(57)【要約】【課題】小型・軽量で高感度な磁気検知素子を提供する。【解決手段】 元々薄膜技術等を用いて作製されるＴＭＲ素子２を用いて磁気検知素子１を構成することで、小型・軽量化を図るとともに、当該素子１の一面に磁性層４の抗磁力よりも低く、かつ、その異方性軸が磁性層４の異方性軸とは独立して設定された磁界感知補助用軟磁性膜７を備える構成とし、抗磁力の差を利用することで磁力検知を機能分離して行なえることから、センサとしての磁界感度が向上するようにした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板上に順に積層された第１磁性層、絶縁層、第２磁性層を有するトンネル磁気抵抗効果素子又は巨大磁気抵抗効果素子を用い、磁気検知部がその膜面に対して垂直方向に電流を流すことにより磁気を検知する平板状の磁気検知素子であって、
前記第２磁性層の上面に配されて抗磁力が前記第２磁性層の抗磁力よりも低く、かつ、その異方性軸が前記第２磁性層の異方性軸とは独立して設定された磁界感知補助用軟磁性膜を備えることを特徴とする磁気検知素子。
【請求項２】
３軸ベクトル以上の方向に独立して配置されて地磁気を検知対象とする請求項１記載の複数の磁気検知素子と、
これらの磁気検知素子の検知出力に基づき３軸以上のベクトルを検知する検知手段と、
前記磁気検知素子の検知出力の絶対値と予め設定されている閾値とに基づき検知結果に異常があるか否かを判断する異常検知手段と、
この異常検知手段により異常が検知された場合にはその旨を報知する報知手段と、を備える方位検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界測定用、ナビゲーション用の地磁気センサ等の磁気検知素子及びこの素子を用いた方位検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の磁気センサとしては、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、フラックスゲートセンサ、半導体ホール効果センサ等が用いられている。このうち、近年開発されたＭＩセンサによれば、ＭＩ素子という磁気抵抗素子を用いることで薄膜化・小型化が容易なため、近年その改良も盛んである。また、ＭＲ素子の場合もこのＭＲ素子に高周波電流を流した場合のその高周波インピーダンスの磁界による変化をもって磁界強度を検知することができる。
【０００３】
具体的にこのような素子を利用した磁気検知手段又は方法として、以下のような提案例がある。
【０００４】
例えば、特開平６−１７６９３０号公報によれば、磁気インダクタンス素子の磁性線に、直流又は時間的に変化する電流を通電した状態で焼鈍を行なうことで、感度が改良された高感度センサが提案されている。また、特開平６−２５３５７３号公報によれば、モータ駆動電流を磁気インダクタンスセンサで検知することにより、高精度に制御できる電流検出回路が提案されている。特開平７−１８１２３９９号公報によれば、通電電流を高周波化することで、ブリッジ回路なしで検知できるようにした磁気インピーダンス素子が提案されている。特開平９−３１８７１９号公報によれば、磁気インピーダンス素子を発振回路内に接続することにより検知感度の向上を図った磁気センサ回路が提案されている。特開平１０−３０７１４５号公報によれば、一対の磁気センサと磁性体とで構成したリード板でタイヤのスチールベルトの残留磁化を外部より差動検知するようにしたタイヤ回転位置検知装置が提案されている。さらに、特開平１１−１０９００６号公報によれば、センサ部に高周波電流を流し、その時のインピーダンス変化が磁界強度に比例する素子に負帰還コイルを設け、磁界に対する出力の直線性を向上させるようにした磁気インピーダンスセンサが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、このような従来の磁気検知センサ類では、小型・軽量化の点及び感度的な面でまだ十分とはいえず、改良の余地が多分にある。
【０００６】
そこで、本発明は、小型・軽量で高感度な磁気検知素子を提供することを目的とする。
【０００７】
併せて、上記磁気検知素子を利用することで地磁気検知等の精度を向上させることができ、ナビゲーションシステム等に有効な方位検知システム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】
請求項１記載の発明は、絶縁性の基板上に順に積層された第１磁性層、絶縁層、第２磁性層を有するトンネル磁気抵抗効果素子又は巨大磁気抵抗効果素子を用い、磁気検知部がその膜面に対して垂直方向に電流を流すことにより磁気を検知する平板状の磁気検知素子であって、前記第２磁性層の上面に配されて抗磁力が前記第２磁性層の抗磁力よりも低く、かつ、その異方性軸が前記第２磁性層の異方性軸とは独立して設定された磁界感知補助用軟磁性膜を備える。
【０００９】
