CN106019183B

CN106019183B - 磁传感器及磁性编码器

Info

Publication number: CN106019183B
Application number: CN201610108583.9A
Authority: CN
Inventors: 上田国博; 沟口义之; 山崎宽史; 渡边克
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: US10739419B2; US20160282146A1; US20200348373A1; US10073150B2; US20180364316A1; JP2016183904A; US11340316B2; DE102016102413A1; CN106019183A; JP6107864B2

Abstract

本发明提供一种磁传感器及磁性编码器，其具有被要求各不相同的响应特性的两种磁阻效应元件，能够一同提高各磁阻效应元件所要求的不同的响应特性。磁传感器(1)具备可检测外部磁场的第一及第二磁阻效应元件(31,41)，第一及第二磁阻效应元件是包含磁化方向根据外部磁场而变化的自由层(315,415)的多层的层叠体，从层叠方向上方分别观察第一及第二磁阻效应元件时的形状各不相同，第一磁阻效应元件具有可使相对于外部磁场的变化的第一磁阻效应元件的输出的斜率增大的形状，第二磁阻效应元件具有可使相对于外部磁场的变化的第二磁阻效应元件的输出的斜率比第一磁阻效应元件的输出的斜率小的形状。

Description

磁传感器及磁性编码器

技术领域

本发明涉及磁传感器及具备该磁传感器的磁性编码器。

背景技术

目前，在工作机械等中，使用用于检测根据移动体的旋转移动或直线移动的位置的位置检测装置。作为该位置检测装置，已知的是具备记录有磁信号的介质和磁传感器的位置检测装置，通过磁传感器，能够将表示介质和磁传感器的相对位置关系的信号输出。

作为在这种位置检测装置中使用的磁传感器，已知的是一种具有自由层和磁化固定层的层叠体，其具备电阻随着外部磁场相应的自由层的磁化方向的变化而变化的磁阻效应元件(MR元件)。另外，作为在这种位置检测装置中使用的介质，已知的是具有绝对信号用信号轨道的介质、具有增量信号用信号轨道的介质、具有绝对信号用信号轨道和增量信号用信号轨道的介质等。

以来，作为具备具有绝对信号用信号轨道和增量信号用信号轨道的介质的位置检测装置所使用的磁传感器，提案的是具有用于检测记录于绝对信号用信号轨道的磁信号的MR元件和用于检测记录于增量信号用信号轨道的磁信号的MR元件这两种MR元件的磁传感器(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2001－264112号公报

发明所要解决的课题

在上述磁传感器中，用于检测记录于绝对信号用信号轨道的磁信号的MR元件被要求对应于随着介质的相对移动产生的磁场的变化而具有输出急剧变化的特性(响应特性)。另一方面，用于检测记录于增量信号用信号轨道的磁信号的MR元件被要求对应于随着介质的相对移动而产生磁场的变化而具有输出线性变化的特性(响应特性)。

这样，关于所要求的响应特性不同的两种MR元件，近年来，正在被要求进一步的高灵敏度、低噪音等响应特性的提高。目前，正在尝试通过构成MR元件的自由层等各层的材料、或该各层的膜厚等的优化等，来提高上述响应特性。但是，通过这些尝试，存在非常难以进一步提高上述响应特性的问题。

发明内容

鉴于上述课题，本发明的目的在于，提供一种磁传感器及磁性编码器，其具有被要求各不相同的响应特性的两种磁阻效应元件，能够一同提高各磁阻效应元件所要求的不同的响应特性。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明提供的是一种至少具备能够检测外部磁场的第一磁阻效应元件及第二磁阻效应元件的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件分别是至少包含磁化方向根据所述外部磁场而变化的自由层的多层的层叠体，在从层叠方向上方分别观察所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层和所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层时，两自由层具有各不相同的形状，从所述第一磁阻效应元件的层叠方向上方观察时的所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的的形状是能够使伴随所述外部磁场的变化的所述第一磁阻效应元件的输出的斜率增大的形状，从所述第二磁阻效应元件的层叠方向上方观察时的所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的形状是能够使伴随所述外部磁场的变化的所述第二磁阻效应元件的输出的斜率比所述第一磁阻效应元件的输出的斜率小的形状(发明1)。

