CN106133934B - 磁传感器及磁传感器的制造方法以及电流传感器 - Google Patents

磁传感器及磁传感器的制造方法以及电流传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供的磁传感器(1)，具备固定磁性层(21)与自由磁性层(23)隔着非磁性材料层(22)而层叠的磁阻效应元件，在上述自由磁性层的与上述非磁性材料层对置一侧的相反侧设置反铁磁性层(24)，该反铁磁性层在其与上述自由磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使上述自由磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，在上述反铁磁性层的与上述自由磁性层对置一侧的相反侧设置铁磁性层(25)，该铁磁性层在其与上述反铁磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使该铁磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，基于上述自由磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向，是与基于上述铁磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向相同的方向，上述铁磁性层能够对上述自由磁性层赋予具有沿着上述灵敏度轴(D2)的方向的成分的闭合磁场。

Description

磁传感器及磁传感器的制造方法以及电流传感器
技术领域
本发明涉及磁传感器及磁传感器的制造方法以及具备磁传感器的电流传感器。
背景技术
在电动汽车、混合动力汽车的发动机驱动技术等领域中，要处理比较大的电流，因此要求能够非接触地测定大电流的电流传感器。作为这种电流传感器，使用检测来自被测定电流的感应磁场的磁传感器的电流传感器为人们所知。作为磁传感器用的磁检测元件，例如，列举出GMR元件等磁阻效应元件。
GMR元件将固定磁性层与自由磁性层隔着非磁性材料层而层叠的层叠构造作为基本构造。通过由反铁磁性层与铁磁性层的层叠构造引起的交换耦合偏置、由二个铁磁性层隔着非磁性中间层层叠的自钉扎构造引起的RKKY相互作用(间接交换相互作用)，固定磁性层的磁化方向被固定为一个方向。自由磁性层被设为磁化方向能够相应于外部磁场而变化。
在使用具备GMR元件的磁传感器而成的电流传感器中，来自被测定电流的感应磁场被施加给GMR元件，由此自由磁性层的磁化方向变化。GMR元件的电阻值根据该自由磁性层的磁化方向与固定磁性层的磁化方向的关系变动，因此通过测定该电阻值，能够检测自由磁性层的磁化方向。并且，基于通过磁传感器检测到的磁化方向，能够求出提供感应磁场的被测定电流的大小及其朝向。
但是，在电动汽车、混合动力汽车中，有时基于电流值控制发动机的驱动，而且，有时根据向电池流入的电流值调整电池的控制方法。因此关于使用磁传感器而成的电流传感器，要求提高磁传感器的测定精度，以能够更精确地检测电流值。
为了提高磁传感器的测定精度，要求实现偏移量的降低、输出信号的偏差的降低及线性(输出线性)的提高等。作为用于应对这些要求的较为理想的一个手段，列举出使磁传感器具有的GMR元件的磁滞降低的手段。作为使GMR元件的磁滞降低的手段的具体例，列举出对自由磁性层施加偏置磁场，在未施加来自被测定电流的感应磁场的状态下也使自由磁性层的磁化方向对齐的例子。
作为对自由磁性层施加偏置磁场的方法，在专利文献1中公开了设置由永久磁铁构成的硬磁偏置层的方法。另外，在专利文献2中公开了一种使反铁磁性层层叠于自由磁性层的方法，该反铁磁性层在其与自由磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使自由磁性层的磁化方向以能够磁化变动的状态对齐为规定方向。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/081377号
