(57)【要約】【課題】磁気検出素子が感度を有する方向以外の方向の磁界を検出することができる磁気センサにおいて、ノイズ磁界が磁気検出素子に印加されることを抑制する。【解決手段】磁気センサは、磁界変換部１０と磁界検出部と磁性膜１５を備えている。磁界変換部１０は、Ｚ方向に平行な方向の入力磁界成分を含む入力磁界を受けて、Ｘ方向に平行な方向の出力磁界成分を含む出力磁界を発生するヨーク１１を含んでいる。磁界検出部は、出力磁界を受けて、出力磁界成分に対応する検出値を生成する磁気検出素子２２０を含んでいる。磁性膜１５は、出力磁界成分以外の、磁気検出素子２２０が感度を有する方向の磁界であるノイズ磁界による磁束の一部を吸収する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界変換部と、磁界検出部と、軟磁性体よりなる磁性膜とを備え、
前記磁界変換部は、軟磁性体よりなる少なくとも１つのヨークを含み、
前記少なくとも１つのヨークは、第１の仮想の直線に平行な方向の入力磁界成分を含む入力磁界を受けて、出力磁界を発生し、
前記出力磁界は、前記第１の仮想の直線と交差する第２の仮想の直線に平行な方向の出力磁界成分であって前記入力磁界成分に応じて変化する出力磁界成分を含み、
前記磁界検出部は、少なくとも１つの磁気検出素子を含み、
前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記出力磁界を受けて、前記出力磁界成分に対応する検出値を生成し、
前記少なくとも１つのヨークは、前記第１の仮想の直線に平行な方向の両端に位置する第１端と第２端を有し、
前記第１端は前記第２端よりも前記少なくとも１つの磁気検出素子により近く、
前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記第１の仮想の直線に平行な方向の両端に位置する第３端と第４端を有し、
前記第４端は前記第３端よりも前記少なくとも１つのヨークにより近く、
前記第１端を含み前記第１の仮想の直線と交差し第２の仮想の直線に平行な第１の仮想の平面と、前記第４端を含み前記第１の仮想の平面に平行な第２の仮想の平面とを想定したとき、前記磁性膜は、前記第１の仮想の平面から前記第２の仮想の平面までの空間的な範囲内に位置し、
前記少なくとも１つのヨークは、前記第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅を有し、
前記磁性膜は、前記第１の仮想の直線に平行な方向の寸法である厚みと、前記第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅とを有し、
前記磁性膜の厚みは、前記少なくとも１つのヨークの幅よりも小さく、
前記磁性膜の幅は、前記少なくとも１つのヨークの幅よりも大きいことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記磁性膜は、前記少なくとも１つのヨークの前記第１端に接していることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
更に、非磁性材料よりなり前記少なくとも１つのヨークを前記磁性膜から隔てる非磁性膜を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第２の仮想の直線および前記第１の仮想の平面は、前記第１の仮想の直線に直交していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁性膜の厚みは、前記少なくとも１つのヨークの幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項６】
磁界変換部と、磁界検出部と、軟磁性体よりなる磁性膜とを備え、
前記磁界変換部は、軟磁性体よりなる少なくとも１つのヨークを含み、
前記少なくとも１つのヨークは、第１の仮想の直線に平行な方向の入力磁界成分を含む入力磁界を受けて、出力磁界を発生し、
前記出力磁界は、前記第１の仮想の直線と交差する第２の仮想の直線に平行な方向の出力磁界成分であって前記入力磁界成分に応じて変化する出力磁界成分を含み、
前記磁界検出部は、少なくとも１つの磁気検出素子を含み、
前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記出力磁界を受けて、前記出力磁界成分に対応する検出値を生成し、
前記少なくとも１つのヨークは、前記第１の仮想の直線に平行な方向の両端に位置する第１端と第２端を有し、
前記第１端は前記第２端よりも前記少なくとも１つの磁気検出素子により近く、
前記少なくとも１つの磁気検出素子は、前記第１の仮想の直線に平行な方向の両端に位置する第３端と第４端を有し、
前記第４端は前記第３端よりも前記少なくとも１つのヨークにより近く、
前記第１端を含み前記第１の仮想の直線と交差し第２の仮想の直線に平行な第１の仮想の平面と、前記第４端を含み前記第１の仮想の平面に平行な第２の仮想の平面と、前記第３端を含み前記第１の仮想の平面に平行な第３の仮想の平面とを想定したとき、前記磁性膜は、前記第３の仮想の平面に対して前記第１の仮想の平面とは反対側に位置し、
前記少なくとも１つのヨークは、前記第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅を有し、
前記磁性膜は、前記第１の仮想の直線に平行な方向の寸法である厚みと、前記第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅とを有し、
前記磁性膜の厚みは、前記少なくとも１つのヨークの幅よりも小さく、
前記磁性膜の幅は、前記少なくとも１つのヨークの幅よりも大きいことを特徴とする磁気センサ。
【請求項７】
前記磁性膜と前記第３の仮想の平面との間の距離は、前記第１の仮想の平面と前記第２の仮想の平面との間の距離以下であることを特徴とする請求項６記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第２の仮想の直線および前記第１の仮想の平面は、前記第１の仮想の直線に直交していることを特徴とする請求項６または７記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記磁性膜の厚みは、前記少なくとも１つのヨークの幅の１／２以下であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気検出素子を用いて、磁気検出素子が感度を有する方向以外の方向の磁界を検出できるようにした磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等の移動体通信機器には、地磁気センサが組み込まれる場合がある。このような用途の地磁気センサには、小型で且つ外部磁界の三次元的な方向を検出できることが求められる。このような地磁気センサは、例えば磁気センサを用いて実現される。磁気センサとしては、基板上に設けられた複数の磁気検出素子を用いたものが知られている。磁気検出素子としては、例えば磁気抵抗効果素子が用いられる。
【０００３】
基板上に設けられる磁気検出素子は、基板の面に平行な方向の磁界を検出するように構成される場合が多い。磁気センサを用いて地磁気センサを実現する場合には、基板の面に垂直な方向の磁界を検出できる磁気センサが必要になる。
【０００４】
特許文献１には、基板の面に平行な方向の磁界を検出する磁気抵抗効果素子を用いて、基板の面に垂直な方向の磁界を検出できるようにした磁気センサが記載されている。この磁気センサは、基板の面に垂直な方向の垂直磁界成分を、基板の面に平行な方向の水平磁界成分に変換して、この水平磁界成分を磁気抵抗効果素子に与える軟磁性体を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０３６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された磁気センサのように、磁気抵抗効果素子等の磁気検出素子と、垂直磁界成分を水平磁界成分に変換する軟磁性体とを備えた磁気センサでは、垂直磁界成分が軟磁性体によって変換されて得られる水平磁界成分以外に、基板の面に平行な方向の磁界が印加されると、磁気検出素子は、この磁界も検出してしまう。従って、この磁気センサでは、上記水平磁界成分以外の、基板の面に平行な方向の磁界は、ノイズ磁界として作用し、磁気検出素子の検出値は、ノイズ磁界に起因したノイズ成分を含んでしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、所定の方向の入力磁界成分を磁気検出素子が感度を有する方向の出力磁界成分に変換して磁気検出素子に印加するようにした磁気センサであって、出力磁界成分以外の、磁気検出素子が感度を有する方向の磁界であるノイズ磁界が磁気検出素子に印加されることを抑制できるようにした磁気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】
【０００８】
