[发明专利]磁阻元件及磁传感器

说明书

磁阻元件(10)具备包含第一单位元件(13)的第一元件部(11)和包含第二单位元件(14)的第二元件部(12)，第一元件部(11)与第二元件部(12)串联连接，第一单位元件(13)包含磁化被固定在面内方向上的规定的方向的第一参考层以及被磁化为旋涡状的第一自由层，第二元件部(12)包含磁化被固定在面内方向上的规定的方向的第二参考层以及被磁化为旋涡状的第二自由层，第一参考层中的被固定的磁化所朝向的方向与第二参考层中的被固定的磁化所朝向的方向为相反的方向。

技术领域

本公开涉及使用了磁阻效应的磁阻元件及磁传感器。

背景技术

在以往的磁性隧道结元件中，在J.Zhu and C.Park，“Magnetic tunneljunctions(磁性隧道结)”，Materials Today(今日材料)9，36(2006)(非专利文献1)中，如图15所示，示出了表示隧道磁阻(TMR)效应的隧道磁阻比(TMR比)由隔着绝缘层配置的自由层的磁化M1与钉扎层的磁化M2的角度决定。

图15是示出以往的磁性隧道结元件中隔着绝缘层配置的自由层的磁化M1的方向与钉扎层的磁化M2的方向的概要图。

在图15中，公开了包含层叠部201的磁阻元件200，该层叠部201依次层叠有钉扎层202、势垒层203及自由层204。自由层204的磁化M11与钉扎层202的磁化M2的相对角度为θ。

使用势垒层的上侧(M1)和下侧(M2)的铁磁性体层的磁化的相对角度θ，通过以下的式(1)来表示由隧道磁阻(TMR)效应产生的电导。

[数式1]

其中，G_P＝G(0°)是指磁化M1与磁化M2平行，G_AP＝G(180°)是指磁化M1与磁化M2反平行。TMR比由以下所示的Julliere模型的式(2)表示。

[数式2]

其中，RP是磁化M1与磁化M2平行的情况下的隧道电阻，R_AP是磁化M1与磁化M2反平行的情况下的隧道电阻。P1、P2是钉扎层202及自由层204的自旋极化率。

图16是示出以往的各种磁性隧道结元件和这些磁性隧道结元件的特征的图。

安藤康夫，“TMRを用ぃた生体磁気センサの開発(使用了TMR的生物磁传感器的开发)”，第五次岩崎会议“社会基盤の向上につながる磁気センサとその活用(与社会基础设施的提高相连的磁传感器及其利用)”，平成29年11月27日(非专利文献2)中，如图16所示，示出了各种磁性隧道结元件和这些磁性隧道结元件的特征。

图16从左侧起依次公开了三种磁性隧道结元件。在从左起第一个磁性隧道结元件中，钉扎层的磁化朝向与膜面平行的面内方向，自由层的磁化也朝向面内方向。所检测的外部磁场在与钉扎层的膜面平行的方向上变化。

在从左起第二个磁性隧道结元件中，钉扎层的磁化朝向与膜面平行的面内方向，自由层的磁化朝向与钉扎层的膜面垂直的方向。所检测的外部磁场在与钉扎层的膜面平行的方向上变化。

在从左起第三个磁性隧道结元件中，钉扎层的磁化朝向与膜面垂直的方向。自由层的磁化朝向与钉扎层的膜面平行的面内方向。所检测的外部磁场在与钉扎层的膜面垂直的方向上变化。

如从左起第一个那样采用面内自由层/势垒层/面内参考层的层叠构造、使自由层的磁化方向相对于参考层向90°的方向偏置并检测0°的方向的磁场的构造中，能够选择隧道磁阻比高的膜结构。

但是，在这样的结构中，为了施加偏置磁场而需要电磁铁或磁铁，因此导致结构构件增加。另外，制造偏差恶化，可靠性也恶化。此外，制造成本也增加。