(57)【要約】【課題】感度の向上を図ることができる圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ、およびタッチパネルを提供することである。【解決手段】実施形態に係る圧力センサは、基部と、前記基部に設けられ、可撓性を有する膜部と、前記膜部の重心に対して放射状に前記膜部の上に設けられた複数の検知素子と、を備えている。前記複数の検知素子のそれぞれは、磁化自由層である第１磁性層と、前記膜部の上に設けられた磁化自由層である第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた中間層と、を有している。前記複数の検知素子のそれぞれは、第１の辺の長さがこれと交差する第２の辺の長さよりも長い形状異方性を有している。前記複数の検知素子は、前記第１の辺が前記重心から延びる放射状の線と所定の角度を有するように設けられている。【選択図】図１
2014102171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に設けられ、可撓性を有する膜部と、
前記膜部の重心に対して放射状に前記膜部の上に設けられた複数の検知素子と、
を備え、
前記複数の検知素子のそれぞれは、磁化自由層である第１磁性層と、前記膜部の上に設けられた磁化自由層である第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた中間層と、を有し、
前記複数の検知素子のそれぞれは、第１の辺の長さがこれと交差する第２の辺の長さよりも長い形状異方性を有し、
前記複数の検知素子は、前記第１の辺が前記重心から延びる放射状の線と所定の角度を有するように設けられた圧力センサ。
【請求項２】
基部と、
前記基部に設けられた空洞部と、
前記基部に設けられ、可撓性を有する膜部と、
前記膜部の上に設けられた複数の検知素子と、
を備え、
前記複数の検知素子のそれぞれは、磁化自由層である第１磁性層と、前記膜部の上に設けられた磁化自由層である第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた中間層と有し、
前記複数の検知素子のそれぞれは、第１の辺の長さがこれと交差する第２の辺の長さよりも長い形状異方性を有し、
前記複数の検知素子のそれぞれは、前記空洞部の開口の周縁に沿うように設けられた圧力センサ。
【請求項３】
前記それぞれの検知素子は、前記第１の辺が、前記膜面の重心から放射状に延びる線と直交するように設けられている請求項１記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記それぞれの検知素子は、前記第１の辺が、前記膜面の重心から放射状に延びる線と平行するように設けられている請求項１記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記それぞれの検知素子は、前記第１の辺が、前記膜面の重心から放射状に延びる線と略４５度の角度を有するように設けられている請求項１記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記それぞれの検知素子は、前記第１磁性層の磁化方向および前記第２磁性層の磁化方向の少なくともいずれかが、前記膜面の重心から放射状に延びる線と直交するように設けられている請求項１〜５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記第１磁性層の磁化方向と、前記第２磁性層の磁化方向と、は、互いに異なる請求項１〜６のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記複数の検知素子のうちの少なくとも２つは、電気的に直列接続されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記電気的に直列接続された検知素子の端子間には、１Ｖ以上１０Ｖ以下の電圧が印加される請求項８記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記電気的に直列接続された検知素子の素子数は、６個以上２００個以下である請求項８記載の圧力センサ。
【請求項１１】
前記第１の辺の寸法は、０．２μｍ以上６０μｍ以下である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項１２】
前記それぞれの検知素子の平面形状は、四角形である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の圧力センサを備えたマイクロフォン。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の圧力センサを備えた血圧センサ。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の圧力センサを備えたタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ、およびタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
容量の変化に応じて音を電気信号に変換する容量型の圧力センサにおいては、ダイアフラム全体が電極の一部となる。そのため、圧力センサを小型化すると、ダイアフラムとともに電極の面積も減少し、感度が悪くなるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８０２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、感度の向上を図ることができる圧力センサ、マイクロフォン、血圧センサ、およびタッチパネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る圧力センサは、基部と、前記基部に設けられ、可撓性を有する膜部と、前記膜部の重心に対して放射状に前記膜部の上に設けられた複数の検知素子と、を備えている。前記複数の検知素子のそれぞれは、磁化自由層である第１磁性層と、前記膜部の上に設けられた磁化自由層である第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた中間層と、を有している。前記複数の検知素子のそれぞれは、第１の辺の長さがこれと交差する第２の辺の長さよりも長い形状異方性を有している。前記複数の検知素子は、前記第１の辺が前記重心から延びる放射状の線と所定の角度を有するように設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る圧力センサ３１０の模式的斜視図。
【図２】検知素子５０の模式的斜視図。
【図３】検知素子１５０、１５０ａの模式的斜視図。
【図４】検知素子５０、１５０、１５０ａの作用の模式図。
【図５】検知素子５０の配置の模式的平面図。
【図６】膜部６４の他の平面形状と、検知素子５０の配置の模式的平面図。
【図７】圧力センサ３１０の作用の模式図。
【図８】ブリッジ回路の模式図。
【図９】第２の実施形態に係る圧力センサ３２０の模式的平面図。
【図１０】第３の実施形態に係る圧力センサ３１０の製造方法のフローチャート。
【図１１】圧力センサ３１０の製造方法の模式的工程図。
【図１２】第４の実施形態に係る圧力センサ３４０の模式的斜視図。
【図１３】第５の実施形態に係る圧力センサ３４１の模式図。
【図１４】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図１５】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図１６】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図１７】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図１８】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図１９】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図２０】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図２１】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図２２】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図２３】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図２４】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図２５】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法の模式図。
【図２６】第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法のフローチャート。
【図２７】第７の実施形態に係るマイクロフォン４１０の模式図。
【図２８】第８の実施形態に係る血圧センサ３３０の模式図。
