特許 7577157 磁気センサの製造方法

(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】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】磁気センサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20241025BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20241025BHJP

   H10N 52/00 20230101ALI20241025BHJP

【ＦＩ】

G01R33/09

G01R33/02 L

H10N52/00 U

H10N52/00 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023079771

(22)【出願日】2023-05-15

(62)【分割の表示】P 2021007324の分割

【原出願日】2021-01-20

(65)【公開番号】P2023099639

(43)【公開日】2023-07-13

【審査請求日】2023-08-08

(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】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】梅原 剛

(72)【発明者】

【氏名】原田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 尚史

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１１１７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８８２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２５０４８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２０６０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２８７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５９７３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／２６

Ｈ１０Ｎ ５２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続された第１及び第２の磁気抵抗効果素子と、直列に接続された第３及び第４の磁気抵抗効果素子とを有し、前記第１及び第２の磁気抵抗効果素子の組と前記第３及び第４の磁気抵抗効果素子の組は並列に接続され、前記第１及び第４の磁気抵抗効果素子が電源側に接続され、前記第１～第４の磁気抵抗効果素子はそれぞれ、磁化方向が固定された第１～第４の磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が回転する第１～第４の磁化自由層と、を有する磁気センサの製造方法であって、
前記第１～第４の磁化固定層の磁化方向がそれぞれ所定の基準角度に対して第１～第４の角度θ１～θ４回転し、θ１＝θ３、θ２＝θ４、θ１≠θ２であり、θ１－θ２の異なる複数の磁気センサに対して、各磁気センサの出力との間に所定の線形関係が成り立つ前記第１～第４の磁化自由層の磁化方向の角度範囲と、前記磁気センサの出力レンジとの関係を求めることと、
前記複数の磁気センサから、前記角度範囲と前記出力レンジの要求条件を満たす磁気センサを選択することと、
選択した前記磁気センサについて、前記第１～第４の磁気抵抗効果素子を作成し、前記第１及び第４の磁気抵抗効果素子を前記電源側に接続することと、
を有する磁気センサの製造方法。

【請求項2】

前記第１の角度θ１と前記第２の角度θ２の差が１８０°未満である、請求項１に記載の磁気センサの製造方法。

【請求項3】

前記第１～第４の磁気抵抗効果素子の前記第１～第４の磁化固定層と前記第１～第４の磁化自由層は円形断面を有する、請求項１または２に記載の磁気センサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は磁気センサの設計方法と製造方法、及び磁気センサに関し、特に磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサの設計方法と製造方法、及び磁気センサに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサが知られている。磁気抵抗効果素子は外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界に対し磁化方向が回転する磁化自由層と、を有している。この様な磁気センサは、外部磁界の印加方向を検知するために用いられることがある。特許文献１，２には、複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路で接続された磁気センサが開示されている。磁気センサの出力は外部磁界の印加方向の変化に対して概ね正弦波状に変化する。このため、比較的リニアリティ（線形性）の高い領域で作動するよう磁化固定層の磁化方向が決定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－８８２３２号公報

【文献】特開２０１６－２０６０７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

磁気センサは通常、製品や部品に組み込まれて使用されるが、外部磁界を発生する磁石と磁気センサとの位置関係は、当該製品や部品の設計によって決まるのが一般的である。このため、磁気センサの磁化自由層に印加される外部磁界の向きも製品ごとに異なる。また、磁気センサに求められるリニアリティや出力レンジも製品ごとに異なる。従って、磁気センサはこれらの条件に合わせ、個別の製品毎に設計する必要があり、設計方法の合理化が望まれている。

