(57)【要約】【課題】永久磁石を備えた磁場成分の勾配センサを提供する。【解決手段】センサによって得られる磁場成分の勾配の方向と実質的に同一直線方向の磁化を有する永久磁石が設けられた変形可能な物体を備えた少なくとも１つの基本センサを備えた磁場成分の勾配センサであって、前記変形可能な物体が勾配によって前記磁石上に生じる力の影響下で変形することが可能であり、前記力の影響が前記変形可能な物体を引っ張ることによってセンサが勾配を得るための磁場成分と実質的に同一直線方向に移動させるものであり、前記変形可能な物体が前記物体に対して実質的に対向する少なくとも２箇所の固定点において固定支持装置に固定され、前記基本センサが勾配によって生じる前記変形可能な物体の変形または応力を変換する少なくとも１つの電気的変量の測定手段をさらに備えることを特徴とするセンサ。【選択図】図３
2010210622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサによって得られる磁場成分の勾配の方向と実質的に同一直線方向の磁化を有する永久磁石（３２）が設けられた変形可能な物体（３１）を備えた少なくとも１つの基本センサを備えた磁場成分の勾配センサであって、
前記変形可能な物体（３１）が勾配によって前記磁石上に生じる力の影響下で変形することが可能であり、前記力の影響が前記変形可能な物体（３１）を引っ張ることによって前記センサが勾配を得るための磁場成分と実質的に同一直線方向に移動させるものであり、前記変形可能な物体（３１）が前記物体（３１）に対して実質的に対向する少なくとも２箇所の固定点（３６）において固定支持装置（３３）に固定され、前記基本センサが勾配によって生じる前記変形可能な物体（３１）の変形または応力を変換する少なくとも１つの電気的変量の測定手段（３５、３５．１、３５．２、３５．３）をさらに備えることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記変形可能な物体（３１）が、休止状態で実質的に平面（ｘ、ｙ）に広がり、前記永久磁石（３２）の磁化方向（Ｍ）が、前記平面（ｘ、ｙ）に対して実質的に直交することを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記変形可能な物体（３１）の固定点（３６）が、前記支持装置に直接接続されているかまたは弾性アーム（３４）を使用して間接的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記変形可能な物体（３１）が、実質的に前記変形可能な物体の前記平面に向けられた少なくとも２つの弾性アーム（３４）を使用して、前記支持装置（３３）に対して懸架されていることを特徴とする請求項２または３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記弾性アーム（３４）が、少なくとも１つの主要部分（３４’）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項６】
対を形成している２つの弾性アーム（３４）が、互いの延長線上に位置する主要部分（３４’）を備えることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記磁石（３２）が、前記主要部分（３４’）の軸と実質的に直交する平面（ｘ、ｙ）の軸方向に移動することを特徴とする請求項５または６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記基本センサが、２対（Ｐ１、Ｐ２）の弾性アーム（３４）を備え、同一の対に属さない２つの弾性アームが接続された前記変形可能な物体の前記固定点（３６）が、可能な限り離れていることを特徴とする請求項６に記載のセンサ。
【請求項９】
前記基本センサが、２対（Ｐ１、Ｐ２）の弾性アーム（３４）を備え、前記２対（Ｐ１、Ｐ２）の前記弾性アーム（３４）が接続された前記変形可能な物体（３１）の前記固定点（３６）が、前記変形可能な物体（３１）の対称軸（ｙ１）に対して対称に位置することを特徴とする請求項６に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記弾性アーム（３４）が、勾配によって前記磁石上に生じる力の方向と実質的に直交する方向により高い剛性を有するために、幅より大きな厚さを有することを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１１】
各弾性アーム（３４）が、前記主要部分（３４’）と連結され、異なる対（Ｐ１、Ｐ２）の２つの弾性アーム（３４）を接続する前記変形可能な物体（３１）の２つの隣接する固定点（３６）が前記支持装置（３３）上の前記弾性アーム（３４）が接続された固定点（３７）よりも近く配置された追加部分（３４’’）を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記基本センサが、１対（Ｐ１）の弾性アーム（３４）を備え、前記弾性アーム（３４）の前記主要部分（３４’）の軸（ｙ）が前記変形可能な物体（３１）の対称軸（ｙ１）と統合されることを特徴とする請求項５または６に記載のセンサ。
【請求項１３】
勾配によって生じる前記変形可能な物体（３１）の変形または応力を変換する少なくとも１つの電気的変量の前記測定手段（３５）が、差動型であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１４】
差動測定手段（３５）が、容量性であるかまたは少なくとも１対の歪みゲージ（３５．６、３５．７）を備えることを特徴とする請求項１３に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記変形可能な物体（３１）を振動させるための励振手段（４０）をさらに備え、前記励振手段（４０）が特に静電性、圧電性、または磁気性であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記変形可能な物体（３１）が、勾配に起因して前記磁石（３２）に及ぼされる力に応じて非線形の変形を示すことを特徴とする請求項１５に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記変形可能な物体（３１、３１’）の前記磁石（３２、３２’）が、磁場成分の勾配の加速を区別できるように対向する磁化方向を有し、任意で加速及び勾配を同時に測定するような２つの基本センサ（ＣＥ１、ＣＥ２）を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記変形可能な物体（３１）が、その周辺の１つ以上の領域（Ｚ）またはその全周辺の位置で前記支持装置（３３）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項１９】
磁場成分の勾配センサの製造方法であって、
半導体材料からなる表面層（１０３）の下に組み込まれた犠牲層（１０１）を備えた基板（１００）を提供する段階と、
前記表面層中で後に画定される変形可能な物体中に組み込む前に永久磁石を収容するための少なくとも１つの箱（１０４）を前記表面層（１０３）中に、前記犠牲層（１０１）に到達することなく、空洞化する段階と、
