(57)【要約】  本発明は、磁気抵抗効果素子に印加される磁界を調節するために設けられた磁性体(磁束ガイド)を有した磁界検出装置に関している。基板上磁性体３の平面視形状は、一方端部３２側が先細り形状となり、一方端部とは反対側の他方端部３１側が、一方端部より幅広となった略漏斗形状であって、出力側端部の前方に磁気抵抗効果素子２が配設されている。基板上磁性体３は、先細り部３４の輪郭が、漏斗のように直線的ではなく、緩やかな曲率で外側に突出した第１の曲線部と、該第１の曲線部と同等の曲率で緩やかに内側に突出した第２の曲線部とが連続して構成される曲線形状を有している。
2008146809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１、１０）と
前記基板の一方主面上に設けられた少なくとも１つの磁気抵抗効果素子（２、２０）と、
前記基板の前記一方主面上または他方主面上に設けられ、前記磁気抵抗効果素子と電気的に絶縁された少なくとも１つの基板上磁性体（３、３０）と、を備え、
前記基板上磁性体は、磁界の入射部より出射部の面積が小さく設定され、前記入射部より入射した前記磁界を収束させて前記出射部より出射し、前記磁気抵抗効果素子は前記出射部側に、前記出射部から離隔して配設される、磁界検出装置。
【請求項２】
基板（１０）と、
前記基板の一方主面上に設けられた少なくとも１つの磁気抵抗効果素子（２０）と、
前記基板の前記一方主面上または他方主面上に設けられ、前記磁気抵抗効果素子と電気的に絶縁された少なくとも１つの基板上磁性体（３０、３０Ａ、３０Ｂ）と、
前記基板上磁性体の磁界の入射部側に設けられ、前記基板上磁性体と磁気的に結合する外部磁気回路（５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）と、を備える、磁界検出装置。
【請求項３】
前記外部磁気回路は、
前記基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する外付け磁性体（８）を有し、
前記外付け磁性体を前記磁界の発生源に近接して配設することで、前記磁界が前記外付け磁性体を介して前記入射部に導入される、請求項２記載の磁界検出装置。
【請求項４】
前記磁界の前記発生源は、側面がＮ極およびＳ極に交互に着磁されたロータの磁極であって、
前記外付け磁性体が、前記ロータの回転軸と平行に延在するように前記基板上磁性体上に配設され、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、複数の磁気抵抗効果素子を含み、
前記複数の磁気抵抗効果素子は、固着層の磁化方向が前記ロータの前記回転軸と実質的に垂直な方向となるように配置される、請求項３記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、複数の磁気抵抗効果素子を含み、
前記複数の磁気抵抗効果素子は、ホイーストンブリッジ接続され、
前記複数の磁気抵抗効果素子のそれぞれは、より微小な寸法の、複数の微小磁気抵抗効果素子を含み、前記複数の微小磁気抵抗効果素子は電気的に直列に接続される、請求項１または請求項２記載の磁界検出装置。
【請求項６】
前記基板の前記一方主面または前記他方主面上に配設され、
前記磁気抵抗効果素子に電圧を印加する電圧印加部（１０１）と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を検出する抵抗変化検出部（１０２）と、前記抵抗変化検出部で得られた前記抵抗値を出力信号に変換する信号処理部（１０３）とを少なくとも有した、信号検出回路をさらに備える、請求項１または請求項２記載の磁界検出装置。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子またはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子を含む、請求項１または請求項２記載の磁界検出装置。
【請求項８】
前記外部磁気回路は、
前記基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する外付け磁性体（８）と、
前記外付け磁性体に磁気的に結合するバイアス磁界発生源（６、６１、６２）とを有し、
前記外付け磁性体および前記基板上磁性体を介して、前記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界が印加される、請求項２記載の磁界検出装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１および第２の磁気抵抗効果素子を含み、
前記少なくとも１つの基板上磁性体は、第１および第２の基板上磁性体を含み、
前記外部磁気回路は、
前記第１の基板上磁性体の前記入射部側に設けられ、前記第１の基板上磁性体と磁気的に結合する第１の外部磁気回路と、
前記第２の基板上磁性体の前記入射部側に設けられ、前記第２の基板上磁性体と磁気的に結合する第２の外部磁気回路と、を含み、
前記第１の外部磁気回路は、
前記第１の基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する第１の外付け磁性体（８Ａ）と、前記第１の外付け磁性体に磁気的に結合する第１のバイアス磁界発生源（６１）とを有し、
前記第１の外付け磁性体および前記第１の基板上磁性体を介して、前記第１の磁気抵抗効果素子に第１のバイアス磁界が印加され、
前記第２の外部磁気回路は、
前記第２の基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する第２の外付け磁性体（８Ａ）と、前記第２の外付け磁性体に磁気的に結合する第２のバイアス磁界発生源（６１）とを有し、
前記第２の外付け磁性体および前記第２の基板上磁性体を介して、前記第２の磁気抵抗効果素子に第２のバイアス磁界が印加される、請求項２記載の磁界検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁界検出装置に関し、特に、磁気抵抗効果素子を利用した磁界検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から印加される磁界（外部磁界）に対応する検出信号を出力する磁界検出装置においては、検出素子として、半導体のホール効果を利用したホール素子の他に、磁性材料の磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子が知られている。磁気抵抗効果素子としては、金属の異方性磁気抵抗効果を利用した異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto-Resistance）素子、巨大磁気抵抗効果を利用した巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ: Giant Magento-Resistance）素子、トンネル磁気抵抗効果を利用したトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ: Tunnel Magneto-Resistance）素子などが知られている。磁界検出装置のＳＮ比は、外部磁界に対する磁界検出素子の出力が大きいほど向上するため、より大きな出力が得られるＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いた磁界検出装置が注目されている。【０００３】
ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子の基本的な構造としては、例えば特許文献１に開示されるスピンバルブ構造が知られている。【０００４】
