JP4461098B2 - 磁気バイアス膜およびこれを用いた磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に使用される磁気バイアス膜およびこれを用いた磁気センサに関する。

従来の磁気センサとして、例えば、特許文献１に開示されるものがある。図１９は従来の磁気センサを示す斜視図、図２０は図１９に示した従来の磁気センサにおけるII−II’線断面図である。

この磁気センサは、基板１の上面に設けられた４個の検出素子２Ａ〜２Ｄからなるホイートストンブリッジ回路３と、このホイートストンブリッジ回路を有する基板１を覆うようにして基板１を保持するホルダー４と、このホルダー４の周囲に巻回された所定巻数の導電線からなり、かつ互いに直交する磁気バイアスを印加する第１のコイル５Ａと第２のコイル５Ｂとを備えた構成となっている。

この磁気センサは、磁気バイアスを印加する手段としてホルダー４の周囲に巻回された第１のコイル５Ａと第２のコイル５Ｂとを用いているため、サイズが大きくなり、小型化は容易ではなかった。また、磁界を発生させるためには、第１のコイル５Ａと第２のコイル５Ｂに電流を流す必要があるため、消費電力が大きいものであった。

また、例えば、特許文献２には、磁気バイアスを印加する手段として、薄膜の磁石からなる磁気バイアス膜を用いた方法が開示されている。

この磁気センサは、磁気バイアスを印加する手段としてコイルを用いるのではなく、平面視にて略正方形の薄膜磁石からなる磁気バイアス膜を用いているため、上記課題を解決することが可能となる。

この磁気センサをさらに小型化するためには、磁気バイアス膜も小型にする必要がある。そのためには、磁気バイアス膜の底面積を小さくすることが必要となる。
特開２００３−１４４５８号公報 国際公開第０３／０５６２７６号パンフレット

しかしながら、この場合、磁気バイアス膜が発生する磁界が小さくなり、所望の磁界が得られないという課題がある。さらにそのような磁気バイアス膜に外部から大きな磁界が加わると、磁気バイアスの向きが影響を受け、磁気センサの出力に影響を及ぼすという課題がある。

本発明は、上記従来の磁気バイアス膜の課題を解決するもので、小型化が可能で、かつ安定した所望の磁界を得ることが可能な磁気バイアス膜およびこれを用いた磁気センサを提供することを目的とする。

この目的のために本発明の一態様に係る磁気バイアス膜は、磁性層を含み、前記磁性層の積層方向に垂直な面内に磁界を発生する磁気バイアスマグネットを備える磁気バイアス膜であって、前記磁気バイアスマグネットは、長辺、短辺、積層方向の厚さの順に長さが短くなる略直方体形状に加工され、かつ短辺に対する長辺の長さの比が５〜２００の範囲であり、かつ短辺方向に複数配置されることを特徴とするものである。

この構成によれば、本発明に係る磁気バイアス膜は、長辺、短辺、積層方向の厚さの順に長さが短くなる略直方体形状に加工された磁気バイアスマグネットを備える。そして、その磁気バイアスマグネットの短辺に対する長辺の長さの比は５〜２００の範囲であり、かつ当該磁気バイアスマグネットは短辺方向に複数配置される。これにより、磁気バイアスマグネットに含まれる磁性層の積層方向に垂直な面内に発生する磁界の方向が安定し、さらに強い磁界を得ることが可能となる。その結果、磁気バイアス膜の小型化が可能となり、これを用いた磁気センサの小型化も同時に達成される。

本発明の他の態様に係る磁気センサは、基板と、前記基板の主面側に形成された少なくとも２以上の磁気検出素子を備えた第１の磁気検出部と、前記基板の主面側に形成された少なくとも２以上の磁気検出素子を備えた第２の磁気検出部と、前記第１の磁気検出部に対向する位置に設けられた第１の磁気バイアス膜と、前記第２の磁気検出部に対向する位置に設けられた第２の磁気バイアス膜と、を備えた磁気センサであって、前記第１および第２の磁気バイアス膜は、上記記載の磁気バイアス膜であり、かつ前記第１の磁気バイアス膜が発生する磁界の向きと、前記第２の磁気バイアス膜が発生する磁界の向きとが異なることを特徴とするものである。

この構成によれば、本発明に係る磁気センサは、基板の主面側に、それぞれ少なくとも２以上の磁気検出素子を備えた第１および第２の磁気検出部が形成されている。そして、第１の磁気検出部に対向する位置には第１の磁気バイアス膜が、第２の磁気検出部に対向する位置には第２の磁気バイアス膜が、それぞれ設けられている。これにより、磁気検出部に有効に磁気バイアスを印加することができる。

また、第１の磁気バイアス膜と第２の磁気バイアス膜とが発生する磁界の向きは異なっている。これにより、第１および第２の磁気検出部からの出力波形には位相差が生じ、これら２つの波形出力の比をとることによって、簡単な構成で外部磁界の方向を検出できる磁気センサを得ることができる。

本発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明によれば、小型化が可能で、かつ安定した所望の磁界を得ることが可能な磁気バイアス膜およびこれを用いた磁気センサを提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の第１〜第３の実施形態においては、形状または構成を変えることにより、磁界の方向を安定化させた磁気バイアス膜について説明する。そして、第４および第５の実施形態においては、それらの磁気バイアス膜を用いた磁気センサについて説明する。

まず、第１の実施形態では、単層構造の磁気バイアス膜を直方体形状に加工することで磁界の方向を安定化させる。第２の実施形態では、それとは異なり、積層構造の磁気バイアス膜について説明する。そして、第３の実施形態では、第１および第２の実施形態を合わせた構成、つまり積層構造の磁気バイアス膜を直方体形状に加工することで、磁界の方向を安定化させる例について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における磁気バイアス膜の上面図である。この磁気バイアス膜９は、複数の磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇから構成されており、それら磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇは、それぞれ矢印Ａの方向（ｘ方向）に磁界を発生させている。

磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇは、ＣｏＰｔ合金からなり、長辺、短辺、（積層方向の）厚さの順に長さが短くなる略直方体形状をなしている。ここで、「略」直方体とは、数学上の完全なる直方体のみならず、例えば、製造技術上の制約による反りや、稜線部や頂点における丸みや面取り、表面の凹凸等を有するが全体として直方体形状のものを含む意味である。この中には、製造技術上の制約により、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの底面積が上面積より大きく、側面が傾斜した四角錐台形状のものも含む。このことは、以下のすべての実施形態においても当てはまる。

また、ＣｏＰｔ合金は優れた磁石特性に加え、大きな結晶磁気異方性を有している。そのため、磁界方向の安定性が求められる磁気バイアスマグネット用の材料として好ましい。

この場合、長辺、短辺、厚さは、図１に示した座標軸を用いると、紙面に垂直な方向（ｚ方向）が厚さ方向で、図１に記載の長方形のｘ方向が長辺、ｙ方向が短辺である。本実施形態における各辺の長さは、長辺７００μｍ、短辺１４０μｍ、厚さ２０００Å（＝０．２μｍ）であり、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇ間の間隔はそれぞれ１０μｍである。

この磁気バイアスマグネット９Ａの短辺に対する長辺の長さの比（＝長辺の長さ／短辺の長さ）、つまりアスペクト比は、７００μｍ／１４０μｍ＝５である。したがって、磁気バイアスマグネット９Ａの紙面内の形状は長方形であり、長辺方向（ｘ方向）に形状磁気異方性が付与されていることになる。

また、この磁気バイアスマグネット９Ａの厚さに対する長辺のアスペクト比（＝長辺の長さ／厚さ）は、７００μｍ／０．２μｍ＝３５００である。さらに、この磁気バイアスマグネット９Ａの厚さに対する短辺のアスペクト比（＝短辺の長さ／厚さ）は、１４０μｍ／０．２μｍ＝７００である。