【図２９】第９の実施形態に係るタッチパネル３５０の模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、図面を参照しつつ各実施の形態について例示をする。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
[第１の実施形態]  
図１は、第１の実施形態に係る圧力センサ３１０を例示するための模式的斜視図である。
なお、図１においては、図を見やすくするために、絶縁部分を省略し、主に導電部分を描いている。また、図を見やすくするために、複数の検知素子５０のうち一部のものを描いている。
【０００９】
図１に示すように、圧力センサ３１０には、センサ部７２と、基部７１とが設けられている。  
センサ部７２は、基部７１の上に設けられている。  
センサ部７２は、膜部６４と、固定部６７と、検知素子５０と、を有する。
【００１０】
膜部６４は、可撓性を有する膜である。膜部６４は、膜面６４ａに垂直な方向に対して可撓である。膜部６４は、外部圧力が印加されたときに撓み、その上に設けられた検知素子５０に歪みを生じさせる。外部圧力は、例えば、音波、超音波、押圧などによる圧力とすることができる。なお、後述するように、圧力センサ３１０は、例えば、マイクロフォン、血圧センサ、タッチパネルなどに用いることができる。
【００１１】
膜部６４は、外部圧力によって撓む部分よりも外側に連続して形成されている場合もある。本明細書においては、膜厚がある一定の厚みで固定端よりも薄く、外部圧力によって撓む部位を、膜部６４としている。  
膜部６４は、例えば、絶縁性材料を用いて形成することができる。膜部６４は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含むものとすることができる。また、膜部６４はシリコンなどの半導体材料を用いて形成することもできる。なお、膜部６４は、例えば、金属材料などを用いて形成することもできる。
【００１２】
膜部６４の厚み寸法は、例えば、２００ｎｍ以上、３μｍ以下とすることができる。この場合、好ましくは、３００ｎｍ以上、１．５μｍ以下とすることができる。  
図１に例示をしたもののように、膜部６４の平面形状が円の場合には、膜部６４の直径寸法は、例えば、１μｍ以上、６００μｍ以下とすることができる。この場合、好ましくは、６０μｍ以上、６００μｍ以下とすることができる。
【００１３】
固定部６７は、膜部６４を基部７１に固定する。固定部６７は、外部圧力が印加されたときであっても撓みにくいように、膜部６４よりも厚み寸法を厚くすることができる。  
固定部６７は、例えば、膜部６４の周縁に等間隔に設けることができる。  
また、図１においては、固定部６４は、分断的に形成された構造としたが、膜部６４の周囲をすべて連続的に取り囲むように設けることもできる。たとえば、後述する図１１（ｄ）のように、膜部６４の周囲を連続的な固定端とすることもできる。
固定部６７は、例えば、基部７１の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部６７は、例えば、シリコンなどから形成することができる。  
また、固定部６７は、例えば、膜部６４の材料と同じ材料から形成することもできる。
【００１４】
検知素子５０は、膜部６４の膜面６４ａ上に複数設けられている。  
なお、検知素子５０の構成や配置に関する詳細は後述する。  
複数の検知素子５０のそれぞれの第１磁性層１０には、配線５７が電気的にそれぞれ接続されている。複数の検知素子５０のそれぞれの第２磁性層２０には、配線５８が電気的にそれぞれ接続されている。なお、後述する第１電極５１、第２電極５２を介して配線５８、配線５７が電気的にそれぞれ接続されていてもよい。
【００１５】
配線５７及び配線５８は、固定部６７の上、または、固定部６７の内部を通って、膜部６４の外方に向けて延びている。  
この場合、検知素子５０に流す電流の向きは、第１磁性層１０から第２磁性層２０に向かう方向でもよいし、第２磁性層２０から第１磁性層１０に向かう方向でもよい。
【００１６】
基部７１は、板状を呈し、内部に空洞部７０を有している。  
基部７１は、例えば、シリコンなどの半導体や、絶縁性材料を用いて形成することができる。膜部６４は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含むものとすることができる。また、シリコンなどの半導体材料や金属材料を用いることもできる。  
空洞部７０の内部は、真空状態（１気圧よりも低い低圧状態）となっていてもよいし、空気や不活性ガスなどの気体や液体が充填されていてもよい。すなわち、空洞部７０の内部は、膜部６４が撓むことができるようになっていればよい。  
空洞部７０の上方には、膜部６４が設けられ、膜部６４は固定部６７により基部７１に固定されている。
【００１７】
次に、検知素子５０の構成についてさらに例示をする。  
図２は、検知素子５０の構成を例示するための模式的斜視図である。  
図２に示すように、検知素子５０は、例えば、第１磁性層１０と、膜部６４に設けられた第２磁性層２０と、第１磁性層１０と第２磁性層２０との間に設けられた中間層３０と、を有する。  
第１磁性層１０と第２磁性層２０は、磁化自由層である。  
第１磁性層１０と第２磁性層２０の厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下とすることができる。この場合、第１磁性層１０と第２磁性層２０の厚み寸法は、２ｎｍ以上、６ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００１８】
第１磁性層１０と第２磁性層２０は、磁歪定数の絶対値が大きい材料から形成される。この場合、磁歪定数の絶対値は、材料の種類や添加元素などによって、変化させることができる。また、磁性材料そのものではなく、その磁性層に隣接して形成した非磁性層の材料、構成によっても大きく磁歪を変化させることが可能である。磁歪定数の絶対値は、例えば、１０−２よりも大きいものとすることができる。この場合、磁歪定数の絶対値は、例えば、１０−５よりも大きいものとすることがより好ましい。  
磁歪定数の絶対値を大きくすれば、応力の変化に応じた磁化方向の変化量を大きくすることができる。
【００１９】
第１磁性層１０と第２磁性層２０とには、正の符号の磁歪定数を有する材料を用いてもよいし、負の符号の磁歪定数を有する材料を用いてもよい。また、第１磁性層１０の磁歪定数の絶対値と、第２磁性層２０の磁歪定数の絶対値とは異なるものとされている。
【００２０】
第１磁性層１０と第２磁性層２０の材料は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金とすることができる。また、これらの材料に添加元素を加えた材料とすることもできる。
また、これらの金属、合金に、添加元素や極薄層として、Ｂ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｈｆなどを添加することもできる。
また、結晶磁性層だけではなく、アモルファス磁性層を用いることも可能である。
また、酸化物や窒化物の磁性層を用いることも可能である。
【００２１】
第１磁性層１０と第２磁性層２０の材料は、例えば、ＦｅＣｏ合金、ＮｉＦｅ合金などとすることができる。あるいは、第１磁性層１０と第２磁性層２０の材料は、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ＞１００ｐｐｍを示すＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金（Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金（Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｍ２は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金（Ｍ３は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ、Ｍ４は、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ）、Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅやフェライト（Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４）など）とすることもできる。
【００２２】
第１磁性層１０と第２磁性層２０は、２層構造を有するものとすることができる。  
例えば、第１磁性層１０と第２磁性層２０は、ＦｅＣｏを含む層（例えば、ＣｏＦｅやＣｏＦｅを含む合金の層）と、ＦｅＣｏを含む層と積層される以下の層と、を有するものとすることができる。  
ＦｅＣｏを含む層と積層される層は、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ＞１００ｐｐｍを示すＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金（Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金（Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｍ２は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金（Ｍ３は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ、Ｍ４は、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ）、Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅやフェライト（Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４）など）などから形成することができる。