磁性材料（１０６）で前記箱を充填して前記箱において前記磁性材料を磁化する段階と、
前記磁石の磁化方向と実質的に同一直線方向の勾配によって生じる前記変形可能な物体の変形または応力を変換する少なくとも１つの電気的変量の測定手段のために、前記表面層（１０３）上に金属接点（１０８）を形成する段階と、
前記表面層において、前記変形可能な物体及び前記変形可能な物体に対して対向する前記変形可能な物体の固定支持装置との少なくとも２つの固定点の外形を画定するように、前記犠牲層（１０１）を露出させる１つ以上の溝（１０９）をエッチングする段階と、
前記固定点が前記支持装置と接続され続けるように、前記変形可能な物体の下で犠牲層を解放するために除去する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記箱を充填する前にバリア層（１０５）で被覆することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
電気的接点（１０８）を形成する前に、前記磁石を保護層（１０７）で表面的に被覆することを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
磁石の磁性材料を磁化して結晶化する前に、アニーリング段階を実施することを特徴とする請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場成分の勾配センサ及び集積技術における当該センサの製造方法に関する。磁場に関して、電流場とも称される磁気励起Ｈまたは磁気誘導Ｂであってよく、これら２つの変量は一定の方法で結合される。
【０００２】
このようなセンサは、糸状導電体における電流循環から接触せずに測定を行うために利用することができる。このような電流測定の用途の分野は数多く存在する。それらは特に、工業または家庭内での建物、陸上、海上または航空輸送手段の電力消費量の評価となることができる。別の分野は、例えば同じ環境における電気設備の回路ブレーカーを切断することによる保護機能である。さらに、絶縁体を劣化させて短絡を引き起こす超過電流がその高価な銅巻線に流れてはならないような電気モーターの保護に採用することも可能である。さらに可能性のある使用方法は、例えば埋め込まれた電気ケーブルの検出及び配置、または非破壊的制御において誘起される電流の測定、または材料研究である。
【０００３】
当然のことながら、電流循環を利用しないような磁場成分の勾配を測定するその他の用途において使用することができる。
【背景技術】
【０００４】
磁場成分の勾配は、例えば特許文献１に記載されているような両センサが非常に近接してそれぞれが１箇所に配置された検出ボビンの対などの２つのセンサを使用して測定することができる。各センサが磁場成分を測定し、２つの測定値の差は磁場勾配に通じる。しかしながら、一方のセンサに磁気回路が存在することによって、他方のセンサの測定に障害を生じ得る。また、勾配測定の精度は、２つのセンサの精度、それらの位置の認識、各センサの特性の再現性によって制限される。
【０００５】
別の装置では、非特許文献１のように、単一の磁場センサのみが使用される。このセンサは勾配の方向に従って移動する。その位置に応じて、センサによってもたらされる信号の変動は、磁場勾配に通じる。この文献は、両方のセンサの存在に関する欠点を排除するが、位置の精密な測定が常に必要とされ、そのような測定は勾配の測定の感度を制限する。
【０００６】
非特許文献２では、単一のセンサが使用され、当該センサは磁場勾配を直接感知する。磁場成分の勾配センサを使用する利点は、例えば離れた寄生電導線に流れる電流によって生じる寄生磁場の勾配への感度が低いことである。実際には、任意の時点で、電導線によって形成される磁場は１／ｒに比例し、ｒは任意の点と電導線の中心との距離を表す。従って、磁場勾配は１／ｒ２に比例する。
【０００７】
この文献では、センサは２つの端部に組み込まれた電気を伝導する片持ちビームによってなる。ビームの機械的共振モードに対応する振動数で交流電流が供給される。磁場勾配は、ビームの変形を引き起こし、この変形を検出することによって、磁場勾配の測定へとつながる。当該センサの欠点は、著しく電力を消費することである。さらに、測定精度は、その全長にわたってビームの機械的及び電気的特性の均一性に影響される。
【０００８】
非特許文献３には、磁場成分の勾配センサとして、サマリウム‐コバルト、ネオジム‐鉄‐ホウ素またはバリウム‐鉄などの硬質強磁性材料において被覆された光ファイバが開示されている。磁場勾配は、光ファイバを変形する力を発生させる。変形は、光ファイバの干渉によって検出される。光ファイバを使用すると、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスの集合技術を用いたマイクロメートル規模のセンサが作製されない。
【０００９】
非特許文献４には、永久磁石を支持する一端及び他端が固定された圧電材料からなるビームを備えた磁場成分の勾配センサが開示されている。永久磁石上の磁場成分の勾配によって形成される力は、ビームの圧電材料に応力を引き起こし、ひいては測定され得る電圧の発生を引き起こす。
【００１０】
非特許文献４及び非特許文献３に記載の構造の欠点は、磁石がその磁化方向と同一直線方向でない磁場にさらされると、ビームまたは光ファイバ上の寄生変形を発生させ得るトルクにさらされることである。これは、測定精度を低下させるかまたは検出器の使用条件を少なくともかなり制限する。
【００１１】
さらに、非特許文献４で使用される詳細な物理的原理について、正規直交マーカーｘ、ｙ、ｚが表示された図１Ａ及び１Ｂを参照して説明する。
【００１２】
永久磁石１が磁場成分の勾配にさらされると、力Ｆが及ぼされ、この力Ｆは磁場勾配に比例する。説明を通して、簡略化のために、磁場成分の勾配のかわりに磁場及び磁場勾配と説明することもある。
【００１３】
磁石１を含む磁場によって生じる力（ｖｏｌｕｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ）は以下のように表される、
【００１４】
【数１】
2010210622.tif 000003
【００１５】
そのため、磁場Ｂがｙ軸方向であり、磁場勾配がｚ軸方向である場合、永久磁石１がｚ軸方向の磁化方向Ｍを有していれば、永久磁石１に及ぼされる力Ｆはｙ軸方向である。当然のことながら、磁場Ｂはｘ軸方向の電導線２に流れる電流ｉによって形成される。電導線２の交差部分に関して、磁場Ｂは接線であり、磁場勾配は半径である。磁石１は、例えばビーム３の自由端４に位置し、その他端５は固定される。
【００１６】
電導線によって形成される磁場の場合のように、磁場勾配に対して垂直な磁場は、力に加えて、ｚ及びｙに従ってビーム３をねじれて変形し得る永久磁石１上のトルクＣを形成し得る。当該トルクは、電流ｉの循環によって生じる磁場勾配によって形成される力Ｆの測定に障害を及ぼし得る。この変形は、ｚ軸方向の磁場勾配によって生じるものと実質的に同一であり得る。
【００１７】
解析的計算は、磁場勾配に起因するビームの偏位Ｚｇｒａｄ及び永久磁石の磁化に垂直な磁場によって生じるトルクに起因するビームの偏位Ｚｆｉｅｌｄが実質的に同程度の変量を有することを示している。
【００１８】
