JPH09251618A - 磁気センサ - Google Patents
磁気センサInfo
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- JPH09251618A JPH09251618A JP6220196A JP6220196A JPH09251618A JP H09251618 A JPH09251618 A JP H09251618A JP 6220196 A JP6220196 A JP 6220196A JP 6220196 A JP6220196 A JP 6220196A JP H09251618 A JPH09251618 A JP H09251618A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁界を検出する磁気センサ、特に、スピント
ンネル現象を利用した磁気センサに関し、信号対雑音比
を向上し、磁界感度の高い磁気センサを提供する。 【解決手段】 磁気センサの基本構造は、反強磁性材料
からなる反強磁性体層１１、保磁力の大きな強磁性材料
からなる強磁性体層１２、絶縁材料からなる絶縁体層１
３、保磁力の小さな軟磁性材料からなる軟磁性体層１
４、絶縁体層１５、保磁力の大きな強磁性材料からなる
強磁性体層１６、反強磁性材料からなる反強磁性体層１
７が順番に積層された積層体１０である。強磁性体層１
２と軟磁性体層１４とによりトンネル接合が構成され、
強磁性体層１６と軟磁性体層１４とによりトンネル接合
が構成される。
ンネル現象を利用した磁気センサに関し、信号対雑音比
を向上し、磁界感度の高い磁気センサを提供する。 【解決手段】 磁気センサの基本構造は、反強磁性材料
からなる反強磁性体層１１、保磁力の大きな強磁性材料
からなる強磁性体層１２、絶縁材料からなる絶縁体層１
３、保磁力の小さな軟磁性材料からなる軟磁性体層１
４、絶縁体層１５、保磁力の大きな強磁性材料からなる
強磁性体層１６、反強磁性材料からなる反強磁性体層１
７が順番に積層された積層体１０である。強磁性体層１
２と軟磁性体層１４とによりトンネル接合が構成され、
強磁性体層１６と軟磁性体層１４とによりトンネル接合
が構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁界を検出する磁
気センサ、特に、スピントンネル現象を利用した磁気セ
ンサに関する。
気センサ、特に、スピントンネル現象を利用した磁気セ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の磁気記録技術の高密度化にともな
い、磁気記録媒体と読取ヘッドとの相対的速度が非常に
低下してきている。このため、従来の電磁誘導型磁気ヘ
ッドでは十分な読取出力を得ることが困難になってきて
いる。相対的速度が低下しても高い読取出力を得ること
ができる磁気センサとして、磁気抵抗効果を利用した磁
気抵抗型（ＭＲ型）磁気センサや、スピントンネル現象
を利用したスピントンネル型磁気センサ等が提案されて
いる。
い、磁気記録媒体と読取ヘッドとの相対的速度が非常に
低下してきている。このため、従来の電磁誘導型磁気ヘ
ッドでは十分な読取出力を得ることが困難になってきて
いる。相対的速度が低下しても高い読取出力を得ること
ができる磁気センサとして、磁気抵抗効果を利用した磁
気抵抗型（ＭＲ型）磁気センサや、スピントンネル現象
を利用したスピントンネル型磁気センサ等が提案されて
いる。
【０００３】スピントンネル型磁気センサは、２つの磁
性体層により絶縁体層を挟んだ磁性体層／絶縁体層／磁
性体層の積層体を有しており、磁性体層間に電圧を印加
し、電子をトンネリングさせたとき、両磁性体層の磁化
方向の相対角度に基づいて、電子のトンネリング確率が
変化する現象を利用している。電子を供給する一方の磁
性体層の電子スピンが分極しており、この分極状態を保
ったまま電子がトンネルするため、両磁性体層の磁化方
向の相対角度に応じて電子のトンネリング確率が変化す
る。
性体層により絶縁体層を挟んだ磁性体層／絶縁体層／磁
性体層の積層体を有しており、磁性体層間に電圧を印加
し、電子をトンネリングさせたとき、両磁性体層の磁化
方向の相対角度に基づいて、電子のトンネリング確率が
変化する現象を利用している。電子を供給する一方の磁
性体層の電子スピンが分極しており、この分極状態を保
ったまま電子がトンネルするため、両磁性体層の磁化方
向の相対角度に応じて電子のトンネリング確率が変化す
る。
【０００４】従来のスピントンネル型磁気センサとして
は、第１強磁性薄膜と第２強磁性薄膜により絶縁膜を挟
んで接合するものが一般的である。特開平６−２４４７
７号公報には、第１強磁性薄膜と第２強磁性薄膜とをス
トライプ状にパターニングして磁化容易軸を互いに直交
させ、第１強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力を第２
強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力より２倍以上大き
くした磁気センサが提案されている。外部磁場により保
磁力の小さな第２強磁性薄膜の磁化を回転すると、第１
強磁性薄膜から第２強磁性薄膜へのトンネル電流が変化
する。
は、第１強磁性薄膜と第２強磁性薄膜により絶縁膜を挟
んで接合するものが一般的である。特開平６−２４４７
７号公報には、第１強磁性薄膜と第２強磁性薄膜とをス
トライプ状にパターニングして磁化容易軸を互いに直交
させ、第１強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力を第２
強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力より２倍以上大き
くした磁気センサが提案されている。外部磁場により保
磁力の小さな第２強磁性薄膜の磁化を回転すると、第１
