(57)【要約】【課題】検知精度を向上できるセンサ及び電子機器を提供する。【解決手段】実施形態によれば、センサは、第１膜と第１センサ部と第１〜第４端子とを含む。第１膜は、第１及び２電極層と、第１電極層と第２電極層との間の圧電層と、を含み変形可能である。第１センサ部は、第１膜の一部に固定される。第１膜の一部から第１センサ部に向かう第１方向は、第２電極層から第１電極層に向かう方向に沿う。第１センサ部は、第１及び２センサ導電層と、第１センサ導電層と第２センサ導電層との間の第１磁性層と、第１磁性層と第２センサ導電層との間の第２磁性層と、第１磁性層と第２磁性層との間の第１中間層とを含む。第１端子は、第１電極層と電気的に接続され、第２端子は、第２電極層と電気的に接続され、第３端子は、第１センサ導電層と電気的に接続され、第４端子は、第２センサ導電層と電気的に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層と、第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に設けられた圧電層と、を含み、変形可能な第１膜と、
前記第１膜の一部に固定された第１センサ部であって、前記第１膜の前記一部から前記第１センサ部に向かう第１方向は、前記第２電極層から前記第１電極層に向かう方向に沿い、前記第１センサ部は、第１センサ導電層と、第２センサ導電層と、前記第１センサ導電層と前記第２センサ導電層との間に設けられた第１磁性層と、前記第１磁性層と前記第２センサ導電層との間に設けられた第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、を含む、前記第１センサ部と、
前記第１電極層と電気的に接続された第１端子と、
前記第２電極層と電気的に接続された第２端子と、
前記第１センサ導電層と電気的に接続された第３端子と、
前記第２センサ導電層と電気的に接続された第４端子と、
を備えた、センサ。
【請求項２】
第１電極層と、第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に設けられた圧電層と、を含み、変形可能な第１膜と、
前記第１膜の一部に固定された第１センサ部であって、前記第１膜の前記一部から前記第１センサ部に向かう第１方向は、前記第２電極層から前記第１電極層に向かう方向に沿い、前記第１センサ部は、第１センサ導電層と、第２センサ導電層と、前記第１センサ導電層と前記第２センサ導電層との間に設けられた第１磁性層と、前記第１磁性層と前記第２センサ導電層との間に設けられた第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、を含む、前記第１センサ部と、
前記第１電極層及び前記第２センサ導電層と電気的に接続された第１端子と、
前記第２電極層と電気的に接続された第２端子と、
第１センサ導電層と電気的に接続された第３端子と、
を備えた、センサ。
【請求項３】
検知対象の周波数の帯域が変更可能な請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第１膜を支持する支持部をさらに備え、
前記圧電層は、
前記第１方向において前記支持部と重なる第１領域と、
前記第１領域と連続し、前記第１方向において前記支持部と重ならない第２領域と、
を含み、
前記第２領域は、前記第１膜の前記一部を含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項５】
前記支持部は、第１部分と、第２部分と、を含み、
前記第１部分から前記第２部分へ向かう第２方向は、前記第１方向と交差し、
前記圧電層は、前記第２領域と連続した第３領域をさらに含み、
前記第１領域は、前記第１方向において前記第１部分と重なり、
前記第３領域は、前記第１方向において前記第２部分と重なる請求項４記載のセンサ。
【請求項６】
前記圧電層の前記第１方向に沿った厚さは、前記第１膜の前記第１方向に沿った長さの０．５倍以上である請求項１〜５のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項７】
前記第１膜は、第１層をさらに含み、
前記第１層は、第１位置及び第２位置の一方に設けられ、
前記第１方向において、前記第１位置と前記第２電極層との間に前記第１電極層があり、
前記第１方向において、前記第２位置と前記第１電極層との間に前記第２電極層があり、
前記第１方向における前記第１膜の中心は、前記第１方向において前記第１電極層と前記第２電極層との間に位置した、請求項１〜６のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項８】
前記第１膜は、第２層をさらに含み、
前記第２層は、前記第１位置及び前記第２位置の他方に設けられた、請求項７記載のセンサ。
【請求項９】
前記第１膜は、第１面及び第２面を有し、
前記第１面から前記第２面に向かう方向は、前記第１方向に沿い、
前記第１面は、気体及び液体の少なくともいずれかと接し、
前記第２面は、気体及び液体の少なくともいずれかと接した、請求項１〜８のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１０】
前記第１端子と前記第２端子との間の電位差が第１値の第１状態における前記第１膜の第１共振周波数は、前記電位差が前記第１値とは異なる第２値の第２状態における前記第１膜の第２共振周波数とは異なる、請求項１〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１１】
前記第１状態における前記第１磁性層と前記第２磁性層との間の電気抵抗の変化の第１周波数は、前記第１共振周波数よりも低く、
前記第２状態における前記電気抵抗の変化の第２周波数は、前記第２共振周波数よりも低い、請求項１０記載のセンサ。
【請求項１２】
前記第１端子及び前記第２端子と電気的に接続された制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記電位差を前記第１値とする第１制御を第１期間において実行し、前記電位差を前記第１値とは異なる前記第２値とする第２制御を前記第１期間とは異なる第２期間において実行する請求項１０または１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記制御部は、前記第１状態における前記第１磁性層と前記第２磁性層との間の電気抵抗の変化に関する第１信号と、前記第２状態における前記電気抵抗の変化に関する第２信号と、を取得し、前記第１信号の第１成分を含む第１出力信号と、前記第２信号の第２成分を含む第２出力信号と、を出力し、
前記第１成分の第１周波数は、前記第１共振周波数よりも低く、
前記第２成分の第２周波数は、前記第１共振周波数以上であり前記第２共振周波数よりも低い、請求項１２記載のセンサ。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第１状態における前記第１磁性層と前記第２磁性層との間の電気抵抗の変化に関する第１信号と、前記第２状態における前記電気抵抗の変化に関する第２信号と、を取得し、第１信号に基づく第１出力信号及び第２信号に基づく第２出力信号を出力し、
前記第１出力信号及び前記第２出力信号の少なくともいずれかは、前記第１状態における前記電気抵抗の前記変化の感度と、前記第２状態における前記電気抵抗の前記変化の感度と、に基づく請求項１２記載のセンサ。
【請求項１５】
第２共振周波数は、第１共振周波数の５倍以上である請求項１０〜１４のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１６】
基板と、
カバーと、
をさらに備え、
前記第１センサ部及び前記第１膜は、前記基板と前記カバーとの間に設けられた請求項１〜１５のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１つに記載の前記センサと、
筐体と、
を備えた、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から加わる圧力を電気信号に変換する圧力センサなどのセンサがある。センサにおいて、検知精度の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９３７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、検知精度を向上できるセンサ及び電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、センサは、第１膜と、第１センサ部と、第１端子と、第２端子と、第３端子と、第４端子と、を含む。前記第１膜は、第１電極層と、第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間に設けられた圧電層と、を含み、変形可能である。前記第１センサ部は、前記第１膜の一部に固定される。前記第１膜の前記一部から前記第１センサ部に向かう第１方向は、前記第２電極層から前記第１電極層に向かう方向に沿う。前記第１センサ部は、第１センサ導電層と、第２センサ導電層と、第１磁性層と、第２磁性層と、第１中間層と、を含む。前記第１磁性層は、前記第１センサ導電層と前記第２センサ導電層との間に設けられる。前記第２磁性層は、前記第１磁性層と前記第２センサ導電層との間に設けられる。前記第１中間層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第１端子は、前記第１電極層と電気的に接続される。前記第２端子は、前記第２電極層と電気的に接続される。前記第３端子は、前記第１センサ導電層と電気的に接続される。前記第４端子は、前記第２センサ導電層と電気的に接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係るセンサの特性を例示する模式図である。
【図３】第１の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係るセンサを例示するブロック図である。
【図７】実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
【図８】実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
【図９】実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
【図１０】実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
【図１１】実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
【図１２】実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
【図１３】実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
【図１４】第２の実施形態に係る電子機器を例示する模式図である。
