特許 6202282 磁気センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6202282

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】磁気センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20170914BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/06 R

【請求項の数】14

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-28145(P2015-28145)

(22)【出願日】2015年2月17日

(65)【公開番号】特開2016-151448(P2016-151448A)

(43)【公開日】2016年8月22日

【審査請求日】2016年2月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107559

【弁理士】

【氏名又は名称】星宮 勝美

(74)【代理人】

【識別番号】100115118

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 和浩

(74)【代理人】

【識別番号】100166257

【弁理士】

【氏名又は名称】城澤 達哉

(72)【発明者】

【氏名】駒▲崎▼ 洋亮

【審査官】 小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−４２１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０１０６４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２８６３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１８４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５７６４０５６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／００−３３／２６

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検出磁界を検出する少なくとも１つの磁気検出素子と、
前記少なくとも１つの磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生部とを備えた磁気センサであって、
前記バイアス磁界発生部は、第１の方向に沿って積層された強磁性層と第１の反強磁性層を含むと共に、前記第１の方向の両端に位置する第１の端面と第２の端面を有し、
前記強磁性層は、前記第１の方向の両端に位置する第１の面と第２の面を有し、
前記第１の反強磁性層は、前記強磁性層の前記第１の面に接して前記強磁性層と交換結合し、
前記強磁性層は、前記第１の方向に直交する第２の方向に平行な方向の磁化を有し、
前記少なくとも１つの磁気検出素子の位置における前記バイアス磁界は、前記強磁性層の前記磁化の方向とは反対方向の成分を含み、
前記バイアス磁界発生部の前記第１の端面は、それぞれ面積を有する第１の端部領域と第２の端部領域と中央領域とを含み、
前記第１の端部領域は、前記第１の端面における前記第２の方向の一方の端に位置する第１の端部を含み、
前記第２の端部領域は、前記第１の端面における前記第２の方向の他方の端に位置する第２の端部を含み、
前記中央領域は、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域の間に位置して、前記第２の方向に直交する第１の境界線を介して前記第１の端部領域に隣接すると共に、前記第２の方向に直交する第２の境界線を介して前記第２の端部領域に隣接し、
前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記中央領域に相当する仮想の平面を前記第１の方向に沿って前記バイアス磁界発生部の前記第２の端面とは反対側に移動してできる空間内に前記少なくとも１つの磁気検出素子の全体が含まれるように、配置されていることを特徴とする磁気センサ。

【請求項2】

前記第１の端部と前記第１の境界線の間の距離と、前記第２の端部と前記第２の境界線の間の距離は、いずれも前記第１の端部と前記第２の端部の間の距離の１０％であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。

【請求項3】

前記第１の端部と前記第１の境界線の間の距離と、前記第２の端部と前記第２の境界線の間の距離は、いずれも前記第１の端部と前記第２の端部の間の距離の３５％であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。

【請求項4】

前記少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。

【請求項5】

前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、前記被検出磁界に応じて磁化が変化する自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置された非磁性層とを有し、
前記磁化固定層、前記非磁性層および前記自由層は、前記第１の方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。

【請求項6】

更に、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に対して前記第１の方向の両側に位置して、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に電流を供給する第１の電極および第２の電極を備え、
前記バイアス磁界発生部は、前記第１の電極と前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の間に配置されていることを特徴とする請求項５記載の磁気センサ。

【請求項7】

被検出磁界を検出する少なくとも１つの磁気検出素子と、
前記少なくとも１つの磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生部とを備えた磁気センサであって、
前記バイアス磁界発生部は、第１の方向に沿って積層された強磁性層と第１の反強磁性層を含むと共に、前記第１の方向の両端に位置する第１の端面と第２の端面を有し、
前記強磁性層は、前記第１の方向の両端に位置する第１の面と第２の面を有し、
前記第１の反強磁性層は、前記強磁性層の前記第１の面に接して前記強磁性層と交換結合し、
前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記バイアス磁界発生部の前記第１の端面に相当する仮想の平面を前記第１の方向に沿って前記第２の端面とは反対側に移動してできる空間内に前記少なくとも１つの磁気検出素子の各々の少なくとも一部が含まれるように、配置され、
前記バイアス磁界発生部は、更に、前記強磁性層の前記第２の面に接して前記強磁性層と交換結合する第２の反強磁性層を含むことを特徴とする磁気センサ。

【請求項8】

前記強磁性層は、前記第１の方向に直交する第２の方向に平行な方向の磁化を有し、
前記少なくとも１つの磁気検出素子の位置における前記バイアス磁界は、前記強磁性層の前記磁化の方向とは反対方向の成分を含むことを特徴とする請求項７記載の磁気センサ。

【請求項9】

前記バイアス磁界発生部の前記第１の端面は、それぞれ面積を有する第１の端部領域と第２の端部領域と中央領域とを含み、
前記第１の端部領域は、前記第１の端面における前記第２の方向の一方の端に位置する第１の端部を含み、
前記第２の端部領域は、前記第１の端面における前記第２の方向の他方の端に位置する第２の端部を含み、
前記中央領域は、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域の間に位置して、前記第２の方向に直交する第１の境界線を介して前記第１の端部領域に隣接すると共に、前記第２の方向に直交する第２の境界線を介して前記第２の端部領域に隣接し、
前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記中央領域に相当する仮想の平面を前記第１の方向に沿って前記バイアス磁界発生部の前記第２の端面とは反対側に移動してできる空間内に前記少なくとも１つの磁気検出素子の全体が含まれるように、配置されていることを特徴とする請求項８記載の磁気センサ。

【請求項10】

前記第１の端部と前記第１の境界線の間の距離と、前記第２の端部と前記第２の境界線の間の距離は、いずれも前記第１の端部と前記第２の端部の間の距離の１０％であることを特徴とする請求項９記載の磁気センサ。

【請求項11】

前記第１の端部と前記第１の境界線の間の距離と、前記第２の端部と前記第２の境界線の間の距離は、いずれも前記第１の端部と前記第２の端部の間の距離の３５％であることを特徴とする請求項９記載の磁気センサ。

【請求項12】

前記少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載の磁気センサ。

【請求項13】

前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、前記被検出磁界に応じて磁化が変化する自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置された非磁性層とを有し、
前記磁化固定層、前記非磁性層および前記自由層は、前記第１の方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項１２記載の磁気センサ。