本発明の第１および第２の観点の磁気センサは、磁界変換部と、磁界検出部と、軟磁性体よりなる磁性膜とを備えている。磁界変換部は、軟磁性体よりなる少なくとも１つのヨークを含んでいる。少なくとも１つのヨークは、第１の仮想の直線に平行な方向の入力磁界成分を含む入力磁界を受けて、出力磁界を発生する。出力磁界は、第１の仮想の直線と交差する第２の仮想の直線に平行な方向の出力磁界成分であって入力磁界成分に応じて変化する出力磁界成分を含んでいる。磁界検出部は、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。少なくとも１つの磁気検出素子は、出力磁界を受けて、出力磁界成分に対応する検出値を生成する。少なくとも１つのヨークは、第１の仮想の直線に平行な方向の両端に位置する第１端と第２端を有している。第１端は第２端よりも少なくとも１つの磁気検出素子により近い。少なくとも１つの磁気検出素子は、第１の仮想の直線に平行な方向の両端に位置する第３端と第４端を有している。第４端は第３端よりも少なくとも１つのヨークにより近い。
【０００９】
本発明の第１の観点の磁気センサでは、第１端を含み第１の仮想の直線と交差し第２の仮想の直線に平行な第１の仮想の平面と、第４端を含み第１の仮想の平面に平行な第２の仮想の平面とを想定したとき、磁性膜は、第１の仮想の平面から第２の仮想の平面までの空間的な範囲内に位置している。少なくとも１つのヨークは、第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅を有している。磁性膜は、第１の仮想の直線に平行な方向の寸法である厚みと、第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅とを有している。磁性膜の厚みは、少なくとも１つのヨークの幅よりも小さい。磁性膜の幅は、少なくとも１つのヨークの幅よりも大きい。
【００１０】
本発明の第１の観点の磁気センサにおいて、磁性膜は、少なくとも１つのヨークの第１端に接していてもよい。あるいは、本発明の第１の観点の磁気センサは、更に、非磁性材料よりなり少なくとも１つのヨークを磁性膜から隔てる非磁性膜を備えていてもよい。
【００１１】
本発明の第２の観点の磁気センサでは、第１端を含み第１の仮想の直線と交差し第２の仮想の直線に平行な第１の仮想の平面と、第４端を含み前記第１の仮想の平面に平行な第２の仮想の平面と、第３端を含み第１の仮想の平面に平行な第３の仮想の平面とを想定したとき、磁性膜は、第３の仮想の平面に対して第１の仮想の平面とは反対側に位置している。少なくとも１つのヨークは、第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅を有している。磁性膜は、第１の仮想の直線に平行な方向の寸法である厚みと、第２の仮想の直線に平行な方向の寸法である幅とを有している。磁性膜の厚みは、少なくとも１つのヨークの幅よりも小さい。磁性膜の幅は、少なくとも１つのヨークの幅よりも大きい。
【００１２】
本発明の第２の観点の磁気センサにおいて、磁性膜と第３の仮想の平面との間の距離は、第１の仮想の平面と第２の仮想の平面との間の距離以下であってもよい。
【００１３】
本発明の第１および第２の観点の磁気センサにおいて、第２の仮想の直線および第１の仮想の平面は、第１の仮想の直線に直交していてもよい。また、磁性膜の厚みは、少なくとも１つのヨークの幅の１／２以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１および第２の観点の磁気センサによれば、磁性膜によってノイズ磁界による磁束の一部を吸収でき、これにより、ノイズ磁界が磁気検出素子に印加されることを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの一部を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における磁界変換部および磁性膜を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図５】図４における一部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｘ方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるヨーク、磁性膜および磁気検出素子の位置関係と形状を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における磁界検出部の回路構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサユニットを示す斜視図である。
【図１１】第１のシミュレーションの結果を示す特性図である。
【図１２】第２のシミュレーションの結果を示す特性図である。
【図１３】第３のシミュレーションによって得られた変換効率の一例を示す特性図である。
【図１４】第３のシミュレーションによって得られた、磁性膜の厚みと最大変換効率との関係を示す特性図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態におけるヨーク、磁性膜および磁気検出素子の位置関係を説明するための説明図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの構成を模式的に示す説明図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
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。始めに、図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを含む磁気センサユニットの構成について説明する。図１０は、磁気センサユニット１００を示す斜視図である。磁気センサユニット１００は、上面１０１ａを有する基板１０１と、本実施の形態に係る磁気センサ１と、この磁気センサ１とは別の２つの磁気センサ２，３とを備えている。磁気センサ１〜３は、基板１０１の上面１０１ａ上において一列に並ぶように配置されている。
【００１７】
ここで、図１０に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、磁気センサ３から磁気センサ１に向かう方向をＸ方向とし、基板１０１の上面１０１ａに垂直な一方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。また、以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。
【００１８】
本実施の形態に係る磁気センサ１は、Ｚ方向に平行な方向の磁界を検出するように構成されている。磁気センサ２は、Ｙ方向に平行な方向の磁界を検出するように構成されている。磁気センサ３は、Ｘ方向に平行な方向の磁界を検出するように構成されている。
【００１９】
磁気センサユニット１００は、更に、Ｘ方向に並ぶように基板１０１の上面１０１ａ上に配置された複数の電極パッド１０２を備えている。複数の電極パッド１０２は、磁気センサ１〜３に電気的に接続されている。
【００２０】
次に、図１ないし図４を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成について詳しく説明する。図１は、磁気センサ１の構成を模式的に示す説明図である。図２は、磁気センサ１の一部を示す分解斜視図である。図３は、磁界変換部および磁性膜を示す斜視図である。図４は、磁気センサ１の一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。
【００２１】
ここで、第１の仮想の直線Ｌｚ、第２の仮想の直線Ｌｘおよび第３の仮想の直線Ｌｙを以下のように定義する。図２および図４に示したように、第１の仮想の直線Ｌｚは、Ｚ方向に平行な直線である。第２の仮想の直線Ｌｘは、第１の仮想の直線Ｌｚに交差する直線である。図２および図４に示したように、本実施の形態では、第２の仮想の直線Ｌｘは、第１の仮想の直線Ｌｚに直交し、Ｘ方向に平行な直線である。図２に示したように、第３の仮想の直線Ｌｙは、Ｙ方向に平行な直線である。
【００２２】
第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向は、Ｚ方向と−Ｚ方向とを含む。第２の仮想の直線Ｌｘに平行な方向は、Ｘ方向と−Ｘ方向とを含む。第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向は、Ｙ方向と−Ｙ方向とを含む。
【００２３】
図１および図２に示したように、磁気センサ１は、磁界変換部１０と、磁界検出部２０とを備えている。磁界変換部１０は、軟磁性体よりなる少なくとも１つのヨークを含んでいる。少なくとも１つのヨークは、第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の入力磁界成分を含む入力磁界を受けて、出力磁界を発生する。磁界検出部２０は、出力磁界を受けて、入力磁界成分に対応する出力信号を生成する。出力磁界は、第２の仮想の直線Ｌｘに平行な方向の出力磁界成分であって入力磁界成分に応じて変化する出力磁界成分を含んでいる。
