部９及び第２の素子部５０に対する磁場中熱処理を同時に行なうことが可能である。第１の素子部９を構成する各磁性層６６ａ，６６ｂ，６６ｃは互いに反平行に固定磁化され、図６（ａ）に示すように、非磁性層６２に接する磁性層６６ｃはＹ２方向に磁化固定されており、Ｙ２方向が感度軸方向である。また、図６（ｂ）に示すように、第２の素子部５０の非磁性層６２に接する磁性層６６ｂはＹ１方向に磁化固定されており、Ｙ１方向が感度軸方向である。このように第１の素子部９と第２の素子部５０とで積層フェリ構造の磁性層の数を変えることで、感度軸方向を反平行にすることができる。
【００６９】
（比較例の磁気センサにおける強磁場耐性について）
まず図８に示す比較例の磁気センサの強磁場耐性について説明する。図８の磁気センサには、４つの磁気抵抗効果素子７１〜７４が設けられており、各磁気抵抗効果素子７１〜７４がブリッジ回路を構成している。なお図８において図１と同じ符号の部分は同じ層（部材）を示している。
【００７０】
図９（ａ）に示す素子連設体７５は、例えば図２（ａ）に示す第１の素子連設体１７と同じ構成である。また図９（ｂ）に示す素子連設体７６は、例えば図２（ｃ）に示す第３の素子連設体５２と同じ構成である。よって、図９（ａ）（ｂ）に示す素子連設体７５，７６の感度軸方向はともに同じＹ２方向である。このとき、Ｘ２方向の外部磁界Ｈ１が作用したとすると、素子連設体７５では、各素子部７７に図３（ａ）で示したように、Ｙ１方向への外部磁界Ｈ２が作用し、素子連設体７６では、各素子部７７に図３（ｂ）で示したように、Ｙ２方向への外部磁界Ｈ３が作用する。よって素子連設体７５では電気抵抗値が増加し、素子連設体７６では電気抵抗値が減少する。
【００７１】
図８に示す第１の磁気抵抗効果素子７１及び第４の磁気抵抗効果素子７４では、ともに素子連設体７５がミアンダ形状で形成されており、第２の磁気抵抗効果素子７２及び第３の磁気抵抗効果素子７３では、ともに素子連設体７６がミアンダ形状で形成されている。よって、第１の磁気抵抗効果素子７１及び第４の磁気抵抗効果素子７４の電気抵抗値が増大すれば、第２の磁気抵抗効果素子７２及び第３の磁気抵抗効果素子７３の電気抵抗値が減少する。
【００７２】
図９（ａ）（ｂ）に示すように、素子部７７のＸ１−Ｘ２方向の両側に配置されるバイアス層１０の配置は、隣り合う素子部７７にて１８０度反転した配置にされており、この結果、隣り合う素子部７７に作用するバイアス磁界Ｂ１，Ｂ２の方向は逆方向になっている。このバイアス層１０の配置は、本実施形態の特徴的部分であり、これにより、外部磁界Ｈ１が作用して各素子部７７の感度が変化したとき、Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う素子部７７の感度のシフト方向が互いに逆方向になり、感度変化をキャンセルしあって磁気抵抗効果素子全体としての感度のばらつきを小さくできる。
【００７３】
しかしながら強磁場が作用した場合にあっては、図９の素子連設体７５，７６を備える磁気センサでは、強磁場耐性が低下する問題があった。
【００７４】
図９（ａ）に示す素子連設体７５を構成する素子部７７ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂは、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きく、一方、素子部７７ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂは、軟磁性体１２との重なり面積ａ２がゼロである（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ２はａ１より小さくなる）。このように隣り合う素子部７７ａ，７７ｂに接続されるバイアス層１０Ａ，１０Ｂ同士で軟磁性体１２との重なり面積ａ１，ａ２が変わってしまう問題があった。
【００７５】
Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると、Ｙ２方向に着磁されたバイアス層１０は影響を受ける。このとき、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きいバイアス層１０Ａ，１０Ｂほど外部磁界Ｈ１の影響を受ける。そして、図９（ａ）に示すように、バイアス層１０Ａ，１０Ｂから素子部７７ａに供給されるバイアス磁界Ｂ１はＸ１方向であり、外部磁界Ｈ１の方向に対して逆方向となっているため、強磁場の作用によって、着磁状態やバイアス磁界Ｂ１に乱れが生じて、バイアス磁界Ｂ１に影響をきたし、強磁場を取り除いたときの素子連設体７５の電気抵抗値は初期状態に適切に戻らなくなってしまう。
【００７６】
