(57)【要約】【課題】検知する入力磁場とキャンセル磁場の差を可能な限り低減する磁気検出装置を提供する。【解決手段】基板１０と、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を少なくとも有し、所定の方向からの磁場を感知する感磁エリアを有する素子部２０と、素子部の感磁軸方向に沿って素子部の両側に近接して配置され、入力磁場を収束する磁気収束部３０と、感磁軸と略平行な方向を巻回軸として、導体で形成されたキャンセル磁場発生部７０と、素子部で検出した検出値に基づいて、キャンセル磁場発生部にフィードバック電流を印加し、キャンセル磁場発生部に入力磁場を減殺するキャンセル磁場を発生させる電気回路と、を備え、感磁エリアの重心及び磁気収束部の少なくとも一部は、キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に存在し、キャンセル磁場発生部の長さＬｃは、感磁軸と平行な方向における感磁エリアの最大長さＬｊよりも大きい。【選択図】図１
2019132719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を少なくとも有し、所定の方向からの磁場を感知する感磁エリアを有する素子部と、
前記素子部の感磁軸方向に沿って前記素子部の両側に近接して配置され、前記素子部に入力される入力磁場を収束する、少なくとも２つ以上の磁気収束部と、
前記感磁軸と略平行な方向を巻回軸として、導体をコイル状に巻回させて形成されたキャンセル磁場発生部と、
前記素子部で検出した検出値に基づいて、前記キャンセル磁場発生部にフィードバック電流を印加し、前記キャンセル磁場発生部に前記入力磁場を減殺するキャンセル磁場を発生させる電気回路と、を備え、
前記感磁エリアの重心及び前記磁気収束部の少なくとも一部は、キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に存在し、
前記感磁軸と平行な方向における前記キャンセル磁場発生部の長さＬｃは、前記感磁軸と平行な方向における前記感磁エリアの最大長さＬｊよりも大きい
磁気検出装置。
【請求項２】
前記感磁エリアはすべて、前記キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に存在する、請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記素子部は、前記基板上に少なくとも２つ以上存在し、感磁エリアを通して電気的に接続される、請求項１または２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記磁気収束部で挟まれた前記素子部は、感磁軸方向に関して、前記磁化自由層が分離されていない、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記素子部は、前記基板上に、前記磁化自由層、前記非磁性層、前記磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、前記磁化固定層の面積は前記磁化自由層の面積よりも小さく、
前記磁化固定層の面積に基づいて前記感磁エリアが定められる、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項６】
上面視における、前記素子部と前記磁気収束部の最小の間隔が、
前記磁気収束部の膜厚の５倍以下である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項７】
前記磁化自由層の最小の厚みが、前記磁気収束部の膜厚の最大の厚みよりも小さい、
請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項８】
前記キャンセル磁場発生部の感磁軸と平行な方向の長さであるＬｃと、
前記キャンセル磁場発生部の巻回径の最大の長さであるＤｃとが、
次の式（１）を満たしている、請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【数１】
2019132719.tif 000006
【請求項９】
前記感磁エリアを複数有し、
感磁軸方向に関して、
一方の端に配置された感磁エリアの一端Ｐ、
前記キャンセル磁場発生部の重心に最も近い感磁エリアの重心Ｇ、
他方の端に配置された感磁エリアの他端Ｑとし、
距離ＰＧと距離ＧＱのうち、長い方の距離をＬｊ２とした時、
前記Ｌｊ２と、
前記キャンセル磁場発生部の感磁軸と平行な方向長さであるＬｃとが、
次の式（２）を満たしている、請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【数２】
2019132719.tif 000007
【請求項１０】
前記素子部および前記磁気収束部のすべてが、前記キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項１１】
感磁軸方向における前記感磁エリア全体の重心位置は、前記キャンセル磁場発生部の重心位置と略一致する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁場を検出する磁気センサとして、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）効果やＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）効果を用いたＭＲセンサがある。
【０００３】
ＭＲセンサのうち、スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、非磁性体を強磁性体で挟んだ構造（強磁性体／非磁性／強磁性体）を有し、一方の磁性体の磁化を反強磁性体で固定（磁化固定層）し、もう一方の強磁性体（磁化自由層）の磁化は外部磁場に対して自由に回転できる構造が一般的である（スピンバルブ構造）。スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、外部からの入力磁場が加わり、磁化固定層の磁化と磁化自由層の磁化との相対角が変化すると、非磁性体である中間層を流れる電流が変化するため、磁場を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、微小な磁場で大きな磁気抵抗（ＭＲ）変化を示すことが知られており、主にハードディスクの磁気ヘッド等に用いられている。また、スピンバルブ型ＭＲ磁気センサは、ホール効果を用いた磁気センサ（ホール素子）と比較して高感度であること、つまり微小磁場の検出が可能であることが知られている（例えば、特許文献２または３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９９７６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１３８３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０５８２５号公報
【特許文献４】特開２０１４−２３５０４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｓ．  Ｃａｒｄｏｓｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ｐＴｅｓｌａ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ”  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ２０１４，  ２０，  ｐ．  ７９３−８０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、微小磁場を広範囲において高精度に検出可能な磁気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】
【０００８】
本発明の磁気検出装置は、基板と、前記基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を少なくとも有し、所定の方向からの磁場を感知する感磁エリアを有する素子部と、前記素子部の感磁軸方向に沿って前記素子部の両側に近接して配置され、前記素子部に入力される入力磁場を収束する、少なくとも２つ以上の磁気収束部と、前記感磁軸と略平行な方向を巻回軸として、導体をコイル状に巻回させて形成されたキャンセル磁場発生部と、前記素子部で検出した検出値に基づいて、前記キャンセル磁場発生部にフィードバック電流を印加し、前記キャンセル磁場発生部に前記入力磁場を減殺するキャンセル磁場を発生させる電気回路と、を備え、前記感磁エリアの重心及び前記磁気収束部の少なくとも一部は、キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に存在し、前記感磁軸と平行な方向における前記キャンセル磁場発生部の長さＬｃは、前記感磁軸と平行な方向における前記感磁エリアの最大長さＬｊよりも大きい。
【０００９】
