(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に沿って延び第１端部および第２端部を有し、前記第１方向の第１長さが前記第１方向に交差する第２方向の第２長さより長い第１磁気抵抗層と、
前記第１方向に沿って延び第３端部および第４端部を有し、前記第１方向の第３長さが前記第２方向の第４長さより長い第２磁気抵抗層と、
前記第１磁気抵抗層と前記第２磁気抵抗層の間に配置され、非磁性絶縁体を含む第１部材と、
前記第１部材と前記第２磁気抵抗層の間に配置され、前記第１方向の第５長さが前記第１長さおよび前記第３長さ以上である軟磁性体を含む第２部材と、
前記第２部材と前記第２磁気抵抗層の間に配置され、非磁性絶縁体を含む第３部材と、
前記第１磁気抵抗層の前記第１端部と前記第２磁気抵抗層の第３端部を電気的に接続する接続部と、
前記第１磁気抵抗層の第２端部と前記第２磁気抵抗層の第４端部の間に前記接続部を介して電流を供給する回路と、
を備えた磁気センサ。
【請求項２】
前記第１長さは前記第２長さの１０倍以上であり、前記第３長さは前記第４長さの１０倍以上である請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記接続部は非磁性導電性材料を含み、前記接続部は前記第１部材と電気的に接続しない請求項１または２記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記接続部は導電性の磁性材料を含む請求項１または２記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１および第２磁気抵抗層のそれぞれの前記第１方向の端面に配置された軟磁性体を含む第４部材と、前記端面と前記第４部材の間に配置された非磁性絶縁体を含む第５部材と、を更に備えた請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項６】
磁性体を含む第６部材であって、前記第６部材と前記第２磁気抵抗層の間に前記第１磁気抵抗層が配置された第６部材と、前記第１磁気抵抗層と前記第６部材の間に配置された非磁性絶縁体を含む第７部材と、磁性体を含む第８部材であって、前記第８部材と前記第１磁気抵抗層の間に前記第２磁気抵抗層が配置された第８部材と、前記第２磁気抵抗層と前記第８部材の間に配置された非磁性絶縁体を含む第９部材と、を更に備えた請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第６部材は、前記第１磁気抵抗層に対向する第１面と、前記第１面に対向する第２面とを有し、前記第１面の面積が前記第２面の面積よりも小さく、
前記第８部材は、前記第２磁気抵抗層に対向する第３面と、前記第３面に対向する第４面とを有し、前記第３面の面積が前記第４面の面積よりも小さい請求項６記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１および第２磁気抵抗層は、非磁性の第１層と、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏ合金、およびホイスラー合金のいずれかを含む第２層と、を備えている請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第１および第２磁気抵抗層はそれぞれ、第１磁性層と、第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層の間に配置された非磁性導電層と、を備え、前記第１磁性層と前記第２磁性層は磁化方向が互いに異なる請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１磁性層および前記第２磁性層はそれぞれ、第１軟磁性層と、前記第１軟磁性層よりも電気抵抗が高い第２軟磁性層と、前記第１軟磁性層と前記第２軟磁性層の間に配置された非磁性金属層と、を備え、前記第１軟磁性層と前記第２軟磁性層は磁化方向が互いに異なる請求項９記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第１および第２磁気抵抗層はそれぞれ、磁化が前記第１方向に固定された固着層と、外部磁界を検知して磁化が回転するフリー層と、前記固着層と前記フリー層の間に配置された非磁性導電層と、を備えた請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１および第２磁気抵抗層はそれぞれ、反強磁性層であって、前記反強磁性層と前記非磁性導電層の間に前記固着層が配置された反強磁性層と、前記固着層と前記反強磁性層の間に配置された非磁性金属層と、を更に備え、
前記固着層と前記反強磁性層は磁化方向が互いに異なる請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記フリー層は、第１軟磁性層と、前記第１軟磁性層よりも電気抵抗が高い第２軟磁性層と、前記第１軟磁性層と前記第２軟磁性層の間に配置された非磁性金属層と、を備え、前記第１軟磁性層と前記第２軟磁性層は磁化方向が互いに異なる請求項１１または１２記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記フリー層および前記固着層のいずれかは、ＦｅＣｏ合金あるいはホイスラー合金である請求項１１乃至１３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１軟磁性層は、ＦｅＣｏ合金あるいはホイスラー合金である請求項１０または１３記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記第２軟磁性層は、アモルファスであり、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＮｂ、およびＣｏＦｅＢのいずれかを含む請求項１０または１３記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記非磁性導電層は、Ｃｕを含む請求項９、１０、または１３記載の磁気センサ。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれかの磁気センサと、
前記磁気センサからの磁界検出信号を処理および解析する処理解析回路と、前記処理解析回路の解析結果を画像化する画像化回路と、を有する診断装置と、を備えた磁気センサ装置。
【請求項１９】
前記磁気センサは脳からの磁界を検出する請求項１８記載の磁気センサ装置。
【請求項２０】
前記磁気センサは心臓からの磁界を検出する請求項１８記載の磁気センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気センサおよび磁気センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体から発生する磁界を計測する装置として、ＳＱＵＩＤ(Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子)磁気センサを用いた生体磁気計測装置が提案されている。この生体磁気計測装置においては、多数のＳＱＵＩＤ磁気センサを配列させて生体磁気の計測に用いることで、脳磁図、心磁図等の二次元生体磁気情報を得ることができる。このＳＱＵＩＤ磁気センサは超伝導を用いるため、液体ヘリウムなどの冷媒で冷却する必要がある。このため、ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いた生体磁気計測装置は、装置が巨大になり、冷媒を用いるため運営コストが高くなり、消費電力も大きくなり、測定対象（患者）の拘束が必要になる。
【０００３】