これに対して、図９（ｂ）の場合、図９（ａ）とは反対に、素子部７７ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂにおける軟磁性体５１と重なり面積ａ２が大きくなり、一方、素子部７７ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂは軟磁性体５１と重ならない（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ１はａ２より小さくなる）。
【００７７】
このとき、図９（ｂ）では、軟磁性体５１との重なり面積ａ２が大きいバイアス層１０Ａ，１０Ｂから素子部７７ｂへのバイアス磁界Ｂ２の方向は外部磁界Ｈ１の方向に一致し、外部磁界Ｈ１にバイアス磁界Ｂ２がアシストされるため、バイアス磁界Ｂ１が弱くなるようなことはなく、強磁場を取り除いたときの素子連設体７６の電気抵抗値に影響を与えにくい。
【００７８】
したがって強磁場が作用し、その強磁場を取り除いた後、素子連設体７５と素子連設体７６との間で電気抵抗値が変化してしまい、したがって第１の磁気抵抗効果素子７１及び第４の磁気抵抗効果素子７４を夫々、一種類の素子連設体７５で形成し、第２の磁気抵抗効果素子７２及び第３の磁気抵抗効果素子７３を夫々、一種類の素子連設体７６で形成した比較例では、強磁場を取り除いたときの中点電位の変動量が大きくなる問題が発生したのである。
【００７９】
（本実施形態の磁気センサにおける強磁場耐性について）
本実施形態における磁気センサの特徴的部分は以下の通りである。
（１） 第１の磁気抵抗効果素子１及び第４の磁気抵抗効果素子４では第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とが直接接続されて構成され、第２の磁気抵抗効果素子２及び第３の磁気抵抗効果素子３では第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とが直接接続されて構成される。
【００８０】
（２） 図２（ａ）（ｄ）に示すように、第１の磁気抵抗効果素子１及び第４の磁気抵抗効果素子４を構成する第１の素子連設体１７と第２の素子連設体１８とでは、素子部、バイアス層１０、及び導電層１６の並びが同じであるが、軟磁性体１２，５１の並びがＸ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた状態になっている。また、第１の素子連設体１７を構成する第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）と、第２の素子連設体１８を構成する第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）とは逆方向となっている。
【００８１】
よって、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると、第１の素子連設体１７では図３（ａ）の状態となって電気抵抗値が増大し、第２の素子連設体１８では図３（ａ）の状態となって電気抵抗値が増大する。したがって、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると第１の磁気抵抗効果素子１全体及び第４の磁気抵抗効果素子４全体の電気抵抗値は夫々、増大する。
【００８２】
（３） 図３（ａ）に示すように、第１の素子連設体１７を構成する第１の素子部９Ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂの軟磁性体１２との重なり面積ａ１は大きくなり、一方、第１の素子部９Ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ｂの軟磁性体１２との重なり面積ａ２はゼロである（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ２はａ１より小さくなる）。
【００８３】
一方、図３（ｂ）に示すように、第２の素子連設体１８を構成する第２の素子部５０Ｂの両側に配置されたバイアス層１０Ａ，１０Ｂの軟磁性体５１との重なり面積ａ２は大きくなり、一方、第２の素子部５０Ａの両側に配置されたバイアス層１０Ａの軟磁性体１２との重なり面積ａ１はゼロである（あるいは重なっていてもその重なり面積ａ１はａ２より小さくなる）。
【００８４】
このとき、図３（ａ）での第１の素子連設体１７では、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きい第１の素子部９Ａに作用するバイアス磁界Ｂ１はＸ１方向であるから、Ｘ２方向の外部磁界Ｈ１の影響を受け、強磁場が取り除かれても、第１の素子連設体１７の電気抵抗値は初期状態に戻りにくく変動する。
【００８５】
一方、図３（ｂ）での第２の素子連設体１８では、軟磁性体１２との重なり面積ａ２が大きい第１の素子部５０Ｂに作用するバイアス磁界Ｂ２は、外部磁界Ｈ１と同じＸ２方向であるから、外部磁界Ｈ１の影響を受けない（あるいは受けにくい）。
【００８６】