根据上述发明(发明1)，通过将被要求输出的斜率大(输出变化为急剧)的第一磁阻效应元件和被要求输出的斜率比其小的(输出变化为线性)的第二磁阻效应元件的各自的自由层的形状(从层叠方向上方观察时的形状)设定为适合各自的响应特性的形状，能够一同提高第一及第二磁阻效应元件的各自被要求的不同的响应特性。

在上述发明(发明1)中，可将所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状设为M+N边形(M为3以上的整数，N为1以上的整数)，且将所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状设为M边形(发明2)；所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状优选为M+N边形(M为4以上的偶数，N为2以上的偶数)，所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状优选为M边形(发明3)；所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状优选为至少具有相互平行的相对的两个边的形状(发明4)。

另外，在上述发明(发明1)中，可将所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状设为大致圆形状，且将所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状设为大致方形状(发明5)。

在上述发明(发明1～5)中，作为所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件，可使用TMR元件或GMR元件(发明6)；在上述发明(发明1～6)中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件优选依次层叠有磁化固定层、非磁性中间层及所述自由层(发明7)。在上述发明(发明7)中，所述非磁性中间层优选为MgOx(X＝0.1～0.9)(发明8)。在上述发明(发明7、8)中，所述非磁性中间层优选为至少包含第一非磁性中间层及第二非磁性中间层的层叠体(发明9)。

另外，本发明提供的是一种磁性编码器，其具备上述发明(发明1～9)的磁传感器、具有记录有绝对磁信号的绝对信号轨道及记录有增量磁信号的增量信号轨道且相对于所述磁传感器可相对移动的刻度部，以所述第一磁阻效应元件和所述绝对信号轨道彼此相对，且所述第二磁阻效应元件和所述增量信号轨道彼此相对的方式相对地设有所述磁传感器和所述刻度部(发明10)。

发明效果

根据本发明，能够提供一种磁传感器及磁性编码器，其具有被要求各不相同的响应特性的两种磁阻效应元件，能够一同提高各磁阻效应元件所要求的不同的响应特性。

附图说明

图1是表示具备本发明的一个实施方式的磁传感器的磁性编码器的概要构成的立体图；

图2是表示本发明的一个实施方式的磁传感器的概要构成的俯视图；

图3是表示本发明的一个实施方式的磁传感器的其他概要构成的俯视图；

图4是表示本发明的一个实施方式的第一磁阻效应元件及第二磁阻效应元件的概要构成的剖面图；

图5是用于对本发明的一个实施方式的第一磁阻效应元件的作用进行说明的立体图(其1)；

图6是用于对本发明的一个实施方式的第二磁阻效应元件的作用进行说明的立体图(其1)；

图7是用于对本发明的一个实施方式的第一磁阻效应元件的作用进行说明的立体图(其2)；

图8是用于对本发明的一个实施方式的第二磁阻效应元件的作用进行说明的立体图(其2)；

图9是表示本发明的一个实施方式的第一磁阻效应元件的输出变化的曲线图；

图10是表示本发明的一个实施方式的第二磁阻效应元件的输出变化的曲线图；

图11是表示具备本发明的一个实施方式的磁传感器的磁性编码器的其他概要构成的立体图；

符号说明

1…磁传感器

2…基板

3…第一磁传感器

31…第一MR元件

315、415…自由层

32、42…偏置磁场发生部

4…第二磁传感器

41…第二MR元件

10…磁性编码器

20…刻度部

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示具备本实施方式的磁传感器的磁性编码器的概要构成的立体图，图2是表示本实施方式的磁传感器的概要构成的俯视图，图3是表示本实施方式的磁传感器的其他概要构成的俯视图，图4是表示本实施方式的磁阻效应元件的概要构成的剖面图。

如图1所示，本实施方式的磁性编码器10具备：本实施方式的磁传感器1、相对于磁传感器1可沿第一方向(以下，有时称为“X方向”)移动的刻度(scale)部20。

在本实施方式中，刻度部20是所谓的线性刻度尺，具有：记录有绝对磁信号的绝对信号轨道(absolute signal track)21、记录有增量磁信号的增量信号轨道(incrementalsignal track)22。绝对磁信号及增量磁信号分别沿第一方向(±X方向)被磁化。此外，在图1中，绝对磁信号及增量磁信号的磁化方向分别用箭头表示。

