JP2014089088A - Magnetoresistive effect element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイアス磁界が、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層に印加されるように構成される磁気抵抗効果素子に関する。 The present invention relates to a magnetoresistive effect element configured such that a bias magnetic field is applied to a free magnetic layer whose magnetization direction varies with an external magnetic field.
外部磁界を検知する磁気センサは、たとえば磁気抵抗効果素子を用いて構成されている。そして、磁気抵抗効果素子は、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層を有して構成されている。 A magnetic sensor that detects an external magnetic field is configured using, for example, a magnetoresistive effect element. The magnetoresistive element has a free magnetic layer whose magnetization direction varies with an external magnetic field.
磁気センサが、高感度および線形性良く外部磁界を検知できるように、自由磁性層にはバイアス磁界が印加される。また、自由磁性層にバイアス磁界を印加すると、外部磁界が無磁界になった際に、自由磁性層の磁化方向が所定の方向に戻り易いので、磁気センサは、再現性よく外部磁界を検知できる。 A bias magnetic field is applied to the free magnetic layer so that the magnetic sensor can detect an external magnetic field with high sensitivity and linearity. In addition, when a bias magnetic field is applied to the free magnetic layer, when the external magnetic field becomes no magnetic field, the magnetization direction of the free magnetic layer easily returns to a predetermined direction, so that the magnetic sensor can detect the external magnetic field with high reproducibility. .
図１７に、特許文献１に開示される磁気抵抗効果素子の平面略図を示す。特許文献１に開示される磁気抵抗効果素子１０１は、図１７に示すように、互いに略平行に配置された複数の帯状の磁気抵抗効果膜１０４と、この磁気抵抗効果膜１０４の長尺方向の両端部に設けられた永久磁石膜１０２を有して構成されている。この永久磁石膜１０２が、磁気抵抗効果膜１０４にバイアス磁界を印加している。なお、磁気抵抗効果膜１０４は、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層を有して構成されている。
FIG. 17 is a schematic plan view of the magnetoresistive effect element disclosed in
図１８に、特許文献２に開示される磁気検出装置の断面略図を示す。特許文献２には、図１８に示すように、電流を流すことでバイアス磁界を発生させる配線パターン（バイアス配線）２０８が上面に形成された回路基板２０９と、抵抗パターン（磁気抵抗効果素子）が上面に形成された基板２０７とが、バイアス配線２０８と磁気抵抗効果素子とが平面視で重なるように、回路基板２０９の上面に基板２０７の下面を対向させて貼り合わせ、磁気抵抗効果素子が樹脂製のケース２０６で覆われる磁気検出装置（磁気センサ）２１０が開示されている。その際、基板２０７の上面に形成された磁気抵抗効果素子は、図示していないが、基板２０７に設けられたスルーホールなどを介して基板２０７の下面に延出された接続電極により回路基板２０９に電気的に接続されている。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of the magnetic detection device disclosed in
よって、特許文献２に開示される磁気センサ２１０においては、磁気抵抗効果素子とバイアス配線２０８との間に、基板２０７の厚みに相当する離間距離がある状態で、バイアス配線２０８のまわりに生じるバイアス磁界が、磁気抵抗効果素子が備える自由磁性層に印加される。
Therefore, in the
特許文献１に開示される磁気抵抗効果素子１０１においては、永久磁石膜１０２が、磁気抵抗効果膜１０４が備える自由磁性層にバイアス磁界を印加している。そのため、バイアス磁界は、永久磁石膜１０２の磁化方向に沿った方向に向いている。よって、永久磁石膜１０２が、バイアス磁界の方向とは異なる方向に強い磁界を受けて、永久磁石膜１０２の磁化方向がずれ、バイアス磁界の方向がずれてしまうことがある。
In the
その際には、外部磁界が無磁界になっても、自由磁性層の磁化方向が、所定の方向からずれた方向に戻ってしまう。そのため、磁気抵抗効果素子１０１の素子特性が変化してしまう。この強磁界による永久磁石膜１０２の磁化方向の変化は不可逆的な変化のため、一旦変化すると磁気抵抗効果素子１０１の素子特性を回復させることは困難であるという課題があった。
In that case, even if the external magnetic field becomes no magnetic field, the magnetization direction of the free magnetic layer returns to a direction shifted from a predetermined direction. Therefore, the element characteristics of the
特許文献２においては、磁気抵抗効果素子とバイアス配線２０８とは、基板２０７の厚さの間隔に離間されて、平面視で重なるように配置されている。このように、磁気抵抗効果素子とバイアス配線２０８とは基板２０７の厚さの間隔に離間されるため、磁気抵抗効果素子に十分に大きなバイアス磁界を印加するためには、バイアス配線２０８に大きな電流を流す必要があるという課題があった。
In
その結果、特許文献２に開示される磁気センサ２１０においては、大きな消費電力のためにバイアス配線２０８が発熱し、磁気抵抗効果素子の温度特性に応じて感度が低下していた。
As a result, in the
本発明は、このような課題を顧みてなされたものであり、バイアス磁界方向以外の方向からの磁界による不可逆的な素子特性の変化を防止できると共に、低電流でバイアス磁界を印加できる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and can prevent an irreversible change in element characteristics due to a magnetic field from a direction other than the bias magnetic field direction and can also apply a bias magnetic field at a low current. An object is to provide an element.
本発明の磁気抵抗効果素子は、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層と、バイアス磁界を前記自由磁性層に印加するバイアス配線とを有し、前記外部磁界が無磁界の際に、前記バイアス磁界により前記自由磁性層の磁化方向が所定の方向に固定される磁気抵抗効果素子であって、前記自由磁性層および前記バイアス配線が同一基板上に形成されており、前記バイアス配線に電流を流すことで前記バイアス磁界を発生させることを特徴とする。 The magnetoresistive effect element of the present invention has a free magnetic layer whose magnetization direction varies due to an external magnetic field, and a bias wiring that applies a bias magnetic field to the free magnetic layer, and when the external magnetic field is a non-magnetic field, A magnetoresistive element in which the magnetization direction of the free magnetic layer is fixed in a predetermined direction by a bias magnetic field, wherein the free magnetic layer and the bias wiring are formed on the same substrate, and a current is supplied to the bias wiring. The bias magnetic field is generated by flowing.
バイアス配線に電流を流すことでバイアス磁界を発生させるので、バイアス配線がバイアス磁界の方向と異なる方向に強い磁界を受けても、バイアス磁界の方向が不可逆的に変化することが抑制される。そのため、磁気抵抗効果素子の素子特性が、不可逆的に変化することが抑制される。 Since a bias magnetic field is generated by passing a current through the bias wiring, even if the bias wiring receives a strong magnetic field in a direction different from the direction of the bias magnetic field, the irreversible change in the direction of the bias magnetic field is suppressed. Therefore, irreversible changes in the element characteristics of the magnetoresistive effect element are suppressed.
