WO2019131393A1 - 位置検出素子およびにこれを用いた位置検出装置 - Google Patents

位置検出素子およびにこれを用いた位置検出装置 Download PDF

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正路 齋藤
文人 小池
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Definitions

  • the present invention relates to a position detection element used for detecting a rotation angle of a steering wheel of an automobile and a position detection device using the same.
  • Magnetoresistance effect elements such as GMR (Giant Magneto Resistive effect, Giant Magnetoresistance effect) elements and TMR (Tunnel Magneto Resistance effect, Tunnel Magnetoresistance effect) elements are used as position detection elements for detecting the position of an object.
  • the magnetization direction of the fixed magnetic layer (pinned layer) of the magnetoresistance effect element is determined in a predetermined direction by the influence of the magnetic field of the magnet or the like provided on the detection object as one of the causes for the decrease in detection accuracy of the position detection device. Slightly changing.
  • the position detection device since the position detection device may be used in a high temperature environment, it is required to maintain high detection accuracy even in a high temperature environment. In order to maintain high detection accuracy under high temperature conditions, it is necessary to maintain the magnetization direction of the pinned magnetic layer of the magnetoresistance effect element in a predetermined direction.
  • the magnetoresistive element provided with PtMn described in Patent Document 1 or IrMn described in Patent Document 2 as an antiferromagnetic film the magnitude of exchange coupling is not sufficient. For this reason, a shift from the predetermined direction occurs in the magnetization direction of the pinned magnetic layer in a high temperature environment, which has been a cause of a decrease in accuracy of the position detection device under a high temperature condition.
  • the present invention suppresses the change in the magnetization direction of the pinned magnetic layer from a predetermined direction under the influence of an external magnetic field or a magnetic field such as a magnet provided on an object to be detected.
  • An object of the present invention is to provide a position detection element provided and a position detection device with high detection accuracy in a high temperature environment.
  • a position detection element used for position detection based on a magnetic field that changes according to the position of a detection target, and is stacked on a pinned magnetic layer and the pinned magnetic layer.
  • An exchange coupling film having the antiferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer contains one or more elements X selected from the group consisting of platinum group elements and Ni, and Mn and Cr.
  • an X (Cr-Mn) layer wherein the X (Cr-Mn) layer is a first region relatively proximal to the pinned magnetic layer, and a second region relatively distal to the pinned magnetic layer And the content of Mn in the first region is higher than the content of Mn in the second region.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the hysteresis loop of the magnetization curve of the exchange coupling film provided in the position detection element according to the present invention.
  • the hysteresis loop of the exchange coupling film has a shape shifted along the H axis according to the size of Hex because the exchange coupling magnetic field Hex acts on the pinned magnetic layer. It becomes.
  • the direction of magnetization is less likely to reverse even if an external magnetic field is applied. For this reason, it becomes a favorable fixed magnetic layer in which the change of the magnetization direction from a predetermined direction was suppressed under the influence of the magnetic field etc. of the magnet provided in the detection target.
  • the coercive force Hc defined by the difference between the center of the hysteresis loop shifted along the H axis (the magnetic field strength of the center corresponds to the exchange coupling magnetic field Hex) and the H axis intercept of the hysteresis loop is the exchange coupling magnetic field Hex
  • the relative magnetic field is relatively higher than the coercive force Hc.
  • the direction of magnetization of the pinned magnetic layer can be aligned by the extremely strong exchange coupling magnetic field Hex.
  • the exchange coupling film has good resistance to a strong magnetic field. Therefore, it becomes difficult to receive the influence of an external magnetic field or a magnetic field of a magnet or the like provided on the detection object.
  • the ratio (M0 / Ms) of the residual magnetic field M0 to the saturation magnetization Ms becomes a negative value. That is, if M0 / Ms is a negative value, the exchange coupling film has better resistance to a strong magnetic field, and the larger the absolute value of M0 / Ms at a negative value, the more excellent the exchange coupling film is. It has high magnetic field resistance.
  • the antiferromagnetic layer includes an X (Cr-Mn) layer, and the X (Cr-Mn) layer includes a first region and a second region,
  • the exchange coupling magnetic field Hex tends to be larger than the coercive force Hc, and the exchange coupling has excellent resistance to a strong magnetic field.
  • M0 / Ms has a negative value and also increases its absolute value, and thus has particularly good resistance to high magnetic fields.
  • the first region may be in contact with the ferromagnetic layer.
  • the first region may have a portion in which an Mn / Cr ratio, which is a ratio of the content of Mn to the content of Cr, is 0.3 or more. In this case, it is preferable that the first region have a portion in which the Mn / Cr ratio is 1 or more.
  • the antiferromagnetic layer is a PtCr layer, and an X 0 Mn layer closer to the fixed magnetic layer than the PtCr layer (where X 0 is a platinum group element) And one or more elements selected from the group consisting of Ni and Ni may be laminated.
  • the antiferromagnetic layer is formed by laminating a PtCr layer and a PtMn layer in this order so that the PtMn layer is in proximity to the fixed magnetic layer. It is also good.
  • an IrMn layer may be further laminated closer to the fixed magnetic layer than the PtMn layer. This configuration corresponds to the case where the above X 0 Mn layer has a laminated structure of a PtMn layer and an IrMn layer.
  • the present invention is a position detection device that detects the position of the detection target based on a magnetic field that changes according to the position of the detection target, and it is an anti-ferromagnetic layer stacked on a fixed magnetic layer and the fixed magnetic layer.
  • a position detection element characterized by having a three- or more-layer alternately stacked structure.
  • the X 1 may be Pt
  • the X 2 may be Pt or Ir.
  • the antiferromagnetic layer may have a unit laminate portion in which a plurality of units each including an X 1 Cr layer and an X 2 Mn layer are stacked.
  • the antiferromagnetic layer may be provided with the X 1 Cr layer or the X 2 Mn layer on the fixed magnetic layer side in addition to the unit multilayer portion.
  • the X 1 Cr layer and the X 2 Mn layer in the unit laminate portion have the same film thickness, and the film thickness of the X 1 Cr layer is greater than the film thickness of the X 2 Mn layer It may also be large.
  • the ratio of the film thickness of the X 1 Cr layer to the film thickness of the X 2 Mn layer is 5: 1 to 100: 1.
  • Another aspect of the present invention is a position detection element used for position detection based on a magnetic field that changes according to the position of a detection target, and a fixed magnetic layer and an antiferromagnetic layer stacked on the fixed magnetic layer.
  • the antiferromagnetic layer includes an X (Cr-Mn) layer containing one or more elements X selected from the group consisting of platinum group elements and Ni, and Mn and Cr.
  • the X (Cr-Mn) layer has a first region relatively proximal to the ferromagnetic layer and a second region relatively distal to the ferromagnetic layer, and a Bi + ion by measuring the X (Cr-Mn) layer by using a time-of-flight secondary ion mass spectrometry for the primary ions, eight seven ions except for Cr + of ions to be measured with respect to Cr Types of Io with respect to the detected intensity of
  • the first intensity ratio in the first region is higher than the first intensity ratio in the second region when the first intensity ratio, which is the ratio of detected intensities of To provide a position detection element characterized in that In the present specification, the first intensity ratio may be described as "I-Mn / Cr".