如图2所示，本实施方式的磁传感器1具备基板2和设置于基板2上的一个第一磁传感器部3及两个第二磁传感器部4、4。第一磁传感器部3是用于检测记录于刻度部20的绝对信号轨道21的绝对磁信号的磁传感器。第二磁传感器部4是用于检测记录于刻度部20的增量信号轨道22的增量磁信号的磁传感器。

第一磁传感器部3具备自旋阀式的第一磁阻效应元件(第一MR元件)31、以夹着第一MR元件31的方式设置于第一MR元件31的第二方向(以下，有时称为Y方向)两侧的偏置磁场发生部32。两个第二磁传感器部4、4分别具备自旋阀式的第二磁阻效应元件(第二MR元件)41、以夹着第二MR元件41的方式设置于第二MR元件41的Y方向两侧的偏置磁场发生部42。

基板2是可一同支承第一磁传感器部3及第二磁传感器部4的矩形状的基板，例如可由玻璃、硅(Si)、氧化铝(Al₂O₃)、AlTiC(Al₂O₃－TiC)等构成。

在本实施方式中，检测记录于绝对信号轨道21的绝对磁信号的第一MR元件31，具有对应于根据该轨道21(刻度部20)的相对移动产生的外部磁场的变化而输出急剧变化的响应特性。另一方面，检测记录于增量信号轨道22的增量磁信号的第二MR元件41，具有对应于根据该轨道22(刻度部20)的相对移动产生的外部磁场的变化而输出线性变化的响应特性。即，第一MR元件31实现的输出的斜率比第二MR元件41实现的输出的斜率大。例如，在外部磁场在-50～50Oe的范围内进行变化的情况下，第一MR元件31的输出的斜率为10mV/Oe以上的程度。另一方面，第二MR元件41的输出的斜率为2～5mV/Oe的程度。第一MR元件31及第二MR元件41通过将从它们的层叠方向(Z方向)上方观察时的形状分别制成可使输出急剧变化的形状及可线性变化的形状，能够有效地发挥各不相同的响应特性。

更具体而言，如图2所示，当第一MR元件31的从层叠方向上方观察时的形状为大致圆形状，且第二MR元件41的从层叠方向上方观察时的形状为大致方形状时，第一MR元件31及第二MR元件41就能够有效地发挥各自被要求的响应特性。此外，在本实施方式中，“大致圆形状”除包含正圆形状以外，还包含相对于长径而言短径为70％以上的圆形状。另外，“大致方形状”除包含正方形、长方形以外，还包含四个内角均为85～95°的四边形状。

另外，如图3所示，第一MR元件31及第二MR元件41的从层叠方向上方观察时的形状均为多边形状，第一MR元件31的边数比第二MR元件41的边数多(在图3所示的例子中，第一MR元件31的上述形状为六边形状，第二MR元件41的上述形状为四边形状)，由此第一MR元件31及第二MR元件41也能够有效地发挥各不相同的响应特性。即，第一MR元件31的上述形状也可以为M+N边形状，第二MR元件41的上述形状也可以为M边形状(M优选为3以上的整数，特别优选为5以上的整数。N优选为1以上的整数)。由此，第一MR元件31及第二MR元件41能够有效地发挥各不相同的响应特性。

优选第二MR元件41的形状为M边形状(M为4以上的偶数)，更优选为正M边形状(M为4以上的偶数)。如后所述，第二MR元件41设置为比第一MR元件31更接近偏置磁场发生部42。因此，通过第二MR元件41的形状为M边形状(M为4以上的偶数)，特别是正M边形状(M为4以上的偶数)，在从第二MR元件41的层叠方向上方观察时，能够使第二MR元件41的相对的两个边，特别是在第二MR元件41的形状为正M边形状(M为4以上的偶数)时第二MR元件41的相对的平行的两个边分别与偏置磁场发生部42相对。该结果是，能够减小第二MR元件41和偏置磁场发生部42之间的长度G2，容易对第二MR元件41的整体大致均匀地附加偏置磁场发生部42产生的偏置磁场，所以在制造上优选M为4以上的偶数。

偏置磁场发生部32、42例如由永久磁铁构成，以自由层315、415(参照图4)的初始磁化方向(外部磁场为零(零磁场)时的自由层315、415整体的磁化315M、415M)朝向规定的方向(在本实施方式中，为Y方向)的方式将偏置磁场施加于自由层315、415。