【図１５】図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第２の実施形態に係る電子機器を例示する模式的断面図である。
【図１６】図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の電子機器を例示する模式図である。
【図１７】第２の実施形態に係る別の電子機器を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。  
図１（ａ）は、斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印ＡＲからみたときのセンサの一部を示す平面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。
【０００９】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係るセンサ１１０は、第１膜４０と、第１センサ部５１と、第１端子ＴＭ１と、第２端子ＴＭ２と、第３端子ＴＭ３と、第４端子ＴＭ４と、を含む。センサ１１０は、例えば圧力センサである。
【００１０】
第１膜４０は、変形可能である。第１膜４０は、例えば、支持部７０ｓに支持される。例えば、支持部７０ｓとなる基板の上に第１膜４０となる層が形成される。この基板の一部に凹部７０ｈ（孔）が形成される。基板のうちの厚い部分（凹部７０ｈが設けられない部分）が支持部７０ｓとなる。この例では、第１膜４０は、支持部７０ｓ及び凹部７０ｈの上に設けられている。第１膜４０のうち凹部７０ｈの上に設けられた領域（図３に関して後述する第２領域Ｒ２）の平面形状は、例えば、略四角形（長方形などを含む）または円形（偏平円を含む）などである。変形可能な上記の膜は、自由端を有しても良い。
支持部７０ｓは、例えばシリコンを含む。
【００１１】
第１センサ部５１は、第１膜４０に設けられる。第１センサ部５１は、第１膜４０の一部４０ｐの面上に固定される。この面の表裏（上下）は任意である。
【００１２】
図１（ｃ）に示すように、第１センサ部５１は、第１センサ導電層５８ｅと、第１磁性層１１と、第２磁性層１２と、第１中間層１１ｉと、第２センサ導電層５８ｆと、を含む。第２センサ導電層５８ｆは、第１センサ導電層５８ｅと第１膜４０との間に設けられる。第１磁性層１１は、第１センサ導電層５８ｅと第２センサ導電層５８ｆとの間に設けられる。第２磁性層１２は、第１磁性層１１と第２センサ導電層５８ｆとの間に設けられる。第１中間層１１ｉは、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられる。
【００１３】
第１膜４０と第１センサ部５１とを結ぶ方向（第１方向）をＺ軸方向とする。例えば、第１膜４０の一部４０ｐに第１センサ部５１が設けられている。このとき、第１膜４０のこの一部４０ｐと、第１センサ部５１と、を最短で結ぶ方向が、第１方向に対応する。
【００１４】
Ｚ軸方向に対して垂直な１つの軸をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。この例では、第２磁性層１２から第１磁性層１１に向かう方向は、Ｚ軸方向に対応する。
【００１５】
この例では、複数のセンサ部（例えば、第２センサ部５２、第３センサ部５３、センサ部５１Ｐ、センサ部５２Ｐ、及び、センサ部５３Ｐなど）が設けられている。この例では、第２センサ部５２の少なくとも一部は、Ｘ軸方向に沿って、第１センサ部５１の少なくとも一部と重なる。第２センサ部５２と第３センサ部５３との間に、第１センサ部５１が設けられている。センサ部５１Ｐの少なくとも一部は、Ｙ軸方向に沿って、第１センサ部５１の少なくとも一部と重なる。センサ部５２Ｐの少なくとも一部は、Ｙ軸方向に沿って、第２センサ部５２の少なくとも一部と重なる。センサ部５３Ｐの少なくとも一部は、Ｙ軸方向に沿って、第３センサ部５３の少なくとも一部と重なる。
【００１６】
第２センサ部５２は、第３センサ導電層５８ｇと、第３磁性層１３と、第４磁性層１４と、第２中間層１２ｉと、第４センサ導電層５８ｈと、を含む。第４センサ導電層５８ｈは、第３センサ導電層５８ｇと第１膜４０との間に設けられる。第３磁性層１３は、第３センサ導電層５８ｇと第４センサ導電層５８ｈとの間に設けられる。第４磁性層１４は、第３磁性層１３と第４センサ導電層５８ｈとの間に設けられる。第２中間層１２ｉは、第３磁性層１３と第４磁性層１４との間に設けられる。
【００１７】
第３センサ部５３は、第５センサ導電層５８ｉと、第５磁性層１５と、第６磁性層１６と、第３中間層１３ｉと、第６センサ導電層５８ｊと、を含む。第６センサ導電層５８ｊは、第５センサ導電層５８ｉと第１膜４０との間に設けられる。第５磁性層１５は、第５センサ導電層５８ｉと第６センサ導電層５８ｊとの間に設けられる。第６磁性層１６は、第５磁性層１５と第６センサ導電層５８ｊとの間に設けられる。第３中間層１３ｉは、第５磁性層１５と第６磁性層１６との間に設けられる。
【００１８】
センサ部５１Ｐ〜５３Ｐの構成は、第１〜第３センサ部５１〜５３と同様である。
【００１９】
第１センサ部５１の第１センサ導電層５８ｅが、第１センサ電極ＥＬ１（第３端子ＴＭ３）と電気的に接続される。第１センサ部５１の第２センサ導電層５８ｆが、第２センサ電極ＥＬ２（第４端子ＴＭ４）と電気的に接続される。例えば、第１センサ導電層５８ｅ、第２センサ導電層５８ｆ、第１センサ電極ＥＬ１及び第２センサ電極ＥＬ２は、それぞれ、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）及びＡｕ（金）からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【００２０】
第１膜４０の変形（歪ε）に応じて、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間の電気抵抗（第１センサ部５１の電気抵抗）が変化する。例えば、第１センサ電極ＥＬ１と第２センサ電極ＥＬ２との間の電気抵抗の変化を検知することで、第１膜４０に加わる圧力を検知できる。この圧力は、例えば、音波などである。  
例えば、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の少なくともいずれかの磁化の向きが第１膜４０の変形に応じて変化する。磁化の向きの変化が、上記の電気抵抗の変化となる。例えば、第１磁性層１１の磁化と、第２磁性層１２の磁化と、の間の角度は、第１膜４０の変形に応じて変化する。この角度の変化により、電気抵抗が変化する。
【００２１】
実施形態において、電気的に接続される状態は、複数の導体が直接接する状態の他に、複数の導体が他の導体を介して接続される場合を含む。電気的に接続される状態は、複数の導体が、スイッチング及び増幅などの機能を有する素子を介して接続される場合を含む。
【００２２】
例えば、第１センサ電極ＥＬ１と第１磁性層１１との間の電流経路、及び、第２センサ電極ＥＬ２と第２磁性層１２との間の電流経路の少なくともいずれかに、スイッチ素子及びアンプ素子の少なくともいずれかが挿入されていても良い。
【００２３】
例えば、第１磁性層１１が磁化自由層であり、第２磁性層１２が磁化参照層である。例えば、第１磁性層１１が磁化参照層であり、第２磁性層１２が磁化自由層でも良い。第１磁性層１１及び第２磁性層１２の両方が磁化自由層でも良い。上記の第１センサ部５１に関する説明は、他のセンサ部（第２センサ部５１、第３センサ部５３、センサ部５１Ｐ、センサ部５２Ｐ、及び、センサ部５３Ｐなど）にも適用される。
【００２４】
第１膜４０は、第１電極層４１と、第２電極層４２と、圧電層４３と、を含む。これらの層は、第１方向（Ｚ軸方向）に積層されている。第２電極層４２から第１電極層４１へ向かう方向は、第１方向に沿っている。第１電極層４１は、第１センサ部５１と第２電極層４２との間に設けられる。圧電層４３は、第１電極層４１と第２電極層４２との間に設けられる。圧電層４３の一部は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１センサ部５１と重なる。
【００２５】
圧電層４３は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３：ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（Ａｌ−Ｎ）、酸化亜鉛（Ｚｎ−Ｏ）などを含む。圧電層４３は、高分子を含んでも良い。圧電層４３は、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、タングステン酸ナトリウム（ＮａＷＯ３）、チタン酸ナトリウム（ＮａＴｉＯ３）、チタン酸ビスマス（ＢｉＴｉＯ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＢｂＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ3）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３）、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂＯ１５、リチウムテトラボレード（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）を含む。圧電層４３は、例えば、石英（水晶：Ｓｉ−Ｏ）、燐酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、ガリウムヒ素（Ｇａ−Ａｓ）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）などを含む。
【００２６】
第１電極層４１は、第１端子ＴＭ１と電気的に接続される。第２電極層４２は、第２端子ＴＭ２と電気的に接続される。例えば、第１電極層４１及び第２電極層４２は、モリブデン（Ｍｏ）を含む。例えば、第１電極層４１及び第２電極層４２は、プラチナ（Ｐｔ）を含む。例えば、第１電極層４１及び第２電極層４２は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第１端子ＴＭ１及び第２端子ＴＭ２は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【００２７】
図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、センサ１１０は、制御部６０（制御回路）をさらに含んでも良い。制御部６０は、第１センサ電極ＥＬ１及び第２センサ電極ＥＬ２と電気的に接続される。
【００２８】
制御部６０は、第１端子ＴＭ１及び第２端子ＴＭ２と電気的に接続される。制御部６０は、第１端子ＴＭ１と第２端子ＴＭ２との間の電位差Ｖａを制御する。
【００２９】
