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特許7022765磁界印加バイアス膜ならびにこれを用いた磁気検出素子および磁気検出装置
(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】
(24)【登録日】2022-02-09
(45)【発行日】2022-02-18
(54)【発明の名称】磁界印加バイアス膜ならびにこれを用いた磁気検出素子および磁気検出装置
(51)【国際特許分類】
H01L 43/10 20060101AFI20220210BHJP
G01R 33/09 20060101ALI20220210BHJP
H01F 10/30 20060101ALI20220210BHJP
H01F 10/32 20060101ALI20220210BHJP
H01L 29/82 20060101ALI20220210BHJP
H01L 43/08 20060101ALI20220210BHJP
【ＦＩ】
H01L43/10
G01R33/09
H01F10/30
H01F10/32
H01L29/82 Z
H01L43/08 B
H01L43/08 Z
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2019561581
(86)(22)【出願日】2018-12-19
(86)【国際出願番号】 JP2018046840
(87)【国際公開番号】W WO2019131392
(87)【国際公開日】2019-07-04
【審査請求日】2020-03-02
(31)【優先権主張番号】P 2017249081
(32)【優先日】2017-12-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000010098
【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100135183
【弁理士】
【氏名又は名称】大窪 克之
(74)【代理人】
【識別番号】100085453
【弁理士】
【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫
(74)【代理人】
【識別番号】100108006
【弁理士】
【氏名又は名称】松下 昌弘
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 正路
【審査官】加藤 俊哉
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－３４６３０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３３８６４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１５１４４８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ４３／１０
Ｈ０１Ｌ ４３／０８
Ｇ０１Ｒ ３３／０９
Ｈ０１Ｆ １０／３０
Ｈ０１Ｆ １０／３２
Ｈ０１Ｌ ２９／８２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、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、前記永久磁石層に相対的に近位な第１領域と、前記永久磁石層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、
前記交換結合膜において、交換結合磁界の強さが室温時の１／２になる温度が４１０℃以上であることを特徴とする磁界印加バイアス膜。
【請求項2】
前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層と、前記ＰｔＣｒ層よりも前記永久磁石層に近位なＸ０Ｍｎ層（ただし、Ｘ０は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とが積層されてなる、請求項１に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項3】
前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記永久磁石層に近位になるように積層されてなる、請求項１に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項4】
永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、
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、前記永久磁石層に相対的に近位な第１領域と、前記永久磁石層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、
前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層と、前記ＰｔＣｒ層よりも前記永久磁石層に近位で前記永久磁石層に接するように積層されたＸ0Ｍｎ層（ただし、Ｘ0は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）との２層からなることを特徴とする磁界印加バイアス膜。
【請求項5】
前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層との２層からなり、前記ＰｔＭｎ層が前記永久磁石層に接するように積層されてなる、請求項４に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項6】
永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、
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、前記永久磁石層に相対的に近位な第１領域と、前記永久磁石層から相対的に遠位な第２領域とを有し、
前記第１領域におけるＭｎの含有量は、前記第２領域におけるＭｎの含有量よりも高く、
前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記永久磁石層に近位になるように積層されてなり、
前記ＰｔＭｎ層よりも前記永久磁石層に近位にさらにＩｒＭｎ層が積層されたことを特徴とする磁界印加バイアス膜。
【請求項7】
前記第１領域が前記永久磁石層に接している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項8】
前記第１領域は、Ｍｎの含有量のＣｒの含有量に対する比であるＭｎ／Ｃｒ比が０．３以上の部分を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項9】
前記第１領域は、前記Ｍｎ／Ｃｒ比が１以上である部分を有する、請求項８に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項10】
永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、前記反強磁性層は、Ｘ1Ｃｒ層（ただし、Ｘ1は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ2Ｍｎ層（ただし、Ｘ2は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ1と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有し、