第一MR元件31和偏置磁场发生部32之间的长度G1优选比第二MR元件41和偏置磁场发生部42之间的长度G2大，长度G1及长度G2均可在0～5μm的范围内适当设定。因为通过长度G1比长度G2大，附加于第一MR元件31的偏置磁场的强度比附加于第二MR元件41的偏置磁场的强度小，所以能够使来自第一MR元件31实现的输出的变化更加急剧，另一方面，能够使来自第二MR元件41实现的输出的变化更加线性。此外，第一MR元件31和偏置磁场发生部32之间的长度G1是指在磁传感器1的俯视时(在从第一MR元件31的层叠方向上方观察时)，第一MR元件31和偏置磁场发生部32的Y方向上的最短间隔。第二MR元件41和偏置磁场发生部42之间的长度G2也同样，是指第二MR元件41和偏置磁场发生部42的Y方向上的最短间隔。

接着，对第一MR元件31及第二MR元件41的层叠构造进行说明。

如图4所示，第一MR元件31及第二MR元件41是依次层叠有基底层311、411、反铁磁性层312、412、磁化固定层313、413、非磁性中间层314、414、自由层315、415及罩盖层316、416的层叠体。在基底层311、411的下层(基板2侧)及罩盖层316、416的上层分别设有由Cu膜等构成的下部电极层及上部电极层(均未图示)，沿着第一MR元件31及第二MR元件41的层叠方向流动感应电流。

基底层311、411是为排除基板2的晶轴的影响，且提高层叠形成于基底层311、411的上方的各层的结晶性及取向性而形成的。作为构成基底层311、411的材料，例如可举出Ta、Ru等。

反铁磁性层312、412是发挥固定其上层的磁化固定层313、413的磁化方向的作用的层。作为构成反铁磁性层312、412的材料，例如可使用含有选自Pt、Ru、Rh、Pd、Ni、Cu、Ir、Cr及Fe中的至少一种元素和Mn的反铁磁性材料。该反铁磁性材料的Mn的含量优选为35～95原子％。

在反铁磁性材料中，具有无需热处理就显示反铁磁性并在与强磁性材料之间诱发交换耦合磁场的非热处理系反铁磁性材料、和通过热处理而显示反铁磁性的热处理系反铁磁性材料。在本实施方式中，作为构成反铁磁性层312、412的材料，也可以使用任一种类型的反铁磁性材料。作为非热处理系反铁磁性材料，可举出RuRhMn、FeMn、IrMn等，作为热处理系反铁磁性材料，可举出PtMn、NiMn、PtRhMn等。

磁化固定层313、413具有在反铁磁性层312、412上依次层叠有第一磁化固定层313A、413A、中间层313B、413B及第二磁化固定层313C、413C的结构。作为构成第一磁化固定层313A、413A及第二磁化固定层313C、413C的材料，可例示NiFe、CoZrTa、铁硅铝磁合金、NiFeCo、CoZrNb、CoFe、CoFeB等，作为构成中间层313B、413B的材料，可例示Ru等。磁化固定层313、413的厚度可设为3.5～5.5nm的程度。

在磁化固定层313、413中，第一磁化固定层313A、413A的磁化通过反铁磁性层312、412而牢固地固定，第二磁化固定层313C、413C的磁化经由中间层313B、413B与第一磁化固定层313A、413A交换耦合，且牢固地固定。在本实施方式中，第二磁化固定层313C、413C的磁化方向设定为X方向。

自由层315、415是磁化方向根据随着刻度部20的相对移动而来的绝对磁信号及增量磁信号的信号磁场的变化而变化的软磁性层。作为构成自由层315、415的材料，可例示NiFe、CoFe、CoFeB、CoFeNi、Co₂MnSi、Co₂MnGe、FeOx(Fe的氧化物)等。自由层315、415的厚度可设为0.5～8nm程度。自由层315、415的初始磁化方向通过来自偏置磁场发生部32、42的偏置磁场的施加，而设定为Y方向。