従って、元々薄膜技術等を用いて作製されるトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）又は巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いることで、小型・軽量化を図ることができる上に、当該素子の一面に配されて抗磁力が磁性層の抗磁力よりも低く、かつ、その異方性軸が磁性層の異方性軸とは独立して設定された磁界感知補助用軟磁性膜を備えることで、抗磁力の差を利用することで磁力検知を機能分離して行なえることから、センサとしての磁界感度を向上させることができる。磁界感知補助用軟磁性膜は当該素子の一面であれば、上面であっても底面であってもよい。
【００１０】
第１の関連発明は、請求項１記載の磁気検知素子において、前記磁界感知補助用軟磁性膜が前記磁気検知部に複数の磁性膜としてアレイ状に個別に形成されるとともに、前記磁性層がこれらの複数の磁性膜と交差する１本の共通電極として形成されている。
【００１１】
従って、請求項１記載の発明を実現する上でアレイ化を簡単に図ることができ、利用用途を広げることができる。
【００１２】
第２の関連発明は、請求項１記載の発明又は第１の関連発明の磁気検知素子において、前記磁気検知部近傍に高透磁率層が配され、前記磁界感知補助用軟磁性膜に接続されている。
【００１３】
従って、磁界感知補助用軟磁性膜に接続された高透磁率層を磁気検知部近傍に有するので、高透磁率層が磁束シンクとして機能し、より一層の高感度化を図ることができる。
【００１４】
第３の関連発明は、請求項１記載の発明、第１又は第２の関連発明の磁気検知素子において、前記磁気検知部近傍にバルク型磁性体が配されている。
【００１５】
従って、磁性薄膜よりはるかに低い透磁率、抗磁率が実現でき、また、扱える磁束量も大きいことから飽和しにくい特性を有するバルク型磁性体を磁気検知部近傍に有するので、より一層の高感度化を図ることができる。
【００１６】
第４の関連発明は、第２の関連発明の磁気検知素子において、前記高透磁率層上にバルク型磁性体が配されていることを特徴とする。
【００１７】
従って、バルク型磁性体を磁気検知部近傍の高透磁率層上に有するので、より一層の高感度化を図ることができる。
【００１８】
第５の関連発明は、請求項１記載の発明又は、第１ないし第４の関連発明の何れか一の磁気検知素子において、前記磁界感知補助用軟磁性膜は、非磁性層上に、複数の軟磁性層の積層構造として形成されている。
【００１９】
従って、請求項１記載の発明又は、第１ないし第４の関連発明の何れか一を実現する上で、非磁性層上に、複数の軟磁性層の積層構造として磁界感知補助用軟磁性膜を形成することで、還流磁区を形成することを防ぐことができ、よって、低ノイズ化と高周波化（高速サンプリング化）を図ることができ、素子能力をより一層向上させることができる。
【００２０】
第６の関連発明は、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一の磁気検知素子において、前記磁界感知補助用軟磁性膜は、平面形状が円形状に形成されている。
【００２１】
従って、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一を実現する上で、磁界感知補助用軟磁性膜を平面形状が円形状（真円形状、楕円形状等）とすることで、静磁エネルギーをより小さくするようにできるので、磁荷の発生が少なくなり、磁区の安定を見込め、よって、低ノイズ化ないしは高感度化を図ることができ、素子能力をより一層向上させることができる。
【００２２】
第７の関連発明は、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一の磁気検知素子において、前記磁界感知補助用軟磁性膜が複数の部分に分割されて形成されている。
【００２３】
従って、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一を実現する上で、磁界感知補助用軟磁性膜を複数の部分に分割して形成することで、個々の大きさを小さくすれば還流磁区の発生を抑制でき、低ノイズ化を実現でき、さらには、異方性を揃えて一層の高感度化を図ることができる。
【００２４】
第８の関連発明は、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一の磁気検知素子において、前記磁界感知補助用軟磁性膜に複数の切り込みが形成されている。
【００２５】
従って、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一の発明を実現する上で、磁界感知補助用軟磁性膜を複数の切り込みにより分割状に形成することで、個々の大きさを小さくすれば還流磁区の発生を抑制でき、低ノイズ化を実現でき、さらには、異方性を揃えて一層の高感度化を図ることができる。
【００２６】
第９の関連発明は、請求項１記載の発明又は、第１ないし第８の関連発明の何れか一の磁気検知素子において、前記磁気検知部の磁化状態を所定の状態に戻すリセット用磁界発生手段を備える。