前記交換結合膜において、交換結合磁界の強さが室温時の１／２になる温度が４１０℃以上であることを特徴とする磁界印加バイアス膜。
【請求項11】
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１０に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項12】
永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、
前記反強磁性層は、Ｘ 1 Ｃｒ層（ただし、Ｘ 1 は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ 2 Ｍｎ層（ただし、Ｘ 2 は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ 1 と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有し、
前記反強磁性層は、Ｘ 1 Ｃｒ層とＸ 2 Ｍｎ層とからなるユニットが複数積層されたユニット積層部を有することを特徴とする磁界印加バイアス膜。
【請求項13】
前記ユニット積層部における、前記Ｘ
1
Ｃｒ層および前記Ｘ
2
Ｍｎ層は、それぞれ同じ膜厚である、請求項１１または請求項１２に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項14】
前記Ｘ
2
Ｍｎ層の膜厚よりも大きい膜厚を有する前記Ｘ
1
Ｃｒ層を備える、請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項15】
永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、
前記反強磁性層は、Ｘ 1 Ｃｒ層（ただし、Ｘ 1 は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素）とＸ 2 Ｍｎ層（ただし、Ｘ 2 は白金族元素およびＮｉからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素であって、Ｘ 1 と同じでも異なっていてもよい）とが交互に積層された三層以上の交互積層構造を有し、
前記Ｘ 2 Ｍｎ層の膜厚よりも大きい膜厚を有する前記Ｘ 1 Ｃｒ層を備えることを特徴とする磁界印加バイアス膜。
【請求項16】
前記Ｘ1Ｃｒ層の膜厚と前記Ｘ2Ｍｎ層の膜厚との比が、５：１～１００：１である、請求項１４または請求項１５に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項17】
前記Ｘ1がＰｔであり、前記Ｘ2がＰｔまたはＩｒである、請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載の磁界印加バイアス膜。
【請求項18】
固定磁性層およびフリー磁性層を含む磁気抵抗効果膜を有する磁気検出部と、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の磁界印加バイアス膜とを備える磁気検出素子であって、前記磁界印加バイアス膜は、前記フリー磁性層に外部磁場が印加されていない状態での前記フリー磁性層の磁化の向きを揃えるように、前記磁気検出部の周囲に配置される、磁気検出素子。
【請求項19】
請求項１８に記載の磁気検出素子を備えていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項20】
同一基板上に請求項１８に記載の磁気検出素子を複数備えており、複数の前記磁気検出素子には、前記固定磁性層の固定磁化方向が異なるものが含まれる請求項１９に記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は磁界印加バイアス膜ならびにこれを用いた磁気検出素子および磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
固定磁性層およびフリー磁性層を含む磁気抵抗効果膜を有する磁気検出部を備える磁気検出素子を用いた磁気検出装置（磁気センサ）は、外部磁場が印加されていない状態においてフリー磁性層の磁化の向きが揃っていることが、測定精度を高める観点から好ましい。このため、外部磁場が印加されていない状態においてフリー磁性層の磁化の向きを揃えることを目的として、磁気検出素子は、磁気検出部の周囲に永久磁石層を備えるハードバイアス膜が配置される場合がある（特許文献１、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００５－１８３６１４号公報
【文献】特開２０１６－１３０６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ハードバイアス膜は、硬磁性材料からなる永久磁石層を着磁することにより任意の方向に磁化した状態を維持できるため、フリー磁性層の磁化の向きを容易に揃えることができる。すなわち、ハードバイアス膜はフリー磁性層の磁化の向きを揃える機能（バイアス機能）を容易に実現しうる。しかしながら、外部磁場の強度が特に高く、永久磁石層の保磁力Ｈｃを超えた磁界が印加されると、印加された磁界の向きに着磁してしまい、ハードバイアス膜はバイアス機能を喪失してしまう。近時、磁気検出装置は大出力モータなど強磁場発生源の近傍に配置される場合があるため、ハードバイアス膜として機能しうる磁界印加バイアス膜には、強磁場が印加される環境であってもバイアス機能を維持できること、すなわち、強磁場耐性に有することが求められている。
【0005】
本発明は、強磁場耐性を有する磁界印加バイアス膜、ならびにこれを用いた磁気検出素子および磁気検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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、永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、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、前記永久磁石層に相対的に近位な第１領域と、前記永久磁石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磁界印加バイアス膜である。
【0007】
図１は、本発明に係る磁界印加バイアス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、永久磁石層からなるハードバイアス膜のＭ－Ｈ曲線（磁化曲線）が作るヒステリシスループは、図１の破線で示される曲線のように、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。そして、ヒステリシスループのＨ軸切片が保磁力Ｈｃ０となる。この保磁力Ｈｃ０が大きいほど、ハードバイアス膜のバイアス機能が高いことになる。
【0008】
