JP2011164098A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を節約しながらも磁気感度の向上を図りうる磁気センサを提供する。
【解決手段】本発明の磁気センサは、正磁気抵抗効果素子と、負磁気抵抗効果素子とを有するブリッジ回路または直列接続回路により構成されている。正の磁気抵抗効果素子が、ＣｒＯ₂またはＣｒＯ₂およびＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（正のスピン分極率を有する第１導電性磁性体）の粉状体と、ＣｒＯ₂またはＣｒＯ₂およびＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（負のスピン分極率を有する第２導電性磁性体）の粉状体との混合物により構成されていてもよい。
【選択図】 図３

Description

本発明は磁気センサに関する。

磁気抵抗効果素子を有する回路によって構成される磁気センサが提案されている（特許文献１〜３参照）。

特開２００７−０６４８１３号公報 特開２００９−２０００９２号公報 特開２００９−２００１１７号公報

しかし、磁気感度向上のために磁気抵抗変化率が高い（たとえば数百％）素子が採用された場合、磁場が強いほど当該素子の磁気抵抗が強くなり、その結果、消費電力が大きくなってしまう。一方、消費電力の節約のために磁気抵抗変化率が低い（たとえば数％）素子が採用された場合、磁気感度が低下してしまう。

そこで、本発明は、消費電力を節約しながらも磁気感度の向上を図りうる磁気センサを提供することを解決課題とする。

本発明の磁気センサは、正磁気抵抗効果素子と、負磁気抵抗効果素子との接続回路により構成されていることを特徴とする。

前記接続回路は、前記正磁気抵抗効果素子と前記負磁気抵抗効果素子との直列接続回路であり、磁場に応じて前記正磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が増加する一方、前記負磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が減少することによる前記直列接続回路の電気抵抗の変化が電流変化として検知されてもよい。

前記接続回路は、３つの抵抗が正磁気抵抗効果素子により構成され、１つの抵抗が負磁気抵抗効果素子により構成されているホイートストンブリッジ回路であり、磁場に応じて前記３つの抵抗の電気抵抗値が増加する一方、前記１つの抵抗の電気抵抗値が減少することによる前記ブリッジ回路の中間点の電位差の変化が検知されてもよい。

前記接続回路は、３つの抵抗が正磁気抵抗効果素子により構成され、１つの抵抗が負磁気抵抗効果素子により構成されているホイートストンブリッジ回路であり、磁場に応じて前記３つの抵抗の電気抵抗値が減少する一方、前記１つの抵抗の電気抵抗値が増加することによる前記ブリッジ回路の中間点の電位差の変化が検知されてもよい。

また、前記正の磁気抵抗効果素子が、正のスピン分極率を有する第１導電性磁性体の粉状体と、負のスピン分極率を有する第２導電性磁性体の粉状体との混合物により構成されていてもよい。

さらに、前記第１導電性磁性体としてＣｒＯ₂およびＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀のうち一方または両方が採用され、前記第２導電性磁性体としてＦｅ₃Ｏ₄が採用されてもよい。

本発明の磁気センサによれば、接続回路に印加する電圧極性の異なる磁気抵抗効果素子が組み合わせられていることにより、極性が同一の磁気抵抗効果素子が組み合わせられて構成されている磁気センサよりも感度の向上を図ることができる。このため、接続回路への印加電圧の低下、ひいては消費電力の節約しながらも、磁気感度の向上が図られうる。

本発明の第１実施形態の磁気センサの主要部の構成説明図。 本発明の第２または第３実施形態の磁気センサの主要部の構成説明図。 正磁気抵抗効果素子の磁場特性に関する説明図。 負磁気抵抗効果素子の磁場特性に関する説明図。 磁気抵抗比と、センサ感度および消費電力との相関関係に関する説明図（第２実施形態）。 磁気センサの出力値の磁場特性に関する説明図（第１実施例）。 磁気抵抗比と、センサ感度および消費電力との相関関係に関する説明図（第３実施形態）。 磁気センサの出力値の磁場特性に関する説明図（第４実施例）。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態としての磁気センサの構成について説明する。図１に示されている磁気センサは、直列接続回路により構成されている。

