(57)【要約】【課題】  コンパクトでありながら、検出対象電流によって生ずる電流磁界を高感度、かつ、高精度に検出可能な電流センサを提供する。【解決手段】  電流センサ１Ａは、第１の階層Ｌ１においてＸ軸方向へ延在する巻線体部分３１Ａ，３１Ｂを含む薄膜コイル３１と、第２の階層Ｌ２において、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと対応した領域に配設され、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂに流れる１０ｍＡから５０ｍＡの検出対象電流Ｉｍにより生じる電流磁界Ｈｍ１に応じて抵抗値が変化する素子パターン２１Ａ，２１Ｂを含む第１の磁気抵抗効果素子２１とを備える。巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと素子パターン２１Ａ，２１Ｂとの距離Ｄ１は０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂにおける各断面積Ｓ１は０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下である。よって、薄膜コイル３１による発熱の影響を受けることなく、かつ、効率的に電流磁界Ｈｍ１を検出することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流を検出するための電流センサであって、
第１の階層において第１の方向に延在する第１の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第１の導体と、
前記第１の階層と異なる第２の階層において、前記第１の延在部分と対応した領域に配設され、前記第１の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第１の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の磁気抵抗効果素子と
を備え、かつ、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ１≦１．０μｍ  ……（１）
０．４μｍ2≦Ｓ１≦３．０μｍ2  ……（２）
ただし、
Ｄ１；第１の延在部分と、第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ１；第１の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項２】
３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流を検出するための電流センサであって、
第１の階層において第１の方向に延在する第１の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第１の導体と、
前記第１の階層と異なる第２の階層において、前記第１の延在部分と対応した領域に配設され、前記第１の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第１の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の磁気抵抗効果素子と
を備え、かつ、以下の条件式（３）および（４）を満足することを特徴とする電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ１≦０．４μｍ  ……（３）
０．４μｍ2≦Ｓ１≦２．５μｍ2  ……（４）
ただし、
Ｄ１；第１の延在部分と、第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ１；第１の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項３】
前記第１の階層を基準として前記第２の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備え、かつ、以下の条件式（５）および（６）を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（５）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（６）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項４】
前記第１の階層を基準として前記第２の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備え、かつ、以下の条件式（７）および（８）を満足する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（７）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（８）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項５】
前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンを有し、
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルであり、
前記第２の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第２の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第２の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第２の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンを有し、
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、前記第１の方向と直交する幅が０．５μｍ以上２．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに並列接続されている
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項９】
前記第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに直列接続されている
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記第１の階層における前記第１の導体が形成された領域以外の領域において前記第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第３の導体と、
前記第１の磁気抵抗効果素子と直列接続されるように前記第２の階層における前記第３の延在部分と対応した領域に配設され、前記第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子と
をさらに備え、かつ、以下の条件式（９）および（１０）を満足する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ３≦０．４μｍ  ……（９）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦２．５μｍ2  ……（１０）
ただし、
Ｄ３；第３の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ３；第３の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項１１】
前記第１の階層における前記第１の導体が形成された領域以外の領域において前記第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第３の導体と、
前記第１の磁気抵抗効果素子と直列接続されるように前記第２の階層における前記第３の延在部分と対応した領域に配設され、前記第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子と
をさらに備え、かつ、以下の条件式（１１）および（１２）を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ３≦１．０μｍ  ……（１１）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦３．０μｍ2  ……（１２）
ただし、
Ｄ３；第３の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ３；第３の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項１２】
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第３の電流磁界をそれぞれ付与されることにより、前記第１の電流磁界によって生ずる前記第１の磁気抵抗効果素子変化とは逆方向に抵抗値が変化するように構成されている
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の電流センサ。
【請求項１３】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンをそれぞれ有している
ことを特徴とする請求項１０から請求項１２に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、前記第１の方向と直交する幅が０．５μｍ以上２．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１３に記載の電流センサ。
【請求項１５】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに並列接続されている
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の電流センサ。
【請求項１６】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに直列接続されている
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の電流センサ。
【請求項１７】
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルであり、
前記第３の導体は、前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第３の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第３の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第３の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１８】
前記第１の階層を基準として前記第２の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、
前記第３の階層における前記第２の導体が形成された領域以外の領域において、前記第２の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子に対して前記第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体と
をさらに備え、かつ、以下の条件式（１３）から（１６）を満足する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（１３）
０．２μｍ≦Ｄ４≦０．４μｍ  ……（１４）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（１５）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦２．５μｍ2  ……（１６）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
Ｄ４；第４の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ４；第４の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項１９】
前記第１の階層を基準として前記第２の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、
前記第３の階層における前記第２の導体が形成された領域以外の領域において、前記第２の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子に対して前記第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体とをさらに備え、かつ、以下の条件式（１７）から（２０）を満足する
ことを特徴とする請求項１１に記載の電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（１７）
０．４μｍ≦Ｄ４≦１．０μｍ  ……（１８）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（１９）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦３．０μｍ2  ……（２０）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
Ｄ４；第４の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ４；第４の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項２０】
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第３の電流磁界および第４の電流磁界をそれぞれ付与されることにより、前記第１の電流磁界および第２の電流磁界によって生ずる前記第１の磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化とは逆方向に抵抗値が変化するように構成されている
ことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の電流センサ。
【請求項２１】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンをそれぞれ有している
ことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項２２】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、前記第１の方向と直交する幅が０．５μｍ以上２．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２１に記載の電流センサ。
【請求項２３】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに並列接続されている
ことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の電流センサ。
【請求項２４】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに直列接続されている
ことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の電流センサ。
【請求項２５】
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルであり、
前記第２の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第２の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第２の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第２の薄膜コイルであり、
前記第３の導体は、前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第３の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第３の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第３の薄膜コイルであり、
