JP7104068B2 - 位置検出素子およびにこれを用いた位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のステアリングホイールの回転角度の検出などに用いられる位置検出素子およびこれを用いた位置検出装置に関する。

対象物の位置を検出する位置検出素子として、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect、巨大磁気抵抗効果）素子やＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance effect、トンネル磁気抵抗効果）素子などの磁気抵抗効果素子が用いられている。位置検出装置の検出精度が低下する原因の一つとして、磁気抵抗効果素子の固定磁性層（ピンド層）の磁化方向が、検出対象物に設けられた磁石等の磁界の影響によって、所定の方向から僅かに変化することが挙げられる。特に、反強磁性膜の交換結合磁界は温度上昇に伴って減少することから、反強磁性膜と交換結合している固定磁性層の磁化方向は高温環境下において変化しやすい。このため、高温環境下における位置検出装置の検出精度を高くするには、交換結合磁界が大きく、温度特性が良好な反強磁性膜を備えた磁気抵抗効果素子を位置検出素子として用いることが好ましい。磁気抵抗効果素子の反強磁性膜としては、例えば、ＰｔＭｎやＩｒＭｎの例が開示されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２００２－３０３５３６号公報 特開２０１１－４７９３０号公報

位置検出装置は、近時、高温環境下において用いられる場合があるため、高温環境下においても高い検出精度を維持することが求められている。高温条件下での検出精度を高く維持するには、磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向を所定方向のまま維持する必要がある。
しかし、特許文献１に記載のＰｔＭｎや特許文献２に記載のＩｒＭｎを反強磁性膜として備えた磁気抵抗効果素子は交換結合の大きさが十分ではない。このため、高温環境下において固定磁性層の磁化方向に所定方向からのずれが生じ、高温条件下における位置検出装置の精度低下の一因となっていた。

本発明は、外部磁界や検出対象物に設けられた磁石等の磁界の影響を受けて、固定磁性層の磁化方向が所定方向から変化することを抑えるため、交換結合磁界が大きい交換結合膜を備えた位置検出素子、および高温環境下における検出精度のよい位置検出装置の提供を目的としている。

上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、検出対象の位置によって変化する磁界に基づく位置検出に用いられる位置検出素子であって、固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、前記固定磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記固定磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高いことを特徴とする位置検出素子である。

図１は、本発明に係る位置検出素子が備えている交換結合膜の磁化曲線のヒステリシスループを説明する図である。通常、軟磁性体のＭ－Ｈ曲線（磁化曲線）が作るヒステリシスループは、Ｈ軸とＭ軸との交点（磁界Ｈ＝０Ａ／ｍ、磁化Ｍ＝０Ａ／ｍ）を中心として対称な形状となるが、図１に示されるように、上記交換結合膜のヒステリシスループは、固定磁性層に対して交換結合磁界Ｈｅｘが作用するため、Ｈｅｘの大きさに応じてＨ軸に沿ってシフトした形状となる。交換結合膜の固定磁性層は、このＨｅｘが大きいほど外部磁界が印加されても磁化の向きが反転しにくい。このため、検出対象に設けられた磁石の磁界などの影響により所定方向からの磁化方向の変化が抑えられた良好な固定磁性層となる。

このＨ軸に沿ってシフトしたヒステリシスループの中心（この中心の磁界強度が交換結合磁界Ｈｅｘに相当する。）とヒステリシスループのＨ軸切片との差によって定義される保磁力Ｈｃが交換結合磁界Ｈｅｘよりも小さい場合には、外部磁場が印加されて交換結合膜の固定磁性層がその外部磁場に沿った方向に磁化されたとしても、外部磁場の印加が終了すれば、保磁力Ｈｃよりも相対的に強い交換結合磁界Ｈｅｘによって、固定磁性層の磁化の方向を揃えることが可能となる。すなわち、交換結合磁界Ｈｅｘと保磁力Ｈｃとの関係がＨｅｘ＞Ｈｃである場合には、交換結合膜は良好な強磁場耐性を有する。したがって、外部磁場や検出対象物に設けられた磁石等の磁界の影響を受けにくくなる。

上記の交換結合磁界Ｈｅｘと保磁力Ｈｃとの関係が顕著である場合には、図１に示されるように、残留磁界Ｍ０の飽和磁化Ｍｓに対する比（Ｍ０／Ｍｓ）が負の値となる。すなわち、Ｍ０／Ｍｓが負の値であれば交換結合膜はより良好な強磁場耐性を有し、Ｍ０／Ｍｓが負の値でその絶対値が大きければ大きいほど、交換結合膜は特に優れた強磁場耐性を有する。

本発明の位置検出装置が有する交換結合膜は、反強磁性層がＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層が第１領域と第２領域とを有し、前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高い構成とすることにより、交換結合磁界Ｈｅｘが保磁力Ｈｃよりも大きくなりやすく交換結合は優れた強磁場耐性を有する。好ましい一形態では、Ｍ０／Ｍｓが負の値となって、しかもその絶対値を大きくすることが実現され、それゆえ、特に優れた強磁場耐性を有する。

上記の位置検出素子において、前記第１領域が前記強磁性層に接していてもよい。

上記の位置検出素子において、前記第１領域は、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比であるＭｎ／Ｃｒ比が０．３以上の部分を有していてもよい。この場合において、前記第１領域は、前記Ｍｎ／Ｃｒ比が１以上である部分を有することが好ましい。

上記の位置検出素子の具体的な一態様として、前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層と、前記ＰｔＣｒ層よりも前記固定磁性層に近位なＸ^０Ｍｎ層（ただし、Ｘ^０は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とが積層されてなるものであってもよい。

上記の位置検出素子の具体例として、前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記固定磁性層に近位になるように積層されてなるものであってもよい。この場合において、前記ＰｔＭｎ層よりも前記固定磁性層に近位にさらにＩｒＭｎ層が積層されてもよい。この構成は、上記のＸ^０Ｍｎ層が、ＰｔＭｎ層とＩｒＭｎ層との積層構造を有する場合に該当する。

本発明は、他の一態様として、検出対象の位置によって変化する磁界に基づいて前記検出対象の位置を検出する位置検出装置であって、固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、前記反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層（ただし、Ｘ^１は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ^２Ｍｎ層（ただし、Ｘ^２は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ^１と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有することを特徴とする位置検出素子を提供する。

上記の位置検出素子において、前記Ｘ^１がＰｔであり、前記Ｘ^２がＰｔまたはＩｒであってもよい。

前記反強磁性層は、Ｘ^１Ｃｒ層とＸ^２Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有していてもよい。また、前記反強磁性層は、前記ユニット積層部に加えて、前記固定磁性層側に前記Ｘ^１Ｃｒ層または前記Ｘ^２Ｍｎ層を備えていてもよい。これらの場合において、前記ユニット積層部における、前記Ｘ^１Ｃｒ層および前記Ｘ^２Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚であり、前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚が、前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚よりも大きくてもよい。このとき、前記Ｘ^１Ｃｒ層の膜厚と前記Ｘ^２Ｍｎ層の膜厚との比が、５：１～１００：１であることが好ましい場合がある。

本発明は、他の一態様として、検出対象の位置によって変化する磁界に基づく位置検出に用いられる位置検出素子であって、固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、前記強磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記強磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、Ｂｉ^＋イオンを一次イオンとする飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を測定して、Ｃｒに関して測定される８種類のイオンのうちＣｒ^＋を除いた７種のイオンの検出強度に対するＭｎに関する７種類のイオンの検出強度の比である第１強度比を求めたときに、前記第１領域における前記第１強度比が前記第２領域における前記第１強度比よりも高く、前記第２領域の全域にＭｎを含有することを特徴とする位置検出素子を提供する。なお、本明細書において、第１強度比は、「Ｉ－Ｍｎ／Ｃｒ」と記載される場合もある。

本発明は、一態様として、検出対象の位置に応じて変化する磁界に基づいた、前記検出対象の位置の検出に用いられる位置検出装置であって、前記検出対象に取り付けられた磁石と、上記の位置検出素子とを備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。前記検出対象が回転体であり、前記回転体の回転角度を検出するものであってもよい。かかる位置検出装置は、同一基板上に上記の位置検出素子を複数備えており、複数の前記位置検出素子には、前記固定磁性層の固定磁化方向が異なるものが含まれていてもよい。