直列接続回路を構成する第１抵抗Ｘ₁（抵抗値Ｒ₁）は正磁気抵抗効果素子により構成されている。正磁気抵抗効果素子としては、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｓｉなどの半導体のほか、正のスピン分極率を有する一または複数種類の第１導電性磁性体と、負のスピン分極率を有する一または複数種類の第２導電性磁性体の混合物が採用されてもよい。たとえば、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀の粉状体と、Ｆｅ₃Ｏ₄の粉状体との混合物により正磁気抵抗効果素子が構成されていてもよい。ＣｒＯ₂の粉状体と、Ｆｅ₃Ｏ₄の粉状体との混合物により正磁気抵抗効果素子が構成されていてもよい。混合比率（ｗｔ％）が、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀：Ｆｅ₃Ｏ₄＝１：１またはＣｒＯ₂：Ｆｅ₃Ｏ₄＝１：１に調整されてもよい。

直列接続回路を構成するもう１つの第２抵抗Ｘ₂（抵抗値Ｒ₂）は負磁気抵抗効果素子により構成されている。負磁気抵抗効果素子としては、たとえば、ＣｒＯ₂などのルチル型酸化物、Ｆｅ₃Ｏ₄などのスピネル型酸化物、Ｌａ_0.7Ｓｒ_0.3ＭｎＯ₃などのペロブスカイト化合物、ＣｒＡｓ₆、ＣｒＳｂ₇などの閃亜鉛鉱型化合物、ＮｉＭｎＳｂなどのホイスラー合金、ＰｔＭｎＳｂなどのハーフホイスラー合金、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの単体、化合物または複合体など、ＴＭＲ効果または異方性磁気抵抗効果を示す物質または構成物により構成されている。たとえば、酸化皮膜のあるＦｅについてはＴＭＲ効果を示し、酸化皮膜がないＦｅについては異方性磁気抵抗効果を示すことが知られている。

（第１実施形態の磁気センサの特性）
第１抵抗Ｘ₁は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ₁が式１１により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ₁＝α₁＋β₁ｂ＋γ₁ｂ²，（α₁＞０，β₁＞０，γ₁＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..11

図３（ａ）には、第１抵抗Ｘ₁が、ＣｒＯ₂（Ｘ１＝１０〜４０［ｗｔ％］）およびＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（Ｘ２＝１０〜４０［ｗｔ％］）の粉状体（第１導電性磁性体）と、Ｆｅ₃Ｏ₄（１００−（Ｘ１＋Ｘ２）［ｗｔ％］）の粉状体（第２導電性磁性体）との混合物により構成されている場合の磁気抵抗特性が示されている。原料の混合比率（ｗｔ％）は、たとえば、ＣｒＯ₂：Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀：Ｆｅ₃Ｏ₄＝１：１：２に調整された。

原料であるＦｅ₃Ｏ₄（粒径２００〜５００［ｎｍ］）、ＣｒＯ₂（粒径１０〜５０［μｍ］）およびＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（粒径１０〜５０［μｍ］）の混合物をボールミルで粉砕した上で、粉砕物を筒状のセラミックス容器に入れ、ステンレス部材によって容器の両端から粉砕物を圧縮成型し、このステンレス部材をそのまま筒状容器に取り付けることにより正磁気抵抗効果素子が作製される。

なお、圧縮成型された粉状物に樹脂または接着剤を含浸させ、当該成型体が固められることにより正磁気抵抗効果素子が作製されてもよい。また、当該成型体が焼結されることにより正磁気抵抗効果素子が作製されてもよい。さらに、ＰＪＤ法など、高速で粉状物を噴射して積層する手法にしたがって、正磁気抵抗効果素子が作製されてもよい。

図３（ｂ）には、第１抵抗Ｘ₁が、ＩｎＳｂにより構成されている場合の磁気抵抗特性が示されている。

第２抵抗Ｘ₁は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ₂が式１２により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ₂＝α₂−β₂ｂ−γ₂ｂ²，（α₂＞０，β₂＞０，γ₂＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..12