また、ＴＭＲ型磁気センサ（トンネル磁気抵抗効果（Tunnel Magneto-Resistance）を用いた素子）が知られている。このＴＭＲ磁気抵抗効果型センサは出力が大きいがノイズレベルも大きく、結果として、ＳＮ比が悪化してしまう。
【０００４】
一方、ＣＩＰ−ＧＭＲ型磁気センサ（面通電巨大磁気抵抗効果ＣＩＰ−ＧＭＲ(Current In Plane-Giant Magneto-Resistance）を用いた素子）が提案されている。
【０００５】
また、ＣＩＰ−ＧＭＲ型磁気センサに、軟磁性体からなる磁束収束部(ＭＦＣ: Magnetic Flux Concentrator)を設けた構成にして出力を向上させる素子が提案されている。ＣＩＰ−ＧＭＲ型磁気センサが検出する磁界方向は長軸に垂直な方向であり、磁化検出層の磁化がその方向に回転すると、細線の側壁面に磁気チャージ（磁荷）が発生するために反磁界が生じる。この反磁界は磁化の回転に非線形な歪を発生させ、またその歪は細線の位置によって異なってくるため、磁界検出のＳＮ比の低下を招いてしまう。このように、ＣＩＰ−ＧＭＲ型磁気センサにおいて、細線端面に発生する磁荷により局所的な反磁界が発生し、ノイズを増加させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５８３７８号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０９９４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics 52 (2013) 04CM07
【非特許文献２】IEEE Transaction on Magnetics, vol.43, No.6 p.2376
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本実施形態は、局所的な反磁界の発生を抑制し、ノイズの増加を抑制することのできる磁気センサおよび磁気センサ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態による磁気センサは、第１方向に延在しかつ前記第１方向の長さが前記第１方向に直交する第２方向の長さの１０倍以上である第１磁性層と、前記第１磁性層上に配置され、前記第１方向に延在しかつ非磁性絶縁体を含む第１部材と、前記第１部材上に配置され、前記第１方向に延在しかつ磁性体を含む第２部材と、前記第２部材上に配置され、前記第１方向に延在しかつ非磁性絶縁体を含む第３部材と、前記第３部材上に配置され、前記第１方向に延在しかつ前記第２方向の長さの１０倍以上である第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層とを電気的に接続する接続部と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に電流を流す回路と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】第１実施形態による磁気センサの平面図。
【図１Ｂ】図１Ａに示す切断線Ａ−Ａで切断した磁気センサの断面図。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、外部磁界による磁気抵抗層内の磁化の回転を示す図。
【図３】長軸方向に印加する外部磁界に対する磁気抵抗層の短軸方向の磁化の変化を示す図。
【図４】反磁界キャンセル体の動作を模式的に示す図。
【図５】図５（ａ）乃至５（ｄ）は、反磁界キャンセル体の動作をｙ−ｚ面で示す図。
【図６】図６（ａ）、６（ｂ）は、反磁界キャンセル体が磁気抵抗層よりも短い場合と長い場合の動作を示す図。
【図７】磁気抵抗層のつづら折り構造の折り返し部分と端部での磁化を示す図。
【図８】第１実施形態の磁気センサの効果を確認するために行ったシミュレーションに用いたモデルを示す図。
【図９】シミュレーションで求めた、第１実施形態による磁気センサにおける磁気抵抗層の中央部分のヒステリシス曲線を示す図。
【図１０】シミュレーションで求めた、比較例による磁気抵抗層の中央部分のヒステリシス曲線を示す図。
【図１１】第１実施形態による磁気センサの効果を確認するために行ったシミュレーションに用いた別のモデルを示す図。
【図１２】シミュレーションで求めた、第１実施形態の磁気センサと比較例の磁気センサにおける磁気抵抗層の中央部分のヒステリシス曲線を示す図。
【図１３Ａ】第２実施形態による磁気センサの平面図。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示す切断線Ａ−Ａで切断した磁気センサの断面図。
【図１４】第２実施形態の変形例による磁気センサの平面図。
【図１５】第３実施形態による磁気センサの平面図。
【図１６】第３実施形態による磁気センサの平面図。
【図１７】第５実施形態による磁気センサの平面図。
【図１８】第６実施形態による磁気センサの平面図。
【図１９】第６実施形態の変形例による磁気センサの平面図。
【図２０】磁気抵抗層の第１例を示す断面図。
【図２１】磁気抵抗層の第２例を示す断面図。
【図２２】磁気抵抗層の第３例を示す断面図。
【図２３】磁気抵抗層の第４例を示す断面図。
【図２４】磁気抵抗層の第５例を示す断面図。
【図２５】磁気抵抗層の第６例を示す断面図。
【図２６】図２６（ａ）乃至２６（ｃ）は、磁気センサの第１の製造方法のプロセスを示す平面図。
【図２７】図２７（ａ）乃至２７（ｃ）は磁気センサの第１の製造方法のプロセスを示す断面図。
【図２８】図２８（ａ）、２８（ｂ）は磁気センサの第１の製造方法のプロセスを示す断面図。
【図２９】図２９（ａ）、２９（ｂ）は磁気センサの第２製造方法のプロセスを示す平面図。
【図３０】図３０（ａ）、３０（ｂ）は磁気センサの第２製造方法のプロセスを示す平面図。
【図３１】図３１（ａ）乃至３１（ｃ）は、磁気センサの第２性層方法のプロセスを示す断面図。
【図３２】図３２（ａ）、３２（ｂ）は、磁気センサの第２性層方法のプロセスを示す断面図。
【図３３】図３３（ａ）、３３（ｂ）は、磁気センサのノイズレベルの見積もりに用いたモデルを示す平面図および見積もり結果を示す図。
【図３４】第７実施形態による磁気センサの平面図。
【図３５】第８実施形態による磁気センサ装置を示す図。
【図３６】第８実施形態の第１変形例による磁気センサ装置を示す図。
【図３７】第８実施形態の第２変形例により磁気センサ装置を示す図。
【図３８】センサ部の一実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して実施形態について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態による磁気センサの平面図を図１Ａに示し、図１Ａに示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図を図１Ｂに示す。図１Ａ、１Ｂにおいて、ｚ方向が第１実施形態の磁気センサ１の膜厚方向を示す。
【００１３】
第１実施形態の磁気センサ１は、磁界検出部１１と、非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂと、軟磁性体を含む反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂと、を備えている。磁界検出部１１は、それぞれがｘ方向に延在し、ｙ方向に並列に離間して配置された磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、隣接する磁性層１１ａ、１１ｂのｘ方向の左端部を接続する磁性層１１ｄと、隣接する磁性層１１ｂ、１１ｃのｘ方向の右端部を接続する磁性層１１ｅと、を有している。すなわち、磁界検出部１１は、つづら折り形状の磁性体から構成される。第１実施形態においては、磁界検出部１１は、磁性層から構成された磁気抵抗層である。