【0005】

本発明は、様々な設計条件に対して容易に対応可能な磁気センサの設計方法と製造方法、及び磁気センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、直列に接続された第１及び第２の磁気抵抗効果素子と、直列に接続された第３及び第４の磁気抵抗効果とを有し、第１及び第２の磁気抵抗効果素子の組と第３及び第４の磁気抵抗効果素子の組は並列に接続され、第１及び第４の磁気抵抗効果素子が電源側に接続され、第１～第４の磁気抵抗効果素子はそれぞれ、磁化方向が固定された第１～第４の磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が回転する第１～第４の磁化自由層と、を有する磁気センサの製造方法に関する。磁気センサの製造方法は、第１～第４の磁化固定層の磁化方向がそれぞれ所定の基準角度に対して第１～第４の角度θ１～θ４回転し、θ１＝θ３、θ２＝θ４、θ１≠θ２であり、θ１－θ２の異なる複数の磁気センサに対して、各磁気センサの出力との間に所定の線形関係が成り立つ第１～第４の磁化自由層の磁化方向の角度範囲と、磁気センサの出力レンジとの関係を求めることと、複数の磁気センサから、角度範囲と出力レンジの要求条件を満たす磁気センサを選択することと、選択した磁気センサについて、第１～第４の磁気抵抗効果素子を作成し、第１及び第４の磁気抵抗効果素子を電源側に接続することと、を有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、様々な設計条件に対して容易に対応可能な磁気センサの設計方法と製造方法、及び磁気センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係る磁気センサの作動原理を示す概略図である。

【図2】図１に示す磁気センサの磁気抵抗効果素子の概略構成を示す概念図である。

【図3】リニアリティエラーの定義を示す概念図である。

【図4】磁気センサの設計方法の一例を示すフロー図である。

【図5】ステップＳ２，Ｓ３で得られた磁気センサの特性図である。

【図6】ステップＳ４で得られた磁気センサの特性図である。

【図7】第２の実施形態に係る磁気センサの構成を示す概略図である。

【図8】変形例に係る磁気センサの構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下の説明及び図面において、Ｚ方向は磁気抵抗効果素子の積層膜の積層方向に一致する。磁化固定層１４及び磁化自由層１６の磁化方向並びに外部磁界の方向は、図１（ａ）に示すように、時計の３時を０°として反時計回りに定義される角度θで表される。θ＝０°を「所定の基準角度」という場合がある。

【0012】

図１は磁気センサ１の作動原理を示す概略図であり、図１（ａ）は磁気センサ１の概略回路構成を、図１（ｂ）は磁化自由層１６の磁化方向と磁気センサ１の出力との関係を示している。磁気センサ１は４つの磁気抵抗効果素子(以下、第１の磁気抵抗効果素子Ｅ１、第２の磁気抵抗効果素子Ｅ２、第３の磁気抵抗効果素子Ｅ３、第４の磁気抵抗効果素子Ｅ４という)を有し、これらの磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４はブリッジ回路（ホイートストンブリッジ）で相互に接続されている。４つの磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４は２つの組に分割され、それぞれの組の磁気抵抗効果素子Ｅ１，Ｅ２及び磁気抵抗効果素子Ｅ３，Ｅ４は直列接続されている。また、磁気抵抗効果素子Ｅ１，Ｅ２の組と磁気抵抗効果素子Ｅ３，Ｅ４の組は並列接続されている。磁気抵抗効果素子の組Ｅ１，Ｅ２及び組Ｅ３，Ｅ４のそれぞれの一端は定電圧の電源電圧Ｖ_ddに接続され、他端は接地（ＧＮＤ）されている。磁気抵抗効果素子Ｅ１，Ｅ４が電源電圧Ｖ_ddの側に配置され、磁気抵抗効果素子Ｅ２，Ｅ３がＧＮＤの側に配置されている。また、第１の磁気抵抗効果素子Ｅ１と第２の磁気抵抗効果素子Ｅ２の間の中点電圧Ｖ１と、第３の磁気抵抗効果素子Ｅ３と第４の磁気抵抗効果素子Ｅ４の間の中点電圧Ｖ２が取り出され、差分電圧Ｖ１－Ｖ２が磁気センサ１の出力として出力される。第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４の電気抵抗をそれぞれＲ１～Ｒ４とすると、中点電圧Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ下式のように求められる。

【0013】

【数1】

【0014】

【数2】

【0015】

図２は第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４の概略構成を示す概念図である。図２（ａ）は第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４の膜構成を、図２（ｂ）はＺ方向からみた、磁化自由層１６と内側磁化固定層１４と外側磁化固定層１２の断面図を示している。第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４は同一の構成を有している。第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４は一般的なスピンバルブ型の膜構成を有している。第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４は反強磁性層１１と、外側磁化固定層１２と、非磁性中間層１３と、内側磁化固定層１４と、スペーサ層１５と、磁化自由層１６と、を含む積層膜であり、これらの層１１～１６はこの順でＺ方向に積層されている。積層膜はＺ方向において一対の電極層（図示せず）に挟まれており、電極層から積層膜にＺ方向にセンス電流が流れるようにされている。