図４（ａ）には、第２抵抗Ｘ₂が、ＣｒＯ₂により構成されている場合の磁気抵抗特性が示されている。図４（ｂ）には、第２抵抗Ｘ₂が、酸化皮膜がないＦｅ（異方性磁気抵抗効果を示す構成物）により構成されている場合の磁気抵抗特性が示されている。

電圧Ｖが印加されている直列接続回路が磁場Ｂに置かれた場合、当該回路の端子間の電位差Ｅは、式１３で表わされる。

Ｅ＝Ｖ／（Ｒ₁＋Ｒ₂）
＝Ｖ／（α₁＋α₂＋（β₁−β₂）ｂ＋（γ₁−γ₂）ｂ²） ..13

ここで、比較のため、第２抵抗Ｘ₂が第１抵抗Ｘ₁と同じ極性の磁気抵抗効果を示す素子、すなわち、前記実施形態について言うと第２抵抗Ｘ₂が正磁気抵抗効果素子により構成されている直列接続回路により構成されている磁気センサを第１比較形態として考える。

第１比較形態としての磁気センサを構成する第２抵抗Ｘ₂は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ₂’が式１４により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ₂’＝α₁＋β₂ｂ＋γ₂ｂ² ..14

電圧Ｖが印加されている直列接続回路が磁場Ｂに置かれた場合、当該回路の端子間の電位差Ｅ’は、式１５で表わされる。

Ｅ’＝Ｖ／（Ｒ₁＋Ｒ₂’）
＝Ｖ／（α₁＋α₂＋（β₁＋β₂）ｂ＋（γ₁＋γ₂）ｂ²） ..15

ここで、室温（２０℃）において、α₁＝α₂＝０．０１、β₁＝０．２、β₂＝０．３、ｂ＝０．１［Ｔ］である場合、第１実施形態の磁気センサの電位差Ｅの、第１比較形態の磁気センサの電位差Ｅ’に対する比率ｑ＝Ｅ／Ｅ’は「７」となる。すなわち、第１実施形態の磁気センサによれば、第１比較形態の磁気センサと比較して７倍も感度を向上させることができることがわかる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態としての磁気センサの構成について説明する。図２に示されている磁気センサは、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）により構成されている。

ブリッジ回路を構成する第１抵抗Ｙ₁（抵抗値Ｒ₁₊）、第２抵抗Ｙ₂（抵抗値Ｒ₂₊）および第３抵抗Ｙ₃（抵抗値Ｒ₃₊）のそれぞれは正磁気抵抗効果素子により構成されている。ブリッジ回路を構成する残り１つの第４抵抗Ｙ₄（抵抗値Ｒ_4-）は負磁気抵抗効果素子により構成されている。

磁場Ｂが０であるとき、ホイートストンブリッジの公式Ｒ₁₊／Ｒ₃₊＝Ｒ₂₊／Ｒ_4-が成立するように、各抵抗の抵抗値は調節されている。

（第２実施形態の磁気センサの特性）
第ｉ抵抗Ｙ_i（ｉ＝１〜３）は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ_i+が式２１により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ_i+＝α_i+＋β_i+ｂ＋γ_i+ｂ²，（α_i+＞０，β_i+＞０，γ_i+＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..21

第４抵抗Ｙ₄は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ_4-が式２２により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ_4-＝α_4-−β_4-ｂ−γ_4-ｂ²，
（α_4-＝（α₂₊／α₁₊）α₃₊，β_4-＞０，γ_4-＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..22

電圧Ｖが印加されているブリッジ回路が磁場Ｂに置かれた場合、第１抵抗Ｙ₁および第２抵抗Ｙ₂の中間点ｐ₁と、第３抵抗Ｙ₃および第４抵抗Ｙ₄の中間点ｐ₂との間の電位差Ｅは、式２３で表わされる。