本発明によれば、高温環境下においても固定磁性層の磁化方向が所定方向からずれることが抑えられた位置検出素子が提供される。したがって、本発明の位置検出素子を用いれば、高温環境下に置かれても検出精度の良好な位置検出装置とすることが可能である。

本発明に係る位置検出素子における交換結合膜の磁化曲線のヒステリシスループを説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る位置検出素子の構成を示す説明図である。 デプスプロファイルの一例である。 図３のデプスプロファイルの一部を拡大したプロファイルである。 図４に基づき求めたＭｎの含有量に対するＣｒの含有量の比（Ｍｎ／Ｃｒ比）を、図４と横軸の範囲を等しくして示したグラフである。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る位置検出素子の構成を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る位置検出素子の構成を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る位置検出素子の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁気センサの回路ブロック図である。 磁気センサに使用される位置検出素子を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る磁気センサを用いた位置検出装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る磁気センサを用いた位置検出装置の他の構成を示す説明図である。 高温（２００℃，２５０℃）環境下における信頼性試験方法の説明図である。 実施例１から６および比較例１から２の信頼性試験（２００℃）の結果を示すグラフである。 実施例３，５，６および比較例１の信頼性試験（２５０℃）の結果を示すグラフである。 実施例７から８および比較例３から４について、測定温度と交換結合磁界との関係を示すグラフである。 図１６の各温度における交換結合磁界を室温の交換結合磁界で規格化したグラフである。 実施例９から１４および比較例５から６について、残留磁化（Ｍ０）／飽和磁化（Ｍｓ）を示すグラフである。 実施例９から１４および比較例５から６について、交換結合磁界（Ｈｅｘ）／保磁力（Ｈｃ）を示すグラフである。 交換結合膜（Ｂ）のデプスプロファイルである。 アニール処理により交換結合膜（Ｂ）とする前の積層構造体（未アニール処理）のデプスプロファイルである。 （ａ）アニール処理により交換結合膜（Ａ）とする前の積層構造体（未アニール処理）のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）積層構造体（未アニール処理）のＩ－Ｍｎ／Ｃｒ（第１強度比）のデプスプロファイルである。 （ａ）交換結合膜（Ａ）のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）交換結合膜（Ａ）のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルである。 （ａ）アニール処理により交換結合膜（Ｂ）とする前の積層構造体（未アニール処理）のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）積層構造体（未アニール処理）のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルである。 （ａ）交換結合膜（Ａ）のＭｎに関する７種のイオンの検出強度の総和およびＣｒに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイル、（ｂ）交換結合膜（Ａ）のＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルである。

＜第１の実施形態に係る位置検出素子＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係る交換結合膜１０を使用した位置検出素子１１の膜構成を示す説明図である。
位置検出素子１１は、基板の表面から、下地層１、フリー磁性層２、非磁性材料層３、固定磁性層４、ＰｔＭｎ層５Ａ、ＰｔＣｒ層５Ｂおよび保護層６の順に積層されて成膜されている。ＰｔＭｎ層５ＡとＰｔＣｒ層５Ｂとがこの順番に積層された積層構造により反強磁性層５が構成されている。固定磁性層４と反強磁性層５が交換結合膜１０を構成する。

位置検出素子１１の各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。合金層を成膜する際には、合金を形成する複数種類の金属（たとえばＰｔＭｎ層５Ａの場合にはＰｔおよびＭｎ）を同時に供給してもよいし、合金を形成する複数種類の金属を交互に供給してもよい。前者の具体例として合金を形成する複数種類の金属の同時スパッタが挙げられ、後者の具体例として異なる種類の金属膜の交互積層が挙げられる。合金を形成する複数種類の金属の同時供給が交互供給よりも交換結合磁界Ｈｅｘを高めることにとって好ましい場合がある。

位置検出素子１１は、いわゆるシングルスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した積層素子であり、フリー磁性層２の外部磁界によって変化する磁化のベクトルと、固定磁性層４の固定磁化のベクトルとの相対関係で電気抵抗が変化する。

反強磁性層５は、成膜後、アニール処理されることにより規則化し、固定磁性層４と交換結合して、固定磁性層４に交換結合磁界Ｈｅｘが発生する。後述するように、アニール処理によって、反強磁性層５を構成する各層の構成原子は相互拡散する。この交換結合磁界Ｈｅｘによって交換結合膜１０を備える位置検出素子１１の強磁場耐性を向上させることができる。

本実施形態に係る交換結合膜１０が備える反強磁性層５は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を有する。図２に示される積層構造から得られる反強磁性層５は、元素ＸがＰｔであるから、Ｐｔ（Ｃｒ－Ｍｎ）層となる。このＰｔ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、固定磁性層４に相対的に近位な第１領域と、固定磁性層４から相対的に遠位な第２領域とを有し、第１領域におけるＭｎの含有量は、第２領域におけるＭｎの含有量よりも多い。このような構造を有するＰｔ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、積層されたＰｔＭｎ層５ＡおよびＰｔＣｒ層５Ｂがアニール処理を受けることにより形成される。当該構造はスパッタリングしながら表面分析を行うことにより得られる構成元素の深さ方向の含有量分布（デプスプロファイル）により確認することができる。

図３は、本実施形態に係る交換結合膜１０のデプスプロファイルの一例である。図３に示されるデプスプロファイルは、以下の構成を備えた膜に対して、１５ｋＯｅの磁場中において３５０℃で２０時間アニール処理した膜から得られたものである。（）内の数値は膜厚（Å）を示す。

基板／下地層：ＮｉＦｅＣｒ（４０）／非磁性材料層：［Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（２０）］／固定磁性層：Ｃｏ_{４０ａｔ％}Ｆｅ_{６０ａｔ％}（２０）／反強磁性層［ＩｒＭｎ層：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（１０）／ＰｔＭｎ層：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１６）／ＰｔＣｒ層：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］／保護層：Ｔａ（１００）

図３のデプスプロファイルは、具体的には、保護層側からアルゴンスパッタリングしながらオージェ電子分光装置により表面分析を行うことによって得られた、深さ方向におけるＰｔ，Ｉｒ，ＣｒおよびＭｎの含有量分布からなる。アルゴンによるスパッタ速度はＳｉＯ_２換算で求め、１．１ｎｍ／分であった。

図４は、図３の一部を拡大したものである。図３および図４のいずれについても、固定磁性層および非磁性材料層の深さ位置を確認するために、Ｃｏ（固定磁性層の構成元素の１つ）の含有量分布およびＲｕ（非磁性材料層の反強磁性層側を構成する元素）の含有量分布についてもデプスプロファイルに含めてある。

図３に示されるように、反強磁性層の厚さは３０ｎｍ程度であって、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸとしてのＰｔおよびＩｒとＭｎおよびＣｒとを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、具体的には（Ｐｔ－Ｉｒ）（Ｃｒ－Ｍｎ）層からなるものである。そして、Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層（（Ｐｔ－Ｉｒ）（Ｃｒ－Ｍｎ）層）は、固定磁性層に相対的に近位な第１領域Ｒ１と、固定磁性層から相対的に遠位な第２領域Ｒ２とを有し、第１領域Ｒ１におけるＭｎの含有量は、第２領域Ｒ２におけるＭｎの含有量よりも多い。このような構造は、ＸＣｒからなる層およびＸＭｎからなる層などを適宜積層して多層積層体を形成し、この多層積層体に対して上記のようなアニール処理を行うことにより得ることができる。

図５は、デプスプロファイルにより求められた各深さのＭｎの含有量およびＣｒの含有量に基づき算出された、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比（Ｍｎ／Ｃｒ比）を、図４と横軸の範囲を等しくして示したグラフである。図５に示される結果に基づき、本明細書において、Ｍｎ／Ｃｒ比が０．１となる深さを第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界とする。すなわち、反強磁性層において、固定磁性層に近位な領域でＭｎ／Ｃｒ比が０．１以上の領域を第１領域Ｒ１と定義し、反強磁性層における第１領域Ｒ１以外の領域を第２領域Ｒ２と定義する。この定義に基づくと、図３に示されるデプスプロファイルにおいて第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界は深さ４４．５ｎｍ程度に位置する。