スピンバルブ構造は、第１の反強磁性層、第１の強磁性層、第１の非磁性層、第２の強磁性層を積層した構造を有し、スピンバルブ構造を有した磁気抵抗効果素子においては、反強磁性膜との交換結合磁界により、第１の強磁性層の磁化方向が一方向に固着されており、固着層と呼ばれる。一方、第２の強磁性層は磁界の向きは外部磁場によって自由に回転するため、自由層と呼ばれる。スピンバルブ構造を有した磁気抵抗効果素子の抵抗は、固着層と自由層の磁化ベクトルのなす角度に応じて変化する。すなわち、外部磁界によって自由層の磁化の方向が変化することにより、素子の抵抗値が変化するため、素子の抵抗値の変化を検知することで外部磁界の向きを検知することが可能となる。【０００５】
ここで、第１の非磁性層に、ＡｌＯｘやＭｇＯなどの絶縁性材料を用いて、層の主面に対して垂直な方向に流れる電流の変化を検出するのがＴＭＲ素子であり、第１の非磁性層にＣｕ（銅）やＲｕ（ルテニウム）のような導電性材料を使用し、層の主面に対して平行な方向に流れる電流の変化を検出するのがＧＭＲ素子である。【０００６】
また、外部磁界が印加されていないときの固着層と自由層の磁化の方向を実質的に垂直にすることで、外部磁界に対して線形の出力が得られるＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子を構成できる。【０００７】
また、従来の磁界検出装置としては、例えば、特許文献２に示されるように、磁気抵抗効果素子を利用した回転センサなどが知られている。【０００８】
【特許文献１】特公平８−２１１６６号公報
【特許文献２】特開平２００５−３３１２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明した従来の磁界検出装置においては、磁気抵抗効果素子に印加される磁界を調節するために、磁気抵抗効果素子から離れた位置に磁性体を設けている。しかし、磁気抵抗効果素子に印加される磁界は、磁性体の配置に強く依存するため、磁性体の配置がわずかにずれた場合でも大きな影響が生じてしまうという問題があった。【００１０】
特に、磁気抵抗効果素子が小型化した場合や、磁界検出装置自体を小型化した場合には、このような磁性体の配置のずれに対する許容度が小さくなり、ひいては磁界検出装置の検出値の誤差が大きくなって、磁界検出装置の製造においては、歩留まりが小さくなるという問題があった。【００１１】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、磁気抵抗効果素子に印加される磁界を調節するために設けられた磁性体(磁束ガイド)を有した磁界検出装置において、磁束ガイドの位置ばらつきに起因する検出誤差の少ない磁界検出装置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】
【００１２】
本発明に係る磁界検出装置は、基板と、前記基板の一方主面上に設けられた少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、前記基板の前記一方主面上または他方主面上に設けられ、前記磁気抵抗効果素子と電気的に絶縁された少なくとも１つの基板上磁性体と、を備え、前記基板上磁性体は、磁界の入射部より出射部の面積が小さく設定され、前記入射部より入射した前記磁界を収束させて前記出射部より出射し、前記磁気抵抗効果素子は前記出射部側に、前記出射部から離隔して配設される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る磁界検出装置によれば、磁気抵抗効果素子が出射部側に、出射部から離隔して配設されるので、外部磁界よりも強い磁界を磁気抵抗効果素子２に印加することができ、磁界検出装置の感度を上げることができる。また、基板上磁性体は磁気抵抗効果素子と同じ基板上に配設されるため、例えば、写真製版を用いて形成することで、磁気抵抗効果素子に対して位置関係を高精度に保って配置することができ、基板上磁性体の配置位置のばらつきに起因する歩留まりの低下を防止できる。また、磁気抵抗効果素子と基板上磁性体とを基板の相異なる主面にそれぞれ配設した場合には、両者は、基板の厚さで決まる距離を隔てて基板の主面に対して平行に配設することが容易にでき、この場合も、基板上磁性体の配置位置のばらつきに起因する歩留まりの低下を防止できる。【００１４】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態１の磁界検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の磁界検出装置の構成を示す図である。
【図３】ＴＭＲ素子の構造を示す断面図である。
【図４】ＴＭＲ素子の構造を示す断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態２の磁界検出装置の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る実施の形態２の磁界検出装置の基板の構成を示す斜視図である。
【図７】自由層と固着層との磁化方向が直交するように配置されたＴＭＲ素子の抵抗特性を示す図である。
【図８】より微小な複数の磁気抵抗効果素子が直列に接続された磁気抵抗効果素子の構成を示す平面図である。
【図９】より微小な複数の磁気抵抗効果素子が直列に接続された磁気抵抗効果素子の、自由層および固着層と配線層との関係を示す図である。
【図１０】磁界検出装置の信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態３の磁界検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態３の磁界検出装置の変形例１の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態３の磁界検出装置の変形例１の基板の構成を示す平面図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態３の磁界検出装置の変形例２の構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態３の磁界検出装置の変形例２の基板の構成を示す平面図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態４の磁界検出装置の変形例３の構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態４の磁界検出装置の変形例３の基板の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（Ａ．実施の形態１）
（Ａ−１．装置構成）
図１に本発明に係る実施の形態１の磁界検出装置１００の構成を示す。図１は、磁界検出装置１００を構成する磁気抵抗効果素子２および基板上磁性体３が配設された基板１を、その主面上方から見た平面図である。【００１７】
図１に示すように、基板上磁性体３の平面視形状は、一方端部（出力側端部と呼称）３２側が先細り形状となり、一方端部とは反対側の他方端部（入力側端部と呼称）３１側が、一方端部より幅広となった略漏斗形状であって、出力側端部の前方に磁気抵抗効果素子２が配設されている。【００１８】
基板上磁性体３を略漏斗形状と称するのは、本体部分３３と、出力側端部３２との間の先細り部３４の輪郭が、漏斗のように直線的ではなく、緩やかな曲率で外側に突出した第１の曲線部と、該第１の曲線部と同等の曲率で緩やかに内側に突出した第２の曲線部とが連続して構成される曲線形状を有しているからである。従って、先細り部３４は、出力側端部３２の近傍で急激に窄まる形状となっている。【００１９】
（Ａ−２．装置動作）
このような形状を有する基板上磁性体３においては、図２に示されるように、入力側端部３１側から磁界が入射すると、基板上磁性体３内を平面視形状に合わせて磁界が導かれて先細り部３４で収束し、入力側端部３１側での磁束密度よりも高い磁束密度を有して出力側端部３２から出射されることになる。基板上磁性体３は、その機能から磁束ガイドと呼称することができる。【００２０】