【0016】

磁化自由層１６は外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁性層であり、例えばＮｉＦｅで形成することができる。外側磁化固定層１２は反強磁性層１１との交換結合によって外部磁界に対して磁化方向が固定された強磁性層である。反強磁性層１１はＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ，ＮｉＭｎなどで形成することができる。内側磁化固定層１４は外側磁化固定層１２とスペーサ層１５との間に挟まれた強磁性層であり、Ｒｕ，Ｒｈなどの非磁性中間層１３を介して外側磁化固定層１２と反強磁性結合している。従って、内側磁化固定層１４と外側磁化固定層１２はいずれも外部磁界に対して磁化方向が固定されているが、その磁化方向は互いに反平行の向きとされている。スペーサ層１５は磁化自由層１６と内側磁化固定層１４との間に位置し、磁気抵抗効果を奏する非磁性層である。スペーサ層１５は、Ｃｕなどの非磁性金属からなる非磁性導電層、またはＡｌ₂Ｏ₃などの非磁性絶縁体からなるトンネルバリア層である。スペーサ層１５が非磁性導電層である場合、第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子として機能し、スペーサ層１５がトンネルバリア層である場合、第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子として機能する。ＭＲ変化率が大きく、ブリッジ回路の出力電圧を大きくすることができるという点で、第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４はＴＭＲ素子であることがより好ましい。なお、本明細書では、内側磁化固定層１４を単に磁化固定層ということがある。

【0017】

図２（ｂ）に示すように、磁化自由層１６と内側磁化固定層１４と外側磁化固定層１２、すなわち第１の磁気抵抗効果素子Ｅ１はＺ方向からみて、概ね円形の断面形状を有している。図中の矢印は各々の膜１６，１４，１２の磁化方向を模式的に示している。磁化自由層１６の磁化方向は外部磁界の方向に応じて回転する。磁化自由層１６にバイアス磁界を印加するバイアス磁石は設けられていない。従って、磁化自由層１６の磁化方向は外部磁界の向きと実質的に一致する。磁化自由層１６に印加される磁界の向きは、所定の基準角度（θ＝０°）を基準とする角度θ_Aと角度θ_Bとの間の特定の角度範囲で変動する。この特定の角度範囲を磁界検知角度範囲θ_Rと呼ぶ。磁界検知角度範囲θ_Rは磁気センサ１の感磁方向を決定し、磁気センサ１が組み込まれる製品や部品によって制約される。磁化自由層１６の磁化方向は磁界検知角度範囲θ_Rの中央値θ_cの周りを、磁界検知角度範囲θ_Rの範囲内で、外部磁界の向きに応じて回転する。内側磁化固定層１４の磁化方向と磁化自由層１６の磁化方向との間の相対角度が変化し、センス電流に対する電気抵抗が変化することで、外部磁界の向きを検知することができる。

【0018】

再び図１（ａ）を参照すると、第１～第４の磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４の内側磁化固定層１４の磁化方向θ１～θ４は図中の矢印の方向を向いている。従って、９０°より小さい角度θで外部磁界が印加されると、第１及び第３の磁気抵抗効果素子Ｅ１，Ｅ３の電気抵抗が、第２及び第４の磁気抵抗効果素子Ｅ２，Ｅ４の電気抵抗より大きくなる。これにより、中点電圧Ｖ１が中点電圧Ｖ２より低くなり、図１（ｂ）に示すように、差分電圧Ｖ１－Ｖ２は負となる。９０°より大きい角度θで外部磁界が印加された場合は、これとは逆に、中点電圧Ｖ１が中点電圧Ｖ２より高くなり、差分電圧Ｖ１－Ｖ２は正となる。中点電圧Ｖ１，Ｖ２の差分電圧Ｖ１－Ｖ２を検出することで、中点電圧Ｖ１，Ｖ２を検出する場合と比べて２倍の感度が得られる。また、中点電圧Ｖ１，Ｖ２がオフセットしている場合も、差分電圧Ｖ１－Ｖ２を検出することでオフセットの影響を排除することができる。差分電圧Ｖ１－Ｖ２は磁気センサ１の出力レンジＶ_Rを規定する。出力レンジＶ_Rは磁気センサ１の感度に比例するが、必ずしも大きければいいとは限らず、磁気センサ１が組み込まれる製品や部品によって異なる。