Ｅ＝（Ｒ₂₊／（Ｒ₁₊＋Ｒ₂₊）−Ｒ_4-／（Ｒ₃₊＋Ｒ_4-））Ｖ
＝（α₂₊＋β₂₊ｂ＋γ₂₊ｂ²）Ｖ
÷（α₁₊＋α₂₊＋（β₁₊＋β₂₊）ｂ＋（γ₁₊＋γ₂₊）ｂ²）
−（（α₂₊／α₁₊）α₃₊＋β_4-ｂ＋γ_4-ｂ²）Ｖ
÷（α₃₊＋（α₂₊／α₁₊）α₃₊＋（β₃₊−β_4-）ｂ＋（γ₃₊−γ_4-）ｂ²）
≒（α₂₊＋β₂₊ｂ）Ｖ／（α₁₊＋α₂₊＋（β₁₊＋β₂₊）ｂ）
−（α₂₊α₃₊／α₁₊＋β_4-ｂ）Ｖ／（（１＋α₂₊／α₁₊）α₃₊＋（β₃₊−β_4-）ｂ）
（ｂ≒０のとき） ..23

ここで、比較のため、第４抵抗Ｙ₄が第１抵抗Ｙ₁、第２抵抗Ｙ₂および第３抵抗Ｙ₃のそれぞれと同じ極性の磁気抵抗効果を示す素子、すなわち、正磁気抵抗効果素子により構成されているブリッジ回路により構成されている磁気センサを第２比較形態として考える。

第２比較形態としての磁気センサを構成する第４抵抗Ｙ₄は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ₄₊’が式２４により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ₄₊’＝α₄₊＋β₄₊ｂ＋γ₄₊ｂ²，
（α₄₊＝α_4-＝（α₂₊／α₁₊）α₃₊，β₄₊＞０，γ₄₊＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..24

電圧Ｖが印加されているブリッジ回路が磁場Ｂに置かれた場合、ブリッジ回路の点ｐ₁と点ｐ₂との間の電位差Ｅ’は、式２５で表わされる。

Ｅ’＝（Ｒ₂₊／（Ｒ₁₊＋Ｒ₂₊）−Ｒ₄₊’／（Ｒ₃₊＋Ｒ₄₊’））Ｖ
＝（α₂₊＋β₂₊ｂ＋γ₂₊ｂ²）Ｖ
÷（α₁₊＋α₂₊＋（β₁₊＋β₂₊）ｂ＋（γ₁₊＋γ₂₊）ｂ²）
−（（α₂₊／α₁₊）α₃₊＋β₄₊ｂ＋γ₄₊ｂ²）Ｖ
÷（α₃₊＋（α₂₊／α₁₊）α₃₊＋（β₃₊＋β₄₊）ｂ＋（γ₃₊＋γ₄₊）ｂ²）
≒（α₂₊＋β₂₊ｂ）Ｖ／（α₁₊＋α₂₊＋（β₁₊＋β₂₊）ｂ）
−（α₂₊α₃₊／α₁₊＋β_4-ｂ）Ｖ／（（１＋α₂₊／α₁₊）α₃₊＋（β₃₊＋β_4-）ｂ）
（ｂ≒０のとき） ..25

ここで、α₁₊＝α₂₊＝α₃₊＝０．１２、β₁₊＝β₂₊＝β₃₊＝０．２、β₄₊＝β_4-＝０．３、ｂ＝０．１［Ｔ］である場合、第２実施形態の磁気センサの電位差Ｅの、第２比較形態の磁気センサの電位差Ｅ’に対する比率ｑ＝Ｅ／Ｅ’は約３．３となる。すなわち、第２実施形態の磁気センサによれば、第２比較形態の磁気センサと比較して約３．３倍も感度を向上させることができることがわかる。