【００１４】
反磁界キャンセル体１３ａは、磁性層１１ａと磁性層１１ｂとの間、すなわち磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｄによって囲まれた空間に設けられる。反磁界キャンセル体１３ｂは、磁性層１１ｂと磁性層１１ｃとの間、すなわち磁性層１１ｂ、１１ｃ、１１ｅによって囲まれた空間に設けられる。非磁性絶縁体１２ａは、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｄのそれぞれと、反磁界キャンセル体１３ａとの間に設けられ、非磁性絶縁体１２ｂは、磁性層１１ｂ、１１ｃ、１１ｅのそれぞれと、反磁界キャンセル体１３ｂとの間に設けられる。
【００１５】
磁界検出部１１には、長軸方向（ｘ方向に）に電流を流し、外部磁界１６によって磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの磁化が回転し、それにより両端の電気抵抗が変化することによって磁界強度を検出する検出回路１４が接続されている。
【００１６】
磁界検出部１１、すなわち磁気抵抗層１１は、いわゆる、磁気抵抗効果（ＡＭＲ(Anisotropic Magneto-Resistance)）、あるいは面内通電型巨大磁気抵抗効果（ＣＩＰ−ＧＭＲ）現象により、測定磁界強度を測定する。測定磁界によって磁気抵抗層内の磁化が回転し、それが磁気抵抗層の抵抗変化となる現象を利用する。このため、磁気抵抗層１１内の磁化は面内で均一な磁化状態を保って回転することが望ましい。そこで、磁気抵抗層１１を構成する磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの短軸方向（ｙ方向）の長さと、長軸方向（ｘ方向）の長さとの比は１０以上であることが好ましい。
【００１７】
このように構成すると、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃに異方性を特に付与しない場合には、形状磁気異方性により、磁気抵抗層１１内の磁化はゼロ磁界中では均一に長軸方向（ｘ方向）を向く。なお、磁界中冷却等により短軸方向（ｙ方向）に磁気異方性を付与した場合には、磁気抵抗層１１内の磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの磁化は均一に短軸方向を向く。
【００１８】
磁気抵抗層１１の磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの短軸と長軸の比が１０未満であると、形状磁気異方性が弱くなって、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの内部の磁化は均一に同一方向を向きにくくなり、磁区が発生する。これにより磁界測定の感度が悪くなり、またノイズが増えるので好ましくない。また、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの厚さ（ｚ方向の長さ）は短軸の１／１０以下であることが望ましい。厚さが短軸方向の長さの１／２より大きいと、膜厚方向の反磁界が小さくなり、磁化は膜面に垂直方向（ｚ方向）にも向きやすくなり、磁区が発生しやすくなる。また、膜面内での均一な磁化の回転が起こりにくくなる。こうなると、磁界測定の感度が悪くなり、またノイズが増えるので好ましくない。
【００１９】
反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂは、例えば軟磁性体から構成される。磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂとの間には非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂが設置されている。非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂの長軸方向の長さは磁気抵抗層１１の長軸方向の長さと同じでも良いし、それより大きくても良い。また、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂの長軸方向の長さと同じでもそれより大きくても良い。
【００２０】
非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂのそれぞれの短軸方向（ｙ方向）の長さ（反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂのそれぞれと磁気抵抗層１１との間の距離）は、磁気抵抗層１１の短軸方向の長さより小さい方が好ましい。５０ｎｍよりも小さい方が、磁気センサ１を製作する上でも、また、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂの作用を確実にするためにも、好ましい。非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂのそれぞれの厚さ（ｚ方向の長さ）は磁気抵抗層１１の磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれの厚さと同じでも良いし、それより大きくても良い。また、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂのそれぞれの厚さと同じでもそれより大きくても良い。
【００２１】
次に、第１実施形態の磁気センサ１が低ノイズで高感度な磁界検出ができる作用を図２（ａ）乃至図３を参照して説明する。
【００２２】
図２（ａ）、２（ｂ）は、外部磁界による磁気抵抗層２１内の磁化２２の回転を模式的に示したものである。図２（ａ）は外部磁界がゼロの場合で、この場合には、磁化は均一に長軸方向（ｘ方向）を向いている。このとき、磁気抵抗層２１の長軸に沿った端面２３には磁荷が現れない。図２（ｂ）は外部磁界が短軸方向（ｙ方向）に印加された場合を示す。この場合、磁化２３は図に示すように回転し、磁気抵抗層２１の長軸に沿った端面２３には磁荷２４が発生する。この磁荷は反磁界、すなわち磁荷からの漏洩磁界を発生し、それによって磁化２３自身の向きを変える。磁荷２４の分布、すなわち反磁界の分布は局所的であるため、磁気抵抗層２１内に磁区ができやすくなり、また磁化の回転状態は不均一になる。特に磁気抵抗層２１のｙ方向に沿った端面付近の端部２５では磁荷２４による磁化回転の不均一性が著しくなる。
【００２３】
このように磁荷が発生する現象が起こると、外部磁界に対して磁化の回転は非線形になって、精度の高い磁界測定ができなくなる。このことを模式的に図３に示す。図３は外部磁界Ｈに対する、磁気抵抗層２１の短軸方向の磁化Ｍの変化を表したものである。理想的な磁気センサの場合には、グラフ３１で示すように、磁化Ｍは外部磁界Ｈに対して直線的に増加し、飽和磁界Ｈｋより大きい外部磁界Ｈでは変化を起こさなくなる。このような特性であれば、飽和磁界Ｈｋ以下の外部磁界において、磁界強度と磁化Ｍとが精度の良い比例関係にあるので、高精度の磁界測定ができる。
【００２４】
一方、上述の図２（ｂ）で示したような、磁荷２４が発生して磁化の回転が非線形になる場合には、例えばグラフ３２に示す特性になる。外部磁界Ｈの変化に対して磁化Ｍは非線形に変化するので、磁界測定の精度が悪くなる。また、外部磁界Ｈを増加する場合と減少する場合とで同じ外部磁界Ｈの値に対して磁化Ｍの値が異なる、いわゆるヒステリシスが発生し、測定の再現性や信頼性が劣化してしまう。
【００２５】
このような磁荷の発生による非線形現象を防ぐには、一般に、長軸方向の磁気異方性を大きくして、磁荷による漏洩磁界の影響を相対的に小さくする手法が知られている。しかし、この場合、グラフ３３に示すように飽和磁界Ｈｋが大きくなってしまい、図３では、図に示す範囲内に飽和磁界Ｈｋが存在しないことになり、外部磁界Ｈに対する磁化の変化が小さくなる。その結果、磁界感度が低下してしまう。