非磁性中间层314、414是用于在本实施方式的第一MR元件31及第二MR元件41上体现磁阻效应(MR效应)的必需的膜。在本实施方式的第一MR元件31及第二MR元件41是发挥隧道磁阻效应的TMR元件的情况下，非磁性中间层314、414由绝缘层构成。另一方面，在本实施方式的第一MR元件31及第二MR元件41为GMR元件的情况下，非磁性中间层由金属层构成。作为构成非磁性中间层314、414的材料，例如可举出Cu、Au、Ag、Zn、Ga、TiOx、ZnO、InO、SnO、GaN、ITO(IRdium Tin Oxide)、Al₂O₃、MgO等。在本实施方式的第一MR元件31及第二MR元件41为TMR元件的情况下，作为构成非磁性中间层314、414的材料，优选使用MgOx(X＝0.1～0.9)。通过使用MgOx(X＝0.1～0.9)作为构成非磁性中间层314、414的材料，可得到更高的MR比。

非磁性中间层314、414可优选由两层以上的层叠膜构成。通过非磁性中间层314、414由两层以上的层叠膜构成，能够容易进行MR元件的电阻调节。例如，非磁性中间层314、414可由MgO/MgO的两层层叠膜、或Cu/ZnO/Cu、Cu/ZnO/Zn的三层层叠膜构成。此外，非磁性中间层314、414的厚度可设为0.5～5nm的程度。

罩盖层316、416是用于保护第一MR元件31及第二MR元件41的层。作为罩盖层316、416，例如可举出：Ta、Ru、Cu、Ag、Rh、Cr、T1、Re、Ir、Mo、W、Ti等中的一种单层膜或两种以上的层叠膜。

对具有如上所述的结构的本实施方式的磁性编码器10的作用进行说明。

在第一MR元件31中，就自由层315和磁化固定层313而言，两者的磁化315M、313M彼此实质上正交(参照图5)。该状态是作为第一MR元件31的初始状态(initial状态)。在第二MR元件41中，也同样，就自由层415和磁化固定层413而言，两者的磁化415M、413M彼此实质上正交(参照图6)。

当本实施方式的磁传感器1相对于刻度部20沿-X方向相对移动时，由绝对磁信号轨道21的绝对磁信号对第一MR元件31的自由层315作用的外部磁场的磁场强度就会逐渐变化。例如，随着磁传感器1及刻度部20彼此相对移动，且第一MR元件31和绝对磁信号轨道21的绝对磁信号之间的物理距离变小，而对第一MR元件31的自由层315作用的外部磁场的磁场强度逐渐增大。通过本实施方式的第一MR元件31的自由层315为可使输出随着外部磁场的变化而急剧变化的形状，即，可使磁化急剧旋转的形状，在外部磁场相对于自由层315的磁场强度超过规定的阈值时，自由层315的磁化315M实质上旋转90°(参照图7)。即，第一磁传感器3(第一MR元件31)的电阻值急剧增大(或减小)，第一MR元件31的输出急剧变化(参照图9)。由此，能够实现绝对位置的高精度的检测。

在本实施方式的磁性编码器10中，通过第一MR元件31的从层叠方向上方观察时的形状为例如大致圆形状，能够使第一MR元件31的输出急剧地变化。

另一方面，当本实施方式的磁传感器1相对于刻度部20沿-X方向相对移动时，由增量磁信号轨道22的增量磁信号产生的外部磁场相对于第二MR元件41的自由层415的磁场强度就会逐渐变化。通过本实施方式的第二MR元件41的自由层415为可使输出随着外部磁场的变化而线性地变化的形状，即，使磁化实质上以一定的速度而旋转的形状，从而使自由层415的磁化415M随着外部磁场相对于自由层415的磁场强度的变化而逐渐旋转(参照图8)。即，第二磁传感器4(第二MR元件41)的电阻值逐渐增大或减小，第二MR元件41的输出线性地变化(参照图10)。由此，能够实现增量位置的高精度的检测。

在本实施方式的磁性编码器10中，通过第二MR元件41的从层叠方向上方观察时的形状为例如大致方形状，能够使第二MR元件41实现的输出线性地变化。

这样，根据本实施方式的磁传感器1，通过用于检测绝对磁信号的第一MR元件31和用于检测增量磁信号的第二MR元件41分别具有所期望的形状(从层叠方向上方观察时的形状)，能够有效地发挥各自被要求的响应特性(输出的急剧变化、输出的线性变化)。由此，根据具备该磁传感器1的磁性编码器10，能够比以往更高精度地检测绝对磁信号的绝对位置及增量磁信号的增量位置。