【００２７】
従って、例えば一時的な強磁界の影響による磁気検知部の着磁で動作点が変化して誤った検知を行なうようなケースでも、リセット用磁界発生手段を利用して磁気検知部の磁化状態を所定の状態に戻すことで、それ以降、正常な検知動作を行わせることができる。
【００２８】
第１０の関連発明は、第９の関連発明の磁気検知素子において、前記リセット用磁界発生手段が、前記磁気検知部近傍に一体に形成されたリセット電流用配線部を含む。
【００２９】
従って、磁気検知部近傍に一体に形成されたリセット電流用配線部を利用することで、第９の関連発明を容易に実現できる。
【００３０】
第１１の関連発明は、第９の関連発明の磁気検知素子において、前記リセット用磁界発生手段が、前記磁気検知部に対してリセット磁界を発生させる外部コイルを含む。
【００３１】
従って、磁気検知部に対してリセット磁界を発生させる外部コイルを利用することで、第９の関連発明を容易に実現できる。
【００３２】
請求項２記載の発明の方位検知システムは、３軸ベクトル以上の方向に独立して配置されて地磁気を検知対象とする請求項１記載の発明又は、第１ないし第１１の関連発明の何れか一の複数の磁気検知素子と、これらの磁気検知素子の検知出力に基づき３軸以上のベクトルを検知する検知手段と、前記磁気検知素子の検知出力の絶対値と予め設定されている閾値とに基づき検知結果に異常があるか否かを判断する異常検知手段と、この異常検知手段により異常が検知された場合にはその旨を報知する報知手段と、を備える。
【００３３】
従って、地磁気を検知対象とする方位検知システムに適用した場合、基本的には、３軸ベクトル以上の方向に独立して配置された高感度な請求項１記載の発明又は、第１ないし第１１の関連発明の何れか一の磁気検知素子の検知出力に基づき検知される３軸以上のベクトルが利用されるが、この際、磁気検知素子の検知出力の絶対値を測定済みの地磁気強度に測定マージンを加味した閾値との比較により検知結果に異常があるか否かを判断しており、異常が検知された場合にはその旨を報知させることで、誤った検知結果の利用を未然に防止できる。
【００３４】
第１２の関連発明の方位検知システムは、３軸ベクトル以上の方向に独立して配置されて地磁気を検知対象とする第９、第１０又は第１１の関連発明の複数の磁気検知素子と、これらの磁気検知素子の検知出力に基づき３軸以上のベクトルを検知する検知手段と、前記磁気検知素子の検知出力の絶対値と予め設定されている閾値とに基づき検知結果に異常があるか否かを判断する異常検知手段と、この異常検知手段により異常が検知された場合にはその旨を報知する報知手段と、前記異常検知手段により異常が検知された場合には前記磁気検知部の磁化状態を所定の状態に戻すよう前記リセット用磁界発生手段にリセット電流を流すリセット手段と、を備える。
【００３５】
従って、基本的には請求項２記載の発明と同様であるが、特に、検知結果に異常が検知された場合には、リセット用磁界発生手段にリセット電流を流して磁気検知部の磁化状態を所定の状態に戻してリセットすることで、それ以降の誤った検知動作を回避することができる。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１記載の発明の磁気検知素子によれば、元々薄膜技術等を用いて作製されるトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）又は巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いるようにしたので、小型・軽量化を図ることができる上に、当該素子の一面に配されて抗磁力が磁性層の抗磁力よりも低く、かつ、その異方性軸が磁性層の異方性軸とは独立して設定された磁界感知補助用軟磁性膜を備えるので、抗磁力の差を利用することで磁力検知を機能分離して行なえることから、センサとしての磁界感度を向上させることができる。
【００３７】
第１の関連発明によれば、請求項１記載の発明を実現する上でアレイ化を簡単に図ることができ、利用用途を広げることができる。
【００３８】
第２の関連発明によれば、請求項１記載の発明又は第１の関連発明の磁気検知素子において、磁界感知補助用軟磁性膜に接続された高透磁率層を磁気検知部近傍に有するので、高透磁率層が磁束シンクとして機能し、より一層の高感度化を図ることができる。
【００３９】
第３の関連発明によれば、請求項１記載の発明、第１又は第２の関連発明の磁気検知素子において、磁性薄膜よりはるかに低い透磁率、抗磁率が実現でき、また、扱える磁束量も大きいことから飽和しにくい特性を有するバルク型磁性体を磁気検知部近傍に有するので、より一層の高感度化を図ることができる。
【００４０】
第４の関連発明によれば、第２の関連発明の磁気検知素子において、バルク型磁性体を磁気検知部近傍の高透磁率層上に有するので、より一層の高感度化を図ることができる。
【００４１】