【００２６】
このように、磁気抵抗層２１の磁化の回転を利用して磁界測定を行う場合、磁化の回転に伴って磁気抵抗層２１の端部に発生する磁荷によって測定精度が劣化してしまう問題があった。
【００２７】
この問題を解決するために、本実施形態では、磁気抵抗層の端面に非磁性絶縁体と反磁界キャンセル部を設置する。この部分の説明のための模式図を図４に示す。磁気抵抗層１１の磁化が外部磁界によって回転して磁荷２４ａが発生している。この磁荷２４ａを「＋」の記号で記す。この磁気抵抗層１１に近接して軟磁性体からなる反磁界キャンセル体１３を設置する。反磁界キャンセル体１３は軟磁性であるので、磁気抵抗層１１の磁荷２４ａが発生する漏洩磁界によって、磁気抵抗層１１の対向面近傍の磁化が回転し、ちょうど逆向きの磁荷２４ｂを発生する。この逆向きの磁荷２４ｂを「−」の記号で示す。このとき、それぞれの磁荷２４ａ、２４ｂを直接結ぶ磁束線ができ、結果として、磁気抵抗層１１の磁化の回転に影響を与えるような漏洩磁界、すなわち反磁界が消えてしまう。このことは、磁気抵抗層１１から見ると、長軸の端部が存在せず、あたかも磁気抵抗層１１がｙ方向に無限に続いているように見えることになる。
【００２８】
この状況を図５（ａ）乃至５（ｄ）に示す。図５（ａ）乃至５（ｄ）は磁気抵抗層１１および反磁界キャンセル体１３のｙ−ｚ面を示す。図５（ａ）は磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３の厚さ（ｚ方向の長さ）が同じで、距離が離れている場合を示す。この場合、磁荷２４ａからの漏洩磁界は反磁界キャンセル体１３の磁荷２４ｂにすべて吸収されるわけではなく、一部は外に漏れて反磁界となり、磁気抵抗層１１の磁化に影響を与えてしまう。
【００２９】
磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３の距離が十分に近ければ、図５（ｂ）に示すように、反磁界をキャンセルすることができる。
【００３０】
一方、図５（ｃ）に示すように、反磁界キャンセル体１３の厚さ（ｚ方向の長さ）が磁気抵抗層１１の厚さよりも薄いと、両者の距離が十分に小さくても磁気抵抗層１１自身に回り込む反磁界が発生してしまう。逆に、反磁界キャンセル体１３の厚さが、磁気抵抗層１１の厚さよりも厚いと、図５（ｄ）に示すように、より安定に反磁界のキャンセルが可能となる。現実的には、反磁界キャンセル体１３の厚さは、磁気抵抗層１１と同じかそれよりも厚ければ、反磁界キャンセル作用を生み出すことができる。
【００３１】
また、反磁界キャンセル体１３は磁気抵抗層１１への磁界を集中し、結果として磁界感度を高めることもできる。反磁界キャンセル体が設けられていない場合には、端面の磁荷から出る磁束線は発散する。しかし、図４に示すように、反磁界キャンセル体が設けられていると、磁束線はほとんどが隣接する磁気抵抗層１１へ導入されることになる。このことは、同じ測定磁界に対してより多くの磁束が磁気抵抗層１１に入ることを意味し、そのために大きな抵抗変化が起こり、結果として、磁界に対する感度が増加する。
【００３２】
また、図３の磁区が発生しないように飽和磁界Ｈｋを大きくする措置をした場合において、磁界感度が低下してしまった磁気抵抗層に対し、上記のように反磁界キャンセル体を設置することで磁界感度を高めることができ、Ｈｋを大きくすることによる感度低下を取り戻すことができる。
【００３３】
なお、磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３との間に別の磁性体が入ると、磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３とが交換結合してしまい、磁気抵抗層１１の磁化回転が非線形になって磁化回転歪が起こって好ましくない。従って、磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３との間には非磁性体が設置されることが好ましい。また、この非磁性体が導電体であると、磁気抵抗層１１内の磁化回転を検出するための電流が、非磁性体や反磁界キャンセル体１３に分流してしまい、磁界検出の出力が小さくなってしまう。従って、磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３との間には、非磁性絶縁体１２が設置されることが好ましい。
【００３４】
反磁界キャンセル体１３の長さ（ｘ方向の長さ）は、磁気抵抗層１１のｘ方向の長さ以上であることが好ましい。このことを図６（ａ）、６（ｂ）を参照して説明する。反磁界キャンセル体１３のｘ方向の長さが磁気抵抗層のｘ方向の長さよりも短いと、図６（ａ）に示すように、磁気抵抗層１１の端部からの反磁界が全てはキャンセルされない。これが逆の関係だと、図６（ｂ）に示すように、磁気抵抗層１１から発生する反磁界はすべて反磁界キャンセル体１３で吸収することができ、好ましい。
【００３５】
この反磁界キャンセル体１３を、図１Ａに示すつづら折り状の磁気抵抗層１１に対して適用すると、つづら折り形状の効果が増大する。一般に、面内通電型の磁気センサでは、検出出力やＳＮ比を高めるためには、磁気抵抗層１１を長くすればよい。しかし、一方向に長く伸ばすとセンサの形状が細長くなってしまい、小型のセンサとするのが難しくなる。この課題は、図１に示すようなつづら折り形状とすることで解決できる。図１の場合、２回折り返しているが、折り返さない場合に比べると、磁気センサ１全体のｘ方向の長さを１／３に小さくすることができる利点がある。上述のように、磁気抵抗層１１の磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間に設けられた反磁界キャンセル部１３によって、磁気抵抗層１１における磁化回転は、端部における反磁界の影響が小さいためにあたかも短軸方向（ｙ方向）に連続した磁性体のように振る舞う。一方、磁気抵抗層１１は、つづら折り状で電流の印加方向に長い形状であるので、磁化の回転による磁気抵抗効果は大きくなる。従って、信号強度が大きくかつノイズの少ない磁界検出ができる。
【００３６】
図１Ａ、１Ｂでは、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂと非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂは、磁気抵抗層１１のつづら折り構造の折り返し部分、すなわち磁性層１１ｄ、１１ｅの近傍にも設置されている。これは、この部分のノイズ発生を抑制するのに効果的である。このことを図７を用いて以下に説明する。図７は、磁気抵抗層１１のみを抽出して、その折り返し部分と端部での磁化２２を模式的に示している。磁気抵抗層１１の折り返し部分は測定磁界に対して平行なので、この向きの磁界は磁界測定には寄与しない。さらに、この部分の複雑な形状を反映して、局所的な磁荷の発生とそれによる反磁界の発生で、模式的に図示したように磁化は複雑な形状をとる。こうなってしまうと、磁化は測定磁界に対して非線形な回転を行うようになり、大きなノイズ源となってしまう。この部分に、図１に示すように、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂが設置されると、上述したように、折り返し部分の形状の影響が消えて、あたかも連続した磁性体のような磁化の回転が起こりやすくなり、結果として、ノイズが減少する。
【００３７】