【数２】
2010210622.tif 000004
【００１９】
【数３】
2010210622.tif 000005
【００２０】
【数４】
2010210622.tif 000006
ここで、
・Ｖｍａｇｎｅｔは永久磁石の体積
・Ｍはその磁化
・Ｂｘはｘ軸方向の磁場成分
・ｒは円筒形であろう電導線の中心と磁石との距離
・Ｅはビームの材料のヤング率
・Ｗはビームの幅
・ｔはビームの厚さ
・Ｌはビームの長さ
である。
【００２１】
数式（４）は、ビームの最大偏位Ｚｇｒａｄとビームの偏位Ｚｆｉｅｌｄとを区別するために、分母のｒを最小化して、分子のＬを最大化する必要がある。この変数ｒは、電導線の半径及びマイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスによって製造される場合に永久磁石が配置される基板に対応するビームの厚さによって調整される。ビームの長さを最大化することは、センサを小型化する目的に反する。
【００２２】
これらの２つの変形を互いに区別できないことは明らかである。図２Ａ及び２Ｂはこれらのコメントを図示している。図２Ａはシリコンビームの変形のデジタルシミュレーションを図示する。
ここで、
・Ｌ＝１０００マイクロメートル
・Ｗ＝１００マイクロメートル
・ｔ＝１マイクロメートル
【００２３】
ビームは、永久磁石から１ミリメートル離れて位置する電導線に流れる１Ａの電流によって生じるものと同等の磁場勾配の影響下で、一方の自由端にパラレルエピペディックな１００×１００×１立方マイクロメートルの永久磁石を備える。
【００２４】
ビームの端部の偏位Ｚｇｒａｄは、図２Ａにおいて３５０ｎｍである。
【００２５】
図２Ｂは、同じビーム、永久磁石、及び電導線アセンブリにおいて、電流の循環によって生じるものと同等の磁場の影響下でのビームの偏位を図示する。ビームの端部の偏位Ｚｆｉｅｌｄは、５５０ｎｍである。
【００２６】
磁石の磁化方向が磁場と同一直線方向となることによって磁石上のトルクの生成を防止するために、非特許文献４は、図１Ｃのように、２つの電導線２’を平行且つ互いに永久磁石１から等距離に近接して配置することを提案している。２つの電導線２’には同量の電流が逆方向に流れる。従って、磁場は、永久磁石１の磁化Ｍ及び磁場勾配に関してはｚ軸方向である。この装置の欠点は、永久磁石１を２つの電導線２’から正確に等距離に配置することが困難であり、また同量の電流を両方の電導線２’に循環させなければならないことである。異なる場合は、磁場勾配の測定の信頼性がなくなり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許第３，８２９，７６８号明細書
【非特許文献】
【００２８】
【非特許文献１】Ｓ．  Ｔｕｍａｎｓｋｉ、「Ｉｎｓｕｃｔｉｏｎ  ｃｏｉｌ  ｓｅｎｓｏｒｓ  −  ａ  ｒｅｖｉｅｗ」、ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７年、第１８巻、ｐ．３１−４６
【非特許文献２】Ａ．  Ｖｅｒｙａｓｋｉｎ、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｇｒａｄｉｏｍｅｔｒｙ：ａ  ｎｅｗ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、２００１年、第９１巻、ｐ．２３３−２３５
【非特許文献３】Ｈ．  Ｏｋａｍｕｒａ、「Ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ  ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ｔｈｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ  ｆｏｒｃｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９９０年、第８（６）巻、ｐ．８７７−８８２
【非特許文献４】Ｅ．  Ｔｈｅ  ｌａｎｄ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  ＭＥＭＳ  ｐａｓｓｉｖｅ，  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ−ｂａｓｅｄ  ＡＣ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ  ａｎｄ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ｌｏａｄｓ」、ＰｏｗｅｒＭＲＭＳ、Ｂｅｒｋｅｌｙ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、２００７年
【非特許文献５】Ｊ．Ｃ．  Ｓｕｉｔｓ、「Ｔｈｅｒｍｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｗｒｉｔｉｎｇ  ｉｎ  Ｔｂ−Ｆｅ：Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｗｉｔｈ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、１９８８年、第６４（１）巻、ｐ．２５２−２６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明の目的は、前述のいずいれの問題点も有さない永久磁石を備えた磁場成分の勾配センサを提供することである。
【００３０】
本発明の目的は特に、磁石の磁化方向と同一直線上にない場合に、勾配によって生じる力の寄与と磁場によって生じるトルクの寄与とを識別するセンサを提供することである。
【００３１】
本発明の別の目的は、センサの位置調整精度が測定の精度にほぼ影響を及ぼさないようなセンサを提供することである。
【００３２】
本発明のさらに別の目的は、作動においてエネルギー消費の少ないセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
目的を達成するために、本発明は、勾配によって磁石上に作用する力の影響下で変形することができる変形可能な物体（ｍａｓｓ）上に磁石を配置することを提案する。この力の影響により、磁石は磁場成分と実質的に同一直線方向に移動し、変形可能な物体は、変形可能な物体に対して実質的に対向する少なくとも２点において固定支持装置に固定され、磁石は、センサが得るべき磁場成分の勾配と実質的に同一直線方向の磁化方向を有する。
【００３４】
より詳細には、本発明は、センサが得る磁場成分の勾配の方向と実質的に同一直線上の磁化方向を有する永久磁石が設けられた変形可能な物体を有する少なくとも１つの基本センサを備えた磁場成分の勾配センサである。変形可能な物体は、勾配によって磁石上に作用する力の影響下で変形することができ、この力の影響により、センサが勾配を確保すべき磁場成分と実質的に同一直線方向に変形可能な物体が引っ張られることによってセンサが移動する。変形可能な物体は、物質に対して実質的に対向する少なくとも２つの固定点において固定装置支持体に固定される。基本センサはさらに、勾配によって生じる変形可能な物体の変形または応力を変換する少なくとも１つの電気的変量の測定手段を備える。