【００２４】
図３に示したように、本実施の形態では、磁界変換部１０は、少なくとも１つのヨークとして、Ｘ方向に並ぶように配置された複数のヨーク１１を含んでいる。複数のヨーク１１の各々は、Ｙ方向に長い直方体形状を有している。複数のヨーク１１の各々の形状は同じである。
【００２５】
図１に示したように、磁界検出部２０は、それぞれ入力磁界成分に応じて変化する抵抗値を有する第１の抵抗部２１、第２の抵抗部２２、第３の抵抗部２３および第４の抵抗部２４を含んでいる。第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の各々は、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。なお、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４は磁界検出部２０の一部であることから、磁界検出部２０が少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいるとも言える。少なくとも１つの磁気検出素子は、出力磁界を受けて、出力磁界成分に対応する検出値を生成する。
【００２６】
図２は、第１および第３の抵抗部２１，２３の一部を示している。図２に示したように、本実施の形態では、第１および第３の抵抗部２１，２３の各々は、少なくとも１つの磁気検出素子として、複数の磁気検出素子２２０を含んでいる。図示しないが、第２および第４の抵抗部２２，２４の各々も、少なくとも１つの磁気検出素子として、複数の磁気検出素子２２０を含んでいる。
【００２７】
本実施の形態では、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の各々は、複数の磁気検出素子列を含んでいる。複数の磁気検出素子列の各々は、Ｙ方向に並ぶ複数の磁気検出素子２２０を含んでいる。以下、第１の抵抗部２１の複数の磁気検出素子列を符号１２１で表し、第２の抵抗部２２の複数の磁気検出素子列を符号１２２で表し、第３の抵抗部２３の複数の磁気検出素子列を符号１２３で表し、第４の抵抗部２４の複数の磁気検出素子列を符号１２４で表す。図１では、磁気検出素子列１２１〜１２４の各々を、Ｙ方向に２つに分割して描いている。
【００２８】
図１に示したように、本実施の形態では、複数の磁気検出素子列１２１と複数の磁気検出素子列１２３は、Ｘ方向に沿って、磁気検出素子列１２１、磁気検出素子列１２３の順で、交互に並んでいる。また、複数の磁気検出素子列１２２と複数の磁気検出素子列１２４は、Ｘ方向に沿って、磁気検出素子列１２２、磁気検出素子列１２４の順で、交互に並んでいる。磁気検出素子列１２１〜１２４内の複数の磁気検出素子２２０の配置については、後で説明する。
【００２９】
磁気センサ１は、更に、複数の磁気検出素子２２０を保持する基板と、複数の磁気検出素子２２０を電気的に接続する配線部３０とを備えている。図４に示したように、本実施の形態では、図１０に示した基板１０１が、磁気センサ１の上記基板を兼ねている。なお、図１では、配線部３０を簡略化して描いている。また、図４では、配線部３０を省略している。
【００３０】
図２に示したように、配線部３０は、複数の下部電極３１と、複数の上部電極３２とを含んでいる。図示しないが、複数の下部電極３１は、基板１０１の上面１０１ａ上に配置されている。複数の磁気検出素子２２０は、複数の下部電極３１の上に配置されている。複数の上部電極３２は、複数の磁気検出素子２２０の上に配置されている。複数のヨーク１１は、複数の上部電極３２の上方に配置されている。なお、図２では、ヨーク１１および上部電極３２を、磁気検出素子２２０および下部電極３１からＺ方向に離して描いている。図２において、符号３２ａを付した破線は、上部電極３２の下面の位置を示している。
【００３１】
図１ないし図４に示したように、磁気センサ１は、更に、軟磁性体よりなる磁性膜１５と、非磁性絶縁材料よりなる非磁性膜４１，４２とを備えている。非磁性膜４１は、基板１０１の上面１０１ａ上において第１ないし第４の抵抗部２１〜２４および配線部３０の周囲に配置されている。非磁性膜４２は、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４、配線部３０および非磁性膜４１を覆うように配置されている。磁性膜１５は、非磁性膜４２の上に配置されている。複数のヨーク１１は、磁性膜１５の上に配置されている。
【００３２】
ここで、図８を参照して、磁界検出部２０の回路構成について説明する。図８は、磁界検出部２０の回路構成を示す回路図である。磁界検出部２０は、更に、電源ポートＶと、グランドポートＧと、第１の出力ポートＥ１と、第２の出力ポートＥ２とを含んでいる。第１の抵抗部２１は、電源ポートＶと第１の出力ポートＥ１との間に設けられている。第２の抵抗部２２は、第１の出力ポートＥ１とグランドポートＧとの間に設けられている。第３の抵抗部２３は、電源ポートＶと第２の出力ポートＥ２との間に設けられている。第４の抵抗部２４は、第２の出力ポートＥ２とグランドポートＧとの間に設けられている。
【００３３】
磁界検出部２０は、電源ポートＶとグランドポートＧとの間に通電されるように構成されている。磁界検出部２０内の第１の抵抗部２１と第２の抵抗部２２は、直列に接続され且つ通電されるように構成されている。磁界検出部２０内の第３の抵抗部２３と第４の抵抗部２４も、直列に接続され且つ通電されるように構成されている。電源ポートＶとグランドポートＧは、図１０に示した複数の電極パッド１０２のうち、その間に所定の大きさの電源電圧が印加される２つの電極パッド１０２に電気的に接続されている。なお、第１および第２の出力ポートＥ１，Ｅ２は、複数の電極パッド１０２のうち、他の２つの電極パッド１０２に電気的に接続されている。後で説明するように、磁界検出部２０は、第１の出力ポートＥ１と第２の出力ポートＥ２との間の電位差に依存する信号を出力信号として生成する。
【００３４】
次に、図１および図２を参照して、複数の磁気検出素子２２０と下部電極３１および上部電極３２との接続関係について説明する。本実施の形態では、磁気検出素子２２０は、磁気抵抗効果素子である。以下、磁気検出素子２２０を磁気抵抗効果素子２２０とも記す。ここでは、第１の抵抗部２１の磁気検出素子列１２１を例にとって説明する。
【００３５】
図２に示したように、複数の下部電極３１の各々は、Ｙ方向に細長い形状を有している。Ｙ方向に隣接する２つの下部電極３１の間には、間隙が形成されている。下部電極３１の上面上において、Ｙ方向の両端の近傍に、それぞれＸ方向に隣接する一対の磁気抵抗効果素子２２０が配置されている。以下、この一対の磁気抵抗効果素子２２０を、素子対と言う。本実施の形態では、磁気検出素子列１２１は、Ｙ方向に並んだ複数の素子対を含んでいる。複数の磁気抵抗効果素子２２０の各々は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向に長い形状を有している。
【００３６】
複数の上部電極３２の各々は、１つの素子対を構成する２つの磁気抵抗効果素子２２０を電気的に接続する。これにより、１つの素子対を構成する２つの磁気抵抗効果素子２２０が、並列に接続される。また、複数の上部電極３２の各々は、Ｙ方向に隣接する２つの下部電極３１上に配置されて隣接する２つの素子対を電気的に接続する。これにより、複数の素子対が直列に接続される。
【００３７】
図１に示したように、配線部３０は、更に、複数の接続電極３３を含んでいる。複数の接続電極３３は、複数の磁気検出素子列１２１が直列に接続されるように複数の下部電極３１を電気的に接続する。
【００３８】
第２の抵抗部２２の磁気検出素子列１２２、第３の抵抗部２３の磁気検出素子列１２３、および第４の抵抗部２４の磁気検出素子列１２４における、磁気抵抗効果素子２２０、下部電極３１、上部電極３２および接続電極３３の接続関係は、図２を参照して説明した第１の抵抗部２１の磁気検出素子列１２１における接続関係と同じである。
【００３９】
次に、図２および図９を参照して、磁気抵抗効果素子２２０の構成の一例について説明する。図９は、磁気抵抗効果素子２２０を示す斜視図である。この例では、磁気抵抗効果素子２２０は、磁化方向が固定された磁化固定層２２２と、出力磁界成分の方向および強度に応じて磁化の方向が変化する磁性層である自由層２２４と、磁化固定層２２２と自由層２２４の間に配置された非磁性層２２３と、反強磁性層２２１とを含んでいる。反強磁性層２２１、磁化固定層２２２、非磁性層２２３および自由層２２４は、下部電極３１側からこの順に積層されている。反強磁性層２２１は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層２２２との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層２２２の磁化の方向を固定する。
【００４０】