電位差Ｖａの制御により、第１電極層４１と第２電極層４２との間に電圧が印加され、圧電層４３に電圧が印加される。この電圧に応じて、圧電効果により圧電層４３の引張応力を変化させることができる。この引張応力の変化によって、例えば、第１膜４０の共振周波数を調整することができる。この引張応力の変化によって、例えば、第１膜４０に圧力Ｐが加えられたときの歪εの生じやすさ（感度）を調整することができる。これにより、共振周波数や感度を調整し、センサの検知精度を向上させることができる。例えば、検知対象にあわせて電位差Ｖａを変化させる。例えば、共振周波数を変化させることで、検知対象の周波数の帯域を拡大できる。
【００３０】
センサの特性の一例について説明する。  
図２は、第１の実施形態に係るセンサの特性を例示する模式図である。  
図２の横軸は、周波数ｆ（Ｈｚ）を表し、図２の縦軸は、センサの感度Ｓｎを表す。感度Ｓｎは、第１膜４０に加わる圧力Ｐに対する、第１膜４０に生じる歪εの大きさ（歪傾きｄε／ｄＰ）に対応する。
【００３１】
図２には、第１状態ＳＴ１における特性Ｃ１、第２状態ＳＴ２における特性Ｃ２、及び第３状態ＳＴ３における特性Ｃ３を示す。第１状態ＳＴ１は、第１端子ＴＭ１と第２端子ＴＭ２との間の電位差Ｖａが第１電位差Ｖ１（第１値）の状態である。第２状態ＳＴ２は、電位差Ｖａが第２電位差Ｖ２（第２値）の状態である。第３状態ＳＴ３は、電位差Ｖａが第３電位差Ｖ３（第３値）の状態である。第１電位差Ｖ１、第２電位差Ｖ２および第３電位差Ｖ３は、互いに異なる。例えば、第２電位差Ｖ２の絶対値は、第１電位差Ｖ１の絶対値よりも大きい。例えば、第３電位差Ｖ３の絶対値は、第２電位差の絶対値よりも大きい。
【００３２】
第１状態ＳＴ１における第１膜４０の共振周波数は、第１共振周波数ｆｒ１である。第２状態ＳＴ２における第１膜４０の共振周波数は、第２共振周波数ｆｒ２である。第３状態ＳＴ３における第１膜４０の共振周波数は、第３共振周波数ｆｒ３である。第２共振周波数ｆｒ２は、第１共振周波数ｆｒ１よりも高い。第３共振周波数ｆｒ３は、第２共振周波数ｆｒ２よりも高い。
【００３３】
第２状態ＳＴ２における感度Ｓｎは、第１状態ＳＴ１における感度Ｓｎよりも低い。第３状態ＳＴ３における感度Ｓｎは、第２状態ＳＴ２における感度Ｓｎよりも低い。
【００３４】
このように、実施形態によれば、圧電層４３に印加される電圧により、感度の周波数特性を変化させることができる。これにより、検知精度を向上させることができる。
【００３５】
図３は、第１の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。  
この断面図は、図１（ａ）に示したＡ１−Ａ２線断面図である。図３に示すように、支持部７０ｓは、第１膜４０を支持する。支持部７０ｓは、第１部分７０ａと第２部分７０ｂとを含む。第１部分７０ａから第２部分７０ｂに向かう第２方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。第２方向は、Ｘ軸方向に沿った方向である。
【００３６】
圧電層４３は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３を含む。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３のそれぞれと連続している。第１領域Ｒ１は、Ｚ軸方向において、支持部７０ｓの第１部分７０ａと重なる。第２領域Ｒ２は、Ｚ軸方向において、支持部７０ｓと重ならない。第３領域Ｒ３は、Ｚ軸方向において、支持部７０ｓの第２部分７０ｂと重なる。第１膜４０（圧電層４３）は、例えば、支持部７０ｓ及び凹部７０ｈの全体にわたって設けられている。
【００３７】
センサ部（第１センサ部５１など）は、Ｚ軸方向において第２領域Ｒ２と重なる。第２領域Ｒ２は、図１（ｃ）に示した第１膜４０の一部４０ｐを含む。例えば、第１センサ部５１は、Ｚ軸方向において支持部７０ｓと重ならない。
【００３８】
第１膜４０は、第１面Ｆ１及び第２面Ｆ２を有する。第１面Ｆ１から第２面Ｆ２へ向かう方向は、Ｚ軸方向に沿っている。第１面Ｆ１及び第２面Ｆ２のそれぞれは、気体及び液体の少なくともいずれかと接する。例えば、振動する気体及び液体の少なくともいずれかによって、第１膜４０に圧力が加えられ、第１膜４０に歪εが生じる。
【００３９】
圧電層４３のＺ軸方向に沿った長さＬ１は、例えば、第１膜４０のＺ軸方向に沿った長さＬ２の０．５倍以上０．９９５倍以下である。すなわち、第１膜４０を構成する層の中で、圧電層４３が占める割合は、他の層が占める割合よりも大きい。
【００４０】
図４は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的断面図である。  
図４に示す断面は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面に対応する。  
図４に示したセンサ１１１においては、第１膜４０は、第１層４０ａ及び第２層４０ｂをさらに含む。これ以外については、センサ１１１の構成は、前述のセンサ１１０と同様である。例えば、第１層４０ａ及び第２層４０ｂのそれぞれは、酸化アルミニウムを含む。例えば、第１層４０ａ及び第２層４０ｂのそれぞれは、窒化アルミニウム、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。
【００４１】
第１層４０ａは、第１位置Ｐｓ１及び第２位置Ｐｓ２の一方に設けられる。第２層４０ｂは、第１位置Ｐｓ１及び第２位置Ｐｓ２の他方に設けられる。この例では、第１層４０ａは第１位置Ｐｓ１に設けられ、第２層４０ｂは第２位置Ｐｓ２に設けられている。
【００４２】
Ｚ軸方向において、第１電極層４１は、第１位置Ｐｓ１と第２電極層４２との間に位置する。Ｚ軸方向において、第２電極層４２は、第２位置Ｐｓ２と第１電極層４１との間に位置する。Ｚ軸方向における第１膜４０の中心Ｃｎｔは、Ｚ軸方向において第１位置Ｐｓ１と第２位置Ｐｓ２との間である。
【００４３】
図５は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的断面図である。  
図５に示す断面は、図１（ｃ）に示した断面に対応する。図５に示したセンサ１１２においては、第２センサ導電層５８ｆは、第１電極層４１と電気的に接続されている。例えば、第２センサ導電層５８ｆは、第１電極層４１と連続している。第２センサ導電層５８ｆと第１電極層４１とは、１つの導電層として形成されてもよい。
【００４４】
第１端子ＴＭ１は、第１電極層４１と電気的に接続されている。すなわち、この例では、第１端子ＴＭ１は、第１電極層４１及び第２センサ導電層５８ｆと電気的に接続されている。上記以外については、センサ１１２は、前述のセンサ１１０と同様である。
【００４５】
次に、第１の実施形態に係るセンサを含むシステムの一例について説明する。
【００４６】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係るセンサを例示するブロック図である。  
図６（ａ）は、第１状態ＳＴ１を表す。第１状態ＳＴ１において、制御部６０は、第１端子ＴＭ１と第２端子ＴＭ２との間の電位差Ｖａを第１電位差Ｖ１とする第１制御を実行している。制御部６０は、第１期間Ｔ１において第１制御を実行する。
【００４７】
検知の目的とする圧力Ｐ１（例えば音波）が第１膜４０に加わると、歪ε１が生じる。歪ε１により、センサ部（第１〜第３センサ部５１〜５３など）において電気抵抗の変化が生じる。例えば、これらのセンサ部の２つ以上が直列に接続されても良い。電気抵抗の変化が、制御部６０により検知される。第１状態ＳＴ１においては、例えば図２に示した特性Ｃ１に応じて、電気抵抗の変化が検知される。
【００４８】
制御部６０は、フィルタ回路６１を含んでもよい。この例では、第１膜４０の共振周波数よりも低い周波数帯域の信号を圧力の検知に用いる場合を考える。すなわち感度の周波数特性のうち、比較的フラットな帯域を利用する。
【００４９】
第１状態ＳＴ１において、フィルタ回路６１は、センサ部（第１センサ部５１など）の電気抵抗の変化に関する第１信号Ｓｉｇ１を取得し、第１出力信号Ｓｏ１を出力する。第１状態ＳＴ１において、フィルタ回路６１は、例えば、第１信号Ｓｉｇ１のうち、第１共振周波数ｆｒ１以上の周波数の成分を遮断し、第１共振周波数ｆｒ１より低い周波数の成分を通過させる。すなわち、第１出力信号Ｓｏ１は、第１共振周波数ｆｒ１よりも低い第１周波数ｆ１の成分（第１成分ｓ１）を含む。第１状態ＳＴ１（第１期間Ｔ１）においてセンサが検知する周波数の帯域は、例えば、図２に示す第１帯域ＦＢ１である。
【００５０】
図６（ｂ）は、第２状態ＳＴ２を表す。第２状態において、制御部６０は、電位差Ｖａを第２電位差Ｖ２とする第２制御を実行している。制御部６０は、第１期間Ｔ１とは異なる第２期間Ｔ２において第２制御を実行する。
【００５１】
検知の目的とする圧力Ｐ２（例えば音波）が第１膜４０に加わると、歪ε２が生じる。歪ε２により、センサ部（第１センサ部５１など）において電気抵抗の変化が生じる。電気抵抗の変化が、制御部６０により検知される。第２状態ＳＴ２においては、例えば図２に示した特性Ｃ２に応じて、電気抵抗の変化が検知される。
【００５２】
第２状態ＳＴ２において、フィルタ回路６１は、センサ部（第１センサ部５１など）の電気抵抗の変化に関する第２信号Ｓｉｇ２を取得し、第２出力信号Ｓｏ２を出力する。第２状態ＳＴ２において、フィルタ回路６１は、例えば、第２信号Ｓｉｇ２のうち、第２共振周波数ｆｒ２以上の周波数の成分を遮断し、第２共振周波数ｆｒ２より低い周波数の成分を通過させる。すなわち、第２出力信号Ｓｏ２は、第２共振周波数ｆｒ２よりも低い第２周波数ｆ２の成分（第２成分ｓ２）を含む。図２に示したように、例えば、第２周波数ｆ２は、第１共振周波数ｆｒ１以上である。第２状態ＳＴ２（第２期間Ｔ２）においてセンサが検知する周波数の帯域は、例えば、図２に示す第２帯域ＦＢ２である。
【００５３】
図６（ｃ）は、第３状態ＳＴ３を表す。第３状態において、制御部６０は、電位差Ｖａを第３電位差Ｖ３とする第３制御を実行している。制御部６０は、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２とは異なる第３期間Ｔ３において第３制御を実行する。
【００５４】
検知の目的とする圧力Ｐ３（例えば音波）が第１膜４０に加わると、歪ε３が生じる。歪ε３により、センサ部（第１センサ部５１など）において電気抵抗の変化が生じる。電気抵抗の変化が、制御部６０により検知される。第３状態ＳＴ３においては、例えば図２に示した特性Ｃ３に応じて、電気抵抗の変化が検知される。
【００５５】
第３状態ＳＴ３において、フィルタ回路６１は、センサ部（第１センサ部５１など）の電気抵抗の変化に関する第３信号Ｓｉｇ３を取得し、第３出力信号Ｓｏ３を出力する。第３状態ＳＴ３において、フィルタ回路６１は、例えば、第３信号Ｓｉｇ３のうち、第３共振周波数ｆｒ３以上の周波数の成分を遮断し、第３共振周波数ｆｒ３より低い周波数の成分を通過させる。すなわち、第３出力信号Ｓｏ３は、第３共振周波数ｆｒ３よりも低い第３周波数ｆ３の成分（第３成分ｓ３）を含む。図２に示したように、例えば、第３周波数ｆ３は、第２共振周波数ｆｒ２以上である。第３状態ＳＴ３（第３期間Ｔ３）においてセンサが検知する周波数の帯域は、例えば、図２に示す第３帯域ＦＢ３である。
【００５６】