【００３５】
変形可能な物体が休止状態で実質的に平面に広がっている場合、永久磁石の磁化方向が実質的に平面に垂直であることが好ましい。
【００３６】
変形可能な物体の固定点は、支持装置に直接、または弾性アームを利用して間接的に接続されることができる。
【００３７】
変形可能な物体は、実質的に変形可能な物体の平面に向けられた少なくも２つの弾性アームを利用して、支持装置に対して懸架されることができる。
【００３８】
弾性アームは、少なくとも１つの主要部分を備えることができる。対を形成する２つの弾性アームは、互いの延長線上に位置する主要部分を備える。
【００３９】
磁石は、好ましくは面の軸に応じて、実質的に主要部分の軸に対して垂直に移動する。
【００４０】
基本センサが２対の弾性アームを備える場合、同一の対に属さない２つの弾性アームが接続されている変形可能な物体の固定点は、可能な限り離れている。
【００４１】
基本センサが２対の弾性アームを備える場合、両方の対の弾性アームが接続されている変形可能な物体の固定点は、変形可能な物体の対称軸に対して対称に配置される。
【００４２】
弾性アームは、勾配によって磁石上に作用する力の方向に対して実質的に直角の方向に従ってより剛性を有するために、幅より厚さが大きいような厚さ及び幅を有する。
【００４３】
各弾性アームは、主要部分に連結され、異なる対の２つの弾性アームが接続された変形可能な物体の２つの隣接する固定点が、前記弾性アームが支持装置上に接続された固定点よりも近く配置された追加部分を備えることができる。
【００４４】
基本センサが１対の弾性アームを備える場合、弾性アームの主要部分の軸は変形可能な物体の対称軸と統合される。
【００４５】
変形または応力を変換する変量の測定手段は、差動装置であることができる。これにより、力とトルクとに起因する変形の識別がさらに促進される。
【００４６】
差動測定装置は、容量性であるかまたは少なくとも１対の歪みゲージを備えることができる。
【００４７】
センサはさらに、変形可能な物体を振動させる励振手段を備えることができ、これらの励振手段は特に、静電性、圧電性または磁気性である。
【００４８】
変形可能な物体は、勾配に起因して磁石に加えられる力に応じて非線形の変形を示すことができる。
【００４９】
磁場勾配に起因する寄与と加速に起因する寄与とを区別して、任意で勾配と加速とを同時に測定するために、センサは、変形可能な物体の磁石が対向する磁化方向を有するような２つの基本センサを備えることができる。
【００５０】
変形可能な物体は、支持装置にその周囲の１以上の領域の位置または周囲全体にわたって固定されることができる。
【００５１】
本発明はまた、半導体材料からなる表面層の下に埋め込まれた犠牲層を備えた基板を提供する段階と、犠牲層に到達しないように表面層中に、表面層において後に画定される変形可能な物体中に組み込まれる前に、永久磁石を収容するための少なくとも１つの箱を空洞化する段階と、磁性材料で箱を充填して箱内の磁性材料を磁化する段階と、磁石の磁化方向と実質的に同一直線上の勾配によって生じる変形可能な物体の変形または応力を変換する少なくとも１つの電気的変量の測定手段用の金属接点を表面層上に形成する段階と、変形可能な物体及び固定支持装置上における変形可能な物体に対して対向する変形可能な物体の少なくとも２つの固定点の外形を画定するように犠牲層を露出させる１つ以上の溝を表面層中にエッチングする段階と、固定点が支持装置に接続された状態となるように変形可能な物体の下の犠牲層を除去する段階と、を含む磁場成分の勾配センサの製造方法に関する。
【００５２】
拡散を防ぐために、箱を充填する段階以前にバリア層で覆うことができる。
【００５３】
磁石を、電気接点を形成する以前に保護層で表面的に被覆することができる。
【００５４】
磁性材料を結晶化するために、磁化段階以前にアニーリング段階を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】電流が流れる電導線に隣接する場合に、ビームの端部に配置された磁石に及ぼされる力を示す。
【図１Ｂ】ビームの端部に配置された磁石が受ける磁場によって引き起こされるトルクを示す。
【図１Ｃ】非特許文献３に図示された磁場成分の勾配センサを示す。
【図２Ａ】磁場勾配の影響下で、端部で磁石を支えるビームの変形を示す。
【図２Ｂ】磁場の影響下で、端部で磁石を支えるビームの変形を示す。
【図３】１対のみの弾性アームを備える本発明による磁場成分の勾配センサの実施例を示す。
【図４Ａ】２対の弾性アームを備える本発明による磁場成分の勾配センサの実施例を平面図に示す。
【図４Ｂ】本発明による磁場成分の勾配センサの可動性物質の実施例を示す。
【図４Ｃ】本発明による磁場成分の勾配センサの可能性物質の別の実施例を示す。
【図５】２対の弾性アームを備える本発明による磁場成分の勾配センサの実施例を平面図に示す。
【図６】２対の弾性アームを備える本発明による磁場成分の勾配センサの実施例を平面図に示す。
【図７】２対の弾性アームを備える本発明による磁場成分の勾配センサの実施例を平面図に示す。
【図８Ａ】ｚ軸の磁場勾配を受けた場合の図４のセンサの変形を示す。
【図８Ｂ】ｙ軸の磁場を受けた場合の図４のセンサの変形を示す。
【図８Ｃ】ｘ軸の磁場を受けた場合の図４のセンサの変形を示す。
【図９Ａ】ｚ軸の磁場勾配を受けた場合の、変形可能な物体の幅が図８よりも広いようなセンサの変形を示す。
【図９Ｂ】ｘ軸の磁場を受けた場合の、変形可能な物体の幅が図８よりも広いようなセンサの変形を示す。
【図１０】ｚ軸の磁場を受けた場合の図７と同様のセンサの変形を示す。
【図１１Ａ】ｚ軸の磁場勾配を受けた場合の、変形可能な物体及び弾性アームがより厚いような図４のセンサの変形を示す。
【図１１Ｂ】ｙ軸の磁場を受けた場合の、変形可能な物体及び弾性アームがより厚いような図４のセンサの変形を示す。
【図１１Ｃ】ｘ軸の磁場を受けた場合の、変形可能な物体及び弾性アームがより厚いような図４のセンサの変形を示す。
【図１２】加速も測定することができる図３と同様の磁場成分の勾配センサを示す。
【図１３】図１３Ａから図１３Ｇは、本発明によるセンサの製造段階を示す。
【図１４】本発明の方法によって作製されたセンサの平面図を示す。
【図１５Ａ】励振手段が静電性であるような本発明によるセンサの変形例を示す。
【図１５Ｂ】励振手段が圧電性であるような本発明によるセンサの変形例を示す。
【図１５Ｃ】励振手段が磁気性であるような本発明によるセンサの変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明は、添付の図面を参照するとともに、単に説明の目的与えられ、限定的でない実施形態の説明からより深く理解されるであろう。
【００５７】
図面から別の図面へと容易に移動することができるように、異なる図面の同一、類似または同等の部分には同一の参照符号を付す。
【００５８】
図面を分かりやすくするために、図面中の異なる部分が均一の縮尺に準じて必ずしも異なるとは限らない。
【００５９】