ここで、キャンセル磁場発生部の包絡面は、キャンセル磁場発生部の外形を結んでできる仮想的な立体を構成する面を意味する。例えば、キャンセル磁場発生部が導体をコイル状に巻いて形成されている場合に、包絡面は、コイル状の導体を結んでできる円筒を構成する円筒面を含む。また、この例において、コイル状の導体が物理的に複数に分かれている場合に、複数のコイル状の導体を包括するように包絡面が構成され得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微小磁場を広範囲において高精度に検出可能な磁気検出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】磁気センサ部を含んで形成されたフルブリッジ回路を備える磁気検出装置の一例を示す構成図である。
【図２】磁気センサユニットの一例を示す構成図である。
【図３】磁気センサ部の一例を示す上面模式図である。
【図４】図３に示す磁気センサ部の断面模式図である。
【図５】磁気センサユニットの感磁軸方向を説明するための図である。
【図６】磁性体及び導電体の配置の一例を示す図である。
【図７】実施例１の上面模式図である。
【図８】実施例２の上面模式図である。
【図９】実施例３の上面模式図である。
【図１０】実施例４の上面模式図である。
【図１１】比較例１の上面模式図である。
【図１２】比較例２の上面模式図である。
【図１３】比較例３の上面模式図である。
【図１４】磁場強度の位置依存性を説明するための図である。
【図１５】感磁エリア長さ検討用のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１６】実施例１１の磁気センサ部特性の一例を示す図である。
【図１７】比較例１１の磁気センサ部特性の一例を示す図である。
【図１８】実施例１１の線形誤差の一例を示す図である。
【図１９】比較例１１の線形誤差の一例を示す図である。
【図２０】ＬｊおよびＬｊ２について説明するための図である。
【図２１】Ｌｊ２について説明するための図である。
【図２２】Ｌｊ２について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、微小磁場を広い磁場レンジにおいて高い精度で観測可能な磁気検出装置に関して以下のような鋭意検討を行った結果、高い磁気感度、広い測定可能磁場レンジ、高い線形性を兼ね備えた磁気検出装置を発明するに至った。
【００１３】
スピンバルブ型ＭＲ磁気センサの場合、内部の磁性体のスピンの相対角度の変化によって抵抗変化が起こる。この抵抗変化は磁性体の磁壁移動による影響を受ける。磁壁移動による磁化は非線形な振る舞いをするため、スピンバルブ型ＭＲ磁気センサによる磁場の検出値は、一般的に線形性が悪いという課題がある。
また、一定以上の磁場が印加され、スピンの相対角度の変化が起こらなくなると抵抗変化が止まる。つまりスピンバブル型ＭＲ磁気センサで検出可能な磁場レンジは、スピンの相対角度の変化が起こる領域に限定される。
【００１４】
ここで、磁気センサを高感度化するためには、軟磁性材料からなる磁気収束板を用いることができる。磁気収束板により磁束密度を高めることで、磁気収束板付近では磁場を増幅する効果が得られることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１５】
磁気収束板を用いる場合、磁気センサが感知する磁場は、外部からの入力磁場に対して大きくなるため、測定可能な磁場レンジは磁気収束板を用いない場合と比べて小さくなる。
【００１６】
このように、ＭＲセンサの抵抗変化を直接磁場の検出値に変換する方式では、感度を増加させることに伴って磁場レンジが小さくなり、またＭＲセンサの磁場の検出値は一般的に線形性が悪いため、微小磁場を広範囲において高精度に検出することは困難であった。
【００１７】
ここで、磁気検出の方式として、一般的にクローズドループ方式が知られており、コア付電流センサに主に用いられている。
【００１８】
これは、非測定電流が流れる導体を囲むリング状の磁性体コアに２次巻線を施し、被測定電流が生成する磁束を打ち消すように２次巻線にフィードバック電流を流す技術である。
【００１９】
被測定電流が生成する磁束とフィードバック電流が生成する磁束同士が打ち消しあい、磁性体コアの磁束が略ゼロとなる時、２次巻線に流れるフィードバック電流は被測定電流の１／Ｎ（Ｎ：２次巻線の巻き数）となることを利用して、被測定電流を測定する方式である。
【００２０】
このクローズドループ方式の場合、磁性体コアの磁束密度が、動作領域においてＢＨカーブの原点付近で一定になるように制御され、コアである磁性体の非線形性の影響を受けにくくなるため、高精度の電流センシングが可能となる（例えば、特許文献４参照）。
【００２１】
一般的なコア付電流センサの場合、前述のようにリング状のコアを用い、コアの中心部分（穴の部分）に測定対象の電流が流れる導体を配置する。この形状は、電線上の導体から同心円状に分布する磁場を効率的に集めるために有効な形状である。本発明者らは、前述のＭＲセンサと磁気収束板を組み合わせた磁気検出装置を、クローズドループ方式で動作をさせることで、測定可能な磁場レンジを拡大しつつ、磁気感度を増加させることができることを想到するに至った。
【００２２】
クローズドループ方式では、外部から入力磁場が印加された時に起こるＭＲセンサの電圧変化分に応じたフィードバック電流をコイルに流し、入力磁場と同じ強度で逆方向の磁場をＭＲセンサに印加する。そのため、理想的には、ＭＲセンサにかかる磁場は常に一定になる。
【００２３】
この時のフィードバック電流値は入力磁場に比例するため、フィードバック電流値を読み取ることで入力磁場の値を算出することができる。電流と磁場の換算に用いる比例係数は、コイルの形状によって決定され、この比例係数の線形性は、ＭＲセンサの磁場の検出値の線形性に比べて高いという特徴がある。
【００２４】
また、フィードバック電流を流した分だけ磁場を発生させられるので、測定可能な磁場レンジもコイル形状と流し得る電流の最大値に依存することになる。
【００２５】
すなわち、クローズドループ方式の場合には、測定可能な磁場レンジと磁場検出値の線形性は、理想的には、ＭＲセンサの抵抗変化に依存しないことになる。さらに、磁気収束板を用いた際には、ＭＲセンサを高感度に保つことができる。
【００２６】
そのため、クローズドループ方式のＭＲセンサに磁気収束板を組み合わせることで、微小磁場を広範囲において高精度に検出するという課題を解決できると考えた。しかし、単にＭＲセンサと磁気収束板を組み合わせてクローズドループ方式で動作させただけでは、磁場の検出値の線形性を十分に向上させることはできなかった。
【００２７】
発明者らは、ＭＲセンサが検知する領域での入力磁場の空間分布と、フィードバック電流が発生させるキャンセル磁場の空間分布に差異が存在すると、測定磁場の線形性を十分に確保することはできないことを新たに見出した。
【００２８】
これは、入力磁場とキャンセル磁場との差分のうち、キャンセルしきれなかった磁場成分が、ＭＲセンサに印加されることで、ＭＲセンサにかかる磁場が常に一定にはならなくなっているためであると考えた。
【００２９】
この構造の磁気検出装置において理想的な測定磁場の線形性を得るためには、外部からの入力磁場の空間分布とフィードバック電流が発生させるキャンセル磁場の空間分布とが一致していることが求められるが、広い磁場レンジと高感度を保ちつつ、検知領域での入力磁場とキャンセル磁場の差異を十分に低減する構成は、これまでになかった。
【００３０】
以下に説明するように、本発明の実施形態によれば、スピンバルブ型ＭＲ磁気センサの両側に、適切な形状と配置で薄膜磁気収束板を組み合わせ、クローズドループのためのキャンセル磁場発生部の内部に感磁エリアの重心を配置し、感磁軸方向の感磁エリア長さを小さくすることで、広い磁場レンジと高感度を保ちつつ、検知する入力磁場とキャンセル磁場の差を可能な限り低減することで、測定磁場の線形性も兼ね備えることが可能となる。
【００３１】
＜各構成部の説明＞
（磁気検出装置）
本実施形態に係る磁気検出装置は、磁気センサユニットと、キャンセル磁場を発生させる電気回路と、から構成される。磁気センサユニットは、磁気センサ部とキャンセル磁場発生部と、から構成される。磁気センサ部は、基板と、基板上に形成された素子部と、素子部に入力される入力磁場を収束する磁気収束部と、から構成される。磁気センサユニットは複数備えられていてもよい。例えば、磁気検出装置は、４つの磁気センサユニットを使ってブリッジ回路を構成してもよい。磁気検出装置は、電気ノイズを低減する目的で、ブリッジ回路を用いて電気回路に差動入力する方式を利用してもよい。磁気検出装置は、ブリッジ回路を形成する場合、一般的な固定抵抗や可変抵抗等を利用してもよい。
【００３２】
（磁気センサ部）
本発明における磁気センサ部は、磁場を感知する感磁エリアを有し、入力された磁場に応じて抵抗値が変化する部材である。磁気センサ部は、少なくとも基板と、基板上に形成された素子部と、素子部に入力される入力磁場を収束する磁気収束部と、から構成される。その他、磁気センサ部は、保護層、素子配線部、電極等を含んでいてもよい。素子部は複数形成され、素子配線部によって電気的に接続されていてもよい。上記材料に限らず、本発明の効果を損なわなければ、構成材料が追加されてもよい。磁気センサ部の構成要素として、キャンセル磁場発生部、キャンセル電流を発生させる電気回路は含まれない。
【００３３】
（基板）
基板は、素子部との絶縁ができる材料であれば、特に制限されない。導電性基板上に絶縁膜が形成されたものを基板としてもよい。通常利用される基板として、ガラスや、シリコン（Ｓｉ）基板上にＳｉＯ2熱酸化膜を形成したものが挙げられる。
【００３４】
（素子部）
素子部は、磁化自由層と、非磁性層と、磁化固定層と、を有し、第一の方向に延びる感磁軸を有する。素子部の積層順は、磁化自由層と、非磁性層と、磁化固定層とが、この順で積層されることが望ましいが、積層順序は問わない。また、感度向上の観点から、非磁性層は絶縁性の材料で形成されていることが望ましい。