【請求項14】

更に、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に対して前記第１の方向の両側に位置して、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に電流を供給する第１の電極および第２の電極を備え、
前記バイアス磁界発生部は、前記第１の電極と前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１３記載の磁気センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気検出素子と、この磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生部とを備えた磁気センサに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、種々の用途で、動作体の回転動作や直線的動作に関連する物理量を検出する磁気センサシステムが用いられている。一般的に、磁気センサシステムは、スケールと磁気センサとを備え、磁気センサによって、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する信号を生成するようになっている。

【0003】

磁気センサは、被検出磁界を検出する磁気検出素子を含んでいる。特許文献１ないし３には、磁気検出素子として、いわゆるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を用いた磁気センサが記載されている。スピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、被検出磁界に応じて磁化が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子には、非磁性層がトンネルバリア層であるＴＭＲ素子と、非磁性層が非磁性導電層であるＧＭＲ素子とが含まれる。

【0004】

磁気センサには、磁気検出素子に対してバイアス磁界を印加する手段を備えたものがある。バイアス磁界は、例えば、被検出磁界の強度の変化に対して磁気検出素子が線形に応答するようにするために用いられる。また、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いた磁気センサでは、バイアス磁界は、被検出磁界がないときに、自由層を単磁区化し、且つ自由層の磁化の方向を一定の方向に向かせるためにも用いられる。

【0005】

特許文献１および２には、スピンバルブ型のＭＲ素子と、バイアス磁界を発生する永久磁石とを備えた磁気センサが記載されている。

【0006】

特許文献３には、スピンバルブ型のＭＲ素子と、ＭＲ素子の自由層に接して自由層との間で交換結合磁界を生じさせる反強磁性層とを備えた磁気センサが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−２１５１４５号公報

【特許文献2】特開２００８−１５１７５９号公報

【特許文献3】特開２０１２−１８５０４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１および２に記載されているような、バイアス磁界を発生する手段として永久磁石を用いた磁気センサでは、以下のような問題点がある。このような磁気センサは、通常、被検出磁界の強度が永久磁石の保磁力を超えないという条件の下で使用される。しかし、磁気センサは、様々な環境で使用され得るため、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されることが起こり得る。このような外部磁界が一時的に永久磁石に印加されると、永久磁石の磁化の方向が、当初の方向から変化し、外部磁界がなくなっても当初の方向から変化したままになる場合がある。この場合、バイアス磁界の方向が所望の方向から変化してしまう。

【0009】

一方、特許文献３に記載されているように、ＭＲ素子の自由層に接するように反強磁性層を設けた磁気センサでは、以下の第１および第２の問題点がある。第１の問題点は、自由層と反強磁性層が交換結合することによって自由層に磁気異方性が付与され、その結果、自由層の保磁力が増加して、被検出磁界に対するＭＲ素子の応答の線形性が悪化するおそれがあることである。第２の問題点は、反強磁性層を構成する原子、例えばＩｒＭｎ等のＭｎ系反強磁性材料におけるＭｎが、自由層内に拡散して、その結果、ＭＲ素子の磁気抵抗効果率が低下するおそれがあることである。

【0010】

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気検出素子に対して安定したバイアス磁界を印加できるようにした磁気センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の磁気センサは、被検出磁界を検出する少なくとも１つの磁気検出素子と、少なくとも１つの磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生部とを備えている。バイアス磁界発生部は、第１の方向に沿って積層された強磁性層と第１の反強磁性層を含むと共に、第１の方向の両端に位置する第１の端面と第２の端面を有している。強磁性層は、第１の方向の両端に位置する第１の面と第２の面を有している。第１の反強磁性層は、強磁性層の第１の面に接して強磁性層と交換結合している。少なくとも１つの磁気検出素子は、バイアス磁界発生部の第１の端面に相当する仮想の平面を第１の方向に沿って第２の端面とは反対側に移動してできる空間内に少なくとも１つの磁気検出素子の各々の少なくとも一部が含まれるように、配置されている。

【0012】

本発明の磁気センサにおいて、強磁性層は、第１の方向に直交する第２の方向に平行な方向の磁化を有していてもよく、少なくとも１つの磁気検出素子の位置におけるバイアス磁界は、強磁性層の磁化の方向とは反対方向の成分を含んでいてもよい。

【0013】

また、バイアス磁界発生部の第１の端面は、それぞれ面積を有する第１の端部領域と第２の端部領域と中央領域とを含んでいてもよい。第１の端部領域は、第１の端面における第２の方向の一方の端に位置する第１の端部を含んでいる。第２の端部領域は、第１の端面における第２の方向の他方の端に位置する第２の端部を含んでいる。中央領域は、第１の端部領域と第２の端部領域の間に位置して、第２の方向に直交する第１の境界線を介して第１の端部領域に隣接すると共に、第２の方向に直交する第２の境界線を介して第２の端部領域に隣接している。少なくとも１つの磁気検出素子は、中央領域に相当する仮想の平面を第１の方向に沿ってバイアス磁界発生部の第２の端面とは反対側に移動してできる空間内に少なくとも１つの磁気検出素子の全体が含まれるように、配置されていてもよい。第１の端部と第１の境界線の間の距離と、第２の端部と第２の境界線の間の距離は、いずれも第１の端部と第２の端部の間の距離の１０％あるいは３５％であってもよい。

【0014】

また、本発明の磁気センサにおいて、少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子であってもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、被検出磁界に応じて磁化が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有していてもよい。磁化固定層、非磁性層および自由層は、第１の方向に沿って積層されていてもよい。本発明の磁気センサは、更に、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に対して第１の方向の両側に位置して、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子に電流を供給する第１の電極および第２の電極を備えていてもよい。この場合、バイアス磁界発生部は、第１の電極と少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の間に配置されていてもよい。