磁気抵抗効果素子２２０は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、非磁性層２２３はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層２２３は非磁性導電層である。
【００４１】
磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値は、自由層２２４の磁化の方向が磁化固定層２２２の磁化の方向に対してなす角度に応じて変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値になり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値になる。
【００４２】
第１の抵抗部２１内の複数の磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向は、−Ｘ方向である。図２において、符号５１を付した矢印は、上記の磁化の方向を表している。
【００４３】
第３の抵抗部２３内の複数の磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向は、−Ｘ方向である。図２において、符号５２を付した矢印は、上記の磁化の方向を表している。
【００４４】
図示しないが、第２の抵抗部２２内の複数の磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向と、第４の抵抗部２４内の複数の磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向は、X方向である。
【００４５】
本実施の形態では、前述のように、複数の磁気抵抗効果素子２２０の各々は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向に長い形状を有している。これにより、複数の磁気抵抗効果素子２２０の各々の自由層２２４は、磁化容易軸方向が第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向となる形状異方性を有している。そのため、出力磁界成分が存在しない状態では、自由層２２４の磁化の方向は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向になっている。出力磁界成分が存在する場合には、出力磁界成分の方向および強度に応じて、自由層２２４の磁化の方向が変化する。従って、自由層２２４の磁化の方向が磁化固定層２２２の磁化の方向に対してなす角度は、複数の磁気抵抗効果素子２２０の各々が受けた出力磁界成分の方向および強度によって変化する。そのため、複数の磁気抵抗効果素子２２０の各々の抵抗値は、出力磁界成分に対応したものとなる。
【００４６】
本実施の形態では、第２の抵抗部２２内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向は、第１の抵抗部２１内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向と同じである。一方、第３の抵抗部２３内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向と、第４の抵抗部２４内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向は、第１の抵抗部２１内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向とは反対である。
【００４７】
ここで、磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値を記号Ｒで表すと、１つの素子対を構成する２つの磁気抵抗効果素子２２０の合成抵抗値は、Ｒ／２である。また、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の各々における素子対の数をｎとすると、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の各々の抵抗値は、ｎＲ／２である。抵抗値Ｒは、磁気検出素子２２０の検出値に対応する。
【００４８】
なお、磁気抵抗効果素子２２０の構成は、図２および図９を参照して説明した例に限られない。例えば、磁気抵抗効果素子２２０は、反強磁性層２２１を含まない構成であってもよい。この構成は、例えば、反強磁性層２２１および磁化固定層２２２の代わりに、２つの強磁性層とこの２つの強磁性層の間に配置された非磁性金属層と含む人工反強磁性構造の磁化固定層を含む構成であってもよい。また、磁気検出素子２２０は、ホール素子、磁気インピーダンス素子等、磁気抵抗効果素子以外の磁界を検出する素子であってもよい。
【００４９】
次に、複数のヨーク１１と磁気検出素子列１２１〜１２４の位置関係について説明する。図１に示したように、全てのヨーク１１のうちの２つ以上のヨーク１１の各々は、１つの磁気検出素子列１２１と、この磁気検出素子列１２１のＸ方向側に隣接する１つの磁気検出素子列１２３の間を通過する１つのＹＺ平面と交差するように配置されている。全てのヨーク１１のうちの残りの２つ以上のヨーク１１の各々は、１つの磁気検出素子列１２２と、この磁気検出素子列１２２のＸ方向側に隣接する１つの磁気検出素子列１２４の間を通過する１つのＹＺ平面と交差するように配置されている。
【００５０】
以下、図４および図５を参照して、１つのヨーク１１と１つの磁気検出素子列１２１と１つの磁気検出素子列１２３の位置関係（以下、第１の位置関係と言う。）について説明する。図５は、図４における一部を拡大して示す断面図である。
【００５１】
図４に示したように、ヨーク１１は、磁気検出素子列１２１，１２３の上方に位置する。また、ヨーク１１は、第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の両端に位置する第１端１１ａと第２端１１ｂを有している。本実施の形態では、第１端１１ａは、ヨーク１１の−Ｚ方向の端に位置する第１の仮想の直線Ｌｚに垂直な面であり、第２端１１ｂは、ヨーク１１のＺ方向の端に位置する第１の仮想の直線Ｌｚに垂直な面である。図４および図５に示したように、第１端１１ａは、第１端１１ａの−Ｘ方向の端に位置する第１の端縁１１ａ１と、第１端１１ａのＸ方向の端に位置する第２の端縁１１ａ２とを有している。
【００５２】
図４および図５に示したように、磁気検出素子列１２１は、第１の端縁１１ａ１の近傍に配置されている。磁気検出素子列１２３は、第２の端縁１１ａ２の近傍に配置されている。
【００５３】
図５に示したように、本実施の形態では、素子対を構成する２つの磁気検出素子２２０のうち、一方は、上方から見てヨーク１１に重なるように配置され、他方は、上方から見てヨーク１１に重ならないように配置されている。なお、図１では、便宜上、ヨーク１１と磁気検出素子列１２１，１２３が、互いに重ならないように描いている。
【００５４】
１つのヨーク１１と１つの磁気検出素子列１２２と１つの磁気検出素子列１２４の位置関係（以下、第２の位置関係という。）は、第１の位置関係と同様である。第１の位置関係の説明中の磁気検出素子列１２１，１２３を、磁気検出素子列１２２，１２４に置き換えれば、第２の位置関係の説明になる。図４に示したように、磁気検出素子列１２２は、第１の端縁１１ａ１の近傍に配置されている。磁気検出素子列１２４は、第２の端縁１１ａ２の近傍に配置されている。
【００５５】
なお、第１および第２の位置関係は、上記の例に限られない。例えば、磁気検出素子列１２１〜１２４は、上方から見て、全体がヨーク１１に重なるように配置されていてもよいし、全体がヨーク１１に重ならないように配置されていてもよい。
【００５６】
次に、図３、図６および図７を参照して、ヨーク１１、磁性膜１５および磁気検出素子２２０の位置関係と、磁性膜１５の形状について説明する。図６は、磁気センサ１の一部の、Ｘ方向に垂直な断面を示す断面図である。図７は、ヨーク１１、磁性膜１５および磁気検出素子の位置関係と形状を説明するための説明図である。ここでは、１つの磁気検出素子２２０と、この磁気検出素子２２０に最も近いヨーク１１を例にとって説明する。
【００５７】
図６および図７に示したように、磁気検出素子２２０は、第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の両端に位置する第３端２２０ａと第４端２２０ｂを有している。本実施の形態では、第３端２２０ａは、磁気検出素子２２０の−Ｚ方向の端に位置し、第４端２２０ｂは、磁気検出素子２２０のＺ方向の端に位置する。第４端２２０ｂは、第３端２２０ａよりもヨーク１１により近い。
【００５８】
前述のように、ヨーク１１は、第１端１１ａと第２端１１ｂを有している。第１端１１ａは、第２端１１ｂよりも磁気検出素子２２０により近い。
【００５９】