  • the present invention is, as one aspect, a position detection device used to detect the position of the detection target based on a magnetic field that changes according to the position of the detection target, the magnet attached to the detection target, and And a position detection device according to the present invention.
  • the detection target may be a rotating body, and the rotation angle of the rotating body may be detected.
  • the position detection device may include a plurality of the above-described position detection elements on the same substrate, and the plurality of position detection elements may include ones having different fixed magnetization directions of the fixed magnetic layer.
  • a position detection element in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer is prevented from deviating from the predetermined direction even in a high temperature environment. Therefore, if the position detection element of the present invention is used, it is possible to obtain a position detection device with good detection accuracy even when placed under a high temperature environment.
  • FIG. 5 is a graph showing the ratio of the Cr content to the Mn content (Mn / Cr ratio) determined based on FIG. 4 with the range of the horizontal axis being equal to FIG. 4. It is an explanatory view showing composition of a position detection element concerning a modification of a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. It is a graph which shows the result of the reliability test (200 degreeC) of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2. It is a graph which shows the result of the reliability test (250 degreeC) of Example 3, 5, 6 and the comparative example 1.
  • FIG. It is a graph which shows the relationship of measurement temperature and an exchange coupling magnetic field about Examples 7 to 8 and Comparative Examples 3 to 4. It is the graph which normalized the exchange coupling magnetic field in each temperature of FIG. 16 by the exchange coupling magnetic field of room temperature. It is a graph which shows residual magnetization (M0) / saturation magnetization (Ms) about Examples 9 to 14 and Comparative Examples 5 to 6.
  • I-Mn of the exchange coupling film (A) It is a depth profile of / Cr.
  • I-Mn of the exchange coupling film (A) It is a depth profile of / Cr.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a film configuration of a position detection element 11 using the exchange coupling film 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the position detection element 11 is formed by laminating the underlayer 1, the free magnetic layer 2, the nonmagnetic material layer 3, the pinned magnetic layer 4, the PtMn layer 5A, the PtCr layer 5B, and the protective layer 6 in this order from the surface of the substrate. ing.
  • the antiferromagnetic layer 5 is constituted by a laminated structure in which the PtMn layer 5A and the PtCr layer 5B are laminated in this order.
  • the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5 constitute the exchange coupling film 10.
  • Each layer of the position detection element 11 is formed, for example, by a sputtering process or a CVD process.
  • plural kinds of metals forming the alloy for example, Pt and Mn in the case of the PtMn layer 5A
  • Pt and Mn in the case of the PtMn layer 5A
  • plural kinds of metals forming the alloy are alternately arranged. It may be supplied to A specific example of the former includes simultaneous sputtering of a plurality of types of metals forming an alloy, and a specific example of the latter includes alternating lamination of different types of metal films. Simultaneous delivery of multiple metals to form an alloy may be preferable to enhancing the exchange coupling magnetic field Hex over alternating delivery.
  • the position detection element 11 is a stacked element using a so-called single spin valve type giant magnetoresistance effect (GMR effect), and a vector of magnetization that changes with the external magnetic field of the free magnetic layer 2 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 4 The electrical resistance changes in relation to the vector of.
  • GMR effect giant magnetoresistance effect
  • the antiferromagnetic layer 5 is ordered by annealing, and is exchange-coupled to the pinned magnetic layer 4 to generate an exchange coupling magnetic field Hex in the pinned magnetic layer 4.
  • the constituent atoms of each layer constituting the antiferromagnetic layer 5 mutually diffuse due to the annealing treatment.
  • the resistance to a strong magnetic field of the position detection element 11 provided with the exchange coupling film 10 can be improved by the exchange coupling magnetic field Hex.
  • the antiferromagnetic layer 5 included in the exchange coupling film 10 according to this embodiment is X (Cr—Mn) containing one or more elements X selected from the group consisting of platinum group elements and Ni, and Mn and Cr. With layers.
  • the antiferromagnetic layer 5 obtained from the laminated structure shown in FIG. 2 is a Pt (Cr—Mn) layer because the element X is Pt.
  • the Pt (Cr—Mn) layer has a first region relatively proximal to the pinned magnetic layer 4 and a second region relatively distal to the pinned magnetic layer 4, and Mn in the first region The content of is greater than the content of Mn in the second region.
  • the Pt (Cr—Mn) layer having such a structure is formed by subjecting the stacked PtMn layer 5A and PtCr layer 5B to annealing treatment.
  • the said structure can be confirmed by content distribution (depth profile) of the depth direction of the constitutent element obtained by performing surface analysis while sputtering.
  • FIG. 3 is an example of the depth profile of the exchange coupling film 10 according to the present embodiment.
  • the depth profile shown in FIG. 3 is obtained from a film annealed at 350 ° C. for 20 hours in a magnetic field of 15 kOe for a film having the following configuration.
  • the numerical values in parentheses indicate the film thickness ( ⁇ ).
  • the depth profile of FIG. 3 is a content distribution of Pt, Ir, Cr, and Mn in the depth direction obtained by performing surface analysis with an Auger electron spectrometer while performing argon sputtering from the protective layer side. It consists of The sputtering rate by argon was determined in terms of SiO 2 and was 1.1 nm / min.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part of FIG.
  • the content distribution of Co (one of the constituent elements of the pinned magnetic layer) and Ru (nonmagnetic material) is also included in the depth profile.
  • the thickness of the antiferromagnetic layer is about 30 nm, and Pt and Ir with Mn and Cr as one or two or more elements X selected from the group consisting of platinum group elements and Ni.
  • an X (Cr—Mn) layer containing C. and specifically comprises a (Pt—Ir) (Cr—Mn) layer.
  • the X (Cr-Mn) layer ((Pt-Ir) (Cr-Mn) layer) is relatively distal to the first region R1 relatively proximal to the pinned magnetic layer, and relatively to the pinned magnetic layer.
  • the second region R2 is included, and the content of Mn in the first region R1 is larger than the content of Mn in the second region R2.
  • Such a structure can be obtained by appropriately laminating a layer composed of XCr, a layer composed of XMn and the like to form a multilayer laminate, and subjecting this multilayer laminate to the above-mentioned annealing treatment.
  • FIG. 5 shows the ratio of the Mn content to the Cr content (Mn / Cr ratio) calculated based on the Mn content and Cr content of each depth determined by the depth profile. And the range of the horizontal axis are shown as equal.
  • the depth at which the Mn / Cr ratio is 0.1 is defined as the boundary between the first region R1 and the second region R2. That is, in the antiferromagnetic layer, a region having a Mn / Cr ratio of 0.1 or more in a region proximal to the pinned magnetic layer is defined as a first region R1 and a region other than the first region R1 in the antiferromagnetic layer is It is defined as a second region R2. Based on this definition, in the depth profile shown in FIG. 3, the boundary between the first region R1 and the second region R2 is located at a depth of about 44.5 nm.
  • the first region R1 preferably has a portion with a Mn / Cr ratio of 0.3 or more, more preferably a portion with a Mn / Cr ratio of 0.7 or more, and the Mn / Cr ratio It is particularly preferred that is have one or more moieties.
  • the position detection element 11 since the first region R1 contains a relatively large amount of Mn, the position detection element 11 according to the present embodiment can generate a high exchange coupling magnetic field Hex.