図５（ａ）には、抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃のそれぞれの磁気抵抗比と、抵抗Ｙ₄の磁気抵抗比の組み合わせに対する磁気センサの感度（０［Ｔ］および０．４［Ｔ］の間の抵抗変化ΔＶ）のシミュレーション結果が示されている。図５（ｂ）には、３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃のそれぞれの磁気抵抗比と、１つの抵抗Ｙ₄の磁気抵抗比との組み合わせに対する印加電圧Ｖ＝５［Ｖ］の場合における磁気センサの消費電力のシミュレーション結果が示されている。図５に示されているシミュレーション結果より、３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃のそれぞれの磁気抵抗比と、１つの抵抗Ｙ₄の磁気抵抗比との組み合わせが適当に調節されることにより、磁気センサの感度向上および消費電力の節約が図られることがわかる。

表１には、第１実施例、第２実施例、第１比較例および第２比較例のそれぞれの磁気センサのｂ＝０．４０における感度および印加電圧Ｖ＝５［Ｖ］における消費電力が示されている。

第１実施例の磁気センサは、図３（ａ）に示されている磁気抵抗特性を有する３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃と、図４（ａ）に示されている磁気抵抗特性を有する１つの抵抗Ｙ₄とにより構成されている。第２実施例の磁気センサは、図３（ｂ）に示されている磁気抵抗特性を有する３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃と、図４（ｂ）に示されている磁気抵抗特性を有する１つの抵抗Ｙ₄とにより構成されている。

第１比較例の磁気センサは、第１実施例の３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃が非磁性体であるに変更されることにより構成されている。第２比較例の磁気センサは、第２実施例の３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃が非磁性体である酸化マンガンまたは酸化ニッケル等に変更されることにより構成されている。

表１より、第１実施例および第２実施例の磁気センサは、第１比較例および第２比較例の磁気センサと比較して感度が高く、かつ、消費電力も少ないことがわかる。

図６には、第１実施例の磁気センサの室温（２０℃）における出力値Ｅの磁場特性が示されている。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態としての磁気センサの構成について説明する。第３実施形態の磁気センサは、第２実施形態の磁気センサと同様にブリッジ回路により構成されている。

その一方、第３実施形態の磁気センサは、第２実施形態の磁気センサとは異なり、ブリッジ回路を構成する第１抵抗Ｙ₁（抵抗値Ｒ_1-）第２抵抗Ｙ₂（抵抗値Ｒ_2-）および第３抵抗Ｙ₃（抵抗値Ｒ_3-）のそれぞれは正磁気抵抗効果素子ではなく、負磁気抵抗効果素子により構成されている。また、ブリッジ回路を構成する残り１つの第４抵抗Ｙ₄（抵抗値Ｒ₄₊）は負磁気抵抗効果素子ではなく、正磁気抵抗効果素子により構成されている。

（第３実施形態の磁気センサの特性）
第ｉ抵抗Ｙ_i（ｉ＝１〜３）は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ₄₊’が式３１（式２２と同様）により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ_i-＝α_i-−β_i-ｂ−γ_i-ｂ²，（α_i-＞０，β_i-＞０，γ_i-＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..31

第４抵抗Ｙ₄は、たとえば−０．４０〜＋０．４０［Ｔ］の範囲の磁場Ｂにおいて、抵抗値Ｒ₄₊’が式３２（式２１と同様）により近似的に表現されるような定性的な磁気抵抗特性を有している。

Ｒ₄₊＝α₄₊＋β₄₊ｂ＋γ₄₊ｂ²，
（α₄₊＝（α_2-／α_1-）α_3-，β₄₊＞０，γ₄₊＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..32

電圧Ｖが印加されているブリッジ回路が磁場Ｂに置かれた場合、第１抵抗Ｙ₁および第２抵抗Ｙ₂の中間点ｐ₁と、第３抵抗Ｙ₃および第４抵抗Ｙ₄の中間点ｐ₂との間の電位差Ｅは、式３３で表わされる。