Ｍｎ／Ｃｒ比が大きいことは交換結合磁界Ｈｅｘの大きさに影響を与えるのみならず、Ｍｎ／Ｃｒ比が大きいほど、Ｈｅｘ／Ｈｃの値が正の値で絶対値が大きくなりやすい。具体的には、第１領域Ｒ１は、Ｍｎ／Ｃｒ比が０．３以上の部分を有することが好ましく、Ｍｎ／Ｃｒ比が０．７以上の部分を有することがより好ましく、Ｍｎ／Ｃｒ比が１以上の部分を有することが特に好ましい。

このように第１領域Ｒ１にＭｎを相対的に多く含有するため、本実施形態に係る位置検出素子１１は高い交換結合磁界Ｈｅｘを発生させることができる。一方、第２領域Ｒ２においてＭｎの含有量が低く、相対的にＣｒの含有量が高いため、反強磁性層５は、高いブロッキング温度Ｔｂを有する。このため、本実施形態に係る固定磁性層４は高温環境下に置かれても固定磁性層４の磁化方向が所定方向から変化しにくい。上記の説明では、ＰｔＣｒ層に対して固定磁性層４側に積層されるＸ^０Ｍｎ層（ただし、Ｘ^０は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）層はＰｔＭｎ層５Ａであったが、これに限定されない。

図６は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る位置検出素子の構成を示す説明図である。同図に示すように、反強磁性層５のＰｔＭｎ層５Ａよりも固定磁性層４に近位な位置にＩｒＭｎ層５Ｃがさらに積層されてもよい。この場合には、上記のＸ^０Ｍｎ層がＰｔＭｎ層５ＡとＩｒＭｎ層５Ｃとからなる。

反強磁性層がＩｒＭｎ層５ＣとＰｔＭｎ層５ＡとＰｔＣｒ層５Ｂとからなる積層構造を有することにより残留磁界Ｍ０の飽和磁化Ｍｓに対する比（Ｍ０／Ｍｓ）が負の値となって、その絶対値が大きくなりやすい。このとき、交換結合膜１０のヒステリシスループの全体が交換結合磁界の磁化の向きにシフトするとともに保磁力Ｈｃが小さくなる。その結果、Ｈｅｘが大きいだけでなく、強磁場耐性に優れる交換結合膜１０が得られる。

交換結合膜１０が優れた強磁場耐性を有する観点から、Ｍ０／Ｍｓは、－０．０５以下であることが好ましく、－０．１０以下であることがより好ましく、－０．１５以下であることがさらに好ましく、－０．２０以下であることが特に好ましい。

交換結合膜１０の強磁場耐性を高める観点から、ＰｔＭｎ層５Ａの膜厚が１２Å以上であることが好ましい場合があり、Ｘ^０Ｍｎ層としてＩｒＭｎ層Ｃを備える場合にはその膜厚が６Å以上であることが好ましい場合があり、ＰｔＭｎ層５Ａの膜厚とＩｒＭｎ層Ｃの膜厚との総和が２０Å以上であることが好ましい場合がある。これらの条件の少なくとも一つを満たすことにより、上記のＭ０／Ｍｓが負の値となってその絶対値が大きくなる傾向が顕著となる。

固定磁性層４は、ＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）で形成される。ＣｏＦｅ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。固定磁性層４はスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層であり、固定磁性層４の固定磁化方向Ｐが延びる方向が位置検出素子１１の感度軸方向である。交換結合膜１０の強磁場耐性を高める観点から、固定磁性層４の膜厚は、１２Å以上３０Å以下であることが好ましい場合がある。

下地層１および保護層６は例えばタンタル（Ｔａ）から構成される。フリー磁性層２は、その材料および構造が限定されるものではないが、例えば、材料としてＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）、ＮｉＦｅ合金（ニッケル・鉄合金）などを用いることができ、単層構造、積層構造、積層フェリ構造などとして形成することができる。非磁性材料層３はＣｕ（銅）などを用いて形成することができる。

上記の本実施形態に係る位置検出素子１１（図２参照）の反強磁性層５では、ＰｔＭｎ層５Ａが固定磁性層４に接するように積層され、このＰｔＭｎ層５ＡにＰｔＣｒ層５Ｂが積層されたが、ＰｔＭｎ層５Ａは、Ｘ^０Ｍｎ層（ただし、Ｘ^０は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）の具体的な一例である。すなわち、位置検出素子１１は、Ｘ^０Ｍｎ層が単層構造であってＸ^０がＰｔである場合の態様を示している。Ｘ^０はＰｔ以外の元素であってもよいし、Ｘ^０Ｍｎ層は複数の層が積層されてなるものであってもよい。そのようなＸ^０Ｍｎ層の具体例として、Ｘ^０Ｍｎ層がＩｒＭｎ層からなる場合や、図６に示した位置検出素子１２のように、固定磁性層４に近位な側から、ＩｒＭｎ層およびＰｔＭｎ層がこの順番で積層される場合が挙げられる。また別の具体例として、固定磁性層４に近位な側から、ＰｔＭｎ層、ＩｒＭｎ層およびＰｔＭｎ層がこの順番で積層される場合が挙げられる。

上記の本実施形態に係る位置検出素子１１，１２では、固定磁性層４に反強磁性層５が積層される構造を有しているが、積層順番が逆であって、反強磁性層５に固定磁性層４が積層される構造を有していてもよい。

＜第２の実施形態に係る位置検出素子＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る位置検出素子の構造を概念的に示す説明図である。本実施形態では、図２に示す位置検出素子１１と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。

第２の実施形態に係る位置検出素子１１１は、固定磁性層４と反強磁性層５１とが交換結合膜１０１を構成するなど、第１の実施形態に係る位置検出素子１１と共通の基本構造を有するが、反強磁性層５１の構造が位置検出素子１１の反強磁性層５と異なっている。

反強磁性層５１は、Ｘ^１Ｃｒ層５１ＡとＸ^２Ｍｎ層５１Ｂとが交互に三層積層された交互積層構造（ただし、Ｘ^１およびＸ^２はそれぞれ白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であり、Ｘ^１とＸ^２とは同じでも異なっていてもよい）である。これら各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。反強磁性層５１は、成膜後、アニール処理されることにより規則化し、固定磁性層４と交換結合して、固定磁性層４に交換結合磁界Ｈｅｘが発生する。この交換結合磁界Ｈｅｘによって交換結合膜１０１を備える位置検出素子１１１の強磁場耐性を向上させることができる。

図７には、Ｘ^１Ｃｒ層５１ＡとＸ^２Ｍｎ層５１Ｂとが三層以上積層された交互積層構造の一態様として、Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａの三層構造であってＸ^１Ｃｒ層５１Ａが固定磁性層４に接する反強磁性層５１を示した。しかし、Ｘ^１Ｃｒ層５１ＡとＸ^２Ｍｎ層５１Ｂとを入れ替えた、Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂの三層構造としてもよい。この三層構造の場合、Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂが固定磁性層４に接する。反強磁性層５１に係る層数が４以上である場合の形態については、後述する。

Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａが固定磁性層４に最近位である場合には、保護層６側のＸ^１Ｃｒ層５１Ａの膜厚Ｄ１を、固定磁性層４に接するＸ^１Ｃｒ層５１Ａの膜厚Ｄ３よりも大きくすることが、交換結合磁界Ｈｅｘを高くする観点から好ましい。また、反強磁性層５１のＸ^１Ｃｒ層５１Ａの膜厚Ｄ１は、Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂの膜厚Ｄ２よりも大きいことが好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ２の比（Ｄ１：Ｄ２）は、５：１～１００：１がより好ましく、１０：１～５０：１がさらに好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ３の比（Ｄ１：Ｄ３）は、５：１～１００：１がより好ましく、１０：１～５０：１がさらに好ましい。

なお、Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂが固定磁性層４に最近位であるＸ^２Ｍｎ層５１Ｂ／Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａ／Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂの三層構造の場合には、固定磁性層４に最近位なＸ^２Ｍｎ層５１Ｂの膜厚Ｄ３と保護層６側のＸ^２Ｍｎ層５１Ｂの膜厚Ｄ１とを等しくしてもよい。

