(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気センサに印加される磁場による磁気シールドの残留磁化の影響を抑えながら、磁気抵抗効果素子の感度軸と直交する方向に加えられる直交磁場に対する耐性の高い磁気センサを提供する。【解決手段】感度軸方向Ｐの磁気抵抗効果素子１１から１４と離間配置され、磁気抵抗効果素子１１から１４に印加される被測定電流Ｉｏによる被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールド１５を備えた磁気センサ１であって、磁気シールド１５は、本体部１５０と、磁気抵抗効果素子１１から１４側に突出する吸磁部１５Ｐとを有し、本体部１５０は、平面視で、感度軸方向Ｐと直交するＸ１−Ｘ２方向を長手とする形状を有し、磁気抵抗効果素子１１から１４の全てと重なり、吸磁部１５Ｐは、Ｘ１−Ｘ２方向の両端に設けられており、その先端部１５ＰＥが、平面視で、磁気抵抗効果素子１１から１４から離れた位置に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に感度軸を持つ複数の磁気抵抗効果素子と、複数の前記磁気抵抗効果素子と離間配置され、前記磁気抵抗効果素子に印加される被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールドと、を備えた磁気センサであって、
前記磁気シールドは、本体部と、前記磁気抵抗効果素子側に突出する吸磁部とを有し、
前記本体部は、平面視で、前記第１の方向と直交する第２の方向を長手とする形状を有し、複数の前記磁気抵抗効果素子の全てと重なり、
前記吸磁部は、前記第２の方向の両端に設けられており、その先端部が、平面視で、複数の前記磁気抵抗効果素子から離れた位置に設けられていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
複数の前記磁気抵抗効果素子は、平面視で、前記磁気シールドの前記第１の方向に位置する一対の各末端からそれぞれ等しい距離に設けられている、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
複数の前記磁気抵抗効果素子はそれぞれ、ミアンダ形状を有するＧＭＲ素子である、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記ＧＭＲ素子のフリー磁性層にバイアス磁界が印加されている、請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
磁気平衡用コイルをさらに備え、前記磁気平衡用コイルに流れる電流に基づき前記被測定磁界の強度を測定する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁気平衡用コイルはスパイラルコイルであって、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に位置する、請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載される磁気センサを備え、前記磁気センサは被測定電流の誘導磁界を前記被測定磁界とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサおよび当該磁気センサを備えた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野や、柱状トランスなどインフラ関連の分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとしては、被測定電流からの誘導磁界を検出する磁気センサを用いたものが知られている。磁気センサ用の磁気検出素子として、例えば、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子などの磁気抵抗効果素子が挙げられる。
【０００３】