磁界検出装置１００を、基板上磁性体３の入力側端部３１に磁界が垂直に入射するように配置すると、磁界は入力側端部３１から基板上磁性体３内に入り、出力側端部３２から放出される。出力側端部３２の端面における磁束密度は、概ね、（入力側端部３１の端面の面積）／（出力側端部３２の端面の面積）となる収束効果が得られる。従って、出力側端部３２の近傍に磁気抵抗効果素子２を配置することで、外部磁界よりも強い磁界を磁気抵抗効果素子２に印加することができるため、磁界検出装置１００の感度を上げることができる。また、基板上磁性体３の近傍に磁気抵抗効果素子２を配置することで、外部磁界に対して磁気抵抗効果素子２を効果的に遮蔽することができ、外部磁界が磁気抵抗効果素子２に直接に印加されることを抑制できる。【００２１】
なお、入力側端部３１の幅と出力側端部３２の幅との最適な幅の比率は、検出しようとする磁界の強さや、基板上磁性体３の飽和磁束密度に基づいて決定する。すなわち、検出しようとする磁界の最大値が印加された場合でも基板上磁性体３が磁気的に飽和しないことが必要であり、例えば、飽和磁束密度が１テスラの基板磁性体３では、入力側端部３１の幅と出力側端部３２の幅との比率が１００倍である場合には、入力側端部３１に印加する磁束密度は０．０１テスラ以下が望ましい。【００２２】
さらに、基板上磁性体３は磁気抵抗効果素子２と同じ基板１上に配設されるため、例えば、写真製版（ホトリソグラフィー）を用いて形成することで、磁気抵抗効果素子２に対して位置関係を高精度に保って配置することができ、基板上磁性体３の配置位置のばらつきに起因する歩留まりの低下を防止できる。【００２３】
なお、基板上磁性体３の平面視形状を略漏斗形状としたのは、先細り部３４が漏斗のように直線的な形状を有している場合、屈曲部がエッジを有することとなって、当該エッジにおいて磁界の分布（位置による磁界方向の変化量）が大きくなり、位置ずれの影響を受けやすくなるからである。なお、上述したエッジの影響が問題にならないのであれば、基板上磁性体３は漏斗状でも、三角形の頂角を切り取った形状でも構わない。【００２４】
（Ａ−３．製造方法）
次に、磁界検出装置１００の各構成の製造方法について、図１〜図４を用いて説明する。【００２５】
（Ａ−３−１．基板上磁性体の構成および製造方法）
基板上磁性体３の材質は、透磁率の高い材料であれば特に限定されず、例えばＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）や、あるいはこれらを含む合金で構成すれば良い。【００２６】
基板上磁性体３、すなわち磁束ガイドは、以下のプロセスで形成することができる。【００２７】
まず、基板１上に磁性材料の薄膜を、例えば、蒸着法、マグネトロンスパッタ法およびめっき法の何れかで形成する。基板上磁性体３は、十分な磁束を通すことができるように、磁気抵抗効果素子２に比べて厚く堆積することが望ましく、例えば１μｍの厚さの磁性膜を堆積する。なお、基板１としては、平坦性が高いという観点から、シリコン単結晶基板の上にシリコン熱酸化膜などの絶縁膜を堆積したものが好ましいが、平坦性が確保されるのであれば、セラミック基板やガラス基板でも、また、例えばプリント基板のような樹脂製の基板でも良い。【００２８】
次に、堆積された磁性膜を写真製版などの方法でパターニングする。すなわち、磁性膜が全面に堆積された基板１の主面上に、例えばホトレジストをスピンコートし、ステッパやアライナのような露光装置を用いて所望のマスク形状が得られるように露光を行い、その後の現像処理によって、基板１の主面上にホトレジストによるマスク（ホトマスク）を形成する。【００２９】
次に、作成したホトマスクに基づいて、例えばイオンミリングや、混酸（mixed acid）を用いたウエット処理によりエッチングを行うことで所望の形状を有する磁束ガイドを形成する。【００３０】
また、他の製造方法としては、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、あるいはこれらを含む合金の粉末を樹脂などに混入した磁性体ペーストを、基板１上に塗布した後、パターニングを行うことで形成しても良いし、上記磁性体ペーストによる印刷を行うことでパターンを形成しても良い。また、インクジェットプリンタのように上記磁性体ペーストを基板１に吹き付けて硬化させる方法で形成しても良い。【００３１】
磁気抵抗効果素子２に基板上磁性体３が及ぼす磁界は、基板上磁性体３の磁化量に比例し、基板上磁性体３と磁気抵抗効果素子２の距離の２乗に反比例する。従って、基板上磁性体３の、磁気抵抗効果素子２に最も近接する部分の位置精度を向上させることは、磁気抵抗効果素子２に印加される磁界強度のばらつきを低減するために重要である。【００３２】
例えば、ワイヤーカットや打ち抜き加工で作製した基板上磁性体３を、基板１上に組み付ける場合、一般的な加工精度では基板上磁性体３の寸法には０．１ｍｍ程度の公差が含まれ、また組み付けの精度にも同程度の公差が含まれるため、位置精度を向上させることが難しい。【００３３】
一方、先に説明したように、基板１上に磁性膜を堆積し、写真製版などの方法でパターニングする場合、例えばコンタクトアライナやＧ線ステッパを利用し、磁気抵抗素子２のパターニングのためのマスクを用いて基板１上に磁気抵抗素子２と同時にアライメントマークを形成する。その後、当該アラインメントマークを基準として、基板上磁性体３のパターニングのためのマスクを基板１上に重ね合わせる手法を採用することで、基板上磁性体３の磁気抵抗効果素子２からの距離を±１μｍの精度でコントロールすることが容易となる。また、基板上磁性体３の寸法精度としても１μｍ程度の誤差で作製することが容易となる。【００３４】
また、先に説明したように、磁性体ペーストの印刷や、磁性体ペーストの吹き付けによるパターニングを採用する場合も、磁気抵抗素子２のパターニングのためのマスクを用いて基板１上に磁気抵抗素子２と同時にアライメントマークを形成し、当該アラインメントマークを基準として、基板１上での印刷位置や、吹き付け位置の位置合わせを行う手法を採用することで、高精度に位置合わせを行うことが可能である。【００３５】
さらに好ましくは、まず上記のような写真製版を使用した方法によって薄い磁性体膜を高精度にパターニングし、次いで、その薄い磁性体膜をシード層として、めっき法によりシード層上のみに厚い磁性体膜を形成することで、基板上磁性体３を磁気抵抗効果素子２に対して高い位置精度で形成しても良い。【００３６】
これらの手法は、基板上磁性体３を磁気抵抗効果素子２と同一の基板１上に形成することによって、初めて容易に実現できるものである。【００３７】
（Ａ−３−２．磁気抵抗効果素子の構成および製造方法）
磁気抵抗効果素子２は、基板１の面内方向（主面に平行な方向）の磁界を検出できる構造であることが望ましく、例えばスピンバルブ型のＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＭＲ素子が好適である。素子サイズが小型化できるＴＭＲ素子は特に好適である。【００３８】
図３に、スピンバルブ構造を有するＴＭＲ素子の構造の一例を示す。【００３９】
図３に示すＴＭＲ素子は、反強磁性層１１と、反強磁性層１１の主面に接して設けられた第１の強磁性層１２と、第１の強磁性層の反強磁性層１１に接する側とは反対側の主面に接して設けられた第１の非磁性層１３と、第１の非磁性層１３の第１の強磁性層１２に接する側とは反対側の主面に接して設けられた第２の強磁性層とを備えている。【００４０】
スピンバルブ構造を有した磁気抵抗効果素子においては、反強磁性層との交換結合磁界により第１の強磁性層１２の磁化方向は１方向に固着されているため、固着層と呼ばれる。一方、第２の強磁性層は磁界の向きは外部磁界によって自由に回転するため、自由層と呼ばれる。【００４１】
スピンバルブ構造を有した磁気抵抗効果素子の抵抗は、固着層と自由層の磁化ベクトルのなす角度に応じて変化する。すなわち、固着層および自由層の磁化ベクトルの方向が同一な場合と異なる場合とで、トンネル絶縁層である第１の非磁性層１３をトンネルする電流が異なる。このため、外部磁界による自由層の磁化の向きの変化を、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化として検知することが可能である。【００４２】