第１実施形態による磁気センサ１の効果を確認するために、ＬＬＧ(Landau-Lifshitz-Gilbert)方程式を用いてシミュレーションを行った。計算に用いたモデルの模式図を図８に示す。磁気抵抗層１１の磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃとしてそれぞれ、幅１００ｎｍ、長さ１０００ｎｍで、厚さが１０ｎｍの軟磁性体を用いた。すなわち、各磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃはそれぞれ、長軸方向の長さと短軸方向の長さの比が１０となっている。シミュレーションにおいては、各磁性層を一辺が１０ｎｍの直方体のメッシュに分割した。
【００３８】
各磁性層の材料の特性は、ＮｉＦｅを用いたと想定して、飽和磁化Ｍｓを８００ｅｍｕ／ｃｃとし、ｙ方向の磁気異方性Ｋｕｙを１００ｋｅｒｇ／ｃｃとした。メッシュ間の交換定数Ａを１μｅｒｇ／ｃｍとし、ギルバートダンピング定数αを１．０で計算した。反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂは、磁気抵抗層の各磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃと同じ大きさで、飽和磁化Ｍｓを８００ｅｍｕ／ｃｃとし、ｘ方向の磁気異方性Ｋｕｘを１ｋｅｒｇ／ｃｃとした。非磁性絶縁体１２は、ｙ方向の長さ（幅）が１０ｎｍの真空とした。測定磁界Ｈはｙ方向とした。
【００３９】
計算したヒステリシスループを図９に示す。横軸は印加磁界の強度、縦軸は図８に示す中央の磁性層１１ｂの、ｘ方向に沿った中央部において、ｘ方向５００ｎｍ、ｙ方向１００ｎｍの部分のｙ方向の磁化を飽和値で規格化したものである。比較的大きなヒステリシスが見られるが、これは、計算時間の問題から実際の磁気センサよりも小さい、すなわちｘ方向に短いサイズのモデルでシミュレーションを行っているため、端部の反磁界の影響が過大に発生し、そのために、磁気抵抗層１１内に磁区が形成されているためである。しかしながら、反磁界が過大に出ているので、このモデルを用いることにより、磁気抵抗層１１の端部の磁荷による反磁界の影響を低減する、という第１実施形態の効果をより明確に調べることができる。
【００４０】
比較例として、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂの部分を真空、すなわち磁化Ｍが０、磁気異方性Ｋｕが０としたモデルを用いた場合のシミュレーション結果を図１０に示す。図９に示すシミュレーションと同じ部分におけるヒステリシスである。図１０からわかるように、図９の場合よりもさらに大きなヒステリシスが出ている。これは反磁界キャンセル体がないために、磁気抵抗層１１の端部の磁荷による反磁界が大きくなり、より大きな、あるいは複雑な磁区が形成されているためである。これらの結果から、図２（ａ）乃至図３を用いて説明した、反磁界キャンセル体１３が反磁界を低減することで、磁気センサ１の非線形性を低減させる効果が示されていることがわかる。
【００４１】
実際の磁気センサ１はｘ方向により長い構造をとり、また磁気抵抗層１１としてｙ方向により多くの磁性層を並列配置することになる。そこで、この状況を疑似的に反映させるために、図１１に示すように、両端の磁気抵抗層１１ａ、１１ｃのｙ方向の最端部の１０ｎｍの領域を２０ｋＯｅの磁界でｘ方向に固着させたモデルを用いた。このモデルにより、磁気抵抗層１１ａ、１１ｃの最端部における磁荷発生による漏洩磁界発生がなくなり、ｘ方向の端部からの反磁界の影響を小さくすることができる。この操作は、軟磁性体の磁化回転のシミュレーションを行う際に一般的に用いられるものである。
【００４２】
このモデルを用いて計算したヒステリシスループを図１２に示す。グラフ７５１は反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂを設置した第１実施形態による磁気センサ１の場合を示す。グラフ７５２は比較例として反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂの部分が真空、すなわち磁化Ｍが０、磁気異方性Ｋｕが０とした場合のモデルで計算した結果である。いずれの場合も、ヒステリシスはほとんど消失している。図１２から明らかなように、反磁界キャンセル体を用いることによりヒステリシスループの立ち上がりが急峻になり、磁界の検出感度が向上しているのがわかる。このことにより、第１実施形態の磁気センサ１の別の効果である、磁界の検出感度を向上させる効果が確認された。
【００４３】
以上説明したように、第１実施形態によれば、局所的な反磁界の発生を抑制し、ノイズの増加を抑制することが可能な磁気センサを提供することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
第２実施形態による磁気センサについて図１３Ａ、１３Ｂを参照して説明する。図１３Ａは第２実施形態の磁気センサ１Ａの平面図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図を示す。図１３Ａ、１３Ｂにおいて、ｚ方向が第２実施形態の磁気センサ１Ａの膜厚方向を示す。
【００４５】
この第２実施形態の磁気センサ１Ａは、図１Ａに示す第１実施形態の磁気センサ１において、磁界検出部１１として、磁性層１１ｄ、１１ｅを削除し、代わりに非磁性導電体８１ａ、８１ｂを設けた構成を有している。すなわち、磁界検出部１１は、それぞれがｘ方向に延在し、ｙ方向に並列に離間して配置された磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、隣接する磁性層１１ａ、１１ｂのｘ方向の左端部を接続する非磁性導電体８１ａと、隣接する磁性層１１ｂ、１１ｃのｘ方向の右端部を接続する非磁性導電体８１ｂと、を有している。なお、非磁性導電体８１ａ、８１ｂは、図１３Ｂに示すように、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂと電気的に接続しないように構成されている。
【００４６】
上述したように、図１Ａに示すように、磁界検出部１１を構成する磁性層がつづら折り形状である場合、折り返し部分の磁性層１１ｄ、１１ｅは、磁界検出に寄与せずかつノイズ源となってしまう。そこで、第２実施形態では、この部分を図１３Ａに示すように非磁性導電体８１ａ、８１ｂで置き換えた構成としている。
【００４７】
このように構成したことにより、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃが３本平行に並び、その端部を非磁性導電体８１ａ、８１ｂが接続している。これにより３本の磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃは直列に接続され、電気的には図１Ａに示す磁界検出部１１と等価になる。
【００４８】
図１３（ｂ）に示すように、非磁性導電体８１ｂは磁性層１１ｂ、１１ｃと電気的に接続されていればよく、反磁界キャンセル体１３ｂが導電体の場合には、反磁界キャンセル体１３ｂと接触しないように設置される。図１３（ｂ）では空隙を入れてあるが、ここに別の絶縁層を入れても構わない。同様に、非磁性導電体８１ａは磁性層１１ａ、１１ｂと電気的に接続されていればよく、反磁界キャンセル体１３ａが導電体の場合には、反磁界キャンセル体１３ａと接触しないように設置される。
【００４９】