专利文献2：日本特开2012－185044号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，提供以专利文献2所公开的基于交换耦合偏置的自由磁性层的单磁畴化为基础技术，并且进一步能够使磁阻效应元件的磁滞降低的磁传感器及磁传感器的制造方法以及使用磁传感器的电流传感器。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明人们进行研究的结果，得到了下面的新的知识。即，在未施加来自被测定电流的感应磁场等外部磁场(在本说明书中，将成为测定对象的外部磁场也称为“被测定磁场”。)的状态下通过交换耦合偏置使自由磁性层的磁化方向对齐的方法(在本说明书中，将基于自由磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向也称为“初始磁化方向”。)中，在即使被测定磁场的施加结束也有向与初始磁化方向不同的方向的磁化残留的情况下(在本说明书中，将该自由磁性层中的残留磁化中的与初始磁化方向正交的成分也称为“残留正交成分”。)，通过从外部施加具有与残留正交成分反向平行的成分的磁场，能够使残留正交成分降低。
如果对上述知识进行具体地说明，来自被测定电流的感应磁场等外部磁场被施加给自由磁性层，由此自由磁性层的磁化方向受到被测定磁场的影响而从初始磁化方向旋转。通过测定基于该磁化旋转的元件电阻值的变动，能够检测被测定磁场的大小及朝向。但是，即使被测定磁场的施加结束，自由磁性层的磁化方向也不完全返回到初始磁化方向，在自由磁性层的磁化方向中残留与初始磁化方向正交的成分，这是磁阻效应元件的磁滞的一个原因。因此，通过从外部赋予与自由磁性层的残留正交成分反向平行的磁场，能够降低残留正交成分的大小，使自由磁性层的磁化方向返回到初始磁化方向变得容易。在本说明书中，将因为该目的而对自由磁性层赋予的磁场也称为“磁滞消除磁场”或“HC磁场”。
也能够使用硬磁偏置层赋予HC磁场，但硬磁偏置层在多数的情况下被配置为与磁阻效应元件的基本的层叠构造(晶种层/固定磁性层/非磁性材料层/自由磁性层)不同的构造，因此硬磁偏置层与自由磁性层的位置关系容易产生偏差，HC磁场的大小、朝向可能产生偏差。
因此，进一步研究的结果是，得到了如下知识，即，在因使自由磁性层的磁化方向对齐的目的所层叠的反铁磁性层的与自由磁性层对置一侧的相反侧层叠铁磁性层(在本说明书中，也称为“磁滞消除层”或“HC层”。)，从而能够有效地对自由磁性层施加HC磁场的知识。
即，在未施加被测定磁场的状态下，在HC层，与自由磁性层同样地、产生与反铁磁性层的交换耦合偏置。并且，在对具备HC层的磁阻效应元件施加被测定磁场时，HC层的磁化方向也因被测定磁场的影响而旋转，在被测定磁场的施加结束时，与自由磁性层同样地、残留具有与基于交换耦合偏置的磁化方向正交的成分的磁化。因此，通过使HC层中的基于与反铁磁性层的交换耦合偏置的磁化方向为与自由磁性层中的初始磁化方向相同的朝向，由此能够将基于HC层的残留磁化的闭合磁场作为具有与自由磁性层的残留正交成分反向平行的成分的外部磁场，并作用于自由磁性层。其结果是，自由磁性层的残留正交成分变小，能够降低GMR元件的磁滞。
另外，从HC层对自由磁性层施加的闭合磁场的温度依存性，和自由磁性层与反铁磁性层的交换耦合偏置的大小的温度依存性，基本的倾向相等，所以HC层也能够作为磁阻效应元件的温度补偿机构起作用，能够降低由磁传感器的测定值的温度变化引起的变动。
基于该知识完成的本发明如下。
(1)一种磁传感器，具备在特定的方向上具有灵敏度轴的磁阻效应元件，该磁传感器的特征在于，上述磁阻效应元件具备固定磁性层与自由磁性层隔着非磁性材料层而层叠的层叠构造，在上述自由磁性层的与上述非磁性材料层对置一侧的相反侧，设置反铁磁性层，该反铁磁性层在其与上述自由磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使上述自由磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，在上述反铁磁性层的与上述自由磁性层对置一侧的相反侧，设置铁磁性层，该铁磁性层是在其