強磁性薄膜から第２強磁性薄膜へのトンネル電流が変化
する。
【０００５】また、強磁性薄膜の材料として、異方性磁
気抵抗効果が小さく、強磁性トンネル効果が大きく現れ
るＦｅ系合金を用いることが提案されている（中谷、北
田、日本金属学会秋期大会講演概要、ｐ．３６４、１９
９４）。更に、強磁性薄膜の保磁力に差をつけるため、
Ｆｅ系合金にＣ（炭素）やＲｕ（ルテニウム）を添加し
たり、成膜時の基板温度を変えたりすることが行われて
いる。
気抵抗効果が小さく、強磁性トンネル効果が大きく現れ
るＦｅ系合金を用いることが提案されている（中谷、北
田、日本金属学会秋期大会講演概要、ｐ．３６４、１９
９４）。更に、強磁性薄膜の保磁力に差をつけるため、
Ｆｅ系合金にＣ（炭素）やＲｕ（ルテニウム）を添加し
たり、成膜時の基板温度を変えたりすることが行われて
いる。
【０００６】また、他のスピントンネル型磁気センサと
して、多層磁性薄膜を用いたものが知られている。特開
平３−２６６４８１号公報には、Ｆｅ層に常磁性で非絶
縁物の中間層を介して多層構造にした磁気抵抗効果素子
が提案されている。消磁状態でＦｅ層の磁化方向を上下
で反平行にし、Ｆｅ層の層数を４層以上にすることによ
り、低い印加磁界でも抵抗変化を示す。
して、多層磁性薄膜を用いたものが知られている。特開
平３−２６６４８１号公報には、Ｆｅ層に常磁性で非絶
縁物の中間層を介して多層構造にした磁気抵抗効果素子
が提案されている。消磁状態でＦｅ層の磁化方向を上下
で反平行にし、Ｆｅ層の層数を４層以上にすることによ
り、低い印加磁界でも抵抗変化を示す。
【０００７】特開平７−７４０２２号公報には、硬磁性
層、反強磁性層に接する軟磁性層、反強磁性層に接して
いない軟磁性層をそれぞれ非磁性層を介して積層した多
層構造の磁気抵抗効果膜を使用した磁気ヘッドが開示さ
れている。２層の磁性層を有する多層膜により高い磁気
抵抗効果を示す。特開平６−２２３３３６号公報には、
非磁性金属の層で相互に分離された第１、第２及び第３
の強磁性体層を有する磁気抵抗読取センサが提供されて
いる。第１及び第３の強磁性体層の磁化方向は固定され
ており、中間の第２の強磁性体層は軟磁性であり、印加
磁界がないときは磁化方向が両側の第１及び第３の強磁
性体層の磁化方向に対して垂直である多層２重スピンバ
ルブ構造をしている。この構造によれば、いずれの方向
に散乱する伝導電子も利用することができるので、低い
印加磁界でも高い磁気抵抗効果を示す。
層、反強磁性層に接する軟磁性層、反強磁性層に接して
いない軟磁性層をそれぞれ非磁性層を介して積層した多
層構造の磁気抵抗効果膜を使用した磁気ヘッドが開示さ
れている。２層の磁性層を有する多層膜により高い磁気
抵抗効果を示す。特開平６−２２３３３６号公報には、
非磁性金属の層で相互に分離された第１、第２及び第３
の強磁性体層を有する磁気抵抗読取センサが提供されて
いる。第１及び第３の強磁性体層の磁化方向は固定され
ており、中間の第２の強磁性体層は軟磁性であり、印加
磁界がないときは磁化方向が両側の第１及び第３の強磁
性体層の磁化方向に対して垂直である多層２重スピンバ
ルブ構造をしている。この構造によれば、いずれの方向
に散乱する伝導電子も利用することができるので、低い
印加磁界でも高い磁気抵抗効果を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、スピント
ンネル現象を利用した様々な磁気センサが提案されてい
るが、スピントンネル現象による電圧変化は微小である
上に、記録媒体からの信号はますます微弱になってきて
おり、磁気センサの出力を高め、ノイズを低減すること
が重要な課題となってきている。
ンネル現象を利用した様々な磁気センサが提案されてい
るが、スピントンネル現象による電圧変化は微小である
上に、記録媒体からの信号はますます微弱になってきて
おり、磁気センサの出力を高め、ノイズを低減すること
が重要な課題となってきている。
【０００９】本発明の目的は、上述した課題を克服し、
信号対雑音比を向上し、磁界感度の高い磁気センサを提
供することにある。
信号対雑音比を向上し、磁界感度の高い磁気センサを提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、磁化容易軸
が第１の方向である第１の磁性体層と、磁化容易軸が前
記第１の方向と異なる第２の方向である第２の磁性体層
と、前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層の間に位
置し、前記第１の磁性体層及び前記第２の磁性体層より
も保磁力の小さい第３の磁性体層と、前記第１の磁性体
層と前記第３の磁性体層の間に挿入された第１の絶縁体
層と、前記第２の磁性体層と前記第３の磁性体層の間に
挿入された第２の絶縁体層とを有し、前記第１の磁性体
層と前記第３の磁性体層間のトンネル抵抗と、前記第２
の磁性体層と前記第３の磁性体層間のトンネル抵抗とに
基づいて外部磁界を検出することを特徴とする磁気セン
サによって達成される。
が第１の方向である第１の磁性体層と、磁化容易軸が前
記第１の方向と異なる第２の方向である第２の磁性体層
と、前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層の間に位
置し、前記第１の磁性体層及び前記第２の磁性体層より
も保磁力の小さい第３の磁性体層と、前記第１の磁性体
層と前記第３の磁性体層の間に挿入された第１の絶縁体
層と、前記第２の磁性体層と前記第３の磁性体層の間に
挿入された第２の絶縁体層とを有し、前記第１の磁性体
層と前記第３の磁性体層間のトンネル抵抗と、前記第２
の磁性体層と前記第３の磁性体層間のトンネル抵抗とに
基づいて外部磁界を検出することを特徴とする磁気セン
サによって達成される。
【００１１】上述した磁気センサにおいて、前記第１の
方向と前記第２の方向とはほぼ反対向きであることが望
ましい。上述した磁気センサにおいて、前記第３の磁性