以上説明したように、期間毎に、圧電層４３への印加電圧を変化させ、第１膜４０の共振周波数を変化させる。共振周波数よりも低い周波数帯域の信号を圧力の検知に用いる場合には、共振周波数を高くすることで、センサが検知する周波数帯域を広くすることができる。一方、図２に関して説明したように、例えば、第２状態ＳＴ２における感度、第３状態ＳＴ３における感度は、第１状態ＳＴ１における感度よりも低い。
【００５７】
実施形態においては、期間ごとに共振周波数を変化させることにより、感度の高い第１状態ＳＴ１において、第１共振周波数ｆｒ１よりも低い周波数帯域を検知する。第２状態ＳＴ２において、例えば第１共振周波数ｆｒ１以上で第２共振周波数ｆｒ２よりも低い周波数帯域を検知する。第３状態ＳＴ３において、例えば第２共振周波数ｆｒ２以上で第３共振周波数ｆｒ３よりも低い検知帯域を検知する。これにより、広帯域で高感度な測定が可能となる。例えば、第１共振周波数ｆｒ１は５ｋＨｚ以上５０ｋＨｚ以下である。例えば、第２共振周波数ｆｒ２は５０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。例えば、第３共振周波数ｆｒ３は、１００ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下である。例えば、第２共振周波数ｆｒ２は、第１共振周波数ｆｒ１の５倍以上である。例えば、制御部６０は、第１〜第３制御を繰り返す。
【００５８】
制御部６０は、増幅回路を含んでもよい。増幅回路は、第１信号Ｓｉｇ１、第２信号Ｓｉｇ２、第３信号Ｓｉｇ３のそれぞれに重みづけ処理を行うことができる。例えば、第１状態ＳＴ１、第２状態ＳＴ２、第３状態ＳＴ３におけるそれぞれの感度Ｓｎの差をそろえるように重みづけ処理を行うことができる。例えば、第１信号Ｓｉｇ１に基づく第１出力信号Ｓｏ１、及び第２信号Ｓｉｇ２に基づく第２出力信号Ｓｏ２の少なくともいずれかは、第１状態ＳＴ１における感度Ｓｎと、第２状態ＳＴ２における感度Ｓｎと、に基づく。例えば、第１状態ＳＴ１における感度Ｓｎに対して、第２状態ＳＴ２における感度Ｓｎが１／Ａ倍であった場合、制御部６０は、第２信号Ｓｉｇ２をＡ倍に増幅して、第２出力信号Ｓｏ２を出力することができる。例えば、第１状態ＳＴ１における感度Ｓｎに対して、第３状態ＳＴ３における感度Ｓｎが１／Ｂ倍であった場合、制御部６０は、第３信号Ｓｉｇ３をＢ倍に増幅して、第３出力信号Ｓｏ３を出力することができる。
【００５９】
第１状態ＳＴ１における感度Ｓｎは、第１状態ＳＴ１におけるセンサ部の電気抵抗の変化の感度（第１膜４０に加わる圧力Ｐの変化に対する、センサ部の電気抵抗の変化の大きさ）に対応する。同様に、第２状態ＳＴ２における感度Ｓｎは、第２状態ＳＴ２におけるセンサ部の電気抵抗の変化の感度に対応し、第３状態ＳＴ３における感度Ｓｎは、第３状態ＳＴ３におけるセンサ部の電気抵抗の変化の感度に対応する。
【００６０】
制御部６０は、第１〜第３出力信号Ｓｏ１〜Ｓｏ３を別々に出力しても良いし、第１〜第３出力信号Ｓｏ１〜Ｓｏ３を足し合わせて出力してもよい。
【００６１】
実施形態において、圧力の検知に用いる信号は、共振周波数よりも低い帯域に限らない。圧力の検知には、共振周波数を含む帯域の信号が用いられてもよい。
【００６２】
以下、実施形態において用いられるセンサ部の例について説明する。以下の説明において、「材料Ａ／材料Ｂ」の記載は、材料Ａの層の上に、材料Ｂの層が設けられている状態を示す。
【００６３】
図７は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的斜視図である。  
図７に示すように、センサ部５０Ａにおいて、下部電極２０４と、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化参照層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化参照層２０９と、中間層２０３と、磁化自由層２１０と、キャップ層２１１と、上部電極２１２と、が、この順で並ぶ。センサ部５０Ａは、例えば、ボトムスピンバルブ型である。磁化参照層は、例えば、磁化固定層である。
【００６４】
下地層２０５には、例えば、タンタルとルテニウムの積層膜（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第２磁化参照層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第１磁化参照層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【００６５】
下部電極２０４及び上部電極２１２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）のからなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。下部電極２０４及び上部電極２１２として、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、センサ部５０Ａに効率的に電流を流すことができる。下部電極２０４及び上部電極２１２には、非磁性材料が用いられる。
【００６６】
下部電極２０４及び上部電極２１２は、例えば、下部電極２０４及び上部電極２１２用の下地層（図示せず）と、下部電極２０４及び上部電極２１２用のキャップ層（図示せず）と、それらの間に設けられたＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、及び、Ａｕからなる群から選択された少なくとも１つの層とを含んでいても良い。例えば、下部電極２０４及び上部電極２１２には、タンタル（Ｔａ）／銅（Ｃｕ）／タンタル（Ｔａ）などが用いられる。下部電極２０４及び上部電極２１２の下地層としてＴａを用いることで、例えば、基板（例えば膜）と下部電極２０４及び上部電極２１２との密着性が向上する。下部電極２０４及び上部電極２１２用の下地層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。
【００６７】
下部電極２０４及び上部電極２１２のキャップ層としてＴａを用いることで、そのキャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化が抑制される。下部電極２０４及び上部電極２１２用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いても良い。
【００６８】
下地層２０５には、例えば、バッファ層（図示せず）と、シード層（図示せず）とを含む積層構造が用いられる。このバッファ層は、例えば、下部電極２０４や膜等の表面の荒れを緩和し、このバッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層として、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。
【００６９】
下地層２０５のうちのバッファ層の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層の厚さが厚すぎると、センサ部５０Ａの厚さが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、例えば、そのシード層がバッファ効果を有する。この場合、バッファ層は省略しても良い。バッファ層には、例えば、３ｎｍの厚さのＴａ層が用いられる。
【００７０】
下地層２０５のうちのシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。このシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。このシード層として、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）の金属等が用いられる。
【００７１】
下地層２０５のうちのシード層として、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）、または、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ、または、ｆｃｃ構造のＣｕを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。シード層には、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。シード層の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。
【００７２】
一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合（例えば、アモルファスの磁化自由層を形成する場合など）には、シード層は省略しても良い。シード層としては、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層が用いられる。
【００７３】
ピニング層２０６は、例えば、ピニング層２０６の上に形成される第２磁化参照層２０７（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して、第２磁化参照層２０７の磁化を固定する。ピニング層２０６には、例えば反強磁性層が用いられる。ピニング層２０６には、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−ＰｔおよびＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくとも１つに、さらに添加元素を加えた合金を用いても良い。ピニング層２０６の厚さは適切に設定される。これにより、例えば、十分な強さの一方向異方性が付与される。
【００７４】
例えば、磁界印加中での熱処理が行われる。これにより、例えば、ピニング層２０６に接する強磁性層の磁化の固定が行われる。熱処理時に印加されている磁界の方向にピニング層２０６に接する強磁性層の磁化が固定される。熱処理温度（アニール温度）は、例えば、ピニング層２０６に用いられる反強磁性材料の磁化固着温度以上である。Ｍｎを含む反強磁性層を用いる場合、ピニング層２０６以外の層にＭｎが拡散してＭＲ変化率を低減する場合がある。熱処理温度は、Ｍｎの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。熱処理温度は、例えば２００℃以上５００℃以下である。熱処理温度は、例えば、好ましくは、２５０℃以上４００℃以下である。
【００７５】