本発明に係る磁界印加バイアス膜のヒステリシスループは、図１の実線に示されるように、永久磁石層に反強磁性層が積層された構造を有するため、永久磁石層に対して交換結合磁界Ｈｅｘが作用する。このため、ヒステリシスループは交換結合磁界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。それゆえ、外部磁場が印加されていない状態であっても強い残留磁化Ｍ０が生じ、優れたバイアス機能を発揮することができる。
【0009】
また、永久磁石層に反強磁性層が積層された構造を有することにより、磁界印加バイアス膜の保磁力Ｈｃは、永久磁石層単独の保磁力Ｈｃ０よりも大きくなる。このため、強磁場環境に置かれても、永久磁石層が所定の方向以外に着磁して磁界印加バイアス膜がバイアス機能を喪失してしまう可能性が低減されている。すなわち、本発明に係る磁界印加バイアス膜は、強磁場耐性を有する。
【0010】
上記の磁界印加バイアス膜において、前記第１領域が前記強磁性層に接していてもよい。
【0011】
上記の磁界印加バイアス膜において、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。
【0012】
上記の磁界印加バイアス膜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層よりも前記永久磁石層に近位な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。
【0013】
上記の磁界印加バイアス膜の具体例として、前記反強磁性層は、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とがこの順番で前記ＰｔＭｎ層が前記強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層よりも前記強磁性層に近位にさらにＩｒＭｎ層が積層されてもよい。この構成において上記のＸ０Ｍｎ層はＰｔＭｎ層とＩｒＭｎ層とからなる。
【0014】
本発明は、他の一態様として、永久磁石層と前記永久磁石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た磁界印加バイアス膜であって、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磁界印加バイアス膜を提供する。
【0015】
上記の印加バイアス膜において、前記Ｘ１がＰｔであり、前記Ｘ２がＰｔまたはＩｒであってもよい。
【0016】
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。この場合において、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。
【0017】
本発明は、別の一態様として、固定磁性層およびフリー磁性層を含む磁気抵抗効果膜を有する磁気検出部と、上記の磁界印加バイアス膜とを備える磁気検出素子であって、前記磁界印加バイアス膜は、前記フリー磁性層に外部磁場が印加されていない状態での前記フリー磁性層の磁化の向きを揃えるように、前記磁気検出部の周囲に配置される、磁気検出素子を提供する。
【0018】
本発明は、また別の一態様として、上記の磁気検出素子を備えていることを特徴とする磁気検出装置を提供する。かかる磁気検出装置は、上記の磁気検出素子を同一基板上に複数備えており、複数の前記磁気検出素子には、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。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、強磁場耐性に優れる磁界印加バイアス膜が提供される。したがって、本発明の磁界印加バイアス膜を用いれば、強磁場環境に置かれても安定な磁気検出装置とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明に係る磁界印加バイアス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。
【図2】本発明の第１の実施形態に係る磁気検出素子の構成を示す説明図であって、（ａ）Ｚ１－Ｚ２方向からみた図、および（ｂ）Ｙ１－Ｙ２方向からみた図である。
【図3】デプスプロファイルの一例である。
【図6】本発明の第１の実施形態の変形例に係る磁気検出素子の構成を示す説明図である。
【図7】本発明の第２の実施形態に係る磁気検出素子の構成を示す説明図であって、（ａ）Ｚ１－Ｚ２方向からみた図、および（ｂ）Ｙ１－Ｙ２方向からみた図である。
【図8】本発明の第２の実施形態の変形例に係る磁気検出素子の構成を示す説明図であって、（ａ）Ｚ１－Ｚ２方向からみた図、および（ｂ）Ｙ１－Ｙ２方向からみた図である。
【図9】本発明の第１の実施形態に係る磁気センサ３０の回路ブロック図である。
【図10】磁気センサ３０に使用される磁気検出素子１１を示す平面図である。
【図11】本発明の第２の実施形態に係る磁気センサ３１の回路ブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
＜第１の実施形態に係る磁気検出素子＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係る磁気検出素子の構造を概念的に示す説明図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る磁気検出素子の構造を概念的に示す説明図である。
【0022】
本実施形態に係る磁気検出素子１１は、図１のＹ１－Ｙ２方向に沿った感度軸を有する磁気抵抗効果膜を備える磁気検出部１３と、磁気検出部１３に対してその周囲、具体的には、磁気検出部１３の感度軸に直交するＸ１－Ｘ２方向Ｘ２側に位置する磁界印加バイアス膜１２Ａと、磁気検出部１３に対してＸ１－Ｘ２方向Ｘ１側に位置する磁界印加バイアス膜１２Ｂとを有する。磁気抵抗効果膜は固定磁性層とフリー磁性層とを有する限り、その種類は限定されない。磁気抵抗効果膜は、巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）であってもよいし、トンネル磁気抵抗効果膜（ＴＭＲ膜）であってもよい。他の実施形態においても同様である。
【0023】
磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂは、Ｚ１－Ｚ２方向Ｚ１側からＺ１－Ｚ２方向Ｚ２側に向けて、下地層１、シード層２、永久磁石層３、反強磁性層４および保護層５が積層された構造を有する。永久磁石層３と反強磁性層４とが交換結合膜１０を構成する。
【0024】
永久磁石層３は、いわゆる硬磁性材料から構成されていればよく、８０ＣｏＰｔ（Ｃｏ８０ａｔ％Ｐｔ２０ａｔ％）などが例示される。永久磁石層３は保磁力Ｈｃが軟磁性材料よりも高く、保磁力Ｈｃを超える外部磁場が印加されると着磁して、外部磁場の印加が終了しても、所定の強さの残留磁化Ｍ０を生じる。この残留磁化Ｍ０が磁気抵抗効果膜のフリー磁性層に作用して、フリー磁性層の磁化の向きを揃えることができる。永久磁石層３は、反強磁性層４と交換結合することにより、交換結合磁界Ｈｅｘが生じるのみならず、永久磁石層３の保磁力Ｈｃが、永久磁石層３を構成する材料の層の単独での保磁力Ｈｃ０よりも高くなる。したがって、永久磁石層３は、外部磁場が強い環境下にあってもその磁場によって着磁されにくい。したがって、本実施形態に係る磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂは強磁場耐性に優れる。