【0019】

磁気センサ１の出力はできるだけ線形に近いことが望ましい。ここで、線形性（リニアリティ）の指標としてリニアリティエラーＥ_Lを定義する。図３に示すように、磁化自由層１６の磁化方向の所定の角度範囲で、磁気センサ１の出力の実波形が得られたとする。リニアリティエラーＥ_Lを定義するために、まず実波形の線形近似線を求める。線形近似線は例えば最小二乗法で求められるが、これに限定されない。上記角度範囲における出力の最大値をdV_H2、最小値をdV_H1とする。上記角度範囲の各角度θで実波形と線形近似線との差分を求め、その最大値をΔＶ_maxとすると、リニアリティエラーＥ_Lは以下のように求められる。

【0020】

【数3】

【0021】

リニアリティエラーＥ_Lは磁気センサ１が組み込まれる製品や部品によって異なるが、一般に５～１０％である。そこで、本実施形態ではＥ_L＝５％とする。リニアリティエラーＥ_Lは式（３）に限定されず、リニアリティを示す任意の指標を用いることができる。また、Ｅ_Lが所定の値（ここではＥ_L＝５％）となる角度範囲をリニアリティレンジθ_Lという。リニアリティレンジθ_Lは、磁気センサ１の出力との間に所定の線形関係（ここではＥ_L＝５％）が成り立つ、第１～第４の磁化自由層１６Ａ～１６Ｄの磁化方向の角度範囲（外部磁界の角度範囲）である。リニアリティレンジθ_Lの要求条件は、磁気センサ１が組み込まれる製品や部品によって異なる。リニアリティレンジθ_Lは、磁気センサ１が組み込まれる製品や部品にとって、出力との関係がほぼ線形とみなすことのできる、第１～第４の磁化自由層１６Ａ～１６Ｄの磁化方向の角度範囲である。例えば、カメラのオートフォーカス機構では、外部磁界を発生する磁石と外部磁界を検出する磁気センサ１がレンズ光軸方向に相対移動するが、相対移動距離はオートフォーカス機構によって制限される。従って、磁気センサ１の磁化自由層１６に印加される外部磁界の向きは、ある所定の角度範囲に制限され、磁気センサ１がこれを上回るリニアリティレンジθ_Lを備える必要はない。

【0022】

次に、このような磁気センサ１の設計方法について説明する。上述のとおり、磁気センサ１の設計条件としては出力レンジＶ_Rとリニアリティレンジθ_Lが重要であるが、本手法はこれらを考慮した設計方法を提供する。図４に本方法の概略フローを示す。まず、複数の磁気センサ１を作成する。磁気センサ１は実際に作成してもよいし、シミュレーションで作成してもよい。複数の磁気センサ１は、第１～第４の磁化固定層１４Ａ～１４Ｄの磁化方向がそれぞれ所定の基準角度（θ＝０°）に対して第１～第４の角度θ１～θ４回転し、θ１＝θ３、θ２＝θ４、θ１≠θ２（従って、θ３≠θ４）である。しかし、θ１－θ２は互いに異なる。ここでは、６種類の磁気センサ１を作成し、θ１＝θ３＝１８０°とし、θ２とθ４を０°，３０°，６０°，９０°，１２０°，１５０°とした。

【0023】

次に、複数の磁気センサ１に対し磁化自由層１６の磁化方向と出力レンジＶ_Rとの関係を求める（ステップ２）。図５（ａ）には６種類の磁気センサ１を対象に、磁化自由層１６の磁化方向と磁気センサ１の出力（差分電圧Ｖ１－Ｖ２）との関係を求めた結果を示す。θ２＝θ４＝０°または３０°のときに出力が最大となる。θ２及びθ４が増加するに従い出力が減少し、グラフの直線部分の傾きが減少する。