第５の関連発明によれば、請求項１記載の発明又、は第１ないし第４の関連発明の何れか一を実現する上で、非磁性層上に、複数の軟磁性層の積層構造として磁界感知補助用軟磁性膜を形成するようにしたので、還流磁区を形成することを防ぐことができ、よって、低ノイズ化と高周波化（高速サンプリング化）を図ることができ、素子能力をより一層向上させることができる。
【００４２】
第６の関連発明によれば、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一を実現する上で、磁界感知補助用軟磁性膜を平面形状が円形状としたので、静磁エネルギーをより小さくするようにできるので、磁荷の発生が少なくなり、磁区の安定を見込めることから、低ノイズ化ないしは高感度化を図ることができ、素子能力をより一層向上させることができる。
【００４３】
第７の関連発明によれば、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一を実現する上で、磁界感知補助用軟磁性膜を複数の部分に分割して形成するようにしたので、個々の大きさを小さくすれば還流磁区の発生を抑制でき、低ノイズ化を実現でき、さらには、異方性を揃えて一層の高感度化を図ることができる。
【００４４】
第８の関連発明によれば、請求項１記載の発明又は、第１ないし第５の関連発明の何れか一を実現する上で、磁界感知補助用軟磁性膜を複数の切り込みにより分割状に形成するようにしたので、個々の大きさを小さくすれば還流磁区の発生を抑制でき、低ノイズ化を実現でき、さらには、異方性を揃えて一層の高感度化を図ることができる。
【００４５】
第９の関連発明によれば、請求項１記載の発明又は、第１ないし第８の関連発明の何れか一の磁気検知素子において、例えば一時的な強磁界の影響による磁気検知部の着磁で動作点が変化して誤った検知を行なうようなケースでも、リセット用磁界発生手段を利用して磁気検知部の磁化状態を所定の状態に戻すことができるようにしたので、それ以降、正常な検知動作を行わせることができる。
【００４６】
第１０の関連発明によれば、磁気検知部近傍に一体に形成されたリセット電流用配線部を利用することで、第９の関連発明を容易に実現することができる。
【００４７】
第１１の関連発明によれば、磁気検知部に対してリセット磁界を発生させる外部コイルを利用することで、第９の関連発明を容易に実現することができる。
【００４８】
請求項２記載の発明の方位検知システムによれば、地磁気を検知対象とする方位検知システムに適用した場合、基本的には、３軸ベクトル以上の方向に独立して配置された高感度な請求項１記載の発明又は、第１ないし第１１の関連発明の何れか一の磁気検知素子の検知出力に基づき検知される３軸以上のベクトルが利用されるが、この際、磁気検知素子の検知出力の絶対値を測定済みの地磁気強度に測定マージンを加味した閾値との比較により検知結果に異常があるか否かを判断しており、異常が検知された場合にはその旨を報知させることで、誤った検知結果の利用を未然に防止することができる。
【００４９】
第１２の関連発明の方位検知システムによれば、基本的には請求項２記載の発明と同様であるが、特に、検知結果に異常が検知された場合には、リセット用磁界発生手段にリセット電流を流して磁気検知部の磁化状態を所定の状態に戻してリセットすることで、それ以降の誤った検知動作を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す第１層が成膜された基板の縦断正面図である。
【図２】第1層のパターン形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図３】第１層上に成膜された第２層のパターン形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図４】第２層上に成膜された第３層のパターン形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図５】第３層上に成膜された第４層のパターン形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の磁気検知素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図７】測定回路を示す平面図である。
【図８】本発明の第三の実施の形態の磁気検知素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図９】本発明の第四の実施の形態の磁気検知素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図１０】本発明の第五の実施の形態の磁気検知素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図１１】本発明の第六の実施の形態の磁気検知素子を示す平面図である。
【図１２】本発明の第七の実施の形態の磁気検知素子を示す平面図である。