【００２３】
中間層３０は、非磁性層とすることができる。  
中間層３０は、例えば、金属材料や絶縁性材料などを用いて形成することができる。
金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどを例示することができる。中間層３０が金属材料から形成される場合には、中間層３０の厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、７ｎｍ以下とすることができる。
【００２４】
絶縁性材料としては、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯなど）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３など）、チタン酸化物（ＴｉＯなど）、亜鉛酸化物（ＺｎＯなど）などを例示することができる。中間層３０が絶縁性材料から形成される場合には、中間層３０の厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることができる。
【００２５】
金属材料を用いて形成された中間層３０の場合には、巨大磁気抵抗効果（GMR;Giant Magneto Resistive Effect）が発現する。  
絶縁性材料を用いて形成された中間層３０の場合には、トンネル磁気抵抗効果（TMR;Tunnel Magneto-Resistance Effect）が発現する。  
圧力センサ３１０においては、検知素子５０の積層方向に沿って電流を流すＣＰＰ−ＧＭＲ(Current-Perpendicular-to-Plane Giant Magnetoresistance）が用いられる。
【００２６】
また、中間層３０は、絶縁層の膜厚方向を貫通する複数の金属電流パスが設けられたＣＣＰ（Current-Confined-Path）構造を有するものとすることができる。この場合、金属電流パスは、１ｎｍ以上、５ｎｍ以下程度の幅寸法や径寸法を有するものとすることができる。この場合も、圧力センサ３１０においては、ＣＰＰ−ＧＭＲが用いられる。
【００２７】
ここで、マグネシウム酸化物のような酸化物を用いた中間層３０上の第１磁性層１０は、正の磁歪定数を有する材料から形成される場合がある。そして、例えば、第１磁性層１０として、ＣｏＦｅＢからなる層、ＣｏＦｅからなる層、ＮｉＦｅからなる層が積層された層を用いる場合がある。この様な場合、最上層のＮｉＦｅからなる層におけるニッケルの比率を多くすると、ＮｉＦｅからなる層の磁歪定数は負となり、その絶対値も大きくなる。磁歪定数が負となると中間層３０上の正の磁歪が打ち消されるおそれがある。そのため、最上層のＮｉＦｅからなる層におけるニッケルの比率は、一般的に用いられるＮｉ８１Ｆｅ１９からなる層におけるニッケルの比率と比較して低くすることが好ましい。例えば、最上層のＮｉＦｅからなる層におけるニッケルの比率は、８０原子パーセント（ａｔｏｍｉｃ％）未満とすることが好ましい。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る検知素子１５０、１５０ａの構成を例示するための模式的斜視図である。  
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、検知素子１５０には、例えば、第１電極５１、バッファ層４１、第２磁性層２０、中間層３０、第１磁性層１０、キャップ層４５、第２電極５２が、この順で積層されて設けられている。
【００２９】
第１電極５１と第２電極５２は、導電性を有する非磁性体から形成することができる。この場合、第１電極５１と第２電極５２は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｌなどから形成することができる。  
また、第１電極５１と第２電極５２は、導電性を有する軟磁性体から形成することができる。第１電極５１と第２電極５２を軟磁性体から形成すれば、外部からの磁気ノイズを低減することができる。この場合、第１電極５１と第２電極５２は、例えば、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）や珪素鋼（ＦｅＳｉ合金）などから形成することができる。
【００３０】
バッファ層４１は、例えば、ＴａまたはＴｉなどを含むアモルファス層とすることができる。バッファ層４１の厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下とすることができる。また、バッファ層４１は、結晶配向促進のためのシード層を兼ねるようにすることもできる。バッファ層４１を結晶配向促進のためのシード層とする場合には、ＲｕやＮｉＦｅなどから形成された層とすることができる。なお、ＲｕやＮｉＦｅなどから形成された層が積層されたものとすることもできる。  
第２磁性層２０、中間層３０は、前述したものと同様とすることができる。
【００３１】
第１磁性層１０は、前述した２層構造を有する。第１磁性層１０は、磁性積層膜１０ａと高磁歪磁性膜１０ｂとを有する。  
磁性積層膜１０ａは、後述する磁気抵抗効果（Magnetoresistance）の変化率を大きくするために設けられる。磁性積層膜１０ａは、例えば、前述したコバルトや鉄、ニッケルなどを含む層から形成することができる。例えば、ＣｏＦｅＢ層などとすることができる。磁性積層膜１０ａの厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、３ｎｍ以下とすることができる。
【００３２】
高磁歪磁性膜１０ｂは、磁性積層膜１０ａとキャップ層４５との間に設けられている。高磁歪磁性膜１０ｂは、例えば、前述したＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金などから形成することができる。高磁歪磁性膜１０ｂの厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、５ｎｍ以下とすることができる。  
キャップ層４５は、高磁歪磁性膜１０ｂと、第２電極５２との間に設けられている。キャップ層４５の厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、５ｎｍ以下とすることができる。
【００３３】
また、図３（ｂ）に示すように、バッファ層４１、第２磁性層２０、中間層３０、第１磁性層１０、キャップ層４５からなる積層体の側壁に絶縁層５４ａと絶縁層５４ｂを設けることができる。  
絶縁層５４ａと絶縁層５４ｂは、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）やシリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）などから形成することができる。  
絶縁層５４ａと絶縁層５４ｂの厚み寸法は、例えば、１ｎｍ以上、５ｎｍ以下とすることができる。  
絶縁層５４ａと絶縁層５４ｂを設けるようにすれば、周囲にリーク電流が流れることを抑制することができる。
【００３４】
検知素子５０、１５０、１５０ａは、極めて小さいサイズで十分である。  
そのため、検知素子５０、１５０、１５０ａの面積は、圧力によって撓む膜部６４の面積よりも十分に小さくできる。例えば、検知素子５０、１５０、１５０ａの面積は、膜部６４の面積の１／５以下とすることができる。
【００３５】
例えば、膜部６４の直径寸法が６０μｍ程度の場合には、検知素子５０、１５０、１５０ａの短辺（第２の辺の一例に相当する）側の長さＤは、１２μｍ以下とすることができる。例えば、膜部６４の直径寸法が６００μｍ程度の場合には、検知素子５０、１５０、１５０ａの短辺側の長さＤは、１２０μｍ以下とすることができる。  
この場合、検知素子５０、１５０、１５０ａの加工精度などを考慮すると、検知素子５０、１５０、１５０ａを過度に小さくする必要はない。そのため、検知素子５０、１５０、１５０ａの短辺側の長さＤは、例えば、０．１μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。長辺（第１の辺の一例に相当する）側の長さＬは、例えば、０．２μｍ以上、６０μｍ以下が好ましい範囲である。
【００３６】
図２、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、検知素子５０、１５０、１５０ａは、平面形状が長方形となっている。そのため、長辺側の寸法Ｌ＞短辺側の寸法Ｄとなっている。長辺側の寸法Ｌと、短辺側の寸法Ｄとの比率には特に限定はないが、例えば、長辺側の寸法Ｌは短辺側の寸法Ｄの２倍以上とすることができる。なお、検知素子５０、１５０、１５０ａの平面形状は長方形に限定されるわけではなく、一方の辺の寸法Ｌがこれに交差する辺の寸法Ｄよりも大きくなっている形状であればよい。例えば、検知素子５０、１５０、１５０ａの平面形状は平行四辺形などの四角形とすることもできる。  