磁気抵抗効果素子は、検出感度が高いものの、線形性高く検出可能な磁界強度範囲が比較的狭いという特徴がある。このため、特許文献１の図３に示される電流センサのように、被測定電流と磁気抵抗効果素子との間に磁気シールドを配置して、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される誘導磁界の強度を小さくして、被測定磁界の大きさを良好な検出特性を有する磁界強度範囲内とする方法が用いられる場合がある。このように磁気シールドを用いることによって、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される磁界の強度を低減させて、磁界強度の測定範囲を拡げることが実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１１４９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁界強度を低減させる効果は、磁気抵抗効果素子からの距離が近い位置に磁気シールドを設けることによって大きくなる。しかし、磁気シールドに印加される磁場が数十ｍＴ程度と強い場合には、磁気シールドが軟磁性材料から構成されていても、磁気シールドに残留磁化が生じやすくなってしまう。こうして生じた磁気シールドの残留磁化に基づく磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、磁気抵抗効果素子のゼロ磁場ヒステリシスがマイナス側に大きくなるなど磁気抵抗効果素子の測定精度に悪影響を与えてしまうおそれがある。また、磁気シールドに強い磁場が印加されると、フリー磁性層のヒステリシスによって、磁気抵抗効果素子の抵抗が所定の値からずれるという問題もある。
【０００６】
本発明は、かかる現状を鑑み、磁気シールドおよび磁気抵抗効果素子を備える磁気センサであって、磁気センサに印加される磁場による磁気抵抗効果素子の感度軸と平行な方向に加えられる磁気シールドの残留磁化の影響を抑えながら、磁気抵抗効果素子の感度軸と直交する方向に加えられる直交磁場に対する耐性の高い磁気センサを提供することを目的とする。本発明は、かかる磁気センサを備える電流センサを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、第１の方向に感度軸を持つ複数の磁気抵抗効果素子と、複数の前記磁気抵抗効果素子の上方に離間配置され、前記磁気抵抗効果素子に印加される被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールドと、を備えた磁気センサであって、前記磁気シールドは、本体部と、前記磁気抵抗効果素子側に突出する吸磁部とを有し、前記本体部は、平面視で、前記第１の方向に直交する第２の方向を長手とする形状を有し、複数の前記磁気抵抗効果素子の全てと重なり、前記吸磁部は、前記第２の方向の両端に設けられており、その先端部が、平面視で、複数の前記磁気抵抗効果素子から離れた位置に設けられていることを特徴とする磁気センサである。この構成により、磁気シールドの吸磁部が感度軸と直交する方向の直交磁場を吸収するから、直交磁場に対する耐性が高い磁気センサとなる。
【０００８】
複数の前記磁気抵抗効果素子は、平面視で、前記磁気シールドの前記第１の方向に位置する一対の末端からそれぞれ等しい距離に設けられていることが、磁気シールドの残留磁化よる還流磁場の影響を抑制する観点から好ましい。
【０００９】
複数の前記磁気抵抗効果素子はそれぞれ、ミアンダ形状を有するＧＭＲ素子であり、前記ＧＭＲ素子のフリー磁性層にバイアス磁界が印加されていることが、フリー磁性層内部の磁壁の移動により生ずるバルクハウゼンノイズを抑制する観点から好ましい。
【００１０】
上記の磁気センサは、磁気平衡用コイルをさらに備え、前記磁気平衡用コイルに流れる電流に基づき前記被測定磁界の強度を測定するものであってもよい。この場合において、前記磁気平衡用コイルはスパイラルコイルであって、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に位置することが好ましい場合がある。
【００１１】
本発明は、他の一態様として、上記の磁気センサを備え、前記磁気センサは被測定電流の誘導磁界を前記被測定磁界とする電流センサを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、感度軸と平行な方向に生じる磁気シールドの残留磁化の影響を抑えながら、感度軸と直交する方向の直交磁場による磁気抵抗効果素子への影響を低減できる。このため、磁気抵抗効果素子の測定精度が低下しにくい磁気センサが提供される。また、かかる磁気センサを用いてなる電流センサも提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。
【図２】図１のＶ１−Ｖ１線による断面図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。
【図４】図３のＶ２−Ｖ２線による断面図である。
【図５】ＧＭＲ素子が備える積層構造を模式的に示す断面図である。
【図６】実施例における磁気センサの外部磁場耐性を示すグラフである。