ピニング層２０６として、ＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎが用いられる場合には、ピニング層２０６の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ピニング層２０６の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層２０６としてＩｒＭｎを用いる場合には、ピニング層２０６としてＰｔＭｎを用いる場合よりも薄い厚さで、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層２０６の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。ピニング層２０６の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層が用いられる。
【００７６】
ピニング層２０６として、ハード磁性層を用いても良い。ハード磁性層として、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄなどを用いても良い。これらの材料においては、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、ハード磁性材料である。ピニング層２０６として、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は、４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などを用いても良い。
【００７７】
第２磁化参照層２０７には、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）が用いられる。これらの材料に非磁性元素を添加した材料が用いられても良い。第２磁化参照層２０７として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。第２磁化参照層２０７として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金を用いても良い。第２磁化参照層２０７として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第２磁化参照層２０７として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、センサ部のサイズが小さい場合にも、センサ部５０Ａの特性のばらつきを抑制することができる。
【００７８】
第２磁化参照層２０７の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層２０６による一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化参照層２０７の上に形成される磁気結合層を介して、第２磁化参照層２０７と第１磁化参照層２０９との間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第２磁化参照層２０７の磁気膜厚（飽和磁化と厚さとの積）は、第１磁化参照層２０９の磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。
【００７９】
薄膜でのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）である。例えば、第１磁化参照層２０９として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いると、第１磁化参照層２０９の磁気膜厚は、１．９Ｔ×３ｎｍであり、５．７Ｔｎｍとなる。一方、Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化は、約２．１Ｔである。上記と等しい磁気膜厚が得られる第２磁化参照層２０７の厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第２磁化参照層２０７には、約２．７ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層を用いることが好ましい。第２磁化参照層２０７として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。
【００８０】
センサ部５０Ａにおいては、第２磁化参照層２０７と磁気結合層２０８と第１磁化参照層２０９とにより、シンセティックピン構造が用いられている。その代わりに、１層の磁化参照層のシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化参照層として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。シングルピン構造の磁化参照層に用いる強磁性層として、上述した第２磁化参照層２０７の材料と同じ材料を用いても良い。
【００８１】
磁気結合層２０８は、第２磁化参照層２０７と第１磁化参照層２０９との間において、反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層２０８は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層２０８の材料として、例えば、Ｒｕが用いられる。磁気結合層２０８の厚さは、例えば、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第２磁化参照層２０７と第１磁化参照層２０９との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層２０８としてＲｕ以外の材料を用いても良い。磁気結合層２０８の厚さは、例えば、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定される。さらに、磁気結合層２０８の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層２０８の材料として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。
【００８２】
第１磁化参照層２０９に用いられる磁性層は、ＭＲ効果に直接的に寄与する。第１磁化参照層２０９として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。具体的には、第１磁化参照層２０９として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を用いることもできる。第１磁化参照層２０９として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、センサ部５０Ａのサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑制することができる。
【００８３】
第１磁化参照層２０９の上に形成される層（例えばトンネル絶縁層（図示せず））を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗で、より大きいＭＲ変化率が得られる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてＭｇＯを用いる場合には、第１磁化参照層２０９として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性をより高くすることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金は、アニール時にＭｇＯ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。
【００８４】
第１磁化参照層２０９として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いても良い。
【００８５】
第１磁化参照層２０９がより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。第１磁化参照層２０９が薄いと、例えば、より大きな固定磁界が得られる。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第１磁化参照層２０９の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１磁化参照層２０９としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化参照層２０９の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化参照層２０９の厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
【００８６】
第１磁化参照層２０９には、上述した材料の他に、ｆｃｃ構造のＣｏ９０Ｆｅ１０合金、または、ｈｃｐ構造のＣｏ、または、ｈｃｐ構造のＣｏ合金が用いられる。第１磁化参照層２０９として、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つが用いられる。第１磁化参照層２０９として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金が用いられる。第１磁化参照層２０９として、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、または、５０％以上のＮｉ組成の材料（Ｎｉ合金）を用いることで、例えば、より大きなＭＲ変化率が得られる。
【００８７】
第１磁化参照層２０９として、例えば、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａ０．５Ｇｅ０．５、及び、Ｃｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．５などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第１磁化参照層２０９として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。
【００８８】
中間層２０３は、例えば、第１磁化参照層２０９と磁化自由層２１０との間の磁気的な結合を分断する。
【００８９】
中間層２０３の材料には、例えば、金属、絶縁体または半導体が用いられる。金属としては、例えば、Ｃｕ、ＡｕまたはＡｇ等が用いられる。中間層２０３として金属を用いる場合、中間層の厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下程度である。この絶縁体または半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（ＴｉＯ等）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ等）、または、ガリウム酸化物（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。中間層２０３として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層２０３の厚さは、例えば０．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下程度である。中間層２０３として、例えば、ＣＣＰ（Current-Confined-Path）スペーサ層を用いても良い。スペーサ層としてＣＣＰスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の絶縁層中に銅（Ｃｕ）メタルパスが形成された構造が用いられる。例えば、中間層として、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。