  • the antiferromagnetic layer 5 since the content of Mn is low in the second region R2 and the content of Cr is relatively high, the antiferromagnetic layer 5 has a high blocking temperature Tb. For this reason, even if the pinned magnetic layer 4 according to the present embodiment is placed in a high temperature environment, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4 does not easily change from the predetermined direction.
  • the X 0 Mn layer (wherein X 0 is one or more elements selected from the group consisting of platinum group elements and Ni) stacked on the side of the pinned magnetic layer 4 with respect to the PtCr layer is Although it was PtMn layer 5A, it is not limited to this.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a configuration of a position detection element according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • the IrMn layer 5C may be further stacked at a position closer to the fixed magnetic layer 4 than the PtMn layer 5A of the antiferromagnetic layer 5.
  • the above X 0 Mn layer is composed of the PtMn layer 5A and the IrMn layer 5C.
  • the ratio (M0 / Ms) of the residual magnetic field M0 to the saturation magnetization Ms becomes a negative value because the antiferromagnetic layer has a laminated structure including the IrMn layer 5C, the PtMn layer 5A and the PtCr layer 5B, and the absolute value thereof Tends to be large.
  • the entire hysteresis loop of the exchange coupling film 10 is shifted in the direction of the magnetization of the exchange coupling magnetic field, and the coercive force Hc becomes smaller.
  • Hex is large, but also the exchange coupling film 10 excellent in high magnetic field resistance can be obtained.
  • M0 / Ms is preferably -0.05 or less, more preferably -0.10 or less, and -0.15 or less Is more preferable, and particularly preferably -0.20 or less.
  • the film thickness of the PtMn layer 5A may be preferably 12 ⁇ or more from the viewpoint of enhancing the high magnetic field resistance of the exchange coupling film 10, and when the IrMn layer C is provided as the X 0 Mn layer, the film thickness is 6 ⁇ or more In some cases, it is preferable that the sum of the film thickness of the PtMn layer 5A and the film thickness of the IrMn layer C be 20 ⁇ or more. By satisfying at least one of these conditions, the above M0 / Ms becomes a negative value, and the tendency that the absolute value becomes large becomes remarkable.
  • the pinned magnetic layer 4 is formed of a CoFe alloy (cobalt-iron alloy).
  • the CoFe alloy has a high coercivity by increasing the content of Fe.
  • the pinned magnetic layer 4 is a layer that contributes to the spin valve type giant magnetoresistance effect, and the direction in which the pinned magnetization direction P of the pinned magnetic layer 4 extends is the sensitivity axis direction of the position detection element 11. From the viewpoint of enhancing the resistance to the strong magnetic field of the exchange coupling film 10, the thickness of the pinned magnetic layer 4 may preferably be 12 ⁇ or more and 30 ⁇ or less.
  • the underlayer 1 and the protective layer 6 are made of, for example, tantalum (Ta).
  • Ta tantalum
  • the material and structure of the free magnetic layer 2 are not limited, for example, CoFe alloy (cobalt-iron alloy), NiFe alloy (nickel-iron alloy), etc. can be used as the material, and a single layer structure is used. , A laminated structure, a laminated ferri structure or the like.
  • the nonmagnetic material layer 3 can be formed using Cu (copper) or the like.
  • the PtMn layer 5A is stacked in contact with the pinned magnetic layer 4, and the PtCr layer 5B is stacked on the PtMn layer 5A.
  • the PtMn layer 5A is a specific example of an X 0 Mn layer (where X 0 is one or more elements selected from the group consisting of platinum group elements and Ni). That is, the position detection element 11 shows an aspect in the case where the X 0 Mn layer has a single layer structure and X 0 is Pt.
  • X 0 may be an element other than Pt, and the X 0 Mn layer may be formed by stacking a plurality of layers.
  • X 0 Mn layer when the X 0 Mn layer is an IrMn layer, or from the side close to the fixed magnetic layer 4 as in the position detection element 12 shown in FIG. And PtMn layers may be stacked in this order.
  • PtMn layers may be stacked in this order.
  • Another specific example is a case where a PtMn layer, an IrMn layer and a PtMn layer are stacked in this order from the side close to the pinned magnetic layer 4.
  • the position detection elements 11 and 12 according to the present embodiment described above have a structure in which the antiferromagnetic layer 5 is stacked on the fixed magnetic layer 4, but the stacking order is reversed. May have a structure in which the pinned magnetic layer 4 is stacked.
  • FIG. 7 is an explanatory view conceptually showing the structure of a position detection element according to a second embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as in the position detection element 11 shown in FIG. 2 denote the same layers, and a description thereof will be omitted.
  • the position detection element 111 according to the second embodiment has the same basic structure as the position detection element 11 according to the first embodiment, such as the fixed magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 51 constituting the exchange coupling film 101. However, the structure of the antiferromagnetic layer 51 is different from that of the antiferromagnetic layer 5 of the position detection element 11.
  • the antiferromagnetic layer 51 has an alternate lamination structure in which three X 1 Cr layers 51A and X 2 Mn layers 51B are alternately stacked (however, X 1 and X 2 are respectively selected from the group consisting of platinum group elements and Ni) And X 1 and X 2 may be the same or different). These layers are formed, for example, by a sputtering process or a CVD process. After film formation, the antiferromagnetic layer 51 is ordered by annealing, and is exchange-coupled to the pinned magnetic layer 4 to generate an exchange coupling magnetic field Hex in the pinned magnetic layer 4. The resistance to a strong magnetic field of the position detection element 111 including the exchange coupling film 101 can be improved by the exchange coupling magnetic field Hex.
  • X 1 Cr layer 51A / X 2 Mn layer 51B / X 1 Cr layer 51A is an example of an alternate lamination structure in which three or more X 1 Cr layers 51A and X 2 Mn layers 51B are stacked.
  • the antiferromagnetic layer 51 in which the X 1 Cr layer 51A is in contact with the pinned magnetic layer 4 in the three-layer structure is shown.
  • a three-layer structure of X 2 Mn layer 51 B / X 1 Cr layer 51 A / X 2 Mn layer 51 B in which X 1 Cr layer 51 A and X 2 Mn layer 51 B are replaced may be used.
  • the X 2 Mn layer 51 B is in contact with the pinned magnetic layer 4.
  • the form in the case where the number of layers related to the antiferromagnetic layer 51 is four or more will be described later.
  • the thickness D1 of the X 1 Cr layer 51A on the protective layer 6 side is the thickness D3 of the X 1 Cr layer 51A in contact with the pinned magnetic layer 4 It is preferable from the viewpoint of raising the exchange coupling magnetic field Hex to make it larger.
  • the film thickness D1 of the X 1 Cr layer 51A of the antiferromagnetic layer 51 is preferably larger than the film thickness D2 of the X 2 Mn layer 51B.
  • the ratio (D1: D2) of the film thickness D1 to the film thickness D2 is more preferably 5: 1 to 100: 1, and still more preferably 10: 1 to 50: 1.
  • the ratio (D1: D3) of the film thickness D1 to the film thickness D3 is more preferably 5: 1 to 100: 1, and still more preferably 10: 1 to 50: 1.