【００３５】
第一の方向に延びる感磁軸とは、外部磁場に対する感度が最大となる方向が第一の方向である感磁軸を意味する。例えば、外部磁場Ｂの印加方向と感磁軸とが角度θだけ傾いているとき、磁気センサが感じる実効的な磁場Ｂｅｆｆは、「Ｂｅｆｆ＝Ｂｃｏｓθ」で表される。θ＝０、すなわち外部磁場の印加方向と感磁軸方向が一致している時、実効的な磁場が最大となるので、最も感度よく外部磁場を検知できる。本実施形態において感磁軸を確認するためには、本発明の磁気検出装置に対して後述する磁化自由層が十分に磁化するレベルの、一定強度の磁場を回転しながら印加し、抵抗値の角度依存性を測定すればよい。この時、最も抵抗が高く（または低く）なった時の方向が感磁軸方向である。
【００３６】
素子部は、三つの層（磁化自由層、非磁性層、及び磁化固定層）の上又は下、又は三つの層間に他の層が挿入されていてもよい。素子部の最上部には、酸化防止の観点から、非磁性のキャップ層を備えていることが好ましい。非磁性のキャップ層は、配線部との接続の観点から、Ａｕ、Ｒｕなどの導電性材料であることが好ましい。また、密着性の観点から、キャップ層と、磁化自由層又は磁化固定層との間にＴｉ、Ｔａなどの金属層を備えていることが望ましい。
【００３７】
素子部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、スパッタ法により形成することができる。また、複数の素子部を形成する場合、基板上に形成された積層膜を、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材を用いてドライエッチングやウェットエッチングすることにより形成することができる。この時、素子部の途中でエッチングを停止させることにより、素子部の形状が制御されてもよい。この場合、エッチング停止点より上側の層が、エッチング停止点の下側の層の上に複数部分に分かれて形成されていてもよい。また、エッチング停止点は任意に設定することができる。例えば、上側の層に磁化自由層と非磁性層の一部が含まれ、下側の層に非磁性層の一部、磁化固定層が含まれていてもよい。
【００３８】
また、上側の層に磁化自由層、非磁性層、磁化固定層、が含まれ、下側の層はそれ以外の層（例えばＴａ、Ｒｕなど）で構成されていてもよい。また、磁化固定層の位置は限定されない。磁気収束部の形状と、磁化自由層の形状と、これらの位置関係とによって、磁化自由層内での磁化分布は変化するため、構造に応じて適切な位置に配置してもよい。積層膜の磁化容易軸を決定するために、磁化容易軸にしたい方向と平行に、成膜中に磁場が印加されてもよい。ここで、磁化容易軸とは、磁性体のもつ磁気異方性の特性により、磁化されやすい方向のことを意味する。磁気異方性は、磁性体の形状によって決まる形状磁気、結晶方位によって決まる形状磁気異方性、磁性原子の配列によって起こる誘導磁気異方性などにより決定される。また、積層膜を成膜後に、磁場中で熱処理を行うことで、磁化容易軸が決定されてもよい。また、磁化自由層を上面視で細長い形状に加工することで、磁化容易軸が決定されてもよい。
【００３９】
反磁場を低減し、より高い感度を得るという観点から、磁化自由層の面積は、磁化固定層の面積よりも大きいことが好ましい。ここで、磁化自由層の面積、また、磁化固定層の面積とは、素子部を上面視した際の各層の面積を意味する。磁化自由層上に磁化固定層を作製する場合、上面視で磁化固定層の面積を磁化自由層の面積よりも小さくした方が、より単純な加工プロセスで磁気検出装置を作製することができる。
【００４０】
（磁化自由層）
磁化自由層は、外部磁場によって容易に磁化される強磁性材料で主に構成される。磁化自由層は、一つの材料で構成される必要はなく、多層膜であってもよい。強磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＳｉＢなどが用いられるがこの限りではない。磁化自由層は、磁気感度向上のため、磁化自由層中にＲｕやＴａなどの非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。
【００４１】
磁化自由層の形状は問わないが、より高い感度を得るためには、反磁場を減らすよう、膜厚方向の長さが小さく、感磁軸方向の長さが長いことが好ましい。具体的には、膜厚方向長さは２００ｎｍ以下が望ましく、１００ｎｍ以下がさらに望ましい。感磁軸方向長さは、１０μｍ以上が望ましく、５０μｍ以上がさらに望ましく、１００μｍ以上がさらに望ましい。感磁軸及び膜厚と垂直な方向の長さは、センサ出力の連続性を保つため、感磁軸方向長さ以上であることが好ましい。
【００４２】
（非磁性層）
非磁性層は、絶縁性の非磁性材料で構成される。一般的に、ＴＭＲ素子の場合はＡｌ2Ｏ3やＭｇＯ等の絶縁材料が用いられるが、この限りではない。高磁気感度化のため、非磁性層にＭｇＯを利用することが好ましい。なお、非磁性層の微細加工形状は問わない。
【００４３】
（磁化固定層）
磁化固定層は、外部磁場によって磁化方向が容易に変化しないように、強磁性材料を主に用いて構成される。磁化固定層は、一つの材料で構成される必要はなく、多層膜であってもよい。一例としては、磁化固定層は、強磁性材料を反強磁性材料でピン止めした構造が用いられる。軟磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅなどが用いられるがこの限りではない。磁気感度向上のため、磁化固定層中にＲｕやＴａなどの非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。反強磁性材料としてＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどが用いられるが、この構成に限定されない。なお、磁化固定層の微細加工形状は問わない。
【００４４】
（感磁エリア）
本実施形態に使用される磁気センサは、磁化固定層と磁化自由層の界面のスピンの相対角度によって抵抗値が変化し、磁気を検出する。磁化固定層と磁化自由層の界面の領域は、磁化自由層と磁化固定層のうち、上面面積が小さい方で定められる。上面視における磁化自由層と磁化固定層のうち、面積が小さい方を感磁エリアとする。
【００４５】
感磁軸方向における、感磁エリア（複数ある場合はすべて含める）の一端（一方の端、例えば左端）から他端（他方の端、例えば右端）までの長さの最大値をＬｊと定義する。感磁エリアが複数存在する場合、複数の感磁エリアの重心のうちで、感磁軸方向において、後述するキャンセル磁場発生部の重心に最も近いものを感磁エリアの重心Ｇとする。感磁エリアすべてにおいて、一方の端に配置された感磁エリアの一端Ｐと他方の端に配置された感磁エリアの他端Ｑとを定めた場合に、距離ＰＧと距離ＧＱのうち、長い方の距離をＬｊ２とする。つまり、感磁エリアすべてにおいて、重心Ｇから遠い側の端Ｐと重心Ｇとを結んだ距離ＰＧを、Ｌｊ２と定義する。ここで、重心Ｇから同じ距離だけ離れた最も遠い感磁エリアの端が複数ある場合（例えば右端Ｐおよび左端Ｑがある場合）、いずれの距離も（例えば距離ＰＧおよび距離ＧＱのどちらも）Ｌｊ２とする。
【００４６】
例えば、図２０は長さＬｊおよびＬｊ２を説明するための図である。図２０では、後述するキャンセル磁場発生部に対応する導電体７００が示されている。導電体７００は感磁軸と平行な方向における長さＬｃを有する。また、図２０では、感磁軸方向に交互に配置される磁性体３００と磁性体２１０とが示されている。また、磁性体２１０が有する磁化固定層２３によって感磁エリアが定められる。図２０では、複数（４つ）の磁化固定層２３が示されている。つまり、図２０の例は、感磁エリアが複数存在する場合に対応する。
【００４７】
図２０の例では、中央の磁性体３００の左右にある２つの磁性体２１０のそれぞれが感磁エリアの重心を有する。このうち、キャンセル磁場発生部の重心Ｒにより近い、右方の磁性体２１０の感磁エリアが上記の重心Ｇを有する。また、図２０の例では、左方の磁性体２１０の感磁エリアの左端が上記の一端Ｐに対応する。また、図２０の例では、右方の磁性体２１０の感磁エリアの右端が上記の他端Ｑに対応する。そして、一端Ｐから他端Ｑまでの長さがＬｊに対応する。また、重心Ｇを基準として、一端Ｐまでの距離（距離ＰＧ）と、他端Ｑまでの距離（距離ＧＱ）とを比較すると、距離ＰＧの方が長い。そのため、図２０の例では、距離ＰＧがＬｊ２に対応する。
【００４８】
例えば、図２１はＬｊ２を説明するための別の構成例を示す図である。図２１では、２つの磁性体３００と、その間にある１つの磁性体２１０と、導電体７００と、が示されている。感磁軸方向において、キャンセル磁場発生部（導電体７００が対応）の重心Ｒと、上記の重心Ｇとは同じ位置にある。そして、磁性体２１０が有する２つの磁化固定層２３の感磁軸方向の左端Ｐおよび右端Ｑは揃っている。図２１の例では、距離ＰＧと距離ＧＱとが同じ長さであり、重心Ｇから同じ距離だけ離れた最も遠い感磁エリアの端が複数ある場合に対応する。よって、図２１に示すように、距離ＰＧおよび距離ＧＱのどちらもＬｊ２に対応する。
【００４９】
例えば、図２２はＬｊ２を説明するためのさらに別の構成例を示す図である。図２２は、図２１と異なり、磁性体２１０が有する２つの磁化固定層２３によって定められる２つの感磁エリアの重心の位置が異なる。図２２において、その他の構成は図２１と同じである。図２２において、２つの感磁エリアの重心ｇ１および重心ｇ２のうち、キャンセル磁場発生部の重心Ｒに近い重心ｇ２が上記の重心Ｇとなる。また、図２２に示すように、２つの感磁エリアを合わせて１つの感磁エリアであるように扱って、左端Ｐおよび右端Ｑが定められる。重心Ｇを基準として、距離ＰＧと距離ＧＱとでは、距離ＰＧの方が長い。そのため、図２２の例では、距離ＰＧがＬｊ２に対応する。