【００９０】
磁化自由層２１０には、強磁性体材料が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含む強磁性体材料が用いられる。磁化自由層２１０の材料として、例えばＦｅＣｏ合金、ＮｉＦｅ合金等が用いられる。さらに、磁化自由層２１０には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ（磁歪定数）が大きいＦｅ−Ｇａ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ合金、Ｔｂ−Ｍ−Ｆｅ合金、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金、Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌ、または、フェライト等が用いられる。これらの材料においては、例えば、λｓ（磁歪定数）が大きい。上記のＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金において、Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。上記のＴｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金において、Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ２は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。上記のＦｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金において、Ｍ３は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ４は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。上記のフェライトとしては、Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４などが挙げられる。磁化自由層２１０の厚さは、例えば２ｎｍ以上である。
【００９１】
磁化自由層２１０には、ホウ素を含む磁性材料が用いられても良い。磁化自由層２１０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも１つの元素と、ホウ素（Ｂ）とを含む合金が用いられても良い。磁化自由層２１０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０合金が用いられる。磁化自由層２１０に、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも１つの元素と、ホウ素（Ｂ）とを含む合金を用いる場合、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ、または、Ｗなどを添加しても良い。これらの元素を添加することで、例えば、高磁歪が促進される。磁化自由層２１０として、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金を用いても良い。このようなホウ素を含有する磁性材料を用いることで磁化自由層２１０の保磁力（Ｈｃ）が低くなり、歪に対する磁化方向の変化が容易となる。これにより、高い感度が得られる。
【００９２】
磁化自由層２１０におけるホウ素濃度（例えば、ホウ素の組成比）は、５ａｔ．％（原子パーセント）以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得易くなる。磁化自由層におけるホウ素濃度は、３５ａｔ．％以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。磁化自由層におけるホウ素濃度は、例えば、５ａｔ．％以上３５ａｔ．％以下が好ましく、１０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下がさらに好ましい。
【００９３】
磁化自由層２１０の磁性層の一部に、Ｆｅ１−ｙＢｙ（０＜ｙ≦０．３）、または（ＦｅｚＸ１−ｚ）１−ｙＢｙ（Ｘは、ＣｏまたはＮｉ、０．８≦ｚ＜１、０＜ｙ≦０．３）用いる場合、大きい磁歪定数λと低い保磁力を両立することが容易となる。このため、高いゲージファクタを得る観点で、特に好ましい。例えば、磁化自由層２１０として、Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）が用いられる。磁化自由層として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）／Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）が用いられる。
【００９４】
磁化自由層２１０は多層構造を有しても良い。中間層２０３としてＭｇＯのトンネル絶縁層を用いる場合には、磁化自由層２１０のうちの中間層２０３に接する部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。この場合、中間層２０３の上には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が設けられ、そのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層の上には、磁歪定数の大きい他の磁性材料が設けられる。磁化自由層２１０が多層構造を有する場合、磁化自由層２１０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（２ｎｍ）／Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ（４ｎｍ）などが用いられる。
【００９５】
キャップ層２１１は、キャップ層２１１の下に設けられる層を保護する。キャップ層２１１には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層２１１には、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層２１１として、Ｔａ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層２１１の構成は、任意である。例えば、キャップ層２１１として、非磁性材料が用いられる。キャップ層２１１の下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層２１１として、他の材料を用いても良い。
【００９６】
磁化自由層２１０にホウ素を含有する磁性材料を用いる場合、酸化物材料や窒化物材料の拡散抑制層（図示しない）を磁化自由層２１０とキャップ層２１１との間に設けても良い。これにより、例えば、ホウ素の拡散が抑制される。酸化物層または窒化物層を含む拡散抑制層を用いることにより、磁化自由層２１０に含まれるホウ素の拡散を抑制し、磁化自由層２１０のアモルファス構造を保つことができる。拡散抑制層に用いられる酸化物材料や窒化物材料として、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、ＣｄまたはＧａなどの元素を含む酸化物材料または窒化物材料が用いられる。拡散抑制層は、磁気抵抗効果には寄与しない層である。拡散抑制層の面積抵抗は、低いほうが好ましい。例えば、拡散抑制層の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層の面積抵抗よりも低く設定されることが好ましい。拡散抑制層の面積抵抗を下げる観点では、拡散抑制層には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａの酸化物または窒化物が好ましい。これらの材料において、バリアハイトは低い。ホウ素の拡散を抑制する機能としては、より化学結合の強い酸化物のほうが好ましい。例えば、１．５ｎｍのＭｇＯ層が用いられる。酸窒化物は、酸化物及び窒化物のいずれかに含まれる。
【００９７】
拡散抑制層に酸化物または窒化物を用いる場合、拡散抑制層の厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上が好ましい。これより、ホウ素の拡散抑制機能が十分に発揮される。拡散抑制層の厚さは、５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、低い面積抵抗が得られる。拡散抑制層の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。
【００９８】
拡散抑制層として、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくとも１つを用いても良い。拡散抑制層として、これらの軽元素を含む材料が用いられる。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。拡散抑制層と磁化自由層２１０との界面を含む部分に、例えば、Ｍｇ−Ｂ化合物、Ａｌ−Ｂ化合物、及び、Ｓｉ−Ｂ化合物の少なくとも１つが形成される。これらの化合物が、ホウ素の拡散を抑制する。
【００９９】
拡散抑制層と磁化自由層２１０との間に他の金属層などが挿入されていても良い。拡散抑制層と磁化自由層２１０との距離が離れすぎていると、その間でホウ素が拡散して磁化自由層２１０中のホウ素濃度が下がってしまう。このため、拡散抑制層と磁化自由層２１０との間の距離は、１０ｎｍ以下が好ましく３ｎｍ以下がさらに好ましい。
【０１００】
図８は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。  
図８に示すように、センサ部５０ＡＡにおいて、絶縁層２１３が設けられるこれ以外は、センサ部５０Ａと同様である。絶縁層２１３は、下部電極２０４と上部電極２１２との間に設けられる。絶縁層２１３は、下部電極２０４と上部電極２１２とを結ぶ方向と交差する方向において、磁化自由層２１０及び第１磁化参照層２０９と並ぶ。絶縁層２１３を除く部分は、センサ部５０Ａと同様なので説明を省略する。
【０１０１】
絶縁層２１３には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）などが用いられる。絶縁層２１３により、センサ部５０ＡＡのリーク電流が抑制される。絶縁層２１３は、後述するセンサ部に設けられても良い。