【0025】
本実施形態に係る磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂの反強磁性層４は、永久磁石層３に近位な側からＰｔＭｎ層４ＡおよびＰｔＣｒ層４Ｂが積層されてなる。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。なお、磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２ＢのＰｔＭｎ層４Ａなど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（ＰｔＭｎ層４Ａ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。
【0026】
反強磁性層４は、成膜後、アニール処理されることにより規則化し、永久磁石層３と交換結合して、永久磁石層３に交換結合磁界Ｈｅｘが発生するとともに、永久磁石層３の保磁力Ｈｃが、永久磁石層３単独での保磁力Ｈｃ０よりも高くなる。なお、上記のアニール処理により反強磁性層４を構成する各層の原子は相互拡散する。
【0027】
本実施形態に係る交換結合膜１０が備える反強磁性層４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４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、永久磁石層３に相対的に近位な第１領域と、永久磁石層３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の含有量よりも高い。このような構造を有するＰｔ（Ｃｒ－Ｍｎ）層は、積層されたＰｔＭｎ層４ＡおよびＰｔＣｒ層４Ｂがアニール処理を受けることにより形成される。スパッタリングしながら表面分析を行うことにより、構成元素の深さ方向の含有量分布（デプスプロファイル）を得ることができる。
【0028】
図３は、本実施形態に係る交換結合膜１０と同様の構成を備える交換結合膜１０を含む膜のデプスプロファイルの一例である。この膜における交換結合膜は、固定磁性層と反強磁性層とからなる。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。
【0029】
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）
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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、および第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。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。
【0033】
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領域以外の領域を第２領域と定義する。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。
【0034】
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。
【0035】
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、本実施形態に係る磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂ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４は、高いブロッキング温度Ｔｂを有する。このため、本実施形態に係る磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂは高温環境に置かれてもバイアス機能が喪失しにくい。
【0036】
下地層１および保護層５は例えばタンタル（Ｔａ）から構成される。シード層２は、Ｃｒなどから構成されていればよい。
【0037】
上記の本実施形態に係る磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂの反強磁性層４では、ＰｔＭｎ層４Ａが永久磁石層３に接するように積層され、このＰｔＭｎ層４ＡにＰｔＣｒ層４Ｂが積層されたが、ＰｔＭｎ層４Ａ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、磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂは、Ｘ０Ｍｎ層が単層構造であってＸ０がＰｔである場合である。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、永久磁石層３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、永久磁石層３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。
【0038】
上記の本実施形態に係る磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂでは、永久磁石層３に反強磁性層４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４に永久磁石層３が積層される構造を有していてもよい。
【0039】
上記の本実施形態に係る磁気検出素子１１では、２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂは、感度軸方向（Ｙ１－Ｙ２方向）と直交するＸ１－Ｘ２方向に並んで配置され、これらの永久磁石層３の着磁方向はいずれも、Ｘ１－Ｘ２方向に揃っている。このため、磁気検出部１３の感度軸方向（Ｙ１－Ｙ２方向）と直交するようにバイアス印加軸の方向が位置する。特許文献２にも記載されるように、磁気検出素子１１における磁気検出部１３と２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂとの相対位置や、２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂの永久磁石層３の着磁方向を調整することにより、バイアス印加軸を任意の方向に設定することができる。
【0040】
こうした配置によりバイアス印加軸を設定する具体例として、図６（ａ）に示されるように、２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂの着磁方向はいずれもＸ１－Ｘ２方向Ｘ１側を向いているが、磁気検出部１３のＸ１－Ｘ２方向Ｘ２側に位置する一方の磁界印加バイアス膜１２ＡをＹ１－Ｙ２方向Ｙ１側に配置し、磁気検出部１３のＸ１－Ｘ２方向Ｘ１側に位置する他方の磁界印加バイアス膜１２ＢをＹ１－Ｙ２方向Ｙ２側に配置することにより、バイアス印加方向を、Ｘ１－Ｘ２方向Ｘ２側の向きからＹ１－Ｙ２方向Ｙ２側へと傾けることができる。
【0041】
