特許ウォッチ

公開番号2025118313
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024013567
出願日2024-01-31
発明の名称磁気センサ
出願人TDK株式会社
代理人インフォート弁理士法人,弁理士法人イトーシン国際特許事務所
主分類H10N 50/10 20230101AFI20250805BHJP()
要約【課題】自由層の磁化の方向を異ならせることができる磁気センサを実現する。
【解決手段】磁気センサ1は、2つのMR素子50と、2つの磁界発生体70とを備えている。2つの磁界発生体70の各々は、強磁性部72と、強磁性部72と交換結合する反強磁性部73とを含んでいる。2つの磁界発生体70の一方は、主成分として第1の方向D1に平行な一方向の成分を含むバイアス磁界を発生し、主成分を2つのMR素子50の一方に印加するように構成されている。2つの磁界発生体70の他方は、主成分として第1の方向D1に平行な他の一方向の成分を含むバイアス磁界を発生し、主成分を2つのMR素子50の他方に印加するように構成されている。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれ検出対象の磁界である対象磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層を含む第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子と、
強磁性材料よりなる第１の強磁性部と、反強磁性材料よりなり前記第１の強磁性部と交換結合する第１の反強磁性部とを含み、第１の方向の第１の成分を含む第１の磁界を発生し且つ前記第１の成分を前記第１の磁気抵抗効果素子に印加するように構成された第１の磁界発生体と、
強磁性材料よりなる第２の強磁性部と、反強磁性材料よりなり前記第２の強磁性部と交換結合する第２の反強磁性部とを含み、前記第１の方向とは異なる第２の方向の第２の成分を含む第２の磁界を発生し且つ前記第２の成分を前記第２の磁気抵抗効果素子に印加するように構成された第２の磁界発生体とを備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第１の磁界発生体の第１の組と前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁界発生体の第２の組との間には、磁気抵抗効果を検出できる他の磁気抵抗効果素子および他の磁界発生体の組は介在しないことを特徴とする磁気センサ。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１の方向と前記第２の方向は、互いに反対方向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の方向と前記第２の方向は、互いに直交す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】
前記第１の磁気抵抗効果素子の前記自由層の前記磁化は、前記第１の磁気抵抗効果素子に前記対象磁界が印加されていない場合には、第１の磁化方向の成分を含み、
前記第２の磁気抵抗効果素子の前記自由層の前記磁化は、前記第２の磁気抵抗効果素子に前記対象磁界が印加されていない場合には、前記第１の磁化方向とは異なる第２の磁化方向の成分を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子の各々は、更に、方向が固定された磁化を有する磁化固定層を含み、
前記磁化固定層は、強磁性材料よりなる第１の強磁性層と、強磁性材料よりなる第２の強磁性層と、非磁性金属材料よりなり前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に介在する非磁性層と、反強磁性材料よりなり前記第１の強磁性層に接する反強磁性層とを含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１の強磁性層の単位面積当たりの磁化量は、前記第２の強磁性層の単位面積当たりの単位面積当たりの磁化量以下であ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】
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子の各々は、反強磁性材料よりなる反強磁性層を含み、
前記第１の反強磁性部、前記第２の反強磁性部および前記反強磁性層は、少なくとも１つの同じ元素を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項８】
更に、第１のポートと、
第２のポートと、
第３のポートとを備え、
前記第１の磁気抵抗効果素子は、回路構成上、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に配置され、
前記第２の磁気抵抗効果素子は、回路構成上、前記第２のポートと前記第３のポートとの間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項９】
更に、それぞれ前記自由層を含む第３の磁気抵抗効果素子および第４の磁気抵抗効果素子と、
強磁性材料よりなる第３の強磁性部と、反強磁性材料よりなり前記第３の強磁性部と交換結合する第３の反強磁性部とを含み、前記第１の方向の第３の成分を含む第３の磁界を発生し前記第３の成分を前記第３の磁気抵抗効果素子に印加するように構成された第３の磁界発生体と、
強磁性材料よりなる第４の強磁性部と、反強磁性材料よりなり前記第４の強磁性部と交換結合する第４の反強磁性部とを含み、前記第２の方向の第４の成分を含む第４の磁界を発生し且つ前記第４の成分を前記第４の磁気抵抗効果素子に印加するように構成された第４の磁界発生体とを備え、
前記第３の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁界発生体の第３の組と前記第４の磁気抵抗効果素子および前記第４の磁界発生体の第４の組との間には、磁気抵抗効果を検出できる他の磁気抵抗効果素子および他の磁界発生体の組は介在せず、
前記第３の組は、前記第１の組と前記第２の組の一方に対して所定の間隔を開けて隣接し、
前記第４の組は、前記第１の組と前記第２の組の他方に対して所定の間隔を開けて隣接することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加できるように構成された磁気センサに関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、磁気センサが利用されている。磁気センサとしては、基板上に設けられたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いたものが知られている。スピンバルブ型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、対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。
【０００３】
磁気センサには、磁気抵抗効果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、対象磁界の強度の変化に対して磁気抵抗効果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、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサでは、バイアス磁界は、対象磁界がないときに、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。
【０００４】
バイアス磁界を発生する手段としては、反強磁性層と強磁性層を積層した磁界発生体が知られている。特許文献１，２には、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子を挟むように配置された２つの磁界発生体とを備えた磁気センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－１２５０２０号公報