【図７】比較例における磁気センサの外部磁場耐性を示すグラフである。
【図８】ヒステリシスに起因するフリー磁性層の抵抗のオフセットを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
電流センサや地磁気センサ等の磁界検出装置の磁気抵抗効果素子として用いられるＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）のフリー磁性層に生じるオフセットについて説明する。
【００１５】
図５は、ＧＭＲ素子が備える積層構造を模式的に示す断面図である。同図に示すようにＧＭＲ素子３０は、固定磁性層３１と非磁性層３２とフリー磁性層３３とが積層された構成を備えている。その抵抗値は、磁化方向が固定された固定磁性層３１と、磁化方向が外部磁界によって磁化方向が変化するフリー磁性層３３との磁化の向きの相対関係により変化する。この抵抗値の変化を検知することで外部磁界の向きと強さを検知できる。
【００１６】
軟磁性材料で形成されるフリー磁性層３３の内部で磁壁が移動すると、バルクハウゼンノイズが発生する。そこで、ＧＭＲ素子３０を備えた電流センサの出力を安定化するためのバイアス磁界、反強磁性層３４との交換結合磁界を使用したエクスチェンジバイアス磁界が、感度軸と直交する方向に与えられる。フリー磁性層にバイアス磁界を印加することにより、軟磁性材料の磁化方向を揃えることができる。なお、エクスチェンジバイアス磁界に代えて、永久磁石を使用してハードバイアス磁界を印加してもよい。
【００１７】
外部磁界がフリー磁性層の磁化方向が反転しない大きさであれば、外部磁界のないゼロ磁場に戻ることにより、フリー磁性層３３は外部磁界が印加される前の初期状態に戻る。しかし、強い外部磁界が与えられてフリー磁性層３３の磁化方向が初期の磁化方向から反転すると、ゼロ磁場に戻ってもフリー磁性層３３は初期状態に戻ることができない。すなわち、強い外部磁界によってフリー磁性層３３の磁化方向が初期の磁化方向から逆方向に反転すると、強い外部磁界が除かれてゼロ磁場に戻ってもフリー磁性層３３のヒステリシスによって初期状態に戻らず、初期状態からのずれ（オフセット）が生じる。
【００１８】
図８は、フリー磁性層のヒステリシスに起因する抵抗のオフセットを説明する説明図である。同図に示すように、フリー磁性層に対して感度軸と直交する方向に印加される外部磁場が反転磁場Ｂより小さい場合、外部磁場がゼロに戻れば、フリー磁性層は実線に沿って矢印（１）の方向に変化して初期の状態Ａに戻る。このため、外部磁場の大きさが０から反転磁場Ｂ未満である場合、外部磁場がゼロになれば、フリー磁性層の抵抗は初期の抵抗になる。
【００１９】
しかし、フリー磁性層に対して反転磁場Ｂ以上の外部磁場が印加された場合、外部磁場がゼロに戻っても、フリー磁性層は初期の状態Ａに戻らない。例えば、フリー磁性層に飽和磁界Ｃが印加された場合、外部の磁場がゼロになると、フリー磁性層は破線に沿って矢印（２）の方向に変化して、飽和磁界Ｃ印加後の状態Ｄとなる。このように、外部磁場の大きさが反転磁場Ｂ以上である場合、フリー磁性層のヒステリシスによってフリー磁性層の抵抗が初期の値からずれてしまう。
【００２０】
以上のように、反転磁場Ｂよりも大きな外部磁場が印加されてフリー磁性層が初期の磁化方向から反転すると、ゼロ磁場となった後にフリー磁性層の抵抗にオフセットが生じる。フリー磁性層の抵抗のオフセットは外部磁場の大きさによって変動し、図８に白抜き矢印で表した範囲で変動する。外部磁場によってフリー磁性層の抵抗が変動すると、磁気センサの精度が低下する。
【００２１】
そこで、磁気センサの精度を良好にするために、外部磁場を減衰する磁気シールドが用いられる。磁気シールドによってＧＭＲ素子に印加される外部磁場が小さくなるから、フリー磁性層が反転する反転磁場Ｂが高磁場側にシフトし、磁気センサの精度を良好に維持できる範囲が広くなる。
【００２２】
磁気シールドは、外部磁場を減衰する観点からＧＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子からの距離が近い位置に設けられることが好ましい。しかし、磁気シールドと磁気抵抗効果素子との距離が近いと、磁気シールドの残留磁化に伴う還流磁場の影響が大きくなり、磁気センサの精度低下につながる。そこで、本発明の磁気センサは、磁気抵抗効果素子の感度軸と直交する方向の磁気抵抗効果素子から平面視で離れた位置に外部磁場（直交磁場）を吸収する吸磁部を備えている。この構成により、磁気抵抗効果素子からの距離が離れた位置に磁気シールドを設けて還流磁場の影響を小さくするとともに、感度軸と直交する方向の反転磁場を高磁場側にシフトさせることができる。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。図２は図１のＶ１−Ｖ１線での断面図である。