  • X 2 Mn layer 51B is a three-layer structure of X 2 Mn layer 51B / X 1 Cr layer 51A / X 2 Mn layer 51B is most proximal to the fixed magnetic layer 4 is most proximal to the fixed magnetic layer 4 a X 2 and thickness D3 of Mn layer 51B may be equal to the thickness D1 of the protective layer 6 side of the X 2 Mn layer 51B.
  • X 1 is Pt are preferable X 1 Cr layer 51A
  • X 2 of X 2 Mn layer 51B is, Pt or Ir are preferred, Pt is more preferable.
  • the X 1 Cr layer 51A is a PtCr layer
  • Pt X Cr 100-X (X is 45 at% or more and 62 at% or less) is preferable
  • Pt X Cr 100-X is 50 at% or more and 57 at% Or less
  • the X 2 Mn layer 51 B is preferably a PtMn layer.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the film configuration of the position detection element 112 according to the modification of the second embodiment of the present invention.
  • the position detection element 112 shown in FIG. 8 differs from the position detection element 111 in FIG. 7 in that the number of layers related to the antiferromagnetic layer 52 is four or more, and the X 1 Cr layer 51A and the X 2 Mn layer 51B (Refer to FIG. 7) is a point having a unit laminate portion in which a plurality of units composed of (refer to FIG. 7) are laminated.
  • X 1 Cr layer 51A1, ⁇ X 1 Cr layer 51An are the same thickness D1 respectively, X 2 Mn layer 51B1, ⁇ X 2 Mn layer 51Bn also respectively identical It is the film thickness D2.
  • Generating a high exchange coupling magnetic field Hex and a high coercivity Hc in the pinned magnetic layer 4 of the exchange coupling film 101A by laminating the unit lamination parts 5U1 to 5Un having the same configuration and annealing the resultant lamination; It is also realized that the high temperature stability of the antiferromagnetic layer 52 is enhanced.
  • the antiferromagnetic layer 52 in FIG. 8 is composed of unit laminated portions 51U1 to 51Un and an X 1 Cr layer 51A, and the X 1 Cr layer 51A is in contact with the pinned magnetic layer 4.
  • the unit laminated portions 51U1 to 51Un And the X 2 Mn layer 51 B, and the X 2 Mn layer 51 B may be in contact with the pinned magnetic layer 4.
  • each unit adjacent to the X 2 Mn layer 51B in contact with the pinned magnetic layer 4 has the reverse stacking order to that in FIG. 8, ie, from the pinned magnetic layer 4 side to the X 1 Cr layer 51A1 / X 2 Mn layer 51B1 /. ..
  • the antiferromagnetic layer 52 may be formed only of the unit laminated portions 51U1 to 51Un.
  • the antiferromagnetic layer 52 formed of a laminate formed only of the unit laminate portions 51U1 to 51Un which of the X 2 Mn layer 51B1 or the X 1 Cr layer 51A1 contacts the pinned magnetic layer 4 depends on the lamination order of each unit It is decided.
  • the number of stacked layers of unit stacked portions 51U1 to 51Un can be set according to the size of antiferromagnetic layer 52, film thickness D1 and film thickness D2.
  • the number of stacked layers is preferably 3 to 15, and more preferably 5 to 12 in order to increase the exchange coupling magnetic field Hex under high temperature environment. .
  • a laminated structure having the following configuration is formed as an example of the position detection element 11 of the present embodiment, and annealing is performed for 20 hours under the conditions of a temperature of 350 ° C. and a magnetic field strength of 15 kOe. And the following exchange coupling films (A) and (B) were obtained.
  • the numerical values in parentheses indicate the film thickness ( ⁇ ).
  • X 1 Cr layer 51A Pt 51 at % Cr 49 at% (6) / unit laminated portion 51U1 to 51U7: [Seven-layer lamination of Pt 48 at% Mn 52 at% (6) / Pt 51 at% Cr 49 at% (34)]
  • the content distribution of Pt, Cr and Mn in the depth direction is carried out by surface analysis (measurement area: 71 ⁇ m ⁇ 71 ⁇ m) by an Auger electron spectrometer while performing argon sputtering from the protective layer 6 side. (Depth profile) was obtained.
  • the sputtering rate by argon was determined in terms of SiO 2 and was 1.0 nm / min.
  • FIG. 20 is a depth profile of the exchange coupling membrane (B).
  • Fe one of the constituent elements of the pinned magnetic layer 4
  • Ta element constituting the antiferromagnetic layer 5 side of the protective layer 6
  • the depth profile of the exchange coupling film (B) is substantially affected by the influence of the pinned magnetic layer 4 and the influence of the protective layer 6 in the range of about 35 nm in depth to about 55 nm in depth.
  • a depth range reflecting only the composition of the non-antiferromagnetic layer 5 was observed.
  • the contents of Pt, Cr and Mn were measured as an average value of this depth range. As a result, it became as follows.
  • the antiferromagnetic layer 5 is considered to have a face-centered cubic lattice (fcc) structure.
  • the above-described depth range is a portion corresponding to a unit laminated portion in which seven units of units consisting of Pt 48 at% Mn 52 at% (6) / Pt 51 at% Cr 49 at% (34) are stacked.
  • the content of Pt, Cr and Mn is calculated as follows for the unit consisting of Pt 48 at% Mn 52 at% (6) / Pt 51 at% Cr 49 at% (34). Pt: 50.6 at% Cr: 41.7 at% Mn: 7.8 at%
  • the Mn / Cr ratio based on these contents was 0.19. Considering the difference in ease of movement of each element (Pt, Cr and Mn) in annealing treatment and the measurement accuracy of the depth profile, the measured Mn / Cr ratio is almost close to the design value at the time of forming the laminated structure. It can be said.
  • the depth profile was similarly determined for the laminated structure (the one not subjected to the annealing treatment) giving the exchange coupling film (B).
  • the results are shown in FIG.
  • FIG. 21 in the depth profile obtained by the method of surface analysis by an Auger electron spectrometer while argon sputtering, the content of Mn and the content of Cr in a unit laminate portion in which seven units of the above-described units are laminated.
  • the results did not vary with the amount corresponding to the unit repetition. That is, it was confirmed that the resolution of this depth profile did not reach 4 nm.
  • a secondary ion is detected by irradiating a region of 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m with Bi + ions as primary ions, and O 2+ ions are detected as milling ions.
  • the depth profile was obtained using.
  • the average milling rate was about 1.5 ⁇ / sec.
  • ions related to Mn seven types of ions such as Mn + and MnO + were detected, and as ions related to Cr, eight types of ions such as Cr + and CrO + were detected.
  • Cr + was too high in detection sensitivity to be able to perform quantitative evaluation.
  • the detection sensitivity of Pt + was too low to perform quantitative evaluation.
  • the depth profile of the sum of detected intensities of seven ions for Mn and the detected intensity of seven ions for Cr ie, seven ions obtained by removing Cr + from eight ions measured for Cr.
  • the depth profile of the sum is determined, and from these results, the detected intensity ratio at each depth ("sum of detected intensities of seven ions of Mn" / "sum of detected intensities of seven ions of Cr")
  • This depth profile was determined as “I ⁇ Mn / Cr”.
  • I-Mn / Cr is also referred to as “first strength ratio”.