体層の磁化容易軸が、前記第１の方向と前記第２の方向
とそれぞれほぼ直交していることが望ましい。上述した
磁気センサにおいて、前記第１の磁性体層と前記第２の
磁性体層の少なくとも一方の層に、磁化容易軸方向をピ
ンニングするための反強磁性体層を設けたことが望まし
い。
方向と前記第２の方向とはほぼ反対向きであることが望
ましい。上述した磁気センサにおいて、前記第３の磁性
体層の磁化容易軸が、前記第１の方向と前記第２の方向
とそれぞれほぼ直交していることが望ましい。上述した
磁気センサにおいて、前記第１の磁性体層と前記第２の
磁性体層の少なくとも一方の層に、磁化容易軸方向をピ
ンニングするための反強磁性体層を設けたことが望まし
い。
【００１２】上述した磁気センサにおいて、前記第１の
磁性体層及び前記第２の磁性体層の保磁力が、前記第３
の磁性体層の磁化困難軸方向の飽和磁場よりも大きいこ
とが望ましい。上述した磁気センサにおいて、前記第１
の磁性体層による静磁界と前記第２の磁性体層による静
磁界とが前記第３の磁性体層において互いに相殺されて
いることが望ましい。
磁性体層及び前記第２の磁性体層の保磁力が、前記第３
の磁性体層の磁化困難軸方向の飽和磁場よりも大きいこ
とが望ましい。上述した磁気センサにおいて、前記第１
の磁性体層による静磁界と前記第２の磁性体層による静
磁界とが前記第３の磁性体層において互いに相殺されて
いることが望ましい。
【００１３】上述した磁気センサにおいて、前記第１の
磁性体層と前記第３の磁性体層間のトンネル抵抗に基づ
く第１の電気信号と、前記第２の磁性体層と前記第３の
磁性体層間のトンネル抵抗に基づく第２の電気信号との
差分を検出する差分検出手段を有することが望ましい。
磁性体層と前記第３の磁性体層間のトンネル抵抗に基づ
く第１の電気信号と、前記第２の磁性体層と前記第３の
磁性体層間のトンネル抵抗に基づく第２の電気信号との
差分を検出する差分検出手段を有することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による磁気セ
ンサを図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形
態の磁気センサの基本構造を示す図であり、図２は本実
施形態の磁気センサの検出回路の回路図であり、図３及
び図４は本実施形態の磁気センサにおける外部磁場に対
する磁気抵抗及び再生信号出力の変化を示すグラフであ
る。
ンサを図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形
態の磁気センサの基本構造を示す図であり、図２は本実
施形態の磁気センサの検出回路の回路図であり、図３及
び図４は本実施形態の磁気センサにおける外部磁場に対
する磁気抵抗及び再生信号出力の変化を示すグラフであ
る。
【００１５】本実施形態の磁気センサの基本構造は、図
１に示すように、反強磁性材料からなる反強磁性体層１
１、保磁力の大きな強磁性材料からなる強磁性体層１
２、絶縁材料からなる絶縁体層１３、保磁力の小さな軟
磁性材料からなる軟磁性体層１４、絶縁体層１５、保磁
力の大きな強磁性材料からなる強磁性体層１６、反強磁
性材料からなる反強磁性体層１７が順番に積層された積
層体１０である。強磁性体層１２と軟磁性体層１４とに
よりトンネル接合が構成され、強磁性体層１６と軟磁性
体層１４とによりトンネル接合が構成される。
１に示すように、反強磁性材料からなる反強磁性体層１
１、保磁力の大きな強磁性材料からなる強磁性体層１
２、絶縁材料からなる絶縁体層１３、保磁力の小さな軟
磁性材料からなる軟磁性体層１４、絶縁体層１５、保磁
力の大きな強磁性材料からなる強磁性体層１６、反強磁
性材料からなる反強磁性体層１７が順番に積層された積
層体１０である。強磁性体層１２と軟磁性体層１４とに
よりトンネル接合が構成され、強磁性体層１６と軟磁性
体層１４とによりトンネル接合が構成される。
【００１６】反強磁性体層１１は約２５ｎｍ厚のＮｉＭ
ｎからなり、強磁性体層１２は約２０ｎｍ厚のＦｅから
なり、絶縁体層１３は約２ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなり、
軟磁性体層１４は約２０ｎｍ厚のＮｉＦｅからなり、絶
縁体層１５は約２ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなり、強磁性体
層１６は約２０ｎｍ厚のＦｅからなり、反強磁性体層１
７は約２０ｎｍ厚のＦｅＭｎからなる。
ｎからなり、強磁性体層１２は約２０ｎｍ厚のＦｅから
なり、絶縁体層１３は約２ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなり、
軟磁性体層１４は約２０ｎｍ厚のＮｉＦｅからなり、絶
縁体層１５は約２ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3からなり、強磁性体
層１６は約２０ｎｍ厚のＦｅからなり、反強磁性体層１
７は約２０ｎｍ厚のＦｅＭｎからなる。
【００１７】なお、反強磁性体層１１、１７としては、
他の反強磁性材料、例えば、不規則合金のＦｅＭｎ、規
則合金のＮｉＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮａＣｌ構造
のＭｎＯ、ＮｉＯ等でもよい。強磁性体層１２、１６と
しては、他の強磁性材料、例えば、保磁力が約５０Ｏｅ
（エルステッド）以上のＣｏ、Ｎｉや、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ等の合金等でもよい。軟磁性体層１４としては、他の
軟磁性材料、例えば、保磁力が約１０Ｏｅ以下のＣｏＦ
ｅ合金等でもよい。絶縁体層１３、１５としては、他の
絶縁体、例えば、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、ＮｉＯ、ＣｏＯ等
でもよい。