図３を参照すると、本発明による磁場成分の勾配センサが示されている。垂直指標のｙ軸方向に向けられた電導線３０を流れる電流ｉ３によって磁場が生じると考えられる。磁場成分の勾配センサは、永久磁石３２が設けられた変形可能な物体３１を有する少なくとも１つの基本センサＣＥ１を備える。変形可能な物体３１は、休止状態でｘｙ平面に位置する。変形可能な物体３１は、膜の形態を成すことができ、厚さがその他２つの寸法よりもずっと薄いことを意味する。変形可能な物体３１は、磁石３２に加えられる、磁場勾配によって作用する力の影響下で変形することができる。この力の影響により磁石３２が移動し、変形可能な物体３１を移動させる結果、変形可能な物体は変形する。移動は、センサが勾配を確保すべき磁場成分と実質的に同一直線方向になされる。変形可能な物体３１の変形状態は、加えられた磁場勾配の強度によって異なり得る。
【００６０】
磁石３２の磁化Ｍは、ｚ軸方向である。より詳細には、磁石３２は、センサが確保すべき磁場成分の勾配方向と実質的に同一直線上の磁化方向を有する。
【００６１】
変形可能な物体３１は、変形可能な物体に対して実質的に対向する少なくとも２点３６において固定支持装置３３に固定されている。支持装置３３は、変形可能な物体が磁石３２によって移動される場合に変形可能な物体３１に対して固定され続けるため固定支持装置と称される。
【００６２】
図３に図示した実施例において、変形可能な物体３１は１対の弾性アーム３４を利用して支持装置３３上で懸架されている。弾性アームとは、応力の影響下で変形することができ、応力が解除されると元の形状を取り戻すアームを意味する。複数の弾性アームの対を使用することができ、厳密に１つ以上の奇数の弾性アームを使用することもできる。弾性アーム３４は、一側が支持装置３３に固定され、他側が変形可能な物体３１の端部に固定されている。弾性アームは、休止状態でｘｙ平面に延びる。１対の弾性アーム３４の各々は、変形可能な物体３１と支持装置３３との間で横方向に延びる主要部分３４’と称される部分を備える。１対の弾性アーム３４の主要部分３４’は、互いの延長線上にある。主要部分３４’は、ｙ軸方向に伸展する。図３の実施例において、弾性アーム及び主要部分は１つのみである。
【００６３】
弾性アーム３４は、導線３０のように、直線的に図示され、ｙ軸方向に配置されている。別の構成も可能である。磁場勾配が電導線を流れる電流によって生じない場合、本発明によるセンサは、磁場勾配が永久磁石３２の磁化方向Ｍと同一直線方向となり、磁場の方向が磁石３２の移動のｘ軸と同一直線上となるように配置される。
【００６４】
弾性アーム３４が１対のみの場合、主要部分３４’の軸が変形可能な物体３１の重心を通過することが好ましい。主要部分３４’のｙ軸は、変形可能な物体３１の対称軸ｙ１と統合される。この対称性は、実際に勾配に起因する寄与と磁場に起因する寄与とを区別するために必要とされる。
【００６５】
基本センサはさらに、勾配によって生じる変形可能な物体３１の応力または変形を変換する電気的変量の測定手段３５を備える。変形は、磁石３１の移動によって生じ、この移動は主要部分３４’の軸を横切るｘ軸方向である。この変形は、変形可能な物体３１がｚ軸方向の磁場勾配を受ける場合に起こり、磁場はｘ軸方向である。図３の実施形態において、勾配はｚ軸方向であり、勾配を発生させる磁場はｚ軸方向である。図３に記載の実施例において、測定手段３５は差動測定を実施し、測定手段は、永久磁石３０のいずれかの側面と向かい合う１対の電極３５．１、３５．２を備えた容量型である。測定手段は容量の変動を測定する。電極の一方３５．１は、差動増幅器３５．３の入力と接続され、電極の他方３５．２は他方の入力と接続される。これらの電極３５．１、３５．２の各々は、電圧信号を測定し、差動増幅器は永久磁石３２に対する容量の変動を代表する信号を供給する。支持装置３３は電気的物体に提供される。この容量の変動は、変形可能な物体３１の横方向の移動へと変換され、その結果変形可能な物体が移動する。１対の電極３５．１、３５．２は、測定される移動の方向を実質的に横切る面を有する。
【００６６】
磁場勾配によって生じる移動は、電極３５．１、３５．２の各々による信号出力を対向する方向に変化させる一方で、永久磁石３２の磁化Ｍと組み合わせられて、ｘ軸またはｙ軸方向の磁場によって生じるトルクによる移動は、電極３５．１、３５．２の各々による信号出力を同一方向に変化させる。このような差動測定では、横方向の移動を測定する間に、磁場に起因する寄与を、永久磁石３２の磁化方向と同一でなく、トルクを生じさせる程度に排除することができる。磁場勾配に起因する寄与のみが保持される。
【００６７】
図４Ａは、本発明による磁場成分の勾配センサの平面図を示す。図３に図示したものとの相違点は、ここではＰ１、Ｐ２の２対に区分されている弾性アーム３４の位置である。変形可能な物体３１と弾性アームの同一の対Ｐ１またはＰ２に属さない２つの弾性アーム３４が接続される固定点３６は、可能な限り離れている。実施例において、これらの固定点３６は、実質的に長方形の膜の形状をなす変形可能な物体３１の角の位置にある。２対のアームＰ１、Ｐ２は、変形可能な物体３１が構築される対称軸ｙ１に対して実質的に対称に配置される。この対称軸ｙ１は、ｙ軸と同一方向である。２対の弾性アームＰ１、Ｐ２との固定はさらに、ｘ軸またはｙ軸方向の磁場とｚ軸方向の磁石の磁化との組み合わせによって生じるトルクの影響を制限する。図３及び４Ａの２つの実施形態は、変形可能な物体３１の強制振動のための手段を有することなく機能する。２対の弾性アームＰ１、Ｐ２を備える場合、センサは磁場及び永久磁石の磁化によって生じるトルクの影響が最小限となるため、磁石、ひいては変形可能な物体３１の移動は、磁場勾配及びより少ない程度に磁場自体のみに起因するものである。
【００６８】
当然センサは１より大きな奇数個の弾性アームを備えて機能することができる。例えば変形可能な物体３１の周囲に実質的に等距離または非等距離に分配された３つの弾性アームが想定される。
【００６９】
変形可能な物体３１を支持装置３３に直接固定することができるため、弾性アームを省略することも可能である。図４Ｂ、４Ｃでは、変形可能な物体３１は、支持装置３３の周囲の１つ以上の領域Ｚにおいて固定され、各領域Ｚは、複数の連続した固定点に対応する。図４では、変形可能な物体３１は、実質的に長方形のビームの形状を成し、領域はその２つの幅に対応し、それらは固定支持装置３３に固定される。
【００７０】
図４Ｃに図示した変形例のように、固定支持装置３３への固定は、変形可能な物体３１の全周囲に対応する周囲の領域Ｚにおいてなされる。
【００７１】
図４Ａで説明した実施例では、変形可能な物体の変形を変換する電気的変量の測定手段は、図３で説明したものと同じ種類のものである。検出は差動であって、容量的に行われ、磁場勾配のみが変形可能な物体３１を変形させて移動させる。
【００７２】
変形可能な物体３１を振動させる励振手段を提供することも可能である。この場合、磁場勾配によって磁石に加えられる力に応じて変形が非直線形である変形可能な物体を選択する。変形可能な物体３１は、磁場勾配の存在下で磁石を介して加えられる力の強度によって異なるように振動する。磁場勾配は、変形可能な物体３１の振動応答の部分によって測定することができる。勾配を得るために様々な方法を使用することができる。変形または応力を表す電気的変量の測定及び励振は、異なる方法で得られる。
【００７３】