  • FIGS. 22 (a) and 22 (b) The results of measuring these depth profiles with respect to the laminated structure before forming the exchange coupling film (A) by annealing are shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b). Moreover, the result measured about what was made into the exchange coupling film (A) by annealing treatment is shown in FIG. 23 (a) and FIG.23 (b).
  • the antiferromagnetic layer 5 formed of the X (Cr-Mn) layer (Pt (Cr-Mn) layer) included in the exchange coupling film (A) is relatively close to the first pinned magnetic layer 4. Having a region R1 and a second region R2 relatively distant from the pinned magnetic layer 4, and I-Mn / Cr in the first region R1 is higher than I-Mn / Cr in the second region R2 That was confirmed. Further, it was also confirmed that the entire second region contains Mn.
  • I-Mn / Cr in the first region R1 of the exchange coupling film (B) is an exchange coupling film It became lower than I-Mn / Cr in the first region R1 of (A).
  • the exchange coupling film (B) is further provided with Pt 51 at% Cr 49 at% (6) at the nearest position to the pinned magnetic layer 4 in contrast to the laminated structure giving the exchange coupling film (A) It is considered to reflect that it is formed from the laminated structure having the configuration.
  • the exchange coupling film I-Mn / Cr in the first region R1 is provided an antiferromagnetic layer 5 relatively high, X 1 Cr layer (PtCr layer) and X 2 Mn layer (MnCr layer And a unit stack portion in which a plurality of units are stacked are formed, but the present invention is not limited to this.
  • a layer made of Mn or a Mn-rich alloy layer (exemplified by Ir 22 at% Mn 78 at% layer) on the side close to the pinned magnetic layer 4, and laminating a layer made of XCrMn on that layer.
  • An exchange coupling film may be formed from the obtained laminated structure.
  • FIG. 9 shows a magnetic sensor 30 in which the position detection element 11 shown in FIG. 2 is combined.
  • the position detection elements 11 having different sensitivity axis directions S are distinguished by adding different reference numerals 11Xa, 11Xb, 11Ya, 11Yb.
  • the position detection elements 11Xa, 11Xb, 11Ya and 11Yb are provided on the same substrate.
  • the magnetic sensor 30 shown in FIG. 9 has a full bridge circuit 32X and a full bridge circuit 32Y.
  • the full bridge circuit 32X includes two position detection elements 11Xa and two position detection elements 11Xb
  • the full bridge circuit 32Y includes two position detection elements 11Ya and two position detection elements 11Yb.
  • the position detection elements 11Xa, 11Xb, 11Ya and 11Yb are all the position detection elements 11 shown in FIG.
  • the full bridge circuit 32X and the full bridge circuit 32Y use the position detection element 11 having different sensitivity axis directions S shown by black arrows in FIG.
  • the mechanism to detect is the same. Therefore, hereinafter, a mechanism for detecting a magnetic field using the full bridge circuit 32X will be described.
  • the bias application direction B in each of the position detection elements 11Xa and 11Xb, the bias application direction B is in the BYa-BYb direction BYa side.
  • the bias application direction B in each of the position detection elements 11 Ya and 11 Yb, the bias application direction B is in the BXa-BXb direction BXa side.
  • the full bridge circuit 32X is configured by connecting a first series unit 32Xa and a second series unit 32Xb in parallel.
  • the first series portion 32Xa is formed by connecting the position detection element 11Xa and the position detection element 11Xb in series, and the second series portion 32Xb is connected in series the position detection element 11Xb and the position detection element 11Xa Is configured.
  • the power supply voltage Vdd is applied to the common power supply terminal 33 to the position detection element 11Xa constituting the first series portion 32Xa and the position detection element 11Xb constituting the second series portion 32Xb.
  • a ground terminal 34 common to the position detection element 11Xb constituting the first serial portion 32Xa and the position detection element 11Xa constituting the second serial portion 32Xb is set to the ground potential GND.
  • the differential output (OutX1) of the output potential (OutX1) of the midpoint 35Xa of the first series section 32Xa constituting the full bridge circuit 32X and the output potential (OutX2) of the midpoint 35Xb of the second series section 32Xb (OutX2) is obtained as a detection output (detection output voltage) VXs in the X direction.
  • the full bridge circuit 32Y also operates in the same manner as the full bridge circuit 32X, and thereby the output potential (OutY1) of the middle point 35Ya of the first series portion 32Ya and the output potential of the middle point 35Yb of the second series portion 32Yb ( A differential output (OutY1)-(OutY2) with OutY2) is obtained as a detection output (detection output voltage) VYs in the Y direction.
  • the free magnetic layer 2 (see FIG. 2) of the position detection element 11 is magnetized in the direction along the bias application direction B when no external magnetic field H is applied.
  • the direction of magnetization of the free magnetic layer 2 of each position detection element 11 changes to follow the direction of the magnetic field H.
  • the resistance value changes due to the relationship of the vector between the fixed magnetization direction (sensitivity axis direction S) of the fixed magnetic layer 4 and the magnetization direction of the free magnetic layer 2.
  • the sensitivity axis direction S coincides with the direction of the magnetic field H, and the electric resistance value decreases.
  • the detection output voltage VXs becomes lower.
  • the magnetic field H is upward (in the direction of BYa-BYb direction BYa) or downward (in the direction of BYa-BYb direction BYb) with respect to the paper surface of FIG. 9, the detected output voltage VXs becomes zero.
  • the detection output voltages VXs and VYs of the full bridge circuit 32X and the full bridge circuit 32Y also fluctuate accordingly. Therefore, based on the detection output voltages VXs and VYs obtained from the full bridge circuit 32X and the full bridge circuit 32Y, it is possible to detect the movement direction and movement amount (relative position) of the detection target.
  • FIG. 9 shows the magnetic sensor 30 configured to be capable of detecting magnetic fields in the X direction and in the Y direction orthogonal to the X direction.
  • the configuration may be such that only the full bridge circuit 32X or the full bridge circuit 32Y that detects only the magnetic field in the X direction or the Y direction is provided.
  • a half bridge circuit may be provided which includes only one of the first serial portion 32Xa, the second serial portion 32Xb, the first serial portion 32Ya, and the second serial portion 32Yb.
  • FIG. 10A and 10B The planar structure of position detection element 11Xa and position detection element 11Xb is shown by FIG. In FIGS. 9 and 10, the BXa-BXb direction is the X direction. In FIGS. 10A and 10B, the fixed magnetization direction P of the position detection elements 11Xa and 11Xb is indicated by an arrow. In the position detection element 11Xa and the position detection element 11Xb, the fixed magnetization direction P is the X direction, which is opposite to each other. The fixed magnetization direction P is the same as the sensitivity axis direction S.
  • the position detection element 11 has an element portion 102 in the form of a stripe.
  • a plurality of metal layers are stacked to form a giant magnetoresistive (GMR) film.
  • the longitudinal direction of the element portion 102 is directed in the BYa-BYb direction.
  • a plurality of element portions 102 are arranged in parallel, and the illustrated right end portion (an end portion on the side of BYa-BYb in the BYa direction) of adjacent element portions 102 is connected via conductive portion 103 a.
  • the left end in the drawing (the end on the BYa-BYb direction BYa side) is connected via the conductive portion 103b.