なお、他の磁気バイアスマグネット９Ｂ〜９Ｇも磁気バイアスマグネット９Ａと同様の構成となっており、これらは磁界方向を揃えて横方向に並べられている。そして、これらの磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇが、磁気バイアス膜９を構成している。

以上のように構成された磁気バイアス膜９について、次に、その製造方法を説明する。

まず、基板等の表面の全面にＣｏＰｔ膜を蒸着法やスパッタリング法により形成する。次に露光、エッチング等によりこのＣｏＰｔ膜を分割して、複数の略直方体形状のＣｏＰｔ膜を得る。この複数の略直方体形状のＣｏＰｔ膜の長辺方向（ｘ方向）に所定の磁界を印加することにより、略直方体形状のＣｏＰｔ膜が長辺方向に磁化されて、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇを得ることができる。

このような構成の磁気バイアス膜９は、外部から大きな磁界を受けても、磁化方向が変化することは少ない。この理由については、理論的に完全に解明された訳ではないが、おおよそ以下の理由によるものと考えられる。

図２は、本発明の第１の実施形態における磁気バイアス膜９を構成する磁気バイアスマグネットの縦断面図（図１におけるｘｚ平面での断面図）である。磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの内部には結晶粒子１０が存在している。この結晶粒子１０は、図２に示すように、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの長辺方向（ｘ方向）を長軸とする略楕円形状をなしていると考えられる。そのため、結晶粒子１０の内部に存在する磁気モーメントは全体的に矢印Ｂの方向を向き易く、外部から大きな磁界が印加されても磁気モーメントの方向の変化が生じにくい。

この場合、何故、結晶粒子１０の形状が略楕円形状になるのかは必ずしも明確ではないが、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇを平面視にて正方形にするのではなく、長辺、短辺のアスペクト比を５以上に設定して大きく偏平した長方形とすることにより、成膜または着磁の際に結晶粒子１０が略楕円形状になるためではないかと思われる。

さらに、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの形状（長辺、短辺のアスペクト比）に依存する、いわゆる反磁界の影響も少なからず存在すると思われる。一般に、磁性体の内部に働く（有効）磁界は、外部から印加した磁界より反磁界の分だけ小さくなる。そして、この反磁界の大きさは、磁性体の磁化の大きさに比例し、その比例係数は反磁界係数と呼ばれる。

本実施形態で用いる磁気バイアスマグネット９Ａの形状を例に取り、その厚さを無視すれば、長辺方向（ｘ方向）の反磁界係数は小さく、短辺方向（ｙ方向）の反磁界係数は大きい。そのため、長辺方向の有効磁界は大きく、短辺方向の有効磁界は小さくなる。これにより、有効磁界の大きい長辺方向の磁化の方が安定であることが理解される。

ここで、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの長辺、短辺のアスペクト比は５〜２００の範囲であることが好ましく、さらには１０〜２００の範囲であることがより好ましい。すなわち、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの長辺、短辺のアスペクト比を５より小さくした場合は、外部から大きな磁界が印加されたときに磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇから発生するバイアス磁界の安定性が低下してしまう。これは、前述の反磁界の観点からも理解することができる。

一方、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの長辺、短辺のアスペクト比を２００より大きくした場合は、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇから発生するバイアス磁界の絶対的な強度が大きすぎ、最適なバイアス磁界が得られなくなる。逆にそのアスペクト比を保ったままバイアス磁界を弱めようとすると、短辺が短いために加工が困難となる。

したがって、このことから、磁気バイアスマグネット９Ａの長辺、短辺のアスペクト比を５〜２００の範囲に設定したもので、これにより、磁気バイアスマグネット９Ａから発生するバイアス磁界の安定化が図れる。

このように結晶粒子１０が平面視にて円形でなく、磁気バイアスマグネット９Ａの長辺方向を長軸とする略楕円形であるという異方的な形状を有することにより、外部からの磁界に対しても安定したバイアス磁界を発生することができるものと考えられる。

なお、結晶粒子１０の略楕円形状の長軸の方向は、厚さ方向と垂直な方向でもある。これは、磁気バイアスマグネット９Ａの厚さ方向の長さが長辺、短辺方向の長さよりも短いため、長辺、短辺のアスペクト比に起因して長辺方向に略楕円形状の長軸が向き易いことと同様の理由により、このような構成になると思われる。この構成からも、磁気バイアスマグネット９Ａは、外部から大きな磁界を受けても、磁化方向が変化することが少ない。

上記した本発明の第１の実施形態における磁気バイアス膜においては、長辺、短辺、厚さの順に長さが短くなる略直方体形状をなすとともに、磁界を発生させる磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｄを磁界の方向を揃えて横方向に複数並べることにより磁気バイアス膜９を構成している。さらに、前記磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの長辺、短辺のアスペクト比をいずれも５〜２００の範囲に設定しているため、外部から大きな磁界を受けても、磁化方向が変化することは少なく、その結果、安定した磁気バイアスを発生させることができる。

また、磁気バイアス膜９の厚さは、２５０Å〜２５００Åの範囲が好ましい。磁気バイアス膜９の厚さが２５０Åより薄いと磁性層１２から発生する磁界が小さくなってしまう。一方、磁気バイアス膜９の厚さを２５００Åより厚くしても、磁界の強度はほとんど変わらない。したがって、磁気バイアス膜９の厚さは２５０Å〜２５００Åの範囲に設定するのが好ましい。

さらに、上記製造方法のように、一度大きなＣｏＰｔ膜を形成してからエッチングでこれを分割して磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇを得る方法ではなく、最初から分割された状態の磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇを形成してもよい。この場合は、磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇの形状を形取ったマスクを用いてＣｏＰｔ膜を形成すればよい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態における磁気バイアス膜の斜視図である。図３において、磁気バイアス膜１１は、磁性層１２と非磁性層１３とを交互に複数積層した構造となっている。ここで、磁性層１２はＣｏＰｔ合金で構成されており、一定方向に磁化されることで、矢印Ａの方向（ｘ方向）に磁界を発生させている。また、非磁性層１３はＣｒで構成されている。Ｃｒは厳密には反強磁性体であり非磁性ではないが、強磁性体ではないという意味で、以下、Ｃｒに対しても非磁性という言葉を用いる。

本実施形態における各辺の長さは、長辺（ｘ方向）７００μｍ、短辺（ｙ方向）１４０μｍであり、厚さ（ｚ方向）は、磁性層１２が２０００Å、非磁性層１３が２５０Åである。この磁気バイアス膜１１の短辺に対する長辺のアスペクト比は、７００μｍ／１４０μｍ＝５である。したがって、磁気バイアス膜１１の紙面内の形状は長方形であり、長辺方向（ｘ方向）に形状磁気異方性が付与されていることになる。

また、この磁性層１２の厚さに対する長辺のアスペクト比（＝長辺の長さ／厚さ）は、７００μｍ／０．２μｍ＝３５００である。さらに、この磁性層１２の厚さに対する短辺のアスペクト比（＝短辺の長さ／厚さ）は、１４０μｍ／０．２μｍ＝７００である。

なお、本実施形態においては、磁気バイアスマグネットは１つであるので、磁気バイアス膜と同義である。

以上のように構成された磁気バイアス膜１１について、以下にその製造方法を説明する。基板（図示せず）の表面に蒸着法やスパッタリング法によってＣｏＰｔ合金からなる磁性層１２を形成し、そしてこの磁性層１２の上面に蒸着法やスパッタリング法によってＣｒからなる非磁性層１３を形成する。さらに、この非磁性層１３の上面に磁性層１２を形成するということを繰り返すことにより、磁性層１２と非磁性層１３とがｚ方向に複数積層された積層膜を得ることができる。