図５において、変形可能な物体３１の励振手段４０は、静電気的であり、勾配によって生じる変形可能な物体３１の応力または変形を変換する電気的変量の差動測定手段３５に連結される。励振手段４０は、２つの対向する電極４０．１、４０．２を備える。直流電圧Ｖｄｃに重畳された交流電圧Ｖａｃが印加される。交流電圧は、一方の電極から他方の電極まで逆位相である。差動測定手段３５は、励振手段４０の電極のいずれかの側に位置する対向する２つの電極の対（３５．１、３５．２）、（３５．４、３５．５）を備える。
【００７４】
１対の電極の一方の電極３５．１、３５．４は、差動増幅器３５．３の入力に接続され、他方の電極３５．２、３５．５は他方に接続される。
【００７５】
変形によって、変形可能な物体に及ぼす振動の振動数を利用することも可能である。
【００７６】
変形可能な物体が基本振動数ｆ０で励振される場合、振動数２ｆ０、３ｆ０、４ｆ０・・・での調波を生じさせることによって変形する。調波の振幅は、変形可能な物体における磁場勾配または応力形成に起因する変形可能な物体３１の変形に依存する。別の方法は、共鳴振動数を使用することができる。ビームの共鳴振動数は、磁場勾配に応じて変化させることができる。勾配の測定は、この共鳴振動数の調査または共鳴あたりの振幅変動の測定によって得られる。
【００７７】
図１５Ａは、励振手段４０が静電気的であるような本発明によるセンサを示す。変形可能な物体３１は、２つの末端領域３１．１において支持装置３３へと固定された実質的に長方形の膜の形状を成す。以降、膜との用語を使用する。支持装置３３は、基板の形状を成す。その結果、変形可能な物体３１は、基板３３の上部に懸架される。励振手段は、２つの対向する導電面４２、４１を備える。一方の面４２は、物体３１の支持装置３３側の面である。他方の導電膜４１は、支持装置３３の物体３１側の面である。これらの２つの導電面４１、４２を好ましくは制御可能な振動数を有する交流電圧源４３と接続すると、膜３１と支持装置３３との間に交流引力が形成される。振動数は膜３１の基本共鳴振動数と実質的に等しく選択されると有利である。その他の振動数も可能であるが、より大きな電力が必要とされ得る。変形可能な物体３１の変形または応力を変換する電気的変量の測定手段は、導電面の一方４２と電圧源４３との間を流れる電流３５．１の測定手段である。これは、差動測定に関するものではない。特に、電流の調波の発生は、磁場勾配に遡ることができる。逆に、導電面を供給し、且つ導電面４１、４２の末端に電圧測定手段を提供するために、電圧源の代わりに電流源を使用することもできる。図面の数を不必要に増加させないために、この変形例は、点線で表されており、電圧源及び電流測定手段を備えた実施形態と重ねられる。しかしながら、これは当業者に如何なる問題も提起しない。
【００７８】
図１５Ｂにおいて、膜は図１５Ａと同様の形態であり、励振手段４０は圧電性である。励振手段４０は、膜３１と機械的に接触する圧電素子４５と、圧電材料からなる素子４５のいずれかの側面上に配置された１対の電極４７、４８を介して圧電素子４５を励振する制御可能な振動数を有する電圧供給源４６とを備える。当該素子４５は、膜３１の下に圧電材料の積層板であってよい。圧電素子４５が励振されると、膜３１内に応力を生成して膜を振動させる。前述のように調製された板型の圧電素子を使用する代わりに、膜を支持装置に固定するように作用する圧電材料からなるスタッドを使用することもできる。当該スタッドを励振させることによって、膜を振動させることが可能となる。振動数は、膜３１の基本共鳴振動数に対応するように選択される。磁場勾配による膜３１の変形に起因する応力を変換する電気的変量の検出手段は、圧電素子のインピーダンスの発生を測定するためのインピーダンス分析器３５．２によって与えられ得る。インピーダンスの測定は、膜の応力及び変形ひいては磁場勾配に遡る。図１５Ｃにおいて、膜は図１５Ａの形態と同様であり、励振手段４０は、磁気的である。励振手段４０は、好ましくは制御可能な振動数で交流電流供給源５０に接続されたボビン４９を備える。振動数は、膜の基本共鳴振動数と実質的に等しく選択されると有利である。交流電流が流れることによって、磁石３２に及ぼされ、磁場勾配によってその上に重畳される代替力が生じる。膜の変形を変換する電気的変量の検出手段は、コイル４９の末端で電圧を測定する手段３５．３を備える。コイル４９は、膜上の磁石３２と同じ側または逆側に位置することができる。変形例では、膜上に支持されることなく膜３１に近接して位置することができる。膜３１及び磁石３２がＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃ  ｓｙｓｔｅｍ）によって形成される場合、必要に応じてコイルはＭＥＭＳの外側に配置されることができる。電流が流れることによって生じる磁場が磁石３２の磁化と同一方向となるように配置される。
【００７９】
図１５に示す３つの実施例において、電流を電圧に反転することができる。電流を印加することによって励振が実施され、電圧を測定することによって検出がなされるかまたは、電圧を印加することによって励振が実施され、電流を測定することによって検出がなされることができる。
【００８０】
図６は、本発明によるセンサの実施形態を示す。この図６において、測定手段３５は１対の歪みゲージ３５．６、３５．７によって形成される。これらは差動測定手段である。これらは、変形可能な膜３１と固定領域との間に配置された金属ピエゾ抵抗ゲージであってよい。歪みゲージ３５．６、３５．７は、差動増幅器３５．３の入力を介して接続される。歪みゲージ３５．６、３５．７は、磁場勾配によって磁石上に作用する力によって生じる応力を変換する信号を出力する。
【００８１】
図７は、本発明によるセンサの別の変形例を示す。前述の実施形態との相違点は、弾性アームの構成である。図４から６に示すように、共鳴構造３１の角に固定された２対の弾性アームＰ１、Ｐ２を備えるが、ここでは互いに接続された２つの部分３４’、３４’’を備え、一方の部分３４’’は変形可能な物体３１に接続され、他方は支持装置３３に接続される。変形可能な物体３１に接続された部分３４’’は、追加の部分と称され、実質的にｘ軸と同一の方向に向けられ、支持装置３３に接続された部分３４’は、実質的にｙ軸と同一の方向に向けられ、主要部分に相当する。このような構成は、変形可能な物体３１の体積、従って質量を増やす必要なく、変形可能な物体３１と支持装置３３との間のレバーアームを増加させる。
【００８２】
２つの弾性アーム３４の異なる対Ｐ１、Ｐ２に属する変形可能な物体３１上の２つの隣接する固定点３６は、支持装置３３上のこれらの弾性アーム３４からの距離は、固定点３７よりも近い。
【００８３】
図８Ａ、８Ｂ、８Ｃを参照して、本発明による磁場成分の勾配センサのシミュレーションを参照する。
【００８４】
これらのシミュレーションは、図４Ａに図示されたものと構造の観点から同等の磁場成分の勾配センサを使用して作成され、以下の特徴を有する。
・変形可能な膜３１の寸法：１００×１００×５立方マイクロメートル
・実質的に直線的な弾性アーム３４の寸法：１００×１×５立方マイクロメートル
【００８５】
変形可能な物体３１に含まれる永久磁石は、垂直に（ｚ軸）磁化される。変形可能な物体３１は、休止状態で実質的にｘｙ平面に広がる。図８Ａでは、変形可能な物体３１は、永久磁石３２の磁化と同じ方向であるｚ軸方向の磁場勾配を受ける。２対に分散された弾性アーム３４は、休止状態でｙ軸方向に延びる。実質的に円筒形であり、永久磁石から１ｍｍ離れてｘｙ平面方向に配置された電導線に１Ａの電流が流れることによって、磁場勾配が生じることが想定される。電導線及び永久磁石は図示されていない。