また、ＴＭＲ素子としては、図４に示すような構成も考えられる。すなわち、図２に示した第１の強磁性層１２と第１の非磁性層１３との間に、第２の非磁性層１５および第３の強磁性層１６を順次積層した、いわゆるＳＡＦ（Synthesis Anti-Ferroelectrics）構造を採ることもできる。【００４３】
この場合、第１の強磁性層１２、第２の非磁性層１５および第３の強磁性層１６を固着層と総称することができ、当該固着層の磁化が実効的にほぼ零になるため、固着層の磁化方向に対して垂直な方向に強い磁界が印加された場合においても、固着層の磁化方向が安定するという特徴がある。【００４４】
ここで、反強磁性層１１の材質としてはＩｒＭｎ、第１の強磁性層１２の材質としてはＮｉＦｅおよびＣｏＦｅ、第１の非磁性層（トンネル絶縁層）の材質としてはＡｌＯｘ、第２の強磁性層１４の材質としてはＮｉＦｅを挙げることができる。【００４５】
上記は一例であり、この他に、反強磁性層の材質としては、ＦｅＭｎやＰｔＭｎ、強磁性層の材質としては、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅＮｉなどのＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅを主成分として含む金属や、ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ2ＭｎＧｅなどの合金を挙げることができ、これら以外であっても、ＴＭＲ素子として所望の性能が得られる材料であれば特段の制約はない。【００４６】
また、トンネル絶縁層である第１の非磁性層１３の材質は、絶縁体であれば良く、例えばＴａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＭｇＯ等の金属の酸化物を挙げることができるが、弗化物であっても良い。また、図４に示したＳＡＦ構造のＴＭＲ素子においては、第２の非磁性層１５として、Ｒｕ、Ｃｕ等の非磁性材料を用いることができる。【００４７】
上述したそれぞれの層は、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングにより形成することができる。また、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、各種スパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、蒸着法によって形成しても良い。【００４８】
また、ＴＭＲ素子の各層のパターニングは、例えばホトリソグラフィーにより実行する。この場合、自由層、トンネル絶縁層および固着層となる膜をそれぞれ形成後、ホトレジストにより所望のマスクパターンを形成する。その後、マスクで覆われない部分を、イオンミリングあるいは反応性イオンエッチングにより除去することで、所望の形状を得ることが可能である。【００４９】
なお、ＴＭＲ素子の厚み方向の加工手順としては、例えば第１回目の加工で自由層およびトンネル絶縁層の全部と、固着層を厚み方向に一部除去し、第２回目の加工で、残りの固着層を除去することで、固着層を下部電極とし、自由層を上部電極とすることができる。なお、電子線リソグラフィあるいは集束イオンビームによるリソグラフィでパターンを形成しても良い。【００５０】
また、上部電極の上方には配線層（図示せず）が形成されるが、当該配線層は例えばＡｌ（アルミニウム）層で構成すれば良い。【００５１】
なお、基板上磁性体３の形成方法は先に説明したが、磁気抵抗効果素子の製造プロセスの途中で形成しても良いし、例えばＴＭＲ素子を形成した後に、基板１上に積層して形成しても良い。【００５２】
このような構成の磁気抵抗効果素子に、上部電極と下部電極との間に電圧を印加する電源供給回路と、抵抗値の変化に起因して流れる電流値の変化を検出して信号として出力する信号処理回路を接続することにより、外部から印加される磁界に応じた出力を取り出すことができる。【００５３】
なお、スピンバルブ型のＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子は、素子形成面内に印加される磁界の方向を検出する磁気抵抗効果素子であるため、基板上磁性体による磁界コントロールの効果がより顕著になるという特徴も有している。【００５４】
（Ａ−４．変形例）
図１に示した磁界検出装置１００においては、磁気抵抗効果素子２を基板１上に１個だけ配設した例を示したが、磁気抵抗効果素子２を基板１上に複数個配設し、そのそれぞれに対して基板上磁性体３を近接して配設する構成としても良い。例えば、図１に示した磁界検出装置１００のような基板上磁性体３と磁気抵抗効果素子２とのセットを、基板１上で、基板上磁性体３の入力側端部３１の向きがそれぞれ異なる方向を向くように配設することで、複数の方向からの磁界をそれぞれに検出できる磁界検出装置を得ることができる。【００５５】
また、基板上磁性体３と磁気抵抗効果素子２との複数のセットは、同一の基板１上に配設するのではなく、個別の基板１上に配設することで、３次元的な配設が可能となる。例えば、基板上磁性体３と磁気抵抗効果素子２との複数のセットを、Ｘ、ＹおよびＺの３方向に配置することで、３方向からの磁界をそれぞれに検出できる磁界検出装置を得ることができる。【００５６】
また、図１に示した磁界検出装置１００においては、磁気抵抗効果素子２と基板上磁性体３とを基板１の同一の主面上に配設した例を示したが、磁気抵抗効果素子２と基板上磁性体３とを基板１の相異なる主面にそれぞれ配設しても良い。この場合、基板上磁性体３と磁気抵抗効果素子２とは、基板１の厚さで決まる距離を隔てて基板１の主面に対して平行に配設することが容易にできる。ここで、基板１の厚さを０．０１ｍｍ程度の精度でコントロールすることは、シリコン基板等の半導体基板を用いれば容易でできるため、磁気抵抗効果素子２と基板上磁性体３との間の距離を高精度に設定することができる。【００５７】
なお、基板１として例えばガラスのように透明な基板を使用する場合には、磁気抵抗効果素子２と基板上磁性体３とを、基板１の相異なる主面にそれぞれ配設するには、例えばＧ線ステッパを利用し、磁気抵抗効果素子２のパターニングのためのマスクを用いて基板１の一方主面上に磁気抵抗素子２と同時にアライメントマークを形成する。その後、当該アラインメントマークを基準として、基板上磁性体３のパターニングのためのマスクを基板１の他方主面上に重ね合わせる手法を採用することで、精度の良い重ね合わせが可能となる。また、両面アライナを使用してパターニングしても良い。【００５８】
（Ｂ．実施の形態２）
（Ｂ−１．装置構成）
図５に本発明に係る実施の形態２の磁界検出装置２００の構成を示す。図１に示した実施の形態１の磁界検出装置１００は、基板１の主面上に磁気抵抗効果素子２および基板上磁性体３が配設された構成を有していたが、磁界検出装置２００においては、基板１０上に配設された基板上磁性体３０の主面に対して垂直方向に延在する外付け磁性体８をさらに有した構成となっている。【００５９】
すなわち、図５に示す磁界検出装置２００においては、基板１０の一辺の方向に沿って配列された、互いに独立した３つの基板上磁性体３０と、それぞれの基板上磁性体３０の主面に対して垂直方向に延在し、基板上磁性体３と磁気的に接続する３つの外付け磁性体８と、基板上磁性体３０間の基板１０上に配設された複数の磁気抵抗効果素子２０とを有し、外付け磁性体８を外部磁気回路５として使用する構成となっている。なお、磁気抵抗効果素子２０としては、例えばスピンバルブ型ＴＭＲ素子を用いるものとする。【００６０】
ここで、基板上磁性体３０と外付け磁性体８との間は、例えばアルミナ、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜などの無機材料、あるいはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料で構成される、厚さ０．０１〜１０μｍの絶縁膜によって電気的に絶縁されるとともに、当該絶縁膜は保護膜として基板上磁性体３０および磁気抵抗効果素子２０を覆う構成となっている。なお、当該絶縁膜を設けず、基板上磁性体３０と外付け磁性体８とを接触させる構成としても良い。【００６１】