【００２４】
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、図１および図２に示されるように、４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）および磁気シールド１５を備える。
【００２５】
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の４つの磁気抵抗効果素子のそれぞれは、ミアンダ形状（Ｘ１−Ｘ２方向に延在する複数の長尺パターンが折り返すようにつながって構成される形状）を有する巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を備える。各磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）の感度軸方向Ｐは図１において矢印にて表され、Ｙ１−Ｙ２方向（第１の方向）に感度軸を持っている。ここで、Ｙ１−Ｙ２方向に感度軸を持つとは、Ｙ１−Ｙ２方向に沿って、同じ側（平行方向）または反対側（反平行方向）に向かって感度軸方向Ｐを持つことをいう。図１に示すように、磁気抵抗効果素子１１および磁気抵抗効果素子１４の感度軸方向Ｐ（第１の方向）はＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側を向き、磁気抵抗効果素子１２および磁気抵抗効果素子１３の感度軸方向ＰはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１側を向くように設定されている。
【００２６】
入力端子５ａに接続される配線５は磁気抵抗効果素子１１の一端に接続され、磁気抵抗効果素子１１の他端と磁気抵抗効果素子１２の一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１２の他端が配線６を介してグランド端子６ａに接続される。入力端子５ａに接続される配線５は途中で分岐して磁気抵抗効果素子１３の一端にも接続され、磁気抵抗効果素子１３の他端と磁気抵抗効果素子１４の一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１４の他端が配線６を介してグランド端子６ａに接続される。第１の中点電位測定用端子７ａは磁気抵抗効果素子１１の他端と磁気抵抗効果素子１２の一端との間に配線７により接続され、第２の中点電位測定用端子８ａは磁気抵抗効果素子１３の他端と磁気抵抗効果素子１４の一端との間に配線８により接続される。第１の中点電位測定用端子７ａの電位と第２の中点電位測定用端子８ａの電位とを対比することにより、電流線４０を流れる被測定電流Ｉｏの誘導磁界（被測定磁界）の強度および向きを測定することができる。
【００２７】
図２は、磁気抵抗効果素子１１のミアンダ形状を構成する複数の長尺パターンの短軸方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向を法線とする面で磁気センサ１を切断して得られる断面図である。この法線方向の１つであるＹ１−Ｙ２方向（第１の方向）が磁気抵抗効果素子１１の感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側の向き）である。磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４は、基板２９上に形成され、絶縁材料（アルミナ、窒化ケイ素などが具体例として挙げられる。）からなる絶縁層ＩＭによって覆われている。
【００２８】
磁気シールド１５は、磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）にこれら４つの磁気抵抗効果素子から離間して配置される。なお、本明細書においては、説明の便宜上、４つの磁気抵抗効果素子のＺ１−Ｚ２方向Ｚ１側を「上」、Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側を「下」をいう。磁気シールド１５と４つの磁気抵抗効果素子との離間距離は、間に位置する絶縁層ＩＭの厚さによって調整される。
【００２９】