Ｅ＝（Ｒ_2-／（Ｒ_1-＋Ｒ_2-）−Ｒ₄₊／（Ｒ_3-＋Ｒ₄₊））Ｖ
＝（α_2-−β_2-ｂ−γ_2-ｂ²）Ｖ
÷（α_1-＋α_2-−（β_1-＋β_2-）ｂ（γ_1-＋γ_2-）ｂ²）
−（（α_2-／α_1-）α_3-＋β₄₊ｂ＋γ₄₊ｂ²）Ｖ
÷（α_3-＋（α_2-／α_1-）α_3-＋（β_3-−β₄₊）ｂ＋（γ_3-−γ₄₊）ｂ²）
≒（α_2-−β_2-ｂ）Ｖ／（α_1-＋α_2-−（β_1-＋β_2-）ｂ）
−（α_2-α_3-／α_1-＋β₄₊ｂ）Ｖ／（（１＋α_2-／α_1-）α_3-＋（β_3-−β₄₊）ｂ）
（ｂ≒０のとき） ..33

ここで、比較のため、第４抵抗Ｙ₄が第１抵抗Ｙ₁、第２抵抗Ｙ₂および第３抵抗Ｙ₃のそれぞれと同じ極性の磁気抵抗効果を示す素子、すなわち、負磁気抵抗効果素子により構成されているブリッジ回路により構成されている磁気センサを第３比較形態として考える。

第３比較形態の磁気センサを構成する第４抵抗Ｙ₄’は、抵抗値Ｒ_4-’が磁場Ｂに対して式３４により近似的に表現されるような特性を示すように構成されている。

Ｒ_4-’＝α_4-＋β_4-ｂ＋γ_4-ｂ²，
（α_4-＝α₄₊＝（α_2-／α_1-）α_3-，β_4-＞０，γ_4-＞０，ｂ＝｜Ｂ｜） ..34

電圧Ｖが印加されているブリッジ回路が磁場Ｂに置かれた場合、ブリッジ回路の点ｐ₁と点ｐ₂との間の電位差Ｅ’は、式３５で表わされる。

Ｅ’＝（Ｒ_2-／（Ｒ_1-＋Ｒ_2-）−Ｒ_4-’／（Ｒ_3-＋Ｒ_4-’））Ｖ
＝（α_2-＋β_2-ｂ＋γ_2-ｂ²）Ｖ
÷（α_1-＋α_2-＋（β_1-＋β_2-）ｂ＋（γ_1-＋γ_2-）ｂ²）
−（（α_2-／α_1-）α_3-＋β_4-ｂ＋γ_4-ｂ²）Ｖ
÷（α_3-＋（α_2-／α_1-）α_3-＋（β_3-＋β_4-）ｂ＋（γ_3-＋γ_4-）ｂ²）
≒（α_2-−β_2-ｂ）Ｖ／（α_1-＋α_2-−（β_1-＋β_2-）ｂ）
−（α_2-α_3-／α_1-＋β_4-ｂ）Ｖ／（（１＋α_2-／α_1-）α_3-＋（β_3-＋β_4-）ｂ）
（ｂ≒０のとき） ..35

ここで、α_1-＝α_2-＝α_3-＝０．１２、β_1-＝β_2-＝β_3-＝０．２、β_4-＝β₄₊＝０．３、ｂ＝０．１［Ｔ］である場合、第３実施形態の磁気センサの電位差Ｅの、第３比較形態の磁気センサの電位差Ｅ’に対する比率ｑ＝Ｅ／Ｅ’は約「３．３」となる。すなわち、第３実施形態の磁気センサによれば、第３比較形態の磁気センサと比較して約３．３倍も感度を向上させることができることがわかる。

図７（ａ）には、抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃のそれぞれの磁気抵抗比と、抵抗Ｙ₄の磁気抵抗比の組み合わせに対する磁気センサの感度（０［Ｔ］および０．４［Ｔ］の間の抵抗変化ΔＶ）のシミュレーション結果が示されている。図７（ｂ）には、３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃のそれぞれの磁気抵抗比と、１つの抵抗Ｙ₄の磁気抵抗比との組み合わせに対する印加電圧Ｖ＝５［Ｖ］の場合における磁気センサの消費電力のシミュレーション結果が示されている。図７に示されているシミュレーション結果より、３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃のそれぞれの磁気抵抗比と、１つの抵抗Ｙ₄の磁気抵抗比との組み合わせが適当に調節されることにより、磁気センサの感度向上および消費電力の節約が図られることがわかる。