基板上磁性体３０や外付け磁性体８の材質は、例えばＣｏＦｅやパーマロイ、鋼板など、透磁率の高いものであれば限定されるものではなく、コストの点からは鋼板が望ましいが、低磁界での検出感度を向上するためには、初透磁率の高い材料、例えばパーマロイを用いることが望ましい。【００６２】
また、基板上磁性体３０および外付け磁性体８の厚さは、使用条件において磁気飽和が起こらないように設計され、例えば、最大１０ｍＴ（テスラ）程度の磁界を検出する場合には、外付け磁性体８として厚さ１ｍｍの鋼板を使用した場合には、基板上磁性体３０の厚さは１０μｍ以上とすることが望ましい。【００６３】
ここで、外付け磁性体８は、一側面に基板１０の厚さに対応した幅の切れ込みを有し、当該切れ込みのそれぞれに基板上磁性体３０が１対１で対応するように基板１０がはめ込まれる構造を有している。また、外付け磁性体８の切れ込みの奥行きは、外部磁界が外付け磁性体８を介して基板上磁性体３０にガイドされ、基板上磁性体３０で効率的に収束されるように、基板上磁性体３０の長さに応じて設定される。【００６４】
また、図５においては省略しているが、３つの外付け磁性体８は、それぞれの切れ込みが一列に並んで、基板１０が支障なくはめ込まれるように、例えば一体成形された樹脂製の部品に組み込まれた構成を採ることが望ましい。【００６５】
図６には、磁界検出装置２００を構成する磁気抵抗効果素子２０および基板上磁性体３０が配設された基板１０を、その主面上方から見た斜視図を示す。図６に示すように、３つの基板上磁性体３０は、中央の基板上磁性体３０（便宜的に３０１と採番）の平面視形状が略Ｔ字状であり、図に向かって左右の基板上磁性体３０（便宜的に３０２および３０３と採番）の平面視形状が略Ｌ字状となっている。なお、基板上磁性体３０２のＬ字を基準とする場合、基板上磁性体３０３は、Ｌ字の脚部が逆方向を向くように配設され、基板上磁性体３０１は頭部が下側となるように配設されている。【００６６】
基板上磁性体３０１〜３０３は、基板上磁性体３０１のＴ字の頭部３０１Ｂと、基板上磁性体３０２および３０３のそれぞれのＬ字の脚部３０２Ｂおよび３０３Ｂとが一列に並ぶように配設され、基板上磁性体３０１〜３０３のそれぞれの本体部３０１Ａ、３０２Ａおよび３０３Ａの主面に対して垂直上方に外付け磁性体８が配置されるが、図６においては省略している。【００６７】
そして、基板上磁性体３０１のＴ字の頭部３０１Ｂと、基板上磁性体３０２および３０３のそれぞれのＬ字の脚部３０２Ｂおよび３０３Ｂとの間の基板１０上に、それぞれ２つの磁気抵抗効果素子２０が並列して配設されている。【００６８】
なお、基板上磁性体３０１のＴ字の頭部３０１Ｂ、基板上磁性体３０２および３０３のそれぞれのＬ字の脚部３０２Ｂおよび３０３Ｂは、緩やかな曲率を有する輪郭形状となっている。【００６９】
従って、外部磁界が外付け磁性体８（図５）を介して基板上磁性体３０にガイドされ、基板上磁性体３０１のＴ字の頭部３０１Ｂ、基板上磁性体３０２および３０３のそれぞれのＬ字の脚部３０２Ｂおよび３０３Ｂで収束されて、外付け磁性体８に入射した磁束密度よりも高い磁束密度を有して、頭部３０１Ｂ、脚部３０２Ｂおよび３０３Ｂから出射され、磁気抵抗効果素子２０に印加されることになる。【００７０】
基板上磁性体３０１〜３０３の、頭部３０１Ｂ、脚部３０２Ｂおよび３０３Ｂの近傍に磁気抵抗効果素子２０を配置することで、外部磁界よりも強い磁界を磁気抵抗効果素子２０に印加することができるため、磁界検出装置２００の感度を上げることができる。【００７１】
（Ｂ−２．装置動作）
以上説明したように、磁界検出装置２００においては３つの外付け磁性体８によって外部磁界を基板上磁性体３０に導く構成となっているが、このような磁界検出装置２００は回転センサに適用することが可能である。【００７２】
すなわち、図５に示すように、３つの外付け磁性体８の側面（基板１０がはめ込まれた側とは反対側の側面）が着磁ロータ４０の主面に対して垂直をなすように磁界検出装置２００を着磁ロータ４０に近接して（接触しないように間隔を開けて）配設することで、着磁ロータ４０の回転を検出することができる。【００７３】
着磁ロータ４０には、ロータの回転方向Ｂ（矢示）に沿って、Ｎ極に帯磁した磁極４１と、Ｓ極に帯磁した磁極４２とが交互に存在しており、磁極４１および４２に対して、３つの外付け磁性体８がどのような位置関係にあるかによって、着磁ロータ４０の回転を検出することができる。【００７４】
より具体的には、図５において、中央の外付け磁性体８（便宜的に８１と採番）の左側の外付け磁性体８（便宜的に８２と採番）および右側の外付け磁性体８（便宜的に８３と採番）に、それぞれ着磁ロータ４０の磁極４１および４２が近接している場合、Ｎ極である磁極４１から出た磁力線は、外付け磁性体８２に入射し、外付け磁性体８２と磁気的に結合した基板上磁性体３０２を介して、磁気抵抗効果素子２０に印加され、基板上磁性体３０１に磁気的に結合した外付け磁性体３０１を経由して、着磁ロータ４０のＳ極である磁極４２に達する。このとき、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向をＡ（外付け磁性体８２から８１に向かう方向）とすると、自由層の磁化方向が固着層の磁化方向Ａと同じになるので、その場合は、磁気抵抗効果素子２０の磁気トンネル抵抗が低くなり、トンネル電流が増えて、それに対応した磁気抵抗効果素子２０の出力が得られる。【００７５】
この場合、固着層の磁化方向が、着磁ロータ４０の回転方向と平行方向または逆平行方向となるように磁気抵抗効果素子２０を配設することで、磁気トンネル抵抗効果が顕著となる。【００７６】
なお、外付け磁性体８２および８１に、それぞれ着磁ロータ４０の磁極４２および４１が近接している場合、磁気抵抗効果素子２０の自由層の磁化方向が固着層の磁化方向Ａと逆方向になるので、磁気トンネル抵抗が高くなる。【００７７】
一方、外付け磁性体８２および８１に、着磁ロータ４０の同じ磁極が近接している場合には、磁気抵抗効果素子２０には、固着層の磁化方向と平行な方向にも逆平行な方向にも磁界が印加されない状態となる。【００７８】
このように、外付け磁性体８を用いて外部磁界を取り込む構成とすることで、外付け磁性体８の配設位置が多少ずれた場合でも、磁気抵抗効果素子２０付近の磁界分布は、実質的に基板上磁性体３０の配置によって決まり、基板上磁性体３０の位置精度は、実施の形態１において説明したように、極めて高い精度を有しているので、外付け磁性体８の位置ずれによる感度のずれは生じない。このため、磁界検出装置２００においては外付け磁性体８の取り付けマージンが大きくなり、位置調整が実質的に不要となる。【００７９】
また、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向が、ロータの回転軸と実質的に垂直な方向となるように配置、すなわち、固着層の磁化方向が、着磁ロータ４０の回転方向と平行方向または逆平行方向となるように配置することで、磁界変化に対する磁気抵抗効果素子２０の出力感度を高めることができ、出力を向上できる。【００８０】
図７には、自由層と固着層の磁化方向が直交するように配置した場合に、磁気抵抗効果素子２０に印加される磁界の強さおよび方向を変えた場合の、磁気抵抗効果素子２０の磁気トンネル抵抗（素子抵抗Ｒｍ）の変化特性を示す。図７においては、横軸には磁界の強さを、縦軸には素子抵抗を示し、素子抵抗の最大値をＲｍａｘ、素子抵抗の最小値をＲｍｉｎ、最大抵抗値Ｒｍａｘと最小抵抗値Ｒｍｉｎとの差をΔＲ、最大抵抗値Ｒｍａｘを示す磁界を＋Ｈｋ、最小抵抗値Ｒｍｉｎを示す磁界を−Ｈｋとする。【００８１】
また、特性図において領域ａは、外付け磁性体８２および８１に、それぞれ着磁ロータ４０の磁極４１および４２が近接している場合の特性を表し、領域ｂは、外付け磁性体８２および８１に、それぞれ着磁ロータ４０の磁極４２および４２が近接している場合の特性を表し、領域ｃは、外付け磁性体８２および８１に、着磁ロータ４０の同じ磁極が近接している場合の特性を表している。【００８２】