【図１３】その変形例の磁気検知素子を示す平面図である。
【図１４】本発明の第八の実施の形態の磁気検知素子を示す平面図である。
【図１５】その変形例の磁気検知素子を示す平面図である。
【図１６】本発明の第九の実施の形態の方位検知システムを示す概略システム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。本実施の形態の磁気検知素子１は、ＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）２を磁気検知部に用いたもので、基本的には、図５に示すように絶縁性の基板３上に積層させた第１層４と、絶縁膜による第２層５と、第３層６と、第４層７との所定のパターンの接合構造により形成されて、第１層４から第２層５を介して第３層６にトンネル電流が流れる構造のＴＭＲ素子２を磁気検知部８に備える。ここに、第４層７が磁界感知補助用軟磁性膜及び電極として機能し、第３層６が磁性層として機能し、第１層４が磁性層及び電極として機能する。
【００５２】
本実施の形態で利用するＴＭＲ素子は、近年において見出された現象、即ち、強磁性体と絶縁膜と強磁性体との接合構造により形成されて、両強磁性体の磁化の相対角度に依存してトンネル効果が現れる強磁性体トンネル効果という現象を利用したもので、例えば、特開平１０−９１９２５号公報、特開平１０−２５５２３１号公報中にも記載されているように、Ｓ．Ｍaeksawa and Ｖ．Ｇafvert等は、ＩＥＥＥ Ｔrans.Ｍagn.,ＭＡＧ−18,707(1982)において、磁性体／絶縁体／磁性体結合で両磁性層の磁化の相対角度に依存してトンネル効果が現れることが規定されることを理論的、実験的に示している。
【００５３】
このようなＴＭＲ素子２を含む磁気検知素子１に関する詳細構成をその作製方法を含めて説明する。まず、図１に示すように、石英、ガラス等の絶縁性の基板、或いは、絶縁層付きのＳｉ基板等の基板３上に第１層４として一般的な無磁歪組成のＦｅ２０−Ｎｉ８０膜をスパッタリング法により０．１μｍ膜厚で成膜する。Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜自体は磁気抵抗効果素子膜であるが、第１層４としては、スピン偏磁率の高い磁性部材であればＦｅ２０−Ｎｉ８０膜以外の膜であってもよい。抗磁力のような磁気特性は、目的とする磁界強度に応じて選択すればよい。また、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０膜に関しては、メッキ法によっても作製できる。また、第１層４の膜厚を０．１μｍとしたが、感度その他必要な条件に応じて、適宜膜厚に設定すればよい。
【００５４】
次に、半導体製造工程に用いられる一般的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ４＋Ｈ２を用いたＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）により、第１層４を図２に示すようにパターン化する。ここでは、第１層４をＴＭＲ素子２の一方の電極として機能させるため直線状で、かつ、磁気抵抗効果素子として機能できるサイズである幅１０μｍ×長さ１ｍｍのパターン形状とした。もっとも、第１層４の寸法、形状は目的に応じて適宜変更してもよい。また、エッチング処理としてはウェットエッチング法であってもよく、この場合にはエッチング液として王水を用いればよい。
【００５５】
つづいて、図３に示すように、このような第１層４の上に第２層５の絶縁トンネル層としてＡｌ２Ｏ３膜をスパッタリング法により成膜する。この成膜にはＥＢ法（電子ビーム法）やＣＶＤ法（化学気相成長法）などを用いてもよい。そして、第１層４の場合と同様に、一般的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ４＋Ｈ２を用いたＲＩＥ法により第２層５をパターン化する。この第２層５の絶縁材料としては、ＳｉＯ２等の他の絶縁材料でも機能するが、特性上はＡｌ２Ｏ３膜が優れている。Ａｌを成膜した後で、大気中や真空中でプラズマ酸化させる方法であってもよい。絶縁トンネル層である第２層５のエッチングとしては、ウェットエッチングでもよいが、基板３もエッチングされてしまう場合には基板３の裏面側をレジストなどにより保護する必要がある。
【００５６】
また、基板３としては、石英以外の絶縁基板やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリイミドなどを利用したフレキシブル絶縁基板であってもよい。設計ルールによっては、フォトリソグラフィ工程によらず、最初から金属マスクを用いて成膜させる工程によってもよい。
【００５７】