【0024】

次に、各磁気センサ１に対して、第１～第４の磁化自由層１６の磁化方向と各磁気センサ１の出力との間に所定の線形関係（ここではＥ_L＝５％）が成り立つ磁化方向の角度範囲（リニアリティレンジθ_L）と、磁気センサ１の出力レンジＶ_Rとの関係を求める（ステップ３）。図５（ｂ）に結果の一例を示す。縦軸は規格化した出力レンジＶ_Rを示している。この際、プロットした各点からと出力レンジＶ_Rの近似曲線Ｆを求めてもよい。近似曲線Ｆは例えば最小二乗法で求めることができる。この図からわかるように、リニアリティレンジθ_Lと出力レンジＶ_Rは負の相関関係にある。リニアリティレンジθ_Lは小さくても大きな出力レンジＶ_Rが望ましい場合、小さなθ２及びθ４を選択すればよく、出力レンジＶ_Rよりもリニアリティレンジθ_Lが重要である場合、大きなθ２及びθ４を選択すればよい。

【0025】

次に、複数の磁気センサ１から、リニアリティレンジθ_Lと出力レンジＶ_Rの要求条件を満たす磁気センサ１を選択する（ステップＳ５，Ｓ６）。選択は図５（ｂ）を参照して人間が行ってもよいし、コンピュータで行ってもよい。リニアリティレンジθ_Lと出力レンジＶ_Rの要求条件がそれぞれ数値範囲で与えられる場合、要求条件は図５（ｂ）において、所定の矩形領域Ｒとして定義される。図示の例ではθ２＝θ４＝９０°の磁気センサ１が選択されることになる。領域Ｒを縦軸方向に２分する水平線Ｌ１または横軸方向に２分する垂直線Ｌ２と、近似曲線との交点Ｃを、最適なθ２，θ４として選択してもよい。選択をコンピュータで行う場合、複数の磁気センサ１における磁化自由層１６の磁化方向と出力レンジＶ_Rとの関係（図５（ａ））と、リニアリティレンジθ_Lと出力レンジＶ_Rの要求条件が入力され、要求条件を満たすθ２，θ４またはθ２，θ４の範囲がＣＰＵによって計算される。

【0026】

磁気センサ１はリニアリティの良好な領域で使用することが望まれる。しかし、上述のように、外部磁界は特定の磁界検知角度範囲θ_Rの範囲内で印加される。例えば、図５（ａ）の領域Ａに示すように、磁界検知角度範囲θ_Rが１８０°を中心とした１２０～２４０°の角度範囲である場合、磁気センサ１によってはリニアリティの悪い領域を使用するため、測定精度が低下する。この場合、図６（ａ）の領域Ａに示すように、θ＝１８０°における出力が出力レンジＶ_Rの中央値（Ｖ１＝Ｖ２）となるようにすれば、リニアリティの良好な領域を最も有効に利用できることになる。そこで、磁気センサ１を選択する前に、図５（ａ）のグラフを修正することが好ましい。具体的には、第１～第４の角度θ１～θ４の相対関係を一定とし、（θ１＋θ２）／２＝θ_cの関係を満たすように、第１～第４の角度θ１～θ４を変更する（ステップＳ４）。第１～第４の角度θ１～θ４の相対関係が一定とは、θ１とθ２の差、θ１とθ３の差、θ１とθ４の差がすべて一定であることを意味する。図５（ａ）に示す例では、θ_c＝１８０°である。図６（ａ）はこの操作によって得られる、磁化自由層１６の磁化方向と磁気センサ１の出力との関係を、図６（ｂ）はリニアリティレンジθ_Lと出力レンジＶ_Rとの関係を示す。図６（ａ）の各曲線は図５（ａ）の対応する曲線を平行移動したものとなっており、曲線の形状自体は図５（ａ）と図６（ａ）で変わっていない。従って、図６（ｂ）は図５（ｂ）のグラフと一致する。磁気センサ１の選択は図５（ｂ）のグラフに基づき行ってもよいし、図６（ｂ）のグラフに基づき行ってもよい。しかし、図６（ｂ）のグラフに基づき磁気センサ１を選択することで、第１～第４の角度θ１～θ４の最適値を同時に得ることができる。

【0027】

ステップＳ４は磁気センサ１を全体的に回転させるのと同じ効果を奏する。しかし、磁気センサ１を回転して配置することは困難な場合もある。磁化固定層１４の磁化方向は着磁方向によって容易に調整可能であり、従って、本実施形態によれば、汎用性の高い磁気センサ１の設計方法を提供することができる。また、円形断面を有する磁化固定層１４は方向性がなく、どの角度に対しても同じように着磁可能である。同様に、円形断面を有する磁化自由層１６は方向性がなく（形状異方性がなく）、外部磁界の印加方向によらず同じように回転する。つまり、磁気抵抗効果素子自体が形状による方向性を持たないため、磁化固定層１４の磁化方向を用途に合わせて様々に変更可能である。このように、本実施形態は円形の磁気抵抗効果素子との親和性が高いといえる。