以上说明的实施方式是为便于理解本发明而记载的，不是为限定本发明而记载的。因此，宗旨是上述实施方式公开的各元件也包含属于本发明的技术范围的全部设计变更或均等物。

在上述实施方式中，第一MR元件31及第二MR元件41的形状(从层叠方向上方观察时的形状)为各自的被要求特性相应的形状(例如，第一MR元件31为大致圆形状，第二MR元件41为大致方形状等)，但本发明不局限于这种方式。例如，只要至少自由层315、415具有该形状即可，其他各层(磁化固定层313、413等)的形状没有限制。

在上述实施方式中，作为磁性编码器10，以具有与磁传感器1相对的磁信号轨道(绝对磁信号轨道21及增量磁信号轨道22)的线性传感器为例进行了说明，但本发明不局限于这种方式。本发明的磁性编码器也可以为旋转角度传感器。在这种情况下，如图11所示，只要是具备在鼓状旋转体50的外周面51设有绝对磁信号轨道21’及增量磁信号轨道22’的刻度部20’和本实施方式的磁传感器1的结构即可。

在上述实施方式中，传感器1具备第一MR元件31及第二MR元件41各一个，但本发明不局限于这种方式，例如，第一磁传感器部3及第二磁传感器部4也可以分别包含多个第一MR元件31及第二MR元件41。

【实施例】

下面，举出实施例等进一步对本发明进行详细说明，但本发明不受下述实施例等任何限定。

〔实施例1〕

在Si基板2上制作从层叠方向上方观察的形状分别为圆形状及正方形状且具有图4所示的层结构的第一MR元件31及第二MR元件41，并且制造设有作为偏置磁场发生部32、42的永久磁铁的磁传感器1。将第一MR元件31的直径设为1.6μm，将第一MR元件31和偏置磁场发生部32之间的长度G1设为0.4μm，将第二MR元件41的一边的长度设为2.8μm、将第二MR元件41和偏置磁场发生部42之间的长度G2设为0μm。然后，一边对第一MR元件31及第二MR元件41分别施加电压1V的恒定电流，一边使外部磁场强度在-10～10Oe的范围内变化而使该外部磁场作用于第一MR元件31及第二MR元件41，求出第一MR元件31及第二MR元件41的灵敏度(mV/Oe)。将结果表示在表2中。

此外，构成第一MR元件31及第二MR元件41的各层的材料及膜厚如表1所示。

(表1)

(比较例1)

将第二MR元件41的形状(从层叠方向上方观察到的形状)制成圆形状，且将直径及第二MR元件41和偏置磁场发生部42之间的长度G2制成与第一MR元件31的直径及长度Gl相同，除此以外，与实施例1同样，制作第一MR元件31及第二MR元件41，求出各自的MR元件的灵敏度(mV/Oe)。将结果表示在表2中。

〔比较例2〕

将第一MR元件31的形状(从层叠方向上方观察到的形状)制成正方形状，且将一边的长度及第一MR元件31和偏置磁场发生部32之间的长度G1制成与第二MR元件41的直径及长度G2相同，另一方面，将第二MR元件41的形状(从层叠方向上方观察到的形状)制成圆形状，且将直径及第二MR元件41和偏置磁场发生部42之间的长度G2制成与第一MR元件31的直径及长度G1相同，除此以外，与实施例1同样，制作第一MR元件31及第二MR元件41，求出各自的MR元件的灵敏度(mV/Oe)。将结果表示在表2中。

〔比较例3〕

将第一MR元件31的形状(从层叠方向上方观察到的形状)制成正方形状，且将一边的长度及第一MR元件31和偏置磁场发生部32之间的长度G1制成与第二MR元件41的直径及长度G2相同，除此以外，与实施例1同样，制作第一MR元件31及第二MR元件41，求出各自的MR元件的灵敏度(mV/Oe)。将结果表示在表2中。

【表2】

由表2所示的结果可确认，通过将第一MR元件31的形状(从层叠方向上方观察到的形状)设为圆形状，且将第二MR元件41的形状(从层叠方向上方观察到的形状)设为正方形状，能够使第一MR元件31的输出的斜率(mV/Oe)比第二MR元件41的输出的斜率(mV/Oe)大，可使第一MR元件31的输出急剧变化，且可使第二MR元件41的输出线性地变化。