【0015】

また、本発明の磁気センサにおいて、バイアス磁界発生部は、更に、強磁性層の第２の面に接して強磁性層と交換結合する第２の反強磁性層を含んでいてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明の磁気センサにおけるバイアス磁界発生部では、第１の反強磁性層と強磁性層が交換結合することによって、強磁性層の磁化の方向が規定される。このバイアス磁界発生部では、強磁性層の磁化の方向を反転させるほど大きな強度の外部磁界が一時的に印加されても、そのような外部磁界がなくなれば、強磁性層の磁化の方向は、当初の方向に戻る。従って、本発明の磁気センサによれば、磁気検出素子に対して安定したバイアス磁界を印加することが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの斜視図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの回路図である。

【図4】図２に示した磁気センサの一部を拡大して示す斜視図である。

【図5】図２に示した磁気センサの一部を拡大して示す側面図である。

【図6】図２に示したバイアス磁界発生部の構成の一例を示す側面図である。

【図7】図２に示したＭＲ素子の構成の一例を示す側面図である。

【図8】図２に示した磁気センサにおけるバイアス磁界発生部とＭＲ素子の位置関係を示す平面図である。

【図9】図２に示した磁気センサにおけるバイアス磁界発生部とＭＲ素子の位置関係を示す斜視図である。

【図10】永久磁石の磁化曲線を示す特性図である。

【図11】図６に示したバイアス磁界発生部の磁化曲線を示す特性図である。

【図12】図９に示した基準平面上におけるバイアス磁界の基準成分の強度分布を示す特性図である。

【図13】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの一部を拡大して示す側面図である。

【図14】本発明の第３の実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサシステムの一例について説明する。図１は、本実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。図１に示した磁気センサシステムは、本実施の形態に係る磁気センサ１と、磁気センサ１が検出する被検出磁界を発生する回転スケール５０とを備えている。回転スケール５０は、回転動作をする図示しない動作体に連動し、所定の中心軸Ｃを中心として回転方向Ｄに回転する。これにより、回転スケール５０と磁気センサ１との相対的位置関係は、回転方向Ｄに変化する。磁気センサシステムは、回転スケール５０と磁気センサ１との相対的位置関係に関連する物理量を検出する。具体的には、磁気センサシステムは、上記物理量として、回転スケール５０と連動する上記動作体の回転位置や回転速度等を検出する。

【0019】

図１に示したように、回転スケール５０は、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有する多極着磁磁石である。図１に示した例では、回転スケール５０は、６組のＮ極とＳ極を有している。磁気センサ１は、回転スケール５０の外周面に対向する位置に配置されている。

【0020】

被検出磁界の方向は、回転スケール５０と磁気センサ１の相対的位置関係の変化に応じて周期的に変化する。本実施の形態では、被検出磁界の方向は、回転スケール５０の回転に伴って変化する。図１に示した例では、回転スケール５０が１回転すると、被検出磁界の方向は６回転すなわち６周期変化する。

【0021】

次に、図２および図３を参照して、磁気センサ１について説明する。図２は、磁気センサ１の斜視図である。図３は、磁気センサ１の回路図である。磁気センサ１は、被検出磁界を検出する少なくとも１つの磁気検出素子と、少なくとも１つの磁気検出素子に印加されるバイアス磁界を発生する少なくとも１つのバイアス磁界発生部とを備えている。本実施の形態では、少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）である。本実施の形態では、ＭＲ素子として、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いている。後で詳しく説明するが、スピンバルブ型のＭＲ素子は、磁化固定層と、自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。磁化固定層、非磁性層および自由層は、第１の方向に沿って積層されている。本実施の形態では、第１の方向をＺ方向と定義する。また、Ｚ方向に垂直な２方向であって、互いに直交する２つの方向をＸ方向とＹ方向と定義する。

【0022】

なお、本出願において用いるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、いずれも、図２において双方向の矢印で示したように、特定の一方向とその反対方向とを含むものとして定義される。一方、磁界の方向や磁化の方向は、特定の一方向のみを表すものとして定義される。

【0023】

本実施の形態では特に、磁気センサ１は、少なくとも１つのＭＲ素子として４つのＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを備えている。また、磁気センサ１は、少なくとも１つのバイアス磁界発生部として、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに対応した４つのバイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを備えている。バイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、それぞれ、対応するＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに印加されるバイアス磁界を発生する。以下、任意のＭＲ素子については符号１０を付して表し、任意のバイアス磁界発生部については符号２０を付して表す。

【0024】

磁気センサ１は、更に、図示しない基板と、２つの上部電極３１，３２と、２つの下部電極４１，４２とを備えている。下部電極４１，４２は、図示しない基板の上に配置されている。上部電極３１は、基部３１０と、基部３１０から二又に分岐した枝部３１１，３１２を有している。上部電極３２は、基部３２０と、基部３２０から二又に分岐した枝部３２１，３２２を有している。下部電極４１は、基部４１０と、基部４１０から二又に分岐した枝部４１１，４１２を有している。下部電極４２は、基部４２０と、基部４２０から二又に分岐した枝部４２１，４２２を有している。上部電極３１の枝部３１１は、下部電極４１の枝部４１１に対向している。上部電極３１の枝部３１２は、下部電極４２の枝部４２１に対向している。上部電極３２の枝部３２１は、下部電極４１の枝部４１２に対向している。上部電極３２の枝部３２２は、下部電極４２の枝部４２２に対向している。

【0025】

ＭＲ素子１０Ａは、下部電極４１の枝部４１１の上に配置されている。ＭＲ素子１０Ｂは、下部電極４２の枝部４２１の上に配置されている。ＭＲ素子１０Ｃは、下部電極４２の枝部４２２の上に配置されている。ＭＲ素子１０Ｄは、下部電極４１の枝部４１２の上に配置されている。バイアス磁界発生部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、それぞれ、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの上に配置されている。上部電極３１の枝部３１１は、バイアス磁界発生部２０Ａの上に配置されている。上部電極３１の枝部３１２は、バイアス磁界発生部２０Ｂの上に配置されている。上部電極３２の枝部３２２は、バイアス磁界発生部２０Ｃの上に配置されている。上部電極３２の枝部３２１は、バイアス磁界発生部２０Ｄの上に配置されている。

【0026】

上部電極３１および下部電極４１は、ＭＲ素子１０Ａに対して第１の方向（Ｚ方向）の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ａに電流を供給する。バイアス磁界発生部２０Ａは、上部電極３１とＭＲ素子１０Ａの間に配置されている。