与上述反铁磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使该铁磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，基于上述自由磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向是与基于上述铁磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向相同的朝向，上述铁磁性层能够对上述自由磁性层赋予具有沿着上述灵敏度轴的方向的成分的闭合磁场。
(2)在上述(1)所述的磁传感器中，上述铁磁性层中产生的交换耦合偏置的大小及上述铁磁性层的厚度被设定为，使上述自由磁性层的残留磁化的沿上述灵敏度轴的方向的成分降低。
(3)在上述(1)或(2)所述的磁传感器中，上述反铁磁性层由IrMn形成。
(4)在上述(1)至(3)任一项所述的磁传感器中，上述固定磁性层是第一磁性层与和上述非磁性材料层接触的第二磁性层隔着非磁性中间层而层叠、且上述第一磁性层与上述第二磁性层反向平行地被磁化固定的自钉扎型。
(5)在上述(1)至(4)任一项所述的磁传感器中，上述铁磁性层中产生的交换耦合偏置的大小及上述铁磁性层的厚度被设定为，使上述自由磁性层的灵敏度的高温保存时间依存性降低。
(6)一种磁传感器的制造方法，该磁传感器的制造方法具备在基板上将晶种层、固定磁性层、非磁性材料层、自由磁性层、反铁磁性层及铁磁性层按此顺序层叠的工序，该磁传感器的制造方法的特征在于，具备：钉扎层层叠工序，在沿与层叠方向正交的第一方向施加磁场的同时，将第一磁性层层叠在上述晶种层上，接着依次层叠非磁性中间层及第二磁性层，从而得到由具备自钉扎构造的层叠体构成的上述固定磁性层；非磁性层层叠工序，在上述第二磁性层上层叠非磁性材料层；及自由层层叠工序，在施加与上述第一方向不同的方向的第二磁场的同时，在上述非磁性材料层上依次层叠上述自由磁性层、上述反铁磁性层及上述铁磁性层。
(7)在上述(6)所述的磁传感器的制造方法中，上述铁磁性层的构造被设定为，能够从上述铁磁性层对上述自由磁性层施加与上述第一方向平行的方向上的闭合磁场。
(8)在上述(6)或(7)所述的磁传感器的制造方法中，从层叠上述晶种层的工序起，到层叠上述铁磁性层的工序为止，不进行磁场中退火处理。
(9)在上述(8)所述的磁传感器的制造方法中，上述反铁磁性层由IrMn形成。
(10)一种电流传感器，具备上述(1)至(5)任一项记载的磁传感器。
发明的效果
根据本发明，提供能够使磁阻效应元件的磁滞降低的磁传感器。另外，还提供该磁传感器的制造方法及使用该磁传感器的电流传感器。
附图说明
图1是构成本发明的一个实施方式的磁传感器的磁阻效应元件的放大俯视图。
图2是图1所示的II－II线处的向视剖视图。
图3是表示零磁场磁滞的设计条纹宽度依存性的曲线图。
图4是表示零磁场磁滞的灵敏度依存性的曲线图。
图5是表示平均灵敏度变化率相对于交换耦合偏置的大小的变化率的依存性的曲线图。
图6是表示平均灵敏度变化率相对于150℃加热时间的依存性的曲线图。
具体实施方式
1.磁传感器
图1是本发明的一个实施方式的磁传感器的概念图(平面图)，图2是图1所示的II－II线处的向视剖视图。
本发明的一个实施方式的磁传感器1如图1所示，具有条纹形状的磁阻效应元件11。磁阻效应元件11具有以其条纹长度方向D1(以下，也简称为“长度方向D1”。)互相平行的方式配置的多个带状的长条图案12(条纹)折返而成的形状(曲折形状)。在该曲折形状的磁阻效应元件11中，灵敏度轴方向是与长条图案12的长度方向D1正交的方向D2(以下，也简称为“宽度方向D2”。)。因此具备该曲折形状的磁阻效应元件11的磁传感器1在使用时，以沿着宽度方向D2的方式施加被测定磁场及消除磁场。