交換結合磁界Ｈｅｘを高くする観点から、Ｘ^１Ｃｒ層５１ＡのＸ^１はＰｔが好ましく、Ｘ^２Ｍｎ層５１ＢのＸ^２は、ＰｔまたはＩｒが好ましく、Ｐｔがより好ましい。Ｘ^１Ｃｒ層５１ＡをＰｔＣｒ層とする場合には、Ｐｔ_ＸＣｒ_{１００－Ｘ}（Ｘは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）であることが好ましく、Ｐｔ_ＸＣｒ_{１００－Ｘ}（Ｘは５０ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であることがより好ましい。同様の観点から、Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂは、ＰｔＭｎ層が好ましい。

図８に本発明の第２の実施形態の変形例に係る位置検出素子１１２の膜構成を示す説明図が示されている。本例では、図７に示す位置検出素子１１１と機能が等しい層に同じ符号を付して、説明を省略する。位置検出素子１１２においては、固定磁性層４と反強磁性層５１とが交換結合膜１０１Ａを構成する。

図８に示す位置検出素子１１２が図７の位置検出素子１１１と相違している点は、反強磁性層５２に係る層数が４以上であり、Ｘ^１Ｃｒ層５１ＡとＸ^２Ｍｎ層５１Ｂ（図７参照）とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有する点である。図８では、Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａ１とＸ^２Ｍｎ層５１Ｂ１とからなるユニット積層部５Ｕ１からＸ^１Ｃｒ層５１ＡｎとＸ^２Ｍｎ層５１Ｂｎとからなるユニット５Ｕｎまで、ｎ層積層されたユニット積層部５Ｕ１～５Ｕｎを有している（ｎは２以上の整数）。

ユニット積層部５Ｕ１～５Ｕｎにおける、Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａ１、・・・Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａｎは、それぞれ同じ膜厚Ｄ１であり、Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂ１、・・・Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂｎも、それぞれ同じ膜厚Ｄ２である。同じ構成のユニット積層部５Ｕ１～５Ｕｎを積層し、得られた積層体をアニール処理することにより、交換結合膜１０１Ａの固定磁性層４に高い交換結合磁界Ｈｅｘおよび高い保磁力Ｈｃを発生させること、ならびに反強磁性層５２の高温安定性を高めることが実現される。

なお、図８の反強磁性層５２は、ユニット積層部５１Ｕ１～５１ＵｎとＸ^１Ｃｒ層５１Ａとからなり、Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａが固定磁性層４に接しているが、ユニット積層部５１Ｕ１～５１ＵｎとＸ^２Ｍｎ層５１Ｂとからなり、Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂが固定磁性層４に接してもよい。後者の場合、固定磁性層４に接するＸ^２Ｍｎ層５１Ｂに隣接する各ユニットは図８とは積層順が逆、すなわち固定磁性層４側からＸ^１Ｃｒ層５１Ａ１／Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂ１／・・・／Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａｎ／Ｘ^２Ｍｎ層５１Ｂｎとなる。あるいは、反強磁性層５２がユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕｎのみからなるものであってもよい。ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕｎのみからなる積層体から形成された反強磁性層５２では、各ユニットの積層順によってＸ^２Ｍｎ層５１Ｂ１またはＸ^１Ｃｒ層５１Ａ１のいずれが固定磁性層４に接するかが決まる。

ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕｎの積層数は、反強磁性層５２、膜厚Ｄ１および膜厚Ｄ２の大きさに応じて、設定することができる。例えば、膜厚Ｄ２が５～１５Å、膜厚Ｄ１が３０～４０Åの場合、高温環境下における交換結合磁界Ｈｅｘを高くするために、積層数は、３～１５が好ましく、５～１２がより好ましい。

本実施形態の位置検出素子１１の例として以下の構成を備えた積層構造体を形成し、温度３５０℃、磁場強度１５ｋＯｅの条件で２０時間アニール処理し、固定磁性層４と反強磁性層５の磁化を固定して、以下の交換結合膜（Ａ）および（Ｂ）を得た。（）内の数値は膜厚（Å）を示す。
［交換結合膜（Ａ）］
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４０）／非磁性材料層３〔Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（１０）〕／固定磁性層４：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（２０）／反強磁性層５：ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕／保護層６：〔Ｔａ（９０）／Ｒｕ（２０）〕
［交換結合膜（Ｂ）］
上記交換結合膜（Ａ）の反強磁性層５を以下の構成に変更した積層構造体を形成した。
Ｘ^１Ｃｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：〔Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層積層〕

交換結合膜（Ｂ）について、保護層６側からアルゴンスパッタリングしながらオージェ電子分光装置により表面分析（測定面積：７１μｍ×７１μｍ）を行うことによって、深さ方向におけるＰｔ，ＣｒおよびＭｎの含有量分布（デプスプロファイル）を得た。アルゴンによるスパッタ速度はＳｉＯ_２換算で求め、１．０ｎｍ／分であった。

図２０は、交換結合膜（Ｂ）のデプスプロファイルである。固定磁性層４および非磁性材料層３の深さ位置を確認するために、Ｆｅ（固定磁性層４の構成元素の１つ）およびＴａ（保護層６の反強磁性層５側を構成する元素）についてもデプスプロファイルに含めた。図２０に示されるように、交換結合膜（Ｂ）のデプスプロファイルには、深さ３５ｎｍ程度から深さ５５ｎｍ程度の範囲に、固定磁性層４の影響および保護層６の影響を実質的に受けていない反強磁性層５の組成のみを反映した深さ範囲が認められた。この深さ範囲の平均値として、Ｐｔ，ＣｒおよびＭｎの含有量を測定した。その結果、次のようになった。

Ｐｔ：６５．５ａｔ％
Ｃｒ：２８．５ａｔ％
Ｍｎ：４．２ａｔ％
この結果から、反強磁性層５のＰｔの含有量は３０ａｔ％以上であることが確認された。したがって、反強磁性層５は面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有していると考えられる。

また、上記の結果に基づき、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比率（Ｍｎ／Ｃｒ比）を求めたところ、０．１５となった。上記の深さ範囲は、Ｐｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）からなるユニットが７層積層されたユニット積層部に対応する部分である。このＰｔ_{４８ａｔ％}Ｍｎ_{５２ａｔ％}（６）／Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）からなるユニットについてＰｔ，ＣｒおよびＭｎの含有量を算出すると、次のようになる。
Ｐｔ：５０．６ａｔ％
Ｃｒ：４１．７ａｔ％
Ｍｎ：７．８ａｔ％

これらの含有量に基づくＭｎ／Ｃｒ比は０．１９であった。アニール処理における各元素（Ｐｔ，ＣｒおよびＭｎ）の移動しやすさの違いやデプスプロファイルの測定精度を考慮すると、測定されたＭｎ／Ｃｒ比は積層構造体を形成する際の設計値におおむね近いといえる。

確認のため、交換結合膜（Ｂ）を与える積層構造体（アニール処理が行われていないもの）についても、同様にデプスプロファイルを求めた。その結果を図２１に示す。図２１に示されるように、アルゴンスパッタリングしながらオージェ電子分光装置により表面分析する方法により得られるデプスプロファイルでは、上記のユニットが７層積層されてなるユニット積層部においてＭｎの含有量やＣｒの含有量がユニットの繰り返しに対応して変動する結果は得られなかった。すなわち、このデプスプロファイルの分解能は４ｎｍに達していないことが確認された。

そこで、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）を用いて、Ｂｉ^＋イオンを一次イオンとして１００μｍ×１００μｍの領域に照射して二次イオンを検出し、ミリングイオンとしてＯ^２＋イオンを用いてデプスプロファイルを得た。平均ミリングレートは約１．５Å／秒であった。