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１では、磁気シールド１５は磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４に印加される被測定磁界の強度を減衰させるものであって、図１に示されるように、平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に直交する第２の方向（Ｘ１−Ｘ２方向）を長手とする矩形を有する本体部１５０と、４つの磁気抵抗効果素子側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）に突出する吸磁部１５Ｐとを有する。吸磁部１５Ｐは、図２に示されるように、本体部１５０のＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）の両端に設けられている。磁気シールド１５は軟磁性体で構成されている。
【００３０】
図１および図２に示すように、本体部１５０は、平面視で、Ｙ１−Ｙ２方向（第１の方向）と直交するＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）を長手とする矩形であり、４つの磁気抵抗効果素子の全てと重なっている。そして、吸磁部１５ＰのＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側の先端である先端部１５ＰＥが、平面視で、４つの磁気抵抗効果素子からＸ１−Ｘ２方向に離れた位置に設けられている。
【００３１】
吸磁部１５Ｐが設けられていることにより、基板２９における４つの磁気抵抗効果素子の形成面と磁気シールド１５との距離は、４つの磁気抵抗効果素子の直上の距離Ｄ１よりも、４つの磁気抵抗効果素子の外側の距離Ｄ２の方が小さくなる。このため、感度軸方向Ｐに直交するＸ１−Ｘ２方向の外部磁場Ｍを吸磁部１５Ｐの先端部１５ＰＥから吸収して磁気シールド１５に誘導して、磁気シールド１５を外部磁場Ｍの経路とすることができる。したがって、外部磁場Ｍによる４つの磁気抵抗効果素子への影響を抑制できる。また、吸磁部１５Ｐを備えないものよりも、距離Ｄ１が大きくなるから、磁気シールド１５の残留磁化による感度軸方向Ｐ（Ｙ１-Ｙ２方向）の４つの磁気抵抗効果素子への影響を抑えることができる。
【００３２】
上述した距離Ｄ１の限定されない例として、５μｍ以上１３μｍ以下が挙げられ、８μｍ以上１０μｍ以下が好ましい場合がある。また、上述した距離Ｄ２の限定されない例として、４μｍ以上１０μｍ以下が挙げられ、５μｍ以上８μｍ以下が好ましい場合がある。
【００３３】
本体部１５０は、第２方向（Ｘ１−Ｘ２方向）を長手とするため、短手である第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）には、形状磁気異方性効果により磁化しにくいが、外部磁場が強い場合には、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に残留磁化が生じる場合がある。このような場合であっても、本体部１５０と４つの磁気抵抗効果素子との距離Ｄ１を大きくして残留磁化の影響を抑制することができるから、測定精度の良好な磁気センサ１となる。
【００３４】
図１に示すように４つの磁気抵抗効果素子は、磁気シールド１５のＹ１−Ｙ２方向に位置する一対の末端１５Ｅ、１５Ｅからの距離がそれぞれ等しくなる位置に設けられていることが好ましい。この構成により、４つの磁気抵抗効果素子に対する磁気シールド１５の残留磁化に基づく磁界の影響を等しくすることができる。なお、「末端１５Ｅからの距離」とは、末端１５Ｅから各磁気抵抗効果素子のＹ１−Ｙ２方向における中心点までの距離をいう。
【００３５】
平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）、４つの磁気抵抗効果素子は全て磁気シールド１５の本体部１５０に重なっている。すなわち、平面視で、複数の磁気抵抗効果素子からＸ１−Ｘ２方向に離れた位置に吸磁部１５Ｐが設けられている。このため、４つの磁気抵抗効果素子のうちの両端の磁気抵抗効果素子１１および磁気抵抗効果素子１３に対する、磁気シールド１５に吸磁部１５Ｐが設けられた影響が強くなることを抑えることができる。
【００３６】
平面視における、吸磁部１５Ｐと磁気抵抗効果素子１１との距離Ｌ１１および、磁気抵抗効果素子１３の距離Ｌ１３の限定されない例として、３０μｍ以上３００μｍ以下が挙げられ、５０μｍ以上２５０μｍ以下が好ましい場合があり、１００μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい場合がある。吸磁部１５Ｐによる影響を等しくする観点から、距離Ｌ１１と距離Ｌ１３とは等しいことが好ましい。
【００３７】