以互相平行的方式配置的多个带状的长条图案12中的、位于排列方向端部的长条图案12以外的长条图案12，各自在端部通过导电部13与最近处的其他的带状的长条图案12连接。位于排列方向端部的长条图案12经由导电部13与连接端子14连接。这样，磁阻效应元件11具备在二个连接端子14、14间多个长条图案12串联地通过导电部13连接的构成。导电部13及连接端子14并不论非磁性、磁性之分，但由电阻低的材料构成是较为理想的。磁传感器1能够从二个连接端子14、14输出来自磁阻效应元件11的信号。从连接端子14、14输出的来自磁阻效应元件11的信号，被输入至未图示的运算部，在运算部中基于该信号计算被测定电力。
如图2所示，磁阻效应元件11的长条图案12分别为，在芯片29上，经由未图示的绝缘层等从下方按晶种层20、固定磁性层21、非磁性材料层22、自由磁性层23、反铁磁性层24、HC层25及保护层26的顺序层叠并成膜。这些层的成膜方法不限定。例如可以通过溅射成膜。
晶种层20由NiFeCr或Cr等形成。
固定磁性层21是第一磁性层21a与第二磁性层21c与位于第一磁性层21a和第二磁性层21c之间的非磁性中间层21b的自钉扎构造。
如图2所示，第一磁性层21a的固定磁化方向与第二磁性层21c的固定磁化方向反向平行。并且，第二磁性层21c的固定磁化方向是固定磁性层21中的固定磁化方向、即灵敏度轴方向。
如图2所示，第一磁性层21a形成在晶种层20上，第二磁性层21c形成为与后述的非磁性材料层22接触。
本实施方式的第一磁性层21a优选由相比于第二磁性层21c为高保磁力材料的FeCo合金形成。
与非磁性材料层22接触的第二磁性层21c是有助于磁阻效应(具体而言为GMR效应)的层，第二磁性层21c可选择能够将带有上旋的传导电子和带有下旋的传导电子的平均自由行程差形成得较大的磁性材料。
在图2所示的构成中，第一磁性层21a与第二磁性层21c的磁化量(饱和磁化Ms·膜厚t)之差被调整为实质为零。
本实施方式的固定磁性层21是自钉扎构造，所以不具备反铁磁性层。由此，磁阻效应元件11的温度特性不受反铁磁性层的阻挡温度(blocking temperature)制约。
为了提高固定磁性层21的磁化固定力，重要的是，提高第一磁性层21a的保磁力Hc、将第一磁性层21a与第二磁性层21c的磁化量之差调整为实质上为零、进一步调整非磁性中间层21b的膜厚而增强由在第一磁性层21a与第二磁性层21c间产生的RKKY相互作用引起的反向平行耦合磁场。通过这样适当调整，固定磁性层21不会受到来自外部的磁场的影响，磁化更稳固地被固定。
非磁性材料层22是Cu(铜)等。另外，图2所示的自由磁性层23由NiFe、CoFe等单层构造或层叠构造构成，但并不限定于此。构成保护层26的材料不被限定。例示出Ta(钽)等。
如图2所示，在自由磁性层23的上面形成有反铁磁性层24。反铁磁性层24由在其与自由磁性层23之间不进行磁场中的退火处理就能够产生交换耦合偏置(交换耦合磁场；Hex)的IrMn形成是较为理想的。在这种使用不实施磁场中的退火处理就能够在其与自由磁性层23间产生交换耦合偏置的反铁磁性层24的情况下，不使用需要磁场中的退火处理的PtMn、NiMn是较为理想的。
只要能够使自由磁性层23的磁化方向以相对于被测定磁场磁化能够变动的状态对齐，反铁磁性层24的膜厚及自由磁性层23中产生的交换耦合偏置的大小并不限定。举出一个例子的话，反铁磁性层24的膜厚为左右。另外，自由磁性层23中产生的交换耦合偏置的大小为50～300Oe(约4kA/m～约24kA/m)左右。图2的自由磁性层的磁化方向F表示初始磁化方向，自由磁性层23的磁化方向F被对齐为与固定磁性层21的固定磁化方向(第二磁性层21c的固定磁化方向)正交的方向。
在图2中，反铁磁性层24成膜于自由磁性层23的整个上面，但不限定于此，也可以在反铁磁性层24的一部分形成缺失部。但是，反铁磁性层24形成于自由磁性层23的整面能够使自由磁性层23整体适当地沿一个方向单磁畴化，能够进一步降低磁滞，因此能够提高测定精度，是优选的。
本发明的一个实施方式的磁阻效应元件11在反铁磁性层24的与自由磁性层23对置一侧的相反侧、即图2中反铁磁性层24的上面侧，设置有HC层25，该HC层25能够在其与反铁磁性层24之间产生交换耦合偏置而使其磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向。HC层25是由铁磁性材料构成的铁磁性层，以便能够在其与反铁磁性层24之间适当地产生交换耦合偏置。