Ｍｎに関するイオンとして、Ｍｎ^＋、ＭｎＯ^＋など７種類のイオンが検出され、Ｃｒに関するイオンとして、Ｃｒ^＋、ＣｒＯ^＋など８種類のイオンが検出された。これらのイオンのうち、Ｃｒ^＋については検出感度が高すぎて、定量的な評価を行うことができなかった。なお、Ｐｔ^＋については検出感度が低すぎて、定量的な評価を行うことができなかった。そこで、Ｍｎに関する７種のイオンの検出強度の総和のデプスプロファイルおよびＣｒに関する７種のイオン（すなわち、Ｃｒに関して測定される８種類のイオンからＣｒ^＋を除いた７種のイオン）の検出強度の総和のデプスプロファイルを求め、これらの結果から、各深さにおける検出強度比（「Ｍｎに関する７種のイオンの検出強度の総和」／「Ｃｒに関する７種のイオンの検出強度の総和」）を「Ｉ－Ｍｎ／Ｃｒ」として、このデプスプロファイルを求めた。なお、本明細書において、Ｉ－Ｍｎ／Ｃｒを「第１強度比」ともいう。

これらのデプスプロファイルを、アニール処理により交換結合膜（Ａ）とする前の積層構造体について測定した結果を図２２（ａ）および図２２（ｂ）に示す。また、アニール処理により交換結合膜（Ａ）としたものについて測定した結果を図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示す。

図２２（ａ）に示されるように、ＴＯＦ－ＳＩＭＳを用いることにより、デプスプロファイルにおいて、ユニット積層部の構成（交互積層構造）に基づくＭｎ強度の変動およびＣｒ強度の変動を確認することができた。これらの結果に基づく図２２（ｂ）に示されるＩ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルには、ユニット積層部における各ユニットの積層に対応するＩ－Ｍｎ／Ｃｒの変動が確認されるとともに、固定磁性層４に近位な側に、他の領域よりもＩ－Ｍｎ／Ｃｒが相対的に高い領域が存在することが確認された。

この傾向は、アニール処理により規則化して得られた交換結合膜においてもみられた。
図２３（ａ）に示されるように、アニール処理によって、ユニット積層部を構成する各ユニットの内部および積層された複数のユニット間でＭｎおよびＣｒの相互拡散が生じ、図２３（ａ）において認められたユニット積層部の構成（交互積層構造）に基づくＭｎに関するイオンの検出強度の変動およびＣｒに関するイオンの検出強度の変動は認められなかった。このため、Ｉ－Ｍｎ／Ｃｒのデプスプロファイルでは規則的な変動は認められなかった。

その一方で、固定磁性層４に近位な領域に他の領域よりもＩ－Ｍｎ／Ｃｒが相対的に高い領域が存在することは明確に確認された。このように、交換結合膜（Ａ）が備えるＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層（Ｐｔ（Ｃｒ－Ｍｎ）層）からなる反強磁性層５は、固定磁性層４に相対的に近位な第１領域Ｒ１と、固定磁性層４から相対的に遠位な第２領域Ｒ２とを有すること、および第１領域Ｒ１におけるＩ－Ｍｎ／Ｃｒは、第２領域Ｒ２におけるＩ－Ｍｎ／Ｃｒよりも高いことが確認された。また、前記第２領域の全域にＭｎを含有することも確認された。

図２４（ａ）（ｂ）および図２５（ａ）（ｂ）に示されるように、交換結合膜（Ａ）を与える積層構造体および交換結合膜（Ａ）においてみられた傾向は、交換結合膜（Ｂ）を与える積層構造体および交換結合膜（Ｂ）においても確認された。

図２５（ｂ）に細い破線で示した交換結合膜（Ａ）の結果との対比から明らかなように、交換結合膜（Ｂ）の第１領域Ｒ１におけるＩ－Ｍｎ／Ｃｒは、交換結合膜（Ａ）の第１領域Ｒ１におけるＩ－Ｍｎ／Ｃｒよりも低くなった。これは、交換結合膜（Ｂ）が、交換結合膜（Ａ）を与える積層構造体との対比で固定磁性層４に最近位な位置にＰｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）がさらに設けられた構成を有する積層構造体から形成されたものであることを反映していると考えられる。

なお、本実施例では、第１領域Ｒ１におけるＩ－Ｍｎ／Ｃｒが相対的に高い反強磁性層５を備える交換結合膜を、Ｘ^１Ｃｒ層（ＰｔＣｒ層）とＸ^２Ｍｎ層（ＭｎＣｒ層）とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を備える積層構造体から形成したが、これに限定されない。固定磁性層４に近位な側にＭｎからなる層またはＭｎリッチな合金層（Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}層が例示される。）を積層し、その層にＸＣｒＭｎからなる層を積層させることにより得られた積層構造体から交換結合膜を形成してもよい。

＜磁気検出装置＞
続いて、第１の実施形態に係る磁気検出装置が備える位置検出センサ（磁気センサ）について説明する。図９に、図２に示す位置検出素子１１を組み合わせた磁気センサ３０が示されている。図９では、感度軸方向Ｓ（図９では黒矢印にて示されている。）が異なる位置検出素子１１を、それぞれ１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂの異なる符号を付して区別している。磁気センサ３０では、位置検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂが同一基板上に設けられている。

図９に示す磁気センサ３０は、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙを有している。フルブリッジ回路３２Ｘは、２つの位置検出素子１１Ｘａと２つの位置検出素子１１Ｘｂとを備えており、フルブリッジ回路３２Ｙは、２つの位置検出素子１１Ｙａと２つの位置検出素子１１Ｙｂとを備えている。位置検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂはいずれも、図９に示した位置検出素子１１であり、これらを特に区別しない場合、以下適宜、位置検出素子１１と記す。

フルブリッジ回路３２Ｘとフルブリッジ回路３２Ｙとは、検出磁場方向を異ならせるために、図９中に黒矢印で示した感度軸方向Ｓが異なる位置検出素子１１を用いたものであって、磁場を検出する機構は同じである。そこで、以下では、フルブリッジ回路３２Ｘを用いて磁場を検出する機構を説明する。

図９では、位置検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂはバイアス印加方向ＢがいずれもＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側を向いている。一方、位置検出素子１１Ｙａ，１１Ｙｂはバイアス印加方向ＢがいずれもＢＸａ－ＢＸｂ方向ＢＸａ側を向いている。

フルブリッジ回路３２Ｘは、第１の直列部３２Ｘａと第２の直列部３２Ｘｂが並列に接続されて構成されている。第１の直列部３２Ｘａは、位置検出素子１１Ｘａと位置検出素子１１Ｘｂとが直列に接続されて構成され、第２の直列部３２Ｘｂは、位置検出素子１１Ｘｂと位置検出素子１１Ｘａとが直列に接続されて構成されている。

第１の直列部３２Ｘａを構成する位置検出素子１１Ｘａと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する位置検出素子１１Ｘｂに共通の電源端子３３に、電源電圧Ｖｄｄが与えられる。第１の直列部３２Ｘａを構成する位置検出素子１１Ｘｂと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する位置検出素子１１Ｘａに共通の接地端子３４が接地電位ＧＮＤに設定されている。

フルブリッジ回路３２Ｘを構成する第１の直列部３２Ｘａの中点３５Ｘａの出力電位（ＯｕｔＸ１）と、第２の直列部３２Ｘｂの中点３５Ｘｂの出力電位（ＯｕｔＸ２）との差動出力（ＯｕｔＸ１）－（ＯｕｔＸ２）がＸ方向の検出出力（検出出力電圧）ＶＸｓとして得られる。

フルブリッジ回路３２Ｙも、フルブリッジ回路３２Ｘと同様に作用することで、第１の直列部３２Ｙａの中点３５Ｙａの出力電位（ＯｕｔＹ１）と、第２の直列部３２Ｙｂの中点３５Ｙｂの出力電位（ＯｕｔＹ２）との差動出力（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）がＹ方向の検出出力（検出出力電圧）ＶＹｓとして得られる。

図９に黒矢印で示すように、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する位置検出素子１１Ｘａおよび位置検出素子１１Ｘｂの感度軸方向Ｓと、フルブリッジ回路３２Ｙを構成する位置検出素子１１Ｙａおよび各位置検出素子１１Ｙｂの感度軸方向Ｓとは互いに直交している。

図９に示す磁気センサ３０では、位置検出素子１１のフリー磁性層２（図２参照）は、外部からの磁界Ｈが印加されていない状態では、バイアス印加方向Ｂに沿った方向に磁化された状態にある。磁界Ｈが印加されると、それぞれの位置検出素子１１のフリー磁性層２の磁化の向きが磁界Ｈの方向に倣うように変化する。このとき、固定磁性層４の固定磁化方向（感度軸方向Ｓ）と、フリー磁性層２の磁化方向との、ベクトルの関係で抵抗値が変化する。