【0027】

上部電極３１および下部電極４２は、ＭＲ素子１０Ｂに対して第１の方向（Ｚ方向）の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ｂに電流を供給する。バイアス磁界発生部２０Ｂは、上部電極３１とＭＲ素子１０Ｂの間に配置されている。

【0028】

上部電極３２および下部電極４２は、ＭＲ素子１０Ｃに対して第１の方向（Ｚ方向）の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ｃに電流を供給する。バイアス磁界発生部２０Ｃは、上部電極３２とＭＲ素子１０Ｃの間に配置されている。

【0029】

上部電極３２および下部電極４１は、ＭＲ素子１０Ｄに対して第１の方向（Ｚ方向）の両側に位置して、ＭＲ素子１０Ｄに電流を供給する。バイアス磁界発生部２０Ｄは、上部電極３２とＭＲ素子１０Ｄの間に配置されている。

【0030】

上部電極３１，３２の各々は、本発明における第１の電極に対応する。下部電極４１，４２の各々は、本発明における第２の電極に対応する。

【0031】

図２に示したように、上部電極３１の基部３１０は、第１の出力ポートＥ１を含んでいる。上部電極３２の基部３２０は、第２の出力ポートＥ２を含んでいる。下部電極４１の基部４１０は、電源ポートＶを含んでいる。下部電極４２の基部４２０は、グランドポートＧを含んでいる。

【0032】

ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｂは、上部電極３１を介して直列に接続されている。ＭＲ素子１０ＣとＭＲ素子１０Ｄは、上部電極３２を介して直列に接続されている。

【0033】

図３に示したように、ＭＲ素子１０Ａの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ａの他端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの一端は、第１の出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子１０Ｂの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ｃの一端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃの他端は、グランドポートＧに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの一端は、電源ポートＶに接続されている。ＭＲ素子１０Ｄの他端は、第２の出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄは、ハーフブリッジ回路を構成している。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、ホイートストンブリッジ回路を構成している。

【0034】

電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧはグランドに接続される。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの各々の抵抗値は、被検出磁界に応じて変化する。ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値は、同じ位相で変化する。ＭＲ素子１０Ｂ，１０Ｄの抵抗値は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｃの抵抗値とは１８０°異なる位相で変化する。第１の出力ポートＥ１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第２の出力ポートＥ２は、ＭＲ素子１０Ｄ，１０Ｃの接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第１および第２の検出信号は、被検出磁界に応じて変化する。第２の検出信号は、第１の検出信号とは位相が１８０°異なる。磁気センサ１の出力信号は、第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含む演算によって生成される。例えば、磁気センサ１の出力信号は、第１の検出信号から第２の検出信号を引いて得られる信号に所定のオフセット電圧を加えることによって生成される。この磁気センサ１の出力信号は、被検出磁界に応じて変化する。

【0035】

次に、図４ないし図６を参照して、バイアス磁界発生部２０について詳しく説明する。図４は、図２に示した磁気センサ１の一部を拡大して示す斜視図である。図５は、図２に示した磁気センサ１の一部を拡大して示す側面図である。図６は、図２に示したバイアス磁界発生部２０の構成の一例を示す側面図である。なお、図４および図５において、符号３０は任意の上部電極（第１の電極）を表し、符号４０は任意の下部電極（第２の電極）を表している。

【0036】

図６に示したように、バイアス磁界発生部２０は、第１の方向（Ｚ方向）の両端に位置する第１の端面２０ａと第２の端面２０ｂを有している。図５に示したように、第１の端面２０ａは、下部電極４０に向き、ＭＲ素子１０に接している。第２の端面２０ｂは、上部電極３０に接している。

【0037】

また、図６に示したように、バイアス磁界発生部２０は、第１の方向に沿って積層された強磁性層２２と第１の反強磁性層２１を含んでいる。強磁性層２２は、第１の方向（Ｚ方向）の両端に位置する第１の面２２ａと第２の面２２ｂを有している。第１の反強磁性層２１は、強磁性層２２の第１の面２２ａに接して強磁性層と交換結合している。図６に示した例では、バイアス磁界発生部２０は、更に、強磁性層２２の第２の面２２ｂに接して強磁性層２２と交換結合する第２の反強磁性層２３を含んでいる。この例では、第１の方向に沿って、第１の反強磁性層２１と強磁性層２２と第２の反強磁性層２３が、この順で積層されている。

【0038】

強磁性層２２は、第１の方向（Ｚ方向）に直交する第２の方向に平行な方向の磁化を有している。本実施の形態では、第２の方向をＹ方向とする。バイアス磁界発生部２０では、第１および第２の反強磁性層２１，２３と強磁性層２２が交換結合することによって、強磁性層２２の磁化の方向が規定される。図５における白抜きの矢印は、強磁性層２２の磁化の方向を表している。強磁性層２２の磁化に基づいて、バイアス磁界発生部２０は、ＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂを含む磁界を発生する。図５における曲線の矢印は、バイアス磁界発生部２０が発生する磁界を表している。ＭＲ素子１０の位置におけるバイアス磁界Ｈｂは、主成分として、第２の方向（Ｙ方向）に平行な成分であって、強磁性層２２の磁化の方向とは反対方向の成分を含んでいる。

【0039】

強磁性層２２は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうちの１つ以上の元素を含む強磁性材料によって形成されている。このような強磁性材料の例としては、ＣｏＦｅや、ＣｏＦｅＢや、ＣｏＮｉＦｅが挙げられる。強磁性層２２は、複数の層の積層体であって、隣接する２つの層が互いに異なる強磁性材料よりなる積層体によって構成されていてもよい。このような強磁性層２２の例としては、Ｃｏ層とＣｏＦｅ層とＣｏ層の積層体や、Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層とＣｏ_３０Ｆｅ_７０層とＣｏ_７０Ｆｅ_３０層の積層体が挙げられる。なお、Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０は、７０原子％のＣｏと３０原子％のＦｅよりなる合金を表し、Ｃｏ_３０Ｆｅ_７０は、３０原子％のＣｏと７０原子％のＦｅよりなる合金を表している。第１および第２の反強磁性層２１，２３は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。強磁性層２２の厚みは、８ｎｍ以上であることが好ましい。強磁性層２２の材料をＣｏＦｅとし、強磁性層２２の厚みを８ｎｍ程度とすると、バイアス磁界発生部２０によって、１０Ｏｅ（１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）程度の強度のバイアス磁界Ｈｂを生成することができる。