  • the conductive portions 103a and 103b are alternately connected between the illustrated right end (the end on the BYa-BYb direction BYa side) and the left end (the end on the BYa-BYb direction BYa side) of the element portion 102. 102 are connected in a so-called meander shape.
  • the conductive portion 103a in the lower right portion of the position detection elements 11Xa and 11Xb is integrated with the connection terminal 104a, and the conductive portion 103b in the upper left portion is integrated with the connection terminal 104b.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing the configuration of a position detection device 40 using the magnetic sensor 30 according to the embodiment of the present invention.
  • the position detection device 40 of the present embodiment shown in the figure detects the position of the rotation shaft 41 based on the change of the magnetic field from the rotating magnet 42 that occurs with the rotation of the rotation shaft 41 to be detected.
  • the magnetic sensor 30 includes a plurality of the position detection elements 11 described above.
  • the position detection device 40 is provided such that the magnetic sensor 30 faces the cylindrical rotating magnet 42 attached to the rotating shaft 41.
  • the position detection device 40 is a rotation angle detection device that detects the rotation angle of the steering shaft.
  • the rotating magnet 42 has its N pole and S pole polarized and magnetized, and the direction connecting the N pole and S pole is the radial direction of the rotating shaft 41.
  • each position detection element 11 changes in response to the change in the external magnetic field to read it out as a change in voltage output from the bridge circuit.
  • the steering angle of the steering wheel is detected by performing a predetermined operation based on the output of the voltage change (voltage change signal).
  • FIG. 12 is an explanatory view showing a configuration of a position detection device 60 using the magnetic sensor 30 according to the embodiment of the present invention.
  • a position detection device 60 shown in the figure includes a magnet 62 attached to a detection target 61 and a magnetic sensor 30. Similar to the position detection device 40 described above, the magnetic sensor 30 detects the magnetic field from the magnet 62, which changes with the movement of the detection target 61, thereby detecting the position of the detection target 61.
  • the PtMn layer 5A is in contact with the pinned magnetic layer 4, that is, the PtMn layer 5A is directly stacked on the stacked pinned magnetic layer 4, but the PtMn layer 5A is Another layer containing Mn (an Mn layer and an IrMn layer 5C are exemplified) may be stacked between the above and the pinned magnetic layer 4.
  • the pinned magnetic layer 4 is stacked closer to the underlayer 1 than the antiferromagnetic layers 5, 51, 52. Layers 5 51 and 52 may be laminated so as to be located proximal to foundation layer 1.
  • Example 1 A position detection element 12 (see FIG. 6) having the following film configuration was manufactured. In the following examples and comparative examples, numerical values in parentheses indicate film thickness ( ⁇ ). The position detection element 12 was annealed at 350 ° C. for 20 hours to cause exchange coupling between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (40) / free magnetic layer 2: [Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (15) / Co 90 at% Fe 10 at% (20)] / nonmagnetic material layer 3: Cu ( 30) / fixed magnetic layer 4: Co 90 at% Fe 10 at% (24) / nonmagnetic material layer 3: Ru (4) / fixed magnetic layer 4: Co 60 at% Fe 40 at% (18) / antiferromagnetic layer 5: [IrMn layer 5C: Ir 80 at% Mn 20 at% (6) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)] / Protective layer 6: [Ta (100) / Ru (20)]
  • Antiferromagnetic layer 5 [IrMn layer 5C: Ir 80 at% Mn 20 at% (6) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • the position detection elements 12 and 112 are manufactured in the same manner as in Example 1 except that the following changes are made, and annealing is performed under the same conditions to cause exchange coupling between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5. I did.
  • Example 2 [IrMn layer 5C: Ir 80at% Mn 20at% (6) / PtMn layer 5A: Pt 50at % Mn 50at % (14) / PtCr layer 5B: Pt 51at% Cr 49at% (300)]
  • Example 3 [IrMn layer 5C: Ir 80 at% Mn 20 at% (8) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • Example 4 [IrMn layer 5C: Ir 80 at% Mn 20 at% (8) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (14) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • Antiferromagnetic layer 5 in Example 1 [IrMn layer 5C: Ir 80 at% Mn 20 at% (6) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at%
  • the position detection element is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the above 300) is changed as follows, and is annealed under the same conditions to cause exchange coupling between the pinned magnetic layer and the antiferromagnetic layer.
  • the Comparative Example 1 Ir 20 at% Mn 80 at% (80)
  • Comparative Example 2 Pt 51 at% Cr 49 at% (300)
  • FIG. 13 is an explanatory view of a reliability test method in a high temperature (200 ° C., 250 ° C.) environment.
  • a magnetic field of 80 mT for 100 hours under the condition of 200 ° C., the pinned magnetic layer 4 (see FIG. 2) The detection angle of the position detection element 12 is applied after the magnetic field application angle ⁇ (changed by 45 ° from 0 ° to 360 °) shown in Table 1 below with respect to the magnetization direction (fixed magnetization direction P) of Calculated how much it fluctuated.
  • the temperature was returned to room temperature, and then a 60 mT magnetic field was applied by rotating a magnetic field of 60 mT to the position detection element 12 112 before and after the reliability test. .
  • the same measurement was carried out before and after the 200 ° C. reliability test, and the change in waveform from before the test was analyzed to calculate how much the detection angle of the element fluctuated in the 200 ° C. reliability test.
  • the average value of the results of measuring 60 to 70 position detection elements 12 and 112 is shown in Table 1 and FIG. 14 for each example and comparative example.
  • the temperature condition in the reliability test was changed to 250 ° C. for each of the position detection elements 12 and 112 of Examples 3, 5 and 6 and Comparative Example 1, and the angle for changing the magnetic field application angle ⁇ from 0 ° to 360 °
  • Table 2 and FIG. 15 show the average values of the results measured in the same manner as the above-described 200 ° C., except that the angle of 90 ° was changed by 90 °.
  • the position detection elements 12 and 112 of Examples 1 to 6 are all more variable in detection angle according to the reliability test than the position detection elements of Comparative Examples 1 and 2
  • the amount was small, with high detection accuracy under high temperature conditions. Since the results of Examples 1 to 6 were good, it is considered that the position detection element 12, 112 has the following four excellent properties.
  • (1) The exchange coupling magnetic field between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5 at room temperature is large.
  • the temperature characteristics of the exchange coupling magnetic field are good, that is, a large exchange coupling magnetic field can be maintained under high temperature conditions.
  • the exchange coupling magnetic field / coercivity is positively large.
  • the residual magnetization / saturation magnetization is a negative value and the absolute value is large.
  • Example 7 The position detection element 12 having the following film configuration was manufactured, and was annealed at 350 ° C. for 20 hours to cause exchange coupling between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (42) / nonmagnetic material layer 3: [Cu (40) / Ru (20)] / fixed magnetic layer 4: Co 60 at% Fe 40 at% (100) / antiferromagnetic layer 5: [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (6) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)] / Protective layer 6: Ta ( 100)
  • Antiferromagnetic layer 5 [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (6) / PtMn layer 5A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • the position detection element 112 was manufactured in the same manner as in Example 7 except that the configuration was changed to the following, and annealing was performed under the same conditions to cause exchange coupling between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5 .