そしてこれら磁性層１２の積層方向に垂直な所定の方向（図３におけるｘ方向）に所定の磁界を印加することにより、積層膜における磁性層１２が矢印Ａの方向（ｘ方向）に磁化されて、磁気バイアス膜１１を得ることができる。

ここで、この磁気バイアスマグネット１１は略正方形ではなく、短辺（ｙ方向）と長辺（ｘ方向）のアスペクト比が第１の実施形態と同様に、５〜２００の範囲であることが好ましく、さらには１０〜２００の範囲であることがより好ましい。すなわち、磁気バイアスマグネット１１の長辺、短辺のアスペクト比が５より小さいとバイアス磁界の安定性が低下し、アスペクト比が２００より大きいとバイアス磁界の絶対的な強度が大きくなりすぎてしまうからである。

このような積層構造の磁気バイアス膜１１は、従来の磁気バイアス膜のように、磁性層の膜厚を単純に厚くした単層構造の磁気バイアス膜と比較して、大きな磁界を発生させることができる。これについて、図面を用いて説明する。

図４は、従来の単層構造の磁気バイアス膜と、本実施形態の積層構造の磁気バイアス膜についての磁気特性を示したものであり、横軸は磁性層の膜厚をÅ単位で、縦軸はその磁性層の磁化をｅｍｕ単位で表したものである。

この図４において、積層構造、単層構造の磁気バイアス膜の結果を、四角形（および傾いた四角形）で表し、それらの結果が略一直線上に乗るように、それぞれ実線、破線の直線でつないである。ここで、積層構造の磁気バイアス膜に関しては、磁性層１２の１つの層を２０００Åとしている。したがって、膜厚が４０００Å、６０００Å、８０００Åというのは、磁性層１２がそれぞれ２層、３層、４層で構成されていることを表し、それら磁性層１２の間には非磁性層１３が挿入されている。

この図４からわかるように、従来の単層構造の磁気バイアス膜は膜厚を厚くしてもほとんど磁化の大きさは変わらない。それに対して、本実施形態の積層構造の磁気バイアス膜は、膜厚に応じて磁化が大きくなっている。この理由については、理論的に完全に解明された訳ではないが、おおよそ以下の理由によるものと考えられる。

図５は従来の単層構造の磁気バイアス膜の縦断面図、図６は本実施形態における積層構造の磁気バイアス膜の縦断面図である。いずれも、図３におけるｘｚ平面での断面である。

図５に示す従来の単層構造の磁気バイアス膜１５の内部には結晶粒子１４が存在している。また、結晶粒子１４が持つ磁気モーメントの向きを、結晶粒子１４の中に矢印で示す。

この結晶粒子１４は、図５に示すように略楕円形状であると考えられ、薄い単層構造の磁気バイアス膜１５内においては、結晶粒子１４の長軸方向は比較的長辺方向（ｘ方向）に揃いながら無秩序に存在している。単層構造の磁気バイアス膜１５を単純に厚くした場合は、それに対応してこの内部に存在する結晶粒子１４の数も増加するが、結晶粒子１４の長軸方向は長辺方向だけでなく、長辺方向と垂直の厚さ方向（ｚ方向）にも向いてくる。

この場合、従来の単層構造の磁気バイアス膜１５は、全体としては単層構造の磁気バイアス膜１５の長辺方向に磁界を発生させるものの、各々の結晶粒子１４の磁気モーメントは単層構造の磁気バイアス膜１５の厚さ方向に対しての成分も有している。この厚さ方向の磁界成分は単層構造の磁気バイアス膜１５の長辺方向の磁界の強さには寄与しない。そして、単層構造の磁気バイアス膜１５の厚さが厚くなると、結晶粒子１４の磁気モーメントが持つ厚さ方向の成分がより大きくなると考えられるため、単層構造の磁気バイアス膜１５の厚さを単純に厚くしても、これに対応して長辺方向の磁界は増加しないものと考えられる。

これに対し、図６に示す非磁性層１３を介して磁性層１２を積層した構成をもつ本発明の積層構造の磁気バイアス膜１１は、各々の磁性層１２が非磁性層１３で分離されている。そのため、各結晶粒子１４の配向は各々の磁性層１２の厚さに支配されることになり、結晶粒子１４の長軸方向は比較的長辺方向に揃いながら存在する。これにより、各々の結晶粒子１４における磁気モーメントの膜厚方向の成分は少なくなるため、結晶粒子１４の磁気モーメントはより長辺方向の磁界の強さに寄与するものと考えられる。

ここで、この図６に示した磁気モーメントのｘ軸上での向き（図の左向きか、右向きか）は模式的なものであり、必ずしもすべての磁気モーメントが同じ向きに揃っているという意味ではない。

何故、結晶粒子１４の形状が略楕円形状になるのかは必ずしも明確ではないが、本発明の積層構造の磁気バイアス膜１１においては、特に磁性層１２の膜厚が薄く、長辺方向に対する厚さ方向が極端に短い偏平な構造であるため、成膜または着磁の際に結晶粒子１４が長辺方向に配向した略楕円形状になるためではないかと思われる。

さらに、磁気バイアス膜１１の形状に依存する、反磁界の影響も少なからず存在すると思われる。今、磁気バイアス膜１１の紙面に垂直な方向（ｙ方向）の長さを無視し、図５および図６における横方向（ｘ方向）の長さは等しいとする。つまり、単層構造の磁気バイアス膜１１と積層構造を構成する１つの磁性層１２とは、それらの厚さ方向（ｚ方向）の長さが異なるのみである。

このとき、単層構造と積層構造の磁気バイアス膜１１の厚さ方向（ｚ方向）の反磁界係数は略同じである。それに対して、ｘ方向の反磁界係数は、図５に示した単層構造では大きく、図６に示した積層構造を構成する１つの磁性層１２では小さくなる。しかしながら、どちらの構造のｘ方向の反磁界係数の値も、ｚ方向の反磁界係数より小さい値を取る。したがって、図６に示した積層構造の方が、図５に示した単層構造に比べ、ｘ方向とｚ方向での反磁界係数の値の差が大きい。

つまり、図６に示した積層構造では、紙面における横方向（ｘ方向）の有効磁界が大きく、それに比べると紙面における縦方向（ｚ方向）の有効磁界が小さいため、ｘ方向の磁化が安定となる。それに対して、図５に示した単層構造では、紙面における縦方向（ｚ方向）と横方向（ｘ方向）での有効磁界の差が小さいため、ｘ方向の磁化が不安定となり、磁化はｚ方向（厚さ方向）にも向き易くなる。

ここで、磁性層１２の厚さは、２５０Å〜２５００Åの範囲が好ましい。磁性層１２の厚さが２５０Åより薄いと磁性層１２から発生する磁界が小さくなってしまう。一方、磁性層１２の厚さを２５００Åより厚くしても、図５に示したように、結晶粒子１４の磁気モーメントの厚さ方向成分がより大きくなり、磁界の強度はほとんど変わらない。したがって、磁性層１２の厚さは２５０Å〜２５００Åの範囲に設定するのが好ましい。

また、非磁性層１３の厚さは、５０Å〜５００Åの範囲が好ましい。この場合、非磁性層１３は厚さを５０Åより薄くすると、この非磁性層１３の上下に位置する磁性層１２同士が干渉して悪影響を及ぼすおそれがある。一方、非磁性層１３の厚さを５００Åより厚くすると全体が厚くなってしまう。したがって、非磁性層１３の厚さは５０Å〜５００Åの範囲に設定するのが好ましい。

磁気バイアス膜１１を構成する非磁性層１３は、本実施形態で示したＣｒに限定されるものではなく、これ以外のＴｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗなどの非磁性元素を用いてもよい。