一方の辺の寸法Ｌがこれに交差する辺の寸法Ｄよりも大きくなっている形状とすれば、形状磁気異方性により、磁化方向は寸法Ｌを有する辺に沿う方向となる。
このように、形状異方性を利用することで、ＣｏＰｔなどのハードバイアスやＩｒＭｎなどを用いた交換結合バイアスなどの磁化方向制御を用いることなく、外部圧力がゼロの状態における検知素子の磁化方向を任意の方向に設定することが可能となる。この場合、この任意の磁化方向が、膜平面内において、ある一定方向であれば、ハードバイアスや交換結合バイアスを用いることも可能である。しかしながら、本実施形態のように複数ある検知素子のぞれぞれが膜平面内で異なる方向に初期磁化方向が向くように設定する場合には、ハードバイアスや交換結合バイアスによるバイアス制御は事実上不可能な構成となる。本実施の形態においては、形状異方性を利用することで、膜部６４に複数設けられた検知素子５０それぞれにおいて、デバイス動作上有効に利用できるように、初期磁化方向を設定することが可能となる。これについては、以下に詳述する。
【００３７】
次に、検知素子５０、１５０、１５０ａの作用について例示する。  
図４は、検知素子５０、１５０、１５０ａの作用について例示するための模式図である。
なお、図４においては、図を見やすくするために、第１磁性層１０と第２磁性層２０のみを描いている。
【００３８】
図４に示すように、前述した形状磁気異方性により、磁化方向１１０、１２０は検知素子５０、１５０、１５０ａの長辺に沿う方向となる。この場合、反磁界の影響により、第１磁性層１０の磁化方向１１０と、第２磁性層２０の磁化方向１２０とが互いに異なるものとなる。例えば、図４に示すように、磁化方向１１０と磁化方向１２０とが逆向きとなる。  
外部圧力によって膜部６４が撓むと、第１磁性層１０と第２磁性層２０に応力８１が加わる。
【００３９】
そして、逆磁歪効果（Inverse-magnetostriction effect）により、第１磁性層１０の磁化方向１１０と、第２磁性層２０の磁化方向１２０は、印加された応力８１に応じて変化する。  
逆磁歪効果においては、磁歪定数の符号（正負）によって磁化の容易軸が変わる。すなわち、印加された応力８１に応じて変化する磁化方向１１０、１２０変わる。
【００４０】
例えば、磁歪定数が正の符号である場合には、応力８１の方向８１ａが磁化容易軸となる。そのため、磁歪定数が正の符号である場合には、磁化方向１１０、１２０は、図４に示すように、磁化容易軸の方向、すなわち、応力８１の方向８１ａに向けて回転する。    これに対して、磁歪定数が負の符号である場合には、応力８１の方向８１ａに垂直な方向が磁化容易軸となる。そのため、磁歪定数が負の符号である場合には、磁化方向１１０、１２０は、応力８１の方向８１ａに垂直な方向に向けて回転する。
【００４１】
つまり、磁化方向１１０、１２０と、磁歪定数の符号により検知素子５０、１５０、１５０ａの配置方向が決まることになる。  
また、第１磁性層１０の磁歪定数の絶対値と、第２磁性層２０の磁歪定数の絶対値とは異なるものとされている。そのため、回転後における磁化方向１１０ａと磁化方向１２０ａとの間に角度差が生じる。
【００４２】
そして、磁気抵抗効果により、磁化方向１１０ａと磁化方向１２０ａとの間の角度差に応じて電気抵抗が変化する。  
そのため、検知素子５０、１５０、１５０ａに電流を流し電気抵抗を測定することで、印加された応力、ひいては外部圧力を求めることができる。  
なお、低抵抗状態の抵抗をＲとし、磁気抵抗効果によって変化する電気抵抗の変化量をΔＲとしたときに、ΔＲ／Ｒを「ＭＲ変化率」という。
【００４３】
次に、検知素子５０、１５０、１５０ａの配置についてさらに例示をする。  
なお、ここでは、一例として、検知素子５０の配置について例示をするが、検知素子１５０、１５０ａの配置も同様とすることができる。
【００４４】
図５（ａ）〜（ｃ）は、検知素子５０の配置について例示をするための模式的平面図である。  
図５（ａ）に示すように、検知素子５０の平面形状が長方形の場合には、形状磁気異方性により磁化方向１１０、１２０が検知素子５０の長辺に沿う方向となる。  
また、図５（ａ）に示すように、膜部６４に外部圧力が印加されると、応力８１の方向８１ａは、膜部６４の重心６４ｂから放射状に延びる方向となる。  
この歪が圧縮方向か引っ張り方向かで極性が異なるが、例えば、ある極性の圧力が印加されたときには、第１磁性層１０と第２磁性層２０の材料の磁歪定数の符号が正の場合には、磁化方向１１０、１２０は、応力８１の方向８１ａに向けて回転する。そして、外部圧力印加によって磁化方向が初期の磁化方向（長辺方向）から短辺方向に傾く。  
【００４５】
そのため、それぞれの検知素子５０は、第１の面（例えば、長方形の長辺）と、第１の面に交差する方向に設けられ第１の面よりも長さの短い第２の面（例えば、長方形の短辺）とを有している。それぞれの検知素子５０は、第１の面を膜部６４の膜面６４ａの重心６４ｂ側に向けて、膜面６４ａの重心６４ｂに対して放射状に設けられている。
【００４６】
この場合、それぞれの検知素子５０は、第１の面が、膜面６４ａの重心６４ｂから放射状に延びる線と、直交するように設けることができる。  
また、それぞれの検知素子５０は、第１磁性層１０の磁化方向１１０および第２磁性層２０の磁化方向１２０の少なくともいずれかが、膜面６４ａの重心６４ｂから放射状に延びる線と、直交するように設けることができる。
【００４７】
膜部６４の平面形状が円の場合には、それぞれの検知素子５０の長辺を膜部６４の周縁に沿わせるようにして、それぞれの検知素子５０を配置してもよい。  
なお、膜部６４の重心６４ｂから、それぞれの検知素子５０の重心までの距離が同じになるようにすることが好ましい。
【００４８】
検知素子５０の配置をこの様にすれば、それぞれの検知素子５０における回転後の磁化方向１１０ａと磁化方向１２０ａとの間の角度差を同様のものとすることができる。すなわち、それぞれの検知素子５０における応力８１に対する特性を同様のものとすることができる。
図５（ａ）においては、長辺が膜部６４の周縁に沿う方向に配置されているが、図５（ａ）の形態と直交した形態とすることもできる。例えば、図５(ｂ)のように、短辺が膜部６４の周縁に沿う方向に配置してもよい。
この場合、図５（ａ）の形態の場合と同じ磁歪極性で同じ極性の外部圧力が印加されたときには、磁化方向の変化は生じない。磁歪極性が図５（ａ）の形態の場合と異なるか、外部圧力の印加方向が図５（ａ）の形態の場合とは逆向きのときに、磁化方向が長辺方向から短辺方向に傾く。
また、図５（ｃ）のように、長辺が膜部６４の周縁に沿う方向でも、直交する方向でもなく、ある角度（図５（ｃ）の場合は略４５度）を有するように配置する構成も可能である。図５（ａ）、図５（ｂ）においては、外部圧力がある一方向の極性の場合のみしか磁化方向が変化しない。しかしながら、図５（ｃ）のような配置にすれば、外部圧力がプラス、マイナスのいずれの極性においても磁化方向が極性に応じて変わる。そのため、極性によらず測定できることがメリットとなる。一方、圧力範囲のダイナミックレンジは減少する。そのため、使用用途によって、図５(ａ)〜（ｃ）の配設形態を使い分けることが好ましい。
【００４９】
図５において例示をしたものは、膜部６４の平面形状が円の場合であるが、膜部６４の平面形状は円に限定されるわけではない。  
図６（ａ）〜（ｃ）は、膜部６４の他の平面形状と、検知素子５０の配置について例示をするための模式的平面図である。  
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、膜部６４の平面形状は、楕円、正方形や長方形などの正多角形などとすることができる。
【００５０】
膜部６４の平面形状がこの様なものの場合であっても、検知素子５０の配置は前述したものと同様とすることができる。  
例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、それぞれの検知素子５０は、第１の面を膜部６４の膜面６４ａの重心６４ｂ側に向けて、膜面６４ａの重心６４ｂに対して放射状に設けられている。
【００５１】
この場合、それぞれの検知素子５０は、第１の面が、膜面６４ａの重心６４ｂから放射状に延びる線と、直交するように設けることができる。  
また、それぞれの検知素子５０は、第１磁性層１０の磁化方向１１０および第２磁性層２０の磁化方向１２０の少なくともいずれかが、膜面６４ａの重心６４ｂから放射状に延びる線と、直交するように設けることができる。
【００５２】
この場合、膜部６４の重心６４ｂから、それぞれの検知素子５０の重心までの距離が同じになるようにすることが好ましい。  
なお、一例として、４つの検知素子５０が設けられる場合を例示したが、検知素子５０の数は適宜変更することができる。
【００５３】
次に、圧力センサ３１０の作用について例示をする。  
図７（ａ）〜（ｃ）は、圧力センサ３１０の作用について例示をするための模式図である。  
図７（ａ）は、膜部６４を含む部分の模式的断面図である。図７（ｂ）、（ｃ）は、圧力センサ３１０の信号処理を例示するための模式図である。なお、図７（ｂ）は検知素子５０（１５０、１５０ａ）が電気的に直列接続された場合、図７（ｃ）は検知素子５０（１５０、１５０ａ）が電気的に並列接続された場合である。
【００５４】