バイアス配線に電流を流すと、バイアス配線のまわりにバイアス磁界が発生する。そして、自由磁性層およびバイアス配線が同一基板上に形成されているので、自由磁性層とバイアス配線とを離間する距離は短い。そのため、バイアス配線に流れる電流が低電流であっても、自由磁性層に大きいバイアス磁界を印加することができる。 When a current is passed through the bias wiring, a bias magnetic field is generated around the bias wiring. Since the free magnetic layer and the bias wiring are formed on the same substrate, the distance separating the free magnetic layer and the bias wiring is short. Therefore, a large bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer even when the current flowing through the bias wiring is low.
よって、本発明によれば、バイアス磁界方向以外の方向からの磁界による不可逆的な素子特性の変化を防止できると共に、低電流でバイアス磁界を印加できる磁気抵抗効果素子を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a magnetoresistive element capable of preventing an irreversible change in element characteristics due to a magnetic field from a direction other than the bias magnetic field direction and applying a bias magnetic field with a low current.
前記バイアス配線が、前記自由磁性層を前記基板の平面視で挟むように配置されると共に、前記自由磁性層に対して同一方向のバイアス磁界を印加させることが好ましい。このような態様であれば、自由磁性層を挟むように配置されるバイアス配線の一方によって、バイアス磁界を自由磁性層に流入させて、自由磁性層を挟むように配置されるバイアス配線の他方によって、バイアス磁界を自由磁性層から流出させることができる。よって、更に低電流であっても、自由磁性層に大きなバイアス磁界を印加することができる。 Preferably, the bias wiring is disposed so as to sandwich the free magnetic layer in a plan view of the substrate, and a bias magnetic field in the same direction is applied to the free magnetic layer. In such an embodiment, the bias magnetic field flows into the free magnetic layer by one of the bias wirings arranged so as to sandwich the free magnetic layer, and the other of the bias wirings arranged so as to sandwich the free magnetic layer. The bias magnetic field can flow out of the free magnetic layer. Therefore, a large bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer even at a lower current.
前記バイアス磁界を前記自由磁性層に誘導するバイアス誘導体が前記基板上に形成されていることが好ましい。このような態様であれば、バイアス誘導体が、バイアス配線のまわりに生じるバイアス磁界を集めて自由磁性層に誘導するので、更に低電流であっても、自由磁性層に大きなバイアス磁界を印加することができる。 A bias derivative for inducing the bias magnetic field to the free magnetic layer is preferably formed on the substrate. In such an embodiment, the bias derivative collects the bias magnetic field generated around the bias wiring and induces it to the free magnetic layer, so that a large bias magnetic field is applied to the free magnetic layer even at a lower current. Can do.
前記バイアス誘導体が、前記自由磁性層を前記基板の平面視で挟むように配置されていると共に、前記基板の平面視で前記バイアス配線より前記自由磁性層に近い位置に形成されていることが好ましい。 Preferably, the bias derivative is disposed so as to sandwich the free magnetic layer in a plan view of the substrate, and is formed at a position closer to the free magnetic layer than the bias wiring in a plan view of the substrate. .
バイアス誘導体、自由磁性層、およびバイアス配線が、このような態様で配置されると、バイアス配線のまわりに生じるバイアス磁界は、更に効率的に自由磁性層に誘導される。よって、更に低電流であっても、大きなバイアス磁界を自由磁性層に印加することができる。 When the bias derivative, the free magnetic layer, and the bias wiring are arranged in this manner, the bias magnetic field generated around the bias wiring is more efficiently induced in the free magnetic layer. Therefore, a large bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer even at a lower current.
バイアス配線が、非磁性体であることが好ましい。このような態様であれば、バイアス配線に強い磁界が印加されても、この強い磁界によって、バイアス配線が磁化されることが抑制される。よって、バイアス磁界の方向が不可逆的に変化することが更に抑制される。 The bias wiring is preferably a non-magnetic material. In such an aspect, even if a strong magnetic field is applied to the bias wiring, the bias wiring is suppressed from being magnetized by the strong magnetic field. Therefore, it is further suppressed that the direction of the bias magnetic field changes irreversibly.
前記バイアス磁界方向に直交する前記バイアス誘導体の断面積が、前記自由磁性層に近づくに従い小さくなることが好ましい。 It is preferable that the cross-sectional area of the bias derivative orthogonal to the bias magnetic field direction becomes smaller as the free magnetic layer is approached.
このような態様であれば、バイアス誘導体に誘導されたバイアス磁界は、自由磁性層に近づくに従い収束される。そのため、更に大きなバイアス磁界が自由磁性層に印加される。よって、低電流であっても、自由磁性層に大きなバイアス磁界を印加することができる。 In such an embodiment, the bias magnetic field induced in the bias derivative is converged as the free magnetic layer is approached. Therefore, a larger bias magnetic field is applied to the free magnetic layer. Therefore, a large bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer even at a low current.
前記バイアス配線と前記自由磁性層とが、電源に直列に接続されていることが好ましい。このような態様であれば、自由磁性層に供給される電流とバイアス配線に流す電流とが共有されるので、電気回路を簡略化することができる。 The bias wiring and the free magnetic layer are preferably connected in series to a power source. With such an embodiment, the current supplied to the free magnetic layer and the current flowing through the bias wiring are shared, so that the electric circuit can be simplified.
前記バイアス配線と前記自由磁性層とが、電源に並列的に接続されていることが好ましい。 The bias wiring and the free magnetic layer are preferably connected in parallel to a power source.
このような態様であれば、バイアス配線に流れる電流が自由磁性層の抵抗に制限されることなく、大きなバイアス磁界を自由磁性層に印加することができる。また、大きい外部磁界が自由磁性層に印加されて自由磁性層が多磁区化や磁化反転した際にも、大きなバイアス磁界を印加することで、元の状態に戻すことが可能である。 With such an aspect, a large bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer without limiting the current flowing in the bias wiring to the resistance of the free magnetic layer. Further, even when a large external magnetic field is applied to the free magnetic layer and the free magnetic layer is multi-domained or reversed in magnetization, it can be restored to its original state by applying a large bias magnetic field.
本発明によれば、バイアス磁界方向以外の方向からの磁界による不可逆的な素子特性の変化を防止できると共に、低電流でバイアス磁界を印加できる磁気抵抗効果素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to prevent the irreversible element characteristic change by the magnetic field from directions other than a bias magnetic field direction, the magnetoresistive effect element which can apply a bias magnetic field with a low current can be provided.
以下、本発明の実施形態の磁気抵抗効果素子について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。 Hereinafter, a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension of each drawing is changed and shown suitably.