ここで、図７に示したように、第１端１１ａを含み第１の仮想の直線Ｌｚと交差し第２の仮想の直線Ｌｘに平行な第１の仮想の平面Ｐ１と、第４端２２０ｂを含み第１の仮想の平面Ｐ１に平行な第２の仮想の平面Ｐ２とを想定する。本実施の形態では、第１および第２の仮想の平面Ｐ１，Ｐ２は、第１の仮想の直線Ｌｚに直交している。磁性膜１５は、第１の仮想の平面Ｐ１から第２の仮想の平面Ｐ２までの空間的な範囲内に位置している。本実施の形態では、磁性膜１５は、ヨーク１１の第１端１１ａに接している。
【００６０】
また、図７に示したように、ヨーク１１は、第２の仮想の直線Ｌｘに平行な方向の寸法である幅Ｗ１を有している。磁性膜１５は、第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の寸法である厚みＴを有している。厚みＴは、幅Ｗ１よりも小さく、幅Ｗ１の１／２以下であることが好ましい。幅Ｗ１は、例えば２．６μｍである。厚みＴの具体的な値については、後で説明する。
【００６１】
また、図３に示したように、磁性膜１５は、第２の仮想の直線Ｌｘに平行な方向の寸法である幅Ｗ２を有している。磁性膜１５の幅Ｗ２は、ヨークの幅W１よりも大きい。
【００６２】
図３に示したように、本実施の形態では、磁界変換部１０は、複数のヨーク１１を含んでいる。全てのヨーク１１の各々の第１端１１ａは、第１の仮想の平面Ｐ１に含まれる。磁性膜１５は、全てのヨーク１１の各々の第１端１１ａに接している。磁性膜１５の幅Ｗ２は、−Ｘ方向の端に位置するヨーク１１の第１の端縁１１ａ１とＸ方向の端に位置するヨーク１１の第２の端縁１１ａ２との間の距離よりも大きい。この距離は、例えば１６０μｍである。幅Ｗ２は、例えば１６５μｍである。
【００６３】
また、図３に示したように、ヨーク１１は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向の寸法Ｄ１を有し、磁性膜１５は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向の寸法Ｄ２を有している。寸法Ｄ２は、寸法Ｄ１以上である。寸法Ｄ１は、例えば７８μｍである。寸法Ｄ２は、例えば１００μｍである。
【００６４】
なお、本実施の形態では、全ての磁気検出素子２２０の各々の第４端２２０ｂは、第２の仮想の平面Ｐ２に含まれる。
【００６５】
次に、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の抵抗値と磁界検出部２０によって生成される出力信号について説明する。本実施の形態では、出力磁界成分が存在しない状態では、磁気抵抗効果素子２２０の自由層２２４の磁化の方向は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向になっている。入力磁界成分の方向がＺ方向の場合、第１および第２の抵抗部２１，２２内の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向はＸ方向になり、第３および第４の抵抗部２３，２４内の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向は−Ｘ方向になる。この場合、第１および第２の抵抗部２１，２２内の磁気抵抗効果素子２２０の自由層２２４の磁化の方向は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向からＸ方向に向かって傾き、第３および第４の抵抗部２３，２４内の磁気抵抗効果素子２２０の自由層２２４の磁化の方向は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向から−Ｘ方向に向かって傾く。その結果、出力磁界成分が存在しない状態と比べて、第１および第４の抵抗部２１，２４内の磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値は増加し、第１および第４の抵抗部２１，２４の抵抗値も増加する。また、出力磁界成分が存在しない状態と比べて、第２および第３の抵抗部２２，２３内の磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値は減少し、第２および第３の抵抗部２２，２３の抵抗値も減少する。
【００６６】
入力磁界成分の方向が−Ｚ方向の場合は、出力磁界成分の方向と、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の抵抗値の変化は、上述の入力磁界成分の方向がＺ方向の場合とは逆になる。
【００６７】
磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値の変化量は、磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の強度に依存する。出力磁界成分の強度が大きくなると、磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値は、その増加量またはその減少量がそれぞれ大きくなる方向に変化する。出力磁界成分の強度が小さくなると、磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値は、その増加量またはその減少量がそれぞれ小さくなる方向に変化する。出力磁界成分の強度は、入力磁界成分の強度に依存する。
【００６８】
このように、入力磁界成分の方向と強度が変化すると、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４のそれぞれの抵抗値は、第１および第４の抵抗部２１，２４の抵抗値が増加すると共に第２および第３の抵抗部２２，２３の抵抗値が減少するか、第１および第４の抵抗部２１，２４の抵抗値が減少すると共に第２および第３の抵抗部２２，２３の抵抗値が増加するように変化する。これにより、図１および図８に示した第１の出力ポートＥ１と第２の出力ポートＥ２との間の電位差が変化する。磁界検出部２０は、第１の出力ポートＥ１と第２の出力ポートＥ２との間の電位差に依存する信号を出力信号として生成する。
【００６９】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の製造方法について簡単に説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１の製造方法は、磁界検出部２０および配線部３０を形成する工程と、この工程の後で非磁性膜４１，４２を順に形成する工程と、非磁性膜４２の上に磁性膜１５を形成する工程と、磁性膜１５の上に磁界変換部１０を形成する工程とを含んでいる。
【００７０】
磁界検出部２０を形成する工程は、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４を形成する工程を含んでいる。第１ないし第４の抵抗部２１〜２４を形成する工程は、複数の磁気検出素子２２０を形成する工程を含んでいる。
【００７１】
磁界変換部１０を形成する工程は、複数のヨーク１１を形成する工程を含んでいる。複数のヨーク１１を形成する工程は、例えばフレームめっき法によって複数のヨーク１１を形成する。この工程において、磁性膜１５は、シードおよび電極として用いられる。
【００７２】
一般的に、フレームめっき法によってヨークを形成する場合には、シードおよび電極として用いられる電極膜を形成し、次にヨークを形成し、次に、電極膜のうち、ヨークによって覆われていない不要部分をエッチングによって除去する。この場合、電極膜の不要部分を確実に除去しようとすると、オーバーエッチングによって磁気検出素子がダメージを受けるおそれがある。一方、不要部分の除去が不十分であると、不要部分の残り具合に応じてヨークの特性が変動するおそれがある。
【００７３】
これに対し、本実施の形態に係る磁気センサ１の製造方法では、磁性膜１５をエッチングしないため、上述のような問題は生じない。
【００７４】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の作用および効果について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の入力磁界成分に応じて変化する出力磁界成分を検出するように構成されている。出力磁界成分以外の、磁気検出素子２２０が感度を有する方向の磁界、例えば、出力磁界成分以外の第２の仮想の直線Ｌｘに平行な方向の磁界や、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向の磁界は、磁気センサ１に対して、ノイズ磁界として作用する。本実施の形態によれば、磁性膜１５によって、上記のノイズ磁界による磁束の一部を吸収することができ、これにより、ノイズ磁界が磁気検出素子２２０に印加されることを抑制することができる。以下、ノイズ磁界による磁束をノイズ磁束と言う。
【００７５】
ここで、磁性膜１５の形状に関する要件について説明する。磁性膜１５の厚みＴは、ヨーク１１の幅Ｗ１よりも小さい。以下、この要件を第１の要件と言う。また、磁性膜１５の幅Ｗ２は、ヨーク１１の幅Ｗ１よりも大きい。以下、この要件を第２の要件と言う。
【００７６】