磁気シールド１５はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉなど鉄族元素を含む軟磁性材料から構成される。磁気シールド１５の厚さは、磁気シールド１５が所定の磁気遮蔽機能を有する範囲で任意に設定される。磁気シールド１５の厚さの限定されない例として、１μｍ以上５０μｍ以下が挙げられ、磁気シールド１５の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい場合があり、１０μｍ以上２５μｍ以下がより好ましい場合がある。吸磁部１５Ｐの幅ＷすなわちＸ１−Ｘ２方向の両端の間の距離は、例えば、２μｍ以上１５μｍ以下であり、感度軸方向Ｐに直交する外部磁場Ｍによる４つの磁気抵抗効果素子に対する影響を抑える観点から、３μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上８μｍ以下がより好ましい。
【００３８】
前述のように、磁気シールド１５の残留磁化の影響を抑制するには、磁気シールド１５と４つの磁気抵抗効果素子との距離Ｄ１を大きくとることが好ましい。しかし、この要請を満たすべく磁気シールド１５を複数の磁気抵抗効果素子から離れた位置に設けると、磁気シールド１５の外部磁場を遮蔽する機能が低下してしまう。そこで、上記のように、本体部１５０のＸ１−Ｘ２方向の両端にＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側に延びる吸磁部１５Ｐを設ける。この構成により、感度軸方向Ｐに直交する外部磁場Ｍを遮蔽しつつ、磁気シールド１５のＸ１−Ｘ２方向の両端を複数の磁気抵抗効果素子から遠くに位置させて、残留磁化の影響を抑制することが可能となる。
【００３９】
吸磁部１５Ｐを備えた磁気シールド１５を用いることにより、４つの磁気抵抗効果素子に印加される還流磁界の強度を低下させることと、感度軸方向Ｐに直交する外部磁場Ｍの影響を抑制することを両立できる。これにより、磁気センサ１に外部から強磁場が付与されて磁気シールド１５に残留磁場が生じても、この残留磁場によって生じる還流磁場の影響を低減しつつ、感度軸方向Ｐに直交する外部磁場Ｍの影響を抑制して、フリー磁性層の抵抗のオフセットが抑えられた磁気センサ１となることが期待できる。
【００４０】
なお、図１に示される磁気シールド１５の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）には、タンタル（Ｔａ）などからなる酸化保護層ＰＬが形成されている。
【００４１】
磁気シールド１５の製造方法は任意である。限定されない一例として、スパッタリングなどのドライプロセス、無電解めっきなどのウェットプロセスによって下地層を形成し、この下地層の上に所定の形状にパターニングされたレジスト層を形成した後、露出する下地層に金などを用いて本体部１５０となる部位にステップ２０（図２参照）を形成した後に、軟磁性層を電気めっきにより形成することが挙げられる。
【００４２】
図３は、本発明の他の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。図４は図３のＶ２−Ｖ２断面図である。図３および図４に示される磁気センサ１Ａは、図１に示される磁気センサ１と同様に４つの磁気抵抗効果素子および磁気シールド１５を備え、さらに４つの磁気抵抗効果素子と磁気シールド１５との間にスパイラル形状を有する磁気平衡用コイル（スパイラルコイル）１６を備える。図３では、磁気平衡用コイル１６の外形が太い破線にて示されている。この破線で示される領域のＸ−Ｙ平面内を周回するようにコイル配線が配置される。図４では、磁気平衡用コイル１６における周回する複数のコイル配線の断面がＸ１−Ｘ２方向に延びて示されている。磁気平衡用コイル１６は、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１５との間に位置することにより、磁気シールド１５により減衰した状態で印加される外部磁場をキャンセルするような誘導磁界を比較的小電流により生じさせることが可能となる。このため、磁気平衡式の磁気センサを省電力で動作させることが可能である。
【００４３】
以上の実施形態では、磁気センサ１，１Ａが備える磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４がＧＭＲ素子からなる場合を具体例としているが、これに限定されない。限定されない一例において、磁気抵抗効果素子は、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）およびトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）からなる群から選ばれる１種以上の素子からなる。