そしてまた、磁気バイアス膜１１の製造において、磁性層１２と非磁性層１３を形成する場合、本発明の第２の実施形態においては、基板（図示せず）の表面に蒸着法やスパッタリング法によって磁性層１２と非磁性層１３を形成していたが、これに限定されるものではなく、例えば、湿式法によって、ＣｏＰｔ合金とＣｒとを交互に複数回形成することにより、磁性層１２と非磁性層１３を形成してもよい。また、別の湿式法により、ＣｏＰｔ前駆体とＣｒ前駆体とを交互に複数回塗布し、これを焼成して磁性層１２と非磁性層１３を形成してもよい。

さらに、磁性層１２は最低２層以上必要であるため、磁気バイアス膜１１の総厚さを薄くするためには、最上層および最下層を磁性層１２にして積層する構成がよい。

以上のように本発明の第２の実施形態においては、磁化された磁性層１２と非磁性層１３とを複数積層して磁気バイアス膜１１を構成しているため、磁性層１２の厚さに応じた大きな磁界を発生する磁気バイアス膜１１を得ることができる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜の斜視図である。本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜１１は、複数の磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃから構成されており、矢印Ａの方向（ｘ方向）に磁界を発生させている。そして、磁気バイアスマグネット１１Ａは、ＣｏＰｔ合金からなる磁性層１２とＣｒからなる非磁性層１３とを交互に複数積層した構造からなり、長辺（ｙ方向）、短辺（ｘ方向）、および磁気バイアス膜１１Ａの積層方向である厚さ（ｚ方向）の順に長さが短くなる略直方体形状を有する。

本実施形態における各辺の長さは、長辺（ｙ方向）７００μｍ、短辺（ｘ方向）１４０μｍであり、磁気バイアスマグネット１１Ａと１１Ｂ、１１Ｂと１１Ｃ間の間隔はそれぞれ１０μｍである。また、厚さ（ｚ方向）は、磁性層１２が２０００Å、非磁性層１３が２５０Åである。したがって、磁気バイアスマグネット１１Ａの短辺に対する長辺のアスペクト比は、７００μｍ／１４０μｍ＝５である。

また、この磁性層１２の厚さに対する長辺のアスペクト比（＝長辺の長さ／厚さ）は、７００μｍ／０．２μｍ＝３５００である。さらに、この磁性層１２の厚さに対する短辺のアスペクト比（＝短辺の長さ／厚さ）は、１４０μｍ／０．２μｍ＝７００である。

なお、他の磁気バイアスマグネット１１Ｂ、１１Ｃもこの磁気バイアスマグネット１１Ａと同様の構成を有するもので、これらは磁界方向を揃えて図の横方向、すなわち、略直方体形状の短辺方向（ｘ方向）に並べられている。そして、これらの磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃが、磁気バイアス膜１１を構成している。

ここで、この磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃの短辺（ｘ方向）と長辺（ｙ方向）とのアスペクト比は、第１および第２の実施形態と同様に、５〜２００の範囲であることが好ましく、さらには１０〜２００の範囲であることがより好ましい。すなわち、磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃの長辺、短辺のアスペクト比が５より小さいとバイアス磁界の安定性が低下し、アスペクト比が２００より大きいとバイアス磁界の絶対的な強度が大きくなりすぎてしまうからである。

以上のように構成された本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜１１について、以下にその製造方法を説明する。

基板（図示せず）の表面に蒸着法やスパッタリング法によってＣｏＰｔ合金からなる磁性層１２を形成し、そしてこの磁性層１２の上面に蒸着法やスパッタリング法によってＣｒからなる非磁性層１３を形成する。さらに、この非磁性層１３の上面に磁性層１２を形成するということを繰り返すことにより、磁性層１２と非磁性層１３とが複数積層された積層膜を得ることができる。

次にフォトリソグラフィ技術を用いて、レジスト塗布後、露光、現像によるパターニングを行った後、エッチングによりこの積層膜を分割して複数の略直方体形状の積層膜を得ることができる。

この複数の略直方体形状の積層膜においては、長辺方向あるいは短辺方向に所定の磁界を印加することにより、略直方体形状の積層膜における磁性層が、長辺方向あるいは短辺方向に磁化された磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃを得ることができる。

また、このような構成においては、長辺方向に比べて短辺方向に磁化されやすい。つまり、短辺方向に磁化された場合の磁気バイアス膜１１は、長辺方向に磁化された場合に比べて、外部から大きな磁界を受けても磁化方向が変化しにくい。言い換えれば、本実施形態においては長辺方向に比べ、短辺方向に大きな磁気異方性が付与されていると思われる。この状態について図８を用いて説明をする。

図８は、本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜１１の上面図である。ここでは磁性層１２が磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃの短辺方向（ｘ方向）に磁化されている。この場合、長辺方向（ｙ方向）に磁気モーメントを配置するよりも、短辺方向（ｘ方向）に磁気モーメントを配置した方が、外部磁界に対し安定した磁気バイアスを発生させることができる。この理由についての理論的な解明はなされていないが、磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃ間の相互作用および磁性層１２を複数層積層することによる各磁性層１２間の相互作用が関係していると思われる。

図９は、本実施形態における積層構造の磁気バイアス膜の縦断面図（図７におけるｘｚ平面での断面図）である。本実施形態においては、磁性層１２間の静磁結合により、３層ある磁性層１２の内、真ん中の磁性層１２の磁化の向きが、それ以外の磁性層の磁化の向きに対して反対になっていると思われる。このため、本実施形態の磁気バイアス膜における磁性層１２の積層数は奇数にすることが好ましい。これにより、外部からの磁界に対しても特性が安定した磁気バイアス膜１１が得られるからである。

また、本発明の第３の実施形態においては、上記本発明の第２の実施形態で説明したものと同様に、非磁性層１３を介して磁性層１２を積層した構成による効果が存在する、すなわち、磁性層１２の層数の増加に応じて磁界が強くなるという効果を有する。

以上の通り、本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜１１においては、磁性層１２と非磁性層１３とを交互に複数積層した略直方体形状の磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃを略直方体形状の短辺方向に並べて配置している。そして、これらの磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃは、短辺と長辺とのアスペクト比をいずれも５〜２００の範囲に設定しているため、従来における単層の磁気バイアス膜に比べて強い磁界を得ることが可能となり、これにより、磁気バイアス膜の小型化が可能になるとともに、外部磁界に対しても安定した磁界が得られるという効果を有する。

また、本発明の第３の実施形態においても、磁性層１２の厚さおよび非磁性層１３の厚さは、上記した本発明の第２の実施形態と同様に、磁性層１２の厚さは、２５０Å〜２５００Åの範囲に設定するのが好ましく、また、非磁性層１３の厚さは、５０Å〜５００Åの範囲に設定するのが好ましい。

また、磁気バイアス膜１１を構成する非磁性層１３は、本発明の第３の実施形態で示したＣｒに限定されるものではなく、これ以外のＴｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗなどの非磁性元素を用いてもよい。

そしてまた、磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃを得る方法は、上記本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜の製造方法のように、一度大きなＣｏＰｔ合金とＣｒの積層膜を形成してから、エッチングでこれを分割することにより、磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃを得る方法に限定されるものではなく、最初から分割された状態の磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃを形成してもよい。この場合は、磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃの形状を形取ったマスクを用いてＣｏＰｔ合金とＣｒの積層膜を形成すればよい。

（第４の実施形態）
図１０は本発明の第４の実施形態における磁気センサの斜視図、図１１は同磁気センサの分解斜視図、図１２は図１０におけるI−I’線断面図、図１３は同磁気センサにおける第１、第２の磁気検出部の上面図、図１４は同磁気センサにおける第１の磁気検出部の電気回路図である。

図１０〜図１４において、基板２０はアルミナなどの絶縁性を有する材料からなり、その上面（主面）にはガラスグレーズ層（図示せず）が形成されていることが好ましい。ガラスグレーズ層は、平滑な表面を得易く、その上面への第１および第２の磁気検出部２１、２２の形成が容易となるためである。