为了使起因于反铁磁性层24而在自由磁性层23产生的交换耦合偏置与起因于反铁磁性层24而在HC层25产生的交换耦合偏置的磁化方向相等，设定反铁磁性层24及HC层25。另外，HC层25能够对于自由磁性层23赋予具有沿着灵敏度轴的方向即宽度方向D2的成分的闭合磁场。如果磁阻效应元件11是如图1所示那样具有彼此分离的多个长条图案12的构成，则只要HC层25不具有极端薄等的特殊的构造，通常将来自HC层25的闭合磁场的沿着灵敏度轴的方向的成分提供给自由磁性层23是容易的。在以下的说明中，将来自HC层25的闭合磁场的沿着灵敏度轴的方向的成分也称为“闭合正交成分”。
HC层25的磁化方向与自由磁性层23同样地、旋转为沿着来自被测定电流的感应磁场等被测定磁场的朝向，因此对自由磁性层23提供的来自HC层25的闭合正交成分与被测定磁场的朝向为相反的朝向。因此在被测定磁场的施加结束而在自由磁性层23中存在残留正交成分的情况下，基于该HC层25的残留磁化的闭合正交成分与自由磁性层23的残留正交成分成为相反的朝向，并起到将自由磁性层23的残留正交成分消除的作用。因此本发明的一个实施方式的磁阻效应元件11的磁滞容易降低。
构成HC层25的材料只要是铁磁性材料就不被限定。作为这种材料，例示出NiFeNb系的材料、NiFe系的材料、CoFe系的材料等。在上述材料中，根据减少分路损失的观点，较为理想的是，HC层25使用如NiFeNb系的材料那样的体积电阻率比较高的材料。
HC层25既可以是单层构造，也可以是层叠构造。根据使得HC层25与反铁磁性层24之间适当产生交换耦合偏置、在被施加了被测定磁场时HC层25的磁化旋转会适当产生、以能够使自由磁性层23的残留正交成分降低的程度产生来自HC层25的闭合正交成分、及使分路损失降低这些情况的平衡良好的观点，较为理想的是，使HC层25为层叠构造，由如NiFe系的材料那样的交换耦合偏置容易适度产生的材料构成的比较薄的层以与反铁磁性层24接触的方式位于反铁磁性层24上，由如NiFeNb系的材料那样的体积电阻率比较高的材料构成的比较厚的层位于相对于反铁磁性层24而言相对远的位置。
在HC层25如上述那样具有层叠构造的情况下，通过调整各层的组成、厚度，也能够提高具有磁阻效应元件11的磁传感器的线性。另外，通过对具备HC层25的磁阻效应元件11进行退火处理(在该退火处理中不需要施加磁场。)，有时也能够提高具备磁阻效应元件11的磁传感器的线性。
HC层25如以下说明那样也能够作为磁阻效应元件11的温度补偿机构发挥功能。反铁磁性层24与自由磁性层23、HC层25之间产生的交换耦合偏置，由于各种原因(组成的偏差、接合界面的不匹配、相互扩散等)，其大小具有高温保存时间依存性，作为基本的倾向，在高温环境中的保存时间变长时，交换耦合偏置变大。
因此，在不具有HC层25的磁阻效应元件中，在测定环境温度高的状态持续较长后在自由磁性层中产生的交换耦合偏置变大时，在对磁阻效应元件施加了外部磁场之际，自由磁性层的磁化旋转角度变小，外观上，测定出所施加的磁场降低。因此在具备该磁阻效应元件的磁传感器被用作电流传感器的情况下，高温环境下的保存时间变长，从而检测电流降低。与此相对，在如本实施方式的磁阻效应元件11那样具有HC层25的情况下，在HC层25中产生的交换耦合偏置也具有基本倾向与自由磁性层23中产生的交换耦合偏置共通的高温保存时间依存性，因此来自HC层25的闭合磁场，在高温环境下的保存时间越短时越大，在高温环境下的保存时间越长时及温度越高时越小。
即，在自由磁性层23的磁化旋转角度会变得比较大的高温环境下的保存时间较短的情况下，起到使磁化旋转角度降低的作用的来自HC层25的闭合正交成分比较大，在自由磁性层23的磁化旋转角度会变得比较小的高温环境下的保存时间较长的情况下，起到使磁化旋转角度降低的作用的来自HC层25的闭合正交成分比较小。因此，基于高温环境下的保存时间的变化的自由磁性层23的磁化旋转的变化不易发生，由高温环境下的保存时间引起的测定值的变动不易产生。为了使这种基于HC层25的温度补偿机构适当地发挥功能，只要适当设定HC层25的构成(组成、厚度等)即可。