あるいは、図６（ｂ）に示されるように、２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂはいずれも磁気検出部１３に対してＸ１－Ｘ２方向に並んで配置され、しかも２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂの着磁方向はいずれもＸ１－Ｘ２方向Ｘ１側を向いているが、それぞれの磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂの形状を調整して、磁気検出部１３のＸ１－Ｘ２方向Ｘ２側に位置する一方の磁界印加バイアス膜１２ＡについてはＹ１－Ｙ２方向Ｙ２側に寄るほど磁気検出部１３に近づくように配置し、磁気検出部１３のＸ１－Ｘ２方向Ｘ１側に位置する他方の磁界印加バイアス膜１２ＢについてはＹ１－Ｙ２方向Ｙ１側に寄るほど磁気検出部１３に近づくように配置することにより、バイアス印加方向を、Ｘ１－Ｘ２方向Ｘ２側の向きからＹ１－Ｙ２方向Ｙ１側へと傾けることができる。
【0042】
＜第２の実施形態に係る磁気検出素子＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る磁気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に示す磁気検出素子１１と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る磁気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に示す磁気検出素子１１と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
【0043】
第２の実施形態に係る磁気検出素子１１１は、図７のＹ１－Ｙ２方向に沿った感度軸を有する磁気検出部１３と、磁気検出部１３に対して感度軸に直交するＸ１－Ｘ２方向Ｘ２側に位置する磁界印加バイアス膜１２１Ａと、磁気検出部１３に対してＸ１－Ｘ２方向Ｘ１側に位置する磁界印加バイアス膜１２１Ｂとを有する。
【0044】
磁界印加バイアス膜１２１Ａ、１２１Ｂは、永久磁石層３と反強磁性層４１とが交換結合膜１０１を構成するなど、第１の実施形態に係る磁気検出素子１１の磁界印加バイアス膜１２Ａ、１２Ｂと共通の基本構造を有するが、反強磁性層４１の構造が異なっている。
【0045】
磁界印加バイアス膜１２１Ａ、１２１Ｂの反強磁性層４１は、Ｘ１Ｃｒ層４１ＡとＸ２Ｍｎ層４１Ｂ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４は、成膜後、アニール処理されることにより規則化し、永久磁石層３と交換結合して、永久磁石層３に交換結合磁界Ｈｅｘが発生するとともに、永久磁石層３の保磁力Ｈｃが、永久磁石層３単独での保磁力Ｈｃ０よりも高くなる。
【0046】
図７には、Ｘ１Ｃｒ層４１ＡとＸ２Ｍｎ層４１Ｂ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４１Ａ／Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂ／Ｘ１Ｃｒ層４１Ａの三層構造であってＸ１Ｃｒ層４１Ａが永久磁石層３に接する反強磁性層４１を示した。しかし、Ｘ１Ｃｒ層４１ＡとＸ２Ｍｎ層４１Ｂとを入れ替えた、Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂ／Ｘ１Ｃｒ層４１Ａ／Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂの三層構造としてもよい。この三層構造の場合、Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂが永久磁石層３に接する。反強磁性層４１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。
【0047】
Ｘ１Ｃｒ層４１Ａが永久磁石層３に最近位である場合には、保護層５側のＸ１Ｃｒ層４１Ａの膜厚Ｄ１を、永久磁石層３に接するＸ１Ｃｒ層４１Ａ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４１のＸ１Ｃｒ層４１Ａの膜厚Ｄ１は、Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂ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。
【0048】
なお、Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂが永久磁石層３に最近位であるＸ２Ｍｎ層４１Ｂ／Ｘ１Ｃｒ層４１Ａ／Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂの三層構造の場合には、永久磁石層３に最近位なＸ２Ｍｎ層４１Ｂの膜厚Ｄ１と保護層５側のＸ２Ｍｎ層４１Ｂの膜厚Ｄ２とを等しくしてもよい。
【0049】
交換結合磁界Ｈｅｘを高くする観点から、Ｘ１Ｃｒ層４１ＡのＸ１はＰｔが好ましく、Ｘ２Ｍｎ層４１ＢのＸ２は、ＰｔまたはＩｒが好ましく、Ｐｔがより好ましい。Ｘ１Ｃｒ層４１ＡをＰｔＣｒ層とする場合には、ＰｔＸＣｒ１００ａｔ％－Ｘ（Ｘは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）であることが好ましく、Ｘ１
ＸＣｒ１００ａｔ％－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４１Ｂは、ＰｔＭｎ層が好ましい。
【0050】
図８に本発明の第２の実施形態の変形例に係る磁気検出素子１１２の膜構成を示す説明図が示されている。本例では、図７に示す磁気検出素子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。磁気検出素子１１２においては、永久磁石層３と反強磁性層４２とが交換結合膜１０１Ａを構成する。
【0051】
図８に示す磁気検出素子１１２が図７の磁気検出素子１１１と相違している点は、反強磁性層４２に係る層数が４以上であり、Ｘ１Ｃｒ層４１ＡとＸ２Ｍｎ層４１Ｂ（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４１Ａ１とＸ２Ｍｎ層４１Ｂ１とからなるユニット積層部Ｕ１からＸ１Ｃｒ層４１ＡｎとＸ２Ｍｎ層４１Ｂｎとからなるユニット４Ｕｎまで、ｎ層積層されたユニット積層部４Ｕ１～４Ｕｎを有している（ｎは２以上の整数）。
【0052】
ユニット積層部４Ｕ１～４Ｕｎにおける、Ｘ１Ｃｒ層４Ａ１、・・・Ｘ１Ｃｒ層４１Ａｎは、それぞれ同じ膜厚Ｄ１であり、Ｘ２Ｍｎ層４Ｂ１、・・・Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂｎ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４Ｕ１～４Ｕｎ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の永久磁石層３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４２の高温安定性を高めることが実現される。
【0053】
なお、図８の反強磁性層４２は、ユニット積層部４１Ｕ１～４１ＵｎとＸ１Ｃｒ層４１Ａとからなり、Ｘ１Ｃｒ層４１Ａが永久磁石層３に接しているが、ユニット積層部４１Ｕ１～４１Ｕｎのみからなるものであってもよい。ユニット積層部４１Ｕ１～４１Ｕｎのみからなる積層体から形成された反強磁性層４２は、Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂｎが永久磁石層３に接する。