＜第１の実施形態＞
図１は第１の実施形態である磁気抵抗効果素子の平面略図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。図３は第１の実施形態である磁気抵抗効果膜の断面略図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic plan view of a magnetoresistive effect element according to the first embodiment. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the magnetoresistive film according to the first embodiment.
本実施形態の磁気抵抗効果素子は、微小な電流量を測定する電流センサに用いられるとしたが、これに限定されるものではなく、他の磁気センサや、地磁気センサ等に用いることも可能である。 The magnetoresistive effect element according to the present embodiment is used for a current sensor that measures a minute amount of current, but is not limited thereto, and can be used for other magnetic sensors, geomagnetic sensors, and the like. is there.
本実施形態の磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ）素子としたが、これに限定されるものではない。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、異方性磁気抵抗効果（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ）素子や、トンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ）素子も可能である。なお、本実施形態は、外部磁界により磁化方向が変動する磁性層を有し、磁性層にバイアス磁界を印加して用いられる磁気抵抗効果素子に適用することが可能である。 The magnetoresistive effect element of this embodiment is a giant magnetoresistive effect element, but is not limited thereto. The magnetoresistive effect element according to the present embodiment can be an anisotropic magnetoresistive effect element or a tunnel magnetoresistive effect element. The present embodiment can be applied to a magnetoresistive effect element that has a magnetic layer whose magnetization direction varies with an external magnetic field and is used by applying a bias magnetic field to the magnetic layer.
本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、図１に示すように、複数の帯状の長尺パターンである磁気抵抗効果膜４が、矩形状の素子配線３によって電気的に接続されて、つづら折り状に折り返すパターンを有している。このパターンの両端部が、バイアス配線２ａ、２ｂに電気的に接続されて、それぞれが、配線パッド６ａ、６ｂに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
配線パッド６ａは電源（Ｖｄｄ）側に接続され、配線パッド６ｂは接地（ＧＮＤ）側に接続される。そのため、配線パッド６ａから配線パッド６ｂに向かって電流が流れる。そして、バイアス配線２ａが、配線パッド６ａから図面左側（Ｘ１）方向に延出している。そのため、バイアス配線２ａの図面左側方向に延出する部分には、図面右側から図面左側（Ｘ２からＸ１）に向かって、電流が流れる。バイアス配線２ａの図面左側方向に延出する部分を、以下バイアス配線２ｃとする。
The
バイアス配線２ａは、磁気抵抗効果素子１の図面左上側で、磁気抵抗効果膜４に接続されている。そして、素子配線３と磁気抵抗効果膜４がつづら折り状に折り返したのち、磁気抵抗効果素子１の図面右下側で、バイアス配線２ｂに接続されている。
The bias wiring 2 a is connected to the
そして、バイアス配線２ｂが、図面左側（Ｘ１）方向に延出して、配線パッド６ｂに接続されている。そのため、バイアス配線２ｂの図面左側方向に延出する部分には、図面右側から図面左側（Ｘ２からＸ１）に向かって、電流が流れる。バイアス配線２ｂの図面左側方向に延出する部分を、以下バイアス配線２ｄとする。
The bias wiring 2b extends in the left (X1) direction of the drawing and is connected to the
このように、バイアス配線２ｃとバイアス配線２ｄは、複数の磁気抵抗効果膜４を挟むように形成されている。
Thus, the
図４に、電流が流れる導体まわりに生じる磁界の説明図を示す。電流が流れる導体１２のまわりには、図４に示すように、電流が流れる方向１３を向いて、時計まわりの向きの磁界１４が生じることが知られている。そのため、電流が流れるバイアス配線２ａおよびバイアス配線２ｂのまわりには、図２に示すように、磁界が生じている。そして、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄには、図１に示すように、同じ方向に、すなわち図面右側から図面左側（Ｘ２からＸ１）に向かって、電流が流れている。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a magnetic field generated around a conductor through which a current flows. As shown in FIG. 4, it is known that a
そのため、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄには、それぞれのバイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄを中心軸にして、同じ方向に回転するように磁界が生じている。すなわち、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄのまわりに生じる磁界は、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄを中心にして直交するように描いた円の接線方向に向いている。
Therefore, a magnetic field is generated in the
そして、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄは、図１に示すように、複数の帯状の長尺パターンである磁気抵抗効果膜４の長尺方向に対して略直交して配置されている。そのため、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄのまわりに生じる磁界の向きは、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に略平行している。
As shown in FIG. 1, the
そして、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄが複数の磁気抵抗効果膜４を挟むように形成されているので、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄのまわりに生じる磁界は、複数の磁気抵抗効果膜４の長尺方向のバイアス配線２ｃ側の端部から流入して、複数の磁気抵抗効果膜４の長尺方向のバイアス配線２ｄ側の端部から流出し易い。
Since the
磁性体には、短尺方向より長尺方向に磁化し易い性質、いわゆる形状磁気異方性がある。そのため、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄを磁気抵抗効果膜４の長尺方向に直交するように配置しているので、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄのまわりに生じる磁界は、複数の磁気抵抗効果膜４の長尺方向のバイアス配線２ｃ側の端部から流入して、複数の磁気抵抗効果膜４の長尺方向のバイアス配線２ｄ側の端部から更に流出し易くなる。
Magnetic materials have a property of being easily magnetized in the long direction rather than the short direction, so-called shape magnetic anisotropy. Therefore, since the
よって、複数の磁気抵抗効果膜４を挟むように形成されるバイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄに電流を流すことにより、複数の磁気抵抗効果膜４の長尺（Ｙ）方向に略平行なバイアス磁界を印加させることができる。
Therefore, by applying a current to the
本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、図２に示すように、基板７の上面に絶縁膜８を介して、磁気抵抗効果膜４およびバイアス配線２ｃ、２ｄが形成されている。バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄは、図面の左右（Ｙ）方向で磁気抵抗効果膜４を挟むように形成されている。そして、磁気抵抗効果膜４の上面に素子配線３が形成されており、複数の素子配線３が、複数の磁気抵抗効果膜４の間を電気的に接続している。
In the