この後、図４に示すように、絶縁トンネル層である第２層５の上に、第３層６としてＦｅ−Ｃｏ５０膜をスパッタ法により成膜し、第１層４の場合と同様にフォトリソグラフィ法により第１層４のパターンに直交するパターンにパターン化する。この第３層６も第１層４の場合と同様にスピン偏極率の高い材料であれば他の材料であってもよく、さらには、他の反強磁性膜を設けて交換相互層構造、即ち、スピンバルブ構造を採るようにしてもよい。
【００５８】
さらに、本実施の形態では、図５に示すように、第３層６上に磁界感知補助用軟磁性膜としての第４層７を形成するものである。この第４層７は第１層４の抗磁力よりも低い抗磁力を有し、かつ、異方性軸も第１層４の異方性軸とは独立するように形成されている。より具体的には、成膜条件を変えて作成したＮｉ−Ｆｅ膜や、他の磁性材料であるＣｕＭｏパーマロイ膜やＣｏＺｒＮｂアモルファス膜などにより形成され、この際、成膜時の着磁方法を変更し、或いは、焼鈍条件を第１層４から第３層６までの成膜時と第４層７の成膜時とで変えることで、異方性軸を独立させるようにしている。本実施の形態では、第４層７は例えばＣｏＺｒＮｂアモルファス膜により形成されている。
【００５９】
このような構成の磁気検知素子１は第１層４と第４層７とを電極として磁気検知部８に対して膜面に垂直方向に電流を流した場合の電流の変化を微小電流計（図示せず）より検出する検知方式を採る。この検知動作において、当該磁気検知部８に対しては検知対象となる外部磁界が印加される。この場合、当該磁気検知素子１の一面に配されて、かつ成膜条件を変え、抗磁力が第１層４の抗磁力よりも低く設定しており、その異方性軸が第１層４の異方性軸とは、独立して、この場合、９０°ずらして設定された第４層７（磁界感知補助用軟磁性膜）を備えているので、元々の抗磁力の差と磁性膜の容易軸と困難軸方向での磁化の差を利用でき、磁界感度が増し、さらに、ＭＲ変化に関しては第３層６が大きいことが知られており、センサとして最適な機能分離ができ、磁界感度を向上させることができる。即ち、高感度化を図ることができる。また、本実施の形態の磁気検知素子１によれば、基本的にＴＭＲ素子２を磁気検知部８に利用して構成されているので、センサの小型・軽量化を図ることができる上に、上述のように高感度に検知できるので、後述する方位検知システム等に適用すると、極めて効果的となる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、磁気検知部８にＴＭＲ素子２を備えた構成としたが、ＴＭＲ素子２に限らず、磁気検知部の膜面に対して垂直方向に電流を流す検知方式のＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を利用する場合にも同様に構成できる。
【００６１】
本発明の第二の実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。第一の実施の形態で説明した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実施の形態でも順次同様とする）。
【００６２】
本実施の形態の磁気検知素子１１では、磁界感知補助用軟磁性膜として機能する第４層７を第４層７ａ〜７ｆで示す如く複数個（例えば、６個）に分割しつつ並列に配置させることで、磁気検知部８に関して、下層の第１層４を１本の共通電極として交差するアレイ状構成としたものである。第３層６も第４層７に対応してアレイ状構成とされている。結果として、各第４層７ａ〜７ｆ（各第３層）毎に第１層４との間でＴＭＲ素子を構成することとなる。
【００６３】
製造方法としては、第一の実施の形態の場合と同様に第１層４及び第２層５を形成した後、前述の場合と同様に、Ｆｅ−Ｃｏ５０膜をスパッタリング法により成膜し、さらに、ＣｏＺｒＮｂアモルファス膜を成膜し、かつ、フォトリソグラフィ法により複数に分割するパターン化処理により第４層７ａ〜７ｆ（第３層も）を形成することにより作製される。
【００６４】
この場合の磁気検知素子１１に対する検知回路構成例としては、図７に示すように、各々電極としても機能する各第４層７ａ〜７ｆに対して第１層４との間には直流電源１３が接続されているとともに、各第４層７ａ〜７ｆに対してスイッチング回路１４を介して微小電流計１５が接続されており、スイッチング回路１３のスイッチング動作により各検知点１２ａ〜１２ｆ毎に個別に第４層７ａ〜７ｆでの磁性変化が個別のＴＭＲ素子のＭＲ率の変化として確実かつ高感度に検知される。
【００６５】
従って、本実施の形態の磁気検知素子１１によれば、検知点１２ａ〜１２ｆが複数点としてアレイ状に配列されているので、第一の実施の形態の場合と同様の効果が得られる上に、利用用途を適宜広げることができ、より実用的となる。
【００６６】
本発明の第三の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態の磁気検知素子２１は、磁気検知部８、ここではＴＭＲ素子２の近傍に位置させて高透磁率層２２をスパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法或いはゾルゲル法で形成するようにしたものである。このような高透磁率層２２の透磁率は１００以上であることが望ましく、具体的には、ＣｏＺｒＮｂ膜、ＮｉＣｏＦｅ膜、ＦｅＮｉ膜等により形成される。また、製法としても、フォトリソ法、マスクデポ法、貼り合せ法なども適宜用い得る。そして、このような高透磁率層２２は第４層７の磁界感知補助用軟磁性膜に電気的に接続された形で完成する。