另外，在图2中，HC层25被成膜于反铁磁性层24的整个上面，但不限定于此，也可以在HC层25的一部分形成缺失部。但是，HC层25形成于反铁磁性层24的整面，更能够使自由磁性层23的残留正交成分适当地降低，能够提高测定精度，是优选的。
2.磁传感器的制造方法
本发明的一个实施方式的磁传感器的制造方法并不限定。通过如下说明的方法，能够高效地制造本实施方式的磁传感器。
在基板29上，隔着图2中未图示的绝缘层成膜出晶种层20，在晶种层20之上，层叠具有自钉扎构造的固定磁性层21。具体而言，将如图2所示的、第一磁性层21a、非磁性中间层21b及第二磁性层21c依次层叠。各层的成膜手段不限定。例示出溅射。在成膜出第一磁性层21a时通过在施加磁场的同时进行，由此如果使第一磁性层21a磁化为沿着图1中的宽度方向D2，则通过RKKY相互作用，能够将第二磁性层21c强力磁化为与第一磁性层21a的磁化方向反向平行的朝向。这样磁化的第二磁性层21c即使在之后的制造过程中被施加与自身的磁化方向不同的朝向的磁场，也能够不受其影响而维持沿宽度方向D2被磁化的状态。
接下来，在固定磁性层21上层叠非磁性材料层22。非磁性材料层22的层叠方法并不限定，举出溅射作为具体例。
接着，在非磁性材料层22上施加沿着长度方向D1的方向的磁场，同时依次层叠自由磁性层23、反铁磁性层24及HC层25。这些层的层叠方法并不限定，举出溅射作为具体例。通过这样在磁场中进行成膜，在沿着自由磁性层23的磁化方向的方向上在自由磁性层23与反铁磁性层24之间产生交换耦合偏置，在被磁化为与自由磁性层23的磁化方向相同的朝向的HC层25中，在沿着其磁化方向的方向上在HC层25与反铁磁性层24之间产生交换耦合偏置。因此，即使成膜结束后磁场的施加也结束，也能够通过在与反铁磁性层24之间产生的交换耦合偏置，维持自由磁性层23与HC层25的磁化方向对齐为与长度方向D1相同的朝向的状态。另外，这些层的成膜中，对固定磁场层21也施加磁场，但由于固定磁场层21具有基于RKKY相互作用的钉扎构造，因此磁化方向不会根据该施加的磁场而变动。
在此，在使用IrMn系的材料作为构成反铁磁性层24的材料的情况下，能够通过不伴随特殊的加热处理的磁场中成膜使反铁磁性层24的磁化方向对齐。因此能够使制造磁阻效应元件11的过程成为整体中都不进行磁场中退火处理的过程。通过使磁阻效应元件11的制造过程成为如上述那样无磁场中退火的过程，能够容易地在同一基板上制造具有不同的灵敏度轴(包含磁化方向为相反朝向的情况。)的磁阻效应元件11。在磁阻效应元件11的制造过程需要磁场中退火处理的情况下，在进行多次磁场中退火处理时，先进行的磁场中退火处理的效果薄弱，可能难以适当地设定磁化方向。
这样，如果通过磁场中成膜层叠自由磁性层23、反铁磁性层24及HC层25，则最后层叠保护层26。保护层26的层叠方法并不限定，举出溅射作为具体例。
对于通过以上的成膜工序获得的层叠构造体进行除去加工(铣削)，形成沿着宽度方向D2排列有多个长条图案12的状态。形成将这多个长条图案12连接的导电部13及与导电部13连接的连接端子14，得到具有图1所示的曲折形状的磁阻效应元件11。
3.电流传感器
具备本发明的一个实施方式的磁阻效应元件的磁传感器优选能够使用电流传感器。该电流传感器可以是具备一个磁阻效应元件的构成，但如专利文献1、专利文献2所记载那样、使用4个元件，并组成电桥电路来提高测定精度是较为理想的。本发明的一个实施方式的磁阻效应元件的制造方法，在较为理想的一例中不具备磁场中退火处理，因此在同一基板上制造多个磁阻效应元件是容易的。
作为本发明的一个实施方式的电流传感器的具体例，举出磁比例式电流传感器及磁平衡式电流传感器。