【0054】
ユニット積層部４１Ｕ１～４１Ｕｎの積層数は、反強磁性層４２、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Ｄ１が５～１５Å、膜厚Ｄ１が３０～４０Åの場合、高温環境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。
【0055】
＜第１の実施形態に係る磁気センサ＞
続いて、第１の実施形態に係る磁気センサについて説明する。図９に、図２に示す磁気検出素子１１を組み合わせた磁気センサ（磁気検出装置）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。）が異なる磁気検出素子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、複数の磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂが同一基板上に設けられている。
続いて、第１の実施形態に係る磁気センサについて説明する。図９に、図２に示す磁気検出素子１１を組み合わせた磁気センサ（磁気検出装置）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。）が異なる磁気検出素子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、複数の磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂが同一基板上に設けられている。
【0056】
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つの磁気検出素子１１Ｘａと２つの磁気検出素子１１Ｘｂとを備えており、フルブリッジ回路３２Ｙは、２つの磁気検出素子１１Ｙａと２つの磁気検出素子１１Ｙｂとを備えている。磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂはいずれも、図９に示した磁気検出素子１１であって磁界印加バイアス膜１２Ａ，１２Ｂを備えている。これらを特に区別しない場合、以下適宜、磁気検出素子１１と記す。
【0057】
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が異なる磁気検出素子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。
【0058】
図９では白抜き矢印にて示されるように、磁気検出素子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。これは、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂが次のように構成されているためである。すなわち、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂのそれぞれが備える２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ，１２Ｂの永久磁石層３は、いずれもＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側の向きに着磁され、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂのそれぞれについて、磁界印加バイアス膜１２Ａ，磁気検出部１３および磁界印加バイアス膜１２ＢがＢＹａ－ＢＹｂ方向に並ぶように配置されている。一方、磁気検出素子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。これは、磁気検出素子１１Ｙａ，１１Ｙｂが次のように構成されているためである。すなわち、磁気検出素子１１Ｙａ，１１Ｙｂのそれぞれが備える２つの磁界印加バイアス膜１２Ａ，１２Ｂの永久磁石層３は、いずれもＢＸａ－ＢＸｂ方向ＢＸａ側の向きに着磁され、磁気検出素子１１Ｙａ，１１Ｙｂのそれぞれについて、磁界印加バイアス膜１２Ａ，磁気検出部１３および磁界印加バイアス膜１２ＢがＢＸａ－ＢＸｂ方向に並ぶように配置されている。
【0059】
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、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂとが直列に接続されて構成され、第２の直列部３２Ｘｂは、磁気検出素子１１Ｘｂと磁気検出素子１１Ｘａとが直列に接続されて構成されている。
【0060】
第１の直列部３２Ｘａを構成する磁気検出素子１１Ｘａと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子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を構成する磁気検出素子１１Ｘｂと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子１１Ｘａに共通の接地端子３４が接地電位ＧＮＤに設定されている。
【0061】
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方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＸｓとして得られる。
【0062】
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方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＹｓとして得られる。
【0063】
図９に黒矢印で示すように、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する磁気検出素子１１Ｘａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの感度軸方向Ｓと、フルブリッジ回路３２Ｙを構成する磁気検出素子１１Ｙａおよび各磁気検出素子１１Ｙｂの感度軸方向Ｓとは互いに直交している。
【0064】
図９に示す磁気センサ３０では、磁気検出素子１１のフリー磁性層は、外部磁場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。外部磁場Ｈが印加されると、それぞれの磁気検出素子１１のフリー磁性層の磁化の向きが外部磁場Ｈの方向に倣うように変化する。このとき、永久磁石層３の固定磁化方向（感度軸方向Ｓ）と、フリー磁性層の磁化方向との、ベクトルの関係で抵抗値が変化する。
【0065】
例えば、外部磁場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を構成する磁気検出素子１１Ｘａでは感度軸方向Ｓと外部磁場Ｈの方向が一致するため電気抵抗値は小さくなり、一方、磁気検出素子１１Ｘｂでは感度軸方向と外部磁場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、検知出力電圧ＶＸｓ＝（ＯｕｔＸ１）－（ＯｕｔＸ２）が極大となる。外部磁場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、検知出力電圧ＶＸｓが低くなっていく。そして、外部磁場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、検知出力電圧ＶＸｓがゼロになる。