【００８６】
変形可能な物体３１の横方向の移動ｄｘは、弾性アーム３４のｙ軸及び永久磁石１の磁化のｚ軸に対して実質的に垂直なｘ軸に沿って起こる。この移動は、永久磁石３２の磁化に関するｚ軸方向の磁場勾配によって引き起こされる。この横方向の移動ｄｘは２．３５ｎｍである。
【００８７】
実質的に長方形の変形可能な物体３１の４つの全ての角に配置された２対の弾性アームＰ１、Ｐ２を備えた構造のために、永久磁石の磁化と磁場との組み合わせによって生じるトルクのセンサへの影響は、磁場が磁化と同一方向でない程度に最小化される。
【００８８】
図８Ｂ及び８Ｃにおいて、磁場はそれぞれｙ軸及びｘ軸方向である。
【００８９】
磁場と永久磁石３２の磁化との組み合わせから生じるトルクによって生じる変形可能な物体３１のｚ軸方向の最大移動であるｚｍａｘと称される矢印は、磁場がｙ軸方向である場合に非常に弱いことは明らかである。この矢印は、図８Ｂでは０．５ｎｍのみである。
【００９０】
比較すると、この種のセンサは、図８Ｃに示すように磁場がｘ軸方向である場合、より大きな矢印ｚｍａｘ＝２．２ｎｍを有する。
【００９１】
実際、ｚ軸方向の力Ｆは、Ｃ／Ｌ比と同等かまたは変形可能な物体３１に及ぼされるトルクを表し、Ｌは力Ｆを加える点と固定される部分との間のレバーアームであり、当該レバーアームは弾性アーム３４の長さに依存する。
【００９２】
ｚ軸方向の力Ｆ及び弾性アーム３４の端部に及ぼされるトルクＣは、磁石の体積に比例する。変形可能な物体３１の寸法が、弾性アーム３４の軸と一致するｙ軸に従って増加する場合、レバーアームが増大するため、力Ｆがより大きくなり得る。
【００９３】
一方で、図９Ａ及び９Ｂに図示するように、変形可能な物体３１の寸法が、弾性アーム３４の軸を横切るｘ軸に従って増加する場合、力Ｆは実質的に同一のままであるが、他の全てのパラメータは変化せずに、横方向の移動ｄｘが増大する。図９Ａ、９Ｂでは、変形可能な物体３１の寸法は２００×１００×５立方マイクロメートルとなる。
【００９４】
磁場がｘ軸方向である場合、図９Ａでは横方向の移動ｄｘ＝４．７ナノメートルが生じ、図９Ｂでは矢印ｚｍａｘ２．２ナノメートルが生じる。
【００９５】
図１０において、本発明によるセンサは、図８及び９に図示された前述の２つの実施例よりも固定される部分３３の固定点が離れるように２対の弾性アーム３４を備える。
【００９６】
弾性アーム３４のｙ軸方向の主要部分３４’は、常に１００×１×５立方マイクロメートルであるが、当該主要部分３４’は、実質的にｘ軸方向に向けられた追加の部分３４’’と接する。変形可能な膜３１の横方向の移動は変更されないが、図示していない。固定された部分３３の同一の側と接続されたｙ軸方向の２つの主要部分３４’は、固定点の位置で２００マイクロメートル離間される一方で、図８の構成では、この間隔は１００マイクロメートルである。図１０における目的は、測定点の位置で著しく低下するｘ軸方向の磁場によって得られる最大矢印ｚｍａｘを示すことである。実質的に０．６ナノメートル以下である。このような構成により、本発明によるセンサは、磁場勾配への感度が低下することなくトルクの影響を受け難くなる。
【００９７】
図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃにおける目的は、変形可能な物体３１の厚さ及び弾性アーム３４の厚さの影響を示すことである。
【００９８】
弾性アーム３４及び変形可能な物体３１の厚さｔは、５マイクロメートルから１０マイクロメートルへと増加して二倍となる一方で、その他２つの寸法は変化しない。
【００９９】
幅ｗには触れずに弾性アームの厚さｔを増加させると、ｋｚ／ｋｘ比が増加する。ｋｚは弾性アーム３４のｚ軸方向の剛性であり、ｋｘはｚ軸方向の剛性であり、ｋｘ／ｋｚ＝（ｔ／ｗ）２である。目的は、磁場勾配に起因する横方向の移動ｄｘが、ｘ軸方向の磁場によって生じる矢印に対して最も大きくなるように、ｋｘ／ｋｚの剛性の比を可能な限り増大させることである。結論として、磁場勾配への感度を変更することなく変形可能な物体３１は磁場の影響を受け難くなる。変形可能な物体３１の横方向の移動ｄｘは常に２．３５ｎｍであり、ｙ軸方向の磁場によって生じる最大矢印ｚｍａｘは０．１４ｎｍ（図１１Ｂ）であり、ｘ軸方向の磁場によって生じるｚｍａｘは０．６ｎｍ（図１１Ｃ）である。
【０１００】
本発明によるセンサはさらに、磁場勾配に起因する寄与と加速に起因する寄与とを区別するように作用することができる。任意で、本発明の主題を形成するセンサは同時に２つの物理的変量を測定することができる。
【０１０１】
図１２を参照する。この構成では、端から端に配置された（接触せずに）前述のものに従ってセンサは２つの基本センサＣＥ１、ＣＥ２を備え、２つの基本センサＣＥ１、ＣＥ２の磁石３２、３２’は、逆方向に磁化される。２つの基本センサＣＥ１、ＣＥ２の２つの変形可能な物体３１、３１’上に作用する力も逆方向と成り得る。一方で、加速により、変形可能な物体３１、３１’上で同一方向の力が生成される。２つの基本センサの差動測定手段（図示せず）によって与えられる信号の合計は、センサに及ぼされる加速を変換する一方で、２つの信号の差は磁場勾配を変換する。加算及び／または減算回路が設けられ、それぞれの基本センサの差動測定手段の出力を受信する。当該加算及び／または減算回路は図示されていない。
【０１０２】
図１２において、固定される部分（図示せず）に関する基本センサＣＥ１、ＣＥ２の各々の変形可能な物体３１、３１’を懸架する弾性アーム３４０、３４０’と実質的に同一の軸方向に向けられた実質的に円筒形の電導線３０に電流が流れることによって磁場勾配が形成される。２つの基本センサＣＥ１、ＣＥ２は、電導体３０の軸（ｙ軸）に沿った対に配置される。
【０１０３】
次に、本発明による磁場成分の勾配センサの製造工程について説明する。特に、変形可能な物体に弾性アームが設けられ、電気的変量の勾配によって生じる変形可能な物体の応力または変形を変換する電気的変量の測定手段が差動測定であるような単一の基本センサを備えた実施例について説明する。センサが、逆の磁化方向を有する磁石が設けられた２つの基本センサを備えるような場合及び変形可能な物体が支持装置に直接固定されるような場合についてさらに詳細に説明する。
【０１０４】
前述の構造は、マクロセンサ及び、マイクロメートルまたはナノメートル規模の小型センサの両方を生成することができる。このような小型センサは、ＳｏＣまたはＳｉＰといわれる技術を使用して作製することもできる。ＳｏＣはチップ上システム（Ｓｙｓｔｅｍ  ｏｎ  Ｃｈｉｐ）を意味し、ＳｉＰはパッケージ内システム（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）を意味する。
【０１０５】
開始点は、２層の半導体層１０２、１０３の間に挟まれて埋め込まれた絶縁材料からなる犠牲層１０１を備えた基板１００である（図１３Ａ）。これは、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であると有利である。図１３Ａについて説明する。このような基板１００は、絶縁層を挟持する２層のシリコン層を備える。