前記第４の導体は、前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第４の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第４の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第４の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか１項に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体を流れる電流の変化を高感度に検知可能な小型の電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、制御機器の回路に流れる微小な制御電流を正確に検知するにあたっては、その回路内に抵抗を直列接続し、この抵抗の電圧降下を測定する方法を用いる。しかし、この場合には、制御系とは異なる負荷が加わることとなり制御系に対して何らかの悪影響を与える可能性が生じてしまう。このため、制御電流によって発生する電流磁界の勾配を検出することによって間接的に測定する方法が用いられている。具体的には、例えば、トロイダルコアに被測定線を巻き、制御電流をその測定線に供給することによりトロイダルコアの中心部分に生じる磁束をホール素子によって検出するする方法である。
【０００３】
ところが、上記の方法を実現する電流センサでは、小型化が困難であることや直線性あるいは高周波応答性の面で不十分であるなどの問題点が指摘されるようになった。このため、巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect）を発現する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を制御電流による電流磁界中に配置し、その勾配を検出するようにした電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このようなＧＭＲ素子を用いた電流センサであれば、検出感度や応答性が向上するうえ、温度変化に対しても安定した検出特性が得られる。
【特許文献１】米国特許第５６２１３７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最近では、より微弱な電流の検出が可能であると共によりコンパクトな全体構成を有する電流センサが求められてきている。しかしながら、従来のＧＭＲ素子を用いた電流センサにおいては、ＧＭＲ素子が被測定線に対して面内方向において隣り合うように設けられていることから、微弱電流の検出が難しく、小型化にも不利となっていた。
【０００５】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、コンパクトでありながら、検出対象電流によって生ずる電流磁界を高感度、かつ、高精度に検出可能な電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の電流センサは、１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流を検出するための電流センサであって、第１の階層において第１の方向に延在する第１の延在部分を有すると共に検出対象電流が供給される第１の導体と、第１の階層と異なる第２の階層において、第１の延在部分と対応した領域に配設され、第１の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第１の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の磁気抵抗効果素子とを備え、かつ、以下の条件式（１）および（２）を満足するようにしたものである。ただし、Ｄ１は第１の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ１は第１の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．４μｍ≦Ｄ１≦１．０μｍ  ……（１）
０．４μｍ2≦Ｓ１≦３．０μｍ2  ……（２）
【０００７】
本発明の第２の電流センサは、３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流を検出するための電流センサであって、第１の階層において第１の方向に延在する第１の延在部分を有すると共に検出対象電流が供給される第１の導体と、第１の階層と異なる第２の階層において、第１の延在部分と対応した領域に配設され、第１の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第１の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の磁気抵抗効果素子とを備え、かつ、以下の条件式（３）および（４）を満足するようにしたものである。ただし、Ｄ１は第１の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ１は第１の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．２μｍ≦Ｄ１≦０．４μｍ  ……（３）
０．４μｍ2≦Ｓ１≦２．５μｍ2  ……（４）
【０００８】
本発明の第１および第２の電流センサでは、第１の導体と第１の磁気抵抗効果素子とが互いに異なる階層に配設されるので、同一階層内に設けられる場合と比べて互いに接近し、全体の寸法が縮小する。そのうえ、第１の延在部分を流れる検出対象電流に基づく第１の電流磁界が第１の磁気抵抗効果素子に対して、より強く付与されるようになる。特に、条件式（１）および（２）または条件式（３）および（４）がそれぞれ満たされるので、第１の導体における発熱の影響が第１の磁気抵抗効果素子に及ぶことなく、第１の電流磁界が効率的に第１の磁気抵抗効果素子に付与される。
【０００９】
本発明の第１および第２の電流センサでは、第１の磁気抵抗効果素子が、第１の方向へ延在すると共に第１の方向と直交する第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンを有し、第１の導体が、第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して第１の方向へ延在する第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して第１の電流磁界を付与するように構成された第１の薄膜コイルであることが望ましい。その場合、第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに並列接続されていてもよいし、互いに直列接続されていてもよい。
【００１０】
また、本発明の第１および第２の電流センサでは、第１の階層を基準として第２の階層と反対側に位置する第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備えるようにすることもできる。その場合、第１の電流センサでは、以下の条件式（５）および（６）を満足するようにし、第２の電流センサでは、以下の条件式（７）および（８）を満足するようにする。ただし、Ｄ２は第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ２は第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（５）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（６）
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（７）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（８）
ここでは特に、第２の導体が、第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して第１の方向へ延在する第２の延在部分としての巻線体部分を複数含んで第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して第２の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第２の薄膜コイルであることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の第１および第２の電流センサでは、第１の磁気抵抗効果素子および第１の導体に加え、第１の階層における第１の導体が形成された領域以外の領域において第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、検出対象電流が供給される第３の導体と、第１の磁気抵抗効果素子と直列接続されるように第２の階層における第３の延在部分と対応した領域に配設され、第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子とをさらに備えるようにすることもできる。その場合、第１の電流センサでは以下の条件式（１１）および（１２）を満足するようにし、第２の電流センサでは、以下の条件式（９）および（１０）を満足するようにする。ただし、Ｄ３は第３の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ３は第３の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．４μｍ≦Ｄ３≦１．０μｍ  ……（１１）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦３．０μｍ2  ……（１２）
０．２μｍ≦Ｄ３≦０．４μｍ  ……（９）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦２．５μｍ2  ……（１０）
ここで、さらに、第１の階層を基準として第２の階層と反対側に位置する第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、第３の階層における第２の導体が形成された領域以外の領域において、第２の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に検出対象電流が供給されることにより第２の磁気抵抗効果素子に対して第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体とをさらに備えるようにすることもできる。その場合、第１の電流センサでは以下の条件式（１７）から（２０）を満足するようにし、第２の電流センサでは、以下の条件式（１３）から（１６）を満足するようにする。ただし、Ｄ４は第４の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ４は第４の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（１７）
０．４μｍ≦Ｄ４≦１．０μｍ  ……（１８）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（１９）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦３．０μｍ2  ……（２０）
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（１３）
０．２μｍ≦Ｄ４≦０．４μｍ  ……（１４）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（１５）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦２．５μｍ2  ……（１６）
こうした場合には、第２の磁気抵抗効果素子が、第３の電流磁界および第４の電流磁界をそれぞれ付与されることにより、第１の電流磁界および第２の電流磁界によって生ずる第１の磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化とは逆方向に抵抗値が変化するように構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１または第２の電流センサによれば、第１の階層において第１の方向に延在する第１の延在部分を有すると共に検出対象電流が供給される第１の導体と、第２の階層において、第１の延在部分と対応した領域に配設され、第１の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第１の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の磁気抵抗効果素子とを備え、かつ、条件式（１）および（２）または条件式（３）および（４）を満足するようにしたので、コンパクトな構成でありながら、第１の導体による発熱の影響を受けることなく、かつ、効率的に第１の電流磁界を検出することができる。よって、第１の導体を流れる比較的微弱な１０ｍＡから５０ｍＡの検出対象電流（第１の電流センサの場合）、または、３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流（第２の電流センサの場合）を高精度、かつ、高感度に測定することができる。
【００１３】
ここで、第１の磁気抵抗効果素子を、第１の方向へ延在すると共に第１の方向と直交する第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンを有するように構成し、かつ、第１の導体を、第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して第１の方向へ延在する第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで第１の階層内を巻回すると共に、第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して第１の電流磁界をそれぞれ付与するように形成された第１の薄膜コイルとして構成した場合において、特に、第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンを互いに並列接続するようにすると、第１の磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を下げることなく全体の抵抗値を比較的低く抑えることができ、使用時における第１の磁気抵抗効果素子の発熱量を低減することができる。その上、外部からのノイズ（不要な磁界）による影響を低減し、ＳＮ比を向上させることができる。一方、第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンを互いに直列接続するようにすると、第１の方向における寸法を長くすることなく感磁部として機能する素子パターンの総延長を稼ぐことができ、第１の磁気抵抗効果素子における全体の抵抗値（インピーダンス）の絶対値をより大きくすることができる。したがって、微弱な検出対象電流であってもより高精度な測定が可能となる。
【００１４】
本発明の第１の電流センサまたは第２の電流センサによれば、特に、第１の階層を基準として第２の階層と反対側に位置する第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備え、かつ、第１の電流センサの場合には条件式（５）および（６）を、第２の電流センサの場合には条件式（７）および（８）をそれぞれ満足するようにすると、第１の電流磁界と第２の電流磁界との合成磁界が第１の磁気抵抗効果素子に付与されることとなるので、第１の磁気抵抗効果素子における抵抗変化量の絶対値をさらに増大することができ、検出対象電流の測定精度がより向上する。
【００１５】
また、本発明の第１の電流センサまたは第２の電流センサによれば、第１の磁気抵抗効果素子および第１の導体に加え、第１の階層における第１の導体が形成された領域以外の領域において第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、検出対象電流が供給される第３の導体と、第１の磁気抵抗効果素子と直列接続されるように第２の階層における第３の延在部分と対応した領域に配設され、第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子とをさらに備え、第１の電流センサの場合には条件式（１１）および（１２）を、第２の電流センサの場合には条件式（９）および（１０）をそれぞれ満足するようにすると、第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子の双方によって、検出対象電流をより高精度に測定することができる。この場合、第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値が、第３の電流磁界に応じて、第１の電流磁界によって生ずる第１の磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化とは逆方向に変化するように構成すると、第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子に対して互いに等しい定電流を流したときに生ずる電圧降下の差分に基づいて、より高精度な検出対象電流の測定が可能となる。これに加えて、第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、第３の階層における第２の導体が形成された領域以外の領域において、第２の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第２の磁気抵抗効果素子に対して第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体とをさらに備え、かつ、第１の電流センサの場合には条件式（１７）から（２０）を、第２の電流センサの場合には条件式（１３）から（１６）をそれぞれ満足するように構成し、第１の電流磁界と第２の電流磁界との合成磁界を第１の磁気抵抗効果素子により検出すると共に第３の電流磁界と第４の電流磁界との合成磁界を第２の磁気抵抗効果素子により検出するようにすると、コンパクトな構成を維持しつつ、第１および第２の磁気抵抗効果素子の双方によって、第１から第４の導体を流れる検出対象電流を、よりいっそう高精度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