【0040】

なお、第２の反強磁性層２３は、バイアス磁界発生部２０の必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。

【0041】

次に、図７を参照して、ＭＲ素子１０の構成の一例について説明する。図７は、ＭＲ素子１０の構成の一例を示す側面図である。ＭＲ素子１０は、少なくとも、方向が固定された磁化を有する磁化固定層１３と、被検出磁界に応じて磁化が変化する自由層１５と、磁化固定層１３と自由層１５の間に配置された非磁性層１４とを有している。

【0042】

図７に示した例では、ＭＲ素子１０は、更に、下地層１１、反強磁性層１２および保護層１６を有している。この例では、下地層１１、反強磁性層１２、磁化固定層１３、非磁性層１４、自由層１５および保護層１６が、下部電極４０側からこの順に、第１の方向（Ｚ方向）に沿って積層されている。下地層１１と保護層１６は、導電性を有している。下地層１１は、図示しない基板の結晶軸の影響を排除し、下地層１１の上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるために用いられる。下地層１１の材料としては、例えばＴａやＲｕが用いられる。反強磁性層１２は、磁化固定層１３との交換結合により、磁化固定層１３における磁化の方向を固定する層である。反強磁性層１２は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。

【0043】

磁化固定層１３では、反強磁性層１２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。図７に示した例では、磁化固定層１３は、反強磁性層１２の上に順に積層されたアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層１３１とインナー層１３３は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅ等の強磁性材料によって形成されている。アウター層１３１は、反強磁性層１２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。アウター層１３１とインナー層１３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。非磁性中間層１３２は、アウター層１３１とインナー層１３３の間に反強磁性交換結合を生じさせ、アウター層１３１の磁化の方向とインナー層１３３の磁化の方向を互いに逆方向に固定する。非磁性中間層１３２は、Ｒｕ等の非磁性材料によって形成されている。磁化固定層１３がアウター層１３１、非磁性中間層１３２およびインナー層１３３を有する場合には、磁化固定層１３の磁化の方向とは、インナー層１３３の磁化の方向を指す。

【0044】

ＭＲ素子１０がＴＭＲ素子である場合には、非磁性層１４はトンネルバリア層である。トンネルバリア層は、例えば、マグネシウム層の一部または全体を酸化させて形成したものであってもよい。ＭＲ素子１０がＧＭＲ素子である場合には、非磁性層１４は非磁性導電層である。自由層１５は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって形成されている。保護層１６は、その下の各層を保護するための層である。保護層１６の材料としては、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔｉ等が用いられる。

【0045】

下地層１１は下部電極４０に接続され、保護層１６はバイアス磁界発生部２０に接続されている。ＭＲ素子１０には、下部電極４０と、バイアス磁界発生部２０に接続された上部電極３０によって、電流が供給されるようになっている。この電流は、ＭＲ素子１０を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子１０を構成する各層の面に対して垂直な方向である第１の方向（Ｚ方向）に流れる。

【0046】

ＭＲ素子１０では、自由層１５に印加される磁界に応じて、自由層１５の磁化が変化する。より詳しく説明すると、自由層１５に印加される磁界の方向および大きさに応じて、自由層１５の磁化の方向および大きさが変化する。ＭＲ素子１０の抵抗値は、自由層１５の磁化の方向および大きさによって変化する。例えば、自由層１５の磁化の大きさが一定の場合には、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向と同じであるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最小値となり、自由層１５の磁化の方向が磁化固定層１３の磁化の方向とは反対方向であるときに、ＭＲ素子１０の抵抗値は最大値となる。

【0047】

次に、図２を参照して、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの磁化固定層１３の磁化の方向について説明する。図２において、符号１０ＡＰ，１０ＢＰ，１０ＣＰ，１０ＤＰを付した矢印は、それぞれ、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにおける磁化固定層の磁化の方向を表している。図２に示したように、ＭＲ素子１０Ａにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＡＰは、Ｘ方向に平行な第３の方向（図２では左側に向かう方向）であり、ＭＲ素子１０Ｂにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＢＰは、第３の方向とは反対側の第４の方向（図２では右側に向かう方向）である。この場合、第３および第４の方向に平行な方向すなわちＸ方向についての被検出磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位が変化する。第１の出力ポートＥ１は、ＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂの接続点の電位に対応した第１の検出信号を出力する。第１の検出信号は、Ｘ方向についての被検出磁界の成分の強度を表している。

【0048】

また、図２に示したように、ＭＲ素子１０Ｃにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＣＰは、上記第３の方向であり、ＭＲ素子１０Ｄにおける磁化固定層１３の磁化の方向１０ＤＰは、上記第４の方向である。この場合、第３および第４の方向に平行な方向すなわちＸ方向についての被検出磁界の成分の強度に応じて、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄの接続点の電位が変化する。第２の出力ポートＥ２は、ＭＲ素子１０Ｃ，１０Ｄの接続点の電位に対応した第２の検出信号を出力する。第２の検出信号は、Ｘ方向についての被検出磁界の成分の強度を表している。

【0049】

ＭＲ素子１０ＡとＭＲ素子１０Ｄでは、それらに含まれる磁化固定層１３の磁化の方向が互いに反対方向である。また、ＭＲ素子１０ＢとＭＲ素子１０Ｃでは、それらに含まれる磁化固定層１３の磁化の方向が互いに反対方向である。そのため、第１の検出信号に対する第２の検出信号の位相差は１８０°になる。

【0050】

なお、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄにおける磁化固定層１３の磁化の方向は、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄの作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。

【0051】

次に、図２を参照して、バイアス磁界発生部２０Ａ〜２０Ｄが発生するバイアス磁界Ｈｂについて説明する。図２において記号Ｈｂを付した矢印は、その矢印に最も近い位置にあるＭＲ素子１０の位置におけるバイアス磁界Ｈｂの方向を表している。図２に示したように、バイアス磁界Ｈｂは、ＭＲ素子１０Ａ〜１０Ｄの位置において、Ｙ方向（第２の方向）に平行な方向（図２では右上側に向かう方向）の成分を含んでいる。バイアス磁界Ｈｂは、磁化固定層１３の磁化の方向に平行な方向（Ｘ方向）についての被検出磁界の成分の強度が０になるときに、自由層１５を単磁区化し、且つ自由層１５の磁化の方向を一定の方向に向かせるために用いられる。