まず、図７（ａ）に示すように、外部圧力８０が印加されると、膜部６４は外部圧力８０を受けて撓む。例えば、膜面６４ａが外方に向けて凸状になるように撓む。膜面６４ａが外方に向けて凸状になるように撓むと、検知素子５０（１５０、１５０ａ）に応力８１が加わる。図７（ａ）に示すものの場合には、検知素子５０（１５０、１５０ａ）に引っ張り応力が加わる。膜面６４ａが凹状になるように撓むと、検知素子５０（１５０、１５０ａ）に圧縮応力が加わる。  
検知素子５０（１５０、１５０ａ）に応力８１が加わると、前述したように、検知素子５０（１５０、１５０ａ）の電気抵抗が応力８１に応じて変化する。
【００５５】
次に、図７（ｂ）に示すように、複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）が直列接続された場合、信号の変化量として素子数Ｎに応じて、信号電圧がＮ倍の信号５０ｓｇが処理回路１１３に送られる。このとき、熱ノイズ、ショットキーノイズは素子数Ｎに対して√Ｎ倍になる。つまり、ＳＮ比(signal-noise ratio：SNR)は、素子数Ｎの検知素子を用いることにより、√Ｎ倍増大することになる。素子数Ｎを増やすことで、膜部６４のサイズ（ダイアフラムサイズ）を大きくすることなく、ＳＮ比を改善することができるのが、本実施形態の効果である。
前述したように、それぞれの検知素子５０（１５０、１５０ａ）における応力８１に対する特性は同様となっている。そのため、それぞれの信号５０ｓｇ’を単純に加算することが可能となる。
前述したように、それぞれの検知素子５０（１５０、１５０ａ）における応力８１に対する特性は同様のものとなっている。そのため、電気的に直列接続された複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）からの信号５０ｓｇに特別な処理を施す必要はない。
ここで、１つの検知素子５０（１５０、１５０ａ）に印加することができるバイアス電圧は、１５０ｍＶ程度である。電気的に直列にＮ個の検知素子（Ｎ≧２）をつなげた場合には、１５０ｍＶ×Ｎの端子間電圧となる。例えば、Ｎ＝２５個の検知素子の場合には、１５０ｍＶ×２５＝３．７５Ｖのバイアス電圧となる。端子間電圧の絶対値として１Ｖ以上の電圧となる方が、検知素子より後段の電気回路において処理を行うためには使いやすい電圧となるため、望ましい。本実施の形態においては、圧力が印加されたときに同じ信号を発する検知素子５０が実現可能となり、その直列接続も可能な構成となるため、大きな効果を得ることができる。
一方、端子間電圧が１０Ｖを超えてしまうと、検知素子より後段の電気回路における処理には、逆 にあまり望ましくない電圧となる。そのため、適切な電圧範囲になるように、検知素子５０を直列接続する素子数Ｎ、およびバイアス電圧を設定することが望ましい。
例えば、検知素子を電気的に直列に接続したときの端子間電圧（例えば、図７（ｂ）における２つの矢印間の電圧）が１Ｖ以上１０Ｖ以下となるのが好ましい電圧範囲である。  また、この端子間電圧を発生するためには、検知素子５０の一個あたりにかかるバイアス電圧を１５０ｍＶとすると、素子数Ｎは、６個以上６６個以下が望ましい。検知素子５０の一個あたりにかかるバイアス電圧が１００ｍＶとすると、素子数Ｎは１０個以上１００個以下とすることがが望ましい。検知素子５０の一個あたりにかかるバイアス電圧が５０ｍＶとすると、素子数Ｎは２０個以上２００個以下が望ましい。
この場合、検知素子に対する信頼性を確保した上での現実的なバイアス電圧の範囲を考えると、検知素子５０の直列接続する素子数Ｎは６個以上２００個以下が望ましい。
前述の効果では、ＳＮ比の改善のための素子数Ｎの直列接続の例を示したが、さらに、複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）からの信号５０ｓｇを処理することで、周波数特性を改善するための信号処理なども可能である。  
そのため、広い周波数帯域で高感度な圧力の検知が可能となる。  
また、加算処理するだけでなく、積算処理、減算処理などを行ってもよい。
前述では、素子数Ｎすべてを電気的に直列接続した形態について説明したが、素子数Ｎの一部を電気的に並列接続する回路構成を実施してもかまわない。
また、図７（ｃ）に示すように、複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）から電気抵抗の変化に応じた信号５０ｓｇ’を処理回路１１３にそれぞれ送る構成を用いてもかまわない。この送られてきたそれぞれの信号５０ｓｇ’は、処理回路１１３により処理される。例えば、それぞれの信号５０ｓｇ’が加算処理される。  
前述したように、それぞれの検知素子５０（１５０、１５０ａ）における応力８１に対する特性は同様となっている。そのため、それぞれの信号５０ｓｇ’を単純に加算することが可能となる。
【００５６】
応力センサ３１０は、例えば、音響マイクや超音波マイクなどのマイクロフォン、血圧センサ、タッチパネルなどに用いることができる。このとき、それぞれの検知素子５０（１５０、１５０ａ）から送られてくる信号５０ｓｇが微弱であったとしても、それぞれの信号５０ｓｇを加算処理することで、後段の増幅処理に適した検知信号を得ることが可能となる。
【００５７】
また、測定環境における温度が変化すると、検知素子５０（１５０、１５０ａ）の抵抗値が変化する場合がある。  
この場合、複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）からなるブリッジ回路を構成するようにすれば、温度補償を行うことができる。
【００５８】
図８（ａ）、（ｂ）は、複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）からなるブリッジ回路を例示するための模式図である。  
なお、図８（ａ）はブリッジ回路の構成を例示するための模式図、図８（ｂ）は回路図である。
【００５９】
図８（ａ）に示すように、領域２５０ａ〜２５０ｄには、電気的に直列接続された１０個の検知素子５０（１５０、１５０ａ）がそれぞれ設けられている。  
そして、図８（ｂ）に示すような接続を行うことで、複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）からなるブリッジ回路を構成することができる。  
なお、各領域２５０ａ〜２５０ｄにおける検知素子５０（１５０、１５０ａ）の数は１０個に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００６０】
前述したように、それぞれの検知素子５０（１５０、１５０ａ）における応力８１に対する特性は同様のものとなっている。そのため、各領域２５０ａ〜２５０ｄにおける検知素子５０（１５０、１５０ａ）の数を同じにすることで、ブリッジ回路を容易に構成することができる。
【００６１】
定電流回路１２３と処理回路１１３は、ブリッジ回路の所定の位置に電気的に接続されている。  
複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）からなるブリッジ回路を構成するようにすれば、測定環境における温度が変動した場合であっても精度の高い測定を行うことができる。
【００６２】
また、複数の検知素子５０（１５０、１５０ａ）からなる差動回路を構成し、コモンモードノイズ（common mode noise）を除去するようにしてもよい。
【００６３】
以上に例示をしたように、圧力センサ３１０とすれば、後段の増幅処理に、より適した検知信号を得ることができる。  
このような、後段の増幅処理に適した検知信号は、容量型の圧力センサなどでは得ることが困難である。
【００６４】
また、例えば、容量型の圧力センサにおいては、検知素子の微細化を行うと、電極間の面積が減少するので、感度が悪くなる。また、抵抗型の圧力センサにおいても、検知素子の微細化を行うと、検知素子である抵抗素子に流れる電流が減少するので、感度が悪くなる。そのため、容量型及び抵抗型の圧力センサにおいては検知素子の微細化は困難である。
これに対して、検知素子５０（１５０、１５０ａ）においては、逆磁歪効果及び磁気抵抗効果を利用している。すなわち、磁化方向の変化により生じる電気抵抗の変化を検知している。そのため、検知素子５０（１５０、１５０ａ）の微細化を行った場合であっても感度が悪くなるのを抑制することができる。その結果、小型かつ高感度の応力センサ３１０とすることができる。
【００６５】
後述するように、トランジスタ１３２が形成された基板の上方に、検知素子５０（１５０、１５０ａ）を設けてもよい。その様にすれば、圧力センサ３１０の小型化が可能となり、微小領域においても圧力を高感度で検知することが可能となる。  
トランジスタ１３２の上方に膜部６４を設ける場合、膜部６４の可動範囲（撓むことができる範囲）は、１０μｍ以下とすることができる。
【００６６】
この場合、膜部６４の可動範囲をさらに小さくすれば膜部６４の形成が容易となる。  
しかしながら、膜部６４の可動範囲を小さくすれば、圧力を正確に検知するために圧力センサの感度αを高める必要がある。  
また、微小点接触状態であっても圧力を正確に検知するためには、膜部６４の面積を小さくする必要がある。
【００６７】
しかしながら、膜部６４の厚みを薄くせずに膜部６４の面積を小さくすると、撓み量が小さくなってしまうので、圧力センサの感度αが悪くなる。この場合、壊れにくい圧力センサとするためには、膜部６４の厚みをあまり薄くすることができない。そのため、膜部６４の面積を小さくすると、圧力センサの感度αが悪くなるおそれがある。  