最初に、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態としての電流センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態の電流センサ１の斜視構成を表す概略図である。図２は、図１の電流センサ１に示したII−II切断線における矢視方向（−Ｘ軸方向）の断面構成を表したものである。この電流センサ１は、例えば、通信機器に搭載され、制御信号としての電流を検出対象として正確に測定するために用いられるものである。ここでは特に、１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の電流を検出対象とする。なお、後述する第２の実施の形態等における電流センサとの区別を行うため、本実施の形態では電流センサ１Ａと呼ぶ。
【００１８】
電流センサ１Ａは、第１の階層Ｌ１に配設された第１の磁気抵抗効果素子２１と、第１の階層Ｌ１と異なる第２の階層Ｌ２に配設された第１の導体としての第１の薄膜コイル３１（以下、単に、薄膜コイル３１という。）とを備えている。第１の磁気抵抗効果素子２１は、第１の方向（Ｘ軸方向）へ延在する２つの素子パターン２１Ａ，２１Ｂを有している。第１の薄膜コイル３１は、これらの素子パターン２１Ａ，２１Ｂのそれぞれと対応してＸ軸方向へ延在する第１の延在部分としての巻線体部分３１Ａ，３１Ｂを含んで巻回するように構成されたものである。すなわち、図２に示したように、電流センサ１Ａは、シリコン（Ｓｉ）などからなる基体２の上に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などからなる下地膜３を介して、第１の磁気抵抗効果素子２１を含む第１の階層Ｌ１と、薄膜コイル３１を含む第２の階層Ｌ２とが順に積層された構造を有している。なお、図２の断面において、第１の磁気抵抗効果素子２１および薄膜コイル３１はＡｌ2Ｏ3などからなる絶縁膜Ｚ１，Ｚ２によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。さらに、絶縁膜Ｚ２の上には、図１に示したように複数の電極膜４１〜４４が設けられている。
【００１９】
薄膜コイル３１は、例えば銅（Ｃｕ）などの高導電性の金属材料からなる薄膜パターンであり、例えば、制御信号等の、検出対象とする電流（以下、検出対象電流と記す。）Ｉｍが供給されるものである。薄膜コイル３１は、一方の端部３１Ｓがコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４１と接続されており、他方の端部３１Ｅがコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４２と接続されている（図１参照）。電流センサ１Ａでは、検出対象電流Ｉｍが端部３１Ｓから端部３１Ｅへ流れるように設定される。
【００２０】
素子パターン２１Ａ，２１Ｂは検出対象電流Ｉｍが生ずる第１の電流磁界Ｈｍ１（後出。以下、単に電流磁界Ｈｍ１という。）を検出するものであり、薄膜コイル３１の巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと積層方向においてそれぞれ対応する領域に設けられている。素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、Ｘ軸方向に延在すると共にＸ軸方向と直交するＹ軸方向（第２の方向）に互いに隣在し合うように配設され、電極パターン４および電極パターン５によって互いに並列接続されている。ここで、電極パターン４はコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４３と接続されている。一方、電極パターン５はコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４４と接続されている。素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、スパッタリング法などを用いて例えば０．８μｍの厚みを有するように形成されたものであり、それぞれに読出電流を流したときに、薄膜コイル３１Ａ，３１Ｂを流れる検出対象電流Ｉｍにより生ずる電流磁界Ｈｍ１に応じた抵抗値の変化を示すように構成されている。
【００２１】
図３は、図２の要部を拡大して示した断面図である。ここでは、巻線体部分３１Ａおよび素子パターン２１Ａを代表して示している。巻線体部分３１Ａおよび素子パターン２１Ａは、それぞれのＹ軸方向における中心位置が互いに一致する（すなわち、いずれの中心位置もＸ軸方向に延在する仮想の中心線ＣＬ上に存在する）ように配置されると共に、Ｚ軸方向において互いに距離Ｄ１を隔てるように配置されている。距離Ｄ１は０．４μｍ以上１．０μｍ以下（条件式１）とする。すなわち、巻線体部分３１Ａと素子パターン２１Ａとを隔てる絶縁膜Ｚ１の厚みを０．４μｍ以上とすれば、１０００Ｖの電圧の瞬間印加に耐えることができ、実用上、好ましいからである。また、コンパクト化の観点から可能な限り小さい方が好ましいので、距離Ｄ１は１．０μｍ以下とする。
【００２２】
また、巻線体部分３１Ａは、ＹＺ断面（Ｘ軸方向と直交する断面）において、Ｙ軸に沿った幅ＭＸ１とＺ軸に沿った厚みＭＹ１とによって規定される矩形をなしており、断面積Ｓ１（＝ＭＸ１・ＭＹ１）を有している。具体的には、幅ＭＸ１が３．０μｍ以下であり、かつ、断面積Ｓ１が０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下（条件式２）となるように構成されている。形成過程における精度上の問題から、厚みＭＹ１の寸法については０．２μｍ以上とすると共に幅ＭＸ１と同等以下とすることが望ましい。
【００２３】
断面積Ｓ１が０．４μｍ2を下回ると、巻線体部分３１Ａを流れる検出対象電流Ｉｍ（＝１０ｍＡ〜５０ｍＡ）により、素子パターン２１Ａにおいて過度な（例えば２．０℃を超えるような）温度上昇が生じ検出精度が劣化してしまう可能性がある。なお、素子パターン２１Ａが２．０℃を超えるような温度変化を生じると約０．２％を超える出力変動を生じてしまい、電流センサとしての信頼性が失われてしまうので好ましくない。巻線体部分３１Ａの単位長さ（１ｍ）当たりの発熱量Ｐは、検出対象電流Ｉｍ，銅の比抵抗ρ，断面積Ｓ１を用いて以下の式（Ａ）によって表される。
Ｐ＝Ｉm2・（ρ／Ｓ）  ……（Ａ）
本実施の形態の電流センサ１Ａは、通信機器等の制御信号を検出対象としていることから、検出対象電流Ｉｍの大きさは最大で５０［ｍＡ］（＝５×１０-2［Ａ］）である。また、銅の比抵抗ρは１．９２×１０-8［Ω・ｍ］であるので、これらを式（Ａ）に当てはめると、
Ｐ＝（２５×１０-4）・（１．９２×１０-8）／Ｓ
＝４８．０×１０-12／Ｓ１  ［Ｗ／ｍ］……（Ｂ）
となる。
このような発熱量Ｐを発生する巻線体部分３１Ａから絶縁膜Ｚ１を隔てて配設された素子パターン２１Ａは、以下の式（Ｃ）で表される単位長さ（１ｍ）当たりの伝熱量Ｑを受け取ることとなる。ただし、ここでは簡略化のため、図４に示したように、巻線体部分３１Ａの断面を半径ｒ１（＝（Ｓ１／π）0.5）［ｍ］を有する円形とすると共に、これを中心として半径ｒ２［ｍ］の範囲内に絶縁膜Ｚを充填するように構成した近似モデルに置き換える。この場合、巻線体部分３１Ａで発生した発熱量Ｐが周囲に均等に伝搬して半径ｒ２の絶縁膜Ｚを通過し、絶縁膜Ｚの表面から外部へ放熱される。このとき、巻線体部分３１Ａの近傍に存在する素子パターン２１Ａが伝熱量Ｑの一部を受け取ることにより、素子パターン２１Ａの温度が巻線体部分３１Ａの表面温度上昇分ΔＴ［℃］と同等程度上昇する。なお、絶縁膜Ｚ１を構成する酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の熱伝導率をλとする。
Ｑ＝λ（２π／ｌｎ（ｒ２／ｒ１））・ΔＴ  ……（Ｃ）
ここで、熱伝導率λは３０［Ｗ／ｍ／℃］である。また、温度変化ΔＴについては２．０℃以下であることが望ましい。これらを式（Ｃ）に当てはめると、
Ｑ≦３０×（２π／ｌｎ（ｒ２／ｒ１））×２．０
≦１２０π／ｌｎ（ｒ２／ｒ１）  ……（Ｄ）
となる。ここでＱ＝Ｐであるので、式（Ｂ）および式（Ｄ）から、
４８．０×１０-12／Ｓ１≦１２０π／ｌｎ（ｒ２／ｒ１）  ……（Ｅ）
となる。断面積「Ｓ１」を「π・（ｒ１）2」と置き換えると、
ｌｎ（ｒ２／ｒ１）／（ｒ１）2≦１２０π2／４８．０×１０12
≦２．５π2×１０12  ……（Ｆ）
本実施の形態の場合、素子パターン２１Ａの近傍における絶縁膜Ｚの平均的な厚みから、半径ｒ２（＝５＋ｒ１）μｍの領域を絶縁膜Ｚが覆っていると近似することができるので、式（Ｆ）から半径ｒ１は約０．３６μｍ以上となる。したがって、断面積Ｓは０．４μｍ2以上であることが望ましい。
【００２４】
一方、断面積Ｓ１が３．０μｍ2を上回ると、電流磁界Ｈｍ１の強度が低下し、素子パターン２１Ａによる良好な検出動作が困難となってしまう。図５は、断面積Ｓ１と平均の電流磁界Ｈｍ１との関係を表したものである。ここでは、距離Ｄ１を１．０μｍとし、検出対象電流Ｉｍを１０ｍＡとしている。これによれば、断面積Ｓ１の増加に伴って素子パターン２１Ａに影響が及ぶ電流磁界Ｈｍ１の強度が低下してしまうことがわかる。素子パターン２１Ａが安定した検出動作を行うためには、おおよそ５Ｏｅ（＝５×１０3／４π［Ａ／ｍ］）以上の強度が必要であることから、断面積Ｓ１は３．０μｍ2以下が望ましい。
【００２５】
このような断面積Ｓ１を有する巻線体部分３１Ａは、例えばＸ軸方向と直交するＹＺ断面において、０．８μｍ以上３．０μｍ以下の幅ＭＸと０．２μｍ以上１．４μｍ以下の厚みＭＹとを有するように構成される。また、素子パターン２１ＡのＹ軸方向の幅ＭＷは、２．０μｍ以下であることが望ましい。Ｙ軸方向の全体に亘って十分に均一な電流磁界Ｈｍ１を素子パターン２１Ａに対して付与するためである。一方、幅ＭＷの下限については、Ｙ軸方向において均一な成膜を行うため０．５μｍとすることが望ましい。なお、図３では、巻線体部分３１Ａおよび素子パターン２１Ａについてのみ示したが、巻線体部分３１Ｂおよび素子パターン２１Ｂについても全く同様の構成（寸法および配置）である。
【００２６】
次に、図６〜図９を参照して、素子パターン２１Ａ，２１Ｂの構成について、より詳しく説明する。図６は、素子パターン２１Ａ，２１Ｂの構成を分解して示す分解斜視図である。ただし、寸法の比率は実際とは一致していない。
【００２７】
素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、図６に示したように、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造をなしており、＋Ｘ方向に固着された磁化方向Ｊ１１を有する固着層１１と、電流磁界Ｈｍ１をはじめとする外部磁界Ｈに応じて磁化方向Ｊ１３が変化する自由層１３と、固着層１１と自由層１３との間に挟まれ、特定の磁化方向を示さない中間層１２とをそれぞれ含むものである。自由層１３は、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの軟磁性材料により構成されている。中間層１２は、銅（Ｃｕ）により構成され、上面が固着層１１と接すると共に下面が自由層１３と接している。中間層１２は、銅のほか、金（Ａｕ）などの導電率の高い非磁性金属により構成することができる。なお、固着層１１の上面（中間層１２と反対側の面）および自由層１３の下面（中間層１２と反対側の面）は、それぞれ図示しない保護膜によって保護されている。また、固着層１１と自由層１３との間には磁化方向Ｊ１１における交換バイアス磁界Ｈin（以下、単に「交換バイアス磁界Ｈin」と記す。）が生じており、中間層１２を介して互いに作用し合っている。交換バイアス磁界Ｈinの強度は、固着層１１と自由層１３との相互間隔（すなわち中間層１２の厚み）に応じて自由層１３のスピン方向が回転することにより変化する。さらに、図６では、下から自由層１３、中間層１２、固着層１１の順に積層された場合の構成例を示しているが、これに限定されず、反対の順序で積層するようにしてもよい。
【００２８】
また、素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、Ｘ軸方向の長さＭＬ（長手寸法）がＹ軸方向の幅ＭＷ（幅寸法）の１０倍以上２００倍以下となるように構成されている。具体的には、長さＭＬの好ましい範囲は、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下である。このように、素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、幅ＭＷに対して大きな寸法の長さＭＬを有する帯状（ストライプ状）をなすことにより、Ｙ軸方向に沿って形状磁気異方性を示すこととなる。したがって、＋Ｙ方向または−Ｙ方向）へ外部磁界Ｈが印加された場合に、その外部磁界Ｈの変化に対して抵抗変化率の変化の直線性（リニアリティ）が向上する。ここで、長さＭＬ（長手寸法）がＹ軸方向の幅ＭＷ（幅寸法）の１０倍未満であると、十分な形状異方性磁界が得られない。一方、１００倍を超えるような寸法比としても、形状異方性磁界の向上は望めないうえ、抵抗値の増大によるノイズが生じてしまうので好ましくない。
【００２９】
図７に、固着層１１の詳細な構成を示す。固着層１１は、中間層１２の側から磁化固定膜１４と反強磁性膜１５とが順に積層された構成となっている。磁化固定膜１４は、コバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料によって構成されている。この磁化固定膜１４の示す磁化方向が固着層１１全体としての磁化方向Ｊ１１となる。反強磁性膜１５は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されている。反強磁性膜１５は、＋Ｘ方向のスピン磁気モーメントと反対方向（−Ｘ方向）のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固定膜１４の磁化方向Ｊ１１を固定するように機能するものである。
【００３０】
以上のように構成された素子パターン２１Ａ，２１Ｂでは、電流磁界Ｈｍ１が印加されることにより自由層１３の磁化方向Ｊ１３が回転し、それによって磁化方向Ｊ１３と磁化方向Ｊ１１との相対角度が変化する。その相対角度は、電流磁界Ｈｍ１の大きさや向きによって決まるものである。
【００３１】
なお、図６は、電流磁界Ｈｍ１が零（Ｈｍ＝０）であり、かつ、その他の磁界（バイアス磁界など）を印加しない無負荷状態（すなわち、外部磁界Ｈが零の状態）を示している。自由層１３の磁化容易軸方向ＡＥ１３が固着層１１の磁化方向Ｊ１１と平行となるように形成されていることから、この状態では、磁化容易軸方向ＡＥ１３と、磁化方向Ｊ１３と、磁化方向Ｊ１１とが全て＋Ｘ方向に沿うように互いに平行となっている。このため、自由層１３における各磁区のスピン方向がほぼ同一方向に揃うこととなるので、素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対し、磁化方向Ｊ１１と直交する方向（＋Ｙ方向または−Ｙ方向）へ外部磁界Ｈが印加された場合には、図８に示したような特性が得られる。図８は、Ｙ方向への外部磁界Ｈを正として外部磁界Ｈと抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係を示したものであるが、両者の関係は、外部磁界Ｈ＝０において極小（ΔＲ／Ｒ＝０）となり、ヒステリシスをほとんど示すことのない１本の曲線Ｃ１で表される。この場合、ヒステリシスに起因する１／ｆノイズが極めて小さくなるので、高感度かつ安定したセンシングが可能となる。
【００３２】