例えば、磁界Ｈが図９に示す方向に作用したとすると、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する位置検出素子１１Ｘａでは感度軸方向Ｓと磁界Ｈの方向が一致するため電気抵抗値は小さくなり、一方、位置検出素子１１Ｘｂでは感度軸方向と磁界Ｈの方向が反対向きであるため電気抵抗値は大きくなる。この電気抵抗値の変化により、検出出力電圧ＶＸｓ＝（ＯｕｔＸ１）－（ＯｕｔＸ２）が極大となる。磁界Ｈが紙面に対して右向き（ＢＸａ－ＢＸｂ方向ＢＸｂ側の向き）に変化するにしたがって、検出出力電圧ＶＸｓが低くなっていく。そして、磁界Ｈが図９の紙面に対して上向き（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側の向き）または下向き（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹｂ側の向き）になると、検出出力電圧ＶＸｓがゼロになる。

一方、フルブリッジ回路３２Ｙでは、磁界Ｈが図９に示すように紙面に対して左向き（ＢＸａ－ＢＸｂ方向ＢＸａ側の向き）のときは、全ての位置検出素子１１で、フリー磁性層の磁化の向き（バイアス印加方向Ｂに倣った向きとなっている）が、感度軸方向Ｓ（固定磁化方向）に対して直交するため、位置検出素子１１Ｙａおよび位置検出素子１１Ｘｂの電気抵抗値は同じである。したがって、検出出力電圧ＶＹｓはゼロである。図９において磁界Ｈが紙面に対して下向き（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹｂ側の向き）に作用すると、フルブリッジ回路３２Ｙの検出出力電圧ＶＹｓ＝（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）が極大となり、磁界Ｈが紙面に対して上向き（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側の向き）に変化するにしたがって、検出出力電圧ＶＹｓが低くなっていく。

このように、磁界Ｈの方向が変化すると、それに伴いフルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙの検出出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓも変動する。したがって、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙから得られる検出出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓに基づいて、検出対象の移動方向や移動量（相対位置）を検出することができる。

図９には、Ｘ方向と、Ｘ方向に直交するＹ方向の磁場を検出可能に構成された磁気センサ３０を示した。しかし、Ｘ方向またはＹ方向の磁場のみを検出するフルブリッジ回路３２Ｘまたはフルブリッジ回路３２Ｙのみを備えた構成としてもよい。また、第１の直列部３２Ｘａ、第２の直列部３２Ｘｂ、第１の直列部３２Ｙａ、第２の直列部３２Ｙｂのいずれかのみからなるハーフブリッジ回路を備えた構成としてもよい。

図１０に、位置検出素子１１Ｘａと位置検出素子１１Ｘｂの平面構造が示されている。図９と図１０は、ＢＸａ－ＢＸｂ方向がＸ方向である。図１０（Ａ）（Ｂ）に、位置検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの固定磁化方向Ｐが矢印で示されている。位置検出素子１１Ｘａと位置検出素子１１Ｘｂでは、固定磁化方向ＰがＸ方向であり、互いに逆向きである。この固定磁化方向Ｐは感度軸方向Ｓに等しい向きである。

図１０に示すように、位置検出素子１１は、ストライプ形状の素子部１０２を有している。各素子部１０２は複数の金属層（合金層）が積層されて巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜が構成されている。素子部１０２の長手方向がＢＹａ－ＢＹｂ方向に向けられている。素子部１０２は複数本が平行に配置されており、隣り合う素子部１０２の図示右端部（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側の端部）が導電部１０３ａを介して接続され、隣り合う素子部１０２の図示左端部（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側の端部）が導電部１０３ｂを介して接続されている。素子部１０２の図示右端部（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側の端部）と図示左端部（ＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側の端部）では、導電部１０３ａ，１０３ｂが互い違いに接続されており、素子部１０２はいわゆるミアンダ形状に連結されている。位置検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの、図示右下部の導電部１０３ａは接続端子１０４ａと一体化され、図示左上部の導電部１０３ｂは接続端子１０４ｂと一体化されている。

図１１は、本発明の実施形態に係る磁気センサ３０を用いた位置検出装置４０の構成を示す説明図である。同図に示す本実施形態の位置検出装置４０は、検出対象である回転軸４１の回転に伴って生じる回転磁石４２からの磁界の変化に基づいて回転軸４１の位置を検出するものであって、上述した位置検出素子１１を複数有する磁気センサ３０を備えている。

図１１に示すように位置検出装置４０は、磁気センサ３０が回転軸４１に取り付けられた円筒状の回転磁石４２に対向するように設けられている。回転軸４１が自動車のステアリングシャフトと一体に回転する場合、位置検出装置４０は、ステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角度検出装置となる。

回転磁石４２は、Ｎ極とＳ極が分極されて着磁されており、Ｎ極とＳ極を結ぶ方向が回転軸４１の径方向である。回転軸４１が自動車のステアリングシャフトと一体に回転する場合、ステアリングホイールが回転操作されると、前記操作に応じてステアリングシャフトが回転し、ステアリングシャフトの回転に応じて回転軸４１及び回転磁石４２が回転する。このとき、磁気センサ３０の位置は変化しないため、回転磁石４２と磁気センサ３０との相対位置が変化し、外部磁界の方向が変わる。位置検出装置４０の磁気センサ３０は、図９を参照して説明したように、固定磁性層の固定磁化方向が異なる位置検出素子１１を備えている。各位置検出素子１１の抵抗が外部磁界変化に応じて変化することにより、ブリッジ回路から出力される電圧変化として読み出す。この電圧変化の出力（電圧変化信号）に基づいて所定の演算を行うことにより、ステアリングホイールの操舵角が検出される。

図１２は、本発明の実施形態に係る磁気センサ３０を用いた位置検出装置６０の構成を示す説明図である。同図に示す位置検出装置６０は、検出対象６１に取り付けられた磁石６２と、磁気センサ３０とを備えている。上述した位置検出装置４０同様、検出対象６１の移動に伴って変化する磁石６２からの磁界を磁気センサ３０が検出することにより、検出対象６１の位置を検出する。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上記の交換結合膜では、ＰｔＭｎ層５Ａが固定磁性層４に接している、すなわち、積層された固定磁性層４の上に直接的にＰｔＭｎ層５Ａが積層されているが、ＰｔＭｎ層５Ａと固定磁性層４との間にＭｎを含有する他の層（Ｍｎ層およびＩｒＭｎ層５Ｃが例示される。）が積層されてもよい。また、上記の実施形態では、反強磁性層５，５１，５２よりも固定磁性層４が下地層１に近位に位置するように積層されているが、固定磁性層４よりも反強磁性層５，５１，５２が下地層１に近位に位置するように積層されてもよい。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（実施例１）
以下の膜構成を備えた位置検出素子１２（図６参照）を製造した。以下の実施例および比較例では（）内の数値は膜厚（Å）を示す。位置検出素子１２を３５０℃で２０時間アニール処理し、固定磁性層４と反強磁性層５との間に交換結合を生じさせた。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４０）／フリー磁性層２：［Ｎｉ_{８１．５ａｔ％}Ｆｅ_{１８．５ａｔ％}（１５）／Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（２０）］／非磁性材料層３：Ｃｕ（３０）／固定磁性層４：Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（２４）／非磁性材料層３：Ｒｕ（４）／固定磁性層４：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（１８）／反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{８０ａｔ％}Ｍｎ_{２０ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］／保護層６：［Ｔａ（１００）／Ｒｕ（２０）］

（実施例２～６）
反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{８０ａｔ％}Ｍｎ_{２０ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］を以下のように変更した以外は、実施例１と同様に位置検出素子１２，１１２を製造し、同条件でアニール処理し、固定磁性層４と反強磁性層５との間に交換結合を生じさせた。
実施例２：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{８０ａｔ％}Ｍｎ_{２０ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］
実施例３：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{８０ａｔ％}Ｍｎ_{２０ａｔ％}（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］
実施例４：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{８０ａｔ％}Ｍｎ_{２０ａｔ％}（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］
実施例５：［ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層構造］］
実施例６：［ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層構造］］