また、非磁性導電体８１ａ、８１ｂは、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂと電気的に接続されない限り、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂの上にあっても構わない。また、図１３（ａ）において非磁性導電体８１ａ、８１ｂのｙ方向における配置位置も任意である。すなわち、非磁性導電体８１ａ、８１ｂが磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃや反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂよりも外側にはみ出していても構わない。また、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃや反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂが外側にはみ出していても構わない。非磁性導電体８１ａ、８１ｂが磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃや反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂよりも外側にはみ出している場合には、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃを実効的により長くすることができるので信号強度が増えて好ましい。
【００５０】
一方、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃや反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂが外側にはみ出している場合には、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれの端部の局所的反磁界による非線形性の影響を小さくできるので好ましい。
【００５１】
このように、磁界検出部１１として第２実施形態の構造をとることで、構造が複雑になり製造コストが増加する。しかし、前述した折り返し部分の反磁界の乱れによるノイズの増加を抑えることができる。磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ間の反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂの作用と効果は図１Ａに示す第１実施形態の場合と同じである。
【００５２】
（変形例）
第２実施形態の一変形例による磁気センサ１Ｂを図１４に示す。この変形例の磁気センサ１Ｂは、図１３Ａに示す第２実施形態の磁気センサ１Ａにおいて、磁性層１１ａ、１１ｃ用の電流端子として、非磁性導電体８１ｃ、８１ｄを新たに設けた構成を有している。これらの電流端子８１ｃ、８１ｄは、検出回路１４に接続される。この場合、複数の機能を持つ非磁性導電体８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄを一括して形成できるので好ましい。
【００５３】
以上説明したように、第２実施形態およびその変形例によれば、第１実施形態と同様に、局所的な反磁界の発生を抑制し、ノイズの増加を抑制することが可能な磁気センサを提供することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
第３実施形態による磁気センサの平面図を図１５に示す。この第３実施形態の磁気センサ１Ｃは、図１Ａに示す第１実施形態の磁気センサ１において、磁性層１１ａの長軸方向でかつ磁性層１１ｄと接続される端部と反対側の端部に非磁性絶縁体１２ｃを間に挟んで反磁界キャンセル体１３ｃを設け、磁性層１１ｄの外側に非磁性絶縁体１２ｄを間に挟んで反磁界キャンセル体１３ｄを設け、磁性層１１ｅの外側に非磁性絶縁体１２ｅを間に挟んで反磁界キャンセル体１３ｅを設け、磁性層１１ｃの長軸方向でかつ磁性層１１ｅと接続される端部と反対側の端部に非磁性絶縁体１２ｆを間に挟んで反磁界キャンセル体１３ｆを設けた構成を有している。
【００５５】
このように構成した第３実施形態も第１実施形態と同様に、局所的な反磁界の発生を抑制し、ノイズの増加を抑制することが可能な磁気センサを提供することができる。
【００５６】
（第４実施形態）
第４実施形態による磁気センサの平面図を図１６に示す。この第４実施形態の磁気センサ１Ｄは、図１３Ａに示す第２実施形態の磁気センサ１Ａにおいて、磁気センサ１Ａのｘ軸方向の一方の端部に非磁性絶縁体１２ｃを介して反磁界キャンセル体１３ｃを設けるとともに、他方の端部に非磁性絶縁体１２ｄを介して反磁界キャンセル体１３ｄを設けた構成を有している。
【００５７】
このように構成した第４実施形態も第２実施形態と同様に、局所的な反磁界の発生を抑制し、ノイズの増加を抑制することが可能な磁気センサを提供することができる。
【００５８】
なお、第３および第４実施形態においては、ｘ方向の端面に発生する反磁界を抑制するために、非磁性絶縁体を介して反磁界キャンセル体を設けている。しかし、非磁性絶縁体および反磁界キャンセル体の代わりに反強磁性体を磁性層に接するように構成してもよい。この場合、反強磁性体が磁性層の端部に接するため、磁性層の端部の磁化は反強磁性体と交換結合する。この交換磁界が磁荷による反磁界よりも大きくなって、不均一な磁化の回転を抑制することができる。ただし、長軸に沿って端部に反強磁性体を設置すると、測定磁界に対して磁化の回転が小さくかつ非線形になる可能性がある。
【００５９】
（第５実施形態）
第５実施形態による磁気センサの平面図を図１７に示す。この第５実施形態の磁気センサ１Ｅは、図１４に示す第２実施形態の変形例による磁気センサ１Ｂにおいて、磁性層１１ａの反磁界キャンセル体１３ａと反対側のｘ方向に沿った端面に非磁性絶縁体１２ｃを介して反磁界キャンセル体１３ｃを設けるとともに、磁性層１１ｃの反磁界キャンセル体１３ｂと反対側のｘ方向に沿った端面に非磁性絶縁体１２ｄを介して反磁界キャンセル体１３ｄを設けた構成を有している。
【００６０】
反磁界キャンセル体は、磁性層間だけでなく、最も外側の磁性層に対しても反磁界による非線形性に起因するノイズを抑制するのに有効である。その作用と効果はこれまでに説明してきたものと同様である。本実施形態と異なり、反磁界キャンセル体１３ｃ、１３ｄを設けない場合は、磁性層に接しない側、すなわち反磁界キャンセル体１３ｃ、１３ｄを設けない側が解放端となり、磁区が不安定になる可能性がある。最も外側に反磁界キャンセル体を設置するかどうかは、作成するセンサの設計事項に関連して決定すればよい。
【００６１】
この第５実施形態も第２実施形態の変形例と同様に、局所的な反磁界の発生を抑制し、ノイズの増加を抑制することが可能な磁気センサを提供することができる。
【００６２】
なお、第５実施形態のように、最も外側の磁性層に対して非磁性絶縁体を介して反磁界キャンセル体を設けることは、図１Ａに示す第１実施形態の磁気センサ１および図１３Ａに示す第２実施形態の磁気センサ１Ａにも適用しても、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
（第６実施形態）
第６実施形態による磁気センサの平面図を図１８に示す。この第５実施形態の磁気センサ１Ｆは、図１３Ａに示す第２実施形態の磁気センサ１Ａにおいて、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂと、絶縁層１２２ａ、１２２ｂと、を新たに設けた構成を有している。磁界収束体１２１ａは、磁性層１１ａに対して反磁界キャンセル体１３ａと反対側に配置され、絶縁層１２２ａは、磁性層１１ａと、磁界収束体１２１ａとの間に配置される。磁界収束体１２１ｂは、磁性層１１ｃに対して反磁界キャンセル体１３ｂと反対側に配置され、絶縁層１２２ｂは、磁性層１１ｃと、磁界収束体１２１ｂとの間に配置される。
【００６４】