【0052】

図１に示した磁気センサシステムにおいて、磁気センサ１は、Ｚ方向が、磁気センサ１が配置された位置と中心軸Ｃとを結ぶ直線に対して平行またはほぼ平行になり、Ｘ方向が、中心軸Ｃに垂直な仮想の平面に対して平行またはほぼ平行になる姿勢で、回転スケール５０の外周面に対向する位置に配置されている。この場合、ＭＲ素子１０の位置におけるバイアス磁界Ｈｂの主成分の方向（Ｙ方向）は、図１に示した中心軸Ｃに対して平行またはほぼ平行になる。

【0053】

次に、図２、図５、図８および図９を参照して、磁気検出素子（ＭＲ素子１０）とバイアス磁界発生部２０の位置関係について説明する。図８は、図２に示した磁気センサ１におけるバイアス磁界発生部２０とＭＲ素子１０の位置関係を示す平面図である。図９は、図２に示した磁気センサ１におけるバイアス磁界発生部２０とＭＲ素子１０の位置関係を示す斜視図である。まず、図５および図９に示したように、バイアス磁界発生部２０の第１の端面２０ａに相当する仮想の平面を第１の方向（Ｚ方向）に沿って第２の端面２０ｂとは反対側に移動してできる空間を、空間Ｓと定義する。少なくとも１つの磁気検出素子は、空間Ｓ内に少なくとも１つの磁気検出素子の各々の少なくとも一部が含まれるように配置される。本実施の形態では特に、少なくとも１つの磁気検出素子としての１つのＭＲ素子１０が、その全体が空間Ｓ内に含まれるように配置されている。

【0054】

図８および図９に示したように、バイアス磁界発生部２０の第１の端面２０ａは、それぞれ面積を有する第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２と中央領域Ｒ３とを含んでいる。第１の端部領域Ｒ１は、第１の端面２０ａにおける第２の方向（Ｙ方向）の一方の端に位置する第１の端部２０ａ１を含んでいる。第２の端部領域Ｒ２は、第１の端面２０ａにおける第２の方向（Ｙ方向）の他方の端に位置する第２の端部２０ａ２を含んでいる。中央領域Ｒ３は、第１の端部領域Ｒ１と第２の端部領域Ｒ２の間に位置して、第２の方向に直交する第１の境界線Ｌ１を介して第１の端部領域Ｒ１に隣接すると共に、第２の方向に直交する第２の境界線Ｌ２を介して第２の端部領域Ｒ２に隣接している。図８では、第１および第２の境界線Ｌ１，Ｌ２を一点鎖線で示している。

【0055】

ここで、図９に示したように、第１の端部領域Ｒ１、第２の端部領域Ｒ２、中央領域Ｒ３に相当する３つの仮想の平面を第１の方向（Ｚ方向）に沿ってバイアス磁界発生部２０の第２の端面２０ｂとは反対側に移動してできる空間を、それぞれ、第１の端部空間Ｒ１Ｓ、第２の端部空間Ｒ２Ｓ、中央空間Ｒ３Ｓと定義する。少なくとも１つの磁気検出素子としての１つのＭＲ素子１０は、その全体が中央空間Ｒ３Ｓ内に含まれるように配置されていることが好ましい。以下、このようにＭＲ素子１０が配置されている場合について説明する。

【0056】

図８に示したように、第１の端部２０ａ１と第１の境界線Ｌ１の間の距離を記号Ｄ１で表し、第２の端部２０ａ２と第２の境界線Ｌ２の間の距離を記号Ｄ２で表し、第１の端部２０ａ１と第２の端部２０ａ２の間の距離をＤ３で表す。距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも距離Ｄ３の１０％であることが好ましく、距離Ｄ３の３５％であることがより好ましい。その理由については、後で詳しく説明する。

【0057】

図２、図４、図５、図８および図９には、１つのバイアス磁界発生部２０によって規定される空間Ｓ内あるいは中央空間Ｒ３Ｓ内に１つのＭＲ素子１０のみが配置されている例を示している。しかし、後で第２の実施の形態で説明するように、１つのバイアス磁界発生部２０によって規定される空間Ｓ内あるいは中央空間Ｒ３Ｓ内に複数のＭＲ素子１０が配置されていてもよい。

【0058】

次に、本実施の形態に係る磁気センサ１および磁気センサシステムの作用および効果について説明する。本実施の形態では、バイアス磁界発生部２０は、強磁性層２２と第１の反強磁性層２１を含み、第１の反強磁性層２１は、強磁性層２２と交換結合している。これにより、強磁性層２２の磁化の方向が規定される。バイアス磁界発生部２０は、強磁性層２２の磁化に基づいて、ＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂを発生する。

【0059】

ここで、バイアス磁界を発生する手段としてバイアス磁界発生部２０の代わりに永久磁石を用いた比較例の磁気センサと比較しながら、本実施の形態に係る磁気センサ１の効果について説明する。まず、図１０と図１１を参照して、永久磁石の磁化曲線とバイアス磁界発生部２０の磁化曲線とを比較する。図１０は、永久磁石の磁化曲線を示す特性図である。図１１は、バイアス磁界発生部２０の磁化曲線を示す特性図である。図１０および図１１において、横軸は磁界を示し、縦軸は磁化を示している。磁界と磁化のいずれに関しても、所定の方向についての大きさを正の値で表し、所定の方向とは反対方向についての大きさを負の値で表す。また、磁化曲線中の矢印は、磁界の変化の方向を表している。また、符号ＨＳで示した磁界の範囲は、被検出磁界の範囲を表している。

【0060】

比較例の磁気センサは、被検出磁界の強度が永久磁石の保磁力を超えないという条件の下で使用される。しかし、磁気センサは、様々な環境で使用され得るため、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されることが起こり得る。永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、永久磁石の磁化の方向が、当初の方向から変化し、外部磁界がなくなっても当初の方向から変化したままになる場合がある。例えば、図１０に示したように、被検出磁界の範囲ＨＳを超える正の値の外部磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外部磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は正の方向に固定される。一方、被検出磁界の範囲ＨＳを超える負の値の外部磁界が一時的に永久磁石に印加された場合には、外部磁界がなくなった後で、永久磁石の磁化の方向は負の方向に固定される。このようなことから、比較例の磁気センサでは、永久磁石の保磁力を超える強度の外部磁界が、一時的に永久磁石に印加されると、バイアス磁界の方向が所望の方向から変化してしまう場合がある。