【０１０６】
前述のように、１つ以上の基本センサが当該基板１００上に作製され得る。
【０１０７】
以下で、単一の基本センサが作製された場合のみについて説明する。しかしながら、同一の基板１００上に複数の基本センサを同時に作製するために以下で説明する異なる段階まで拡張することに問題を提起するものではない。複数の基本センサは、特に加速の測定に適した磁場成分から勾配センサを作成する場合において、同一の基板１００と強固に維持されることができる。その他の用途では、基本センサは、基板１００が断片に切断されることによって互いに分離される。
【０１０８】
まず初めに、変形可能な物体を受け入れる前に、表面層といわれる半導体材料１０３からなる層の１層に少なくとも１つの箱１０４を空洞化する（図１３Ｂ）。箱１０４の深さは、表面層１０３の厚さよりも浅く、箱１０４の底部が半導体材料からなる表面層１０３の材料中に配置され、犠牲層１０１が露出しないことを意味する。箱１０４は、例えばＲＩＥ型（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）のドライエッチングによって作製することができる。
【０１０９】
例えば犠牲層１０３の厚さが５マイクロメートルである場合、箱１０４の深さは、４マイクロメートルである。
【０１１０】
箱１０４の底部及び側面を覆うように、表面上に下層１０５を堆積する（図１３Ｃ）。当該下層１０５の役割は、後の永久磁石の磁性材料の層の接着性を確保し、任意の結晶化アニーリングの段階の間に磁性材料中の箱が空洞化される半導体材料の拡散を防ぐことである。当該下層１０５は、タンタルＴａ、タングステンＷ、窒化タングステンによって形成することができ、物理気相堆積法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の頭文字ＰＶＤと称される気相での物理堆積法によって堆積することができる。
【０１１１】
次に、永久磁石を作製する。このために、例えばネオジム・鉄・ホウ素の合金、サマリウムコバルト、または硬質磁性材料の特性を有する任意の希土類及び線維金属の合金などの磁性材料の層１０６を表面上に堆積する（図１３Ｄ）。この磁性材料の堆積は、ＰＶＤ堆積法によって行うことができる。磁性材料層１０６は、箱１０４を充填するのに十分厚い。磁性材料層１０６は、約５マイクロメートルの厚さを有することができる。ＰＶＤ堆積を実施する代わりに、例えばコバルト白金型の合金での電解析出を採用することも可能である。
【０１１２】
次の段階は、半導体材料からなる表面層１０３をその表面が停止する磁性材料層１０６を機械化学研磨する段階である。磁性材料は各々の箱１０４中に保持される。
【０１１３】
例えばＰＶＤによって全体を保護層１０７で被覆する。当該保護層１０７は、タンタル系Ｔａ、タングステンＷ、または窒化タングステンからなるベースから作製することができる。リソグラフィ段階の後にドライまたはウェットエッチングを使用して、当該保護層１０７を磁石３２の上部に保持し、その他の部分を除去する（図１３Ｅ）。当然磁石の外形をわずかに超えてもよい。
【０１１４】
次の段階は、磁石３２を磁化する段階である。好ましくは、磁性材料層１０６が堆積後にアモルファスまたは磁気的に軟質であるような場合に、磁性材料を結晶化するために磁性材料１０６を前アニーリングする段階を提供する。ネオジム・鉄・ホウ素の合金の場合、アニーリングは真空下において約７５０℃で１０分間行ってよい。後に、電磁石または超伝導ボビンによってもたらされる例えば数テスラの強磁場にさらすことによって磁化を完了してよい（図示せず）。
【０１１５】
次に、固定部分３３及び応力または移動を変換する電気的変量の測定手段３５の電気的接点を作製する。測定手段３５の電気的接点は１０８であり、固定部分の接点は１０８’である。実施例では、固定部分３３は接地される。本実施例では、測定手段は差動測定手段であり、それらは容量型であり、変形可能な物体のいずれかの側面で少なくとも１対の対向する電極から形成されることが想定される。これらの素子の画定はこの時点では行われない。このため、アルミニウムシリサイドＡｌＳｉなどの導電材料層を表面堆積する。例えば化学エッチングなどのエッチング段階を使用して電気的接点１０８の外形を画定する（図１３Ｆ）。
【０１１６】
その後、変形可能な物体３１及び存在する場合は弾性アーム３４、支持装置３３の変形可能な物体の支持装置上の固定点の外形を画定する。変形可能な物体３１の横方向の変形を測定する電極３５．１、３５．２がある場合は、それらも画定する。
【０１１７】
表面半導体材料層１０３におけるこれらの要素の外形上に、少なくとも１つの溝１０９を形成する。当該溝１０９は、ドライエッチングである深堀り反応性イオンエッチングＤＲＩＥによって形成してよい。溝１０９の底部は基板の絶縁層１０１で停止する（図１３Ｆ）。溝１０９は図１４において明確に視認できる。
【０１１８】
次に、変形可能な物体３１及び電極３５．１、３５．２の底面及び弾性アーム３４を解放するが、支持装置３３への固定及び支持装置３３自体は解放しない。この解放は、変形可能な物体３１、弾性アーム３４及び電極３５．１、３５．２の下部に位置する埋め込まれた犠牲材料１０１を除去することによってなされる（図１３Ｇ）。また、犠牲層１０１は残される。これは、フッ化水素酸でのウェットエッチングによってなされ得る。これは、図１４に図示するように、電気的変量の勾配によって生じる変形可能な物体の応力または変形を変換する電気的変量の測定手段の電気的接点１０８を差動増幅器３５．３に接続するためだけに維持する。
【０１１９】
図１２に図示するように、勾配センサが加速の測定に適するように作製される場合、２つの基本センサの２つの永久磁石が対向する磁化方向を有するため、前述と同様の強磁場にさらすことによって磁化する段階を提供することはできない。比較として、熱アシスト磁気書き込み段階を採用することができる。この概念については、非特許文献５において記載、考察及び実現されている。
【０１２０】
本発明のいくつかの実施形態について詳細に図示及び記載したが、本発明の範囲から逸脱することなく異なる変更及び修正を行ってもよいことを理解されたい。
【０１２１】
開示された異なる変形例は、互いに強制的に排他的でないことを理解されたい。
【符号の説明】
【０１２２】
１  永久磁石
２  電導線
３  ビーム
４  自由端
５  固定端
３０  電導線
３１  変形可能な物体
３２  磁石
３３  支持装置
３４  弾性アーム
３５  測定手段
３５．１、３５．２  電極
３５．３  差動増幅器
３５．４、３５．５  電極
３５．６、３５．７  歪みゲージ
３６、３７  固定点
４０  励振手段
４０．１、４０．２  電極
４１、４２  面
４３  交流電圧源
４５  圧電素子
４６  電圧供給源
４７、４８  電極
４９  ボビン
５０  交流電流供給源
１００  基板
１０１  犠牲層
１０２、１０３  半導体層
１０４  箱
１０５  下層
１０６  磁性材料層
１０７  保護層
１０８  接点
１０９  溝
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【外国語明細書】
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