他の反強磁性材料、例えば、不規則合金のＦｅＭｎ、規
則合金のＮｉＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮａＣｌ構造
のＭｎＯ、ＮｉＯ等でもよい。強磁性体層１２、１６と
しては、他の強磁性材料、例えば、保磁力が約５０Ｏｅ
（エルステッド）以上のＣｏ、Ｎｉや、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ等の合金等でもよい。軟磁性体層１４としては、他の
軟磁性材料、例えば、保磁力が約１０Ｏｅ以下のＣｏＦ
ｅ合金等でもよい。絶縁体層１３、１５としては、他の
絶縁体、例えば、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、ＮｉＯ、ＣｏＯ等
でもよい。
【００１８】反強磁性体層１１は、図１に示すように、
強磁性体層１２の磁化方向を紙面の表から裏に向かう方
向にピンニングし、反強磁性体層１７は、強磁性体層１
６の磁化方向を、紙面の裏から表に向かう方向にピンニ
ングする。これにより、強磁性体層１２と強磁性体層１
６は互いに反対方向に磁化がピンニングされる。軟磁性
体層１４は、保磁力が小さく外部磁場に応じて自由に磁
化の向きが回転する。軟磁性体層１４の磁化容易軸の方
向は、強磁性体層１２の磁化方向と強磁性体層１６の磁
化方向にほぼ直交している。軟磁性体層１４の磁化困難
軸方向の飽和磁場は約５Ｏｅであり、強磁性体層１２と
強磁性体層１６の保磁力（約３０Ｏｅ）より小さいこと
が望ましい。
強磁性体層１２の磁化方向を紙面の表から裏に向かう方
向にピンニングし、反強磁性体層１７は、強磁性体層１
６の磁化方向を、紙面の裏から表に向かう方向にピンニ
ングする。これにより、強磁性体層１２と強磁性体層１
６は互いに反対方向に磁化がピンニングされる。軟磁性
体層１４は、保磁力が小さく外部磁場に応じて自由に磁
化の向きが回転する。軟磁性体層１４の磁化容易軸の方
向は、強磁性体層１２の磁化方向と強磁性体層１６の磁
化方向にほぼ直交している。軟磁性体層１４の磁化困難
軸方向の飽和磁場は約５Ｏｅであり、強磁性体層１２と
強磁性体層１６の保磁力（約３０Ｏｅ）より小さいこと
が望ましい。
【００１９】強磁性体層１２と強磁性体層１６の強磁性
材料及び膜厚を調整することにより、強磁性体層１２に
よる静磁界と強磁性体層１６による静磁界が軟磁性体層
１４において互いに相殺するようにできる。これにより
軟磁性体層１４は、静磁エネルギを生ずることなく、外
部磁界に応じて自己の磁化の向きを変えることができ
る。
材料及び膜厚を調整することにより、強磁性体層１２に
よる静磁界と強磁性体層１６による静磁界が軟磁性体層
１４において互いに相殺するようにできる。これにより
軟磁性体層１４は、静磁エネルギを生ずることなく、外
部磁界に応じて自己の磁化の向きを変えることができ
る。
【００２０】本発明の一実施形態による磁気センサの再
生信号の検出回路を図２を用いて説明する。磁気センサ
の積層体１０の強磁性体層１６と軟磁性体層１４間のト
ンネル接合の抵抗をｒ1、軟磁性体層１４と強磁性体層
１２間のトンネル接合の抵抗をｒ2とすると、外部磁場
により軟磁性体層１４の磁化方向が変化すると、スピン
トンネル現象により抵抗ｒ1、ｒ2が変化する。
生信号の検出回路を図２を用いて説明する。磁気センサ
の積層体１０の強磁性体層１６と軟磁性体層１４間のト
ンネル接合の抵抗をｒ1、軟磁性体層１４と強磁性体層
１２間のトンネル接合の抵抗をｒ2とすると、外部磁場
により軟磁性体層１４の磁化方向が変化すると、スピン
トンネル現象により抵抗ｒ1、ｒ2が変化する。
【００２１】外部磁場が印加され、軟磁性体層１４の磁
化の向きが回転すると、一方のトンネル接合の抵抗ｒ1
又はｒ2が大きくなり、他方のトンネル接合の抵抗ｒ2又
はｒ1が小さくなる相補的な変化をする。本実施形態で
は、このような相補的に変化する抵抗の変化の差分をと
ることにより、磁界検出感度を高くすると共に、同位相
で発生する雑音成分を効果的に除去して、信号対雑音比
を飛躍的に向上する。
化の向きが回転すると、一方のトンネル接合の抵抗ｒ1
又はｒ2が大きくなり、他方のトンネル接合の抵抗ｒ2又
はｒ1が小さくなる相補的な変化をする。本実施形態で
は、このような相補的に変化する抵抗の変化の差分をと
ることにより、磁界検出感度を高くすると共に、同位相
で発生する雑音成分を効果的に除去して、信号対雑音比
を飛躍的に向上する。
【００２２】直流電源Ｅにより軟磁性体層１４に正の電
圧Ｅを印加し、強磁性体層１６と軟磁性体層１４間に流
れる電流ｉ1をオペアンプＯＰ１により増幅し、強磁性
体層１２と軟磁性体層１４間に流れる電流ｉ2をオペア
ンプＯＰ２により増幅する。オペアンプＯＰ１、ＯＰ２
の出力Ｖ1、Ｖ2は、次式のようになる。 Ｖ1＝α1×ｉ1＝α1×Ｅ／ｒ1 Ｖ2＝α2×ｉ2＝α2×Ｅ／ｒ2 ただし、α1はオペアンプＯＰ１の増幅率 α2はオペアンプＯＰ２の増幅率 オペアンプＯＰ１、ＯＰ２の出力Ｖ1、Ｖ2は、それぞれ
抵抗Ｒ1、Ｒ2を介して接地されている。オペアンプＯＰ
１、ＯＰ２の出力Ｖ1、Ｖ2は、オペアンプＯＰ３により
差動増幅され、再生出力信号Ｖoutは、次式のようにな
る。
圧Ｅを印加し、強磁性体層１６と軟磁性体層１４間に流
れる電流ｉ1をオペアンプＯＰ１により増幅し、強磁性
体層１２と軟磁性体層１４間に流れる電流ｉ2をオペア
ンプＯＰ２により増幅する。オペアンプＯＰ１、ＯＰ２
の出力Ｖ1、Ｖ2は、次式のようになる。 Ｖ1＝α1×ｉ1＝α1×Ｅ／ｒ1 Ｖ2＝α2×ｉ2＝α2×Ｅ／ｒ2 ただし、α1はオペアンプＯＰ１の増幅率 α2はオペアンプＯＰ２の増幅率 オペアンプＯＰ１、ＯＰ２の出力Ｖ1、Ｖ2は、それぞれ
抵抗Ｒ1、Ｒ2を介して接地されている。オペアンプＯＰ
１、ＯＰ２の出力Ｖ1、Ｖ2は、オペアンプＯＰ３により
差動増幅され、再生出力信号Ｖoutは、次式のようにな
る。