【００５０】
ここで、キャンセル磁場発生部の磁場と入力磁場の誤差を低減するためには、Ｌｊ及びＬｊ２が小さいことが望ましい。後述するキャンセル磁場発生部で作られた磁場には分布が存在するが、Ｌｊ，Ｌｊ２が小さい場合、磁場を感知するエリアにおいては、一様に入力された磁場との差異が小さくなる（一様な磁場を感知する場合に近くなる）ためである。一方、センサ自身の電気的ノイズの観点からは、感磁エリアのサイズの平方根に反比例することが知られており、感磁エリアのサイズは大きい方が好ましい。具体的には、感磁エリアサイズは、１００μｍ2以上であることが望ましく、１０００μｍ2以上である方がさらに望ましい。
【００５１】
（磁気収束部）
磁気収束部は軟磁性体材料により構成される。軟磁性体材料として、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅＣｕＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＮｉＦｅＮｂなどが挙げられるがこの限りではない。磁気収束部はスパッタ法やめっき法によって作成することができる。磁気収束部は、市販の軟磁性薄膜を張り付けて作成されても良い。
【００５２】
磁気センサにおいて、より高い感度を得るためには、前述した磁化自由層と同様、磁気収束部の感磁軸方向の反磁界が小さいことが望ましい。反磁界を小さくするためには、薄膜状であり、感磁軸方向に長い方が望ましい。しかし、膜厚が薄すぎると、磁気収束部自身の磁化は増加しやすくなるが、空間中での磁場減衰が激しくなるため、素子部に流入する磁場が小さくなる。すなわち、効果的な磁気増幅が出来なくなる。そのため、ある程度の厚さがある方が望ましい。具体的には、磁気収束部の厚みＴｆｃは磁化自由層厚さＴｆｒより大きいことが望ましく、１μｍ〜１００μｍであることがさらに望ましい。数値は磁気収束部の長さ、幅等、形状によって反磁場の効果が異なるため、この限りではない。また、磁化自由層厚さＴｆｒおよび磁気収束部の厚みＴｆｃは複数の値をとり得る。磁化自由層の最小の厚みＴｆｒが、磁気収束部の膜厚のうち最大の厚みＴｆｃより小さいことが望ましい。
【００５３】
効率的な磁気増幅の観点から、感磁軸方向において、磁気収束部と磁化自由層の間隔Ｄｆｃｆｒは、小さい方が望ましい。効果的に磁気増幅できるＤｆｃｆｒの間隔は、磁気収束部の厚みＴｆｃによって変化し、Ｔｆｃの値が大きいほうが望ましい。具体的には、Ｄｆｃｆｒ＜Ｔｆｃであることが望ましい。磁気センサにおいて、より高い感度を得るためには、上面視で、複数の磁気収束部で挟まれた領域に、素子部が存在するように形成することが望ましい。磁気収束部は、上面視で素子部の一部と重複しても構わない。また、磁気収束部と磁化自由層の間隔Ｄｆｃｆｒは複数の値をとり得る。上面視における最小の間隔Ｄｆｃｆｒが、磁気収束部の膜厚（厚みＴｆｃ）の５倍よりも小さいことが望ましい。また、上面視における最小の間隔Ｄｆｃｆｒが、磁気収束部の厚みＴｆｃよりも小さいことがさらに望ましい。
【００５４】
（保護層）
保護層は、素子部、素子配線部、磁気収束部、磁場発生部などの絶縁を保つために用いる。保護層の材料は、素子部、素子配線部、磁気収束部及び磁場発生部を絶縁可能なものであれば特に制限されず、一例として酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムが挙げられる。保護層は素子部の表面全体を覆うように形成され、素子部と素子配線部との接合部分や、素子配線部に連続して形成された電極上には通電窓（すなわち、開口部）が存在する。本実施形態において通電窓の位置や形状は限定されない。
【００５５】
（素子配線部）
素子配線部は、絶縁層上に形成された通電窓を介して電極と素子部とを接続する。複数の磁気センサ部を、直列接続又は並列接続する場合、素子配線部は、素子部同士を電気的に接続するためにも用いられる。密着性の観点から、キャップ層と素子配線部の間にＴｉ、Ｔａなどの層を備えていることが望ましい。素子配線部の材料としては、素子部同士、また、電極間を電気的に接続することが可能な導電性の材料（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｒｕなど）であれば特に制限されない。素子配線部は単一の材料で形成されていてもよく、複数の材料が混合又は積層されて形成されていてもよい。素子配線部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、素子部の全面に、蒸着法やスパッタ法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること（すなわち、リフトオフ法）により形成することができる。
【００５６】
（電極）
電極は、電気回路を構成する際の接続等に用いる。密着性の観点から、基板と電極との間にＴｉ、Ｔａなどの層を備えていることが望ましい。基板上に素子部を残し、その上部に電極が作製されてもよい。電極の材料としては、素子配線部同様、導電性の材料（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｒｕなど）であれば特に制限されないが、素子特性の観点から、酸化されにくい材料（Ａｕ、Ｒｕなど）である方が好ましい。電極は単一の材料で形成されていてもよく、複数の材料が混合又は積層されたものであってもよい。電極は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、積層部の全面に、蒸着法やスパッタ法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること（すなわち、リフトオフ法）により形成することができる。プロセス工数の観点から、素子配線部と同時に作製することが望ましい。
【００５７】
（キャンセル磁場発生部）
キャンセル磁場発生部は、磁気センサ部で検出した磁場の値（検出値）に基づいてフィードバック電流を流すことで、入力磁場を減殺するためのキャンセル磁場を発生するために用いる。キャンセル磁場を発生させる際に、流れたフィードバック電流の値を検出することで、入力磁場を検知することができる。外部からの入力磁場を打ち消すようにキャンセル磁場が形成されるため、フィードバック電流が電気回路に流し得る最大値となるまでは、素子部にかかる磁場は常に一定となる。したがって、測定可能な磁場レンジは素子自身が飽和する磁場ではなく、フィードバック電流が流れるキャンセル磁場発生部の形状と、流し得る電流の最大値に依存する。
【００５８】
前述のようにスピンバルブ型ＭＲ磁気センサの磁気感度と測定可能磁場レンジはトレードオフの関係にあるが、キャンセル磁場発生部と磁気センサ部を組み合わせることで、磁気感度と測定可能磁場レンジのトレードオフを解消することができる。キャンセル磁場発生部は、例えばソレノイドコイルやヘルムホルツコイルのように、非磁性材料に電線（導体の一例）をコイル状に巻回させて形成することができる。非磁性材料は、Ａｌ等の金属や樹脂材料が利用できる。公知であるように、電線の巻回回数を調整することで、電流と磁場の換算率を決定することができる。電線を均一に巻回できれば非磁性材料の形状は問わない。電気的に絶縁されていれば、非磁性材料を使用せず、磁気センサ部の周囲に直接巻回されてもよい。キャンセル磁場発生部は、絶縁保護層などを介して磁気センサ部と絶縁されていれば、スパッタ法やフレームめっき法等により、磁気センサ部に近接して作製されても良い。巻回することによって作成されたキャンセル磁場発生部の断面形状は、内部に磁気センサ部を配置できれば制限されない。作製のしやすさの観点から、円、楕円、多角形であることが望ましい。
【００５９】
キャンセル磁場発生部によって発生する磁場は、通常、中央の磁場が最も高く、端に近づくにしたがって小さくなるような空間分布を有する。フィードバック磁場は、入力磁場と一致するのが理想であるが、現実には前述のような磁場の空間分布が存在する。フィードバック磁場の分布を限りなく入力磁場の分布に近づけるためには、フィードバック磁場がほとんど一定であるとみなせる微小領域において、磁気検出を実施すればよい。
【００６０】
その為には、感磁エリア全体の重心、および素子部の両側に配置される磁気収束部の少なくとも一部は、キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に配置される必要がある。また、感磁エリア全体の長さは、キャンセル磁場発生部の巻回軸方向の長さよりも小さい必要がある。キャンセル磁場発生部の中心軸に関して、感磁エリアが対称に配置されていれば、感磁エリアのすべてがキャンセル磁場発生部の包絡面の内側に存在しなくてもよいが、より線形性を高める観点から、感磁エリアはすべてキャンセル磁場発生部の包絡面の内側に配置される方が望ましい。
【００６１】
また、感磁軸方向における感磁エリアの最大長さＬｊは、感磁軸方向におけるキャンセル磁場発生部の長さＬｃに対して、十分小さいことが望ましい。具体的には、Ｌｃ／Ｌｊ＞５であることが望ましく、Ｌｃ／Ｌｊ＞５０であることが望ましく、Ｌｃ／Ｌｊ＞１００であることがさらに望ましい。
【００６２】
充分なＬｃを確保した上で全体のサイズを抑制するため、磁気センサ部がキャンセル磁場発生部に覆われてしまうことがさらに望ましい。言い換えると、素子部、磁気収束部のすべてがキャンセル磁場発生部の包絡面の内側に配置されることが望ましい。