本実施形態の磁気抵抗効果膜４は、図３に示すように、基板７の上面に絶縁膜８を介して反強磁性層４ａ、固定磁性層４ｂ、非磁性層４ｃ、及び自由磁性層４ｄの順に積層されており、自由磁性層４ｄの表面が保護層４ｅで覆われて構成されている。磁気抵抗効果膜４では、反強磁性層４ａと固定磁性層４ｂとの交換結合により、固定磁性層４ｂの磁化方向（Ｐ方向）が固定されている。そして、磁化方向（Ｐ方向）は、基板７に平行な状態で図面右（Ｘ２）方向に向いている。本実施形態においては、この方向（Ｐ方向）を磁気抵抗効果素子１の感度軸方向としている。なお、磁化方向（Ｐ方向）は、磁気抵抗効果膜４の短尺方向に平行である。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態においては、基板７はシリコン基板であり、絶縁膜８はシリコン基板を熱酸化したシリコン酸化膜であっても、スパッタ法等で成膜したアルミナ膜や、酸化膜等であってもよい。反強磁性層４ａは、Ｉｒ−Ｍｎ合金（イリジウム−マンガン合金）などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層４ｂは、Ｃｏ−Ｆｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料などで形成されている。非磁性層４ｃは、Ｃｕ（銅）などである。自由磁性層４ｄは、保磁力が小さく透磁率が大きいＮｉ−Ｆｅ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５５は、Ｔａ（タンタル）などの層である。
In this embodiment, the
バイアス配線２ａ、２ｂに電流を流すことにより、図１に示すように、複数の磁気抵抗効果膜４には、長尺（Ｙ）方向に略平行なバイアス磁界が印加させられる。そして、図３に示すように、自由磁性層４ｄが透磁率の大きい軟磁性材料からなるので、自由磁性層４ｄにはバイアス磁界が誘導（集中）され易く、自由磁性層４ｄは、バイアス磁界によって磁気抵抗効果膜４の長尺（Ｙ）方向に磁化される。よって、外部磁界が無磁界の際には、自由磁性層４ｄの磁化方向は、磁気抵抗効果膜４の長尺（Ｙ）方向に固定される。
By applying a current to the bias wirings 2a and 2b, a bias magnetic field substantially parallel to the longitudinal (Y) direction is applied to the plurality of
このように、本実施形態における、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層は、図３に示す自由磁性層４ｄである。そして、自由磁性層４ｄおよびバイアス配線２ａ、２ｂは、図２に示すように、同一の基板７上に形成されているので、自由磁性層４ｄとバイアス配線２ａ、２ｂとを離間する距離は短い。よって、バイアス配線２ａ、２ｂに流れる電流が低電流であっても、自由磁性層４ｄに大きいバイアス磁界を印加することができる。
As described above, the free magnetic layer whose magnetization direction fluctuates due to the external magnetic field in this embodiment is the free
図５は、バイアス磁界への自由磁性層とバイアス配線の離間距離の影響の説明図である。図５は、横軸が自由磁性層とバイアス配線の離間距離（μｍ）であり、縦軸がバイアス磁界の強度（ｍＴ）である。図５は、バイアス配線に１．４ｍＡの電流を流した場合において計算したものである。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the influence of the separation distance between the free magnetic layer and the bias wiring on the bias magnetic field. In FIG. 5, the horizontal axis represents the separation distance (μm) between the free magnetic layer and the bias wiring, and the vertical axis represents the bias magnetic field strength (mT). FIG. 5 is calculated when a current of 1.4 mA is passed through the bias wiring.
本実施形態においては、自由磁性層とバイアス配線の離間距離は、０．５μｍ〜２μｍ程度であるので、自由磁性層に印加されるバイアス磁界の強度は、０．３〜０．１４ｍＴ程度である。ところが、特許文献２に開示される磁気センサ２１０においては、図１８に示すように、基板２０７の上面に形成された磁気抵抗効果素子とバイアス配線２０８とは、基板２０７の厚さの間隔に離間されている。その際、基板２０７の厚さは２００μｍ〜５００μｍ程度であるので、バイアス磁界の強度は、ほぼ０ｍＴ程度と大変に小さい。
In this embodiment, since the distance between the free magnetic layer and the bias wiring is about 0.5 μm to 2 μm, the intensity of the bias magnetic field applied to the free magnetic layer is about 0.3 to 0.14 mT. . However, in the
本実施形態においては、図１および図２に示すように、バイアス配線２ａ、２ｂに電流を流すことでバイアス磁界を発生させるので、バイアス磁界の方向と異なる方向に強い磁界を受けても、バイアス磁界の方向が不可逆的に変化することが抑制される。そのため、磁気抵抗効果素子の素子特性が、不可逆的に変化することが抑制される。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, since a bias magnetic field is generated by passing a current through the bias wirings 2a and 2b, even if a strong magnetic field is applied in a direction different from the direction of the bias magnetic field, An irreversible change in the direction of the magnetic field is suppressed. Therefore, irreversible changes in the element characteristics of the magnetoresistive effect element are suppressed.
よって、本実施形態によれば、バイアス磁界方向以外の方向からの磁界による不可逆的な素子特性の変化を防止できると共に、低電流でバイアス磁界を印加できる磁気抵抗効果素子を提供することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a magnetoresistive element capable of preventing an irreversible change in element characteristics due to a magnetic field from a direction other than the bias magnetic field direction and applying a bias magnetic field with a low current.
本実施形態におけるバイアス配線２ａ、２ｂは、アルミニウムや、銅などの非磁性金属材料から形成されている。そのため、バイアス配線２ａ、２ｂに強い磁界が印加されても、この強い磁界によって、バイアス配線２ａ、２ｂが磁化されることが抑制される。よって、バイアス磁界の方向が不可逆的に変化することが更に抑制される。 The bias wirings 2a and 2b in the present embodiment are made of a nonmagnetic metal material such as aluminum or copper. Therefore, even if a strong magnetic field is applied to the bias wirings 2a and 2b, the strong magnetic field suppresses the bias wirings 2a and 2b from being magnetized. Therefore, it is further suppressed that the direction of the bias magnetic field changes irreversibly.
本実施形態においては、図１に示すように、磁気抵抗効果膜４を長尺パターンとしたが、これに限定されるものではない。バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄが、磁気抵抗効果膜４を挟むようにして、磁気抵抗効果膜４にバイアス磁界を印加している。そのため、磁気抵抗効果膜４の平面形状は、正方形に近い形状も可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
異方性磁気抵抗効果素子においては、基板上にニッケルや鉄などの強磁性金属を主成分とする合金薄膜が形成されている。そして、合金薄膜の磁化方向が外部磁界により変動すること利用して、外部磁界を検知している。よって、異方性磁気抵抗効果素子においては、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層は、合金薄膜である。 In the anisotropic magnetoresistive effect element, an alloy thin film mainly composed of a ferromagnetic metal such as nickel or iron is formed on a substrate. And the external magnetic field is detected by utilizing that the magnetization direction of the alloy thin film is fluctuated by the external magnetic field. Therefore, in the anisotropic magnetoresistive effect element, the free magnetic layer whose magnetization direction fluctuates due to an external magnetic field is an alloy thin film.