本実施形態においては、第１の磁気検出部２１および第２の磁気検出部２２は、それぞれ４つの磁気検出素子から構成されている。ここで、磁気検出素子とは、磁界の向きおよび大きさに応じた信号を出力し、磁界の向きなどを検出するための素子であり、例えば磁気抵抗効果を利用した素子（磁気抵抗効果素子）や、ホール素子、磁気インピーダンス効果素子などが挙げられる。

これら磁気検出素子は、基板２０の上面に形成された磁気抵抗膜により構成されている。ここで、磁気抵抗膜は、ＮｉＣｏやＮｉＦｅなどを含む強磁性薄膜や、人工格子多層膜などの磁性膜からなる。そして、第１または第２の磁気検出部２１、２２は、その形成面に対し、外部磁界が垂直に印加されたときに抵抗変化量が最大となる。

また、第１および第２の磁気検出部２１、２２を構成する磁気抵抗膜は、複数折り返して形成されている。これは、複数折り返すことにより、測定すべき磁気（例えば、地磁気）が横切る本数が増えるため、抵抗変化量が大きくなり、検出感度が向上するためである。

第１の絶縁層２３Ａは、絶縁性を有するＳｉＯ₂からなり、第１の磁気検出部２１を覆うことにより、第１の磁気検出部２１と後述する第１の磁気バイアス膜２４との間の電気的絶縁を行うものである。また、第２の絶縁層２３Ｂも第１の絶縁層２３Ａと同様に絶縁性を有するＳｉＯ₂からなり、第２の磁気検出部２２を覆うことにより、第２の磁気検出部２２と後述する第２の磁気バイアス膜２５との間の電気的絶縁を行うものである。

第１の磁気バイアス膜２４は、第１の絶縁層２３Ａの上面に形成されており、第１の磁気検出部２１へ磁気バイアスを印加させている。そして、この第１の磁気バイアス膜２４には、上記本発明の第３の実施形態において説明した磁気バイアス膜１１、すなわち、短辺と長辺とのアスペクト比が５〜２００の範囲に設定され、かつＣｏＰｔ合金からなり一方向に磁化されている磁性層１２と、Ｃｒからなる非磁性層１３とを交互に複数積層した磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃから構成され、磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃを短辺方向に複数並べて配置し、かつ短辺方向に磁界を発生するように構成した磁気バイアス膜１１を用いている。

また、第２の磁気バイアス膜２５は、第２の絶縁層２３Ｂの上面に形成されているもので、第２の磁気検出部２２へ磁気バイアスを印加させている。そして、この第２の磁気バイアス膜２５にも上記本発明の第３の実施形態において説明した磁気バイアス膜１１を用いている。これら第１および第２の磁気バイアス膜２４、２５は、第１および第２の磁気検出部２１、２２の抵抗値の変化率が大きく、かつそれが磁界の変化に対して略リニアに変化するように調整するためのものである。

第１の被覆層２６Ａは、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなり、第１の磁気バイアス膜２４を覆っている。また、第２の被覆層２６Ｂも同様に、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなり、第２の磁気バイアス膜２５を覆っている。

第１の磁気検出素子２７Ａと第２の磁気検出素子２７Ｂとは電気的に直列に接続されているもので、パターンの長手方向が９０°異なっている。また、第３の磁気検出素子２７Ｃと第４の磁気検出素子２７Ｄも電気的に直列に接続されているもので、パターンの長手方向が９０°異なっている。さらに、第１の磁気検出素子２７Ａおよび第２の磁気検出素子２７Ｂと、第３の磁気検出素子２７Ｃおよび第４の磁気検出素子２７Ｄとは電気的に並列に接続されている。また、第１の磁気検出素子２７Ａと第３の磁気検出素子２７Ｃとのパターンの長手方向は互いに９０°異なる。

第１の入力電極２８Ａは、基板２０上に形成されているもので、第１の磁気検出素子２７Ａおよび第３の磁気検出素子２７Ｃと電気的に接続されている。第１のグランド電極２９Ａは、第２の磁気検出素子２７Ｂおよび第４の磁気検出素子２７Ｄと電気的に接続されている。第１の出力電極３０Ａは、第１の磁気検出素子２７Ａと第２の磁気検出素子２７Ｂと電気的に接続されており、かつ第２の出力電極３０Ｂは、第３の磁気検出素子２７Ｃと第４の磁気検出素子２７Ｄと電気的に接続されている。また、第２の磁気検出部２２も第１の磁気検出部２１と同様に、第５の磁気検出素子２７Ｅ〜第８の磁気検出素子２７Ｈ、第２の入力電極２８Ｂ、第２のグランド電極２９Ｂ、第３の出力電極３０Ｃおよび第４の出力電極３０Ｄから構成されている。これらは、それぞれ第１の磁気検出部２１における第１の磁気検出素子２７Ａ〜第４の磁気検出素子２７Ｄ、第１の入力電極２８Ａ、第１のグランド電極２９Ａ、第１の出力電極３０Ａおよび第２の出力電極３０Ｂに対応する。

なお、第１の入力電極２８Ａと第２の入力電極２８Ｂは電気的に接続され、かつ第１のグランド電極２９Ａと第２のグランド電極２９Ｂも電気的に接続されている。これにより、第１の磁気検出部２１と第２の磁気検出部２２とは電気的に並列に接続される。また、第１の入力電極２８Ａ、第２の入力電極２８Ｂ、第１のグランド電極２９Ａ、第２のグランド電極２９Ｂ、第１の出力電極３０Ａ〜第４の出力電極３０Ｄはそれぞれ銀、または銀パラジウムにより構成されている。

第１の磁気検出部２１を構成する第１の磁気検出素子２７Ａ〜第４の磁気検出素子２７Ｄは、いずれも磁気抵抗膜からなるもので、図１４に示すように、全体でホイートストンブリッジ回路を構成している。したがって、第１の出力電極３０Ａと第２の出力電極３０Ｂからそれぞれ得られた２つの出力電圧の差（差動出力電圧）が大きくなり、方位が精度よく検知される。さらに２つの出力電圧のノイズをキャンセルできるため、ノイズによる検出ばらつきを抑えることができる。

図１３における磁界３１は、第１の磁気バイアス膜２４が第１の磁気検出部２１に印加する磁界の方向を示している。一方、磁界３２は、第２の磁気バイアス膜２５が第２の磁気検出部２２に印加する磁界の方向を示したものであり、磁界３１とはその方向が９０°異なっている。

本実施形態においては、第１および第２の磁気バイアス膜２４、２５で発生する磁界と第１の磁気検出素子２７Ａ〜第８の磁気検出素子２７Ｈの各パターンの長手方向が４５°の角度をなすように構成されている。この角度が０°または１８０°では、第１および第２の磁気バイアス膜２４、２５で発生する磁界が、第１〜第８の磁気検出素子２７Ａ〜２７Ｈの抵抗変化に寄与しないので、バイアス磁界の役割を果たさない。したがって、この角度は４５°以外でも構わないが、０°と１８０°を除いた角度にすることが好ましい。

以上のように構成された本発明の第４の実施形態における磁気センサについて、次に、その製造方法を説明する。

まず、基板２０の上面に印刷、蒸着等の方法によって、第１の磁気検出素子２７Ａ〜第８の磁気検出素子２７Ｈ、第１の入力電極２８Ａ、第２の入力電極２８Ｂ、第１のグランド電極２９Ａ、第２のグランド電極２９Ｂ、第１の出力電極３０Ａ、第２の出力電極３０Ｂ、第３の出力電極３０Ｃ、および第４の出力電極３０Ｄを形成する。