【００６３】
また、キャンセル磁場発生部の磁場分布が最も小さくなるのは、キャンセル磁場発生部の重心付近であるため、感磁エリアにおける磁場分布を抑制し、より高い線形性を得るためには、感磁エリア全体の重心位置とキャンセル磁場発生部の重心位置とが一致していることが望ましい。ここで、感磁エリア全体の重心位置とキャンセル磁場発生部の重心位置とは完全に一致する必要はなく、概ね一致（略一致）すればよい。許容され得る重心位置のずれは、一例として感磁軸方向におけるキャンセル磁場発生部の長さＬｃの１／１０であるが、これに限定されるものではない。
【００６４】
感磁エリア全体の重心位置と、キャンセル磁場発生部の重心位置とが一致しない場合でも効果を発揮するためには、感磁軸方向に関して、一方の端に配置された感磁エリアの一端Ｐ、キャンセル磁場発生部の重心に最も近い感磁エリアの重心Ｇ、他方の端に配置された感磁エリアの他端Ｑとし、距離ＰＧと距離ＧＱのうち、長い方の距離をＬｊ２とした時、Ｌｊ２と、キャンセル磁場発生部の巻回軸方向長さであるＬｃとが、Ｌｃ／Ｌｊ２＞５を満たしていることが望ましい。
【００６５】
キャンセル磁場発生部は、巻回径が極端に大きいと電磁変換効率が小さくなり、小さいと形成することが難しくなる。そのため、キャンセル磁場発生部の感磁軸方向の長さＬｃと、キャンセル磁場発生部の巻回径の最大長さＤｃとが、下記の式（１）を満たしていることが望ましく、下記の式（２）を満たしていることがさらに望ましい。
【００６６】
【数１】
2019132719.tif 000003
【００６７】
【数２】
2019132719.tif 000004
【００６８】
（電気回路）
電気回路には、一般的なオペアンプを利用することができる。例えばオペアンプの出力を、キャンセル磁場発生部に対して入力磁場と反対の向きの磁場を発生するように接続することで、磁気センサ部で検知する磁場が減殺され、平衡するように動作する。電気回路はオペアンプを２つ以上使って構成してもよい。
【００６９】
電磁ノイズを低減する目的で、磁気センサ部から電気回路までの配線を短くし、電磁シールドを施した上で、オペアンプを用いて信号増幅することが望ましい。高周波ノイズを低減する目的から、ローパスフィルタが使用されてもよい。ＤＣノイズをカットする目的から、ハイパスフィルタが使用されてもよい。電流検出器としては、固定抵抗を配置し、両端の電圧を測るのが簡便である。
【００７０】
（固定抵抗）
固定抵抗には、一般的な金属皮膜抵抗、またはチップ抵抗を用いることができる。サイズを小さくする観点から、チップ抵抗を用いることが望ましい。
【００７１】
＜第一実施形態＞
（構成）
まず、第一実施形態における磁気検出装置の構成を示す。図１は、磁気センサユニット１００の磁気センサ部１と、固定抵抗８１〜８３で形成されるブリッジ回路を備えた、磁気検出装置１０００の一例を示す概略構成図である。図２は、磁気センサユニット１００の一例を示す概略構成図である。図２のＭＲは、磁気センサ部１の素子部を模式的に示す。また、図２のＦＣは、磁気センサ部１の磁気収束部を模式的に示す。また、図２のコイル部分は、キャンセル磁場発生部７０を模式的に示す。
【００７２】
磁気検出装置１０００のブリッジ回路は、電源の正極側（＋）、固定抵抗８１、磁気センサ部１、電源の負極側（−）の順に接続され、固定抵抗８１と磁気センサ部１との接続点に端子Ｔａをもつ磁気センサ群と、電源の正極側（＋）、固定抵抗８２、固定抵抗８３、電源の負極側（−）の順に接続され、固定抵抗８２と固定抵抗８３との接続点に端子Ｔｂをもつ磁気センサ群と、が並列に接続されて構成される。
【００７３】
端子Ｔａの信号と端子Ｔｂの信号は電気回路としてのオペアンプＡＭＰに入力される。オペアンプＡＭＰの出力はキャンセル磁場発生部７０の一端に接続され、キャンセル磁場発生部７０の他端は電流検出器９０を介して接地される。
【００７４】
このように構成することで、磁気センサ部１を含むブリッジ回路からの信号を、オペアンプＡＭＰからなる電気回路を介してキャンセル磁場発生部７０に供給し、電流検出器９０の検出電流を、磁気センサ部１にかかる磁場の量に応じた電流値として読み取ることにより、入力磁場の強度を検出することができる構成になっている。
【００７５】
次に磁気検出装置１０００に使用される磁気センサユニット１００の構成を示す。図３は第一実施形態にかかる磁気センサ部１の一例を示す上面模式図であって、図４は図３のＡ−Ａ断面を示す模式図である。なお、図３では、基板１０及び各種保護層は簡単のために省略している。
【００７６】
図３及び図４に示すように、第一実施形態にかかる磁気センサ部１は、基板１０と、基板１０上に配置された素子部２０と、素子部２０を覆う保護層４０と、保護層４０に形成された通電窓４０ａを通じて素子部２０と接続される素子配線部５０と、素子配線部５０及び保護層４０を覆う保護層４１と、を備え、さらに、保護層４１上にシード層３１を介して磁気収束部３０を備える。このようにして磁気センサ部１が形成される。
【００７７】
ここで、磁気センサ部１中の素子部２０と磁気収束部３０の配置の仕方について述べる。素子部２０と磁気収束部３０は、上面視で、略感磁軸に沿って並ぶように配置される。
【００７８】
素子部２０は、磁化自由層２１、非磁性層２２、および磁化固定層２３がこの順に積層されたものであり、一つの磁化自由層２１上に、非磁性層２２と磁化固定層２３とで形成された積層体が複数形成され、これら複数の積層体が、磁気収束部３０を区画する辺のうち第一の方向（素子部２０の感磁軸方向）に略直交する線に沿って配置されている。図３では、一つの磁化自由層２１上に、非磁性層２２と磁化固定層２３とで形成された二つの積層体が配置されている。
【００７９】
上記のように形成した磁気センサ部１とは別に、非磁性材料に電線を巻いて形成したキャンセル磁場発生部７０を用意し、磁気センサ部１が、キャンセル磁場発生部７０の中に内包され、磁気センサ部１の感磁軸方向と、キャンセル磁場発生部７０の巻回軸が略平行になるよう、図５のように組み合わせる。これが磁気センサユニット１００の構成である。
【００８０】
（製造方法）
次に、第一実施形態にかかる磁気センサユニット１００の製造方法を示す。以下に示す製造方法は一例であって、必ずしも以下の方法で作製する必要はない。
【００８１】
まず、基板１０上に、スパッタ法などの公知の方法で、強磁性層と非磁性層とで形成される積層膜を成膜する。次に、この積層膜上に、フォトリソグラフィー法等により、マスク部材を形成する。マスク部材は、積層膜上に所望の箇所で所望の形状で形成してよい。
【００８２】
次に、このマスク部材で覆われていない積層膜の部分を、イオンミリング等の公知の方法でエッチングする。これにより、基板１０上の積層膜を所望の平面形状に加工する。この時、所望の平面形状に加工された積層膜（積層部）は基板１０の面内に複数あってもよい。
【００８３】
次に、この積層部上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。この時マスク部材の開口部は、積層部の平面積より小さくなるように形成される。次に、このマスク部材で覆われていない積層部を、イオンミリング等の公知の方法でエッチングする。このとき、積層膜中に存在する「強磁性層／非磁性層／強磁性層」構造の、非磁性層付近でエッチングを止める。この時、下側の強磁性層が一部エッチングされてもよい。これにより、基板１０に接していない非磁性層／強磁性層の第一の方向における寸法が、基板１０と接する強磁性層より小さく形成される。その結果、強磁性層で形成された磁化自由層２１、非磁性層２２、強磁性層で形成された磁化固定層２３で構成された素子部２０が、基板１０上に形成される。
【００８４】
次に、素子部２０上にＣＶＤ法等公知の方法で絶縁膜を製膜する。この絶縁膜上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらにＲＩＥなど公知の方法で絶縁膜をエッチングし、通電窓４０ａ用の開口部を形成する。これにより、通電窓４０ａを有する保護層４０が形成される。
【００８５】
次に、この保護層４０上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。さらに、スパッタ法等公知の方法で金属薄膜を製膜し、マスク部材とマスク部材上の金属薄膜を除去することで、素子配線部５０を形成する。
【００８６】
さらに、スパッタ法等公知の方法で、磁気収束部３０及びシード層３１との絶縁をとるために保護層４１を形成する。
【００８７】
さらに、スパッタ法等公知の方法でめっきのベースとするシード層３１を形成する。
【００８８】
さらに、このシード層３１上に、フォトリソグラフィー法等でマスク部材を形成する。次に、電解めっき等の公知の方法でマスク部材の開口部にめっき膜を形成することで、磁気収束部３０を形成した後、マスク部材を除去する。次に、イオンミリング等公知の方法で、表面全体を覆っているシード層３１および保護層４０（磁気収束部３０と保護層４０との間に存在する部分以外）を除去する。
【００８９】
以上の工程により、図３および図４に示す本実施形態の磁気センサ部１を得ることができる。
【００９０】
さらに、前述のとおり磁気センサ部１とキャンセル磁場発生部７０を組み合わせて固定することで、図５に示す磁気センサユニット１００を得ることができる。
【００９１】
このように構成される磁気センサユニット１００を用いてブリッジ回路を形成し、ブリッジ回路の二つの出力電圧をオペアンプ等の電気回路に差動入力し、このときの電流、つまりフィードバック電流を読み取ることにより、磁気センサ部にかかる磁場の量を知ることができる。この方法を用いることで、前述したように、優れた感度特性を維持しつつ、広い磁場レンジを有する磁気検出装置を実現することができる。