【００６７】
本実施の形態の磁気検知素子２１によれば、高透磁率層２２が磁束シンクとして機能するので、より一層の高感度化を図ることができる。
【００６８】
本発明の第四の実施の形態を図９に基づいて説明する。本実施の形態の磁気検知素子３１は、磁気検知部８の近傍に位置する高透磁率層２２上にＭｎ−Ｚｎフェライトブロックをダイシング加工したものをバルク型磁性体３２として形成したものである。バルク型磁性体３２としては、Ｍｎ−Ｚｎフェライトブロックをダイシング加工したものに限られない。
【００６９】
一般に、バルク型磁性体は、磁性薄膜よりはるかに低い透磁率、抗磁率が実現できることが知られており、また、扱える磁束量も大きいことから飽和しにくい特性を有する。従って、本実施の形態の磁気検知素子３１によれば、バルク型磁性体３２を高透磁率層２２上に有することにより、より一層の高感度化を図ることができる。
【００７０】
なお、バルク型磁性体３２は必ずしも高透磁率層２２上に形成する必要はなく、要は、磁気検知部８の近傍に形成されていればよい。
【００７１】
本発明の第五の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態の磁気検知素子４１は、磁界感知補助用軟磁性膜としての第４層４２をＴｉ，Ｔａ，ＳｉＯ２などの非磁性層（図示せず）を介して複数の軟磁性層（例えば、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ膜、Ｆｅ−Ｎｉ膜など）を積層させた積層構造として形成したものである。
【００７２】
本実施の形態の磁気検知素子４１によれば、第４層（磁界感知補助用軟磁性膜）４２が非磁性層を介して複数の軟磁性層の積層構造として形成されていることにより、還流磁区を形成することを防げるので、低ノイズ化と高周波化（即ち、高速サンプリング化）とを図ることができ、素子機能をより一層向上させることができる。
【００７３】
本発明の第六の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態の磁気検知素子５１は、例えば、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ膜、Ｆｅ−Ｎｉ膜などによる磁界感知補助用軟磁性膜としての第４層５２の平面形状を楕円状の円形形状に形成したものである。なお、楕円形状に限らず、例えば、真円形状であってもよい。
【００７４】
本実施の形態の磁気検知素子５１によれば、第４層（磁界感知補助用軟磁性膜）５２が円形形状に形成されていることにより、静磁エネルギーをより小さくするようにできるので、磁荷の発生が少なくなり、磁区が安定化するため、低ノイズ化を実現できる。結果として、素子の高感度化を図ることができる。
【００７５】
本発明の第七の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態の磁気検知素子６１は、磁界感知補助用軟磁性膜としての第４層６２をその長手方向に複数の部分６２ａ，６２ｂ，…，６２ｎに分割形成したものである。より具体的には、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ膜による第４層（磁界感知補助用軟磁性膜）６２を０．５μｍ×０．５μｍ程度の大きさの部分６２ａ，６２ｂ，…，６２ｎにより形成される。各部分６２ａ，６２ｂ，…，６２ｎがこの程度の大きさであれば、還流磁区の発生を抑制でき、ほぼ単磁区構成となるので、この結果、低ノイズ化を図ることができる。同時に、異方性も揃えやすくなり、素子の高感度化を図ることができる。
【００７６】
なお、図１２に示したような完全分割構成に限らず、例えば、図１３に示す磁気検知素子７１のように、その長手方向に複数の切り込み７１ａ，７１ｂ，…，７１ｎを形成することにより、分割的な形状とした場合でも、還流磁区の発生を抑制でき、低ノイズ化を図ることができる。
【００７７】
本発明の第八の実施の形態を図１４に基づいて説明する。本実施の形態の磁気検知素子８１は、例えば、図８に示した構成の磁気検知素子２１に加えて、その磁気検知部８の各磁性層（第１層４、第３層６、第４層７等）の磁化状態を所定の状態、ここでは、初期の状態に戻すためのリセット用磁界発生手段としてのリセット電流用配線部８２が磁気検知部８及び高透磁率層２２の近傍の全長以上に亘って形成されている。
【００７８】