図７に示すように印加磁界に比例して素子抵抗が変化するので、着磁ロータ４０の回転に対応して、磁気抵抗効果素子２０へ印加される磁界の方向および大きさが変化した場合に、その変化を磁気抵抗効果素子２０の素子抵抗の変化として検出することができる。【００８３】
ここで、基板１０上に設ける磁気抵抗効果素子２０の個数は幾つでも良いが、より好ましくは、図６に示したように基板１０上に４個の磁気抵抗効果素子２０を設け、それらでホイーストンブリッジを構成するように互いに電気的に接続する。これにより、ホイーストンブリッジに同じ位相で重畳されるノイズ(同相ノイズ)が互いにキャンセルされるため、磁界検出装置２００のノイズ耐性を高めることができる。また、温度特性の等しい磁気抵抗効果素子２０を複数使用し、かつ印加されている磁界の差によって生じる中点電位の差をとるために、抵抗そのものではなく、磁気抵抗効果素子の抵抗の相対比によって出力が決定されるため、磁界検出装置２００の温度ドリフト耐性を高めることができる。【００８４】
また、図６においては、４つの磁気抵抗効果素子２０を設けるものとして説明したが、個々の磁気抵抗効果素子２０は、より微小な複数の磁気抵抗効果素子が直列に接続された構成を有していても良い。【００８５】
当該構成について、図８および図９を用いて説明する。
図８は、磁気抵抗効果素子２０を複数の磁気抵抗効果素子２０１で構成した場合の平面図を示しており、破線で囲まれる領域"Ｘ"が磁気抵抗効果素子２０に対応する。【００８６】
また、図９は、磁気抵抗効果素子２０１における、自由層ＦＬおよび固着層ＰＬと配線層ＷＲとの関係を示す図である。図９に示されるように、１つの固着層ＰＬ上に、それぞれ独立したパターンとして２つの自由層ＦＬが平行して配設され、４つの固着層ＰＬが、自由層ＦＬの配列方向に沿って一列に配列されることで、８つの自由層ＦＬが一列に配列された構成となっている。そして、隣り合う固着層ＰＬ間においては、隣り合って対向する自由層ＦＬどうしが、それらの上部を覆うように配設された配線層ＷＲによって電気的に接続される構成となっており、８つの自由層ＦＬが電気的に直列に接続された構成となっている。【００８７】
このような構成を採ることで、磁気抵抗効果素子２０の耐電圧を高めることができる。【００８８】
ここで、図１０を用いて、磁界検出装置の信号検出回路の構成例について説明する。なお、図１０に示す信号検出回路は、図１を用いて説明した磁界検出装置１００および図５を用いて説明した磁界検出装置２００の何れにも適用可能である。【００８９】
磁気抵抗効果素子２（あるいは２０）には、電圧印加部１０１および抵抗変化検出部１０２が接続されており、抵抗変化検出部１０２には、信号処理部１０３が接続されている。電圧印加部１０１により、磁気抵抗効果素子２（あるいは２０）の上部電極と下部電極との間に所定の電圧を印加すると、そのときの素子抵抗に対応した電流が流れ、当該電流を抵抗変化検出部１０２で検出することができる。そして、信号処理部１０３において、抵抗変化検出部１０２の出力に基づいた信号を生成して出力することで、外部から印加される磁界に応じた出力を得ることができる。【００９０】
なお、先に説明したように、４個の磁気抵抗効果素子２０をホイーストンブリッジ接続する場合、ホイーストンブリッジに印加する電圧を電圧印加部１０１が供給し、ホイーストンブリッジからの出力を抵抗変化検出部１０２で検出することになる。【００９１】
また、図１０に示す信号検出回路は、基板１（図１）および基板１０（図５）の主面上に設けることで、信号経路が短くなって、よりノイズに強い磁界検出装置を構成することができる。【００９２】
なお、図１０に示す信号検出回路は、予め半導体集積回路として基板１（あるいは１０）上に作製し、その上に積層するように、磁気抵抗効果素子２（あるいは２０）や基板上磁性体３（あるいは３０）を形成する構成を採ることができる。もちろん、別途作製した信号検出回路を、その半導体基板ごと、基板１（あるいは１０）のどちらかの主面上に搭載するという方法も採ることができる。【００９３】
（Ｂ−３．変形例）
なお、以上説明した磁界検出装置２００においては、着磁ロータ４０の回転を検出する回転センサに適用した例を示したが、磁性体の歯車とセンサ側の磁石を用いて、磁界の変動に基づいて歯車の回転を検出する回転センサにおいても、本発明を適用できることは言うまでもない。【００９４】
また、回転センサへの適用以外に、直線移動や回転角度を検出するための位置センサや、電流によって発生する磁界を検出することで電流を検出する電流センサにも適用可能なことは言うまでもない。【００９５】
（Ｃ．実施の形態３）
（Ｃ−１．装置構成）
図１１に本発明に係る実施の形態３の磁界検出装置３００の構成を示す。図１に示した実施の形態１の磁界検出装置１００は、基板１の主面上に磁気抵抗効果素子２および基板上磁性体３が配設された構成を有していたが、磁界検出装置３００においては、基板１０上に配設された２つの基板上磁性体３０Ａの主面に対して、それぞれ垂直方向に延在する板状の２つの外付け磁性体８Ａと、２つの外付け磁性体８Ａ間を磁気的に結合する永久磁石６とをさらに有した構成となっている。そして、外付け磁性体８Ａおよび永久磁石６によって外部磁気回路５Ａが構成されている。なお、永久磁石６は２つの外付け磁性体８Ａと接している面がそれぞれＮ極およびＳ極となるように磁化されており、図１１の例では、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向Ａ（矢示）に対して、磁化方向がＮ極、その反対がＳ極となっている。なお、上記構成では、磁界の向きと固着層の磁化方向Ａとが反対の方向となるが、永久磁石６の磁極の向きが反対となるように構成すれば、磁界の向きと固着層の磁化方向Ａとが同一となった磁界検出装置を得ることができる。【００９６】
また、２つの基板上磁性体３０Ａに挟まれる位置の基板１０上には、２つの磁気抵抗効果素子２０が、それぞれ平面視形状が矩形状の基板上磁性体３０Ａの長辺近傍に、当該長辺に沿って延在するように配設されている。【００９７】
なお、外付け磁性体８Ａの材質は、実施の形態２において説明した外付け磁性体８と同じものを使用しても良いし、鋼板などの安価なものを使用しても良い。【００９８】
また、永久磁石６については、サマリウムコバルト、ネオジウム磁石などの希土類磁石でも良いし、フェライト磁石でも良い。また磁性粉を混入した樹脂で構成したボンド磁石を使用しても良い。【００９９】
（Ｃ−２．装置動作）
以上説明した磁界検出装置３００においては、永久磁石６のＮ極から出た磁界は、外付け磁性体８Ａと基板上磁性体３０Ａを介して基板１０上の磁気抵抗素子２０と交差し、再び基板上磁性体８Ａと外付け磁性体８Ａとを経由して永久磁石６のＳ極に至る。このように、永久磁石６から発生した磁界は、実質的に、外部磁気回路５Ａ内部と基板１０上に設けられた磁気抵抗効果素子２０にのみ影響を及ぼすように構成されている。【０１００】
例えば、図７に示すような抵抗特性を有するスピンバルブ型ＴＭＲ素子を磁気抵抗効果素子２０として用いる場合、外部から十分に大きいバイアス磁界が印加されると、その抵抗はＲｍｉｎまたはＲｍａｘの値を示す。温度が変化した場合、ＴＭＲ素子の最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘは変化するが、それぞれを与える磁界Ｈｋ変化はずっと小さい。そのため、最小抵抗値Ｒｍｉｎと最大抵抗値Ｒｍａｘの値を参照することで、ＴＭＲ素子の温度による抵抗の変化を高精度に補正することが可能である。【０１０１】
すなわち、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値をＲｄとすると、図７より、
Ｒｄ＝Ｒｍｉｎ＋（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）（Ｈ／｜Ｈｋ｜−１／２）となり、これを整理すると、
（Ｒｄ−Ｒｍｉｎ）／（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）＝（Ｈ／｜Ｈｋ｜）−１／２となる。【０１０２】