【００４４】
なお、磁気センサ１が備える磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４を構成するそれぞれのＧＭＲ素子の固定磁性層がセルフピン構造を有する場合には、固定磁性層の磁化は磁場中成膜によって行うことができ、成膜後に磁場中の加熱処理が必要とされない。このため、同一基板上に固定磁性層の磁化の向きが異なるＧＭＲ素子を配置でき、一基板上にフルブリッジ回路を構成することが可能となる。
【００４５】
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ１，１Ａは、電流センサとして好適に使用されうる。
【００４６】
本発明の一実施形態に係る電流センサの具体例として、磁気比例式電流センサおよび磁気平衡式電流センサが挙げられる。
【００４７】
磁気比例式電流センサの具体例は、図１および図２に示される磁気センサ１を用いた磁気比例式電流センサ２であり、かかる電流センサでは、図２の上方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）において、被測定電流Ｉｏが流れる電流線４０がＸ１−Ｘ２方向に延びるように位置する（図１参照）。被測定磁界となる被測定電流Ｉｏの誘導磁界は、４つの磁気抵抗効果素子に対して感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向に印加される。被測定磁界の一部はより透磁率の高い磁気シールド１５を通るため、４つの磁気抵抗効果素子に実質的に印加される被測定磁界の強度を低減させることができる。それゆえ、磁気センサ１の測定範囲を拡げることが可能となる。
【００４８】
好ましい一例において、磁気比例式電流センサ２は、４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）を備え、被測定電流Ｉｏの誘導磁界からなる被測定磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサ１を用いる（図１参照）。このブリッジ回路を有する磁気センサ１を用いた磁気比例式電流センサ２では、被測定磁界に応じて磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差により、被測定電流Ｉｏが測定される。
【００４９】
磁気平衡式電流センサの具体例は、図３および図４に示される磁気センサ１Ａを用いた磁気平衡式電流センサ２Ａであり、かかる磁気平衡式電流センサ２Ａでは、図４の上方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）において、被測定電流Ｉｏが流れる電流線４０がＸ１−Ｘ２方向に延びるように位置する。被測定磁界である被測定電流Ｉｏの誘導磁界は、磁気抵抗効果素子１１に対して感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向に印加される。被測定磁界の一部はより透磁率の高い磁気シールド１５を通るため、磁気抵抗効果素子１１に実質的に印加される被測定磁界の強度を低減させることができる。それゆえ、４つの磁気抵抗効果素子に実質的に印加される被測定電流Ｉｏによる磁界をキャンセルするような誘導磁界を発生させるべく磁気平衡用コイル１６に流される電流量を少なくすることができ、電流センサの省電力化が実現される。
【００５０】
好ましい一例において、磁気平衡式電流センサ２Ａは、４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）を備え、被測定電流Ｉｏからの誘導磁界からなる被測定磁界およびこの被測定磁界をキャンセルするように印加された磁気平衡用コイル１６からの誘導磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサ１Ａ（図３参照）を用いる。このブリッジ回路を有する磁気平衡式電流センサ２Ａでは、磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差がゼロとなったときに磁気平衡用コイル１６に流れる電流に基づいて、被測定電流Ｉｏが測定される。