トンネル磁気抵抗効果素子は、たとえば磁化方向が固定された強磁性金属層と、薄い絶縁体層と、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層（強磁性金属層）と、を積層した構造を有する。そして、強磁性金属層と自由磁性層との間に電圧を印加すると、トンネル効果でトンネル電流が流れる。その際に、外部磁界により自由磁性層（強磁性金属層）の磁化方向が変動すると、トンネル電流が変化する。トンネル磁気抵抗効果素子は、このトンネル電流の変化を利用して、外部磁界を検知している。 A tunnel magnetoresistive element has a structure in which, for example, a ferromagnetic metal layer whose magnetization direction is fixed, a thin insulator layer, and a free magnetic layer (ferromagnetic metal layer) whose magnetization direction is changed by an external magnetic field are stacked. Have. When a voltage is applied between the ferromagnetic metal layer and the free magnetic layer, a tunnel current flows due to the tunnel effect. At this time, if the magnetization direction of the free magnetic layer (ferromagnetic metal layer) varies due to an external magnetic field, the tunnel current changes. The tunnel magnetoresistive element detects an external magnetic field by using the change of the tunnel current.
本実施形態の磁気抵抗効果素子１においては、図１および図３に示すように、固定磁性層４ｂの磁化方向（Ｐ方向）は、磁気抵抗効果膜４の長尺（Ｙ）方向に直交して、図面右（Ｘ２）方向に固定されている。そのため、外部磁界が無磁界の際には、自由磁性層４ｄの磁化方向は、固定磁性層４ｂの磁化方向（Ｐ方向）に直交している。よって、本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、外部磁界が磁気抵抗効果膜４に印加されると、無磁界の際の電気抵抗を中心にして、その電気抵抗を変動させる。
In the
図６に、本実施形態の磁気抵抗効果素子１の磁気抵抗効果曲線を示す。縦軸は磁気抵抗効果素子１の電気抵抗であり、横軸は磁気抵抗効果素子１に作用する外部磁界の大きさと方向を示す。外部磁界が図１の図面右（Ｘ２）方向に向いている場合を、図５では（＋）方向で表わし、外部磁界が図１の図面左（Ｘ１）方向に向いている場合を、図５では（−）方向で表わしている。
In FIG. 6, the magnetoresistive effect curve of the
本実施形態の磁気抵抗効果素子１においては、外部磁界が無磁界の際に、図３に示す自由磁性層４ｄの磁化方向が、図３に示す固定磁性層４ｂの磁化方向に直交するように、自由磁性層４ｄにバイアス磁界が印加されている。そして、自由磁性層４ｄが軟磁性材料からなるので、自由磁性層４ｄは、外部磁界の方向に容易に磁化される。また、固定磁性層４ｂと自由磁性層４ｄとの磁化方向が同じ際に、磁気抵抗効果素子１の電気抵抗は小さく、固定磁性層４ｂと自由磁性層４ｄとの磁化方向が反平行の際に、磁気抵抗効果素子１の電気抵抗は大きい。
In the
そのため、外部磁界が、図１の図面右（Ｘ２）方向のプラス成分を持ち、そのプラス成分が大きい際は、図６に示すように、磁気抵抗効果素子１の電気抵抗は最小値に維持され変化しない。外部磁界のプラス成分が減少して、所定の値以下になると、磁気抵抗効果素子１の電気抵抗は上昇を始める。そして、外部磁界のプラス成分が０の際も、電気抵抗は上昇している。そして、外部磁界が、図１の図面左（Ｘ１）方向のマイナス成分を持っても、電気抵抗は上昇を続ける。そして、マイナス成分が所定の値以下になると、磁気抵抗効果素子１の電気抵抗は最大値に維持され変化しない。
Therefore, when the external magnetic field has a positive component in the right (X2) direction of FIG. 1 and the positive component is large, as shown in FIG. 6, the electric resistance of the
外部磁界のプラス成分が０に対応する磁気抵抗効果素子１の電気抵抗は、電気抵抗の最小値と最大値との略中心（略平均）である。磁気抵抗効果曲線の略中心の近くは、線形性に優れ、且つ電気抵抗の変化が大きいため感度が良好である。よって、本実施形態においては、外部磁界の無磁界を磁気抵抗効果曲線の中心になるように、自由磁性層４ｄ（図３に示す）にバイアス磁界を印加して、外部磁界を検知している。
The electrical resistance of the
異方性磁気抵抗効果素子や、トンネル磁気抵抗効果素子においても、外部磁界を、良好な感度や、線形性良く検知する目的で、バイアス磁界が用いられている。たとえば、異方性磁気抵抗効果素子の場合には、強磁性金属を主成分とする合金薄膜、すなわち磁性層に流される電流の方向に対して、外部磁界が無磁界の際に磁性層の磁化方向が４５°の角度をなすように、バイアス磁界が磁性層に印加される。 An anisotropic magnetoresistive element and a tunnel magnetoresistive element also use a bias magnetic field for the purpose of detecting an external magnetic field with good sensitivity and good linearity. For example, in the case of an anisotropic magnetoresistive effect element, the magnetization of the magnetic layer when the external magnetic field is no magnetic field with respect to the direction of the current flowing in the magnetic layer, ie, the alloy thin film containing ferromagnetic metal as a main component. A bias magnetic field is applied to the magnetic layer so that the direction makes an angle of 45 °.