そのため、膜部６４の可動範囲を小さくし、且つ、膜部６４の面積を小さくしようとすると、圧力センサの感度αを高くする必要が生じる。
【００６８】
ここで、シリコンを用いたピエゾ抵抗型歪センサの場合には、センサの感度は用いる材料で決まり、例えば、センサの感度は、１３０程度となる。また、シリコンを用いたピエゾ抵抗型歪センサの場合には、一辺が１００μｍ程度の素子の面積が必要となる。そのため、単位面積あたりのセンサの感度は、１３０／１００μｍ２となり、約１０１０となる。
【００６９】
これに対して、圧力センサ３１０（スピン歪センサ）においては、実質的に検知素子５０（１５０、１５０ａ）の面積に依存せずに圧力センサ３１０の感度αを高くすることができる。  
この場合、圧力センサ３１０の感度αは、例えば、α＝（ΔＲ／Ｒｍｉｎ）／εで表される。Ｒｍｉｎは、低抵抗時における抵抗の値であり、ΔＲは、抵抗変化量である。εは、歪であり、Δｌ／ｌで表される。ここで、ｌは初期の長さであり、Δｌは長さの変位量である。
【００７０】
圧力センサ３１０の場合には、感度αに上限値はなく、１０００程度のものは容易に実現できる。１０００程度の感度αを実現するために必要な検知素子５０（１５０、１５０ａ）の面積は、４００ｎｍ２程度である。そのため、単位面積あたりの感度αは、約１０１７となる。
【００７１】
すなわち、圧力センサ３１０とすれば、シリコンを用いたピエゾ抵抗型歪センサ（例えば、シリコンを用いたＭＥＭＳ構造（Ｓｉ−ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）の圧力センサ）の場合と比較して、単位面積あたりの感度を７桁程度向上させることが可能となる。  
そのため、小型、且つ、高感度の圧力センサ３１０を実現することができる。
【００７２】
[第２の実施形態]  
図９は、第２の実施形態に係る圧力センサ３２０の構成を例示するための模式的平面図である。  
図９に示すように、圧力センサ３２０は、基部７１ａの上に設けられたセンサ部７２ａ〜７２ｄを有している。
【００７３】
例えば、センサ部７２ａは、前述したセンサ部７２と同様とすることができる。  
センサ部７２ｂ〜７２ｄは、センサ部７２ａと同様の構成要素を有しているが、膜部６４の直径寸法Ｗａ〜Ｗｄがそれぞれ異なるものとなっている。  
すなわち、膜部６４の直径寸法Ｗａ〜Ｗｄがそれぞれ異なるセンサ部７２ａ〜７２ｄがアレイ状に配置されている。
【００７４】
膜部６４の直径寸法Ｗａ〜Ｗｄがそれぞれ異なると、共振周波数がそれぞれ異なるものとなる。そのため、例えば、測定対象である音の周波数が、センサ部７２ａが有する共振周波数であっても、他のセンサ部７２ｂ〜７２ｄにより精度よく測定を行うことができる。すなわち、複数の共振周波数において、感度を向上させることができる。
【００７５】
[第３の実施形態]  
次に、圧力センサ３１０の製造方法について例示する。  
図１０は、第３の実施形態に係る圧力センサ３１０の製造方法を例示するフローチャートである。  
図１１（ａ）〜（ｅ）は、圧力センサ３１０の製造方法を例示する模式的工程図である。  
なお、図１１（ａ）〜（ｅ）においては、図を見やすくするために、各要素の形状や大きさを、図１のものから適宜変更して示している。
また、図１１（ｄ）は、空洞部７０を基板裏面から形成する製造方法である。この方法を用いる場合は、回路部を別チップで形成し、実装工程において圧力センサと回路部とをワンパッケージ化するＳｉＰ(System in Package)構成をとる。
図１１（ｅ）は、空洞部７０を基板上部から形成する製造方法である。この方法を用いる場合は、基板下部にＣＭＯＳ回路などを有するＳｏＣ（System on Chip）構成をとる。
【００７６】
まず、図１０に示すように、膜部６４となる膜６４ｆｍを形成する（ステップＳ１０１）。  
例えば、図１１（ａ）に示すように、基部７１の上に膜部６４となる膜６４ｆｍを形成する。基部７１には、例えば、シリコン基板が用いられる。膜６４ｆｍには、例えば、シリコン酸化膜が用いられる。膜部６４を基部７１に固定する固定部６７を形成する場合には、この工程で、膜６４ｆｍを加工して、固定部６７を形成してもよい。
【００７７】
次に、配線５７を形成する（ステップＳ１０２）。  
例えば、図１１（ｂ）に示すように、膜６４ｆｍ（または、膜部６４）の上に、導電膜を形成し、この導電膜を所定の形状に加工して配線５７を形成する。  
なお、図１１（ｂ）においては、図を見やすくするために、複数の配線５７のうち一部のものを描いている。
【００７８】
次に、検知素子５０（１５０、１５０ａ）を形成する（ステップＳ１０３）。  
例えば、図１１（ｃ）に示すように、配線５７のパッド部５７ａの上に、検知素子５０（１５０、１５０ａ）を形成する。  
例えば、検知素子５０（１５０、１５０ａ）を構成する要素となる膜を順に成膜して積層膜を形成する。そして、この積層膜を所定の形状に加工して、検知素子５０（１５０、１５０ａ）を形成する。
【００７９】
次に、配線５８を形成する（ステップＳ１０４）。  
例えば、図１１（ｄ）、（ｅ）に示すように、検知素子５０（１５０、１５０ａ）を覆うように、図示しない絶縁膜を形成し、この絶縁膜の一部を除去して検知素子５０（１５０、１５０ａ）の上面を露出させる。この上に導電膜を形成し、所定の形状に加工して配線５８を形成する。  
なお、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の少なくとも一部は、技術的に可能な範囲で、同時に実施されてもよく、また、順序が入れ替わってもよい。
【００８０】
次に、空洞部７０、膜部６４、固定部６７を形成する（ステップＳ１０５）。  
例えば、図１１（ｄ）、（ｅ）に示すように、基部７１の裏面（下面）側からのエッチング加工を行い空洞部７０を形成する。空洞部７０が形成されていない部分が非空洞部となり、膜部６４と固定部６７が形成されることになる。  
エッチング加工は、例えば、深堀りＲＩＥ法（Deep reactive ion etching process）やボッシュプロセス(Bosch process)などを用いて行うことができる。
【００８１】
[第４の実施形態]  
図１２は、第４の実施形態に係る圧力センサ３４０を例示する模式的斜視図である。  
図１２に示すように、圧力センサ３４０には、センサ部７２、基部７１、半導体回路部１３０が設けられている。  
半導体回路部１３０は、基部７１の下方に設けられている。  
半導体回路部１３０は、例えば、半導体基板１３１とトランジスタ１３２を有する。  
半導体基板１３１の主面１３１ａには、素子領域１３１ｂが設けられている。トランジスタ１３２は、素子領域１３１ｂに設けられている。
【００８２】
半導体回路部１３０は、処理回路１１３を含んでいてもよい。処理回路１１３は、素子領域１３１ｂに設けられていてもよく、それ以外の領域に設けられてもよい。処理回路１１３は、半導体回路部１３０の任意の場所に設けることができる。処理回路１１３は、素子領域１３１ｂに設けられるトランジスタ１３２を含んでいてもよい。
【００８３】
また、素子領域１３１ｂの上方には、空洞部７０が設けられている。そして、トランジスタ１３２の上方には、検知素子５０が設けられている。
【００８４】
トランジスタ１３２と、検知素子５０（１５０、１５０ａ）とは、ワイヤではなく、半導体製造プロセスを用いて形成された配線層により電気的に接続されている。この様にすれば、圧力センサ３４０の小型化が可能となるので、微小領域における圧力を高感度で検知することができる。
【００８５】
また、処理回路１１３、増幅回路及び通信回路などと、検知素子５０（１５０、１５０ａ）とを共通の基板上に設けることができるので、システム全体としてみたときに、小型化が実現できる。また、低消費電力化を実現することもできる。
【００８６】
また、半導体回路部１３０と基部７１とセンサ部７２とが一体的に設けられていてもよいし、半導体回路部１３０と基部７１とセンサ部７２とが別々に設けられていてもよい。例えば、半導体回路部１３０と基部７１とセンサ部７２とがシステムオンチップ（System-on-a-chip）により1つの半導体チップ上に設けられていてもよいし、半導体回路部１３０と基部７１とセンサ部７２とがシステムインパッケージ（System in package）により１つのパッケージ内に設けられていてもよい。
【００８７】
[第５の実施形態]  
図１３（ａ）〜（ｃ）は、第５の実施形態に係る圧力センサ３４１の構成を例示するための模式図である。  
図１３（ａ）は、模式的斜視図であり、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）は、圧力センサ３４１の構成を例示するためのブロック図である。
【００８８】
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、圧力センサ３４１には、基部７１、センサ部７２、半導体回路部１３０、アンテナ１１５、電気配線１１６、送信回路１１７、受信回路１１７ｒが設けられている。  
アンテナ１１５は、電気配線１１６を介して、半導体回路部１３０と電気的に接続されている。  
送信回路１１７は、検知素子５０（１５０、１５０ａ）に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路１１７の少なくとも一部は、半導体回路部１３０に設けることができる。
【００８９】