磁比例式电流传感器，构成为至少包含一个本发明的一个实施方式的磁阻效应元件(是具备固定磁性层与自由磁性层隔着非磁性材料层而层叠的层叠构造的磁阻效应元件，在自由磁性层的与非磁性材料层对置一侧的相反侧设置有反铁磁性层，该反铁磁性层在其与自由磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使自由磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，在反铁磁性层的与自由磁性层对置一侧的相反侧设置有铁磁性层，该铁磁性层在其与反铁磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使该铁磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，基于自由磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向，是与铁磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向相同的朝向，铁磁性层能够对于自由磁性层赋予具有沿着灵敏度轴的方向的成分的闭合磁场。)，具有磁场检测电桥电路，该磁场检测电桥电路具备产生与来自被测定电流的感应磁场对应的电压差的二个输出。并且，在磁比例式电流传感器中，根据相应于感应磁场从磁场检测电桥电路输出的电位差，测定被测定电流。
磁平衡式电流传感器，构成为至少包含一个本发明的一个实施方式的磁阻效应元件，具备：磁场检测电桥电路，具备产生与来自被测定电流的感应磁场对应的电压差的二个输出；及反馈线圈，配置在磁阻效应元件的附近，产生将感应磁场抵消的消除磁场。并且，在磁平衡式电流传感器中，基于通过电压差对反馈线圈通电并成为感应磁场与消除磁场抵消的平衡状态时的反馈线圈中流通的电流，测定被测定电流。
以上说明的实施方式，是为了易于本发明的理解而记载的，并不是为了限定本发明而记载的。因此上述实施方式所公开的各要素意在也包含属于本发明的技术范围的全部的设计变更及等同物。
例如，作为自由磁性层23的磁化控制，也可以将以往的硬磁偏置层辅助性地与不需要磁场中的退火处理的反铁磁性层24一起使用。
实施例
以下，通过实施例等进一步对本发明进行具体地说明，但本发明的范围并不限定于这些实施例等。
在具有绝缘膜的基板上，从下起按晶种层20：NiFeCr(42)/固定磁性层21[第一磁性层21a；Fe60Co40(19)/非磁性中间层21b；Ru(3.6)/第二磁性层21c；Co90Fe10(24)]/非磁性材料层22；Cu(22)/自由磁性层23[Co90Fe10(10)/Ni81Fe19(90)/Co90Fe10(10)]/反铁磁性层24；Ir22Mn78(60)/HC层25[Ni81Fe19(10)/Ni82Fe13Nb5(100)]/保护层26；Ta(100)的顺序层叠而得到层叠体1。括弧内的数值表示膜厚，单位是
将成膜出固定磁性层21时的磁场施加磁铁的磁场方向与成膜出自由磁性层23、反铁磁性层24及HC层25时的磁场施加磁铁的磁场方向改变90°，在磁场中成膜出各层。
对所得到的层叠体1进行铣削而得到多个长条图案以条纹状配置的构造体。在这多个长条图案的端部形成导电部，进而形成与导电部连接的连接端子，形成具有曲折形状的磁阻效应元件。
除了不成膜出HC层25以外，通过与层叠体1的制造方法同样的制造方法制造出层叠体2。从该层叠体2制造出不具有HC层的磁阻效应元件。
通过变更上述的层叠体1及2的铣削条件，制作出设计条纹宽度不同的多个磁阻效应元件。对于这些磁阻效应元件，施加±500Oe(±约8kA/m)的外部磁场，测定零磁场磁滞(单位：相对于最大刻度的百分率)。
其结果是，得到如图3所示的结果。可以确认：通过导入HC层，不会使设计条纹宽度变细，能够使磁阻效应元件的零磁场磁滞降低。
另外，在图3中，将通过改变设计条纹宽度而能够调整的灵敏度(单位：mV/mT)作为横轴进行重新描绘时，得到如图4所示的结果。
对于不具有HC层的磁阻效应元件(基于构造体2。)，进行以150℃进行加热并保存一定时间的处理。关于处理后的磁阻效应元件，将以150℃加热处理前的值为基准的、平均灵敏度变化率(纵轴)及交换耦合偏置的大小的变化率(横轴)的关系图表化。将其结果示于图5。另外，各绘图点从左起是热处理前、保存100小时、200小时、500小时、700小时、1000小时后的绘图点。如图5所示，能够确认：在高温下的保存时间变长时，交换耦合偏置的大小的变化率逐渐变大，平均灵敏度变化率降低。由此可知：自由磁性层23的交换耦合偏置的大小与HC层25的交换耦合偏置的大小，通过高温保存而变化为相同，另外无关于高温保存的有无及/或时间，能够通过来自HC层25的闭合磁场适当地降低磁滞。