【0066】
一方、フルブリッジ回路３２Ｙでは、外部磁場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、全ての磁気検出素子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、磁気検出素子１１Ｙａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの電気抵抗値は同じである。したがって、検知出力電圧ＶＹｓはゼロである。図９において外部磁場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の検知出力電圧ＶＹｓ＝（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）が極大となり、外部磁場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、検知出力電圧ＶＹｓが低くなっていく。
【0067】
このように、外部磁場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の検知出力電圧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から得られる検知出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓに基づいて、検知対象の移動方向や移動量（相対位置）を検知することができる。
【0068】
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。
【0069】
図１０に、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子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、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの固定磁化方向Ｐが矢印で示されている。磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子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。
【0070】
図１０に示すように、磁気検出素子１１Ｘａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの磁気検出部１３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。磁気検出素子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。
【0071】
【0072】
＜第２の実施形態に係る磁気センサ＞
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る磁気センサの構成を概念的に示す説明図である。本実施形態では、図９に示す磁気センサ３０と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る磁気センサの構成を概念的に示す説明図である。本実施形態では、図９に示す磁気センサ３０と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
【0073】
図１１に示される磁気センサ３１は、感度軸方向Ｓおよびバイアス印加方向Ｂが図９に示される磁気センサ３０と異なる。磁気センサ３１では、磁気検出素子１１Ｘａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの感度軸方向ＳはいずれもＢＸａ－ＢＸｂ方向ＢＸａ側を向いている。磁気検出素子１１Ｘａのバイアス印加方向ＢはＢＸａ－ＢＸｂ方向ＢＸａ側の向きからＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側に傾いた向きとなっている。これは、図６（ａ）に示されるように、磁界印加バイアス膜１２Ａおよび磁界印加バイアス膜１２Ｂの磁気検出部１３に対する相対位置を、着磁方向（ＢＸａ－ＢＸｂ方向）に対して直交する方向（ＢＹａ－ＢＹｂ方向）で互いに逆向きに配置しているためである。一方、磁気検出素子１１Ｘｂのバイアス印加方向ＢはＢＸａ－ＢＸｂ方向ＢＸａ側の向きからＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹｂ側に傾いた向きとなっている。これは、磁気検出素子１１Ｘｂにおける磁界印加バイアス膜１２Ａおよび磁界印加バイアス膜１２Ｂの磁気検出部１３に対する相対位置を、磁気検出素子１１Ｘｂの場合とは反対向きに設定することにより実現されている。
【0074】
同様に、磁気検出素子１１Ｙａおよび磁気検出素子１１Ｙｂの感度軸方向ＳはいずれもＢＹａ－ＢＹｂ方向ＢＹａ側を向いているが、磁気検出素子１１Ｙａのバイアス印加方向Ｂと磁気検出素子１１Ｙｂのバイアス印加方向Ｂとは、それぞれの磁界印加バイアス膜１２Ａおよび磁界印加バイアス膜１２Ｂの磁気検出部１３に対する相対位置を異ならせることにより、異なった向きに設定されている。
【0075】
このように、磁気検出素子１１Ｘａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの感度軸方向Ｓを揃え、磁気検出素子１１Ｙａおよび磁気検出素子１１Ｙｂの感度軸方向Ｓを揃えることにより、磁気センサ３１を製造する際の磁場中製膜の回数が少なくなるため、磁気センサ３１のオフセット特性を高めやすくなる。
【0076】
なお本例では、図６（ａ）に示される構成を用いて磁気センサ３１のバイアス印加方向Ｂを設定したが、磁界印加バイアス膜１２Ａおよび磁界印加バイアス膜１２Ｂの磁気検出部１３に対する相対位置を図６（ｂ）に示されるように調整することにより、磁気センサ３１のバイアス印加方向Ｂを設定してもよい。
【0077】
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４Ａが永久磁石層３に接している、すなわち、積層された永久磁石層３の上に直接的にＰｔＭｎ層４Ａが積層されているが、ＰｔＭｎ層４Ａと永久磁石層３との間にＭｎを含有する他の層（Ｍｎ層およびＩｒＭｎ層が例示される。）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４，４１，４２よりも永久磁石層３が下地層１に近位に位置するように積層されているが、永久磁石層３よりも反強磁性層４，４１，４２が下地層１に近位に位置するように積層されてもよい（実施例１参照）。
【実施例】
【0078】
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。
【0079】
（実施例１）
以下の膜構成を備えた磁界印加バイアス膜１２Ａ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。磁界印加バイアス膜１２Ａを３５０℃で２０時間アニール処理し、永久磁石層３と反強磁性層４との間に交換結合を生じさせた。