ただし、図８から明らかなように、外部磁界Ｈが零（Ｈ＝０）の近傍においては直線的な変化が得られないので、実際に電流磁界Ｈｍ１を測定する場合には図示しない永久磁石などによるバイアス磁界を磁化方向Ｊ１１と直交する方向へ印加することで、図９に示したように、磁化方向Ｊ１３を回転させ、＋Ｙ方向の成分または−Ｙ方向の成分を含むように僅かに傾ける（図９では−Ｙ方向へ傾けた場合を例示する）。こうすることにより、図８に示したバイアスポイントＢＰ１を中心とする線形領域ＬＡ１またはバイアスポイントＢＰ２を中心とする線形領域ＬＡ２において、電流磁界Ｈｍ１の変化を精度良く検出することができる。
【００３３】
上記のような構成の電流センサ１Ａを用いてセンシングを行う場合には、まず、電極膜４３および電極膜４４を介して素子パターン２１Ａ，２１Ｂにセンス電流を流しておく。次いで、電極膜４１，４２を介して検出対象電流Ｉｍを薄膜コイル３１へ供給するようにし、各巻線体部分３１Ａ，３１Ｂが生じる電流磁界Ｈｍ１を各素子パターン２１Ａ，２１Ｂによって検出するようにする。すなわち、例えば、検出対象電流Ｉｍを薄膜コイル３１の端部３１Ｓから端部３１Ｅへ向かうように流した場合には、図１０に示したように、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂでは、−Ｘ方向に（紙面手前から奥へ向かうように）検出対象電流Ｉｍが流れることとなる。その結果、右ねじの法則にしたがって、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂのそれぞれの周囲を（紙面上では時計回りに）巻回する電流磁界Ｈｍ１が生ずる。このため、各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対しては、それぞれ−Ｙ方向への電流磁界Ｈｍ１が付与されるので、それぞれ抵抗値が変化することとなる。ここで、電極パターン４と電極パターン５との間における電圧降下の変化量（抵抗値の変化量）を検出することにより、検出対象電流Ｉｍの大きさの推定をおこなうことができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態の電流センサ１Ａによれば、第１の階層Ｌ１においてＸ軸方向へ延在し、これと直交するＹ軸方向に互いに隣在し合うように配設されると共に互いに並列接続された素子パターン２１Ａ，２１Ｂを含んで構成された第１の磁気抵抗効果素子２１と、各素子パターン２１Ａ，２１Ｂとそれぞれ対応してＸ軸方向へ延在する巻線体部分３１Ａ，３１Ｂを含んで第１の階層Ｌ１と異なる第２の階層Ｌ２において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流Ｉｍが供給されることにより各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対して電流磁界Ｈｍ１をそれぞれ付与するように構成された薄膜コイル３１とを備えるようにしたので、同一の階層内に設けられる場合など、面内方向において隣り合うように設けられている場合と比べ第１の磁気抵抗効果素子２１と薄膜コイル３１とを互いに接近させて配置することができる。
【００３５】
さらに、薄膜コイル３１の各巻線体部分３１Ａ，３１Ｂにより、これらと対応する第１の磁気抵抗効果素子２１の各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対して電流磁界Ｈｍ１を個別に付与することができるので、コイルによる発熱およびコイル磁界強度の電流効率の観点からの第１の方向と直交する断面での配置位置および断面寸法に関する最適化を容易に図ることができ、一つの導体（巻線体部分）を流れる電流のみによって形成される電流磁界を各素子パターンに対して付与する場合と比べ、電流磁界Ｈｍ１を効率よく各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに付与することができる。その結果、検出対象電流Ｉｍを感度良く検出することが可能となる。
【００３６】
特に、各素子パターン２１Ａ，２１Ｂを互いに並列接続するようにしたので、抵抗変化率を下げることなく第１の磁気抵抗効果素子２１としての全体の抵抗値を比較的低く抑えることができ、使用時における発熱量を低減することができる。その上、外部からのノイズ（不要な磁界）による影響を低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。以上の理由により、電流センサ１Ａであれば、コンパクトな構成でありながら、薄膜コイル３１を流れる検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００３７】
また、特に、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと、素子パターン２１Ａ，２１Ｂとの厚み方向（Ｚ軸方向）の距離Ｄ１を０．４μｍ以上１．０μｍ以下とし、巻線体部分３１Ａの断面積Ｓ１を０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下とするようにしたので、薄膜コイル３１による発熱の影響を受けることなく、かつ効率的に電流磁界Ｈｍ１を検出することができる。よって、薄膜コイル３１を流れる１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下という比較的微弱な範囲の検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００３８】
＜変形例１＞
上記した本実施の形態では、１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定する場合を例に挙げて説明したが、より微弱な検出対象電流Ｉｍをも測定可能な構成とすることが可能である。具体的には、３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定可能な構成とすることができる。その場合には、図３に示した断面図において、距離Ｄ１を０．２μｍ以上０．４μｍ以下（条件式３）とする。これは、１０ｍＡ以下という、より微弱な検出対象電流Ｉｍが形成する電流磁界Ｈｍ１を検知するために、巻線体部分３１Ａと素子パターン２１Ａとをさらに接近させる必要があるからである。一方、０．２μｍ以上とすれば、７００Ｖの電圧の瞬間印加に耐えることができ、実用上、好ましいものとなる。
【００３９】
また、巻線体部分３１Ａにおける断面積Ｓ１（＝ＭＸ１・ＭＹ１）は、０．４μｍ2以上２．５μｍ2以下（条件式４）とする。断面積Ｓ１が０．４μｍ2を下回ると、巻線体部分３１Ａを流れる検出対象電流Ｉｍにより、素子パターン２１Ａにおいて過度な（例えば２．０℃を超えるような）温度上昇が生じ検出精度が劣化してしまう可能性がある。一方、断面積Ｓ１が２．５μｍ2を上回ると、電流磁界Ｈｍ１の強度が低下し、素子パターン２１Ａによる良好な検出動作が困難となってしまう。
【００４０】
このように、条件式３および条件式４を満足するように構成された変形例としての電流センサ１Ａによれば、薄膜コイル３１による発熱の影響を受けることなく、かつ効率的に電流磁界Ｈｍ１を検出することができる。よって、薄膜コイル３１を流れる３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００４１】
［第２の実施の形態］
続いて、図１１から図１３を参照して、本発明の第２の実施の形態としての電流センサ１Ｂについて説明する。
【００４２】
図１１は、電流センサ１Ｂの斜視構成を表す概略図である。図１２は、図１１の電流センサ１Ｂに示したXII−XII切断線における矢視方向（−Ｘ方向）の断面構成を表したものである。電流センサ１Ｂは、上記実施の形態の電流センサ１Ａに、第２の導体としての第２の薄膜コイル３２（以下、単に薄膜コイル３２という。）を追加するようにしたものである。
【００４３】
具体的には、電流センサ１Ｂでは、第１の階層Ｌ１を基準として第２の階層Ｌ２と反対側に位置する第３の階層Ｌ３が設けられ、その第３の階層Ｌ３において絶縁膜Ｚ３に埋設されるように薄膜コイル３２が形成されている。すなわち、図１２に示したように、電流センサ１Ｂは、シリコンなどからなる基体２の上に、Ａｌ2Ｏ3などからなる下地膜３を介して、薄膜コイル３２を含む第３の階層Ｌ３と、第１の磁気抵抗効果素子２１を含む第１の階層Ｌ１と、薄膜コイル３１を含む第２の階層Ｌ２とが順に積層された構造を有している。なお、図１２の断面において、薄膜コイル３２、第１の磁気抵抗効果素子２１ならびに薄膜コイル３１はＡｌ2Ｏ3などからなる絶縁膜Ｚ３，Ｚ１，Ｚ２によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。
【００４４】
薄膜コイル３２は、薄膜コイル３１と同様に、例えば銅などの高導電性の金属材料からなる薄膜パターンであり、第３の階層Ｌ３において、第１の磁気抵抗効果素子２１の各素子パターン２１Ａ，２１Ｂと対応してＸ軸方向へ延在する巻線体部分３２Ａ，３２Ｂを含んで巻回するように構成され、かつ、検出対象電流Ｉｍが供給されることにより各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対して電流磁界Ｈｍ１と同じ向きの第２の電流磁界Ｈｍ２（後出。以下、単に電流磁界Ｈｍ２という。）を付与するように構成されている。薄膜コイル３１の端部３１Ｅはコンタクト層（図示せず）を介して薄膜コイル３２の一方の端部３２Ｓと接続され、薄膜コイル３２の他方の端部３２Ｅはコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４２と接続されている。したがって、薄膜コイル３１，３２は回路構成上、１本の導線となっている。
【００４５】
このような構成を備えた電流センサ１Ｂでは、１つの検出対象電流Ｉｍが薄膜コイル３１および薄膜コイル３２を流れることにより、図１３に示したように、第１の磁気抵抗効果素子２１に対して２つの電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が作用することとなる。図１３は、図１２の一部を拡大して示したものであり、各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対する電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２の作用を説明するための説明図である。ここで、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと素子パターン２１Ａ，２１Ｂとは、Ｚ軸方向において互いに距離Ｄ１を隔てるように配置され、巻線体部分３２Ａ，３２Ｂと素子パターン２１Ａ，２１Ｂとは、Ｚ軸方向において互いに距離Ｄ２を隔てるように配置されている。距離Ｄ１および距離Ｄ２は０．４μｍ以上１．０μｍ以下（条件式１，５）である。また、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂは、幅ＭＸ１と厚みＭＹ１とによって規定される矩形をなしており、断面積Ｓ１（＝ＭＸ１・ＭＹ１）を有している。同様に巻線体部分３２Ａ，３２Ｂは、ＹＺ断面において、Ｙ軸方向に沿った幅ＭＸ２とＺ軸方向に沿った厚みＭＹ２とによって規定される矩形をなしており、断面積Ｓ２（＝ＭＸ２・ＭＹ２）を有している。具体的には、幅ＭＸ１，ＭＸ２が３．０μｍ以下であり、かつ、断面積Ｓ１，Ｓ２が０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下（条件式２，６）となるように構成されている。形成過程における精度上の問題から、厚みＭＹ１，ＭＹ２の寸法については０．２μｍ以上とすると共に幅ＭＸ１，ＭＸ２と同等以下とすることが望ましい。
【００４６】
電流センサ１Ｂを用いてセンシングを行う場合には、まず、電極膜４３および電極膜４４を介して素子パターン２１Ａ，２１Ｂにセンス電流を流しておく。次いで、電極膜４１，４２を介して検出対象電流Ｉｍを薄膜コイル３１，３２へ供給するようにし、各巻線体部分３１Ａ，３１Ｂが生じる電流磁界Ｈｍ１と各巻線体部分３２Ａ，３２Ｂが生じる電流磁界Ｈｍ２とを各素子パターン２１Ａ，２１Ｂによって検出するようにする。例えば、検出対象電流Ｉｍを薄膜コイル３１の端部３１Ｓから端部３１Ｅへ向かうように流し、続いて薄膜コイル３２の端部３２Ｓから端部３２Ｅへ向かうように流した場合には、図１３に示したように、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂでは、−Ｘ方向に（紙面手前から奥へ向かうように）検出対象電流Ｉｍが流れることとなる。その結果、右ねじの法則にしたがって、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂのそれぞれの周囲を（紙面上では時計回りに）巻回する電流磁界Ｈｍ１が生ずる。一方、巻線体部分３２Ａ，３２Ｂでは、＋Ｘ方向に（紙面奥から手前へ向かうように）検出対象電流Ｉｍが流れることとなる。その結果、右ねじの法則にしたがって、巻線体部分３２Ａ，３２Ｂのそれぞれの周囲を（紙面上では反時計回りに）巻回する電流磁界Ｈｍ２が生ずる。このため、各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対しては−Ｙ方向への電流磁界Ｈｍ１および電流磁界Ｈｍ２の合成磁界がそれぞれ付与されるので、電流磁界Ｈｍ１のみを付与した場合と比べ各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに付与される磁界強度が高まり、抵抗値の変化量がより大きくなる。ここで、第１の実施の形態と同様、電極パターン４と電極パターン５との間における電圧降下の変化量（抵抗値の変化量）を検出することにより、検出対象電流Ｉｍの大きさの推定をおこなうことができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態の電流センサ１Ｂによれば、各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対して電流磁界Ｈｍ１と同じ向きの電流磁界Ｈｍ２を付与するように構成された薄膜コイル３２を備えるようにしたので、電流磁界Ｈｍ１と電流磁界Ｈｍ２との合成磁界を各素子パターン２１Ａ，２１Ｂに付与することとなり、第１の磁気抵抗効果素子２１における抵抗変化量の絶対値をさらに増大することができ、検出対象電流Ｉｍをより高精度に測定することができる。
【００４８】
特に、上記第１の実施の形態と同様、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと素子パターン２１Ａ，２１Ｂとの距離Ｄ１および巻線体部分３２Ａ，３２Ｂと素子パターン２１Ａ，２１Ｂとの距離Ｄ２をいずれも０．４μｍ以上１．０μｍ以下とし、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂの断面積Ｓ１および巻線体部分３２Ａ，３２Ｂの断面積Ｓ２をいずれも０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下とするようにしたので、薄膜コイル３１，３２による発熱の影響を受けることなく、かつ、効率的に電流磁界Ｈｍ１および電流磁界Ｈｍ２の合成磁界を検出することができる。よって、薄膜コイル３１，３２を流れる比較的微弱な１０ｍＡ〜５０ｍＡの検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００４９】
＜変形例２＞
上記した本実施の形態では、１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定する場合を例に挙げて説明したが、より微弱な検出対象電流Ｉｍをも測定可能な構成とすることが可能である。具体的には、３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定可能な構成とすることができる。その場合には、距離Ｄ１，Ｄ２を０．２μｍ以上０．４μｍ以下（条件式３，７）とすると共に、断面積Ｓ１，Ｓ２を、０．４μｍ2以上２．５μｍ2以下（条件式４，８）とする。
【００５０】
このように、条件式３，４，７，８を満足するように構成された変形例としての電流センサ１Ｂによれば、薄膜コイル３１，３２による発熱の影響を受けることなく、かつ効率的に電流磁界Ｈｍ１および電流磁界Ｈｍ２の合成磁界を検出することができ、薄膜コイル３１，３２を流れる３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
続いて、図１４から図１７を参照して、本発明の第３の実施の形態としての電流センサ１Ｃについて説明する。図１４は、電流センサ１Ｃの斜視構成を表す概略図である。図１５は、図１４の電流センサ１Ｃに示したXV−XV切断線における矢視方向（−Ｘ方向）の断面構成を表したものである。
【００５２】
電流センサ１Ｃは、上記第１の実施の形態の電流センサ１Ａの構成に、さらに第２の磁気抵抗効果素子２２と、第３の導体としての第３の薄膜コイル３３（以下、単に薄膜コイル３３という。）とを加えるようにしたものである。以下、具体的に説明するが、上記第１の実施の形態と重複する部分については適宜説明を省略する。