このとき、第１の磁気検出素子２７Ａ〜第４の磁気検出素子２７Ｄにより第１の磁気検出部２１が構成されるとともに、第１の入力電極２８Ａ、第１のグランド電極２９Ａ、第１の出力電極３０Ａおよび第２の出力電極３０Ｂが所定の位置に形成される。これと同様に、第５の磁気検出素子２７Ｅ〜第８の磁気検出素子２７Ｈにより第２の磁気検出部２２が構成されるとともに、第２の入力電極２８Ｂ、第２のグランド電極２９Ｂ、第３の出力電極３０Ｃおよび第４の出力電極３０Ｄが所定の位置に形成される。

次に、第１の磁気検出部２１の上面に第１の絶縁層２３Ａを形成し、かつ第２の磁気検出部２２の上面に第２の絶縁層２３Ｂを形成する。このとき、第１の絶縁層２３Ａは少なくとも第１の磁気検出素子２７Ａ〜第４の磁気検出素子２７Ｄを覆うようにし、かつ第２の絶縁層２３Ｂは少なくとも第５の磁気検出素子２７Ｅ〜第８の磁気検出素子２７Ｈを覆うようにする。

次に、第１の絶縁層２３Ａの上面における第１の磁気検出部２１と対向する位置に第１の磁気バイアス膜２４を蒸着、スパッタ等によって形成するとともに、第２の絶縁層２３Ｂの上面における第２の磁気検出部２２と対向する位置に第２の磁気バイアス膜２５を蒸着、スパッタ等によって形成する。

その後、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５に磁界発生コイルを近接させることによって、それぞれの磁界の向きを設定する。このとき、第１の磁気バイアス膜２４および第２の磁気バイアス膜２５で発生する磁界と第１の磁気検出素子２７Ａ〜第８の磁気検出素子２７Ｈの各パターンの長手方向が４５°の角度をなすようにする。また、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５で発生する磁界の方向を互いに略９０°異なるようにしている。

最後に、第１の磁気バイアス膜２４の上面にモールド等によって第１の被覆層２６Ａを形成するとともに、第２の磁気バイアス膜２５の上面にモールド等によって第２の被覆層２６Ｂを形成する。

上記した製造方法によって、本発明の第４の実施形態における磁気センサを得ることができる。

なお、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５をリフトオフ法によって形成すれば、第１の絶縁層２３Ａ、第２の絶縁層２３Ｂまたは第１の磁気検出部２１、第２の磁気検出部２２へのダメージを防止できるという効果が得られる。すなわち、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５の非形成部にレジストを塗布した後、第１の絶縁層２３Ａ、第２の絶縁層２３Ｂの全面にそれぞれＣｏＰｔ膜を形成し、その後、レジストを除去して所定位置に第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５を設けるようにしてもよい。

この場合、レジストの除去さえすれば不要なＣｏＰｔ膜も同時に除去できるため、エッチング法のようにＣｏＰｔ膜を直接除去する必要がなくなる。その結果、エッチング液等が第１の絶縁層２３Ａ、第２の絶縁層２３Ｂまたは第１の磁気検出部２１、第２の磁気検出部２２へ付着あるいは浸透するのを防止することができる。

特に、第１の磁気バイアス膜２４および第２の磁気バイアス膜２５にＣｏＰｔ合金を用いた場合、エッチング液として強酸性のものを使用する必要がある。そのため、第１の絶縁層２３Ａ、第２の絶縁層２３Ｂまたは第１の磁気検出部２１、第２の磁気検出部２２にエッチング液が付着あるいは浸透してダメージを与え、耐湿性等を悪化させるおそれがある。しかし、リフトオフ法であれば、このような問題は生じず、信頼性の高い方位センサとしての磁気センサを得ることができる。

また、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５を形成した後、磁界の向きを設定するようにすれば、同時あるいは連続して第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５の磁界の向きを設定できるため、生産性を向上させることができる。

そしてまた、すでに磁界の向きが設定された磁性薄膜を第１の絶縁層２３Ａ、第２の絶縁層２３Ｂの上面に配置するようにしてもよい。

次に、本発明の第４の実施形態における磁気センサの動作について説明する。

図１０〜図１４において、第１の磁気検出部２１の第１の入力電極２８Ａと第１のグランド電極２９Ａ間に所定の電圧を印加すると、第１の磁気検出素子２７Ａ〜第４の磁気検出素子２７Ｄには、地磁気の方向に応じた抵抗変化が生じる。これにより、第１の出力電極３０Ａと第２の出力電極３０Ｂから抵抗値変化に応じた電圧が出力されるため、この両者間の差動出力電圧を検出することができる。この差動出力電圧は、地磁気と第１の磁気検出部２１とが交わる角度によって変化するものであり、地磁気の方向を３６０°回転させると略正弦波となる。

上記したものと同様に、第２の磁気検出部２２の第２の入力電極２８Ｂと第２のグランド電極２９Ｂ間に所定の電圧を印加すると、第５の磁気検出素子２７Ｅ〜第８の磁気検出素子２７Ｈには、地磁気の方向に応じた抵抗変化が生じる。これにより、第３の出力電極３０Ｃと第４の出力電極３０Ｄから抵抗値変化に応じた電圧が出力されるため、この両者間の差動出力電圧を検出することができる。この差動出力電圧も、上記したものと同様に、地磁気と第２の磁気検出部１５とが交わる角度によって変化するものであり、地磁気の方向を３６０°回転させると略正弦波となる。

ここで、本実施形態のように、第１の磁気バイアス膜２４と第２の磁気バイアス膜２５の磁界方向を９０°異ならせることにより、一方の差動出力電圧と他方の差動出力電圧との位相は９０°ずれる。すなわち、ある所定の一方向を基準にした方位をθとすると、一方の差動出力電圧がＡｓｉｎθとなる場合、他方の差動出力電圧がＡｃｏｓθとなる。これら両出力の比はｔａｎθになるため、容易に方位θを検出することができる。

次に、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５によるバイアス磁界強度について説明する。

図１５は、本実施形態における磁気センサのバイアス磁界強度と方位ばらつきとの関係を示す図である。バイアス磁界強度は強すぎても弱すぎても磁気センサが検出する方位ばらつきは大きくなるため、適切な強度にする必要がある。３６方位を検出するために許容できる方位のばらつきは７°であると考えられるため、この場合のバイアス磁界としては、図１５からわかるように５〜２０Ｏｅが適当である。

要求される方位ばらつきを小さくしたい場合には、バイアス磁界の強度をさらに限定すればよい。例えば、許容できる方位のばらつきが５°の場合にはバイアス磁界を６〜１８Ｏｅとすればよく、さらに好ましくはバイアス磁界を７．５〜１５Ｏｅとすればよい。

上記した本実施形態における磁気センサにおいては、磁気抵抗効果を有する第１、第２の磁気検出部２１、２２に磁気バイアスを印加する第１、第２の磁気バイアス膜２４、２５として、磁性層１２と非磁性層１３とを交互に複数積層し、かつ短辺と長辺とのアスペクト比を５〜２００の範囲に設定した略直方体形状の磁気バイアスマグネット１１Ａ〜１１Ｃを短辺方向に複数並べて配置し、かつ短辺方向に磁界を発生するように構成した磁気バイアス膜１１を用いている。そのため、磁気バイアス膜１１の総膜厚を薄くすることができ、かつ安定した磁気バイアスが得られる。これにより、外部からの磁界に対しても特性が安定しており、かつ小型化が可能な磁気センサを得ることができる。

また、第１の磁気バイアス膜２４からの磁気バイアスを第１の磁気検出部２１に印加するとともに、第２の磁気バイアス膜２５からの磁気バイアスを第２の磁気検出部２２に印加する。そして、第１の磁気バイアス膜２４からの磁界と第２の磁気バイアス膜２５からの磁界との方向を異ならせることによって、小型で、地磁気の方向の検出に適する高感度な磁気センサを得ることができる。