  • Example 8 [PtCr layer 51A: Pt 51 at % Cr 49 at% (6) / unit laminated portion 51U1 to 51U7: [PtMn layer 51B: Pt 50 at% Mn 50 at% (6) / PtCr layer 51A: Pt 51 at% Cr 49 at % (34) 7-layer structure]]
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the measurement temperature and the exchange coupling magnetic field in Examples 7 and 8 and Comparative Examples 3 and 4.
  • FIG. 17 is a graph in which the exchange coupling magnetic field at each measurement temperature in FIG. 16 is divided by the exchange coupling magnetic field at room temperature and normalized.
  • the exchange coupling magnetic field between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5 at room temperature is about twice that of Comparative Examples 3 and 4. It was big with a degree or more.
  • the position detection elements 12 and 112 of Examples 7 and 8 maintain the exchange coupling magnetic field larger than those of Comparative Examples 3 and 4 even in a high temperature environment, and have good temperature characteristics. Then, by stacking the units, it was possible to increase the exchange coupling magnetic field in a wide temperature range and to suppress the decrease in the exchange coupling magnetic field under a high temperature environment.
  • Comparative Example 4 including Pt 51 at% Cr 49 at% as the antiferromagnetic layer has a larger exchange coupling magnetic field under high temperature conditions than Comparative Example 3 including Ir 22 at% Mn 78 at% as the antiferromagnetic layer.
  • Comparative Example 2 having Pt 51 at% Cr 49 at% had a larger amount of fluctuation in detection angle after the test than Comparative Example 1 having Ir 20 at% Mn 80 at% . According to these results, it is considered that the magnitude of the variation of the detection angle is not determined solely by the magnitude of the exchange coupling magnetic field. Possible factors other than the magnitude of the exchange coupling magnetic field that affect the magnitude of the detection angle variation include the exchange coupling magnetic field / coercivity and the residual magnetization / saturation magnetization.
  • the VSM curve of the pinned magnetic layer 4 is measured to evaluate the exchange coupling magnetic field / coercivity and the residual magnetization / saturation magnetization in the following examples and comparative examples, and the exchange coupling magnetic field (Hex), the coercivity ( Hc), saturation magnetization (Ms) and residual magnetization (M0) were determined (see FIG. 1).
  • Example 9 The position detection element 12 having the following film configuration was manufactured, and was annealed at 350 ° C. for 20 hours to cause exchange coupling between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (42) / nonmagnetic material layer 3: [Cu (40) / Ru (20)] / fixed magnetic layer 4: Co 60 at% Fe 40 at% (20) / antiferromagnetic layer 5: [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (6) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)] / Protective layer 6: Ta ( 100)
  • Antiferromagnetic layer 5 [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (6) / PtMn layer 5A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • the position detection elements 12 and 112 are manufactured in the same manner as in Example 9 except that the following changes are made, and annealing is performed under the same conditions to exchange exchange coupling between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 5. It was generated.
  • Example 10 [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (6) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (14) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • Example 11 [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (8) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • Example 12 [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (8) / PtMn layer 5 A: Pt 50 at% Mn 50 at% (14) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)]
  • Example 13 [Unit stacked portion 51U1 to 51U7: [PtMn layer 51B: Pt 50 at% Mn 50 at% (6) / Pt
  • Antiferromagnetic layer 5 in Example 9 [IrMn layer 5C: Ir 22 at% Mn 78 at% (6) / PtMn layer 5A: Pt 50 at% Mn 50 at% (12) / PtCr layer 5 B: Pt 51 at% Cr 49 at%
  • the position detection device is manufactured in the same manner as in Example 6 except that the above 300) is changed as follows, and annealing is performed under the same conditions to cause exchange coupling between the pinned magnetic layer and the antiferromagnetic layer. I did. Comparative Example 5: Ir 20 at% Mn 80 at% (80) Comparative Example 6: Pt 51 at% Cr 49 at% (300)
  • Comparative Example 5 having Ir 22 at% Mn 78 at% as the antiferromagnetic layer has a negative remanence M 0 / saturation magnetization Ms more than Comparative Example 6 having Pt 51 at% Cr 49 at% as the antiferromagnetic layer.
  • the direction is large, and the exchange coupling magnetic field Hex / coercivity Hc is large.
  • the variation of the detection angle after the test was larger in Comparative Example 2 with Pt 51 at% Cr 49 at% than in Comparative Example 1 with Ir 20 at% Mn 80 at% . It can be understood that the influence of the residual magnetization M 0 / saturation magnetization Ms and the exchange coupling magnetic field Hex / coercivity Hc in addition to the size and temperature characteristics of
  • Nonmagnetic material layer 4 Fixed magnetic layer 5: Antiferromagnetic layer 5A: PtMn layer (X (Cr-Mn) layer, X 0 Mn layer) 5B: PtCr layer (X (Cr-Mn) layer) 5C: IrMn layer (X 0 Mn layer) 5U1: Unit stacked portion 5Un: Unit 6: Protective layer 10: Exchange coupling film 11, 11Xa, 11Xb, 11Ya, 11Yb, 12: Position detection element 30: Magnetic sensor 32X, 32Y: Full bridge circuit 32Xa, 32Ya: First Serial part 32Xb, 32Yb: Second serial part 33: Power supply terminal 34: Ground terminal 35Xa, 35Xb, 35Ya, 35Yb: Midpoint 40: Position detection device 41: Rotational axis (detection target, rotary body) 42: rotating magnet 51: an antiferromagnetic layer 51A, 51A1, ⁇ , 51An: X 1 Cr layer 51

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Abstract

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を提供する。固定磁性層４と固定磁性層４に積層された反強磁性層５とを有する交換結合膜１０を備えた位置検出素子１１であって、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）層を備え、Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、固定磁性層４に相対的に近位な第１領域Ｒ１としてのＰｔＭｎ層５Ａと、固定磁性層４から相対的に遠位な第２領域Ｒ２としてのＰｔＣｒ層５Ｂ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の含有量よりも高い。

Description

位置検出素子およびにこれを用いた位置検出装置
　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Ｘ０Ｍｎ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、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Ｘ１がＰｔであり、前記Ｘ２がＰｔまたはＩｒであってもよい。
　前記反強磁性層は、Ｘ１Ｃｒ層と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Ｘ１Ｃｒ層または前記Ｘ２Ｍｎ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Ｘ１Ｃｒ層および前記Ｘ２Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚であり、前記Ｘ１Ｃｒ層の膜厚が、前記Ｘ２Ｍｎ層の膜厚よりも大きくてもよい。このとき、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：Ｃｏ４０ａｔ％Ｆｅ６０ａｔ％（２０）／反強磁性層［ＩｒＭｎ層：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（１０）／ＰｔＭｎ層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１６）／ＰｔＣｒ層：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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ＳｉＯ２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）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Ｘ０Ｍｎ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、Ｘ０Ｍｎ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、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）の具体的な一例である。すなわち、位置検出素子１１は、Ｘ０Ｍｎ層が単層構造であってＸ０がＰｔである場合の態様を示している。Ｘ０はＰｔ以外の元素であってもよいし、Ｘ０Ｍｎ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Ｘ０Ｍｎ層の具体例として、Ｘ０Ｍｎ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、Ｘ１Ｃｒ層５１ＡとＸ２Ｍｎ層５１Ｂとが交互に三層積層された交互積層構造（ただし、Ｘ１およびＸ２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、Ｘ１とＸ２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、Ｘ１Ｃｒ層５１ＡとＸ２Ｍｎ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、Ｘ１Ｃｒ層５１Ａ／Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂ／Ｘ１Ｃｒ層５１Ａの三層構造であってＸ１Ｃｒ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、Ｘ１Ｃｒ層５１ＡとＸ２Ｍｎ層５１Ｂとを入れ替えた、Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂ／Ｘ１Ｃｒ層５１Ａ／Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂの三層構造としてもよい。この三層構造の場合、Ｘ２Ｍｎ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。