【００５１】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、吸磁部１５Ｐは、本体部１５０からＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側に直角に突出する形状ではなく、先端部１５ＰＥ（図２参照）が複数の磁気抵抗効果素子から離れる方向（Ｘ１−Ｘ２方向のＸ１側またはＸ２側）に位置するようにＺ１−Ｚ２方向Ｚ２側に突出する構造を有していてもよい。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
図２に示される断面構造と同様の構造を有する磁気平衡式の磁気センサを作製した。磁気抵抗効果素子は、以下の膜構成を備えたＧＭＲ素子であった。（）内の数字は層の厚さ（Å）を示している。
下地層：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／固定磁性層：Ｆｅ６０ａｔ％Ｃｏ４０ａｔ％（１９）／非磁性材料層：Ｒｕ（３．６）／固定磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性材料層：Ｃｕ（２０）／フリー磁性層：［Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／Ｎｉ８２．５ａｔ％Ｆｅ１７．５ａｔ％（７０）］／反強磁性層：ＩｒＭｎ（８０）／保護層：Ｔａ（１００）
磁気シールドは、平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）本体部のＸ１−Ｘ２方向の両側にそれぞれ、磁気抵抗効果素子からの距離１５０μｍの位置に幅Ｗ１００μｍの吸磁部が設けられており、基板と本体部との距離が９μｍ、基板と吸磁部端との距離が６．５μｍであった。
【００５４】
（比較例１）
実施例１と同様の構造であるが、磁気シールドが吸磁部を有しない形状である磁気センサを作製した。
【００５５】
（測定例１）オフセット変動量の測定
実施例により作製した磁気センサおよび比較例により作製した磁気センサのそれぞれについて、感度軸に直交する方向に印加する外部磁場（ストレズ磁場）を±ＸｍＴ（Ｘは５〜３０、５〜２０は１ｍＴごと、２０〜３０は５ｍＴごと）として、交互に印加されるプラスとマイナスの外部磁化の絶対値が徐々に大きくなるように外部磁場を変化させながら、磁気センサの出力のオフセット変動量を測定した。
実施例および比較例の磁気センサ（各３個）についての測定結果を図６および図７に示す。
【００５６】
図６に示されるように、実施例に係る磁気センサでは、外部磁場が±１６ｍＴでオフセットが生じた。対して、図７に示されるように、比較例に係る磁気センサでは、外部磁場が±１３ｍＴでオフセットが生じた。すなわち、磁気シールドに吸磁部を設けることにより、感度軸に直交する方向の外部磁場に対する耐性が３ｍＴ向上した。これは、磁気シールドに吸磁部が設けられていることで、感度軸に直交する方向の外部磁場を減衰する機能が向上し、磁気抵抗効果素子のフリー磁性層に到達する外部磁場が小さくなった結果、フリー磁性層の磁化方向が反転する外部磁場が大きくなったことによると推定される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、柱状トランスなどのインフラ設備の電流センサの構成要素や、電気自動車、ハイブリッドカーなどの電流センサの構成要素として好適に使用されうる。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ａ：磁気センサ
２：磁気比例式電流センサ（電流センサ）
２Ａ：磁気平衡式電流センサ（電流センサ）
５，６，７，８：配線
５ａ    ：入力端子
６ａ    ：グランド端子
７ａ    ：第１の中点電位測定用端子
８ａ    ：第２の中点電位測定用端子
１１，１２，１３，１４：磁気抵抗効果素子
１５    ：磁気シールド
１５Ｅ  ：末端
１５Ｐ  ：吸磁部
１５ＰＥ：先端部
１５０  ：本体部
１６    ：磁気平衡用コイル
２０    ：ステップ
２９    ：基板
３０    ：ＧＭＲ素子
３１    ：固定磁性層
３２    ：非磁性層
３３    ：フリー磁性層
３４    ：反強磁性層
４０    ：電流線
ＩＭ    ：絶縁層
Ｉｏ    ：被測定電流
Ｍ      ：外部磁場
Ｐ      ：感度軸方向
ＰＬ    ：酸化保護層
Ｄ１    ：４つの磁気抵抗効果素子の直上の磁気シールドと基板との距離
Ｄ２    ：４つの磁気抵抗効果素子の外側の磁気シールドと基板との距離
Ｌ１１，Ｌ１３  ：吸磁部と磁気抵抗効果素子との距離
Ｗ      ：吸磁部の幅
【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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