図７は、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子１を用いた電流センサの使用例である。本実施形態の電流センサ１１は、図７に示すように、検知する電流が流れる導体１５の近傍に配置される。電流センサ１１は、外部磁界の変動により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子１ａおよび磁気抵抗効果素子１ｂと、外部磁界が変動しても電気抵抗が変化しない固定抵抗素子１０ａおよび固定抵抗素子１０ｂと、を電気的に接続するブリッジ回路にて構成されている。
FIG. 7 is a usage example of a current sensor using the
固定抵抗素子１０ａおよび固定抵抗素子１０ｂは、図３に示す積層構造において、非磁性層４ｃと自由磁性層４ｄの順序を逆にすることで形成される。すなわち、固定抵抗素子１０ａおよび固定抵抗素子１０ｂは、基板７の上面に絶縁膜８を介して反強磁性層４ａ、固定磁性層４ｂ、自由磁性層４ｄ、及び非磁性層４ｃの順に積層されており、非磁性層４ｃの表面が保護層４ｅで覆われて構成されている。このように構成されることで、自由磁性層４ｄの磁化方向は、固定磁性層４ｂの磁化方向に固定されるので、自由磁性層４ｄに印加される外部磁界が変動しても、固定抵抗素子１０ａ、１０ｂの電気抵抗は変化しない。
The fixed
電流センサ１１について、以下、図１と図７を用いて説明する。電流センサ１１は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁気抵抗効果膜４の長尺方向が、導体１５に流れる電流の流れる方向１６に平行になると共に、磁気抵抗効果膜４の上面が導体１５に対向するように配置される。そのため、導体１５のまわりに生じる磁界の向きおよび固定磁性層４ｂの磁化方向、すなわち磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの感度軸の方向は、互いに導体１５に直交している。
Hereinafter, the
そして、導体１５のまわりに生じる磁界の向きが、導体１５を中心にして導体１５に直交すように描いた円の接線方向であり、磁気抵抗効果膜４の上面が、導体１５に対向するように配置されているので、導体１５のまわりに生じる磁界の向きは、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの感度軸の方向に、ほぼ一致している。
The direction of the magnetic field generated around the
そして、電流センサ１１は、電源（Ｖｄｄ）と接地（ＧＮＤ）との間に電圧が印加されて、電源（Ｖｄｄ）から接地（ＧＮＤ）に向かって電流が流される。その結果、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの磁気抵抗効果膜４には、バイアス配線２ｃとバイアス配線２ｄによって、バイアス磁界が、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に平行に、すなわち電流の流れる方向１６に対して平行に印加される。
In the
そして、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、互いに感度軸が反平行になるように配置されている。導体１５に流れる電流が変動すると、導体１５のまわりに生じる磁界は変動する。この変動する磁界が、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂに印加される。その際、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの感度軸が反平行であるので、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの電気抵抗は、導体１５に流れる電流に応じて、互いに増減を逆にして変動する。
The
そして、電流センサ１１は、磁気抵抗効果素子１ａと固定抵抗素子１０ａの中点電位（Ｖｏｕｔ１）と、磁気抵抗効果素子１ｂと固定抵抗素子１０ｂの中点電位（Ｖｏｕｔ２）との差分である電気信号を出力する。この電気信号は、差分であるので良好な感度で、導体１５に流れる電流の変動に応じて変化する。よって、電流センサ１１は、導体１５に流れる電流を高感度に検知することが可能である。
The
本実施形態によれば、図１に示すように、バイアス配線２ａとバイアス配線２ｂは、磁気抵抗効果膜４と素子配線３がつづら折り状に折り返すパターンを介して、電源（Ｖｄｄ）に直列に接続される。そのため、磁気抵抗効果膜４、すなわち自由磁性層４ｄに供給される電流と、バイアス配線２ａとバイアス配線２ｂに流す電流とは共有される。よって、磁気抵抗効果膜４とバイアス配線２は、電源（Ｖｄｄ）から別々に配線を設ける必要がないので、電気回路を簡略化することができる。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the bias wiring 2a and the bias wiring 2b are connected in series to the power source (Vdd) through a pattern in which the
図８は、第１の実施形態である磁気抵抗効果素子の製造方法の説明図である。本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法について、図８を用いて説明する。 FIG. 8 is an explanatory diagram of the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment. The manufacturing method of the magnetoresistive effect element of this embodiment is demonstrated using FIG.
まず、図８（ａ）に示す工程で、基板７の表面に絶縁膜８を形成する。基板７は例えばシリコン基板であり、絶縁膜８は例えばシリコン基板を熱酸化して形成される熱酸化膜である。また、絶縁膜８は、スパッタリング法等の成膜技術で形成したアルミナ膜や、酸化膜なども可能である。
First, the insulating
次に、図８（ｂ）に示す工程で、スパッタリング法等の成膜技術を用いて．絶縁膜８の上に、例えば図３に示すように下から反強磁性層４ａ、固定磁性層４ｂ、非磁性層４ｃ、自由磁性層４ｄ、及び保護層４ｅの順に積層して成膜する。そして、レジストパターン形成技術やエッチング技術等からなるホトリソ加工技術を用いて、磁気抵抗効果素子のパターニング形成が行われる。
Next, in the step shown in FIG. 8B, a film forming technique such as sputtering is used. On the insulating
次に、図８（ｃ）に示す工程で、例えばアルミニウムや、銅などの金属層が、スパッタリング法等の成膜技術を用いて成膜される。そして、レジストパターン形成技術やエッチング技術等からなるホトリソ加工技術を用いて、バイアス配線２や素子配線３のパターニング形成が行われる。
Next, in the step shown in FIG. 8C, a metal layer such as aluminum or copper is formed using a film forming technique such as a sputtering method. Then, patterning formation of the
このように、本実施形態の製造方法によれば、バイアス配線２が、自由磁性層４ｄ（図３に図示）と同一基板上に形成される。また、バイアス配線２は、図１に示すように、磁気抵抗効果膜４と素子配線３がつづら折り状に折り返すパターンに電気的に接続されて形成され、バイアス配線２の両端が、配線パッド６ａ、６ｂに電気的に接続されている。よって、配線パッド６ａ、６ｂの間に電圧を印加することで、バイアス配線２に電流を流すことができる。
Thus, according to the manufacturing method of the present embodiment, the
そのため、バイアス配線２に電流を流すと、バイアス配線２からバイアス磁界が発生する。そして、自由磁性層４ｄ（図３に図示）およびバイアス配線２が同一基板上に形成されているので、自由磁性層４ｄ（図３に図示）とバイアス配線２とを離間する距離は短い。そのため、バイアス配線２に流れる電流が低電流であっても、自由磁性層４ｄ（図３に図示）に大きいバイアス磁界を印加することができる。
Therefore, a bias magnetic field is generated from the
バイアス配線２に電流を流すことでバイアス磁界を発生させるので、バイアス磁界の方向と異なる方向に強い磁界を受けても、バイアス磁界の方向が不可逆的に変化することが抑制される。そのため、磁気抵抗効果素子の素子特性が、不可逆的に変化することが抑制される。
Since a bias magnetic field is generated by passing a current through the
よって、本実施形態によれば、バイアス磁界方向以外の方向からの磁界による不可逆的な素子特性の変化を防止できると共に、低電流でバイアス磁界を印加できる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a method of manufacturing a magnetoresistive effect element that can prevent an irreversible change in element characteristics due to a magnetic field from a direction other than the bias magnetic field direction and that can apply a bias magnetic field at a low current. Can do.