接下来，使用实施例1(第一MR元件31为圆形状，第二MR元件41为正方形状)的磁传感器1、和比较例1(第一MR元件及第二MR元件均为圆形状)的磁传感器，使外部磁场在-50～50Oe的范围内变化，求出第二MR元件的各自的输出变化量(最大输出和最小输出之差，mV)。然后，根据使外部磁场在-10～10Oe的范围变化时的第二MR元件的输出变化量MP1(mV)、和使外部磁场在-50～50Oe的范围内变化时的第二MR元件的输出变化量MP2(mV)，通过下述式，计算出与直线性相关的指标IL。将结果表示在表3中。

IL＝MP2/MP1

(表3)

用使外部磁场的强度在-50～50Oe的范围内变化时与在-10～10Oe的范围内变化时的第二MR元件的输出变化量MP2、MP1之比表示的与直线性相关的指标IL越接近“5”，则意味着在使外部磁场在-50～50Oe的范围内变化时，第二MR元件的输出越线性地变化。

由表3所示的结果可知，通过第二MR元件41的形状(从层叠方向上方观察时的形状)为正方形，直线性提高。由此可确认，通过第二MR元件的形状(从层叠方向上方观察到的形状)为方形状，可使来自第二MR元件的输出线性地变化。

由表2及表3所示的结果可推定，即使第一MR元件31及第二MR元件41的形状(从层叠方向上方观察时的形状)为多边形状，也通过使被要求输出的急剧变化的用于检测绝对磁信号的第一MR元件31的形状比用于检测增量磁信号的第二MR元件41的形状更近似圆形状，来使第一MR元件31的输出急剧变化，且使第二MR元件41的输出线性地变化。

即，由上述结果可推定，通过将第一MR元件31的形状(从层叠方向上方观察时的形状)设为M+N边形状(M为3以上的整数，N为1以上的整数)，且将第二MR元件41的形状(从层叠方向上方观察时的形状)设为M边形状，可有效地发挥第一MR元件31及第二MR元件41各自被要求的响应特性。

Claims

1.一种磁传感器，其特征在于，

至少具备能够检测外部磁场的第一磁阻效应元件和第二磁阻效应元件，

所述第一磁阻效应元件和所述第二磁阻效应元件是分别至少包含磁化方向根据所述外部磁场而变化的自由层的多层的层叠体，

在从层叠方向上方分别观察所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层和所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层时，两自由层具有各不相同的形状，

从所述第一磁阻效应元件的层叠方向上方观察时的所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的形状，是能够使伴随所述外部磁场的变化的所述第一磁阻效应元件的输出与所述第二磁阻效应元件的输出相比急剧变化的形状，

从所述第二磁阻效应元件的层叠方向上方观察时的所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的形状，是不能够使伴随所述外部磁场的变化的所述第二磁阻效应元件的输出与所述第一磁阻效应元件的输出相比急剧变化的形状。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状为M+N边形，所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状为M边形，其中，M为3以上的整数，N为1以上的整数。

3.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状为M+N边形，所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状为M边形，其中，M为4以上的偶数，N为1以上的整数。

4.根据权利要求2所述的磁传感器，其中，所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状为至少具有相互平行的相对的两个边的形状。

5.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状为短径相对于长径为70％以上的圆形，且所述第二磁阻效应元件的至少所述自由层的所述形状为四个内角均为85～95°的四边形。

6.根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件是TMR元件和GMR元件中的一种。

7.根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的磁传感器，其中，所述第一磁阻效应元件及所述第二磁阻效应元件是依次层叠磁化固定层、非磁性中间层及所述自由层而成的。

8.根据权利要求7所述的磁传感器，其中，所述非磁性中间层为MgOx，其中，X＝0.1～0.9。

9.根据权利要求7所述的磁传感器，其中，所述非磁性中间层为至少包含第一非磁性中间层及第二非磁性中间层的层叠体。

10.一种磁性编码器，其具备

权利要求1、2、4、5、8、或9中任一项所述的磁传感器；以及

具有记录有绝对磁信号的绝对信号轨道及记录有增量磁信号的增量信号轨道且相对于所述磁传感器能够相对移动的刻度部，

以所述第一磁阻效应元件和所述绝对信号轨道彼此相对，且所述第二磁阻效应元件和所述增量信号轨道彼此相对的方式相对地设有所述磁传感器和所述刻度部。