特に、第１の磁気バイアス膜２４からの磁界と第２の磁気バイアス膜２５からの磁界の方向を９０°異なる構成にしているため、第１の磁気検出部２１からの出力波形と第２の磁気検出部２２からの出力波形との位相差は９０°異なる。これら２つの波形出力の比をとることによって、簡単な構成で外部磁界の方向を検出できる磁気センサを得ることができる。

勿論、第１の磁気バイアス膜２４からの磁界と第２の磁気バイアス膜２５からの磁界の方向は９０°以外の角度にしてもよい。この場合は、第１の磁気検出部２１および第２の磁気検出部２２の出力の位相が互いに異なるように、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５から発生する磁界の向きを異ならせればよい。

この構成によれば、第１の磁気検出部２１の出力は正弦波のため同一値を２つの方位の角度で取るが、第１の磁気検出部２１の出力と第２の磁気検出部２２の出力との差の符号によって１つの角度に決定できる。これにより、０〜３６０°の範囲の全方位を検出できる。このとき、第１の磁気検出部２１、第２の磁気検出部２２の各出力の波形が重ならない程度に磁界の向きを異ならせる必要がある。

なお、本発明の磁気センサは、本実施形態における磁気センサの構成に限定されるものではなく、例えば、以下の変形例が考えられる。

図１６は、本発明の第４の実施形態における磁気センサの変形例を示す断面図である。上記図１０〜図１２に示した磁気センサは、絶縁層２３Ａ、絶縁層２３Ｂが分離された別の層であり、かつ被覆層２６Ａ、被覆層２６Ｂも分離された別の層となっていた。図１６に示す磁気センサは、絶縁層２３が第１の磁気検出部２１および第２の磁気検出部２２をともに覆う構成となっている。また、被覆層２６も第１の磁気バイアス膜２４および第２の磁気バイアス膜２５をともに覆う構成となっている。このような構成であっても図１０〜図１２に示した磁気センサと同様の効果を得ることができる。

また、第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５として、本発明の第２の実施形態において説明した磁気バイアス膜１１、すなわち磁化されている磁性層１２と、非磁性層１３とを交互に複数積層したものを用いてもよい。この場合は、磁気バイアス膜１１が本発明の第２の実施形態で説明したような効果を奏するため、これに起因して本発明の第４の実施形態における磁気センサにおいても小型化が可能になるという効果を奏する。

この第１および第２の磁気バイアス膜２４、２５は、本発明の第１の実施形態において説明した磁気バイアス膜、すなわち、長辺、短辺、厚さの順に長さが短くなる略直方体形状をなすとともに磁界を発生させる磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇを磁界の方向を揃えて短辺方向に複数並べることにより構成したものであってもよい。

この磁気センサは、長辺、短辺のアスペクト比をいずれも５〜２００の範囲に設定した磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇを磁界の方向を揃えて短辺方向に複数並べることにより構成した磁気バイアス膜９を用いてなる第１および第２の磁気バイアス膜２４、２５を備えているため、安定した磁気バイアスを得ることができ、その結果、外部からの磁界に対しても磁界の特性が安定している磁気センサを得ることができる。

（第５の実施形態）
図１７は、本発明の第５の実施形態における磁気センサの断面図である。本発明の第５の実施形態における磁気センサは、上記した本発明の第４の実施形態における磁気センサと同じ構成要素には同じ符号を付しており、ここでは、異なる点のみを説明する。

すなわち、本発明の第５の実施形態における磁気センサが上記した本発明の第４の実施形態における磁気センサと異なるところは以下の通りである。上記した本発明の第４の実施形態における磁気センサでは、基板２０の上面に直接第１の磁気検出部２１、第２の磁気検出部２２を形成していた。それに対して、本発明の第５の実施形態における磁気センサでは、基板２０の上面に直接第１の磁気バイアス膜２４、第２の磁気バイアス膜２５を形成している。このような構成であっても上記した本発明の第４の実施形態における磁気センサと同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の磁気センサは、上記した本発明の第４および第５の実施形態で説明した内容に限定されるものではない。

例えば、上記本発明の第４および第５の実施形態においては、第１の磁気検出部２１および第２の磁気検出部２２を、いずれも４個の磁気検出素子を用いたホイートストンブリッジ回路とし、その差動出力電圧を検知する方法を採用していたが、２個の磁気検出素子を用いたハーフブリッジ回路構成による方法を採用してもよい。これについて、図１８を用いて説明する。

図１８は、本発明の第５の実施形態における磁気センサの磁気検出部の変形例を示す回路図である。この図１８に示すように、第１の磁気検出部２１は第１の磁気検出素子２７Ａと第２の磁気検出素子２７Ｂとからなるもので、第１の入力電極２８Ａと第１のグランド電極２９Ａ間に所定の電圧を印加することにより、第１の出力電極３０Ａと第１のグランド電極２９Ａ間の電圧を検知する。この回路構成は、ホイートストンブリッジ回路の半分の構成を有することから、「ハーフブリッジ回路」といわれているものである。また第２の磁気検出部２２も、第１の磁気検出部２１と同様に構成される。

このようなハーフブリッジ回路構成は、ホイートストンブリッジ回路の場合に比べて、検出素子の数が半分で、回路が必要とする面積も小さくて済むため、回路構成が簡単となり小型化にも有利である。

（その他の実施形態）
（Ａ）上記本発明の第４および第５の実施形態においては、方位センサとしての磁気センサについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、磁気バイアスを用いるその他の磁気センサにも応用可能である。例えば、磁気インピーダンス効果素子などの、特に微弱な磁界を検出する小型センサに有用である。

（Ｂ）本発明の上記実施形態においては、第１の実施形態における磁気バイアスマグネット９Ａ〜９Ｇや、第２、３の実施形態における磁性層１２をＣｏＰｔ合金で構成したものについて説明したが、これ以外のＣｏＣｒ合金やＣｏＣｒＰｔ合金、またはフェライトマグネットで構成してもよい。特に、ＣｏＣｒ合金やＣｏＣｒＰｔ合金は、ＣｏＰｔ合金同様、優れた磁石特性に加え、大きな結晶磁気異方性を有している。そのため、磁界方向の安定性が求められる磁気バイアスマグネット用の材料として好ましい。

（Ｃ）本発明の上記実施形態においては、絶縁層をＳｉＯ_２で構成する例について説明したが、それ以外にアルミナ、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等により構成してもよい。

（Ｄ）本発明の上記実施形態においては、磁性層１２としてのＣｏＰｔ合金を、蒸着法やスパッタリング法により形成する例について説明した。しかし、それ以外にも、湿式法によりＣｏＰｔ前駆体を塗布し、これを焼成してＣｏＰｔ膜を形成することも可能である。

（Ｅ）本発明の上記実施形態においては、加工を行ったり積層構造を採用したりすることで、磁気バイアス膜１１の磁界の方向を安定化させる例について説明した。しかし、それ以外にも、磁気バイアス膜１１を成膜する際に磁石等で一方向の磁界を印加する方法（磁界中成膜）や、磁気バイアス膜１１成膜後、一方向の磁界を印加しながら所定の温度で熱処理を行う方法（磁界中熱処理）も、このような一方向の異方性（一軸異方性）を積極的に付与する手段として挙げられる。これら磁界中成膜や磁界中熱処理によって付与される異方性は、通常、誘導磁気異方性と呼ばれている。