（４） 図２（ｃ）（ｄ）に示すように、第２の磁気抵抗効果素子２及び第３の磁気抵抗効果素子３を構成する第３の素子連設体５２と第４の素子連設体５３とでは、素子部、バイアス層１０、及び導電層１６の並びが同じであるが、軟磁性体１２，５１の並びがＸ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた状態になっている。また、第３の素子連設体５２を構成する第１の素子部９の感度軸方向（Ｐ１）と、第４の素子連設体５３を構成する第２の素子部５０の感度軸方向（Ｐ２）とは逆方向となっている。
【００８７】
さらに、第３の素子連設体５２は、第２の素子連設体１８と、素子部、バイアス層１０、導電層１６及び軟磁性体５１の並びが同じであり、第４の素子連設体５３は、第１の素子連設体１７と、素子部、バイアス層１０、導電層１６及び軟磁性体１２の並びが同じである。
【００８８】
ここでＸ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると、第３の素子連設体５２では図３（ｂ）の状態となって電気抵抗値が減少し、第４の素子連設体５３では図３（ａ）の状態となって電気抵抗値が減少する。よって、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１が作用すると第２の磁気抵抗効果素子２全体及び第３の磁気抵抗効果素子３全体の電気抵抗値は夫々、減少する。
【００８９】
（５） バイアス層１０Ａ，１０Ｂにおける軟磁性体１２，５１との重なり面積ａ１，ａ２は、上記で説明した通りであり、よって、図３（ａ）での第４の素子連設体５３では、軟磁性体１２との重なり面積ａ１が大きい第２の素子部５０Ａに作用するバイアス磁界Ｂ１はＸ１方向であるから、Ｘ２方向に対する外部磁界Ｈ１の影響を受け、強磁場が取り除かれても、第１の素子連設体１７の電気抵抗値は初期状態に戻りにくく変動する。
【００９０】
一方、図３（ｂ）での第３の素子連設体５２では、軟磁性体１２との重なり面積ａ２が大きい第１の素子部９Ｂに作用するバイアス磁界Ｂ２は、外部磁界Ｈ１と同じＸ２方向であるから、外部磁界Ｈ１の影響を受けない（あるいは受けにくい）。
【００９１】
（６） このように本実施形態では、Ｘ２方向から外部磁界Ｈ１を受けたときに、直列接続される第１の磁気抵抗効果素子１（第４の磁気抵抗効果素子４）と、第２の磁気抵抗効果素子２（第３の磁気抵抗効果素子３）内に夫々、強磁場の作用により、電気抵抗値が初期状態から変動する第１の素子連設体１７あるいは第４の素子連設体５３を含む。
【００９２】
なおＸ１方向へ強磁場が作用した場合、逆に、第２の素子連設体１８及び第３の素子連設体５２の電気抵抗値が初期状態から変動しやすくなるが、直列接続される第１の磁気抵抗効果素子１（第４の磁気抵抗効果素子４）と、第２の磁気抵抗効果素子２（第３の磁気抵抗効果素子３）内には夫々、第２の素子連設体１８あるいは第３の素子連設体５２が含まれている。
【００９３】
このように、各磁気抵抗効果素子１〜４内に、夫々、強磁場の影響を受けて電気抵抗値が変動しやすい素子連設体を設けたから、直列接続される第１の磁気抵抗効果素子１（第４の磁気抵抗効果素子４）と、第２の磁気抵抗効果素子２（第３の磁気抵抗効果素子３）との間で電気抵抗値の変動量（ΔＲ）をキャンセルでき、中点電位の変動を比較例の構成に比べて効果的に低減させることができる。したがって強磁場耐性に優れた磁気センサにすることが可能になる。
【符号の説明】
【００９４】
Ｂ１、Ｂ２ バイアス磁界
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 外部磁界
Ｍ１、Ｍ２ 磁路
Ｐ１、Ｐ２ 感度軸方向
ａ１、ａ２ 重なり面積
１〜４ 磁気抵抗効果素子
９、９Ａ、９Ｂ 第１の素子部
１０、１０Ａ、１０Ｂ バイアス層
１２ 軟磁性体
１２ａ、１２ｂ 端部
１６ 導電層
１７ 第１の素子連設体
１８ 第２の素子連設体
５０、５０Ａ、５０Ｂ 第２の素子部
５１ 軟磁性体
５２ 第３の素子連設体
５３ 第４の素子連設体
６１、６６ 固定磁性層
６１ａ、６１ｂ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ 磁性層
６３ フリー磁性層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性層と非磁性層とが積層されて成る磁気抵抗効果を発揮する複数の素子部と、
各素子部のＸ１−Ｘ２方向の両側に配置されたバイアス層と、
各素子部の前記Ｘ１−Ｘ２方向と直交するＹ１−Ｙ２方向の両側に配置され、各素子部及び各バイアス層と非接触の軟磁性体と、を有し、
各素子部の感度軸方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、
各バイアス層の着磁方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、各バイアス層から各素子部にＸ１−Ｘ２方向へのバイアス磁界が供給されるように、各バイアス層が構成されており、