【０１０２】
図９は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。  
図９に示すように、センサ部５０ＡＢにおいて、ハードバイアス層２１４がさらに設けられる。これ以外は、センサ部５０Ａと同様である。ハードバイアス層２１４は、下部電極２０４と上部電極２１２との間に設けられる。下部電極２０４と上部電極２１２との間とを結ぶ方向と交差する方向において、磁化自由層２１０及び第１磁化参照層２０９は、ハードバイアス層２１４の２つの部分の間に設けられる。これ以外は、センサ部５０ＡＡと同様である。
【０１０３】
ハードバイアス層２１４は、ハードバイアス層２１４の磁化により、磁化自由層２１０の磁化方向を設定する。ハードバイアス層２１４により、外部からの圧力が膜に印加されていない状態において、磁化自由層２１０の磁化方向は、所望の方向に設定される。
【０１０４】
ハードバイアス層２１４には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄなどが用いられる。これらの材料においては、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、例えば、ハード磁性材料である。ハードバイアス層２１４には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−ＰｄまたはＦｅ−Ｐｄに、さらに添加元素を加えた合金を用いても良い。ハードバイアス層２１４には、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下、ｙは０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）などが用いられても良い。このような材料を用いる場合、ハードバイアス層２１４の磁化の方向は、ハードバイアス層２１４の保磁力よりも大きい外部磁界を加えることで、外部磁界を加えた方向に設定（固定）される。ハードバイアス層２１４の厚さ（例えば、下部電極２０４から上部電極に向かう方向に沿った長さ）は、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【０１０５】
下部電極２０４と上部電極２１２の間に絶縁層２１３を設ける場合、絶縁層２１３の材料として、ＳｉＯｘまたはＡｌＯｘが用いられる。さらに、絶縁層２１３とハードバイアス層２１４の間に、図示しない下地層を設けても良い。ハードバイアス層２１４にＣｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄなどのハード磁性材料を用いる場合には、ハードバイアス層２１４用の下地層の材料として、ＣｒやＦｅ−Ｃｏなどが用いられる。
【０１０６】
ハードバイアス層２１４は、図示しないハードバイアス層用ピニング層に積層された構造を有していても良い。この場合、ハードバイアス層２１４とハードバイアス層用ピニング層の交換結合により、ハードバイアス層２１４の磁化の方向を設定（固定）できる。この場合、ハードバイアス層２１４には、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つ、または、これらの少なくとも１種を含む合金の強磁性材料が用いられる。この場合、ハードバイアス層２１４には、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。ハードバイアス層２１４として、上記の第１磁化参照層２０９と同様の材料が用いられる。ハードバイアス層用ピニング層には、上記のセンサ部５０Ａ中のピニング層２０６と同様の材料が用いられる。ハードバイアス層用ピニング層を設ける場合、下地層２０５に用いる材料と同様の下地層をハードバイアス層用ピニング層の下に設けても良い。ハードバイアス層用ピニング層は、ハードバイアス層の下部に設けても良いし、上部に設けても良い。この場合のハードバイアス層２１４の磁化方向は、ピニング層２０６と同様に、磁界中熱処理により決定される。
【０１０７】
上記のハードバイアス層２１４及び絶縁層２１３は、実施形態に係るセンサ部のいずれにも適用できる。ハードバイアス層２１４とハードバイアス層用ピニング層との積層構造を用いると、大きな外部磁界がハードバイアス層２１４に短い時間で加わった場合においても、ハードバイアス層２１４の磁化の向きを容易に保持することができる。
【０１０８】
図１０は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。  
図１０に示すように、センサ部５０Ｂにおいて、下部電極２０４と、下地層２０５と、磁化自由層２１０と、中間層２０３と、第１磁化参照層２０９と、磁気結合層２０８と、第２磁化参照層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１と、上部電極２１２と、が、順に積層される。センサ部５０Ｂは、例えば、トップスピンバルブ型である。
【０１０９】
下地層２０５には、例えば、タンタルと銅の積層膜（Ｔａ／Ｃｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＣｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第１磁化参照層２０９には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。磁気結合層２０８には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第２磁化参照層２０７には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【０１１０】
センサ部５０Ｂに含まれる各層の材料は、センサ部５０Ａに含まれる各層の材料を上下反転させて用いることができる。上記の拡散抑制層を、センサ部５０Ｂの下地層２０５と磁化自由層２１０の間に設けても良い。
【０１１１】
図１１は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。  
図１１に示すように、センサ部５０Ｃにおいて、下部電極２０４と、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第１磁化参照層２０９と、中間層２０３と、磁化自由層２１０と、キャップ層２１１と、が、この順で積層される。センサ部５０Ｃは、例えば、単一の磁化参照層を用いたシングルピン構造を有する。
【０１１２】
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。ピニング層２０６には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。第１磁化参照層２０９には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。中間層２０３には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【０１１３】
センサ部５０Ｃの各層の材料には、例えば、センサ部５０Ａの各層の材料と同様のものが用いられる。
【０１１４】
図１２は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。  
図１２に示すように、センサ部５０Ｄにおいて、下部電極２０４と、下地層２０５と、下部ピニング層２２１と、下部第２磁化参照層２２２と、下部磁気結合層２２３と、下部第１磁化参照層２２４と、下部中間層２２５と、磁化自由層２２６と、上部中間層２２７と、上部第１磁化参照層２２８と、上部磁気結合層２２９と、上部第２磁化参照層２３０と、上部ピニング層２３１と、キャップ層２１１とが、順に積層される。
【０１１５】
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ナノメートル（ｎｍ）である。このＲｕ層の厚さは、例えば、２ｎｍである。下部ピニング層２２１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。下部第２磁化参照層２２２には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。下部磁気結合層２２３には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。下部第１磁化参照層２２４には、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。下部中間層２２５には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。磁化自由層２２６には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。上部中間層２２７には、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。上部第１磁化参照層２２８には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｆｅ５０Ｃｏ５０が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば２ｎｍである。このＦｅ５０Ｃｏ５０層の厚さは、例えば１ｎｍである。上部磁気結合層２２９には、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。上部第２磁化参照層２３０には、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。上部ピニング層２３１には、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒＭｎ層が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＴａ／Ｒｕが用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【０１１６】
センサ部５０Ｄの各層の材料には、例えば、センサ部５０Ａの各層の材料と同様のものが用いられる。
【０１１７】
図１３は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。  
図１３に示すように、センサ部５０Ｅにおいて、下部電極２０４と、下地層２０５と、第１磁化自由層２４１と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４２と、キャップ層２１１と、上部電極２１２と、が、この順で積層される。
【０１１８】