さらには、磁歪の逆効果、つまり磁気バイアス膜１１の成膜時などに応力を印加することにより、磁気バイアス膜１１に一軸異方性を付与する手段なども挙げられる。

本実施形態においても、これらの方法を用い磁気バイアス膜１１に磁気異方性を付与することは、バイアス磁界がより安定化するので好ましい。

（Ｆ）本発明の上記実施形態においては、磁気検出素子は磁気抵抗膜であるＮｉＣｏやＮｉＦｅなどを含む強磁性薄膜や人工格子多層膜であるとして説明したが、それ以外にも、電子移動度の大きい半導体であり、磁気抵抗効果を示すものとして知られているＩｎＳｂやＩｎＡｓであってもよい。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

本発明に係る磁気バイアス膜は、磁性層の積層方向に垂直な面内に、安定した強い磁界を発生できる。そのため、小型化が可能であり、磁気センサに好適であるので、産業上有用である。

図１は、本発明の第１の実施形態における磁気バイアス膜の上面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態における磁気バイアス膜を構成する磁気バイアスマグネットの縦断面図である。 図３は、本発明の第２の実施形態における磁気バイアス膜の斜視図である。 図４は、従来の磁気バイアス膜と本発明の第２の実施形態における磁気バイアス膜とでの、膜厚と磁化の関係を示す図である。 図５は、従来の単層構造の磁気バイアス膜の縦断面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態における磁気バイアス膜の縦断面図である。 図７は、本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜の斜視図である。 図８は、本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜の上面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態における磁気バイアス膜の縦断面図である。 図１０は、本発明の第４の実施形態における磁気センサの斜視図である。 図１１は、本発明の第４の実施形態における磁気センサの分解斜視図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態における磁気センサにおけるI−I’線断面図である。 図１３は、本発明の第４の実施形態における磁気センサにおける第１、第２の磁気検出部の上面図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態における磁気センサにおける第１の磁気検出部の電気回路図である。 図１５は、本発明の第４の実施形態における磁気センサのバイアス磁界強度と方位ばらつきとの関係を示す図である。 図１６は、本発明の第４の実施形態における磁気センサの変形例を示す断面図である。 図１７は、本発明の第５の実施形態における磁気センサの断面図である。 図１８は、本発明の第５の実施形態における磁気センサの磁気検出部の変形例を示す電気回路図である。 図１９は、従来の磁気センサの斜視図である。 図２０は、従来の磁気センサにおけるII−II’線断面図である。

Claims (20)

1. 磁性層を含み、前記磁性層の積層方向に垂直な面内に磁界を発生する磁気バイアスマグネットを備える磁気バイアス膜であって、
   前記磁気バイアスマグネットは、長辺、短辺、積層方向の厚さの順に長さが短くなる略直方体形状に加工され、かつ短辺に対する長辺の長さの比が５〜２００の範囲であり、かつ短辺方向に複数配置されることを特徴とする磁気バイアス膜。
2. 前記磁気バイアスマグネットは、さらに非磁性層を含み、２以上の前記磁性層と１または２以上の前記非磁性層とが交互に積層されることを特徴とする請求項１記載の磁気バイアス膜。
3. 前記非磁性層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗのいずれか１つで構成されることを特徴とする請求項２記載の磁気バイアス膜。
4. 前記非磁性層の厚さは、５０Å〜５００Åの範囲であることを特徴とする請求項２または３に記載の磁気バイアス膜。
5. 前記磁気バイアスマグネットが発生する磁界の方向は、長辺方向であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
6. 前記磁気バイアスマグネットが発生する磁界の方向は、短辺方向であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
7. 前記磁性層は、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、またはフェライトマグネットのいずれか１つで構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
8. 前記磁性層の厚さは、２５０Å〜２５００Åの範囲であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
9. 前記磁性層の層数が奇数であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
10. 発生する磁界の強度が５Ｏｅ以上２０Ｏｅ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
11. 前記磁性層の積層方向に垂直な面内の一方向に磁場を印加しながら前記磁性層が成膜されることで、前記磁性層に磁気異方性を付与することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
12. 前記磁性層の積層方向に垂直な面内の一方向に磁場を印加しながら前記磁気バイアスマグネットが所定の温度で熱処理を施されることで、前記磁性層に磁気異方性を付与することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の磁気バイアス膜。
13. 基板と、
    前記基板の主面側に形成された少なくとも２以上の磁気検出素子を備えた第１の磁気検出部と、
    前記基板の主面側に形成された少なくとも２以上の磁気検出素子を備えた第２の磁気検出部と、
    前記第１の磁気検出部に対向する位置に設けられた第１の磁気バイアス膜と、
    前記第２の磁気検出部に対向する位置に設けられた第２の磁気バイアス膜と、
    を備えた磁気センサであって、
    前記第１および第２の磁気バイアス膜は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の磁気バイアス膜であり、かつ前記第１の磁気バイアス膜が発生する磁界の向きと、前記第２の磁気バイアス膜が発生する磁界の向きとが異なることを特徴とする磁気センサ。
14. 前記第１の磁気検出部と前記第２の磁気検出部との少なくとも一方を覆う絶縁膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１３記載の磁気センサ。
15. 前記第１の磁気検出部は、
    第１の磁気検出素子と、
    前記第１の磁気検出素子とパターンの長手方向が異なり、かつ前記第１の磁気検出素子と電気的に直列に接続された第２の磁気検出素子と、
    前記第２の磁気検出素子とパターンの長手方向が平行である第３の磁気検出素子と、
    前記第１の磁気検出素子とパターンの長手方向が平行であり、かつ前記第３の磁気検出素子と電気的に直列に接続された第４の磁気検出素子と、を備え、
    前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子、前記第３の磁気検出素子と前記第４の磁気検出素子とがそれぞれ電気的に並列に接続されており、
    前記第２の磁気検出部は、
    第５の磁気検出素子と、
    前記第５の磁気検出素子とパターンの長手方向が異なり、かつ前記第５の磁気検出素子と電気的に直列に接続された第６の磁気検出素子と、
    前記第６の磁気検出素子とパターンの長手方向が平行である第７の磁気検出素子と、
    前記第５の磁気検出素子とパターンの長手方向が平行であり、かつ前記第７の磁気検出素子と電気的に直列に接続された第８の磁気検出素子と、を備え、
    前記第５の磁気検出素子と前記第６の磁気検出素子、前記第７の磁気検出素子と前記第８の磁気検出素子とがそれぞれ電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の磁気センサ。
16. 前記第１の磁気バイアス膜で発生する磁界の向きと、前記第２の磁気バイアス膜で発生する磁界の向きとのなす角度が９０°であり、前記第１の磁気検出素子のパターンの長手方向と、前記第２の磁気検出素子のパターンの長手方向とのなす角度が９０°であり、かつ前記第５の磁気検出素子のパターンの長手方向と、前記第６の磁気検出素子のパターンの長手方向とのなす角度が９０°であることを特徴とする請求項１５記載の磁気センサ。
17. 前記第１の磁気バイアス膜で発生する磁界の向きと、前記第１の磁気検出素子のパターンの長手方向とのなす角度が４５°であり、
    前記第２の磁気バイアス膜で発生する磁界の向きと、前記第５の磁気検出素子のパターンの長手方向とのなす角度が４５°であることを特徴とする請求項１６記載の磁気センサ。
18. 前記第１の磁気検出部は、
    第１の磁気検出素子と、
    前記第１の磁気検出素子とパターンの長手方向が異なり、かつ前記第１の磁気検出素子と電気的に直列に接続された第２の磁気検出素子と、を備え、
    前記第２の磁気検出部は、
    第３の磁気検出素子と、
    前記第３の磁気検出素子とパターンの長手方向が異なり、かつ前記第３の磁気検出素子と電気的に直列に接続された第４の磁気検出素子と、を備えたことを特徴とする請求項１３または１４に記載の磁気センサ。
19. 前記磁気検出素子は、ＮｉＣｏまたはＮｉＦｅを含む磁性膜から構成されることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載の磁気センサ。
20. 前記絶縁膜は、ＳｉＯ_２であることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載の磁気センサ。

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