＜第１の変形例＞
図９は、第１の実施形態である磁気抵抗効果素子の第１の変形例である。本変形例においては、図９に示すように、バイアス配線２ｃ、２ｄが、磁気抵抗効果膜４との間に絶縁膜９を介して配置されている。
<First Modification>
FIG. 9 shows a first modification of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment. In the present modification, as shown in FIG. 9, the
バイアス配線２ｃ、２ｄのまわりに生じる磁界の向きは、バイアス配線２ｃ、２ｄを中心にして直交するように描いた円の接線方向である。そのため、バイアス配線２ｃ、２ｄが、磁気抵抗効果膜４との間に絶縁膜９を介して配置されていると、バイアス配線２ｃ、２ｄのまわりに生じる磁界は、磁気抵抗効果膜４の長尺方向の端面４ｆ、４ｇに水平方向に流入または流出し易い。
The direction of the magnetic field generated around the bias wirings 2c and 2d is the tangential direction of a circle drawn so as to be orthogonal to the bias wirings 2c and 2d. Therefore, if the
その結果、バイアス配線２ｃ、２ｄにより生じるバイアス磁界は、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に平行に印加され易く、バイアス配線２ｃ、２ｄに流れる電流が低電流であっても、磁気抵抗効果膜４に対し一様に大きなバイアス磁界を印加することができる。
As a result, the bias magnetic field generated by the bias wirings 2c and 2d is easily applied in parallel to the longitudinal direction of the
なお、バイアス配線２ｃ、２ｄの磁気抵抗効果膜４の長尺方向における平面視中央と、磁気抵抗効果膜４の長尺方向の端面４ｆ、４ｇが、平面視で重なっていることが好ましい。このような態様であれば、バイアス配線２ｃ、２ｄにより生じるバイアス磁界は、磁気抵抗効果膜４の長尺方向の端面４ｆ、４ｇに更に水平方向に流入または流出し易い。
In addition, it is preferable that the center in plan view in the longitudinal direction of the
なお、素子配線３は、絶縁膜９を貫通する孔３ａを介して磁気抵抗効果膜４に電気的に接続されている。
The
＜第２の変形例＞
図１０は、第１の実施形態である磁気抵抗効果素子の第２の変形例である。本変形例は、図１０に示すように、バイアス配線２は、配線パッド６ｃと配線パッド６ｄに電気的に接続されている。また、磁気抵抗効果膜４、すなわち図３に示す自由磁性層４ｄは、配線パッド６ｅと配線パッド６ｆに電気的に接続されている。
<Second Modification>
FIG. 10 shows a second modification of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment. In this modified example, as shown in FIG. 10, the
そして、配線パッド６ｃと配線パッド６ｅが異なる電源（Ｖｄｄ）に接続され、配線パッド６ｄと配線パッド６ｆが接地（ＧＮＤ）に接続される。このように、本変形例においては、バイアス配線２と磁気抵抗効果膜４が、別々に配線されて、異なる電源から電流が供給される。
The
よって、バイアス配線２に流れる電流は、磁気抵抗効果膜４、すなわち自由磁性層４ｄ（図３に図示）の抵抗に制限されることはなく、大きなバイアス磁界を自由磁性層４ｄ（図３に図示）に印加することができる。そのため、大きい外部磁界が自由磁性層４ｄ（図３に図示）に印加されて自由磁性層４ｄ（図３に図示）の多磁区化や磁化反転した際にも、大きなバイアス磁界を印加することで、元の状態に戻すことが可能である。
Therefore, the current flowing through the
＜第２の実施形態＞
図１１は、第２の実施形態である磁気抵抗効果素子の平面略図である。第１の実施形態においては、２つのバイアス配線２ｃ、２ｄが、図１に示すように、磁気抵抗効果膜４にバイアス磁界を印加していた。ところが、本実施形態においては、１つのバイアス配線２ｃが、図１１に示すように、磁気抵抗効果膜４にバイアス磁界を印加している。
<Second Embodiment>
FIG. 11 is a schematic plan view of the magnetoresistive effect element according to the second embodiment. In the first embodiment, the two
このように、１つのバイアス配線２ｃのみで、自由磁性層４ｄ（図３に示す）が磁化される理由は、図１１に示すように、磁気抵抗効果膜４が長尺パターンに形成されて、バイアス配線２ｃが、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に直交するように配置されているからである。そのため、自由磁性層４ｄ（図３に示す）は、形状磁気異方性によって、安定的に磁気抵抗効果膜４の長尺方向に磁化される。
As described above, the reason why the free
また、自由磁性層４ｄが透磁率の大きい軟磁性材料からなるので、自由磁性層４ｄ（図３に示す）にはバイアス磁界が誘導（集中）され易く、自由磁性層４ｄ（図３に示す）は、バイアス磁界によって磁気抵抗効果膜４の長尺（Ｙ）方向に磁化され易い。また、自由磁性層４ｄが保磁力の小さい軟磁性材料からなるので、強い外部磁界が印加されても、外部磁界が無磁界に戻った際には、自由磁性層４ｄ（図３に示す）の磁化の向きは、バイアス磁界の方向に戻り易い。
Further, since the free
＜第３の実施形態＞
図１２は、第３の実施形態である磁気抵抗効果素子の平面略図である。図１３は、図１２に示すＢ−Ｂ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。
<Third Embodiment>
FIG. 12 is a schematic plan view of a magnetoresistive effect element according to the third embodiment. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 12 and viewed from the arrow direction.
本実施形態においては、図１２、図１３に示すように、磁気抵抗効果膜４を挟むようにバイアス誘導体５が配置されている。本実施形態と第１の実施形態との主な違いは、本実施形態の磁気抵抗効果素子は、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子に、バイアス誘導体５が加えられたことである。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the
バイアス誘導体５は、図１２に示すように、１つの磁気抵抗効果膜４に対して１対で設けられ、磁気抵抗効果膜４の長尺方向の両端部を挟むように配置されている。そして、バイアス誘導体５と磁気抵抗効果膜４、すなわち図３に示す自由磁性層４ｄとの間隔が、バイアス配線２と磁気抵抗効果膜４、すなわち図３に示す自由磁性層４ｄとの間隔より平面視で小さく設けられている。
As shown in FIG. 12, the
バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄには、図面右側から図面左側（Ｘ２からＸ１）に向かって、電流が流れる。そして、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄは、図１３に示すように、絶縁膜９を介してバイアス誘導体５の上（Ｚ２）側に配置される。
A current flows through the
導体のまわりに生じる磁界の向きは、導体を中心にして導体に直交するように描いた円の接線方向であり、電流が流れる方向を向いて時計まわりである。そのため、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄのまわりに生じる磁界は、図１３に示すように、それぞれのバイアス配線２ｃ、２ｄの下（Ｚ１）側にあるバイアス誘導体５の近傍において、図面右（Ｙ１）方向に向いている。すなわち、バイアス配線２ｃおよびバイアス配線２ｄは、磁気抵抗効果膜４に対して同一方向のバイアス磁界を印加させている。
The direction of the magnetic field generated around the conductor is a tangential direction of a circle drawn perpendicularly to the conductor with the conductor as the center, and is clockwise in the direction in which the current flows. Therefore, the magnetic field generated around the
そして、バイアス誘導体５は、本実施形態においては周囲の磁界を誘導して一定方向に集中させるヨークとして用いられる。そのため、バイアス誘導体５は、保磁力が小さく透磁率が大きいＮｉ−Ｆｅ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。