特開２０１６－１７６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、磁気センサにおいては、対象磁界がないときに、隣接する２つの磁気抵抗効果素子の一方の自由層の磁化の方向と他方の自由層の磁化の方向を互いに異ならせたいという要求がある。従来は、このような要求に対して、反強磁性層と強磁性層を積層した磁界発生体を適用することは考慮されていなかった。
【０００７】
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、磁界発生体によって隣接する２つの磁気抵抗効果素子の一方の自由層の磁化の方向と他方の自由層の磁化の方向を互いに異ならせることができる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】
【０００８】
本発明の磁気センサは、それぞれ検出対象の磁界である対象磁界に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層を含む第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子と、強磁性材料よりなる第１の強磁性部と反強磁性材料よりなり第１の強磁性部と交換結合する第１の反強磁性部とを含み、第１の方向の第１の成分を含む第１の磁界を発生し且つ第１の成分を第１の磁気抵抗効果素子に印加するように構成された第１の磁界発生体と、強磁性材料よりなる第２の強磁性部と反強磁性材料よりなり第２の強磁性部と交換結合する第２の反強磁性部とを含み、第１の方向とは異なる第２の方向の第２の成分を含む第２の磁界を発生し且つ第２の成分を第２の磁気抵抗効果素子に印加するように構成された第２の磁界発生体とを備えている。第１の磁気抵抗効果素子および第１の磁界発生体の第１の組と第２の磁気抵抗効果素子および第２の磁界発生体の第２の組との間には、磁気抵抗効果を検出できる他の磁気抵抗効果素子および他の磁界発生体の組は介在しない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の磁気センサでは、第１の磁界発生体が、第１の磁界の第１の成分を第１の磁気抵抗効果素子に印加するように構成され、第２の磁界発生体が、第２の磁界の第２の成分を第２の磁気抵抗効果素子に印加するように構成されている。これにより、本発明によれば、第１の磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の方向と第２の磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の方向とを互いに異ならせ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】
【００１０】
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装置を示す斜視図である。
本発明の第１の実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す機能ブロック図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。
本発明の第１の実施の形態における第１の検出回路の一部を示す斜視図である。
本発明の第１の実施の形態における第１の検出回路の一部を示す平面図である。
本発明の第１の実施の形態における第２の検出回路の一部を示す平面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。
図７において８－８線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの製造方法における一工程を示す平面図である。
図９に続く工程を示す平面図である。
図１０に続く工程を示す平面図である。
図１１に続く工程を示す平面図である。
図１２に続く工程を示す平面図である。
本発明の第１の実施の形態における抵抗部の配置および磁界発生体の強磁性部の磁化の方向の第２ないし第４の例を示す平面図である。
本発明の第１の実施の形態における抵抗部の配置および磁界発生体の強磁性部の磁化の方向の第５ないし第７の例を示す平面図である。
本発明の第１の実施の形態における抵抗部の配置および磁界発生体の強磁性部の磁化の方向の第８ないし第１０の例を示す平面図である。
本発明の第１の実施の形態における抵抗部の配置および磁界発生体の強磁性部の磁化の方向の第１１および第１２の例を示す平面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第１の変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第２の変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第３の変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第４の変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの第５の変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。
図２３において２４－２４線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。
本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。
図２５において２６－２６線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。
本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの製造方法における一工程を示す平面図である。
図２７に続く工程を示す平面図である。
図２８に続く工程を示す平面図である。
図２９に続く工程を示す平面図である。
本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。
図３２において３３－３３線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。
本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの第１の変形例の要部を示す平面図である。
本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの第２の変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの第３の変形例の要部を示す断面図である。
本発明の第５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を示す斜視図である。
本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。
本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す斜視図である。
本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す平面図である。
本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す側面図である。
本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの要部を示す平面図である。
図４２において４３－４３線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。
図４２において４４－４４線で示す位置の断面の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許