【００２３】Ｖout＝α3（Ｖ1−Ｖ2） ただし、α3はオペアンプＯＰ３の増幅率 外部磁場の変化に応じた抵抗ｒ1、ｒ2の変化を図３に示
し、再生出力信号Ｖoutの変化を図４に示す。図３及び
図４において、図１の紙面の裏から表に向かう方向の外
部磁場を正とし、反対方向の外部磁場を負とする。
し、再生出力信号Ｖoutの変化を図４に示す。図３及び
図４において、図１の紙面の裏から表に向かう方向の外
部磁場を正とし、反対方向の外部磁場を負とする。
【００２４】外部磁場が印加されない場合には、軟磁性
体層１４の磁化の向きは初期の磁化容易軸方向を向いて
おり、図３に示すように、抵抗ｒ1と抵抗ｒ2は等しい。
したがって、出力Ｖ1、Ｖ2は等しくなり、図４に示すよ
うに、再生出力Ｖoutはゼロとなる。正の外部磁場が印
加されると、軟磁性体層１４の磁化の向きは初期の磁化
容易軸方向から図１の紙面の裏から表に向かう方向に回
転する。その結果、図３に示すように、強磁性体層１６
と軟磁性体層１４間のトンネル接合の抵抗ｒ1が小さく
なり、軟磁性体層１４と強磁性体層１２間のトンネル接
合の抵抗ｒ2が大きくなる。したがって、出力Ｖ1が大き
く、出力Ｖ2が小さくなり、図４に示すように、再生出
力Ｖoutが正の値となる。正の外部磁界が大きくなると
再生出力Ｖoutも大きくなり、軟磁性体層１４の磁化が
紙面の裏から表になると、抵抗変化は終了し、再生出力
も飽和する。
体層１４の磁化の向きは初期の磁化容易軸方向を向いて
おり、図３に示すように、抵抗ｒ1と抵抗ｒ2は等しい。
したがって、出力Ｖ1、Ｖ2は等しくなり、図４に示すよ
うに、再生出力Ｖoutはゼロとなる。正の外部磁場が印
加されると、軟磁性体層１４の磁化の向きは初期の磁化
容易軸方向から図１の紙面の裏から表に向かう方向に回
転する。その結果、図３に示すように、強磁性体層１６
と軟磁性体層１４間のトンネル接合の抵抗ｒ1が小さく
なり、軟磁性体層１４と強磁性体層１２間のトンネル接
合の抵抗ｒ2が大きくなる。したがって、出力Ｖ1が大き
く、出力Ｖ2が小さくなり、図４に示すように、再生出
力Ｖoutが正の値となる。正の外部磁界が大きくなると
再生出力Ｖoutも大きくなり、軟磁性体層１４の磁化が
紙面の裏から表になると、抵抗変化は終了し、再生出力
も飽和する。
【００２５】負の外部磁場が印加されると、軟磁性体層
１４の磁化の向きは初期の磁化容易軸方向から図１の紙
面の表から裏に向かう方向に回転する。その結果、図３
に示すように、強磁性体層１６と軟磁性体層１４間のト
ンネル接合の抵抗ｒ1が大きくなり、軟磁性体層１４と
強磁性体層１２間のトンネル接合の抵抗ｒ2が小さくな
る。したがって、出力Ｖ1が小さく、出力Ｖ2が大きくな
り、図４に示すように、再生出力Ｖoutが負の値とな
る。負の外部磁界が大きくなると再生出力Ｖoutの負の
値も大きくなり、軟磁性体層１４の磁化が紙面の表から
裏になると、抵抗変化は終了し、再生出力も飽和する。
１４の磁化の向きは初期の磁化容易軸方向から図１の紙
面の表から裏に向かう方向に回転する。その結果、図３
に示すように、強磁性体層１６と軟磁性体層１４間のト
ンネル接合の抵抗ｒ1が大きくなり、軟磁性体層１４と
強磁性体層１２間のトンネル接合の抵抗ｒ2が小さくな
る。したがって、出力Ｖ1が小さく、出力Ｖ2が大きくな
り、図４に示すように、再生出力Ｖoutが負の値とな
る。負の外部磁界が大きくなると再生出力Ｖoutの負の
値も大きくなり、軟磁性体層１４の磁化が紙面の表から
裏になると、抵抗変化は終了し、再生出力も飽和する。
【００２６】次に、本実施形態による磁気センサの製造
方法について、図５を用いて説明する。まず、例えば、
ガラス基板等の支持基板２０上に、スパタリングによ
り、反強磁性体層１１として約２５ｎｍ厚のＮｉＭｎ層
を堆積し、引き続いて、強磁性体層１２として約２０ｎ
ｍ厚のＦｅ層を堆積する（図５（ａ））。続いて、図５
（ａ）の矢印の方向（紙面の表から裏に向かう方向）に
約２０００Ｏｅの磁場を印加しながら、約３００℃の熱
処理を約１時間行う。ＮｉＭｎ層は規則化が進み、反強
磁性体に変化すると共に、Ｆｅ層の磁化方向は印加磁場
の方向にピンニングされる。
方法について、図５を用いて説明する。まず、例えば、
ガラス基板等の支持基板２０上に、スパタリングによ
り、反強磁性体層１１として約２５ｎｍ厚のＮｉＭｎ層
を堆積し、引き続いて、強磁性体層１２として約２０ｎ
ｍ厚のＦｅ層を堆積する（図５（ａ））。続いて、図５
（ａ）の矢印の方向（紙面の表から裏に向かう方向）に
約２０００Ｏｅの磁場を印加しながら、約３００℃の熱
処理を約１時間行う。ＮｉＭｎ層は規則化が進み、反強
磁性体に変化すると共に、Ｆｅ層の磁化方向は印加磁場
の方向にピンニングされる。
【００２７】次に、スパッタリングにより、約５ｎｍ厚
のＡｌを堆積し、１００ｍＴｏｒｒの酸素雰囲気中で１
時間酸化処理を行うことにより絶縁体層１３を形成する
（図５（ｂ））。続いて、図５（ｂ）の矢印の方向（紙
面の左から右に向かう方向）に約１００Ｏｅの磁場を印
加しながら、スパタリングにより、軟磁性体層１４とし
て約２０ｎｍ厚のＮｉＦｅ層を堆積する。これにより軟
磁性体層１４の磁化容易軸が印加磁場の方向になる。
のＡｌを堆積し、１００ｍＴｏｒｒの酸素雰囲気中で１
時間酸化処理を行うことにより絶縁体層１３を形成する
（図５（ｂ））。続いて、図５（ｂ）の矢印の方向（紙
面の左から右に向かう方向）に約１００Ｏｅの磁場を印
加しながら、スパタリングにより、軟磁性体層１４とし
て約２０ｎｍ厚のＮｉＦｅ層を堆積する。これにより軟
磁性体層１４の磁化容易軸が印加磁場の方向になる。
【００２８】次に、スパッタリングにより、約５ｎｍ厚
のＡｌを堆積し、酸化処理を行うことにより絶縁体層１
５を形成する（図５（ｃ））。続いて、図５（ｃ）の矢
印の方向（紙面の裏から表に向かう方向）に約１００Ｏ
ｅの磁場を印加しながら、スパタリングにより、強磁性
体層１６として約２０ｎｍ厚のＮｉＦｅ層を堆積し、続
いて、反強磁性体層１７として約２０ｎｍ厚のＦｅＭｎ