In this embodiment, the
そのため、バイアス配線２ｃによって生じる磁界は、図１３に示すように、バイアス配線２ｃの下（Ｚ１）側にあるバイアス誘導体５ａにより集められて、磁気抵抗効果膜４の図面左（Ｙ２）側の端部に流入するように誘導される。そして、磁気抵抗効果膜４に流入した磁界は、形状磁気異方性により磁気抵抗効果膜４の長尺方向に揃えられる。
Therefore, as shown in FIG. 13, the magnetic field generated by the
そして、バイアス配線２ｄの下（Ｚ１）側にあるバイアス誘導体５ｂが、磁気抵抗効果膜４の図面右（Ｙ１）側の端部から磁界が流出するように誘導する。磁気抵抗効果膜４から流出した磁界は、バイアス誘導体５ｂにより発散させられて、バイアス配線２ｄによって生じる磁界に繋がる。
Then, the bias derivative 5b below (Z1) side of the
このように、バイアス誘導体５は、バイアス誘導体５の周囲からバイアス配線２ｃ、４ｄによって生じる磁界を集めて、磁気抵抗効果膜４に誘導する。その際、バイアス誘導体５と磁気抵抗効果膜４との間隔が、バイアス配線２と磁気抵抗効果膜４との間隔より平面視で小さく設けられていると、バイアス磁界はより効率的に磁気抵抗効果膜４に誘導される。そのため、このような態様であれば、図３に示す自由磁性層３ｄには、更に大きいバイアス磁界が印加される。よって、バイアス配線に流れる電流が低電流であっても、自由磁性層に大きいバイアス磁界を印加することができる。
As described above, the
図１２に示すように、バイアス誘導体５を、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に、長尺パターンに設けることが好ましい。このような態様であれば、バイアス誘導体５の形状磁気異方性によって、磁気抵抗効果膜４に更に大きいバイアス磁界を印加することができる。
As shown in FIG. 12, it is preferable to provide the
なお、バイアス誘導体５が磁気抵抗効果膜４に磁界を誘導する際に、バイアス誘導体５は、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に傾斜した向きの磁界も集めて、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に平行な向きの磁界に変換して、磁気抵抗効果膜４に誘導する。
Note that when the
＜第１の変形例＞
図１４は、第３の実施形態である磁気抵抗効果素子の第１の変形例である。本変形例においては、バイアス誘導体５の幅寸法が、図１４に示すように、平面視で磁気抵抗効果膜４に近づくに従い小さくなっている。なお、前記幅寸法は、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に直交した方向に測定したものである。
<First Modification>
FIG. 14 shows a first modification of the magnetoresistive effect element according to the third embodiment. In the present modification, the width dimension of the
バイアス誘導体５は、均一な膜厚に形成されており、磁気抵抗効果膜４は、自由磁性層４ｄ（図３に図示）を有しており、バイアス磁界方向は、磁気抵抗効果膜４の長尺方向である。よって、バイアス誘導体５の幅寸法が、平面視で磁気抵抗効果膜４に近づくに従い小さくなることは、バイアス磁界方向に直交するバイアス誘導体の断面積が、自由磁性層４ｄ（図３に図示）に近づくに従い小さくなることを意味する。
The
このような態様であれば、バイアス誘導体５は、その周囲からバイアス配線２によって生じる磁界を集め、バイアス誘導体５の膜中に誘導する。バイアス誘導体５の膜中に誘導された磁界は、自由磁性層４ｄ（図３に図示）に近づくに従い収束される。そのため、更に大きなバイアス磁界が自由磁性層４ｄ（図３に図示）に印加される。よって、バイアス配線に流す電流が更に低電流であっても、自由磁性層４ｄ（図３に図示）に大きなバイアス磁界を印加することができる。
According to such an embodiment, the
バイアス誘導体５の磁気抵抗効果膜４から最も遠い幅寸法は、磁気抵抗効果膜４の幅寸法より大きいことが好ましい。このような態様であれば、バイアス誘導体５は、バイアス配線２により生じる磁界をより効率的に集めて、自由磁性層４ｄ（図３に図示）に大きなバイアス磁界を印加することができる。
The width dimension of the
＜第２の変形例＞
図１５は、第３の実施形態である磁気抵抗効果素子の第２の変形例である。図１６は、図１５に示すＣ−Ｃ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。本変形例においては、バイアス配線２の中心が、図１５、図１６に示すように、平面視で、バイアス誘導体５の磁気抵抗効果膜４から遠い端部に重なっている。なお、バイアス配線２の中心は、磁気抵抗効果膜４の長尺方向に対しての中心である。
<Second Modification>
FIG. 15 shows a second modification of the magnetoresistive effect element according to the third embodiment. 16 is a schematic cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 15 and viewed from the arrow direction. In the present modification, the center of the
導体のまわりに生じる磁界は、導体を中心にして導体に直交するように描いた円の接線方向であって、電流が流れる方向に向かって時計まわりに向く。そのため、本変形例のような態様であれば、バイアス配線２により生じる磁界は、バイアス誘導体５の磁気抵抗効果膜４から遠い端部の側面に水平に流入すると共に流出する。よって、バイアス誘導体５は、その周囲からバイアス配線２に生じる磁界を効率的に集めることが可能となり、自由磁性層４ｄ（図３に図示）に更に大きなバイアス磁界を印加することができる。
The magnetic field generated around the conductor is tangential to a circle drawn perpendicularly to the conductor with the conductor at the center, and is directed clockwise in the direction in which the current flows. Therefore, in the case of the embodiment as in this modification, the magnetic field generated by the
１ 磁気抵抗効果素子
２ バイアス配線
３ 素子配線
４ 磁気抵抗効果膜
５ バイアス誘導体
６ 配線パッド
７ 基板
８、９ 絶縁膜
１０ 固定抵抗素子
１１ 電流センサ
１２、１５ 導体
１３、１６ 電流の流れる方向
１４ 磁界の方向
DESCRIPTION OF
Claims (8)
バイアス磁界を前記自由磁性層に印加するバイアス配線と、を有し、
前記外部磁界が無磁界の際に、前記バイアス磁界により前記自由磁性層の磁化方向が所定の方向に固定される磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁性層および前記バイアス配線が同一基板上に形成されており、
前記バイアス配線に電流を流すことで前記バイアス磁界を発生させることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 A free magnetic layer whose magnetization direction varies with an external magnetic field;
Bias wiring for applying a bias magnetic field to the free magnetic layer,
A magnetoresistive element in which the magnetization direction of the free magnetic layer is fixed to a predetermined direction by the bias magnetic field when the external magnetic field is a non-magnetic field,
The free magnetic layer and the bias wiring are formed on the same substrate;
A magnetoresistive element, wherein the bias magnetic field is generated by passing a current through the bias wiring.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012238488A JP2014089088A (en) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | Magnetoresistive effect element |
Applications Claiming Priority (1)
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