受信回路１１７ｒは、電子機器１１８ｄからの制御信号を受信する。受信回路１１７ｒの少なくとも一部は、半導体回路部１３０に設けることができる。受信回路１１７ｒを設けるようにすれば、例えば、電子機器１１８ｄを操作することで、圧力センサ３４１の動作を制御することができる。
【００９０】
また、図１３（ｂ）に示すように、送信回路１１７には、例えば、検知素子５０（１５０、１５０ａ）に接続されたＡＤコンバータ１１７ａと、マンチェスター符号化部１１７ｂと、を設けることができる。また、切替部１１７ｃを設け、送信と受信を切り替えるようにすることができる。この場合、タイミングコントローラ１１７ｄを設け、タイミングコントローラ１１７ｄにより切替部１１７ｃにおける切り替えを制御することができる。またさらに、データ訂正部１１７ｅ、同期部１１７ｆ、判定部１１７ｇ、電圧制御発振器１１７ｈ（VCO；Voltage Controlled Oscillator）を設けることができる。
【００９１】
図１３（ｃ）に示すように、圧力センサ３４１と組み合わせて用いられる電子機器１１８ｄには、受信部１１８が設けられる。電子機器１１８ｄとしては、例えば、携帯端末などの電子装置を例示することができる。  
この場合、送信回路１１７を有する圧力センサ３４１と、受信部１１８を有する電子機器１１８ｄと、を組み合わせて用いることができる。
【００９２】
電子機器１１８ｄには、マンチェスター符号化部１１７ｂ、切替部１１７ｃ、タイミングコントローラ１１７ｄ、データ訂正部１１７ｅ、同期部１１７ｆ、判定部１１７ｇ、電圧制御発振器１１７ｈ、記憶部１１８ａ、中央演算部１１８ｂ（CPU;Central Processing Unit）を設けることができる。
【００９３】
[第６の実施形態]  
次に、図１２において例示をした圧力センサ３４０の製造方法について例示する。  
図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図１８（ａ）、図１８（ｂ）、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２３（ａ）、図２３（ｂ）、図２４（ａ）、図２４（ｂ）、図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法を例示するための模式図である。
【００９４】
なお、図１４（ａ）〜図２５（ａ）は、模式的平面図であり、図１４（ｂ）〜図２５（ｂ）は、模式的断面図である。  
また、各図中における矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに直交する方向を表している。
【００９５】
まず、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板１３１の表面部分に半導体層１１２Ｍを形成する。続いて、半導体層１１２Ｍの上面に素子分離絶縁層１１２Ｉを形成する。続いて、半導体層１１２Ｍの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート１１２Ｇを形成する。続いて、ゲート１１２Ｇの両側に、ソース１１２Ｓとドレイン１１２Ｄとを形成することで、トランジスタ１３２が形成される。続いて、この上に層間絶縁膜１１４ａを形成し、さらに層間絶縁膜１１４ｂを形成する。
【００９６】
続いて、非空洞部となる領域において、層間絶縁膜１１４ａ、１１４ｂの一部に、トレンチ及び孔を形成する。続いて、孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー１１４ｃ〜１１４ｅを形成する。この場合、例えば、接続ピラー１１４ｃは、１つのトランジスタ１３２のソース１１２Ｓに電気的に接続され、接続ピラー１１４ｄはドレイン１１２Ｄに電気的に接続される。また、例えば、接続ピラー１１４ｅは、別のトランジスタ１３２のソース１１２Ｓに電気的に接続される。続いて、トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部１１４ｆ、１１４ｇを形成する。配線部１１４ｆは、接続ピラー１１４ｃ及び接続ピラー１１４ｄに電気的に接続される。配線部１１４ｇは、接続ピラー１１４ｅに電気的に接続される。続いて、層間絶縁膜１１４ｂの上に、層間絶縁膜１１４ｈを形成する。
【００９７】
次に、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１４ｈの上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜１１４ｉを、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成する。続いて、層間絶縁膜１１４ｉの所定の位置に孔を形成し、導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて平坦化する。これにより、配線部１１４ｆに接続された接続ピラー１１４ｊと、配線部１１４ｇに接続された接続ピラー１１４ｋと、が形成される。
【００９８】
次に、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１４ｉの空洞部７０となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層１１４ｌを埋め込む。犠牲層１１４ｌは、例えば、低温で成膜できる材料を用いて形成することができる。低温で成膜できる材料は、例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などである。
【００９９】
次に、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１４ｉ及び犠牲層１１４ｌの上に、膜部６４となる絶縁膜６１ｂｆを形成する。絶縁膜６１ｂｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。絶縁膜６１ｂｆに複数の孔を設け、複数の孔に導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、接続ピラー６１ｆａ、接続ピラー６２ｆａを形成する。接続ピラー６１ｆａは、接続ピラー１１４ｋと電気的に接続され、接続ピラー６２ｆａは、接続ピラー１１４ｊと電気的に接続される。
【０１００】
次に、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁膜６１ｂｆ、接続ピラー６１ｆａ、接続ピラー６２ｆａの上に、配線５７となる導電層６１ｆを形成する。  
次に、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、導電層６１ｆの上に、検知素子５０となる積層膜５０ｆを形成する。  
なお、以下においては一例として、検知素子５０を形成する場合を例に挙げて説明する。この場合、検知素子１５０、１５０ａを形成する場合も同様とすることができる。例えば、検知素子１５０、１５０ａを構成する要素となる膜を順に成膜して積層膜を形成し、この積層膜を所定の形状に加工して、検知素子１５０、１５０ａを形成すればよい。
【０１０１】
次に、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、積層膜５０ｆを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層６５となる絶縁膜６５ｆを形成する。絶縁膜６５ｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。  
次に、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁膜６５ｆの一部を除去し、導電層６１ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５７が形成される。このとき、導電層６１ｆの一部は、接続ピラー６２ｆａに電気的に接続される接続ピラー６２ｆｂとなる。さらに、この上に、絶縁層６６となる絶縁膜６６ｆを形成する。
【０１０２】
次に、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁膜６６ｆに開口部６６ｐを形成する。これにより、接続ピラー６２ｆｂが露出する。  
次に、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、上面に、配線５８となる導電層６２ｆを形成する。導電層６２ｆの一部は、接続ピラー６２ｆｂと電気的に接続される。  
次に、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、導電層６２ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５８が形成される。配線５８は、接続ピラー６２ｆｂと電気的に接続される。
【０１０３】
次に、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁膜６６ｆに所定の形状の開口部６６ｏを形成する。開口部６６ｏを介して、絶縁膜６１ｂｆを加工し、さらに開口部６６ｏを介して、犠牲層１１４ｌを除去する。これにより、空洞部７０が形成される。犠牲層１１４ｌの除去は、例えば、ウェットエッチング法を用いて行うことができる。  
なお、リング状の固定部６７とするためには、例えば、空洞部７０の上方における非空洞部の縁と膜部６４との間を絶縁膜で埋めるようにすればよい。  