【００５３】
図１４に示したように、電流センサ１Ｃでは、素子パターン２２Ａ，２２Ｂを有する第２の磁気抵抗効果素子２２が、第１の階層Ｌ１において第１の磁気抵抗効果素子２１と隣り合うようにＹ軸方向に並んで配置され、かつ第１の磁気抵抗効果素子２１と直列接続されている。素子パターン２２Ａ，２２Ｂは、いずれもＸ軸方向へ延在し、Ｙ軸方向に互いに隣在し合うように配設されると共に互いに並列接続されている。さらに、電流センサ１Ｃでは、薄膜コイル３３が、素子パターン２２Ａ，２２Ｂのそれぞれと対応してＸ軸方向へ延在する巻線体部分３３Ａ，３３Ｂを含んで第２の階層Ｌ２において巻回するように構成されている。すなわち、図１５に示したように、電流センサ１Ｃは、シリコンなどからなる基体２の上に、Ａｌ2Ｏ3などからなる下地膜３を介して、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２を含む第１の階層Ｌ１と、薄膜コイル３１，３３を含む第２の階層Ｌ２とが順に積層された構造を有している。なお、図１５の断面において、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２および薄膜コイル３１，３３はＡｌ2Ｏ3などからなる絶縁膜Ｚ１，Ｚ２によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。さらに、絶縁膜Ｚ２の上には、複数の電極膜４１〜４７（図１４に示す）が設けられている。
【００５４】
薄膜コイル３３は、例えば銅などの高導電性の金属材料からなる薄膜パターンであり、一方の端部３３Ｓがコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４５と接続されており、他方の端部３３Ｅがコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４６と接続されている。ここでは、検出対象電流Ｉｍが端部３３Ｓから端部３３Ｅへ流れるように設定される。
【００５５】
素子パターン２２Ａ，２２Ｂは検出対象電流Ｉｍが生ずる第３の電流磁界Ｈｍ３（後出。以下、単に電流磁界Ｈｍ３という。）を検出するものであり、図１５に示したように薄膜コイル３３の巻線体部分３３Ａ，３３Ｂと積層方向においてそれぞれ対応する領域に設けられている。素子パターン２２Ａ，２２Ｂは、Ｘ軸方向に延在すると共にＹ軸方向に互いに隣在し合うように配設されると共に電極パターン５および電極パターン６によって互いに並列接続されている。ここで、電極パターン５はコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４４と接続されており、電極パターン６はコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４７と接続されている。素子パターン２２Ａ，２２Ｂは、それぞれに読出電流を流したときに、薄膜コイル３３Ａ，３３Ｂを流れる検出対象電流Ｉｍにより生ずる電流磁界Ｈｍ３に応じた抵抗値の変化を示す。この際、素子パターン２２Ａ，２２Ｂは、電流磁界Ｈｍ３を付与されることにより、電流磁界Ｈｍ１によって生ずる素子パターン２１Ａ，２１Ｂの変化とは逆方向に抵抗値が変化するように構成されている。例えば、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２における各素子パターン２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂに対して、予め＋Ｙ方向へバイアスポイントＢＰ１（図８参照）に相当する強度のバイアス磁界を印加しておく。そこで図１６に示したように＋Ｘ方向へ検出対象電流Ｉｍを流したときには、素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、＋Ｙ方向の電流磁界Ｈｍ１が印加されるので、図８から明らかなように抵抗変化率が増加する（抵抗値が増加する）。これに対し、素子パターン２２Ａ，２２Ｂは、−Ｙ方向の電流磁界Ｈｍ３が印加されるので、図８から明らかなように抵抗変化率が減少する（抵抗値が減少する）のである。
【００５６】
ここで、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと素子パターン２１Ａ，２１ＢとはＺ軸方向において互いに距離Ｄ１を隔てるように配置され、一方で、巻線体部分３３Ａ，３３Ｂと素子パターン２２Ａ，２２ＢとはＺ軸方向において互いに距離Ｄ３を隔てるように配置されている。距離Ｄ１および距離Ｄ３は共に０．４μｍ以上１．０μｍ以下（条件式１，１１）である。また、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂは、幅ＭＸ１と厚みＭＹ１とによって規定される矩形をなし、断面積Ｓ１（＝ＭＸ１・ＭＹ１）を有している。同様に巻線体部分３２Ａ，３２Ｂは、幅ＭＸ３と厚みＭＹ３とによって規定される矩形をなしており、断面積Ｓ３（＝ＭＸ３・ＭＹ３）を有している。具体的には、幅ＭＸ１，ＭＸ３が３．０μｍ以下であり、かつ、断面積Ｓ１，Ｓ３がいずれも０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下（条件式２，１２）となるように構成されている。形成過程における精度上の問題から、厚みＭＹ１，ＭＹ３の寸法については０．２μｍ以上とすると共に幅ＭＸ１，ＭＸ３と同等以下とすることが望ましい。このように、ＹＺ断面における薄膜コイル３１および薄膜コイル３３の寸法は互いに等しくなるように形成されているうえ、各薄膜コイル３１，３３と第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２との積層方向（Ｚ軸方向）の距離Ｄ１，Ｄ３も互いに等しくなるように形成されているので、素子パターン２１Ａ，２１Ｂに付与される電流磁界Ｈｍ１と素子パターン２２Ａ，２２Ｂに付与される電流磁界Ｈｍ３との絶対値は互いに等しい。なお、図１６は、図１５の一部を拡大して示したものであり、各素子パターン２１Ａ，２１B，２２Ａ，２２Ｂに対する電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３の作用を説明するための説明図である。
【００５７】
図１７は、図１４および図１５に示した電流センサ１Ｃを含む電流計の回路構成を表す概略図である。図１７では、破線で囲んだ部分が電流センサ１Ｃに対応する。図１７に示したように、第１の磁気抵抗効果素子２１と薄膜コイル３１とが互いに近接配置されており、第２の磁気抵抗効果素子２２と薄膜コイル３３とが互いに近接配置されている。ここでは第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２を、複数の素子パターンが並列接続されてなる抵抗体として表している。第１の磁気抵抗効果素子２１と第２の磁気抵抗効果素子２２とは、第１の接続点Ｐ１（電極パターン５）において互いに連結され、電極膜４４を介して最終的に接地されている。第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２の、第１の接続点Ｐ１とは反対側には、第２の接続点Ｐ２において互いに連結された定電流源５１，５２が設けられている。具体的には、第１の磁気抵抗効果素子２１における第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部が、第３の接続点Ｐ３としての電極膜４３を介して定電流源５１と接続されており、一方の第２の磁気抵抗効果素子２２における第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部が、第４の接続点Ｐ４としての電極膜４７を介して定電流源５２と接続されている。これら定電流源５１および定電流源５２は、互いに等しい値の定電流Ｉ０を第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２の各素子パターンへ供給するものである。また、薄膜コイル３１，３３は、電極膜４２と電極膜４５とをつなぐ導線により互いに接続されており、１本の導線として機能するように構成されている。
【００５８】
このような構成の電流センサ１Ｃでは、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に電圧が印加されたときに、第３および第４の接続点Ｐ３，Ｐ４における電位の差分Ｖ０（第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２のそれぞれに生ずる電圧降下の差分）に基づいて電流磁界Ｈｍ１，Hｍ３の大きさを求めることができ、その大きさの電流磁界Ｈｍ１，Hｍ３を発生する検出対象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。
【００５９】
図１７において、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に所定の電圧を印加した際の定電流源５１，５２からの定電流をＩ０とし、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２全体の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とする。電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３が印加されていない場合、第３の接続点Ｐ３（電極膜４３）における電位Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｉ０・Ｒ１
であり、第４の接続点Ｐ４（電極膜４７）における電位Ｖ２は、
Ｖ２＝Ｉ０・Ｒ２
となる。よって、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０・Ｒ１−Ｉ０・Ｒ２
＝Ｉ０・（Ｒ１−Ｒ２）  ……（ａ）
となる。
【００６０】
この回路では、電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３が印加されたときに、電位差Ｖ０を測定することにより第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２における抵抗変化量が得られる。例えば電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３が印加されたときに、抵抗値Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ変化量ΔＲ１，ΔＲ２だけ増加したとすると、式（ａ）は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０・（Ｒ１−Ｒ２）
＝Ｉ０・｛（Ｒ１＋ΔＲ１）−（Ｒ２＋ΔＲ２）｝  ……（ｂ）
となる。
【００６１】
すでに述べたように、第１の磁気抵抗効果素子２１（素子パターン２１Ａ，２１Ｂ）と第２の磁気抵抗効果素子２２（素子パターン２２Ａ，２２Ｂ）とは電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３によって各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すように配置されていることから、変化量ΔＲ１と変化量ΔＲ２とは互いの正負が逆の符号となる。したがって、式（ｂ）において、電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３が印加される前の抵抗値Ｒ１および抵抗値Ｒ２は互いに打ち消し合う一方で、変化量ΔＲ１および変化量ΔＲ２はそのまま維持される。
【００６２】
仮に、第１の磁気抵抗効果素子２１と第２の磁気抵抗効果素子２２とが全く同一の特性を有するとした場合、すなわち、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ
かつ
ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ
であると仮定した場合、式（ｂ）は、
Ｖ０＝Ｉ０・（Ｒ１＋ΔＲ１−Ｒ２−ΔＲ２）
＝Ｉ０・（Ｒ＋ΔＲ−Ｒ＋ΔＲ）
＝Ｉ０・（２ΔＲ）  ……（ｃ）
となる。したがって、予め外部磁界と抵抗変化量との関係を把握した第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２を用いるようにすれば、電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３の大きさを求めることができ、その大きさの電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３を発生する検出対象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。この場合、２つの第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２を用いてセンシングを行っているので、第１の磁気抵抗効果素子２１または第２の磁気抵抗効果素子２２を単独で用いてセンシングを行う場合と比べて２倍の抵抗変化量を取り出すことができ、測定値の高精度化に有利となる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態の電流センサ１Ｃによれば、特に、互いに並列接続された素子パターン２２Ａ，２２Ｂを含んで第１の階層Ｌ１に形成された第２の磁気抵抗効果素子２２と、各素子パターン２２Ａ，２２Ｂと対応した巻線体部分３２Ａ，３２Ｂを含んで第２の階層Ｌ２において巻回するように形成され、かつ、各素子パターン２２Ａ，２２Ｂに対して電流磁界Ｈｍ３を付与するように構成された薄膜コイル３３とをさらに備えるようにしたので、上記第１の実施の形態における効果に加え、第１の磁気抵抗効果素子２１および第２の磁気抵抗効果素子２２の双方によって、検出対象電流をより高精度に測定することができる。ここで、各素子パターン２２Ａ，２２Ｂが、電流磁界Ｈｍ３を付与されることにより、電流磁界Ｈｍ１によって生ずる各素子パターン２１Ａ，２１Ｂの抵抗値Ｒ１の変化とは逆方向に抵抗値Ｒ２が変化するように構成したので、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２に対して互いに等しい定電流Ｉ０を流したときに生ずる電圧降下の差分Ｖ０に基づいて、より高精度な検出対象電流Ｉｍの測定が可能となる。
【００６４】
また、本実施の形態の電流センサ１Ｃによれば、距離Ｄ１，Ｄ３を０．４μｍ以上１．０μｍ以下とし、断面積Ｓ１，Ｓ３を０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下とするようにしたので、薄膜コイル３１，３３による発熱の影響を受けることなく、かつ、効率的に電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３をそれぞれ検出することができる。よって、薄膜コイル３１，３３を流れる比較的微弱な１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００６５】
＜変形例３＞
上記した本実施の形態では、１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定する場合を例に挙げて説明したが、より微弱な検出対象電流Ｉｍをも測定可能な構成とすることが可能である。具体的には、３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定可能な構成とすることができる。その場合には、距離Ｄ１，Ｄ３を０．２μｍ以上０．４μｍ以下（条件式３，９）とすると共に、断面積Ｓ１，Ｓ３を、０．４μｍ2以上２．５μｍ2以下（条件式４，１０）とする。
【００６６】
このように、条件式３，４，９，１０を満足するように構成された変形例としての電流センサ１Ｃによれば、薄膜コイル３１，３３による発熱の影響を受けることなく、薄膜コイル３１，３３を流れる３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００６７】
［第４の実施の形態］
続いて、図１８および図１９を参照して、本発明の第４の実施の形態としての電流センサ１Ｄについて説明する。
【００６８】
電流センサ１Ｄは、上記第３の実施の形態における電流センサ１Ｂの構成に、さらに第２の導体としての第２の薄膜コイル３２および第４の導体としての第４の薄膜コイル３４（以下、単に薄膜コイル３４という。）を加えるようにしたものである。薄膜コイル３２は、上記第２の実施の形態において説明したものと同様の構成である。以下、本実施の形態の電流センサ１Ｄについて具体的に説明するが、上記第１〜第３の実施の形態と重複する部分については適宜説明を省略する。
【００６９】
図１８は、本実施の形態の電流センサ１Ｄの斜視構成を表す概略図である。図１９は、図１８の電流センサ１Ｄに示したXIX−XIX切断線における矢視方向（−Ｘ方向）の断面構成を表したものである。