このような構成の磁気検知素子８１によれば、例えば、後述する方位検知システムに利用してその測定値に異常が生じたことが検知されたような場合に、このリセット電流用配線部８２を通じてリセット電流を流し、磁気検知部８の各磁性層（第１層４、第３層６、第４層７等）の磁化状態を初期の状態に戻すことで、以降は正常に検知動作を行わせることが可能となる。即ち、一時的な強磁界の影響によるＴＭＲ素子２部分の着磁に伴う動作点の変化をキャンセルでき、キャンセル後は正常に機能させることができる。後述の地磁気検知用の方位検知システムへの適用の場合に限らず、通常の磁気センサとしての適用の場合にも有用となる。
【００７９】
なお、リセット用磁界発生手段としては、素子上に一体に設けたリセット電流用配線部８２に限らず、例えば、図１５に示すように、当該素子８１を通過させることによりリセット用磁界を発生させる外部コイル８３を利用するようにしてもよい。
【００８０】
本発明の第九の実施の形態を図１６に基づいて説明する。本実施の形態は、前述した各実施の形態のような磁気検知素子を利用して構成した地磁気検知の方位検知システムへの適用例を示す。まず、例えば３つの磁気検知素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃ（前述した磁気検知素子１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１の何れの形態でもよい）をｘｙｚ３軸ベクトルの方向に独立して配置させた地磁気センサ９２が設けられている。これらの磁気検知素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃの検知出力はデータ取り込み部９３を介して検知手段としての３磁気成分検知部９４に入力されている。この３磁気成分検知部９４は地磁気検知に関して、磁気検知素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃの検知出力に基づき３軸ベクトル成分を検知する。一方、データ取り込み部９３を介して取り込まれた磁気検知素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃの検知出力に関してその絶対値を算出する絶対値演算部９５と、この絶対値演算部９５により算出された絶対値の大きさを予め設定されている比較地磁気強度に測定マージンを加味した閾値と比較する比較部９６とによる異常検知手段９７が設けられている。比較部９６では算出された絶対値の大きさが閾値を越えている場合に検知結果に異常があると判断する。この比較部９６の出力側には異常検知出力に基づき動作する報知手段としての警報部９８が設けられている。
【００８１】
これにより、本実施の形態の方位検知システムによれば、測定済みの地磁気強度に測定マージンを加味して予め設定されている閾値を超えるような大きさの検知結果が得られた場合には、警報部９８を通じて測定値に異常がある旨を報知するので、誤った検知結果の利用を未然に防止できる。なお、より実際的には、３磁気成分検知部９４から得られる検知結果とともに、この警報部９８の出力も通信部９９を通じて当該システムの使用者に通信によって通知するシステム構成とすればよい。
【００８２】
さらに、本システムを構築する上で、３つの磁気検知素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃとして図１４や図１５に示した磁気検知素子８１を利用するようにすれば、比較部９６により検知結果に異常が検知された場合には、リセット電流用配線部８２又は外部コイル８３を利用してリセット手段（図示せず）によりリセット電流を流すことにより、磁気検知部８の磁化状態を初期状態にリセットするようにすれば、リセット以降は正常に地磁気検知動作を行わせることができる。
【００８３】
なお、本実施の形態の方位検知システムでは、３つの磁気検知素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃを用いたが、３つ以上の磁気検知素子を３軸ベクトル以上の方向に独立に配置させて地磁気の方向検知を３軸以上のベクトル検知として行なうようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１ 磁気検知素子
２ トンネル磁気効果抵抗素子
３ 磁性層
７ 磁界感知補助用軟磁性膜
８ 磁気検知部
１１ 磁気検知素子
２１ 磁気検知素子
２２ 高透磁率層
３１ 磁気検知素子
３２ バルク型磁性体
４１ 磁気検知素子
４２ 磁界感知補助用軟磁性膜
５１ 磁気検知素子
５２ 磁界感知補助用軟磁性膜
６１ 磁気検知素子
６２ 磁界感知補助用軟磁性膜
６２ａ，６２ｂ，…，６２ｎ 部分
７１ 磁気検知素子
７２ 磁界感知補助用軟磁性膜
７２ａ，７２ｂ，…，７２ｎ 切り込み
８１ 磁気検知素子
９１ 磁気検知素子
９４ 検知手段
９７ 異常検知手段
９８ 報知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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