（比較例１～２）
実施例１における反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{８０ａｔ％}Ｍｎ_{２０ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］を以下のように変更した以外は、実施例１と同様に位置検出素子を製造し、同条件でアニール処理し、固定磁性層と反強磁性層との間に交換結合を生じさせた。
比較例１：Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}（８０）
比較例２：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）

＜高温環境下における信頼性試験＞
図１３は高温（２００℃，２５０℃）環境下における信頼性試験方法の説明図である。
実施例１～６および比較例１～２の位置検出素子１２，１１２のそれぞれについて、２００℃条件下において８０ｍＴの磁界を１００時間、図１３に示すように、固定磁性層４（図２参照）の磁化方向（固定磁化方向Ｐ）に対して、下記の表１に示した磁界印加角度θ（０°から３６０°まで４５°ずつ変更）の方向に印加した後、位置検出素子１２の検出角度がどれだけ変動したかを算出した。検出角度の測定は、２００℃環境下における信頼性試験前後において、温度を室温に戻した後、位置検出素子１２，１１２に対して６０ｍＴの磁界を３６０°回転させて印加し出力波形を測定した。２００℃信頼性試験の前後で同じ測定を実施し、試験前に対する波形の変化を解析することにより、２００℃信頼性試験で素子の検出角度がどれだけ変動したかを算出した。各実施例および比較例についてそれぞれ、６０～７０個の位置検出素子１２，１１２を測定した結果の平均値を表１および図１４に示す。

実施例３、５、６および比較例１の位置検出素子１２，１１２のそれぞれについて、信頼性試験における温度条件を２５０℃に変更したこと、磁界印加角度θを０°から３６０°まで変更する角度を９０°ずつにしたこと以外は、上述した２００℃と同様にして測定した結果の平均値を表２および図１５に示す。

表１～２および図１４～１５に示すように、実施例１～６の位置検出素子１２，１１２はいずれも、比較例１～２の位置検出素子よりも、信頼性試験による検出角度の変動量が小さく、高温条件下において高い検出精度を備えていた。実施例１～６の結果が良好であったことから、位置検出素子１２，１１２が以下の４つの優れた性質を備えていると考えられる。
（１）室温における固定磁性層４と反強磁性層５との間の交換結合磁界が大きい。（２）交換結合磁界の温度特性が良好、すなわち高温条件下において大きな交換結合磁界を維持できる。（３）交換結合磁界／保磁力が正に大きい。（４）残留磁化／飽和磁化が負の値であり絶対値が大きい。

＜換結合磁界の大きさ、およびその温度特性＞
そこで、以下の実施例および比較例について、固定磁性層４と反強磁性層５との間の交換結合磁界の大きさ、およびその温度特性を測定した。
（実施例７）
以下の膜構成を備えた位置検出素子１２を製造し、３５０℃で２０時間アニール処理して、固定磁性層４と反強磁性層５との間に交換結合を生じさせた。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／非磁性材料層３：［Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（２０）］／固定磁性層４：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（１００）／反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］／保護層６：Ｔａ（１００）

（実施例８）
反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］を以下の構成に変更した以外は、実施例７と同様に位置検出素子１１２を製造し、同条件でアニール処理し、固定磁性層４と反強磁性層５との間に交換結合を生じさせた。
実施例８：［ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層構造］］

（比較例３）
以下の膜構成を備えた位置検出素子を製造し、３５０℃で２０時間アニール処理して、固定磁性層と反強磁性層との間に交換結合を生じさせた。
基板／下地層：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／非磁性材料層：［Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（２０）］／固定磁性層：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（１００）／反強磁性層：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（８０）／保護層：Ｔａ（１００）

（比較例４）
以下の膜構成を備えた位置検出素子を製造し、３５０℃で２０時間アニール処理して、固定磁性層と反強磁性層との間に交換結合を生じさせた。
基板／下地層：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／反強磁性層：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）／固定磁性層：Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（１００）／保護層：Ｔａ（９０）

図１６は、実施例７，８および比較例３，４について、測定温度と交換結合磁界との関係を示すグラフである。図１７は、図１６の各測定温度における交換結合磁界を室温の交換結合磁界で除して規格化したグラフである。図１６に示すように、実施例７，８の位置検出素子１２，１１２は、室温における固定磁性層４と反強磁性層５との間の交換結合磁界が比較例３，４の約２倍程度以上と大きかった。実施例７，８の位置検出素子１２，１１２は、高温環境下においても、比較例３，４よりも大きな交換結合磁界を維持しており、良好な温度特性を備えていた。そして、ユニットを積層することにより、広い温度範囲において交換結合磁界を大きくすること、および高温環境下における交換結合磁界の低下を抑制することができた。

なお、反強磁性層としてＰｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}を備えた比較例４は、反強磁性層としてＩｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}を備えた比較例３よりも、高温条件下における交換結合磁界が大きかった。しかし、図１４に示すように、Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}を備えた比較例２は、Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}を備えた比較例１よりも試験後の検出角度の変動量が大きかった。これらの結果によれば、検出角度の変動量の大きさは、交換結合磁界の大きさのみで決まるわけではないと考えられる。検出角度の変動量の大きさに影響する、交換結合磁界の大きさ以外に考えられる要因として、交換結合磁界／保磁力および残留磁化／飽和磁化が挙げられる。

＜交換結合磁界／保磁力および残留磁化／飽和磁化＞
そこで、以下の実施例および比較例について、交換結合磁界／保磁力および残留磁化／飽和磁化を評価するために、固定磁性層４のＶＳＭ曲線を測定し、交換結合磁界（Ｈｅｘ）、保磁力（Ｈｃ）、飽和磁化（Ｍｓ）および残留磁化（Ｍ０）を求めた（図１参照）。

（実施例９）
以下の膜構成を備えた位置検出素子１２を製造し、３５０℃で２０時間アニール処理して、固定磁性層４と反強磁性層５との間に交換結合を生じさせた。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／非磁性材料層３：［Ｃｕ（４０）／Ｒｕ（２０）］／固定磁性層４：Ｃｏ_{６０ａｔ％}Ｆｅ_{４０ａｔ％}（２０）／反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］／保護層６：Ｔａ（１００）

（実施例１０～１４）
反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］を以下のように変更した以外は、実施例９と同様に位置検出素子１２，１１２を製造し、同条件でアニール処理して、固定磁性層４と反強磁性層５との間に交換結合を生じさせた。
実施例１０：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］
実施例１１：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］
実施例１２：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］
実施例１３：［ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層構造］］
実施例１４：［ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３４）の７層構造］］

（比較例５～６）
実施例９における反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）］を以下のように変更した以外は、実施例６と同様に位置検出素子を製造し、同条件でアニール処理して、固定磁性層と反強磁性層との間に交換結合を生じさせた。
比較例５：Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}（８０）
比較例６：Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}（３００）

実施例９～１４および比較例５～６の測定結果を表２、図１８および図１９に示す。

表３および図１８に示すように、実施例９～１４はいずれも、比較例５，６よりも残留磁化Ｍ０／飽和磁化Ｍｓがマイナス方向に大きかった。この性質が検出角度の変動量の抑制に影響したものと考えられる。
また、表３および図１９に示すように、実施例９～１４はいずれも、比較例５，６よりも交換結合磁界Ｈｅｘ／保磁力Ｈｃが大きかった。この性質も検出角度の変動量の抑制に影響したものと考えられる。

なお、反強磁性層としてＩｒ_{２２ａｔ％}Ｍｎ_{７８ａｔ％}を備えた比較例５は、反強磁性層としてＰｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}を備えた比較例６よりも、残留磁化Ｍ０／飽和磁化Ｍｓがマイナス方向に大きく、かつ交換結合磁界Ｈｅｘ／保磁力Ｈｃが大きかった。Ｐｔ_{５１ａｔ％}Ｃｒ_{４９ａｔ％}を備えた比較例２が、Ｉｒ_{２０ａｔ％}Ｍｎ_{８０ａｔ％}を備えた比較例１よりも試験後の検出角度の変動量が大きかった結果（図１４参照）は、交換結合磁界の大きさおよびその温度特性に加えて、残留磁化Ｍ０／飽和磁化Ｍｓおよび交換結合磁界Ｈｅｘ／保磁力Ｈｃが影響したことによると理解できる。