このように、最小抵抗値Ｒｍｉｎ、最大抵抗値Ｒｍａｘ、測定した抵抗値Ｒｄおよび磁界Ｈｋから外部磁界の測定値Ｈを一義的に求めることができるので、ＴＭＲ素子の温度が変化した場合でも、その温度での最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを取得できれば、温度補正が施された外部磁界の測定結果を得ることができる。【０１０３】
なお、最大抵抗値Ｒｍａｘを得るには、図１１に示した磁界検出装置３００のように、磁界の向きと固着層の磁化方向Ａとが反対の方向（反平行方向）となった磁界検出装置を使用し、最小抵抗値Ｒｍｉｎを得るには、磁界の向きと固着層の磁化方向Ａとが同一方向（平行方向）となった磁界検出装置を使用すれば良い。【０１０４】
例えば、基板１０上で実質的に同一となるように作成された複数のＴＭＲ素子のうち、一部を図１１に示す磁界検出装置３００に使用するものとし、外部磁気回路５Ａから磁界を印加して参照用の最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを取得し、残りのＴＭＲ素子については、図１に示した磁界検出装１００あるいは図５に示した磁界検出装２００に使用して外部磁界（実際にはＴＭＲ素子の抵抗値）を測定する。そして、当該測定で得られたＴＭＲ素子の抵抗値と、磁界検出装置３００で得られた最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘ（外部磁界測定時の温度下での抵抗値）に基づいて外部磁界の測定値Ｈを算出することで、高精度に温度補正が実施された外部磁界の測定値Ｈが得られることになる。【０１０５】
このように、磁界検出装置３００を磁界検出装１００（図１）あるいは２００（図５）と併用することで、外部磁界の測定値に対して、容易に、かつ高精度に温度補正を実施することができる。【０１０６】
（Ｃ−３．変形例１）
上述したように、磁界検出装置３００では、最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを得るために、永久磁石６の磁極の向きが相異なる２種類の磁界検出装置を準備しなければならないが、図１２に示す磁界検出装置４００では、１種類の磁界検出装置で最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを得ることができる。【０１０７】
すなわち、図１２に示す磁界検出装置４００においては、基板１０上に、互いに間隔を開けて平行に配設された３つの基板上磁性体３０Ａの主面に対して、それぞれ垂直方向に延在する３つの外付け磁性体８Ａを有し、３つの外付け磁性体８Ａは、互いの主面が対向するように一列に配設されている。３つの外付け磁性体８Ａ間を磁気的に結合する２つの永久磁石６１および６２とを有した構成となっている。なお、その他、図１１に示した磁界検出装置３００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。【０１０８】
図１３には、基板１０を主面上から見た平面図を示す。図１３に示すように、基板上磁性体３０Ａ間の基板１０上には、それぞれ２つの磁気抵抗効果素子２０が、それぞれ平面視形状が矩形状の基板上磁性体３０Ａの長辺近傍に、当該長辺に沿って延在するように配設されている。なお、磁気抵抗効果素子２０はスピンバルブ型ＴＭＲ素子でもＧＭＲ素子でも良い。【０１０９】
外付け磁性体８Ａおよび永久磁石６１および６２は外部磁気回路５Ｂを構成し、永久磁石６１は、中央の外付け磁性体８Ａと接している面、および図に向かって左側の外付け磁性体８Ａと接している面がそれぞれＳ極およびＮ極となるように磁化されており、永久磁石６２は、中央の外付け磁性体８Ａと接している面、および図に向かって右側の外付け磁性体８Ａと接している面がそれぞれＳ極およびＮ極となるように磁化されている。【０１１０】
このような構成を採ることで、永久磁石６１は、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向Ａ（矢示）に対して反対の方向（反平行方向）の磁界を発生させ、永久磁石６２は、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向Ａに対して同一方向（平行方向）の磁界を発生させることとなり、磁界検出装置４００だけで異なるバイアス磁界を磁気抵抗効果素子２０に印加して、最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを得ることができる。【０１１１】
（Ｃ−４．変形例２）
１種類の磁界検出装置で最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを得ることができる構成としては、図１４に示す磁界検出装置５００の構成を採ることもできる。【０１１２】
すなわち、図１４に示す磁界検出装置５００においては、平面視形状が矩形状の基板上磁性体３０Ａを中心とし、その周囲には間隔を開けてループ状の基板上磁性体３０Ｂが配設されている。基板上磁性体３０Ａと３０Ｂとの間には、基板上磁性体３０Ａの短辺に平行な方向の２つの間隙において、それぞれ２つの磁気抵抗効果素子２０が、それぞれ基板上磁性体３０Ａの長辺近傍に、当該長辺に沿って延在するように配設されている。【０１１３】
そして、基板上磁性体３０Ａの主面に対して、垂直方向に延在する外付け磁性体８Ａと、当該磁性体８Ａを間に挟むように、基板上磁性体３０Ｂの主面から垂直方向に延在する２つの外付け磁性体８Ａとを有し、３つの外付け磁性体８Ａは、互いの主面が対向するように一列に配設されている。また、３つの外付け磁性体８Ａ間を磁気的に結合する２つの永久磁石６１および６２とを有している。なお、基板１０を主面上から見た平面図を図１５に示す。【０１１４】
外付け磁性体８Ａおよび永久磁石６１および６２は外部磁気回路５Ｂを構成し、永久磁石６１は、中央の外付け磁性体８Ａと接している面、および図に向かって左側の外付け磁性体８Ａと接している面が、それぞれＳ極およびＮ極となるように磁化されており、永久磁石６２は、中央の外付け磁性体８Ａと接している面、および図に向かって右側の外付け磁性体８Ａと接している面が、それぞれＳ極およびＮ極となるように磁化されている。【０１１５】
このような構成を採ることで、永久磁石６１は、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向Ａ（矢示）に対して反対の方向（反平行方向）の磁界を発生させ、永久磁石６２は、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向Ａに対して同一方向（平行方向）の磁界を発生させることとなり、磁界検出装置４００だけで最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを得ることができる。【０１１６】
（Ｃ−５．変形例３）
１種類の磁界検出装置で最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを得ることができる構成としては、図１６に示す磁界検出装置６００の構成を採ることもできる。【０１１７】
すなわち、図１６に示す磁界検出装置６００においては、平面視形状が矩形状の基板上磁性体３０Ａを中心とし、その周囲には間隔を開けてループ状の基板上磁性体３０Ｂが配設されている。基板上磁性体３０Ａと３０Ｂとの間には、基板上磁性体３０Ａの短辺に平行な方向の２つの間隙において、それぞれ１つずつの磁気抵抗効果素子２０が、基板上磁性体３０Ａの長辺に沿って延在するように配設されている。なお、基板上磁性体３０Ａと３０Ｂとの間隙は、磁気抵抗効果素子２０が、基板上磁性体３０Ａおよび３０Ｂのどちらにも近接するように、狭く設定されている。【０１１８】
そして、基板上磁性体３０Ａの主面に対して、垂直方向に延在する板状の外付け磁性体８Ａと、基板上磁性体３０Ｂのループ形状に沿って、その主面から垂直方向に延在する箱状の外付け磁性体８Ｂと、外付け磁性体８Ａと外付け磁性体８Ｂとの間を磁気的に結合する２つの永久磁石６１および６２とを有している。なお、基板１０を主面上から見た平面図を図１７に示す。【０１１９】