【0061】

これに対し、本実施の形態におけるバイアス磁界発生部２０では、図１１から理解されるように、強磁性層２２の磁化の方向を反転させるほど大きな強度の外部磁界が一時的に印加されても、そのような外部磁界がなくなれば、強磁性層２２の磁化の方向は、当初の方向に戻る。従って、本実施の形態によれば、ＭＲ素子１０に対して安定したバイアス磁界Ｈｂを印加することが可能になる。この効果は、バイアス磁界発生部２０が第２の反強磁性層２３を含むことによって増強される。

【0062】

また、本実施の形態では、少なくとも１つのＭＲ素子１０は、バイアス磁界発生部２０の第１の端面２０ａに相当する仮想の平面を第１の方向（Ｚ方向）に沿って第２の端面２０ｂとは反対側に移動してできる空間Ｓ（図５および図９参照）内に少なくとも１つのＭＲ素子１０の各々の少なくとも一部が含まれるように配置されている。すなわち、本実施の形態では、バイアス磁界発生部２０の強磁性層２２および第１の反強磁性層２１と、ＭＲ素子１０が第１の方向（Ｚ方向）に沿って並ぶ。また、本実施の形態では、上部電極３０および下部電極４０が少なくとも１つのＭＲ素子１０に対して第１の方向（Ｚ方向）の両側に位置し、バイアス磁界発生部２０は、上部電極３０と少なくとも１つのＭＲ素子１０の間に配置されている。これらのことから、本実施の形態によれば、バイアス磁界発生部２０、ＭＲ素子１０、上部電極３０および下部電極４０を含む積層体を、少ない工程で容易に作成することができる。

【0063】

なお、本実施の形態では、ＭＲ素子１０の自由層１５とバイアス磁界発生部２０の第１の反強磁性層２１との間には、ＭＲ素子１０の保護層１６が介在している。従って、本実施の形態では、反強磁性層が自由層１５に接することはない。そのため、本実施の形態では、反強磁性層が自由層１５に接することによる問題は発生しない。

【0064】

また、本実施の形態では、図９に示したように、少なくとも１つのＭＲ素子１０は、中央空間Ｒ３Ｓ内に少なくとも１つのＭＲ素子１０の全体が含まれるように配置されている。これにより、本実施の形態によれば、ＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することができ、且つバイアス磁界発生部２０とＭＲ素子１０の相対的な位置関係の変動に対するバイアス磁界Ｈｂの変動を抑えることができる。以下、この効果について詳しく説明する。

【0065】

始めに、図９に示したように、ＭＲ素子１０の自由層１５と交差しバイアス磁界発生部２０の第１の端面２０ａに平行な仮想の平面を基準平面ＲＰと定義する。また、基準平面ＲＰにおいて、第１の端部空間Ｒ１Ｓ、第２の端部空間Ｒ２Ｓ、中央空間Ｒ３Ｓと交差する領域を、それぞれ、第１の投影端部領域Ｒ１Ｐ、第２の投影端部領域Ｒ２Ｐ、投影中央領域Ｒ３Ｐと定義する。また、基準平面ＲＰ上において、強磁性層２２の磁化の方向と反対方向のバイアス磁界Ｈｂの成分を、基準成分と定義する。基準成分は、ＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂの主成分である。

【0066】

図１２は、基準平面ＲＰ上におけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度を示す特性図である。図１２において、横軸は、基準平面ＲＰ上において、投影中央領域Ｒ３ＰのＸ方向およびＹ方向の中心を通り、Ｙ方向に平行な直線上の位置を示している。図１２の横軸では、投影中央領域Ｒ３ＰのＸ方向およびＹ方向の中心（以下、中心位置と言う。）を０μｍとし、中心位置に対して第１の端部２０ａ１（図８および図９参照）側の位置を負の値で表し、中心位置に対して第２の端部２０ａ２（図８および図９参照）側の位置を正の値で表している。縦軸は、上記基準平面ＲＰ上におけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度を示している。なお、図１２では、上記中心位置におけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度が１００％になるように規格化している。

【0067】

また、図１２では、図８に示した第１の端部２０ａ１と第２の端部２０ａ２の間の距離Ｄ３を１０μｍとしている。図１２において、基準成分の強度の２つのピークの位置（±５μｍの位置）は、第１の端部２０ａ１と第２の端部２０ａ２に相当する２つの仮想の直線を第１の方向（Ｚ方向）に沿ってバイアス磁界発生部２０の第２の端面２０ｂとは反対側に移動したときに、この２つの仮想の直線が基準平面ＲＰと交差する位置を表している。また、図１２において、記号Ｌ１１，Ｌ１２を付した直線の位置は、いずれも、図８に示した第１の端部領域Ｒ１と中央領域Ｒ３の間に位置する第１の境界線Ｌ１に相当する仮想の直線を第１の方向（Ｚ方向）に沿ってバイアス磁界発生部２０の第２の端面２０ｂとは反対側に移動したときに、この仮想の直線が基準平面ＲＰと交差する位置を表している。直線Ｌ１１の位置は、図８に示した第１の端部２０ａ１と第１の境界線Ｌ１の間の距離Ｄ１を、距離Ｄ３の１０％とした場合の位置を表している。直線Ｌ１２の位置は、距離Ｄ１を距離Ｄ３の３５％とした場合の位置を表している。

【0068】

同様に、記号Ｌ２１，Ｌ２２を付した直線の位置は、いずれも、図８に示した第２の端部領域Ｒ２と中央領域Ｒ３の間に位置する第２の境界線Ｌ２に相当する仮想の直線を第１の方向（Ｚ方向）に沿ってバイアス磁界発生部２０の第２の端面２０ｂとは反対側に移動したときに、この仮想の直線が基準平面ＲＰと交差する位置を表している。直線Ｌ２１の位置は、図８に示した第２の端部２０ａ２と第２の境界線Ｌ２の間の距離Ｄ２を、距離Ｄ３の１０％とした場合の位置を表している。直線Ｌ２２の位置は、距離Ｄ２を距離Ｄ３の３５％とした場合の位置を表している。