【００９２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例および比較例について説明する。以下に示す実施例及び比較例では、キャンセル磁場発生部７０の構造を変化させて磁気シミュレーションを行い、磁気感度に対応する磁気の増幅率に関して検討した。
【００９４】
［磁気シミュレーション］
以下に示す実施例１〜４及び比較例１〜３では、有限要素法による磁場解析シミュレーションを行った。
【００９５】
磁場解析シミュレーションでは、任意の形状、透磁率の磁性体や電流を流すことのできる導電体をコンピュータ内の仮想空間上に作製することができる。形状を定義された磁性体を、任意の大きさの小領域に区切り、磁場を印加すると、磁性体中の各小領域の磁化状態を計算することができる。磁性体の磁化の値の大小は、感度の増幅率と対応している。
そこで、磁性体群と導電体として、磁気収束部３０に対応する磁性体３００と、磁化自由層２１に対応する磁性体２１０と、磁化固定層２３に対応する感磁エリア２３０と、キャンセル磁場発生部７０に対応する導電体７００とを定義し、これらの磁性体、感磁エリア、導電体を仮想空間上に配置した。
【００９６】
ここで、導電体７００に流れる電流Ｉｃｏｉｌと、その時に発生する磁場Ｈｃｏｉｌは、電磁変換係数βを使って次式のように表すことができる。
Ｈｃｏｉｌ＝Ｉｃｏｉｌ×β
【００９７】
外部からの磁場Ｈｅｘを印加したときと、導電体からの磁場Ｈｃｏｉｌを印加した時では、これらの磁化率が同じとき、外部からの磁場Ｈｅｘと導電体からの磁場Ｈｃｏｉｌは一致しているはずである。すなわち、既知の磁場Ｈｅｘを磁性体に印加したときの磁化率Ｍを検出しておき、導電体に電流を流した時に磁化率Ｍが一致する点を選べば、上式を解くことができる。
【００９８】
下記では、磁化自由層に対応する磁性体に関しては、磁場印加方向に伸びる辺を「自由層長さ」、厚み方向の辺を「自由層厚さ」、長さと厚さの両方に垂直な方向に伸びる辺を「自由層幅」と記載する。ここで、磁場印加方向は上記の感磁軸方向に平行である。また、自由層厚さは、磁化自由層厚さＴｆｒに対応する。
【００９９】
また、磁気収束部に対尾する磁性体に関しては、磁場印加方向に伸びる辺を「収束部長さ」、厚み方向の辺を「収束部厚さ」、長さと厚さの両方に垂直な方向に伸びる辺を「収束部幅」と記載する。
【０１００】
また、導電体に関しては、巻回軸方向の大きさを「導電体長さ」、巻回方向の最大の大きさを「導電体径」と記載する。ここで、仮想空間において、巻回軸方向は感磁軸方向に平行である。
【０１０１】
仮想空間上では、磁気センサ部１の磁化自由層２１と対応する磁性体２１０を、自由層長さＬｆｒ［μｍ］、自由層幅を１４０μｍ、自由層厚さ０．０７μｍ、透磁率２０００とした。
【０１０２】
また、磁気センサ部１の磁化固定層２３に対応する部分を感磁エリア２３０とし、感磁エリア長さを４０μｍ、感磁エリア幅を２８μｍとした。
【０１０３】
感磁エリア２３０の位置は、上面視で、磁性体２１０の中央部とした。上述の通り、感磁軸方向における、すべての感磁エリアを含んだ最大長さをＬｊと定義する。例えば、感磁軸方向長さである４０μｍの感磁エリアの間に、間隙が１００μｍあったとすると、Ｌｊ＝１８０μｍとなる。
【０１０４】
さらに、磁気センサ部１の磁気収束部３０と対応する磁性体３００を、収束部長さＬｆｃ［ｍｍ］、収束部幅１ｍｍ、収束部厚さＴｆｃ［μｍ］、透磁率２０００とした。
【０１０５】
この時の磁性体２１０と磁性体３００の感磁軸方向の間隙はＤｆｃｆｒ［μｍ］とし、磁性体２１０と磁性体３００の重心が一致するように配置した。
【０１０６】
また、磁気センサユニット１００のキャンセル磁場発生部７０に対応する導電体７００とした。導電体７００は、０．２ｍｍ径の導線要素を導電体径Ｄｃ［ｍｍ］としてリング状に形成し、これをＮ個並べて導電体長さＬｃ［ｍｍ］とした。すなわち、０．２×Ｎ＝Ｌｃ［ｍｍ］となる。
【０１０７】
ここで、各磁性体及び導電体の長さ、厚さ等の値、および配置は各実施例、比較例によって異なる。配置の例を図６に示す。
【０１０８】
後述する各実施例、比較例において、−Ｘ側から＋Ｘ側に向けて、１０ｎＴの磁場を印加したときの、
・感磁エリア２３０の平均磁化率Ｍ［Ｔ］
・電磁変換係数β［ｕＴ／ｍＡ］
・磁性体２１０の自由層長さ方向の磁化分布Ａ
を取得した。
【０１０９】
また、後述する各実施例、比較例では、導電体７００に１μＡ電流を印加したときの、磁性体２１０の自由層長さ方向の磁化分布Ｂを取得した。
【０１１０】
磁化の大きさは、前述したようにセンサの抵抗変化に対応する。すなわち、磁化が大きいほど感度が高いと言える。
【０１１１】
電磁変換係数βはキャンセル磁場発生部に単位電流を流した時に発生する磁場発生量である。同じ電流量で得られる磁場が大きいほど測定可能磁場レンジが大きくなるので、βが高いほど測定可能磁場レンジが広いと言える。
【０１１２】
磁化に分布が存在すると、その分センサの抵抗変化に影響を与える。すなわち、「入力磁場で作られた磁場と、キャンセル磁場で作られた磁場のずれ」は、「磁化分布Ａと磁化分布Ｂのずれ」に対応しており、線形性に影響を与える。すなわち、磁化分布Ａと磁化分布Ｂのずれの程度が小さいほど、線形性が高いと言える。
【０１１３】
下記各実施例、比較例においては、上述した感度、測定可能磁場レンジ、線形性の３つを比較し、本発明によって上記３つの項目が、比較例に対して高いことを示す。
【０１１４】
［実施例１］
実施例１の上面模式図を図７に示す。
実施例１では、まず１つの磁性体２１０をＬｆｒ＝１００μｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。感磁軸方向に関して、磁性体２１０は分離されていない。
次に２つの磁性体３００をＬｆｃ＝５ｍｍ、Ｔｆｃ＝１０μｍとして定義し、磁性体２１０の両側に、Ｄｆｃｆｒ＝４μｍとして配置した。
次に導電体７００をＬｃ＝１０ｍｍ、Ｄｃ＝６ｍｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝４．４３×１０-4［Ｔ］となった。
導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝２．２５×１０-4［Ｔ］となった。
上記平均磁化率Ｍの比率から、導電体７００に電流１μＡを流した時にかかっている磁場を算出したところ、５．０６ｕＴ／ｍＡとなった。
次に、感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ａと、導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ｂを取得した。
磁化分布Ａ，Ｂはそれぞれ、磁性体２１０の中央部を、感磁軸方向を５μｍピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は２８μｍとした。
磁化分布Ａに対して磁化分布Ｂがどれだけずれているかを、
｛１−（磁化分布Ｂ／磁化分布Ａ）｝×１００  ［％］
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔＭは、−０．０００４９％となった。
【０１１５】
［実施例２］
実施例２の模式図を図８に示す。
実施例２では、まず２つの磁性体２１０をＬｆｒ＝１００μｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
この時、２つの磁性体２１０は、感磁軸方向に並べて配置し、間隙が４μｍとなるようにした。
次に２つの磁性体３００をＬｆｃ＝５ｍｍ、Ｔｆｃ＝１０μｍとして定義し、磁性体２１０の両側に、Ｄｆｃｆｒ＝４μｍとして配置した。
次に導電体７００をＬｃ＝１２ｍｍ、Ｄｃ＝６ｍｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝２．４４×１０-4［Ｔ］となった。
導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝１．３２×１０-4［Ｔ］となった。
上記平均磁化率Ｍの比率から、導電体７００に電流１μＡを流した時にかかっている磁場を算出したところ、５．４１ｕＴ／ｍＡとなった。
次に、感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ａと、導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ｂを取得した。
磁化分布Ａ，Ｂはそれぞれ、磁性体２１０の中央部を、感磁軸方向を５μｍピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は２８μｍとした。
磁化分布Ａに対して磁化分布Ｂがどれだけずれているかを、
｛１−（磁化分布Ｂ／磁化分布Ａ）｝×１００  ［％］
として算出すると、感磁エリア端でのずれ量ΔＭは、＋０．００１３％となった。
【０１１６】
［実施例３］
実施例３の模式図を図９に示す。
実施例３では、まず１つの磁性体２１０をＬｆｒ＝１００μｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。感磁軸方向に関して、磁性体２１０は分離されていない。
次に２つの磁性体３００をＬｆｃ＝５ｍｍ、Ｔｆｃ＝１０μｍとして定義し、磁性体２１０の両側に、Ｄｆｃｆｒ＝５０μｍとして配置した。