各素子部の前記Ｙ１−Ｙ２方向の両側に配置された各軟磁性体は、前記Ｘ１−Ｘ２方向からの外部磁界が作用したときに、前記外部磁界を略Ｙ１−Ｙ２方向に変換して前記素子部に供給できるように構成されており、
複数の前記素子部は、前記Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を空けて配置され、前記Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う各素子部に接続された前記バイアス層間が導電層にて接続されて素子連設体を構成しており、
第１の素子連設体、第２の素子連設体、第３の素子連設体、及び第４の素子連設体を備え、
前記第１の素子連設体と前記第４の素子連設体は、前記素子部、前記バイアス層、前記軟磁性体及び前記導電層の並びが同じであり、
前記第２の素子連設体と前記第３の素子連設体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体と、前記素子部、前記バイアス層及び前記導電層の並びが同じであるが前記軟磁性体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する前記軟磁性体に対し前記Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた並びであり、
各素子連設体では、前記素子部へ供給されるバイアス磁界の方向が、隣り合う前記素子部で逆向きとなるように各バイアス層が配置されるとともに、平面視にて前記軟磁性体と重なり面積の大きい前記バイアス層を両側に配置した前記素子部と、前記重なり面積の小さい、あるいは前記重なり面積がゼロの前記バイアス層を両側に配置した前記素子部とが交互に並んでおり、
前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体における前記外部磁界の変換方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記外部磁界の変換方向に対して逆方向であり、
前記第１の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記感度軸方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記感度軸方向に対して逆方向とされており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子とが出力部を介して直列接続されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の磁気抵抗効果素子は入力部、前記第２の磁気抵抗効果素子はグランドに夫々接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子との間が第１の出力部を介して直列接続されており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第４の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第３の磁気抵抗効果素子との間が第２の出力部を介して直列接続され、前記第３の磁気抵抗効果素子が前記入力部に、前記第４の磁気抵抗効果素子が前記グランドに接続されて、ブリッジ回路が構成されている請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
各素子連設体は、反強磁性層と固定磁性層とが積層された部分を備え、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層とは積層構造が異なり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされている請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層及と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層とは同じ積層構造のセルフピン止め型であり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされている請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項１】
磁性層と非磁性層とが積層されて成る磁気抵抗効果を発揮する複数の素子部と、
各素子部のＸ１−Ｘ２方向の両側に配置されたバイアス層と、
各素子部の前記Ｘ１−Ｘ２方向と直交するＹ１−Ｙ２方向の両側に配置され、各素子部及び各バイアス層と非接触の軟磁性体と、を有し、
各素子部の感度軸方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、