【0028】

（第２の実施形態）
本実施形態は、複数の磁気抵抗効果素子がホイートストンブリッジの代わりにハーフブリッジで接続されている点を除き、第１の実施形態と同様である。磁気センサ１は１列に接続された第１の磁気抵抗効果素子Ｅ１と第２の磁気抵抗効果素子Ｅ２とを有し、第１の磁気抵抗効果素子Ｅ１は、磁化方向が固定された第１の磁化固定層１４Ａと、外部磁界に応じて磁化方向が回転する第１の磁化自由層１６Ａと、を有している。第２の磁気抵抗効果素子Ｅ２は、磁化方向が固定された第２の磁化固定層１４Ｂと、外部磁界に応じて磁化方向が回転する第２の磁化自由層１６Ｂと、を有している。

【0029】

本実施形態では、第１の実施形態と同様、図４に示すステップに従って、磁気センサ１の設計を行うことができる。具体的には、第１の磁化固定層１６Ａの磁化方向が所定の基準角度（ここではθ＝０°）に対して第１の角度θ１回転し、第２の磁化固定層１６Ｂの磁化方向が所定の基準角度に対して第２の角度θ２回転し、θ１－θ２の異なる複数の磁気センサ１を作成する（ステップ１）。磁気センサ１は実際に作成してもよいし、シミュレーションで作成してもよい。次に、複数の磁気センサ１に対し磁化自由層１６の磁化方向と出力レンジＶ_Rとの関係を求める（ステップ２）。次に、各磁気センサ１に対して、第１及び第２の磁化自由層１６Ａ，１６Ｂの磁化方向と各磁気センサ１の出力との間に所定の線形関係が成り立つ磁化方向の角度範囲（リニアリティレンジθ_L）と、磁気センサ１の出力との関係を求める（ステップ３）。次に、複数の磁気センサ１から、角度範囲（リニアリティレンジθ_L）と出力レンジＶ_Rの要求条件を満たす磁気センサ１を選択する（ステップＳ５，Ｓ６）。磁気センサ１を選択する前に、θ１－θ２の位置関係を変えずに（θ１＋θ２）／２＝θ_cの関係を満たすように、第１の角度θ１と第２の角度θ２を変更してもよい（ステップ４）。

【0030】

以上、本発明を実施形態によって説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、図８（ａ）に示すように、磁気センサ１は磁化自由層１６にバイアス磁界を印加するバイアス磁石１８を有していてもよい。図中、黒矢印は外部磁界の印加方向であり、白抜き矢印はバイアス磁界の印加方向を示している。外部磁界の向きは一定であり、強度だけが変化する。一対のバイアス磁石１８が磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４のそれぞれの両側に設けられ、バイアス磁界が磁化固定層１４の磁化方向と直交する向きに印加される。磁化自由層１６にはバイアス磁界と外部磁界の合成磁界が印加される。磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４の電気抵抗は、合成磁界の向きに応じて変化するため、磁気センサ１の出力から外部磁界の強度を求めることができる。あるいは、図８（ｂ）に示すように磁気抵抗効果素子Ｅ１～Ｅ４を一方向に長い長尺形状として、形状異方性によって磁化自由層１６の無磁界時の磁化方向を長手方向に固定しても同様の効果が得らえる。

【0031】

また、本実施形態では磁気センサ１は定電圧駆動されるが、定電流駆動されてもよい。定電流駆動では、第１の磁気抵抗効果素子Ｅ１と第４の磁気抵抗効果素子Ｅ４に入力される電流の合計値（第１の実施形態）、または第１の磁気抵抗効果素子Ｅ１に入力される電流（第２の実施形態）が一定に維持される。詳細は省略するが、この場合も図５，６に示したのと同様の特性が得られ、上述の方法に従って磁気センサ１の設計が可能である。

【符号の説明】

【0032】

１ 磁気センサ
１４Ａ～１４Ｄ 第１～第４の磁化固定層
１６Ａ～１６Ｄ 第１～第４の磁化自由層
Ｅ１～Ｅ４ 第１～第４の磁気抵抗効果素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】