次に導電体７００をＬｃ＝１２ｍｍ、Ｄｃ＝６ｍｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝１．５１×１０-4［Ｔ］となった。
導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝８．１９×１０-5［Ｔ］となった。
上記平均磁化率Ｍの比率から、導電体７００に電流１μＡを流した時にかかっている磁場を算出したところ、５．４１ｕＴ／ｍＡとなった。
次に、感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ａと、導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ｂを取得した。
磁化分布Ａ，Ｂはそれぞれ、磁性体２１０の中央部を、感磁軸方向を５μｍピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は２８μｍとした。
磁化分布Ａに対して磁化分布Ｂがどれだけずれているかを、
｛１−（磁化分布Ｂ／磁化分布Ａ）｝×１００  ［％］
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔＭは、＋０．０００２９％となった。
【０１１７】
［実施例４］
実施例４の模式図を図１０に示す。
実施例４では、まず１つの磁性体２１０をＬｆｒ＝１０μｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。感磁軸方向に関して、磁性体２１０は分離されていない。
次に２つの磁性体３００をＬｆｃ＝５ｍｍ、Ｔｆｃ＝１０μｍとして定義し、磁性体２１０の両側に、Ｄｆｃｆｒ＝４μｍとして配置した。
次に導電体７００をＬｃ＝１２ｍｍ、Ｄｃ＝６ｍｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝３．２１×１０-4［Ｔ］となった。
導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝１．７４×１０-4［Ｔ］となった。
上記平均磁化率Ｍの比率から、導電体７００に電流１μＡを流した時にかかっている磁場を算出したところ、５．４２ｕＴ／ｍＡとなった。
次に、感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ａと、導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ｂを取得した。
磁化分布Ａ，Ｂはそれぞれ、磁性体２１０の中央部を、感磁軸方向を０．５μｍピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は２８μｍとした。
磁化分布Ａに対して磁化分布Ｂがどれだけずれているかを、
｛１−（磁化分布Ｂ／磁化分布Ａ）｝×１００  ［％］
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔＭは、−０．００００５％となった。
【０１１８】
［比較例１］
比較例１の模式図を図１１に示す。
比較例１では、まず１つの磁性体２１０をＬｆｒ＝１００μｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
次に２つの磁性体３００をＬｆｃ＝５ｍｍ、Ｔｆｃ＝１０μｍとして定義し、磁性体２１０の両側に、Ｄｆｃｆｒ＝４μｍとして配置した。
次に導電体７００をＬｃ＝２ｍｍ、Ｄｃ＝６ｍｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（３ｍｍ，０，０）と重なるように配置した。
この配置は、感磁エリアの重心がキャンセル磁場発生部７０の外側にあることを想定したものである。
感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝４．４３×１０-4［Ｔ］となった。
導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝３．９５×１０-4［Ｔ］となった。
上記平均磁化率Ｍの比率から、導電体７００に電流１μＡを流した時にかかっている磁場を算出したところ、０．８９ｕＴ／ｍＡとなった。
次に、感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ａと、導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ｂを取得した。
磁化分布Ａ，Ｂはそれぞれ、磁性体２１０の中央部を、感磁軸方向を５μｍピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は２８μｍとした。
磁化分布Ａに対して磁化分布Ｂがどれだけずれているかを、
｛１−（磁化分布Ｂ／磁化分布Ａ）｝×１００  ［％］
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔＭは、＋０．８２％となった。
【０１１９】
［比較例２］
比較例２の模式図を図１２に示す。
比較例２では、まず１つの磁性体２１０をＬｆｒ＝１００μｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
次に導電体７００をＬｃ＝１２ｍｍ、Ｄｃ＝６ｍｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
比較例２では、磁気収束部３０に相当する磁性体３００を配置していない。
感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝９．６０×１０-6［Ｔ］となった。
導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝５．３７×１０-6［Ｔ］となった。
上記平均磁化率Ｍの比率から、導電体７００に電流１μＡを流した時にかかっている磁場を算出したところ、５．５９ｕＴ／ｍＡとなった。
次に、感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ａと、導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ｂを取得した。
磁化分布Ａ，Ｂはそれぞれ、磁性体２１０の中央部を、感磁軸方向を５μｍピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は２８μｍとした。
磁化分布Ａに対して磁化分布Ｂがどれだけずれているかを、
｛１−（磁化分布Ｂ／磁化分布Ａ）｝×１００  ［％］
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔＭは、＋０．０００２０％となった。
【０１２０】
［比較例３］
比較例３の模式図を図１３に示す。
比較例３では、まず３つの磁性体２１０をＬｆｒ＝１００μｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
この時、３つの磁性体２１０は、感磁軸方向に並べて配置し、間隙が５．００８ｍｍとなるようにした。３つの磁性体２１０は、左側から、磁性体２１１、２１２、２１３とする。
次に４つの磁性体３００をＬｆｃ＝５ｍｍ、Ｔｆｃ＝１０μｍとして定義し、磁性体２１１の両側と、磁性体２１３の両側に、Ｄｆｃｆｒ＝４μｍとして配置した。
言い換えると、３つの磁性体２１０の間に磁性体３００が存在し、それぞれの間隔が４μｍとなっている。
次に導電体７００をＬｃ＝１０ｍｍ、Ｄｃ＝６ｍｍとして定義し、重心が仮想空間上の原点（０，０，０）と重なるように配置した。
比較例３は、キャンセル磁場発生部長さＬｃ＝１０ｍｍ、感磁エリア長さＬｊ＝１０．２５６ｍｍとなるため、Ｌｃ＞Ｌｊを満たしていない。
感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝４．７３×１０-4［Ｔ］となった。
導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での平均磁化率Ｍを取得したところ、Ｍ＝１．４２×１０-4［Ｔ］となった。
上記平均磁化率Ｍの比率から、導電体７００に電流１μＡを流した時にかかっている磁場を算出したところ、３．０１ｕＴ／ｍＡとなった。
次に、感磁軸方向から１０ｎＴの一様磁場を印加した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ａと、導電体７００に１μＡの電流を流した時の、感磁エリア２３０での磁化分布Ｂを取得した。
磁化分布Ａ，Ｂはそれぞれ、磁性体２１０の中央部を、感磁軸方向を５μｍピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は２８μｍとした。
磁化分布Ａに対して磁化分布Ｂがどれだけずれているかを、
｛１−（磁化分布Ｂ／磁化分布Ａ）｝×１００  ［％］
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔＭは、３７．４％となった。
【０１２１】
［シミュレーション結果の比較］
上記実施例及び比較例から得られた、
・感磁エリア２３０の平均磁化率Ｍ［Ｔ］
・電磁変換係数β［ｕＴ／ｍＡ］
・感磁エリア内でのずれ量ΔＭ［％］
の値と、実施例１での各値を「１」とした時の相対値をまとめて、表１に示す。
【０１２２】
【表１】
2019132719.tif 000005
【０１２３】