【００７０】
電流センサ１Ｄでは、第２の磁気抵抗効果素子２２が、第１の階層Ｌ１において第１の磁気抵抗効果素子２１が形成された領域以外の領域に形成されている。第２の磁気抵抗効果素子２２は、Ｘ軸方向へ延在し、Ｙ軸方向に互いに隣在し合うように配設されると共に互いに並列接続された素子パターン２２Ａ，２２Ｂを含み、かつ、第１の磁気抵抗効果素子２１と直列接続されるように形成されている。第２の磁気抵抗効果素子２２を挟んで薄膜コイル３３の反対側には、薄膜コイル３４が、第３の階層Ｌ３における薄膜コイル３２が形成された領域以外の領域において巻回するように構成されている。すなわち、図１９に示したように、電流センサ１Ｃは、シリコンなどからなる基体２の上に、Ａｌ2Ｏ3などからなる下地膜３を介して、薄膜コイル３２，３４を含む第３の階層Ｌ３と、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２を含む第１の階層Ｌ１と、薄膜コイル３１，３３を含む第２の階層Ｌ２とが順に積層された構造を有している。なお、図１９の断面において、薄膜コイル３２，３４、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２ならびに薄膜コイル３１，３３はＡｌ2Ｏ3などからなる絶縁膜Ｚ３，Ｚ１，Ｚ２によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。さらに、絶縁膜Ｚ２の上には、複数の電極膜４１〜４７（図１８に示す）が設けられている。
【００７１】
薄膜コイル３３は、検出対象電流Ｉｍが供給されることにより各素子パターン２２Ａ，２２Ｂに対して電流磁界Ｈｍ３を付与するように構成されており、一方の端部３３Ｓがコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４５と接続され、他方の端部３３Ｅがコンタクト層（図示せず）を介して薄膜コイル３４の端部３４Ｓと接続されている（図１８参照）。薄膜コイル３４は、素子パターン２２Ａ，２２Ｂのそれぞれと対応するようにＸ軸方向へ延在する巻線体部分３４Ａ，３４Ｂを含んでおり、検出対象電流Ｉｍが供給されることにより各素子パターン２２Ａ，２２Ｂに対して電流磁界Ｈｍ３と同じ向きの第４の電流磁界Ｈｍ４（以下、単に第４の電流磁界Ｈｍ４という。）を付与するように構成されており、一方の端部３４Ｓがコンタクト層（図示せず）を介して端部３３Eと接続され、他方の端部３４Ｅがコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４６と接続されている（図１８参照）。したがって、薄膜コイル３３，３４は回路構成上、１本の導線となっている。さらに、電極膜４２と電極膜４５とを外部の導線（図示せず）により互いに接続し、薄膜コイル３１〜３４が実質的に１本の導線として機能するように構成してもよい。その場合には、薄膜コイル３１、薄膜コイル３２、薄膜コイル３３、薄膜コイル３４の順に、あるいはその逆の順に検出対象電流Ｉｍを流すことができる。なお、薄膜コイル３４は、薄膜コイル３１〜３３と同様に、例えば銅などの高導電性の金属材料からなる薄膜パターンである。
【００７２】
このような構成を備えた電流センサ１Ｄでは、図２０に示したように、検出対象電流Ｉｍが薄膜コイル３１および薄膜コイル３２を流れることにより、素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対して２つの電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２がそれぞれ作用することとなる。同時に、検出対象電流Ｉｍが薄膜コイル３３および薄膜コイル３４を流れることにより、素子パターン２２Ａ，２２Ｂに対して２つの電流磁界Ｈｍ３，Ｈｍ４がそれぞれ作用することとなる。図２０は、図１９の一部を拡大して示したものであり、素子パターン２１Ａ，２１Ｂに対する電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２の作用および素子パターン２２Ａ，２２Ｂに対する電流磁界Ｈｍ３，Ｈｍ４の作用を説明するための説明図である。ここで、巻線体部分３２Ａ，３２Ｂと素子パターン２１Ａ，２１ＢとはＺ軸方向において互いに距離Ｄ２を隔てるように配置され、巻線体部分３４Ａ，３４Ｂと素子パターン２２Ａ，２２ＢとはＺ軸方向において互いに距離Ｄ４を隔てるように配置されている。距離Ｄ２，Ｄ４は共に０．４μｍ以上１．０μｍ以下（条件式１７，１８）である。したがって、距離Ｄ１〜Ｄ４は全て互いに等しい。また、巻線体部分３２Ａ，３２Ｂは幅ＭＸ２と厚みＭＹ２とによって規定される矩形をなし、断面積Ｓ２（＝ＭＸ２・ＭＹ２）を有し、巻線体部分３４Ａ，３４Ｂは、幅ＭＸ４と厚みＭＹ４とによって規定される矩形をなし、断面積Ｓ４（＝ＭＸ４・ＭＹ４）を有している。具体的には、断面積Ｓ１，Ｓ３と同様に、幅ＭＸ２，ＭＸ４が３．０μｍ以下であり、かつ、断面積Ｓ２，Ｓ４がいずれも０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下（条件式１９，２０）となるように構成されている。形成過程における精度上の問題から、厚みＭＹ２，ＭＹ４の寸法については０．２μｍ以上とすると共に幅ＭＸ２，ＭＸ４と同等以下とすることが望ましい。
【００７３】
電流センサ１Ｄを用いてセンシングを行う場合には、まず、電極膜４３および電極膜４４を介して第１の磁気抵抗効果素子２１（素子パターン２１Ａ，２１Ｂ）にセンス電流を流すと共に第２の磁気抵抗効果素子２２（素子パターン２２Ａ，２２Ｂ）にセンス電流を流しておく。次いで、検出対象電流Ｉｍを、電極膜４１，４２を介して薄膜コイル３１，３２へ供給するようにし、各巻線体部分３１Ａ，３１Ｂが生じる電流磁界Ｈｍ１と各巻線体部分３２Ａ，３２Ｂが生じる電流磁界Ｈｍ２とを各素子パターン２１Ａ，２１Ｂによって検出するようにする。これと同様に、検出対象電流Ｉｍを、電極膜４５，４６を介して薄膜コイル３３，３４へ供給するようにし、各巻線体部分３３Ａ，３３Ｂが生じる電流磁界Ｈｍ３と各巻線体部分３４Ａ，３４Ｂが生じる電流磁界Ｈｍ４とを各素子パターン２２Ａ，２２Ｂによって検出するようにする。
【００７４】
例えば、電極膜４２と電極膜４５とを外部の導線により互いに接続し、薄膜コイル３１および薄膜コイル３２を順に経由した検出対象電流Ｉｍを薄膜コイル３３の端部３３Ｓから端部３３Ｅへ向かうように流し、続いて薄膜コイル３４の端部３４Ｓから端部３４Ｅへ向かうように流した場合を考える。その場合には、図２０に示したように、巻線体部分３３Ａ，３３Ｂでは、−Ｘ方向に（紙面手前から奥へ向かうように）検出対象電流Ｉｍが流れることとなる。その結果、右ねじの法則にしたがって、巻線体部分３３Ａ，３３Ｂのそれぞれの周囲を（紙面上では時計回りに）巻回する電流磁界Ｈｍ３が生ずる。一方、巻線体部分３４Ａ，３４Ｂでは、＋Ｘ方向に（紙面奥から手前へ向かうように）検出対象電流Ｉｍが流れることとなる。その結果、右ねじの法則にしたがって、巻線体部分３４Ａ，３４Ｂのそれぞれの周囲を（紙面上では反時計回りに）巻回する電流磁界Ｈｍ４が生ずる。このため、各素子パターン２２Ａ，２２Ｂに対しては−Ｙ方向への電流磁界Ｈｍ３および電流磁界Ｈｍ４の合成磁界がそれぞれ付与される。したがって、上記第３の実施の形態のように、第２の磁気抵抗効果素子２２に対して電流磁界Ｈｍ３のみを付与した場合と比べ各素子パターン２２Ａ，２２Ｂに付与される磁界強度が高まり、抵抗値の変化量がより大きくなる。ここで、電極パターン４と電極パターン５との間における電圧降下の変化量（抵抗値の変化量）と、電極パターン６と電極パターン５との間における電圧降下の変化量（抵抗値の変化量）との差分を検出することにより、検出対象電流Ｉｍの大きさの推定をよりいっそう精度良くおこなうことができる。
【００７５】
以上のように、本実施の形態の電流センサ１Ｄによれば、検出対象電流Ｉｍによって生ずる電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２を第１の磁気抵抗効果素子２１により検出すると共に検出対象電流Ｉｍによって生ずる電流磁界Ｈｍ３，Ｈｍ４を第２の磁気抵抗効果素子２２により検出するようにしたので、コンパクトな構成を維持しつつ、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２の双方によって、薄膜コイル３１〜３４を流れる検出対象電流Ｉｍを、より高精度に測定することができる。特に、電流磁界Ｈｍ３，Ｈｍ４が付与されることにより、電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２によって生ずる第１の磁気抵抗効果素子２１の各素子パターン２１Ａ，２１Ｂの変化とは逆方向に抵抗値が変化するように各素子パターン２２Ａ，２２Ｂを構成すると共に、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２に対して互いに等しい定電流Ｉ０を流すようにしたので、その際に生ずる電圧降下の差分に基づいて、より高精度な検出対象電流Ｉｍの測定が可能となる。
【００７６】
また、本実施の形態の電流センサ１Ｄによれば、距離Ｄ１〜Ｄ４を０．４μｍ以上１．０μｍ以下とし、断面積Ｓ１〜Ｓ４を０．４μｍ2以上３．０μｍ2以下とするようにしたので、薄膜コイル３１〜３４による発熱の影響を受けることなく、かつ、効率的に電流磁界Ｈｍ１〜Ｈｍ４を検出することができる。よって、薄膜コイル３１〜３４を流れる比較的微弱な１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【００７７】
＜変形例４＞
上記した本実施の形態では、１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定する場合を例に挙げて説明したが、より微弱な検出対象電流Ｉｍをも測定可能な構成とすることができる。具体的には、３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定可能な構成とすることができる。その場合には、距離Ｄ１〜Ｄ４を０．２μｍ以上０．４μｍ以下（条件式３，７，１３，１４）とすると共に、断面積Ｓ１〜Ｓ４を、０．４μｍ2以上２．５μｍ2以下（条件式４，８，１５，１６）とする。
【００７８】
このように、条件式３，４，７，８，１３〜１６を満足するように構成された変形例としての電流センサ１Ｄによれば、薄膜コイル３１〜３４による発熱の影響を受けることなく、かつ効率的に電流磁界Ｈｍ１〜電流磁界Ｈｍ４を検出することができ、薄膜コイル３１〜３４を流れる３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを高精度に測定することができる。
【実施例】
【００７９】
次に、本発明の電流センサについての数値実施例を説明する。本実施例は、上記第１の実施の形態およびその変形例に対応する構成の電流センサに関し、素子パターン２１Ａに及ぶ電流磁界Ｈｍ１（平均）の強度と素子パターン２１Ａの変位温度ΔＴとについてシュミレーションをおこなったものである。表１にその結果を示す。
【００８０】
【表１】
2006208278.tif 000003
【００８１】
表１において、実施例１−１〜実施例１−４が上記第１の実施の形態における変形例の構成に対応するものであり、実施例２−１〜実施例２−５が上記第１の実施の形態の構成に対応するものである。比較例１−１．１−２，２−１，２−２は本発明に該当しない。各サンプルにつき、左側の列から順に、検出対象電流Ｉｍ［ｍＡ］，距離Ｄ１［μｍ］，断面積Ｓ１［μｍ2］，電流磁界Ｈｍ１［×103/4π A/m］および変位温度ΔＴ［℃］を示している。
【００８２】
本実施例の電流センサにおいて安定した検出動作を行うためには、素子パターンにおよぶ電流磁界Ｈｍ１の強度が５Ｏｅ（＝５×１０3／４π［Ａ／ｍ］）以上であることが必要なので、最も微弱な３［ｍＡ］の検出対象電流Ｉｍを測定する場合には、距離Ｄ１を０．４［μｍ］として、断面積Ｓ１を２．５［μｍ2］以下としなければならない（実施例１−１）。断面積Ｓ１を３．０［μｍ2］とした場合には電流磁界Ｈｍ１の強度が不足し、４×１０3／４π［Ａ／ｍ］となった（比較例１−１）。一方、検出対象電流Ｉｍを１０ｍＡとすると、最も距離Ｄ１を近づけた場合（Ｄ１＝０．２［μｍ］）であっても断面積Ｓ１を０．４［μｍ2］以上とすれば変位温度ΔＴが１．７℃に留まることがわかった（実施例１−４）。ここで、断面積Ｓ１を０．３２［μｍ2］としてしまうと、変位温度ΔＴが２．２℃となり、電流センサとしての信頼性を劣化させてしまうことがわかった（比較例１−２）。
【００８３】
また、１０［ｍＡ］の検出対象電流Ｉｍを測定する際に、距離Ｄ１を１．０［μｍ］とすると、断面積Ｓ１を３．０［μｍ2］以下とすれば５Ｏｅ（＝５×１０3／４π［Ａ／ｍ］）以上の電流磁界Ｈｍ１が得られることがわかった（実施例２−１）。同じ条件で、断面積Ｓ１を４．０［μｍ2］としてしまうと電流磁界Ｈｍ１の強度が不足してしまう（比較例２−１）。一方、検出対象電流Ｉｍを最大の５０ｍＡとすると、最も距離Ｄ１を近づけた場合（Ｄ１＝０．４［μｍ］）であっても断面積Ｓ１を０．４［μｍ2］以上とすれば変位温度ΔＴが１．７℃に留まることがわかった（実施例２−５）。ここで、断面積Ｓ１を０．３２［μｍ2］としてしまうと、変位温度ΔＴが２．２℃となり、電流センサとしての信頼性を劣化させてしまうことがわかった（比較例２−２）。
【００８４】
このように、１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定する場合には、条件式１，２を満足するように構成し、３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流Ｉｍを測定する場合には、条件式３，４を満足するように構成すれば、良好な測定が可能であることが確認できた。
【００８５】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば本実施の形態では、固着層の磁化方向と自由層の磁化容易軸方向とが互いに一致したスピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子を採用するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、固着層の磁化方向と自由層の磁化容易軸方向とが互いに直交するスピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子を用いるようにしてもよい。
【００８６】
また、本実施の形態では、２つの素子パターンにより第１および第２の磁気抵抗効果素子をそれぞれ構成するようにしたが、これに限定されず、３つ以上の素子パターンにより第１および第２の磁気抵抗効果素子をそれぞれ構成するようにしてもよい。あるいは、第１の方向へ延在する１本の素子パターンにより第１および第２の磁気抵抗効果素子をそれぞれ構成すると共に、第１の方向に延在する第１〜第４の延在部分を有するように第１〜第４の導体をそれぞれ構成するようにしてもよい。その場合にも、第１〜第４の延在部分と第１〜第４の磁気抵抗効果素子との距離Ｄ１〜Ｄ４と、第１〜第４の延在部分における断面積Ｓ１〜Ｓ４とをそれぞれ所定の数値範囲とすることにより、上記した効果が得られる。さらに、本実施の形態では、第１および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンを、互いに並列接続するようにしたが、例えば図２１に示した電流センサ１Ｅのように、互いに直列接続するようにしてもよい。このようにした場合には、第１の方向における寸法を長くすることなく感磁部として機能する素子パターンの総延長を稼ぐことができ、第１および第２の磁気抵抗効果素子における全体の抵抗値（インピーダンス）の絶対値をより大きくすることができる。したがって、より微弱な検出対象電流であっても高精度な測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の電流センサは、上記実施の形態において説明したように、電流値そのものを図ることを目的とする場合に用いられるほか、プリント配線の欠陥などの検査を行う渦電流探傷技術に応用可能である。例えば、磁気抵抗効果素子を直線上に多数個配置した電流センサとし、渦電流の変化を磁束の変化として捉えるような応用例が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した電流センサにおけるII-II切断線に対応する断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した断面図である。
【図４】図１に示した電流センサにおける巻線体部分から素子パターンへの伝熱量を説明するための概略図である。
【図５】図４に示した巻線体部分の断面積と発生する電流磁界との関係を表す特性図である。
【図６】図１に示した電流センサの要部である磁気抵抗効果素子の構成を示す分解斜視図である。
【図７】図６に示した磁気抵抗効果素子における一部の構成を示す斜視図である。