層を堆積する。
のＡｌを堆積し、酸化処理を行うことにより絶縁体層１
５を形成する（図５（ｃ））。続いて、図５（ｃ）の矢
印の方向（紙面の裏から表に向かう方向）に約１００Ｏ
ｅの磁場を印加しながら、スパタリングにより、強磁性
体層１６として約２０ｎｍ厚のＮｉＦｅ層を堆積し、続
いて、反強磁性体層１７として約２０ｎｍ厚のＦｅＭｎ
層を堆積する。
【００２９】ＦｅＭｎ層は堆積した状態で反強磁性体と
なるため、堆積後の熱処理は不要である。ＮｉＦｅ層の
磁化方向は印加磁場の方向となり、ＮｉＦｅ層の磁化方
向に影響されてＦｅＭｎ層の磁化状態が決定される。強
磁性体層１６のＮｉＦｅ層は反強磁性体層１７のＦｅＭ
ｎ層によりピンニングされる。このようにして積層構造
を形成した後、フォトリソグラフィにより約１０μｍ角
にパターニングしてトンネル接合部を形成する。
なるため、堆積後の熱処理は不要である。ＮｉＦｅ層の
磁化方向は印加磁場の方向となり、ＮｉＦｅ層の磁化方
向に影響されてＦｅＭｎ層の磁化状態が決定される。強
磁性体層１６のＮｉＦｅ層は反強磁性体層１７のＦｅＭ
ｎ層によりピンニングされる。このようにして積層構造
を形成した後、フォトリソグラフィにより約１０μｍ角
にパターニングしてトンネル接合部を形成する。
【００３０】なお、反強磁性体層により強磁性体層の磁
化方向をピンニングする方法としては、上述したよう
に、反強磁性体層と強磁性体層を成膜後に磁場中で熱処
理するようにしてもよいし、磁場中で強磁性体層を成膜
し、その上に反強磁性体層を積層するようにしてもよ
い。本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能で
ある。
化方向をピンニングする方法としては、上述したよう
に、反強磁性体層と強磁性体層を成膜後に磁場中で熱処
理するようにしてもよいし、磁場中で強磁性体層を成膜
し、その上に反強磁性体層を積層するようにしてもよ
い。本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能で
ある。
【００３１】例えば、上記実施形態では、２つの強磁性
体層の磁化方向がほぼ反対向きであったが、完全に方向
が反対でなくとも、２つの強磁性体層の磁化方向が異な
っていればよい。例えば、２つの強磁性体層の磁化方向
が直交し、軟磁性体層の磁化容易軸の方向がその間にな
るようにしてもよい。また、上記実施形態では、軟磁性
体層の磁化容易軸の方向が２つの強磁性体層の方向にほ
ぼ直交していたが、軟磁性体層の磁化容易軸が他の方向
であってもよい。
体層の磁化方向がほぼ反対向きであったが、完全に方向
が反対でなくとも、２つの強磁性体層の磁化方向が異な
っていればよい。例えば、２つの強磁性体層の磁化方向
が直交し、軟磁性体層の磁化容易軸の方向がその間にな
るようにしてもよい。また、上記実施形態では、軟磁性
体層の磁化容易軸の方向が２つの強磁性体層の方向にほ
ぼ直交していたが、軟磁性体層の磁化容易軸が他の方向
であってもよい。
【００３２】また、上記実施形態では、２つの強磁性体
層が共に反強磁性体層によりピンニングされていたが、
一方の強磁性体層がピンニングされていてもよい。ま
た、外部磁場により強磁性体層の磁化方向が変化しなけ
れば、ピンニングのための反強磁性体層を設けなくとも
よい。
層が共に反強磁性体層によりピンニングされていたが、
一方の強磁性体層がピンニングされていてもよい。ま
た、外部磁場により強磁性体層の磁化方向が変化しなけ
れば、ピンニングのための反強磁性体層を設けなくとも
よい。
【００３３】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、磁化容易
軸の方向が異なる第１及び第２の磁性体層の間に保磁力
の小さい第３の磁性体層を設け、第１の磁性体層と３の
磁性体層の間、第２の磁性体層と第３の磁性体層の間に
絶縁体層を挿入し、第１の磁性体層と第３の磁性体層間
のトンネル抵抗と、第２の磁性体層と第３の磁性体層間
のトンネル抵抗とに基づいて外部磁界を検出するように
したので、外部磁場が印加されると、一方のトンネル抵
抗が大きく、他方のトンネル抵抗が小さくなるような相
補的な変化をするので、このような相補的に変化する抵
抗の変化の差分をとることにより、磁界検出感度を高く
すると共に、同位相で発生する雑音成分を効果的に除去
して、信号対雑音比を飛躍的に向上させることができ
る。
軸の方向が異なる第１及び第２の磁性体層の間に保磁力
の小さい第３の磁性体層を設け、第１の磁性体層と３の
磁性体層の間、第２の磁性体層と第３の磁性体層の間に
絶縁体層を挿入し、第１の磁性体層と第３の磁性体層間
のトンネル抵抗と、第２の磁性体層と第３の磁性体層間
のトンネル抵抗とに基づいて外部磁界を検出するように
したので、外部磁場が印加されると、一方のトンネル抵
抗が大きく、他方のトンネル抵抗が小さくなるような相
補的な変化をするので、このような相補的に変化する抵
抗の変化の差分をとることにより、磁界検出感度を高く
すると共に、同位相で発生する雑音成分を効果的に除去
して、信号対雑音比を飛躍的に向上させることができ
る。
【図１】本発明の一実施形態による磁気センサの基本構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による磁気センサの検出回
路の回路図である。
路の回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の磁気センサにおける外部
磁場に対する磁気抵抗の変化を示すグラフである。
磁場に対する磁気抵抗の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態の磁気センサにおける外部
磁場に対する再生信号出力の変化を示すグラフである。
磁場に対する再生信号出力の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による磁気センサの製造方