本実施の形態では、出力磁界は、ヨーク１１の第１端１１ａから発生される。以下、出力磁界に対応する磁束を、出力磁束と言う。出力磁束の一部は磁性膜１５に吸収される。出力磁束の他の一部は、磁性膜１５を通過して磁気検出素子２２０に達する。
【００７７】
磁性膜１５の厚みＴが大きすぎると、出力磁束のうちの磁性膜１５に吸収される磁束の割合が大きくなりすぎ、磁気検出素子２２０に達する磁束が少なくなる。その結果、入力磁界成分の強度に対する、磁気検出素子２２０に印加される出力磁界成分の強度の比率が大きく低下する。本実施の形態では、これを防止する観点から、第１の要件を定めている。
【００７８】
また、本実施の形態では、ヨーク１１も、ある程度、ノイズ磁束を吸収する機能を有する。もし、磁性膜１５の幅Ｗ２がヨーク１１の幅Ｗ１以下であると、ヨーク１１および磁性膜１５によるノイズ磁束の吸収能力は、ヨーク１１単独のノイズ磁束の吸収能力と大差がない。これに対し、本実施の形態のように、磁性膜１５の幅Ｗ２をヨーク１１の幅Ｗ１よりも大きくすると、ノイズ磁束のうちの、ヨーク１１を通過しない部分を磁性膜１５によって吸収することができる。これにより、磁性膜１５の存在意義が生じる。そのため、本実施の形態では、第２の要件が必要である。
【００７９】
次に、第１および第２のシミュレーションの結果を参照して、本実施の形態の効果について説明する。始めに、第１および第２のシミュレーションで用いた実施例モデルと比較モデルとについて説明する。実施例モデルは、本実施の形態に係る磁気センサ１に対応するモデルである。比較モデルは、比較例の磁気センサのモデルである。比較例の磁気センサの構成は、磁性膜１５が設けられていない点を除いて、本実施の形態に係る磁気センサ１と同じである。
【００８０】
実施例モデルと比較モデルの各々において、複数のヨーク１１の数は６つである。ここで、第１の仮想の平面Ｐ１上に、原点を設定する。６つのヨーク１１は、原点の−Ｘ方向側とＸ方向側に３つずつ対称に配置されている。また、６つのヨーク１１は、６つのヨーク１１のそれぞれの第１端１１ａのＹ方向の中心を通る仮想の直線が、原点を通過するように配置されている。
【００８１】
６つのヨーク１１の各々の幅Ｗ１（図７参照）は２．６μｍであり、６つのヨーク１１の各々の寸法Ｄ１（図３参照）は７８μｍである。また、−Ｘ方向の端に位置するヨーク１１の第１の端縁１１ａ１とＸ方向の端に位置するヨーク１１の第２の端縁１１ａ２との間の距離は、６５μｍである。６つのヨーク１１の各々の第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の寸法については、後で説明する。
【００８２】
実施例モデルでは、磁性膜１５の幅Ｗ２（図３参照）は７５μｍであり、磁性膜１５の寸法Ｄ２（図３参照）は１００μｍである。磁性膜１５の厚みＴについては、後で説明する。
【００８３】
次に、第１のシミュレーションの結果について説明する。第１のシミュレーションでは、第２の仮想の直線Ｌｘに平行な方向のノイズ磁界の影響について調べた。ここで、第１の仮想の平面Ｐ１の下方に位置し、第２の仮想の直線Ｌｘに平行な第４の仮想の直線を想定する。第４の仮想の直線は、複数の磁気検出素子２２０が配置される位置を想定したものであり、複数の磁気検出素子２２０と交差する。第４の仮想の直線を第１の仮想の平面Ｐ１に投影した直線は、原点を通過する。
【００８４】
第１のシミュレーションでは、比較モデルと実施例モデルとに対して、ノイズ磁界としてＸ方向の外部磁界を印加し、第４の仮想の直線上の各々の位置における磁束密度を求めた。そして、外部磁界の強度から得られる磁束密度に対する、第４の仮想の直線上の各々の位置における磁束密度の比率である透過率を求めた。
【００８５】
第１のシミュレーションでは、磁束密度の大きさが１０ｍＴとなる強度の外部磁界を印加した。また、６つのヨーク１１の各々の第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の寸法を２．５μｍとし、磁性膜１５の厚みＴを１．０μｍとした。比較モデルでは、第１の仮想の平面Ｐ１と第４の仮想の直線との間の距離を１．２５μｍとした。実施例モデルでは、第１の仮想の平面Ｐ１と第４の仮想の直線との間の距離を、厚みＴに０．２５μｍを加えた値、すなわち１．２５μｍとした。
【００８６】
図１１に、第１のシミュレーションの結果を示す。図１１において、横軸は第４の仮想の直線上の位置を示し、縦軸は透過率を示している。第４の仮想の直線上の位置は、原点よりも−Ｘ方向の先にある位置を負の値で表し、原点よりもＸ方向の先にある位置を正の値で表している。−３２．５μｍの位置は、−Ｘ方向の端に位置するヨーク１１の第１の端縁１１ａ１に対応する第４の仮想の直線上の位置であり、３２．５μｍの位置は、Ｘ方向の端に位置するヨーク１１の第２の端縁１１ａ２に対応する第４の仮想の直線上の位置である。また、図１１において、符号６１は、比較モデルの特性を示し、符号６２は、実施例モデルの特性を示す。図１１に示したように、実施例モデルでは、磁気検出素子２２０が配置される位置における透過率が、比較モデルよりも小さい。すなわち、実施例モデルでは、磁気検出素子２２０が配置される位置における磁束密度が、比較モデルよりも小さい。これは、磁性膜１５が、外部磁界による磁束の一部を吸収したことによるものと考えられる。
【００８７】
次に、第２のシミュレーションの結果について説明する。第２のシミュレーションでは、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向のノイズ磁界の影響について調べた。ここで、第１の仮想の平面Ｐ１の下方に位置し、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な第５の仮想の直線を想定する。第５の仮想の直線は、複数の磁気検出素子２２０が配置される位置を想定したものであり、複数の磁気検出素子２２０と交差する。第５の仮想の直線は、上方から見たときに、６つのヨーク１１のうちのいずれかの第１端１１ａと重なる位置に配置されている。
【００８８】
第２のシミュレーションでは、比較モデルと実施例モデルに対して、ノイズ磁界としてＹ方向の外部磁界を印加し、第５の仮想の直線上の各々の位置における磁束密度を求めた。そして、外部磁界の強度から得られる磁束密度に対する、第５の仮想の直線上の各々の位置における磁束密度の比率である透過率を求めた。
【００８９】
第２のシミュレーションでは、磁束密度の大きさが１０ｍＴとなる強度の外部磁界を印加した。また、６つのヨーク１１の各々の第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の寸法を５μｍとし、磁性膜１５の厚みＴを１．０μｍとした。比較モデルでは、第１の仮想の平面Ｐ１と第５の仮想の直線との間の距離を１．２５μｍとした。実施例モデルでは、第１の仮想の平面Ｐ１と第５の仮想の直線との間の距離を、厚みＴに０．２５μｍを加えた値、すなわち１．２５μｍとした。
【００９０】
図１２に、第２のシミュレーションの結果を示す。図１２において、横軸は第５の仮想の直線上の位置を示し、縦軸は透過率を示している。第５の仮想の直線上の位置は、原点よりも−Ｙ方向の先にある位置を負の値で表し、原点よりもＹ方向の先にある位置を正の値で表している。−３９μｍの位置は、ヨーク１１の第１端１１ａの−Ｙ方向の端部に対応する第５の仮想の直線上の位置であり、３９μｍの位置は、ヨーク１１の第１端１１ａのＹ方向の端部に対応する第５の仮想の直線上の位置である。また、図１２において、符号６３は、比較モデルの特性を示し、符号６４は、実施例モデルの特性を示す。図１２に示したように、実施例モデルでは、ヨーク１１の第１端１１ａに対応する第５の仮想の直線上のうち、およそ−３９μｍから−２０μｍまでの範囲およびおよそ２０μｍから３９μｍまでの範囲における透過率が、比較モデルよりも小さい。すなわち、実施例モデルでは、上記の２つの範囲における磁束密度が、比較モデルよりも小さい。これは、磁性膜１５が、外部磁界による磁束の一部を吸収したことによるものと考えられる。
【００９１】
第１および第２のシミュレーションの結果から理解されるように、本実施の形態によれば、磁性膜１５によって、ノイズ磁束の一部を吸収することができ、これにより、ノイズ磁界が磁気検出素子２２０に印加されることを抑制することができる。
【００９２】
次に、第３のシミュレーションの結果について説明する。第３のシミュレーションでは、第１および第２のシミュレーションで用いた実施例モデルを用いて、磁性膜１５の厚みＴ（図７参照）の好ましい範囲について調べた。
【００９３】
第３のシミュレーションでは、実施例モデルに対して、入力磁界成分としてＺ方向の外部磁界を印加し、前記第４の仮想の直線上の各々の位置における出力磁界成分を求めた。そして、第４の仮想の直線上の各々の位置において、外部磁界の強度から得られる磁束密度に対する、出力磁界成分の強度から得られる磁束密度の比率である変換効率を求めた。
【００９４】
第３のシミュレーションでは、磁束密度の大きさが３０ｍＴとなる強度の外部磁界を印加した。また、６つのヨーク１１の各々の第１の仮想の直線Ｌｚに平行な方向の寸法を５μｍとした。磁性膜１５の厚みＴは、０．１〜１．３μｍの範囲内で変化させた。第１の仮想の平面Ｐ１と第４の仮想の直線との間の距離は、厚みＴに０．２５μｍを加えた値とした。