对于基于构造体1及2的磁阻效应元件，进行了以150℃加热的处理。关于处理后的磁阻效应元件，测定以150℃加热处理前的值为基准的、平均灵敏度变化率的高温保存时间依存性。将其结果示于图6。如图6所示，通过导入HC层，能够降低磁阻效应元件被高温保存引起的灵敏度变化。
工业上的可用性
具备本发明的一个实施方式的磁阻效应元件的磁传感器，优选可被作为电动汽车或混合动力汽车等的电流传感器的构成要素使用。
符号说明
1：磁传感器
11：磁阻效应元件
12：长条图案
21：固定磁性层
21a：第一磁性层
21b：非磁性中间层
21c：第二磁性层
22：非磁性材料层
23：自由磁性层
24：反铁磁性层
25：HC层
29：芯片

Claims (10)

1.一种磁传感器，具备在特定的方向上具有灵敏度轴的磁阻效应元件，该磁传感器的特征在于，
上述磁阻效应元件具备固定磁性层与自由磁性层隔着非磁性材料层而层叠的层叠构造，
在上述自由磁性层的与上述非磁性材料层对置一侧的相反侧，设置反铁磁性层，该反铁磁性层在其与上述自由磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使上述自由磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，
在上述反铁磁性层的与上述自由磁性层对置一侧的相反侧，设置铁磁性层，该铁磁性层在其与上述反铁磁性层之间产生交换耦合偏置而能够使该铁磁性层的磁化方向以磁化能够变动的状态对齐为规定方向，
基于上述自由磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向，是与基于上述铁磁性层中产生的交换耦合偏置的磁化方向相同的朝向，
上述铁磁性层能够对上述自由磁性层赋予具有沿着上述灵敏度轴的方向的成分的闭合磁场。
2.如权利要求1所述的磁传感器，
上述铁磁性层中产生的交换耦合偏置的大小及上述铁磁性层的厚度被设定为，使上述自由磁性层的残留磁化的沿上述灵敏度轴的方向的成分降低。
3.如权利要求1所述的磁传感器，
上述反铁磁性层由IrMn形成。
4.如权利要求1所述的磁传感器，
上述固定磁性层是第一磁性层与和上述非磁性材料层接触的第二磁性层隔着非磁性中间层而层叠、且上述第一磁性层与上述第二磁性层反向平行地被磁化固定的自钉扎型的。
5.如权利要求1所述的磁传感器，
上述铁磁性层中产生的交换耦合偏置的大小及上述铁磁性层的厚度被设定为，使上述自由磁性层的灵敏度的高温保存时间依存性降低。
6.一种磁传感器的制造方法，该磁传感器的制造方法具备在基板上将晶种层、固定磁性层、非磁性材料层、自由磁性层、反铁磁性层及铁磁性层按此顺序层叠的工序，
该磁传感器的制造方法的特征在于，具备：
钉扎层层叠工序，在沿与层叠方向正交的第一方向施加磁场的同时，将第一磁性层层叠在上述晶种层上，接着依次层叠非磁性中间层及第二磁性层，从而得到由具备自钉扎构造的层叠体构成的上述固定磁性层；
非磁性层层叠工序，在上述第二磁性层上层叠非磁性材料层；及
自由层层叠工序，在施加与上述第一方向不同的方向的第二磁场的同时，在上述非磁性材料层上依次层叠上述自由磁性层、上述反铁磁性层及上述铁磁性层。
7.如权利要求6所述的磁传感器的制造方法，
上述铁磁性层的构造被设定为，能够从上述铁磁性层对上述自由磁性层施加与上述第一方向平行的方向上的闭合磁场。
8.如权利要求6或7所述的磁传感器的制造方法，
从层叠上述晶种层的工序起，到层叠上述铁磁性层的工序为止，不进行磁场中退火处理。
9.如权利要求8所述的磁传感器的制造方法，
上述反铁磁性层由IrMn形成。
10.一种电流传感器，具备：
权利要求1至5任一项所述的磁传感器。
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