　Ｘ１Ｃｒ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Ｘ１Ｃｒ層５１Ａの膜厚Ｄ１を、固定磁性層４に接するＸ１Ｃｒ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Ｘ１Ｃｒ層５１Ａの膜厚Ｄ１は、Ｘ２Ｍｎ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、Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂが固定磁性層４に最近位であるＸ２Ｍｎ層５１Ｂ／Ｘ１Ｃｒ層５１Ａ／Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂの三層構造の場合には、固定磁性層４に最近位なＸ２Ｍｎ層５１Ｂの膜厚Ｄ３と保護層６側のＸ２Ｍｎ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、Ｘ１Ｃｒ層５１ＡのＸ１はＰｔが好ましく、Ｘ２Ｍｎ層５１ＢのＸ２は、ＰｔまたはＩｒが好ましく、Ｐｔがより好ましい。Ｘ１Ｃｒ層５１ＡをＰｔＣｒ層とする場合には、ＰｔＸＣｒ１００－Ｘ（Ｘは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）であることが好ましく、ＰｔＸＣｒ１００－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、Ｘ２Ｍｎ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、Ｘ１Ｃｒ層５１ＡとＸ２Ｍｎ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、Ｘ１Ｃｒ層５１Ａ１とＸ２Ｍｎ層５１Ｂ１とからなるユニット積層部５Ｕ１からＸ１Ｃｒ層５１ＡｎとＸ２Ｍｎ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、Ｘ１Ｃｒ層５１Ａ１、・・・Ｘ１Ｃｒ層５１Ａｎは、それぞれ同じ膜厚Ｄ１であり、Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂ１、・・・Ｘ２Ｍｎ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Ｘ１Ｃｒ層５１Ａとからなり、Ｘ１Ｃｒ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Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂとからなり、Ｘ２Ｍｎ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Ｘ２Ｍｎ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Ｘ１Ｃｒ層５１Ａ１／Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂ１／・・・／Ｘ１Ｃｒ層５１Ａｎ／Ｘ２Ｍｎ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Ｘ２Ｍｎ層５１Ｂ１またはＸ１Ｃｒ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：Ｃｏ６０ａｔ％Ｆｅ４０ａｔ％（２０）／反強磁性層５：ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：〔Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％（６）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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。
　Ｘ１Ｃｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：〔Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％（６）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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ＳｉＯ２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、Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％（６）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％（６）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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Ｏ２＋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Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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、Ｘ１Ｃｒ層（ＰｔＣｒ層）とＸ２Ｍｎ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（Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％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：［Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（１５）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２０）］／非磁性材料層３：Ｃｕ（３０）／固定磁性層４：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性材料層３：Ｒｕ（４）／固定磁性層４：Ｃｏ６０ａｔ％Ｆｅ４０ａｔ％（１８）／反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ８０ａｔ％Ｍｎ２０ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］／保護層６：［Ｔａ（１００）／Ｒｕ（２０）］
（実施例２～６）
　反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ８０ａｔ％Ｍｎ２０ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｉｒ８０ａｔ％Ｍｎ２０ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］
　実施例３：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ８０ａｔ％Ｍｎ２０ａｔ％（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］
　実施例４：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ８０ａｔ％Ｍｎ２０ａｔ％（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］
　実施例５：［ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３４）の７層構造］］
　実施例６：［ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｉｒ８０ａｔ％Ｍｎ２０ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｉｒ２０ａｔ％Ｍｎ８０ａｔ％（８０）
　比較例２：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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：Ｃｏ６０ａｔ％Ｆｅ４０ａｔ％（１００）／反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］／保護層６：Ｔａ（１００）
（実施例８）
　反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｃｏ６０ａｔ％Ｆｅ４０ａｔ％（１００）／反強磁性層：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（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：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）／固定磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（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Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％を備えた比較例４は、反強磁性層としてＩｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％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、Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％を備えた比較例２は、Ｉｒ２０ａｔ％Ｍｎ８０ａｔ％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：Ｃｏ６０ａｔ％Ｆｅ４０ａｔ％（２０）／反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］／保護層６：Ｔａ（１００）
（実施例１０～１４）
　反強磁性層５：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］
　実施例１１：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］
　実施例１２：［ＩｒＭｎ層５Ｃ：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（８）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１４）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００）］
　実施例１３：［ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３４）の７層構造］］
　実施例１４：［ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（６）／ユニット積層部５１Ｕ１～５１Ｕ７：［ＰｔＭｎ層５１Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（６）／ＰｔＣｒ層５１Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％（６）／ＰｔＭｎ層５Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２）／ＰｔＣｒ層５Ｂ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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：Ｉｒ２０ａｔ％Ｍｎ８０ａｔ％（８０）
　比較例６：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　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Ｉｒ２２ａｔ％Ｍｎ７８ａｔ％を備えた比較例５は、反強磁性層としてＰｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％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。Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％を備えた比較例２が、Ｉｒ２０ａｔ％Ｍｎ８０ａｔ％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、Ｘ０Ｍｎ層）
５Ｂ　　　：ＰｔＣｒ層（Ｘ（Ｃｒ－Ｍｎ）層）
５Ｃ　　　：ＩｒＭｎ層（Ｘ０Ｍｎ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　：Ｘ１Ｃｒ層
５１Ｂ，５１Ｂ１，・・・，５１Ｂｎ　：Ｘ２Ｍｎ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 (17)

  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の含有量よりも高いことを特徴とする位置検出素子。
  2. 前記第１領域が前記固定磁性層に接している、請求項１に記載の位置検出素子。
  3. 　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または２に記載の位置検出素子。
  4. 　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３に記載の位置検出素子。
  5. 　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から４のいずれか１項に記載の位置検出素子。
  6. 　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から４のいずれか１項に記載の位置検出素子。
  7. 　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、請求項６に記載の位置検出素子。
  8. 　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することを特徴とする位置検出素子。
  9. 　前記Ｘ１がＰｔであり、前記Ｘ２がＰｔまたはＩｒである、請求項８に記載の位置検出素子。
  10. 　前記反強磁性層は、Ｘ１Ｃｒ層と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８または９に記載の位置検出素子。
  11. 　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Ｘ１Ｃｒ層または前記Ｘ２Ｍｎ層を備えている、請求項１０に記載の位置検出素子。
  12. 　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り、前記Ｘ１Ｃｒ層の膜厚が、前記Ｘ２Ｍｎ層の膜厚よりも大きい、請求項１０または１１に記載の位置検出素子。
  13. 　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１２に記載の位置検出素子。
  14. 　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。
  15. 　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１４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。
  16. 　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１５に記載の位置検出装置。
  17. 　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１５または１６に記載の位置検出装置。
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