【0069】

直線Ｌ１１と直線Ｌ２１の間における基準成分の強度分布は、距離Ｄ１，Ｄ２をいずれも距離Ｄ３の１０％としたときの投影中央領域Ｒ３Ｐにおける基準成分の強度分布を表している。直線Ｌ１２と直線Ｌ２２の間における基準成分の強度分布は、距離Ｄ１，Ｄ２をいずれも距離Ｄ３の３５％としたときの投影中央領域Ｒ３Ｐにおける基準成分の強度を表している。直線Ｌ１１または直線Ｌ１２と−５μｍの位置との間における基準成分の強度分布は、第１の投影端部領域Ｒ１Ｐにおける基準成分の強度を表している。直線Ｌ２１または直線Ｌ２２と５μｍの位置との間における基準成分の強度分布は、第２の投影端部領域Ｒ２Ｐにおける基準成分の強度を表している。

【0070】

図１２に示したように、投影中央領域Ｒ３Ｐでは、第１および第２の投影端部領域Ｒ１Ｐ，Ｒ２Ｐに比べて、第２の方向（Ｙ方向）についての位置の変化に対する基準成分の強度の変化の勾配が小さい。そのため、ＭＲ素子１０の少なくとも一部が中央空間Ｒ３Ｓ外に位置するようにＭＲ素子１０を配置した場合に比べて、中央空間Ｒ３Ｓ内にＭＲ素子１０の全体が含まれるようにＭＲ素子１０を配置した方が、ＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することができ、且つバイアス磁界発生部２０とＭＲ素子１０の相対的な位置関係の変動に対するバイアス磁界Ｈｂの変動を抑えることができる。

【0071】

図１２から、距離Ｄ１，Ｄ２をいずれも距離Ｄ３の１０％とした場合、投影中央領域Ｒ３Ｐでは、バイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度が、前述の中心位置における基準成分の強度の１００％〜３００％の範囲内に収まる。また、距離Ｄ１，Ｄ２をいずれも距離Ｄ３の３５％とした場合、投影中央領域Ｒ３Ｐでは、バイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度が、前述の中心位置における基準成分の強度の１００％〜１２０％の範囲内に収まる。ＭＲ素子１０が配置される中央空間Ｒ３Ｓにおけるバイアス磁界Ｈｂの基準成分の強度の変動を小さくする観点から、距離Ｄ１，Ｄ２は、いずれも距離Ｄ３の１０％であることが好ましく、距離Ｄ３の３５％であることがより好ましい。

【0072】

［第２の実施の形態］
次に、図１３を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１３は、本実施の形態に係る磁気センサの一部を拡大して示す側面図である。本実施の形態に係る磁気センサ１は、８つのＭＲ素子１０と、４つのバイアス磁界発生部２０と、図示しない基板と、２つの上部電極（第１の電極）３０と、２つの下部電極（第２の電極）４０とを備えている。本実施の形態では、第１の実施の形態で説明したＭＲ素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのそれぞれの位置に、上部電極３０および下部電極４０によって並列接続された２つのＭＲ素子１０が配置されている。

【0073】

本実施の形態では、並列接続された２つのＭＲ素子１０は、対応するバイアス磁界発生部２０によって規定される空間Ｓ内に２つのＭＲ素子１０の各々の少なくとも一部が含まれるように配置されている。この２つのＭＲ素子１０における磁化固定層１３の磁化の方向は同一である。この２つのＭＲ素子１０は、第１の実施の形態で説明した中央空間Ｒ３Ｓ内に２つのＭＲ素子１０の全体が含まれるように配置されていることが好ましい。この場合には、２つのＭＲ素子１０に対して均一性の高いバイアス磁界Ｈｂを印加することができると共に、２つのＭＲ素子１０に印加されるバイアス磁界Ｈｂの強度差を小さくすることができる。

【0074】

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【0075】

［第３の実施の形態］
次に、図１４を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１４は、本実施の形態における磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態における磁気センサシステムは、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態における磁気センサシステムは、回転スケール５０の代わりにリニアスケール１５０を備えている。リニアスケール１５０は、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有している。リニアスケール１５０は、Ｎ極とＳ極とが並ぶ方向に平行な側面を有している。磁気センサ１は、リニアスケール１５０の側面に対向する位置に配置されている。

【0076】

リニアスケール１５０と磁気センサ１の一方は、図示しない動作体に連動して、所定の方向Ｄに直線的に移動する。これにより、磁気センサ１に対するリニアスケール１５０の相対的位置が方向Ｄに変化する。方向Ｄは、リニアスケール１５０のＮ極とＳ極が並ぶ方向である。磁気センサシステムは、リニアスケール１５０と磁気センサ１との相対的位置関係に関連する物理量として、例えば、リニアスケール１５０と磁気センサ１の一方に連動する上記動作体の位置や速度を検出する。

【0077】

本実施の形態では、被検出磁界は、リニアスケール１５０によって発生され、且つ被検出磁界の方向は、磁気センサ１に対するリニアスケール１５０の相対的位置の変化に伴って変化する。

【0078】

磁気センサ１の構成は、第１の実施の形態と同じ構成であってもよいし、第２の実施の形態と同じ構成であってもよい。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第２の実施の形態と同様である。

【0079】

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、請求の範囲の要件を満たす限り、バイアス磁界発生部２０の形状および配置、ならびにＭＲ素子１０の数、形状および配置は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。

【0080】

また、ＭＲ素子１０は、下から、下地層１１、自由層１５、非磁性層１４、磁化固定層１３、反強磁性層１２および保護層１６の順に積層されて構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0081】

１…磁気センサ、１０…ＭＲ素子、１３…磁化固定層、１４…非磁性層、１５…自由層、２０…バイアス磁界発生部、２０ａ…第１の端面、２０ｂ…第２の端面、２１…第１の反強磁性層、２２…強磁性層、２３…第２の反強磁性層、３０，３１，３２…第１の電極、４０，４１，４２…第２の電極、５０…回転スケール、１５０…リニアスケール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】