法を示す工程図である。
法を示す工程図である。
１０…積層体 １１…反強磁性体層 １２…強磁性体層 １３…絶縁層 １４…軟磁性体層 １５…絶縁層 １６…強磁性体層 １７…反強磁性体層 ２０…支持基板 ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３…オペアンプ Ｒ１、Ｒ２…抵抗
Claims (7)
- 【請求項１】 磁化容易軸が第１の方向である第１の磁
性体層と、 磁化容易軸が前記第１の方向と異なる第２の方向である
第２の磁性体層と、 前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層の間に位置
し、前記第１の磁性体層及び前記第２の磁性体層よりも
保磁力の小さい第３の磁性体層と、 前記第１の磁性体層と前記第３の磁性体層の間に挿入さ
れた第１の絶縁体層と、 前記第２の磁性体層と前記第３の磁性体層の間に挿入さ
れた第２の絶縁体層とを有し、 前記第１の磁性体層と前記第３の磁性体層間のトンネル
抵抗と、前記第２の磁性体層と前記第３の磁性体層間の
トンネル抵抗とに基づいて外部磁界を検出することを特
徴とする磁気センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の磁気センサにおいて、 前記第１の方向と前記第２の方向とはほぼ反対向きであ
ることを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項３】 請求項２記載の磁気センサにおいて、 前記第３の磁性体層の磁化容易軸が、前記第１の方向と
前記第２の方向とそれぞれほぼ直交していることを特徴
とする磁気センサ。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気
センサにおいて、 前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層の少なくとも
一方の層に、磁化容易軸方向をピンニングするための反
強磁性体層を設けたことを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気
センサにおいて、 前記第１の磁性体層及び前記第２の磁性体層の保磁力
が、前記第３の磁性体層の磁化困難軸方向の飽和磁場よ
りも大きいことを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気
センサにおいて、 前記第１の磁性体層による静磁界と前記第２の磁性体層
による静磁界とが前記第３の磁性体層において互いに相
殺されていることを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気
センサにおいて、 前記第１の磁性体層と前記第３の磁性体層間のトンネル
抵抗に基づく第１の電気信号と、前記第２の磁性体層と
前記第３の磁性体層間のトンネル抵抗に基づく第２の電
気信号との差分を検出する差分検出手段を有することを
特徴とする磁気センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6220196A JPH09251618A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 磁気センサ |
| FR9700469A FR2743930B1 (fr) | 1996-01-19 | 1997-01-17 | Capteur magnetique pour lecture de supports d'enregistrement |
| DE19701509A DE19701509C2 (de) | 1996-01-19 | 1997-01-17 | Magnetsensoren |
| US08/785,223 US6124711A (en) | 1996-01-19 | 1997-01-17 | Magnetic sensor using tunnel resistance to detect an external magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6220196A JPH09251618A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 磁気センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09251618A true JPH09251618A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=13193307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6220196A Pending JPH09251618A (ja) | 1996-01-19 | 1996-03-19 | 磁気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09251618A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6181537B1 (en) * | 1999-03-29 | 2001-01-30 | International Business Machines Corporation | Tunnel junction structure with junction layer embedded in amorphous ferromagnetic layers |
| KR100302029B1 (ko) * | 1997-09-29 | 2001-11-05 | 모리시타 요이찌 | 자기저항효과소자와자기저항헤드그리고자기저항효과소자제조방법 |