磁界収束体１２１ａは、例えば軟磁性体から形成され、絶縁層１２２ａを介して磁性層１１ａに対向する面１２３ａの面積が面１２３ａに対向する面１２４ａの面積に比べて小さい形状を有している。磁界収束体１２１ｂは、例えば軟磁性体から形成され、絶縁層１２２ｂを介して磁性層１１ｃに対向する面１２３ｂの面積が面１２３ｂに対向する面１２４ｂの面積に比べて小さい形状を有している。面積を小さくする方法としては、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂの厚さ（ｚ方向の長さ）を一定にして、面１２３ａ、１２３ｂのｘ方向の長さを面１２４ａ、１２４ｂのｘ方向の長さよりも短くすればよい。また、面１２３ａ、１２３ｂと面１２４ａ、１２４ｂのｘ方向の長さを同じにし、面１２３ａ、１２３ｂのｚ方向の長さを面１２４ａ、１２４ｂのｚ方向の長さよりも短くしてもよい。
【００６５】
磁界収束体１２１ａ、１２１ｂが導電体の場合には、磁気抵抗層１１に印加される電流が分流するのを防ぐために、絶縁層１２２ａ、１２２ｂを設けることが好ましい。
【００６６】
第６実施形態で用いられている磁界収束体１２１ａ、１２１ｂは、一般に、ＭＦＣ(Magnetic Flux Concentrator)と呼ばれているものである。すなわち、磁界収束体１２１ａの最も外側の面１２４ａに到着した磁束線がその反対側の面１２３ａに向かって絞り込まれていくため、磁束密度である磁界強度が磁界収束体１２１ａの断面積の比に概ね従って増加する。
【００６７】
第６実施形態の磁気センサ１Ｆは、この磁界収束体１２１ａ、１２１ｂを用いて、磁界測定効率を向上させることができる。磁界収束体１２１ａ、１２１ｂの磁気抵抗層側の面１２３ａ、１２３ｂにおけるｘ方向の長さが磁気抵抗層１１のｘ方向の長さよりも短いと、収束した磁束を有効に検出に使うことができるので好ましい。
【００６８】
一方、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂの磁気抵抗層１１側の面１２３ａ、１２３ｂにおけるｘ方向の長さが磁気抵抗層１１のｘ方向の長さよりも長いと、磁気抵抗層１１の端部での局所的な反磁界によるノイズの増加を抑制できて好ましい。どのような長さにするか、どのような形状にするかは、センサとしての仕様に鑑みて設計すればよい。
【００６９】
絶縁層１２２ａ、１２２ｂは、図１７に示す非磁性絶縁体１２ｃ、１２ｄと兼ねていても良い。また、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂは、図１７に示す最も外側の反磁界キャンセル体１３ｃ、１３ｄの機能を兼ねていても良い。磁界収束体の磁界収束効果や磁気抵抗層への磁束の効率的な導入のために、磁気抵抗層と磁界収束体との間に、さらに他の層を設けても良い。このような層としては磁性体でも非磁性体でも構わない。
【００７０】
（変形例）
第６実施形態の変形例による磁気センサの平面図を図１９に示す。この変形例の磁気センサ１Ｇは、図１８に示す第６実施形態の磁気センサ１Ｆにおいて、絶縁層１２２ａ、１２２ｂの代わりにそれぞれ反磁界キャンセル体１３ｃ、１３ｄを設けた構成を有している。更に、反磁界キャンセル体１３ｃと磁界収束体１２１ａとの間および反磁界キャンセル体１３ｃと磁性層１１ａとの間に非磁性絶縁体１２ｃを設け、反磁界キャンセル体１３ｄと磁界収束体１２１ｂとの間および反磁界キャンセル体１３ｄと磁性層１１ｃとの間に非磁性絶縁体１２ｄを設けた構成を有している。
【００７１】
このように構成された変形例の磁気センサ１Ｇにおいては、最も外側の反磁界キャンセル体１３ｃ、１３ｄにより、最も外側の磁性層１１ａ、１１ｃにおけるノイズの増加を抑え、更に磁界収束体１２１ａ、１２１ｂによって強度が増加した磁界を検出することで検出感度を相対的に上げることができる。反磁界キャンセル体１３ｃ、１３ｄと磁界収束体１２１ａ、１２１ｂとの間の非磁性絶縁体１２ｃ、１２ｄは、収束した磁束の磁気抵抗層１１への導入が適切に行われるのであれば、あってもなくても構わない。
【００７２】
上述のように、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂは、第６実施形態と同様に、磁気抵抗層１１と反対側の面１２４ａ、１２４ｂの面積を大きくした方が収束効率を高くすることができる。そのためには、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂはｘ方向の長さを長くするとともに、膜厚（ｚ方向の長さ）を厚くすると効果的である。しかし、一般の薄膜堆積プロセスでそのような構造を作ることは難しい。そこで、薄膜のドライプロセスで、図１７の状態まで作り、その後めっき等のウェットプロセスで、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂを作り込むプロセスを用いることができる。この場合、プロセスダメージがあり得るので、反磁界キャンセル体１３ｃ、１３ｄの外側に保護層を設けると都合が良い。
【００７３】
（構成要素の材料）
次に、第１乃至第６実施形態およびその変形例の磁気センサを構成する各要素の材料について説明する。
【００７４】
磁気抵抗層１１を構成する各磁性層１１ａ〜１１ｆは、良好な軟磁気特性を持つ、すなわち、小さい磁界でも磁化が回転する特性を持ち、かつ大きな磁気抵抗変化を示す必要がある。これについては、後述する。
【００７５】
非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、一般の素子に用いられる絶縁体のうち、非磁性のものであれば何でもよい。特に、Ｓｉ−Ｏ、Ｓｉ−Ｎ、Ａｌ−Ｏ、Ｍｇ−Ｏといった金属と酸素や窒素などのガスとの化合物とするのが一般的である。Ｆｅの酸化物は組成によっては磁性を持つものもあるが、非磁性組成であれば使うことができる。その他に、磁気抵抗層１１、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂ、あるいは保護層などの構成元素の酸化物あるいは窒化物でも構わない。
【００７６】
反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、磁気抵抗層１１と同様の軟磁気特性の良い磁性材料が好ましい。例えば、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏ合金、ホイスラー合金、を含む材料とすることで、優れた軟磁気特性を得ることができる。
【００７７】
磁界収束体１２１ａ、１２１ｂは、磁気抵抗層１１と同様の軟磁気特性の良い磁性材料が好ましい。例えば、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏ合金、ホイスラー合金、を含む材料とすることで、優れた軟磁気特性を得ることができる。
【００７８】
抵抗変化を検出する検出回路１４は、通常の磁気抵抗素子に用いられるものを使うことができる。例えば、直流電流源から磁気抵抗層１１の両端に電流が印加されるようになっており、同時に、磁気抵抗層１１の両端の電圧が測定できる機構を有していれば、抵抗変化が測定できる。第１乃至第６実施形態およびその変形例の磁気センサは、高感度な磁気センサであるので、ノイズが少ない電流源や増幅器を用いる必要がある。
【００７９】
磁性層１１ａ〜１１ｆ、非磁性絶縁体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、反磁界キャンセル体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、磁界収束体１２１ａ、１２１ｂはそれぞれ、必要に応じて、結晶性や磁気特性などを向上させるために、下地層を用いることができる。また、成膜後に続けて保護層を堆積させて、その後のレジスト塗布などのプロセスダメージを防ぐこともできる。保護層は、磁気センサの作用の妨げにならない限り、プロセス中に除去しても良いし、除去せずに磁気センサ中に残しておいても良い。
【００８０】
（磁界検出部）
次に、上記各実施形態において磁気抵抗層１１として用いられる例について説明する。
【００８１】
（第１例）