【００９５】
図１３は、第３のシミュレーションによって得られた変換効率の一例を示す特性図である。図１３において、横軸は第４の仮想の直線上の位置を示し、縦軸は透過率を示している。第４の仮想の直線上の位置の表し方は、図１１と同じである。−２０μｍの位置は、原点よりも−Ｘ方向の先に配置された１つのヨーク１１の、第１の端縁１１ａ１（図７参照）に対応する第４の仮想の直線上の位置であり、−１７．４μｍの位置は、上記１つのヨーク１１の、第２の端縁１１ａ２（図７参照）に対応する第４の仮想の直線上の位置である。図１３に示した例では、変換効率は、第１の端縁１１ａ１に対応する第４の仮想の直線上の位置において最大になる。以下、変換効率の最大値を、最大変換効率と言う。
【００９６】
図１４は、第３のシミュレーションによって得られた、磁性膜の厚みＴと最大変換効率との関係を示す特性図である。図１４において、横軸は厚みＴを示し、縦軸は最大変換効率を示す。最大変換効率は、２．５％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。図１４に示した厚みＴの範囲では、最大変換効率は、いずれも２．５％以上である。また、図１４において、破線は、厚みＴが０．５μｍの位置を示している。厚みＴが０．５μｍ以下の場合に、最大変換効率は、５％以上になる。従って、厚みＴは、０．１〜１．３μｍの範囲内であることが好ましく、０．１〜０．５μｍの範囲内であることがより好ましい。０．１μｍという値は、磁性膜１５の形成可能な厚みＴの下限に相当する。
【００９７】
また、第３のシミュレーションでは、ヨーク１１の幅Ｗ１は、２．６μｍである。従って、厚みＴは、幅Ｗ１の１／２以下であることが好ましいと言える。
【００９８】
次に、図１０に示した磁気センサユニット１００の磁気センサ２，３の構成について簡単に説明する。磁気センサ２，３の構成は、基本的には、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成と同じである。ただし、磁気センサ２，３では、磁界変換部１０が設けられていない。磁気センサ２は、Ｙ方向の磁界を検出するように構成されている。具体的には、例えば、磁気センサ２では、第１および第４の抵抗部２１，２４に含まれる磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向を、Ｙ方向とし、磁気センサ２の第２および第３の抵抗部２２，２３に含まれる磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向を、−Ｙ方向とする。
【００９９】
また、磁気センサ３は、Ｘ方向の磁界を検出するように構成されている。具体的には、例えば、磁気センサ３では、第１および第４の抵抗部２１，２４に含まれる磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向を、Ｘ方向とし、磁気センサ３の第２および第３の抵抗部２２，２３に含まれる磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向を、−Ｘ方向とする。
【０１００】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、図１５を参照して、本実施の形態に係る磁気センサの構成について説明する。図１５は、本実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。本実施の形態に係る磁気センサ１は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、磁性膜１５は、ヨーク１１の第１端１１ａに接していない。
【０１０１】
また、本実施の形態に係る磁気センサ１は、非磁性材料よりなり、少なくとも１つのヨークを磁性膜１５から隔てる非磁性膜４３を備えている。本実施の形態では、非磁性膜４３は、磁性膜１５の上に配置されている。複数のヨーク１１は、非磁性膜４３の上に配置されている。非磁性膜４３の材料は、非磁性絶縁材料であってもよいし、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等の非磁性金属材料であってもよい。
【０１０２】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の製造方法について簡単に説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１の製造方法は、磁性膜１５を形成する工程と磁界変換部１０を形成する工程との間において、非磁性膜４３を形成する工程を含んでいる。本実施の形態では、磁性膜１５を形成する工程までは、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、次に、磁性膜１５の上に、非磁性膜４３を形成する。次に、非磁性膜４３の上に、磁性材料よりなる図示しない電極膜を形成する。次に、図示しない電極膜をシードおよび電極として用いて、例えばフレームめっき法によって、複数のヨーク本体を形成する。次に、電極膜のうち、複数のヨーク本体によって覆われていない不要部分を、エッチングによって除去する。これにより、複数のヨーク１１が完成する。複数のヨーク１１は、複数のヨーク本体と、エッチング後の電極膜によって構成される。
【０１０３】
本実施の形態では、複数のヨーク１１と磁性膜１５との間には、非磁性膜４３が存在している。これにより、本実施の形態によれば、電極膜をエッチングする際に、磁性膜１５の上面がダメージを受けることを防止することができる。
【０１０４】
なお、非磁性膜４３が非磁性金属材料によって形成されている場合には、上記の図示しない電極膜を形成せずに、非磁性膜４３をシードおよび電極として用いて、複数のヨーク１１を形成してもよい。
【０１０５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。始めに、図１６を参照して、本実施の形態に係る磁気センサの構成について説明する。図１６は、本実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。本実施の形態に係る磁気センサ１は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４および配線部３０と基板１０１との間に、磁性膜１５が配置されている。
【０１０７】
また、本実施の形態に係る磁気センサ１は、非磁性絶縁材料よりなる非磁性膜４４を備えている。磁性膜１５は、基板１０１の上面１０１ａ上に配置されている。非磁性膜４４は、磁性膜１５を覆うように配置されている。第１ないし第４の抵抗部２１〜２４、配線部３０および非磁性膜４１は、非磁性膜４４の上に配置されている。複数のヨーク１１は、非磁性膜４２の上に配置されている。
【０１０８】
次に、図１７を参照して、本実施の形態におけるヨーク１１、磁性膜１５および磁気検出素子２２０の位置関係について説明する。図１７は、ヨーク１１、磁性膜１５および磁気検出素子２２０の位置関係を説明するための説明図である。図１７に示したように、磁気検出素子２２０の第３端２２０ａを含み、第１の仮想の平面Ｐ１に平行な第３の仮想の平面Ｐ３を想定する。本実施の形態では、第３の仮想の平面Ｐ３は、第１の仮想の直線Ｌｚに直交している。磁性膜１５は、第３の仮想の平面Ｐ３に対して第１の仮想の平面Ｐ１とは反対側に位置している。
【０１０９】
ここで、図１７に示したように、磁性膜１５と第３の仮想の平面Ｐ３との間の距離を記号Ｇ１で表し、第１の仮想の平面Ｐ１と第２の仮想の平面Ｐ２との間の距離を記号Ｇ２で表す。距離Ｇ１は、距離Ｇ２以下であることが好ましい。この要件を満たすことにより、磁性膜１５は、磁気検出素子２２０との間の距離が、ヨーク１５と磁気検出素子２２０との間の距離と等しくなるように配置されるか、ヨーク１５よりも磁気検出素子２２０により近い位置に配置される。これにより、磁性膜１５によって、より効果的に、ノイズ磁束の一部を吸収することができる。
【０１１０】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の製造方法について簡単に説明する。本実施の形態では、磁性膜１５を形成する工程は、磁界検出部２０および配線部３０を形成する工程の前に行われる。本実施の形態では、まず、基板１０１の上に、磁性膜１５を形成する。次に、磁性膜１５の上に、非磁性膜４４を形成する。次に、非磁性膜４４の上に、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４、配線部３０および非磁性膜４１，４２を形成する。次に、非磁性膜４２の上に、複数のヨーク１１を形成する。これにより、磁気センサ１が完成する。