【図８】図６に示した磁気抵抗効果素子における抵抗変化率の磁界依存性を示す特性図である。
【図９】図１に示した電流センサの要部である磁気抵抗効果素子の構成を示す他の分解斜視図である。
【図１０】図２の要部を拡大して示す他の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示した電流センサにおけるXII-XII切断線に対応する断面図である。
【図１３】図１２の要部を拡大して示す断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る電流センサの構成を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示した電流センサにおけるXV-XV切断線に対応する断面図である。
【図１６】図１５の要部を拡大して示す断面図である。
【図１７】図１４に示した電流センサに対応する回路図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る電流センサの構成を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示した電流センサにおけるXIX-XIX切断線に対応する断面図である。
【図２０】図１９の要部を拡大して示す断面図である。
【図２１】図１８に示した電流センサの変形例としての電流センサの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…電流センサ、２…基体、４〜６…電極パターン、１１…固着層、１２…中間層、１３…自由層、１４…磁化固定膜、２１，２２…第１，第２の磁気抵抗効果素子、３１〜３４…第１〜第４の薄膜コイル、４１〜４７…電極膜、Ｄ１〜Ｄ４…距離、Ｌ１〜Ｌ３…第１〜第３の階層、Ｐ１〜Ｐ４…第１〜第４の接続点、Ｓ１〜Ｓ４…断面積。
【図１】
2006208278.tif 000004
【図２】
2006208278.tif 000005
【図３】
2006208278.tif 000006
【図４】
2006208278.tif 000007
【図５】
2006208278.tif 000008
【図６】
2006208278.tif 000009
【図７】
2006208278.tif 000010
【図８】
2006208278.tif 000011
【図９】
2006208278.tif 000012
【図１０】
2006208278.tif 000013
【図１１】
2006208278.tif 000014
【図１２】
2006208278.tif 000015
【図１３】
2006208278.tif 000016
【図１４】
2006208278.tif 000017
【図１５】
2006208278.tif 000018
【図１６】
2006208278.tif 000019
【図１７】
2006208278.tif 000020
【図１８】
2006208278.tif 000021
【図１９】
2006208278.tif 000022
【図２０】
2006208278.tif 000023
【図２１】
2006208278.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月10日(2005.11.10)
【手続補正１】
【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】
１０ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流を検出するための電流センサであって、
第１の階層において第１の方向に延在する第１の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第１の導体と、
前記第１の階層と異なる第２の階層において、前記第１の延在部分と対応した領域に配設され、前記第１の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第１の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の磁気抵抗効果素子と
を備え、かつ、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ１≦１．０μｍ  ……（１）
０．４μｍ2≦Ｓ１≦３．０μｍ2  ……（２）
ただし、
Ｄ１；第１の延在部分と、第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ１；第１の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項２】
３ｍＡ以上５０ｍＡ以下の検出対象電流を検出するための電流センサであって、
第１の階層において第１の方向に延在する第１の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第１の導体と、
前記第１の階層と異なる第２の階層において、前記第１の延在部分と対応した領域に配設され、前記第１の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第１の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の磁気抵抗効果素子と
を備え、かつ、以下の条件式（３）および（４）を満足することを特徴とする電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ１≦０．４μｍ  ……（３）
０．４μｍ2≦Ｓ１≦２．５μｍ2  ……（４）
ただし、
Ｄ１；第１の延在部分と、第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ１；第１の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項３】
前記第２の階層を基準として前記第１の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備え、かつ、以下の条件式（５）および（６）を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（５）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（６）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項４】
前記第２の階層を基準として前記第１の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備え、かつ、以下の条件式（７）および（８）を満足する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（７）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（８）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項５】
前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンを有し、
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルであり、
前記第２の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第２の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第２の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第２の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンを有し、
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、前記第１の方向と直交する幅が０．５μｍ以上２．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに並列接続されている
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項９】
前記第１の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに直列接続されている
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記第１の階層における前記第１の導体が形成された領域以外の領域において前記第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第３の導体と、
前記第１の磁気抵抗効果素子とコモン接続されるように前記第２の階層における前記第３の延在部分と対応した領域に配設され、前記第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子と
をさらに備え、かつ、以下の条件式（９）および（１０）を満足する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ３≦０．４μｍ  ……（９）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦２．５μｍ2  ……（１０）
ただし、
Ｄ３；第３の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ３；第３の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項１１】
前記第１の階層における前記第１の導体が形成された領域以外の領域において前記第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、前記検出対象電流が供給される第３の導体と、
前記第１の磁気抵抗効果素子とコモン接続されるように前記第２の階層における前記第３の延在部分と対応した領域に配設され、前記第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子と
をさらに備え、かつ、以下の条件式（１１）および（１２）を満足する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ３≦１．０μｍ  ……（１１）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦３．０μｍ2  ……（１２）
ただし、
Ｄ３；第３の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ３；第３の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項１２】
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第３の電流磁界を付与されることにより、前記第１の電流磁界によって生ずる前記第１の磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化とは逆方向に抵抗値が変化するように構成されている
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の電流センサ。
【請求項１３】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンをそれぞれ有している
ことを特徴とする請求項１０から請求項１２に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、前記第１の方向と直交する幅が０．５μｍ以上２．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１３に記載の電流センサ。
【請求項１５】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに並列接続されている
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の電流センサ。
【請求項１６】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに直列接続されている
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の電流センサ。
【請求項１７】
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルであり、
前記第３の導体は、前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第３の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第３の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第３の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１８】
前記第２の階層を基準として前記第１の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、
前記第３の階層における前記第２の導体が形成された領域以外の領域において、前記第２の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子に対して前記第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体と
をさらに備え、かつ、以下の条件式（１３）から（１６）を満足する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電流センサ。
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（１３）
０．２μｍ≦Ｄ４≦０．４μｍ  ……（１４）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（１５）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦２．５μｍ2  ……（１６）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
Ｄ４；第４の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ４；第４の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項１９】
前記第２の階層を基準として前記第１の階層と反対側に位置する第３の階層において、前記第１の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子に対して前記第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、
前記第３の階層における前記第２の導体が形成された領域以外の領域において、前記第２の磁気抵抗効果素子と対応して前記第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に、前記検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子に対して前記第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体と
をさらに備え、かつ、以下の条件式（１７）から（２０）を満足する
ことを特徴とする請求項１１に記載の電流センサ。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（１７）
０．４μｍ≦Ｄ４≦１．０μｍ  ……（１８）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（１９）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦３．０μｍ2  ……（２０）
ただし、
Ｄ２；第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ２；第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
Ｄ４；第４の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離
Ｓ４；第４の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積
【請求項２０】
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第３の電流磁界および第４の電流磁界をそれぞれ付与されることにより、前記第１の電流磁界および第２の電流磁界によって生ずる前記第１の磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化とは逆方向に抵抗値が変化するように構成されている
ことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の電流センサ。
【請求項２１】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の方向へ延在すると共に前記第２の方向に互いに隣在し合うように配設された帯状の複数の素子パターンをそれぞれ有している
ことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項２２】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、前記第１の方向と直交する幅が０．５μｍ以上２．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２１に記載の電流センサ。
【請求項２３】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに並列接続されている
ことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の電流センサ。
【請求項２４】
前記第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子における各素子パターンは、互いに直列接続されている
ことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の電流センサ。
【請求項２５】
前記第１の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第１の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第１の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第１の薄膜コイルであり、
前記第２の導体は、前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第２の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第２の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第２の薄膜コイルであり、
前記第３の導体は、前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第３の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第１の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第３の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第３の薄膜コイルであり、
前記第４の導体は、前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して前記第１の方向へ延在する前記第４の延在部分としての巻線体部分を複数含んで前記第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、検出対象電流が供給されることにより前記第２の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して前記第４の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第４の薄膜コイルである
ことを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか１項に記載の電流センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の第１および第２の電流センサでは、第２の階層を基準として第１の階層と反対側に位置する第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備えるようにすることもできる。その場合、第１の電流センサでは、以下の条件式（５）および（６）を満足するようにし、第２の電流センサでは、以下の条件式（７）および（８）を満足するようにする。ただし、Ｄ２は第２の延在部分と第１の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ２は第２の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（５）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（６）
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（７）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（８）
ここでは特に、第２の導体が、第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンとそれぞれ対応して第１の方向へ延在する第２の延在部分としての巻線体部分を複数含んで第３の階層内において巻回するように構成され、かつ、第１の磁気抵抗効果素子の各素子パターンに対して第２の電流磁界をそれぞれ付与するように構成された第２の薄膜コイルであることが望ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明の第１および第２の電流センサでは、第１の磁気抵抗効果素子および第１の導体に加え、第１の階層における第１の導体が形成された領域以外の領域において第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、検出対象電流が供給される第３の導体と、第１の磁気抵抗効果素子とコモン接続されるように第２の階層における第３の延在部分と対応した領域に配設され、第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子とをさらに備えるようにすることもできる。その場合、第１の電流センサでは以下の条件式（１１）および（１２）を満足するようにし、第２の電流センサでは、以下の条件式（９）および（１０）を満足するようにする。ただし、Ｄ３は第３の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ３は第３の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．４μｍ≦Ｄ３≦１．０μｍ  ……（１１）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦３．０μｍ2  ……（１２）
０．２μｍ≦Ｄ３≦０．４μｍ  ……（９）
０．４μｍ2≦Ｓ３≦２．５μｍ2  ……（１０）
ここで、さらに、第２の階層を基準として第１の階層と反対側に位置する第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、第３の階層における第２の導体が形成された領域以外の領域において、第２の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に検出対象電流が供給されることにより第２の磁気抵抗効果素子に対して第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体とをさらに備えるようにすることもできる。その場合、第１の電流センサでは以下の条件式（１７）から（２０）を満足するようにし、第２の電流センサでは、以下の条件式（１３）から（１６）を満足するようにする。ただし、Ｄ４は第４の延在部分と第２の磁気抵抗効果素子との距離であり、Ｓ４は第４の延在部分における第１の方向と直交する断面の面積である。
０．４μｍ≦Ｄ２≦１．０μｍ  ……（１７）
０．４μｍ≦Ｄ４≦１．０μｍ  ……（１８）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦３．０μｍ2  ……（１９）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦３．０μｍ2  ……（２０）
０．２μｍ≦Ｄ２≦０．４μｍ  ……（１３）
０．２μｍ≦Ｄ４≦０．４μｍ  ……（１４）
０．４μｍ2≦Ｓ２≦２．５μｍ2  ……（１５）
０．４μｍ2≦Ｓ４≦２．５μｍ2  ……（１６）
こうした場合には、第２の磁気抵抗効果素子が、第３の電流磁界および第４の電流磁界をそれぞれ付与されることにより、第１の電流磁界および第２の電流磁界によって生ずる第１の磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化とは逆方向に抵抗値が変化するように構成されていることが望ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第１の電流センサまたは第２の電流センサによれば、特に、第２の階層を基準として第１の階層と反対側に位置する第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体をさらに備え、かつ、第１の電流センサの場合には条件式（５）および（６）を、第２の電流センサの場合には条件式（７）および（８）をそれぞれ満足するようにすると、第１の電流磁界と第２の電流磁界との合成磁界が第１の磁気抵抗効果素子に付与されることとなるので、第１の磁気抵抗効果素子における抵抗変化量の絶対値をさらに増大することができ、検出対象電流の測定精度がより向上する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明の第１の電流センサまたは第２の電流センサによれば、第１の磁気抵抗効果素子および第１の導体に加え、第１の階層における第１の導体が形成された領域以外の領域において第１の方向に延在する第３の延在部分を有し、検出対象電流が供給される第３の導体と、第１の磁気抵抗効果素子とコモン接続されるように第２の階層における第３の延在部分と対応した領域に配設され、第３の延在部分に流れる検出対象電流により生ずる第３の電流磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された第２の磁気抵抗効果素子とをさらに備え、第１の電流センサの場合には条件式（１１）および（１２）を、第２の電流センサの場合には条件式（９）および（１０）をそれぞれ満足するようにすると、第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子の双方によって、検出対象電流をより高精度に測定することができる。この場合、第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値が、第３の電流磁界に応じて、第１の電流磁界によって生ずる第１の磁気抵抗効果素子における抵抗値の変化とは逆方向に変化するように構成すると、第１の磁気抵抗効果素子および第２の磁気抵抗効果素子に対して互いに等しい定電流を流したときに生ずる電圧降下の差分に基づいて、より高精度な検出対象電流の測定が可能となる。これに加えて、第３の階層において、第１の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向に延在する第２の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第１の磁気抵抗効果素子に対して第１の電流磁界と同じ向きの第２の電流磁界を付与するように構成された第２の導体と、第３の階層における第２の導体が形成された領域以外の領域において、第２の磁気抵抗効果素子と対応して第１の方向へ延在する第４の延在部分を有すると共に、検出対象電流が供給されることにより第２の磁気抵抗効果素子に対して第３の電流磁界と同じ向きの第４の電流磁界を付与するように構成された第４の導体とをさらに備え、かつ、第１の電流センサの場合には条件式（１７）から（２０）を、第２の電流センサの場合には条件式（１３）から（１６）をそれぞれ満足するように構成し、第１の電流磁界と第２の電流磁界との合成磁界を第１の磁気抵抗効果素子により検出すると共に第３の電流磁界と第４の電流磁界との合成磁界を第２の磁気抵抗効果素子により検出するようにすると、コンパクトな構成を維持しつつ、第１および第２の磁気抵抗効果素子の双方によって、第１から第４の導体を流れる検出対象電流を、よりいっそう高精度に測定することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
素子パターン２１Ａ，２１Ｂは検出対象電流Ｉｍが生ずる第１の電流磁界Ｈｍ１（後出。以下、単に電流磁界Ｈｍ１という。）を検出するものであり、薄膜コイル３１の巻線体部分３１Ａ，３１Ｂと積層方向においてそれぞれ対応する領域に設けられている。素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、Ｘ軸方向に延在すると共にＸ軸方向と直交するＹ軸方向（第２の方向）に互いに隣在し合うように配設され、電極パターン４および電極パターン５によって互いに並列接続されている。ここで、電極パターン４はコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４３と接続されている。一方、電極パターン５はコンタクト層（図示せず）を介して電極膜４４と接続されている。素子パターン２１Ａ，２１Ｂは、スパッタリング法などを用いて例えば０．８μｍの厚みを有するように形成されたものであり、それぞれに読出電流を流したときに、巻線体部分３１Ａ，３１Ｂを流れる検出対象電流Ｉｍにより生ずる電流磁界Ｈｍ１に応じた抵抗値の変化を示すように構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
図１４に示したように、電流センサ１Ｃでは、素子パターン２２Ａ，２２Ｂを有する第２の磁気抵抗効果素子２２が、第１の階層Ｌ１において第１の磁気抵抗効果素子２１と隣り合うようにＹ軸方向に並んで配置され、かつ第１の磁気抵抗効果素子２１とコモン接続されている。素子パターン２２Ａ，２２Ｂは、いずれもＸ軸方向へ延在し、Ｙ軸方向に互いに隣在し合うように配設されると共に互いに並列接続されている。さらに、電流センサ１Ｃでは、薄膜コイル３３が、素子パターン２２Ａ，２２Ｂのそれぞれと対応してＸ軸方向へ延在する巻線体部分３３Ａ，３３Ｂを含んで第２の階層Ｌ２において巻回するように構成されている。すなわち、図１５に示したように、電流センサ１Ｃは、シリコンなどからなる基体２の上に、Ａｌ2Ｏ3などからなる下地膜３を介して、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２を含む第１の階層Ｌ１と、薄膜コイル３１，３３を含む第２の階層Ｌ２とが順に積層された構造を有している。なお、図１５の断面において、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２および薄膜コイル３１，３３はＡｌ2Ｏ3などからなる絶縁膜Ｚ１，Ｚ２によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。さらに、絶縁膜Ｚ２の上には、複数の電極膜４１〜４７（図１４に示す）が設けられている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
電流センサ１Ｄでは、第２の磁気抵抗効果素子２２が、第１の階層Ｌ１において第１の磁気抵抗効果素子２１が形成された領域以外の領域に形成されている。第２の磁気抵抗効果素子２２は、Ｘ軸方向へ延在し、Ｙ軸方向に互いに隣在し合うように配設されると共に互いに並列接続された素子パターン２２Ａ，２２Ｂを含み、かつ、第１の磁気抵抗効果素子２１とコモン接続されるように形成されている。第２の磁気抵抗効果素子２２を挟んで薄膜コイル３３の反対側には、薄膜コイル３４が、第３の階層Ｌ３における薄膜コイル３２が形成された領域以外の領域において巻回するように構成されている。すなわち、図１９に示したように、電流センサ１Ｃは、シリコンなどからなる基体２の上に、Ａｌ2Ｏ3などからなる下地膜３を介して、薄膜コイル３２，３４を含む第３の階層Ｌ３と、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２を含む第１の階層Ｌ１と、薄膜コイル３１，３３を含む第２の階層Ｌ２とが順に積層された構造を有している。なお、図１９の断面において、薄膜コイル３２，３４、第１および第２の磁気抵抗効果素子２１，２２ならびに薄膜コイル３１，３３はＡｌ2Ｏ3などからなる絶縁膜Ｚ３，Ｚ１，Ｚ２によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。さらに、絶縁膜Ｚ２の上には、複数の電極膜４１〜４７（図１８に示す）が設けられている。