以上の様にして圧力センサ３４０が形成される。
【０１０４】
図２６は、第６の実施形態に係る圧力センサ３４０の製造方法を例示するためのフローチャートである。  
すなわち、図１４〜図２５において例示をした圧力センサ３４０の製造方法のフローチャートである。
【０１０５】
図２６に示すように、まず、半導体基板１３１の上にトランジスタ１３２を形成する（ステップＳ１１０）。  
例えば、図１４（ａ）、（ｂ）において例示をしたようにしてトランジスタ１３２を形成する。  
次に、半導体基板１３１の上に層間絶縁層を形成し、トランジスタ１３２の上に犠牲層１１４ｌを形成する（ステップＳ１２０）。  
例えば、図１５（ａ）〜図１６（ｂ）において例示をしたようにして層間絶縁層や犠牲層１１４ｌを形成する。なお、層間絶縁層には、例えば、層間絶縁膜１１４ｉが含まれる。
【０１０６】
次に、層間絶縁層（例えば層間絶縁膜１１４ｉ）と犠牲層１１４ｌとの上に、膜部６４となる絶縁膜６１ｂｆを形成する（ステップＳ１２１）。  
なお、場合によっては、以下の導電層６１ｆが膜部６４を兼ねる場合もある。この場合は、ステップＳ１２１は省略される。
【０１０７】
次に、配線５７となる導電層６１ｆを形成する（ステップＳ１３０）。  
例えば、図１８（ａ）、（ｂ）において例示をしたようにして導電層６１ｆを形成する。
次に、犠牲層１１４ｌの上方であって、導電層６１ｆの上に、第１磁性層１０を含む検知素子５０を形成する（ステップＳ１４０）。  
例えば、図１９（ａ）〜図２０（ｂ）において例示をしたようにして検知素子５０を形成する。なお、検知素子１５０、１５０ａも同様にして形成することができる。
【０１０８】
次に、検知素子５０（１５０、１５０ａ）の上に配線５８となる導電層６２ｆを形成する（ステップＳ１５０）。  
例えば、図２３（ａ）〜図２４（ｂ）において例示をしたようにして導電層６２ｆを形成する。
【０１０９】
次に、埋め込み配線を形成する（ステップＳ１６０）。  
例えば、層間絶縁層の中に、導電層６１ｆと半導体基板１３１とを電気的に接続する配線と、導電層６２ｆと半導体基板１３１とを電気的に接続する配線と、を形成する。  
例えば、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）において例示をしたようにして埋め込み配線を形成する。  
なお、ステップＳ１６０は、例えば、ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０の間、及び、ステップＳ１５０の後、の少なくともいずれかの工程において、１回、または、複数回実施することができる。
【０１１０】
次に、犠牲層１１４ｌを除去する（ステップＳ１７０）。  
例えば、図２５（ａ）、（ｂ）において例示をしたようにして犠牲層１１４ｌを除去する。
以上の様にして圧力センサ３４０が形成される。  
なお、各工程の内容は、図１４〜図２５において例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１１】
[第７の実施形態]  
図２７は、第７の実施形態に係るマイクロフォン４１０について例示をするための模式図である。  
図２７に示すように、マイクロフォン４１０は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ（例えば、圧力センサ３１０、３２０、３４０、３４１）や、それらの変形に係る圧力センサを有する。以下においては、一例として、圧力センサ３１０を有するマイクロフォン４１０について例示をする。
【０１１２】
マイクロフォン４１０は、携帯情報端末５１０の端部に組み込まれている。マイクロフォン４１０に設けられた圧力センサ３１０の膜部６４は、例えば、携帯情報端末５１０の表示部４２０が設けられた面に対して実質的に平行とすることができる。なお、膜部６４の配置は例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。  
マイクロフォン４１０は、圧力センサ３１０などを備えているので、広域の周波数に対して高感度とすることができる。
【０１１３】
なお、マイクロフォン４１０が携帯情報端末５１０に組み込まれている場合を例示したがこれに限定されるわけではない。マイクロフォン４１０は、例えば、ＩＣレコーダーやピンマイクロフォンなどにも組み込むことができる。
【０１１４】
[第８の実施形態]  
図２８（ａ）、（ｂ）は、第８の実施形態に係る血圧センサ３３０について例示をするための模式図である。  
図２８（ａ）は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図２８（ｂ）は、図２８（ａ）に表したＨ１−Ｈ２線断面図である。
【０１１５】
本実施の形態に係る血圧センサ３３０は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ（例えば、圧力センサ３１０、３２０、３４０、３４１）や、それらの変形に係る圧力センサを有する。なお、図２８（ｂ）における血圧センサ３３０は、一例として、圧力センサ３１０を有する場合を例示したものである。
【０１１６】
圧力センサ３１０などを有する血圧センサ３３０とすれば、小型、且つ、高感度な血圧センサ３３０とすることができる。  
そのため、図２８（ｂ）に示すように、血圧センサ３３０の圧力センサ３１０などが設けられた部分を動脈血管１０１の上の皮膚１０３に容易に押し当てることができる。その結果、連続的、且つ、高精度な血圧測定を行うことが可能となる。
【０１１７】
[第９の実施形態]  
図２９は、第９の実施形態に係るタッチパネル３５０を例示するための模式図である。  本実施の形態に係るタッチパネル３５０は、前述した各実施形態に係る任意の圧力センサ（例えば、圧力センサ３１０、３２０、３４０、３４１）や、それらの変形に係る圧力センサを有する。なお、図２９におけるタッチパネル３５０は、一例として、圧力センサ３１０を有する場合を例示したものである。
【０１１８】
図２９に示すように、タッチパネル３５０には、複数の第１配線３５６、複数の第２配線３５７、複数の圧力センサ３１０、制御部３５１が設けられている。  
なお、圧力センサ３１０は、タッチパネル３５０のディスプレイの内部およびディスプレイの外部の少なくともいずれかに設けられていればよい。
【０１１９】
複数の第１配線３５６は、第１方向に沿って並んでいる。複数の第１配線３５６のそれぞれは、第１方向と交差する第２方向に沿って延びている。  
複数の第２配線３５７は、第１方向と交差する第３方向に沿って並んでいる。複数の第２配線３５７のそれぞれは、第３方向と交差する第４方向に沿って延びている。  
なお、第１方向と第４方向とが同じ方向であってもよい。また、第２方向と第３方向とが同じ方向であってもよい。
【０１２０】
複数の圧力センサ３１０のそれぞれは、複数の第１配線３５６と複数の第２配線３５７とのそれぞれの交差部に設けられている。  
圧力センサ３１０の１つは、検出のための検出要素３１０ｅの１つとなる。ここで、交差部は、第１配線３５６と第２配線３５７とが交差する位置の周辺の領域を含む。
【０１２１】
複数の圧力センサ３１０のそれぞれの配線５７は、接続部３１０ａを介して、複数の第１配線３５６のそれぞれと電気的に接続される。複数の圧力センサ３１０のそれぞれの配線５８は、接続部３１０ｂを介して、複数の第２配線３５７のそれぞれと電気的に接続される。
【０１２２】
制御部３５１は、複数の第１配線３５６と複数の第２配線３５７とに電気的に接続される。  
例えば、制御部３５１は、複数の第１配線３５６に電気的に接続された第１配線用回路３５６ｄと、複数の第２配線３５７に電気的に接続された第２配線用回路３５７ｄと、第１配線用回路３５６ｄと第２配線用回路３５７ｄとに電気的に接続された制御回路３５５と、を有している。  
圧力センサ３１０の膜部６４に外部圧力が印加されると、すなわち、検出要素３１０ｅが押されると、検知信号が制御部３５１に送られ所定の処理が行われる。
【０１２３】
圧力センサ３１０などを有するタッチパネル３５０とすれば、小型、且つ、高感度なタッチパネル３５０とすることができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態に係る圧力センサの適用例は、例示をしたものに限定されるわけではない。例えば、本実施の形態に係る圧力センサは、気圧センサやタイヤの空気圧センサなど、圧力センサを有する様々な装置に用いることができる。
【０１２５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０  第１磁性層、１０ａ  磁性積層膜、１０ｂ  高磁歪磁性膜、２０  第２磁性層、３０  中間層、５０  検知素子、５１  第１電極、５２  第２電極、５４ａ  絶縁層、５４ｂ  絶縁層、５７  配線、５８  配線、６４  膜部、６４ａ  膜面、６７  固定部、７０  空洞部、７１  基部、７２  センサ部、８０  外力、８１  応力、１１０ａ  磁化方向、１２０ａ  磁化方向、１５０  検知素子、１５０ａ  検知素子、３１０  圧力センサ、３２０  圧力センサ、３３０  血圧センサ、３４０  圧力センサ、３４１  圧力センサ、３５０  タッチパネル
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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