１ ：下地層
２ ：フリー磁性層
３ ：非磁性材料層
４ ：固定磁性層
５ ：反強磁性層
５Ａ ：ＰｔＭｎ層（Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層、Ｘ^０Ｍｎ層）
５Ｂ ：ＰｔＣｒ層（Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層）
５Ｃ ：ＩｒＭｎ層（Ｘ^０Ｍｎ層）
５Ｕ１ ：ユニット積層部
５Ｕｎ ：ユニット
６ ：保護層
１０ ：交換結合膜
１１，１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂ，１２：位置検出素子
３０ ：磁気センサ
３２Ｘ，３２Ｙ：フルブリッジ回路
３２Ｘａ，３２Ｙａ：第１の直列部
３２Ｘｂ，３２Ｙｂ：第２の直列部
３３ ：電源端子
３４ ：接地端子
３５Ｘａ，３５Ｘｂ，３５Ｙａ，３５Ｙｂ：中点
４０ ：位置検出装置
４１ ：回転軸（検出対象、回転体）
４２ ：回転磁石
５１ ：反強磁性層
５１Ａ，５１Ａ１，・・・，５１Ａｎ ：Ｘ^１Ｃｒ層
５１Ｂ，５１Ｂ１，・・・，５１Ｂｎ ：Ｘ^２Ｍｎ層
５２ ：反強磁性層
６０ ：位置検出装置
６１ ：検出対象
６２ ：磁石
１０１，１０１Ａ：交換結合膜
１０２ ：素子部
１０３ａ，１０３ｂ：導電部
１０４ａ，１０４ｂ：接続端子
１１１，１１２：位置検出素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３：膜厚
ＧＮＤ ：接地電位
Ｈ ：磁界
Ｈｃ ：保磁力
Ｈｅｘ ：交換結合磁界
Ｍ０ ：残留磁界
Ｍｓ ：飽和磁化
Ｐ ：固定磁化方向
Ｒ１ ：第１領域
Ｒ２ ：第２領域
Ｓ ：感度軸方向
Ｖｄｄ ：電源電圧
θ ：磁界印加角度

Claims (21)

1. 検出対象の位置によって変化する磁界に基づく位置検出に用いられる位置検出素子であって、
   固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、
   前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、
   前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、前記固定磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記固定磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
   前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、
   前記交換結合膜において、４２２℃で測定された交換結合磁界を２２℃で測定された交換結合磁界で除した規格化交換結合磁界が０．３４以上であること
   を特徴とする位置検出素子。
2. 前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層と、前記ＰｔＣｒ層よりも前記固定磁性層に近位なＸ⁰Ｍｎ層（ただし、Ｘ⁰は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とが積層されてなる、請求項１に記載の位置検出素子。
3. 前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記固定磁性層に近位になるように積層されてなる、請求項１に記載の位置検出素子。
4. 検出対象の位置によって変化する磁界に基づく位置検出に用いられる位置検出素子であって、
   固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、
   前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、
   前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、前記固定磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記固定磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
   前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、
   前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層と、前記ＰｔＣｒ層よりも前記固定磁性層に近位で前記固定磁性層に接するように積層されたＸ⁰Ｍｎ層（ただし、Ｘ⁰は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）との２層からなることを特徴とする位置検出素子。
5. 前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層との２層からなり、前記ＰｔＭｎ層が前記固定磁性層に接するように積層されてなる、請求項４に記載の位置検出素子。
6. 検出対象の位置によって変化する磁界に基づく位置検出に用いられる位置検出素子であって、
   固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、
   前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、
   前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、前記固定磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記固定磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
   前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、
   前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記固定磁性層に近位になるように積層されてなり、
   前記ＰｔＭｎ層よりも前記固定磁性層に近位にさらにＩｒＭｎ層が積層されたことを特徴とする位置検出素子。
7. 前記第１領域が前記固定磁性層に接している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の位置検出素子。
8. 前記第１領域は、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比であるＭｎ／Ｃｒ比が０．３以上の部分を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の位置検出素子。
9. 前記第１領域は、前記Ｍｎ／Ｃｒ比が１以上である部分を有する、請求項８に記載の位置検出素子。
10. 検出対象の位置に応じて変化する磁界に基づいて前記検出対象の位置を検出する位置検出装置であって、
    固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、
    前記反強磁性層は、Ｘ¹Ｃｒ層（ただし、Ｘ¹は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ²Ｍｎ層（ただし、Ｘ²は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ¹と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有し、
    前記交換結合膜において、４２２℃で測定された交換結合磁界を２２℃で測定された交換結合磁界で除した規格化交換結合磁界が０．３４以上であることを特徴とする位置検出素子。
11. 前記反強磁性層は、前記Ｘ¹Ｃｒ層と前記Ｘ²Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有する、請求項１０に記載の位置検出素子。
12. 検出対象の位置に応じて変化する磁界に基づいて前記検出対象の位置を検出する位置検出装置であって、
    固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、
    前記反強磁性層は、Ｘ¹Ｃｒ層（ただし、Ｘ¹は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ²Ｍｎ層（ただし、Ｘ²は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ¹と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有し、
    前記反強磁性層は、前記Ｘ¹Ｃｒ層と前記Ｘ²Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有することを特徴とする位置検出装置。
13. 前記ユニット積層部における、前記Ｘ¹Ｃｒ層および前記Ｘ²Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚である、請求項１１または請求項１２に記載の位置検出装置。
14. 前記Ｘ²Ｍｎ層の膜厚よりも大きい膜厚を有する前記Ｘ¹Ｃｒ層を備える、請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
15. 検出対象の位置に応じて変化する磁界に基づいて前記検出対象の位置を検出する位置検出装置であって、
    固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、
    前記反強磁性層は、Ｘ¹Ｃｒ層（ただし、Ｘ¹は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ²Ｍｎ層（ただし、Ｘ²は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ¹と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有し、
    前記Ｘ²Ｍｎ層の膜厚よりも大きい膜厚を有する前記Ｘ¹Ｃｒ層を備えることを特徴とする位置検出装置。
16. 前記Ｘ¹Ｃｒ層の膜厚と前記Ｘ²Ｍｎ層の膜厚との比が、５：１～１００：１である、請求項１４または請求項１５に記載の位置検出素子。
17. 前記Ｘ¹がＰｔであり、前記Ｘ²がＰｔまたはＩｒである、請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載の位置検出素子。
18. 検出対象の位置によって変化する磁界に基づく位置検出に用いられる位置検出素子であって、
    固定磁性層と前記固定磁性層に積層された反強磁性層とを有する交換結合膜を備えており、
    前記反強磁性層は、白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素ＸならびにＭｎおよびＣｒを含有するＸ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を備え、
    前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、前記固定磁性層に相対的に近位な第１領域と、前記固定磁性層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
    Ｂｉ⁺イオンを一次イオンとする飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて前記Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層を測定して、Ｃｒに関して測定される８種類のイオンのうちＣｒ⁺を除いた７種のイオンの検出強度に対するＭｎに関する７種類のイオンの検出強度の比である第１強度比を求めたときに、
    前記第１領域における前記第１強度比が前記第２領域における前記第１強度比よりも高く、
    前記第２領域の全域にＭｎを含有し、
    前記交換結合膜において、４２２℃で測定された交換結合磁界を２２℃で測定された交換結合磁界で除した規格化交換結合磁界が０．３４以上であること
    を特徴とする位置検出素子。
19. 検出対象の位置に応じて変化する磁界に基づいた、前記検出対象の位置の検出に用いられる位置検出装置であって、
    前記検出対象に取り付けられた磁石と、
    請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の位置検出素子とを備えた位置検出装置。
20. 前記検出対象が回転体であり、前記回転体の回転角度を検出する請求項１９に記載の位置検出装置。
21. 同一基板上に前記位置検出素子を複数備えており、
    複数の前記位置検出素子は、前記固定磁性層の固定磁化方向が異なるものが含まれる請求項１９または請求項２０に記載の位置検出装置。

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