外付け磁性体８Ａ、８Ｂ、永久磁石６１および６２は外部磁気回路５Ｃを構成し、永久磁石６１は、外付け磁性体８Ａと接している面および図に向かって左側の外付け磁性体８Ｂの壁面と接している面が、それぞれＳ極およびＮ極となるように磁化されており、永久磁石６２は、外付け磁性体８Ａと接している面および図に向かって右側の外付け磁性体８Ｂの壁面と接している面が、それぞれＳ極およびＮ極となるように磁化されている。【０１２０】
このような構成を採ることで、永久磁石６１は、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向Ａ（矢示）に対して反対の方向（反平行方向）の磁界を発生させ、永久磁石６２は、磁気抵抗効果素子２０の固着層の磁化方向Ａに対して同一方向（平行方向）の磁界を発生させることとなり、磁界検出装置５００だけで最小抵抗値Ｒｍｉｎおよび最大抵抗値Ｒｍａｘを得ることができる。【０１２１】
また、箱状の外付け磁性体８Ｂを使用することで、永久磁石６１および６２からの磁束漏れによる他の磁気抵抗効果素子への影響をより少なくすることができる。【０１２２】
なお、以上説明した温度補正のための磁界検出装置３００〜５００は、図１および図５を用いて説明した外部磁界検出のための磁界検出装置１００および２００と同一の基板上に設けることが望ましい。同一基板上に設けることで、測定条件を同じにすることができ、また、素子特性を揃えることができるので、温度特性の補正がより高精度に実施できる。【０１２３】
なお、実施の形態３において説明した永久磁石６、６１および６２は、磁気抵抗効果素子へバイアス磁界を印加するためのバイアス磁界源であったが、バイアス磁界を発生できるのであれば永久磁石に限定されるものではなく、電磁石を使用しても良い。【０１２４】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【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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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月24日(2009.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明に係る磁界検出装置は、基板と、前記基板の一方主面上に設けられた少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、前記基板の前記一方主面上または他方主面上に設けられ、前記磁気抵抗効果素子と電気的に絶縁された少なくとも１つの基板上磁性体と、前記基板上磁性体の磁界の入射部側に設けられ、前記基板上磁性体と磁気的に結合する外部磁気回路と、を備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明に係る磁界検出装置によれば、基板上磁性体と磁気的に結合する外部磁気回路を備えることで、外部磁気回路の配設位置が多少ずれた場合でも、磁気抵抗効果素子付近の磁界分布は、実質的に基板上磁性体の配置によって決まり、外部磁気回路の位置ずれによる感度のずれは生じない。このため、外部磁気回路の取り付けマージンが大きくなり、位置調整が実質的に不要となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方主面上に設けられた少なくとも１つの磁気抵抗効果素子と、
前記基板の前記一方主面上または他方主面上に設けられ、前記磁気抵抗効果素子と電気的に絶縁された少なくとも１つの基板上磁性体と、
前記基板上磁性体の磁界の入射部側に設けられ、前記基板上磁性体と磁気的に結合する外部磁気回路と、を備える、磁界検出装置。
【請求項２】
前記外部磁気回路は、
前記基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する外付け磁性体を有し、
前記外付け磁性体を前記磁界の発生源に近接して配設することで、前記磁界が前記外付け磁性体を介して前記入射部に導入される、請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項３】
前記磁界の前記発生源は、側面がＮ極およびＳ極に交互に着磁されたロータの磁極であって、
前記外付け磁性体が、前記ロータの回転軸と平行に延在するように前記基板上磁性体上に配設され、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、複数の磁気抵抗効果素子を含み、
前記複数の磁気抵抗効果素子は、固着層の磁化方向が前記ロータの前記回転軸と実質的に垂直な方向となるように配置される、請求項２記載の磁界検出装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、複数の磁気抵抗効果素子を含み、
前記複数の磁気抵抗効果素子は、ホイーストンブリッジ接続され、
前記複数の磁気抵抗効果素子のそれぞれは、より微小な寸法の、複数の微小磁気抵抗効果素子を含み、前記複数の微小磁気抵抗効果素子は電気的に直列に接続される、請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記基板の前記一方主面または前記他方主面上に配設され、
前記磁気抵抗効果素子に電圧を印加する電圧印加部と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値を検出する抵抗変化検出部と、前記抵抗変化検出部で得られた前記抵抗値を出力信号に変換する信号処理部とを少なくとも有した、信号検出回路をさらに備える、請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子またはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子を含む、請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項７】
前記外部磁気回路は、
前記基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する外付け磁性体と、
前記外付け磁性体に磁気的に結合するバイアス磁界発生源とを有し、
前記外付け磁性体および前記基板上磁性体を介して、前記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界が印加される、請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１および第２の磁気抵抗効果素子を含み、
前記少なくとも１つの基板上磁性体は、第１および第２の基板上磁性体を含み、
前記外部磁気回路は、
前記第１の基板上磁性体の前記入射部側に設けられ、前記第１の基板上磁性体と磁気的に結合する第１の外部磁気回路と、
前記第２の基板上磁性体の前記入射部側に設けられ、前記第２の基板上磁性体と磁気的に結合する第２の外部磁気回路と、を含み、
前記第１の外部磁気回路は、
前記第１の基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する第１の外付け磁性体と、前記第１の外付け磁性体に磁気的に結合する第１のバイアス磁界発生源とを有し、
前記第１の外付け磁性体および前記第１の基板上磁性体を介して、前記第１の磁気抵抗効果素子に第１のバイアス磁界が印加され、
前記第２の外部磁気回路は、
前記第２の基板上磁性体の前記入射部となる主面に磁気的に結合する第２の外付け磁性体と、前記第２の外付け磁性体に磁気的に結合する第２のバイアス磁界発生源とを有し、
前記第２の外付け磁性体および前記第２の基板上磁性体を介して、前記第２の磁気抵抗効果素子に第２のバイアス磁界が印加される、請求項１記載の磁界検出装置。
【国際調査報告】
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2008146809.tif 000021
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