| US6418001B1 (en) | 1998-12-21 | 2002-07-09 | Hitachi, Ltd. | Tunneling magnetoresistive element using a bias magnetic field |
| US6424508B1 (en) | 1998-10-08 | 2002-07-23 | Hitachi, Ltd. | Magnetic tunnel junction magnetoresistive head |
| JP2003531476A (ja) * | 2000-03-22 | 2003-10-21 | モトローラ・インコーポレイテッド | 改善された磁気抵抗比を有する磁気素子 |
| US7199985B1 (en) | 1998-10-12 | 2007-04-03 | Fujitsu Limited | Magnetic sensor, magnetic head, magnetic encoder and hard disk device |
| US7345852B2 (en) | 1999-09-16 | 2008-03-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| DE19934717B4 (de) * | 1998-07-24 | 2012-10-11 | Alps Electric Co., Ltd. | Magnetowiderstands-Dünnschichtkopf vom Drehventil-Typ |
| KR20190136547A (ko) * | 2018-05-31 | 2019-12-10 | 주식회사 에이엘로봇 | 위건드 효과를 이용한 센싱 기능을 수행하기 위한 인쇄 회로 기판 |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP6220196A patent/JPH09251618A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6597547B1 (en) | 1997-09-29 | 2003-07-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive device with an α-Fe2O3 antiferromagnetic film and indirect exchange coupling film layers of differing thickness |
| KR100302029B1 (ko) * | 1997-09-29 | 2001-11-05 | 모리시타 요이찌 | 자기저항효과소자와자기저항헤드그리고자기저항효과소자제조방법 |
| DE19934717B4 (de) * | 1998-07-24 | 2012-10-11 | Alps Electric Co., Ltd. | Magnetowiderstands-Dünnschichtkopf vom Drehventil-Typ |
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| US6483676B2 (en) | 1998-12-21 | 2002-11-19 | Hitachi, Ltd. | Magnetic head with tunneling magnetoresistive element biased by current controller |
| US6556393B2 (en) | 1998-12-21 | 2003-04-29 | Hitachi, Ltd. | Magnetic recording apparatus with tunneling magnetoresistive element biased by current controller |
| US6771474B2 (en) | 1998-12-21 | 2004-08-03 | Hitachi, Ltd. | Magnetic head with tunneling multi-layer magnetoresistive element biased by current controller |
| US6418001B1 (en) | 1998-12-21 | 2002-07-09 | Hitachi, Ltd. | Tunneling magnetoresistive element using a bias magnetic field |
| US6181537B1 (en) * | 1999-03-29 | 2001-01-30 | International Business Machines Corporation | Tunnel junction structure with junction layer embedded in amorphous ferromagnetic layers |
| US7345852B2 (en) | 1999-09-16 | 2008-03-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| US7593193B2 (en) | 1999-09-16 | 2009-09-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| JP2003531476A (ja) * | 2000-03-22 | 2003-10-21 | モトローラ・インコーポレイテッド | 改善された磁気抵抗比を有する磁気素子 |
| KR20190136547A (ko) * | 2018-05-31 | 2019-12-10 | 주식회사 에이엘로봇 | 위건드 효과를 이용한 센싱 기능을 수행하기 위한 인쇄 회로 기판 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030812 |