【０１１１】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１１２】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。始めに、図１８および図１９を参照して、本実施の形態に係る磁気センサの構成について説明する。図１８は、本実施の形態に係る磁気センサの構成を模式的に示す説明図である。図１９は、本実施の形態に係る磁気センサの一部の、Ｙ方向に垂直な断面を示す断面図である。
【０１１３】
本実施の形態に係る磁気センサ１は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、複数のヨーク１１と、第２の抵抗部２２の複数の磁気検出素子列１２２と、第４の抵抗部２４の複数の磁気検出素子列１２４の位置関係が、第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、複数の磁気検出素子列１２２と複数の磁気検出素子列１２４は、Ｘ方向に沿って、磁気検出素子列１２４および磁気検出素子列１２２の順で、交互に並んでいる。図１８に示したように、全てのヨーク１１のうちの２つ以上のヨーク１１の各々は、１つの磁気検出素子列１２４と、この磁気検出素子列１２４のＸ方向側に隣接する１つの磁気検出素子列１２２の間を通過する１つのＹＺ平面と交差するように配置されている。なお、全てのヨーク１１のうちの残りの２つ以上のヨーク１１の各々は、１つの磁気検出素子列１２１と、この磁気検出素子列１２１のＸ方向側に隣接する１つの磁気検出素子列１２３の間を通過する１つのＹＺ平面と交差するように配置されている。
【０１１４】
第１の実施の形態で説明したように、ヨーク１１の第１端１１ａは、第１の端縁１１ａ１と第２の端縁１１ａ２とを有している。図１９に示したように、本実施の形態では、磁気検出素子列１２２は、第２の端縁１１ａ２の近傍に配置されている。磁気検出素子列１２４は、第１の端縁１１ａ１の近傍に配置されている。
【０１１５】
本実施の形態では、第４の抵抗部２４内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向は、第１の抵抗部２１内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向と同じである。一方、第２の抵抗部２２内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向と、第３の抵抗部２３内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向は、第１の抵抗部２１内の複数の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向とは反対である。
【０１１６】
また、本実施の形態では、第２の抵抗部２２内の複数の磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向と、第４の抵抗部２４内の複数の磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向は、第１の抵抗部２１内の複数の磁気抵抗効果素子２２０の磁化固定層２２２の磁化の方向と同じ方向、すなわち−X方向である。
【０１１７】
次に、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の抵抗値について説明する。第１の実施の形態で説明したように、出力磁界成分が存在しない状態では、磁気抵抗効果素子２２０の自由層２２４の磁化の方向は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向になっている。本実施の形態では、入力磁界成分の方向がＺ方向の場合、第１および第４の抵抗部２１，２４内の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向はＸ方向になり、第２および第３の抵抗部２２，２３内の磁気抵抗効果素子２２０が受ける出力磁界成分の方向は−Ｘ方向になる。この場合、第１および第４の抵抗部２１，２４内の磁気抵抗効果素子２２０の自由層２２４の磁化の方向は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向からＸ方向に向かって傾く。その結果、出力磁界成分が存在しない状態と比べて、磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値は増加し、第１および第４の抵抗部２１，２４の抵抗値も増加する。第２および第３の抵抗部２２，２３内の磁気抵抗効果素子２２０の自由層２２４の磁化の方向は、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向から−Ｘ方向に向かって傾く。その結果、出力磁界成分が存在しない状態と比べて、磁気抵抗効果素子２２０の抵抗値は減少し、第２および第３の抵抗部２２，２３の抵抗値も減少する。
【０１１８】
入力磁界成分の方向が−Ｚ方向の場合は、出力磁界成分の方向と、第１ないし第４の抵抗部２１〜２４の抵抗値の変化は、上述の入力磁界成分の方向がＺ方向の場合とは逆になる。
【０１１９】
なお、本実施の形態におけるヨーク１１、磁性膜１５および磁気検出素子２２０の位置関係は、第１ないし第３のいずれかの実施の形態と同じであってもよい。本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１ないし第３のいずれかの実施の形態と同様である。
【０１２０】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、請求の範囲の要件を満たす限り、ヨーク１１、磁性膜１５および磁気検出素子２２０の数、形状および配置は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。例えば、磁気検出素子２２０の平面形状は、円形であってもよい。この場合、磁界検出部２０は、磁気検出素子２２０に対して、第３の仮想の直線Ｌｙに平行な方向のバイアス磁界を印加する複数の磁石を含んでいてもよい。
【０１２１】
また、磁界変換部１０は、複数の上部電極３２の上方に配置された複数のヨーク１１に加えて、複数の下部電極３１の下方に配置された複数のヨークを含んでいてもよい。下部電極３１の下方に配置された複数のヨークは、変換効率を大きくするように、上部電極３２の上方に配置された複数のヨーク１１に対して、第２の仮想の直線Ｌｘに平行な方向にずれるように配置される。
【符号の説明】
【０１２２】
１…磁気センサ、１０…磁界変換部、１１…ヨーク、１５…磁性膜、２０…磁界検出部、２１…第１の抵抗部、２２…第２の抵抗部、２３…第３の抵抗部、２４…第４の抵抗部、３０…配線部、３１…下部電極、３２…上部電極、４１，４２，４３，４４…非磁性膜、１００…磁気センサユニット、１０１…基板、１０２…電極パッド、１２１，１２２，１２３，１２４…磁気検出素子列、２２０…磁気検出素子。
【図１】
2019035686.tif 000003
【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】
2019035686.tif 000016
【図１５】
2019035686.tif 000017
【図１６】
2019035686.tif 000018
【図１７】
2019035686.tif 000019
【図１８】
2019035686.tif 000020
【図１９】
2019035686.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月6日(2018.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
図１３は、第３のシミュレーションによって得られた変換効率の一例を示す特性図である。図１３において、横軸は第４の仮想の直線上の位置を示し、縦軸は変換効率を示している。第４の仮想の直線上の位置の表し方は、図１１と同じである。−２０μｍの位置は、原点よりも−Ｘ方向の先に配置された１つのヨーク１１の、第１の端縁１１ａ１（図７参照）に対応する第４の仮想の直線上の位置であり、−１７．４μｍの位置は、上記１つのヨーク１１の、第２の端縁１１ａ２（図７参照）に対応する第４の仮想の直線上の位置である。図１３に示した例では、変換効率は、第１の端縁１１ａ１に対応する第４の仮想の直線上の位置において最大になる。以下、変換効率の最大値を、最大変換効率と言う。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
ここで、図１７に示したように、磁性膜１５と第３の仮想の平面Ｐ３との間の距離を記号Ｇ１で表し、第１の仮想の平面Ｐ１と第２の仮想の平面Ｐ２との間の距離を記号Ｇ２で表す。距離Ｇ１は、距離Ｇ２以下であることが好ましい。この要件を満たすことにより、磁性膜１５は、磁気検出素子２２０との間の距離が、ヨーク１１と磁気検出素子２２０との間の距離と等しくなるように配置されるか、ヨーク１１よりも磁気検出素子２２０により近い位置に配置される。これにより、磁性膜１５によって、より効果的に、ノイズ磁束の一部を吸収することができる。