基板／下地層１：Ｔａ（４０）／シード層２：Ｃｒ（４０）／永久磁石層３：Ｃｏ８０ａｔ％Ｐｔ２０ａｔ％（３０）／反強磁性層４：［ＰｔＭｎ層４Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）／ＰｔＣｒ層４Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｃｒ５０ａｔ％（２８０）］／保護層６：Ｔａ（４０）
以下の膜構成を備えた磁界印加バイアス膜１２Ａ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。磁界印加バイアス膜１２Ａを３５０℃で２０時間アニール処理し、永久磁石層３と反強磁性層４との間に交換結合を生じさせた。
基板／下地層１：Ｔａ（４０）／シード層２：Ｃｒ（４０）／永久磁石層３：Ｃｏ８０ａｔ％Ｐｔ２０ａｔ％（３０）／反強磁性層４：［ＰｔＭｎ層４Ａ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）／ＰｔＣｒ層４Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｃｒ５０ａｔ％（２８０）］／保護層６：Ｔａ（４０）
【0080】
（比較例１）
図２に示される磁界印加バイアス膜１２Ａにおいて、反強磁性層４を積層せず、バイアス機能が永久磁石層３によってのみ発揮される磁界印加バイアス膜を製造した。
図２に示される磁界印加バイアス膜１２Ａにおいて、反強磁性層４を積層せず、バイアス機能が永久磁石層３によってのみ発揮される磁界印加バイアス膜を製造した。
【0081】
ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて、実施例１および比較例１に係る磁界印加バイアス膜１２Ａの磁化曲線を測定し、得られたヒステリシスループから、交換結合磁界Ｈｅｘ（単位：Ｏｅ）および保磁力Ｈｃ（単位：Ｏｅ）を求めた。実施例１については、アニール前の状態においても、同様の測定を行った。結果を表１に示す。
【0082】
【表1】
【0083】
表１に示されるように、アニール処理を行うことにより、永久磁石層３に交換結合磁界Ｈｅｘが生じるだけでなく、比較例１の場合、すなわち、永久磁石層３のみによる保磁力Ｈｃ０よりも高い保磁力Ｈｃが生じることが確認された。
【0084】
実施例１係る磁界印加バイアス膜１２Ａについて、環境温度を変化させながら磁化曲線を測定し、交換結合磁界Ｈｅｘの強さを測定した。この結果に基づき、ブロッキング温度Ｔｂ（単位：℃）、交換結合磁界Ｈｅｘの強さが室温時の１／２になる温度Ｔｈ（単位：℃）、および測定温度が３００℃の場合の交換結合磁界Ｈｅｘの強さの室温時の強さに対する比（３００℃／室温）Ｒを求めた。その結果、ブロッキング温度Ｔｂは５００℃であり、Ｔｈは４１０℃であり、Ｒは０．８１であった。これらの結果から、実施例１に係る磁界印加バイアス膜１２Ａは、ブロッキング温度Ｔｂが５００℃であってリフロー工程の想定温度である３００℃よりも十分に高いことが確認された。このため、３００℃においても室温時の８０％程度またはそれ以上の交換結合磁界Ｈｅｘを維持することができた。したがって、本発明に係る磁界印加バイアス膜は、高温環境に置かれてもバイアス機能が喪失しにくく、かつ強磁場耐性を有する。
【符号の説明】
【0085】
Ｈｅｘ 交換結合磁界
Ｈｃ、Ｈｃ０ 保磁力
Ｍ０ 残留磁化
１１，１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂ，１１１，１１２ 磁気検出素子
１２Ａ，１２Ｂ，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２２Ａ，１２２Ｂ 磁界印加バイアス膜
１３ 磁気検出部
１ 下地層
２ シード層
３ 永久磁石層
４，４１，４２ 反強磁性層
４Ａ ＰｔＭｎ層
４Ｂ ＰｔＣｒ層
４１Ａ，４１Ａ１，４１Ａｎ Ｘ１Ｃｒ層
４１Ｂ，４１Ｂ１，４１Ｂｎ Ｘ２Ｍｎ層
４Ｕ１，４Ｕｎ ユニット積層部
５ 保護層
１０，１０１，１０１Ａ 交換結合膜
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
Ｄ１，Ｄ３ Ｘ１Ｃｒ層４１Ａの膜厚
Ｄ２ Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂの膜厚
３０，３１ 磁気センサ（磁気検出装置）
３２Ｘ，３２Ｙ フルブリッジ回路
３３ 電源端子
Ｖｄｄ 電源電圧
３４ 接地端子
ＧＮＤ 接地電位
３２Ｘａ フルブリッジ回路３２Ｘの第１の直列部
３５Ｘａ 第１の直列部３２Ｘａの中点
ＯｕｔＸ１ 第１の直列部３２Ｘａの中点３５Ｘａの出力電位
３２Ｘｂ フルブリッジ回路３２Ｘの第２の直列部
３５Ｘｂ 第２の直列部３２Ｘｂの中点
ＯｕｔＸ２ 第２の直列部３２Ｘｂの中点３５Ｘｂの出力電位
ＶＸｓ Ｘ方向の検知出力（検知出力電圧）
３２Ｙａ フルブリッジ回路３２Ｙの第１の直列部
３５Ｙａ 第１の直列部３２Ｙａの中点
ＯｕｔＹ１ 第１の直列部３２Ｙａの中点３５Ｙａの出力電位
３２Ｙｂ フルブリッジ回路３２Ｙ第２の直列部
３５Ｙｂ 第２の直列部３２Ｙｂの中点
ＯｕｔＹ２ 第２の直列部３２Ｙｂの中点３５Ｙｂの出力電位
ＶＹｓ Ｙ方向の検知出力（検知出力電圧）
Ｈ 外部磁場
Ｓ 感度軸方向
Ｂ バイアス印加方向
１０２ 素子部
１０３ａ，１０３ｂ 導電部
１０４ａ，１０４ｂ 接続端子
Ｈｃ、Ｈｃ０ 保磁力
Ｍ０ 残留磁化
１１，１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂ，１１１，１１２ 磁気検出素子
１２Ａ，１２Ｂ，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２２Ａ，１２２Ｂ 磁界印加バイアス膜
１３ 磁気検出部
１ 下地層
２ シード層
３ 永久磁石層
４，４１，４２ 反強磁性層
４Ａ ＰｔＭｎ層
４Ｂ ＰｔＣｒ層
４１Ａ，４１Ａ１，４１Ａｎ Ｘ１Ｃｒ層
４１Ｂ，４１Ｂ１，４１Ｂｎ Ｘ２Ｍｎ層
４Ｕ１，４Ｕｎ ユニット積層部
５ 保護層
１０，１０１，１０１Ａ 交換結合膜
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
Ｄ１，Ｄ３ Ｘ１Ｃｒ層４１Ａの膜厚
Ｄ２ Ｘ２Ｍｎ層４１Ｂの膜厚
３０，３１ 磁気センサ（磁気検出装置）
３２Ｘ，３２Ｙ フルブリッジ回路
３３ 電源端子
Ｖｄｄ 電源電圧
３４ 接地端子
ＧＮＤ 接地電位
３２Ｘａ フルブリッジ回路３２Ｘの第１の直列部
３５Ｘａ 第１の直列部３２Ｘａの中点
ＯｕｔＸ１ 第１の直列部３２Ｘａの中点３５Ｘａの出力電位
３２Ｘｂ フルブリッジ回路３２Ｘの第２の直列部
３５Ｘｂ 第２の直列部３２Ｘｂの中点
ＯｕｔＸ２ 第２の直列部３２Ｘｂの中点３５Ｘｂの出力電位
ＶＸｓ Ｘ方向の検知出力（検知出力電圧）
３２Ｙａ フルブリッジ回路３２Ｙの第１の直列部
３５Ｙａ 第１の直列部３２Ｙａの中点
ＯｕｔＹ１ 第１の直列部３２Ｙａの中点３５Ｙａの出力電位
３２Ｙｂ フルブリッジ回路３２Ｙ第２の直列部
３５Ｙｂ 第２の直列部３２Ｙｂの中点
ＯｕｔＹ２ 第２の直列部３２Ｙｂの中点３５Ｙｂの出力電位
ＶＹｓ Ｙ方向の検知出力（検知出力電圧）
Ｈ 外部磁場
Ｓ 感度軸方向
Ｂ バイアス印加方向
１０２ 素子部
１０３ａ，１０３ｂ 導電部
１０４ａ，１０４ｂ 接続端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