表１から、各比較例は、Ｍ，β，ΔＭの値の何れかが、実施例と比較して劣っていることが分かる。比較例１では、各実施例と比較して、測定可能磁場レンジの指標であるβ、および、線形性の指標であるΔＭの値が悪化している。キャンセル磁場発生部から遠い位置に感磁エリアが配置されることによって、入力磁場とキャンセル磁場発生部からの磁場との差異が大きくなるためであると考えられる。
【０１２４】
測定可能磁場レンジは、本比較例での導電体長さＬｃが、他の実施例と比較して小さいことも原因であるが、比較例１において、磁性体２１０と導電体７００の重心を一致させると、β＝１．４６ｕＴ／ｍＡとなる。
【０１２５】
導電体７００から発生する磁場は、導電体７００の中央が最も大きくなるように分布する。比較例１において、βが小さくなるのは、中央から離れた位置に感磁エリアがあることも原因であると考えられる。
【０１２６】
比較例２では、感磁エリアの平均磁化率Ｍの値が非常に小さく、感度が小さいといえる。これは、磁性体３００がないことにより、磁気収束がなされていないことに起因する。
【０１２７】
比較例３では、他の実施例、比較例に対して、感磁エリア内でのずれ量ΔＭが非常に大きい。導電体７００で作られる磁場が分布を持つ中で、感磁エリアが離れた位置に点在することで、各感磁エリアで受ける磁場の大きさが異なっていることが原因であると考えられる。
【０１２８】
実施例に関しても、磁気収束部３０の間隔が大きくなると感度が低下する傾向にあることが分かる。より高感度を得るためには、
・磁化自由層の感磁軸方向長さを長くすること
・磁気収束部の間隔を小さくすること
・磁気収束部と磁化自由層との間隔を小さくすること
が望ましい。
【０１２９】
以上より、本発明の実施例は、比較例に対して効果を発揮していることが分かる。
【０１３０】
［キャンセル磁場発生部形状とキャンセル磁場分布の関係］
キャンセル磁場発生部形状を変化させながら、形状に応じた磁場分布を取得し、様々な形状のキャンセル磁場発生部に対する、効果的な感磁エリア長さを検討した。
【０１３１】
キャンセル磁場発生部で発生する磁場強度の位置依存性を図１４に示す。図１４は、Ｄｃ＝１ｍｍ、Ｌｃ＝４ｍｍとして導電体７００を仮想空間上に定義し、巻回軸上の各位置での磁場をプロットしたものである。図１４の横軸に関して、±２ｍｍの範囲にわたって導電体７００が存在している。
【０１３２】
導電体７００から発生する磁場は、キャンセル磁場発生部の重心で最も大きく、外側に移動するにつれて小さくなるように分布している。
【０１３３】
次に、導電体７００の巻回軸方向長さＬｃ、導電体７００の巻回径Ｄｃ、磁場が最大値をとる巻回軸方向の位置を０とし、磁場が最大値から１％減衰した巻回軸方向の位置をｘとして、Ｄｃを１〜１００ｍｍ、Ｌｃを０．２〜１００ｍｍで変化させたときのｘの値を得た。
【０１３４】
ｘの値が小さいことは、磁場分布が急激に変化することを示しており、高い線形性を保つことのできる感磁エリアの範囲が狭いことを示している。
【０１３５】
図１５は、縦軸Ｌｃ／ｘ、横軸Ｌｃ／Ｄｃとして上記の値をプロットしたものである。
前述したＬｃ／Ｄｃの望ましい範囲（１／１０＜Ｌｃ／Ｄｃ＜１０）では、Ｌｃ／ｘが大きくなっていることが分かる。すなわち、現実的な範囲でキャンセル磁場発生部を作製すると、キャンセル磁場発生部の長さに対して、許容できる感磁エリア長さが小さくなることを意味している。
【０１３６】
この結果から、キャンセル磁場発生部の長さＬｃに対して、感磁エリアの最大長さＬｊ、または上記の長さＬｊ２を小さくした方が望ましいといえる。
【０１３７】
［磁気検出装置の作製と測定］
以下では、シミュレーションによって得られた結果を実証するため、実際にデバイスを作製し、感度、磁場レンジ、線形性の各値を比較検討した。
【０１３８】
［実施例１１］
まず、上記の作製方法により、磁気センサ部１を作製した。
入力磁場が略ゼロの状態で、磁気センサ部１の両端にかかる電圧が１Ｖになるように電圧を調整し、この時の電流を保ったまま感磁軸方向から±５０μＴの範囲で磁場を変化させながら印加し、電圧を測定した。
その結果を図１６に示す。図１６の横軸は入力磁場、縦軸は、電圧を表す。
入力磁場に対してどれだけ電圧が変化したか、つまり図１６の曲線の傾きが感度となる。図１６より感度は、５８Ｖ／ｍＴとなった。
次に、外形６ｍｍで空芯の円柱状樹脂材に、０．２ｍｍ径の電線を５０回巻いて、径６ｍｍ、長さ１０ｍｍのキャンセル磁場発生部７０を形成した。
磁気センサ部１とキャンセル磁場発生部７０を組み合わせ、磁気センサユニット１００を作製した。
固定抵抗８３の代わりに可変抵抗を用いた以外は、上記の作製方法により、磁気検出装置１０００を作製した。
可変抵抗は、ネジを調節することによって抵抗を調節できる、一般的な可変抵抗である。
入力磁場がゼロの環境において、磁気検出装置１０００の電気回路を駆動し、ブリッジ回路部に１Ｖの電圧を印加した。さらに可変抵抗の抵抗値を調節し、電流検出器での検出電流がゼロに近づくように調整した。
感磁軸方向から磁場を±１０μＴの範囲で変化させながら印加し、電流検出器９０を用いて電流を測定した。
この時の測定データの傾きと磁場の値を用いて算出した直線と、実際の測定データとの差をΔＩ，±１０μＴ印加時の電流変化量をＩｒａｎｇｅとしたとき、理想直線との差異Ｉｅｒｒｏｒは、
Ｉｅｒｒｏｒ  ＝  ΔＩ  ／  Ｉｒａｎｇｅ  ×  １００［％Ｆ．Ｓ．］
で表すことができる。本検討では、±１０μＴの磁場印加時、Ｉｅｒｒｏｒの最大値と最小値の差異を非線形誤差とする。
その結果を図１８に示す。図１８の横軸は入力磁場、縦軸は電圧、第二縦軸は、理想直線との差異を表す。
図１８より、電磁変換係数βは４．０ｎＴ／μＡであった。この値から、前述のシミュレーション結果と大きな差異はないことが分かる。
また、±１０μＴの領域では、非線形誤差は０．０４％であった。
【０１３９】
［比較例１１］
比較例１１では、実施例１１と共通の磁気センサ部１及びキャンセル磁場発生部７０を利用した。ただし、図１９に示すように、組み合わせる際に、キャンセル磁場発生部端から１ｍｍ離れた位置に感磁エリアがくるようにずらして配置した。
それ以外は、実施例１１と同様に作製、調整及び測定を行った。
その結果を図１９に示す。図１９の横軸は入力磁場、縦軸は電圧、第二縦軸は、理想直線との差異を表す。
図１９より、電磁変換係数βは１．６ｎＴ／μＡであり、実施例１１と比較して小さくなっていることが分かる。
また、±１０μＴの領域では、非線形誤差は０．２２％となった。
り、実施例１１と比較して悪化していることが分かる。
【０１４０】
［比較例１２］
比較例１２では、磁気収束部をもうけない以外は、実施例１１と同様の作製方法で磁気センサ部１を作製し、±５ｍＴの範囲で磁場を印加して、電圧測定を行った。
その結果を図１７に示す。図１７の横軸は入力磁場、縦軸は、電圧を表す。
図より感度は、０．７Ｖ／ｍＴとなった。
【０１４１】
［実測結果の比較］
まずは実施例１１と比較例１１の線形性に関して比較を行う。実施例１１の非線形誤差は０．０４％であり、比較例１１の非線形誤差は０．２２％であることから、比較例に対して実施例の方が優れた線形性を有していることが分かる。実施例１１と比較例１１の差異は、磁気センサ部１とキャンセル磁場発生部７０の位置関係だけであることから、キャンセル磁場発生部７０の分布が線形性に影響を与えていることを示していると考えられる。すなわち、実施例１１と比較例１１の実測結果は、実施例１〜４及び比較例１〜３のシミュレーション結果を裏付けるものであると考えられる。
【０１４２】
次に実施例１１と比較例１２の感度に関して比較を行う。実施例１１の感度は５８Ｖ／ｍＴであり、比較例１２の感度は０．７Ｖ／ｍＴであることから、比較例に対して実施例の方が優れた感度を有していることが分かる。
【符号の説明】
【０１４３】
１  磁気センサ部
１０  基板
２０  素子部
２１  磁化自由層
２２  磁性層
２３  磁化固定層
３０  磁気収束部
３１  シード層
４０  保護層
４０ａ  通電窓
４１  保護層
５０  素子配線部
７０  キャンセル磁場発生部
８１  固定抵抗
８２  固定抵抗
８３  固定抵抗
９０  電流検出器
１００  磁気センサユニット
２１０  磁性体
２１１  磁性体
２１２  磁性体
２１３  磁性体
２３０  感磁エリア
２３０  磁性体
３００  磁性体
７００  導電体
１０００  磁気検出装置
【図１】
2019132719.tif 000008
【図２】
2019132719.tif 000009
【図３】
2019132719.tif 000010
【図４】
2019132719.tif 000011
【図５】
2019132719.tif 000012
【図６】
2019132719.tif 000013
【図７】
2019132719.tif 000014
【図８】
2019132719.tif 000015
【図９】
2019132719.tif 000016
【図１０】
2019132719.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019132719.tif 000021
【図１５】
2019132719.tif 000022
【図１６】
2019132719.tif 000023
【図１７】
2019132719.tif 000024
【図１８】
2019132719.tif 000025
【図１９】
2019132719.tif 000026
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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