表２には、第３実施例、第４実施例、第３比較例および第４比較例のそれぞれの磁気センサのｂ＝０．４０における感度および印加電圧Ｖ＝５［Ｖ］における消費電力が示されている。

第３実施例の磁気センサは、図４（ａ）に示されている磁気抵抗特性を有する３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃と、図３（ａ）に示されている磁気抵抗特性を有する１つの抵抗Ｙ₄とにより構成されている。第４実施例の磁気センサは、図４（ｂ）に示されている磁気抵抗特性を有する３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃と、図３（ｂ）に示されている磁気抵抗特性を有する１つの抵抗Ｙ₄とにより構成されている。

第３比較例の磁気センサは、第３実施例の３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃が非磁性体である酸化マンガンまたは酸化ニッケル等に変更されることにより構成されている。第４比較例の磁気センサは、第２実施例の３つの抵抗Ｙ₁〜Ｙ₃が非磁性体である酸化マンガンまたは酸化ニッケル等に変更されることにより構成されている。

表２より、第３実施例および第４実施例の磁気センサは、第３比較例および第４比較例の磁気センサと比較して消費電力が若干多いものの、感度が高いことがわかる。

図８には、第４実施例の磁気センサの室温（２０℃）における出力値Ｅの磁場特性が示されている。

Ｘ₁‥第１抵抗（正磁気抵抗効果素子）、Ｘ₂‥第２抵抗（負磁気抵抗効果素子）、Ｙ₁‥第１抵抗（正または負磁気抵抗効果素子）、Ｙ₂‥第２抵抗（正または負磁気抵抗効果素子）、Ｙ₃‥第３抵抗（正または負磁気抵抗効果素子）、Ｙ₄‥第４抵抗（負または正磁気抵抗効果素子）。

Claims (6)

1. 正磁気抵抗効果素子と、負磁気抵抗効果素子との接続回路により構成されていることを特徴とする磁気センサ。
2. 請求項１記載の磁気センサにおいて、
   前記接続回路は、前記正磁気抵抗効果素子と前記負磁気抵抗効果素子との直列接続回路であり、
   磁場に応じて前記正磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が増加する一方、前記負磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が減少することによる前記直列接続回路の電気抵抗の変化が電流変化として検知されることを特徴とする磁気センサ。
3. 請求項１記載の磁気センサにおいて、
   前記接続回路は、３つの抵抗が正磁気抵抗効果素子により構成され、１つの抵抗が負磁気抵抗効果素子により構成されているホイートストンブリッジ回路であり、
   磁場に応じて前記３つの抵抗の電気抵抗値が増加する一方、前記１つの抵抗の電気抵抗値が減少することによる前記ブリッジ回路の中間点の電位差の変化が検知されることを特徴とする磁気センサ。
4. 請求項１記載の磁気センサにおいて、
   前記接続回路は、３つの抵抗が正磁気抵抗効果素子により構成され、１つの抵抗が負磁気抵抗効果素子により構成されているホイートストンブリッジ回路であり、
   磁場に応じて前記３つの抵抗の電気抵抗値が減少する一方、前記１つの抵抗の電気抵抗値が増加することによる前記ブリッジ回路の中間点の電位差の変化が検知されることを特徴とする磁気センサ。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の磁気センサにおいて、
   前記正磁気抵抗効果素子が、正のスピン分極率を有する第１導電性磁性体の粉状体と、負のスピン分極率を有する第２導電性磁性体の粉状体との混合物により構成されていることを特徴とする磁気センサ。
6. 請求項５記載の磁気センサにおいて、
   前記第１導電性磁性体としてＣｒＯ₂およびＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀のうち一方または両方が採用され、前記第２導電性磁性体としてＦｅ₃Ｏ₄が採用されていることを特徴とする磁気センサ。