下地層２０５には、例えば、Ｔａ／Ｃｕが用いられる。このＴａ層の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、３ｎｍである。このＣｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。第１磁化自由層２４１には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。中間層２０３には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が用いられる。キャップ層２１１には、例えばＣｕ／Ｔａ／Ｒｕが用いられる。このＣｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【０１１９】
センサ部５０Ｅの各層の材料は、センサ部５０Ａの各層の材料と同様のものが用いられる。第１磁化自由層２４１及び第２磁化自由層２４２の材料として、例えばセンサ部５０Ａの磁化自由層２１０と同様のものを用いても良い。
【０１２０】
（第２の実施形態）  
本実施形態は、電子機器に係る。電子機器は、例えば、上記の実施形態に係るセンサ及びその変形のセンサを含む。電子機器は、例えば、情報端末を含む。情報端末は、レコーダなどを含む。電子機器は、マイクロフォン、血圧センサ、タッチパネルなどを含む。
【０１２１】
図１４は、第２の実施形態に係る電子機器を例示する模式図である。  
図１４に示すように、本実施形態に係る電子機器７５０は、例えば、情報端末７１０である。情報端末７１０には、例えば、マイクロフォン６１０が設けられる。
【０１２２】
マイクロフォン６１０は、例えば、センサ３１０を含む。第１膜４０は、例えば、情報端末７１０の表示部６２０が設けられた面に対して実質的に平行である。第１膜４０の配置は、任意である。センサ３１０は、第１の実施形態に関して説明した任意のセンサが適用される。
【０１２３】
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第２の実施形態に係る電子機器を例示する模式的断面図である。  
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、電子機器７５０（例えば、マイクロフォン３７０（音響マイクロフォン））は、筐体３６０と、センサ３１０と、を含む。筐体３６０は、例えば、基板３６１（例えばプリント基板）と、カバー３６２と、を含む。基板３６１は、例えばアンプなどの回路を含む。
【０１２４】
筐体３６０（基板３６１及びカバー３６２の少なくともいずれか）には、アコースティックホール３２５が設けられる。図１５（ｂ）に示す例においては、アコースティックホール３２５は、カバー３６２に設けられている。図１５（ｂ）に示す例においては、アコースティックホール３２５は、基板３６１に設けられている。音３２９は、アコースティックホール３２５を通って、カバー３６２の内部に進入する。マイクロフォン３７０は、音圧に対して感応する。
【０１２５】
例えば、センサ３１０を基板３６１の上に置き、電気信号線（図示しない）を設ける。センサ３１０を覆うように、カバー３６２が設けられる。センサ３１０の周りに筐体３６０が設けられる。センサ３１０の少なくとも一部は、筐体３６０の中に設けられる。例えば、第１センサ部５１及び第１膜４０は、基板３６１とカバー３６２との間に設けられる。例えば、センサ３１０は、基板３６１とカバー３６２との間に設けられる。
【０１２６】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の電子機器を例示する模式図である。  
これらの図の例では、電子機器７５０は、血圧センサ３３０である。図１６（ａ）は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＨ１−Ｈ２線断面図である。
【０１２７】
血圧センサ３３０においては、センサとしてセンサ３１０が用いられている。センサ３１０が動脈血管３３１の上の皮膚３３３に接触される。これにより、血圧センサ３３０は、連続的に血圧測定を行うことができる。
【０１２８】
図１７は、第２の実施形態に係る別の電子機器を例示する模式図である。  
この図の例では、電子機器７５０は、タッチパネル３４０である。タッチパネル３４０において、センサ３１０が、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに設けられる。
【０１２９】
例えば、タッチパネル３４０は、複数の第１配線３４６と、複数の第２配線３４７と、複数のセンサ３１０と、制御回路３４１と、を含む。
【０１３０】
この例では、複数の第１配線３４６は、Ｙ軸方向に沿って並ぶ。複数の第１配線３４６のそれぞれは、Ｘ軸方向に沿って延びる。複数の第２配線３４７は、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。複数の第２配線３４７のそれぞれは、Ｙ軸方向に沿って延びる。
【０１３１】
複数のセンサ３１０の１つは、複数の第１配線３４６と複数の第２配線３４７との交差部に設けられる。センサ３１０の１つは、検知のための検知要素Ｅｓの１つとなる。交差部は、第１配線３４６と第２配線３４７とが交差する位置及びその周辺の領域を含む。
【０１３２】
複数のセンサ３１０の１つの一端Ｅ１は、複数の第１配線３４６の１つと接続される。複数のセンサ３１０の１つの他端Ｅ２は、複数の第２配線３４７の１つと接続される。
【０１３３】
制御回路３４１は、複数の第１配線３４６及び複数の第２配線３４７と接続される。例えば、制御回路３４１は、複数の第１配線３４６と接続された第１配線用回路３４６ｄと、複数の第２配線３４７と接続された第２配線用回路３４７ｄと、第１配線用回路３４６ｄ及び第２配線用回路３４７ｄと接続された制御信号回路３４５と、を含む。  
第２の実施形態によれば、感度を向上できるセンサを用いた電子機器が提供できる。
【０１３４】
実施形態によれば、検知精度を向上できるセンサ及び電子機器が提供される。
【０１３５】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１３６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、第１膜、第１センサ部、第１〜第４端子などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１３７】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１３８】
その他、本発明の実施の形態として上述したセンサ及び電子機器を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサ及び電子機器も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４１】
１１…第１磁性層、  １１ｉ…第１中間層、  １２…第２磁性層、  １２ｉ…第２中間層、  １３…第３磁性層、  １３ｉ…第３中間層、  １４…第４磁性層、  １５…第５磁性層、  １６…第６磁性層、  ４０…第１膜、  ４０ａ…第１層、  ４０ｂ…第２層、  ４０ｐ…一部、  ４１…第１電極層、  ４２…第２電極層、  ４３…圧電層、  ５０Ａ…センサ部、  ５０ＡＡ…センサ部、  ５０ＡＢ…センサ部、  ５０Ｂ…センサ部、  ５０Ｃ…センサ部、  ５０Ｄ…センサ部、  ５０Ｅ…センサ部、  ５１…第１センサ部、  ５１Ｐ…センサ部、  ５２…第２センサ部、  ５２Ｐ…センサ部、  ５３…第３センサ部、  ５３Ｐ…センサ部、  ５８ｅ…第１センサ導電層、  ５８ｆ…第２センサ導電層、  ５８ｇ…第３センサ導電層、  ５８ｈ…第４センサ導電層、  ５８ｉ…第５センサ導電層、  ５８ｊ…第６センサ導電層、  ６０…制御部、  ６１…フィルタ回路、  ７０ａ…第１部分、  ７０ｂ…第２部分、  ７０ｈ…凹部、  ７０ｓ…支持部、  ε１〜ε３…歪、  １１０〜１１２…センサ、  ２０３…中間層、  ２０４…下部電極、  ２０５…下地層、  ２０６…ピニング層、  ２０７…第２磁化参照層、  ２０８…磁気結合層、  ２０９…第１磁化参照層、  ２１０…磁化自由層、  ２１１…キャップ層、  ２１２…上部電極、  ２１３…絶縁層、  ２１４…ハードバイアス層、  ２２１…下部ピニング層、  ２２２…下部第２磁化参照層、  ２２３…下部磁気結合層、  ２２４…下部第１磁化参照層、  ２２５…下部中間層、  ２２６…磁化自由層、  ２２７…上部中間層、  ２２８…上部第１磁化参照層、  ２２９…上部磁気結合層、  ２３０…上部第２磁化参照層、  ２３１…上部ピニング層、  ２４１…第１磁化自由層、  ２４２…第２磁化自由層、  ３１０…センサ、  ３２５…アコースティックホール、  ３２９…音、  ３３０…血圧センサ、  ３３１…動脈血管、  ３３３…皮膚、  ３４０…タッチパネル、  ３４１…制御回路、  ３４５…制御信号回路、  ３４６…第１配線、  ３４６ｄ…第１配線用回路、  ３４７…第２配線、  ３４７ｄ…第２配線用回路、  ３６０…筐体、  ３６１…基板、  ３６２…カバー、  ３７０…マイクロフォン、  ６１０…マイクロフォン、  ６２０…表示部、  ７１０…情報端末、  ７５０…電子機器、  Ｃ１〜Ｃ３…特性、  Ｃｎｔ…中心、  Ｅ１…一端、  Ｅ２…他端、  ＥＬ１…第１センサ電極、  ＥＬ２…第２センサ電極、  Ｆ１…第１面、  Ｆ２…第２面、  ＦＢ１…第１帯域、  ＦＢ２…第２帯域、  ＦＢ３…第３帯域、  Ｌ１、Ｌ２…長さ、  Ｐ１〜Ｐ３…圧力、  Ｐｓ１…第１位置、  Ｐｓ２…第２位置、  Ｒ１…第１領域、  Ｒ２…第２領域、  Ｒ３…第３領域、  ＳＴ１…第１状態、  ＳＴ２…第２状態、  ＳＴ３…第３状態、  Ｓｉｇ１…第１信号、  Ｓｉｇ２…第２信号、  Ｓｉｇ３…第３信号、  Ｓｎ…感度、  Ｓｏ１…第１出力信号、  Ｓｏ２…第２出力信号、  Ｓｏ３…第３出力信号、  Ｔ１…第１期間、  Ｔ２…第２期間、  Ｔ３…第３期間、  ＴＭ１…第１端子、  ＴＭ２…第２端子、  ＴＭ３…第３端子、  ＴＭ４…第４端子、  Ｖ１…第１電位差、  Ｖ２…第２電位差、  Ｖ３…第３電位差、  Ｖａ…電位差、  ｆ１…第１周波数、  ｆ２…第２周波数、  ｆ３…第３周波数、  ｆｒ１…第１共振周波数、  ｆｒ２…第２��振周波数、  ｆｒ３…第３共振周波数、  ｓ１…第１成分、  ｓ２…第２成分、  ｓ３…第３成分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月10日(2018.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
例えば、第１磁性層１１が磁化自由層であり、第２磁性層１２が磁化参照層である。例えば、第１磁性層１１が磁化参照層であり、第２磁性層１２が磁化自由層でも良い。第１磁性層１１及び第２磁性層１２の両方が磁化自由層でも良い。上記の第１センサ部５１に関する説明は、他のセンサ部（第２センサ部５２、第３センサ部５３、センサ部５１Ｐ、センサ部５２Ｐ、及び、センサ部５３Ｐなど）にも適用される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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