各バイアス層の着磁方向は前記Ｙ１−Ｙ２方向であり、各バイアス層から各素子部にＸ１−Ｘ２方向へのバイアス磁界が供給されるように、各バイアス層が構成されており、
各素子部の前記Ｙ１−Ｙ２方向の両側に配置された各軟磁性体は、前記Ｘ１−Ｘ２方向からの外部磁界が作用したときに、前記外部磁界を略Ｙ１−Ｙ２方向に変換して前記素子部に供給できるように構成されており、
複数の前記素子部は、前記Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を空けて配置され、前記Ｘ１−Ｘ２方向にて隣り合う各素子部に接続された前記バイアス層間が導電層にて接続されて素子連設体を構成しており、
第１の素子連設体、第２の素子連設体、第３の素子連設体、及び第４の素子連設体を備え、
前記第１の素子連設体と前記第４の素子連設体は、前記素子部、前記バイアス層、前記軟磁性体及び前記導電層の並びが同じであり、
前記第２の素子連設体と前記第３の素子連設体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体と、前記素子部、前記バイアス層及び前記導電層の並びが同じであるが前記軟磁性体は、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する前記軟磁性体に対し前記Ｘ１−Ｘ２方向を回転軸として１８０度反転させた並びであり、
各素子連設体では、前記素子部へ供給されるバイアス磁界の方向が、隣り合う前記素子部で逆向きとなるように各バイアス層が配置されるとともに、平面視にて前記軟磁性体と重なり面積の大きい前記バイアス層を両側に配置した前記素子部と、前記重なり面積の小さい、あるいは前記重なり面積がゼロの前記バイアス層を両側に配置した前記素子部とが交互に並んでおり、
前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体における前記外部磁界の変換方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記外部磁界の変換方向に対して逆方向であり、
前記第１の素子連設体及び前記第３の素子連設体における前記感度軸方向は夫々同じであり、且つ、前記第２の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記感度軸方向に対して逆方向とされており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子とが出力部を介して直列接続されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の磁気抵抗効果素子は入力部、前記第２の磁気抵抗効果素子はグランドに夫々接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子との間が第１の出力部を介して直列接続されており、
前記第１の素子連設体と前記第２の素子連設体とが直列に接続された第４の磁気抵抗効果素子と、前記第３の素子連設体と前記第４の素子連設体とが直列に接続された第３の磁気抵抗効果素子との間が第２の出力部を介して直列接続され、前記第３の磁気抵抗効果素子が前記入力部に、前記第４の磁気抵抗効果素子が前記グランドに接続されて、ブリッジ回路が構成されている請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
各素子連設体は、反強磁性層と固定磁性層とが積層された部分を備え、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の前記固定磁性層とは積層構造が異なり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされている請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層及と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体を構成する各素子部の固定磁性層とは同じ積層構造のセルフピン止め型であり、前記第１の素子連設体及び前記第４の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向と、前記第２の素子連設体及び前記第３の素子連設体の前記固定磁性層の固定磁化方向とは逆向きにされている請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２８５６（Ｐ２０１３−２８５６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１８６９（Ｐ２０１１−１３１８６９）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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