磁気抵抗層１１を構成する各磁性層１１ａ〜１１ｆの第１例としては、図２０に示すように、ＮｉＦｅＣｒなどの非磁性下地２１２上に形成された、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏ合金、およびホイスラー合金のいずれかを含む材料２１１とすることができる。図２０に示すように、軟磁性材料２１１が第１乃至第６実施形態の磁気抵抗層１１の各磁性層に対応する。この場合、抵抗変化は、いわゆる金属磁気抵抗効果（ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistive））と呼ばれる現象に基づいて起こる。
【００８２】
ＡＭＲ素子は構造がシンプルであるため、安価で信頼性の高い磁気センサを作ることができる。また、電気抵抗が低いため低ノイズであり、高感度磁気センサの課題の一つであるノイズを小さくする効果が得られる。しかしながら、抵抗変化率が小さいので、感度はそれほど高くない。
【００８３】
（第２例）
磁気抵抗層１１を構成する各磁性層１１ａ〜１１ｆの第２例としては、図２１に示すように、軟磁性体からなる第１磁性層２２１、非磁性導電層２２２、軟磁性体からなる第２磁性層２２３がこの順に積層され、かつ、第１磁性層２２１と第２磁性層２２３が非磁性導電層２２２を介して反強磁性結合をしている構成とすることができる。
【００８４】
この第２例の磁気抵抗層１１は、シザーズ型のＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ばれるものであり、第１磁性層２２１と第２磁性層２２３とが反強磁性交換結合しているため、外部磁界がゼロの下では各層の磁化は長軸方向に互いに逆方向を向いている。磁気抵抗層１１の短軸方向に磁界が印加されると、第１および第２磁性層の磁化はそれぞれ短軸方向に回転して、第１および第２磁性層２２１、２２３の磁化のなす角度が１８０度から低下する。この角度変化が磁気抵抗変化として検出される。
【００８５】
非磁性導電層２２２としては、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、またはＩｒを含む非磁性金属を用いることができ、第１および第２磁性層２２１、２２３に反強磁性結合を誘起するには、２ｎｍ程度以下の厚さにすればよい。
【００８６】
第１磁性層２２１、第２磁性層２２３に対して、磁場中で冷却などの処理を施すことで、短軸方向に磁気異方性をつけても良い。こうすることにより、外部磁化がゼロでも第１および第２磁性層２２１、２２３の磁化が１８０度よりも小さい角度を持つようになる。測定磁界が印加されるとこの角度が更に小さくなる。
【００８７】
一般に、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子は、各層の磁化のなす角度が９０度近辺の場合に最も大きな磁気抵抗変化を示すので、上記の場合、磁化の相対角が９０度に近づくような変化によって検出感度が向上して好ましい。ただし、短軸方向の磁気異方性を付与するプロセスの分のコストがかかることになる。また、短軸方向の磁気異方性のばらつきが発生して、ノイズが大きくなる可能性もある。
【００８８】
第１磁性層２２１および第２磁性層２２３として、ＦｅＣｏ合金あるいはホイスラー合金を用いると、高スピン偏極が得られて、抵抗変化率が大きくなるので好ましい。
【００８９】
（第３例）
磁気抵抗層１１を構成する各磁性層１１ａ〜１１ｆの第３例としては、図２２に示すように、磁化が長軸方向に固定された固着層２３１と、外部磁界を検知して磁化が回転する軟磁性体からなるフリー層２３３と、固着層２３１とフリー層２３３との間に設けられた非磁性導電層２３２とを積層した構成にすることができる。図２２に示すように、フリー層２３３が、第１乃至第６実施態様およびその変形例のいずれかの磁気センサを構成する磁気抵抗層１１に対応する。図２２では、磁化が長軸方向に固着されている様子を矢印２３４で示している。
【００９０】
このような構成は、スピンバルブ型のＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ばれるものであり、測定磁界によってフリー層２３３の磁化が回転して、固着層２３１の磁化の向きとなす角度が変化する。この角度変化が磁気抵抗変化として検出される。非磁性導電層２３２としては、例えばＣｕ含む非磁性金属を用いることができる。
【００９１】
固着層２３１の磁化を固着する方法としては、結晶磁気異方性または形状磁気異方性を利用する方法が一般的である。
【００９２】
この第３例の磁気抵抗層１１を用いた磁気センサは、長軸方向に長い構成をとっているので、長軸方向、すなわち図２２に示す矢印２３４の方向に大きな形状磁気異方性を付与することができる。
【００９３】
フリー層２３３に対して、磁場中で冷却などの処理を施すことで、短軸方向に磁気異方性をつけても良い。こうすることにより、外部磁界がゼロの下でフリー層２３３と固着層２３１の磁化のなす角度を９０度近辺にすることができ、前述のように、最も大きな磁気抵抗変化を得ることができるので好ましい。ただし、短軸方向の磁気異方性を付与するプロセスの分のコストがかかることになる。また、短軸方向の磁気異方性のばらつきが発生して、ノイズが大きくなる可能性もある。
【００９４】
フリー層２３３および固着層２３１としては、ＦｅＣｏ合金あるいはホイスラー合金を用いると、高スピン偏極が得られて、抵抗変化率が大きくなるので好ましい。固着層２３１の結晶磁気異方性を高める方法としては、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄなどの合金、あるいは、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄなどの規則相合金、あるいは、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｎｉなどの極薄の磁性層を多層積層したいわゆる人工格子膜を用いることが挙げられる。
【００９５】
次に、図２２に示す第３例の磁気抵抗層１１を用いた場合の固着層２３１の磁化を固着する方法について説明する。
【００９６】
固着層２３１の磁化を一方向（矢印２３４の方向）に向ける手法として、例えば、図２３に示すように、固着層２３１の下に厚さ２ｎｍ以下のＲｕ層２４１を介して反強磁性層２４２を設けることが挙げられる。
【００９７】
これは、一般に反強磁性体ピンニングとよばれるもので、反強磁性層２４２の最表面の磁化と固着層２３１の磁化とを交換結合させるものである。反強磁性層２４２中の磁化は外部磁界によって回転させるのが困難であり、固着層２３１の磁化はそれと強く交換結合しているため、一方向（矢印２３４の方向）に向いた状態が保持される。反強磁性層２４２からの交換磁界を一方向に揃えるには、例えば、磁界中で熱処理をすることで可能となる。
【００９８】
Ｒｕ層２４１は、反強磁性層２４２の最表面と固着層２３１の最下面の磁化を反強磁性交換結合させるため、また、交換結合強度を制御するために用いている。しかし、Ｒｕ層２４１を用いずに、固着層２３１を反強磁性層２４２の上に直接積層しても良い。こうすることで構造がシンプルになる利点が得られる。しかし、交換結合の制御が難しくなり、また、安定した交換結合磁界を得るのが困難になる場合がある。Ｒｕ層の代わりに、Ｒｈ層あるいはＣｕ層を用いても良い。
【００９９】
ピンニング層（反強磁性層）２４２に用いる反強磁性材料としては、ＩｒＭｎが安定して反強磁性状態を保つことができるので好ましい。
【０１００】
次に、図２１に示す第１磁性層２２１および第２磁性層２２３の構成について図２４を参照して詳細に説明する。図２４は磁気抵抗層１１の一例を示す断面図である。
【０１０１】
図２４に示すように、第１磁性層２２１としては、軟磁性高電気抵抗層２５３ａと軟磁性低電気抵抗層２５１ａとがＲｕ層２５２ａを介して積層された構造を有している。軟磁性高電気抵抗層２５３ａと軟磁性低電気抵抗層２５１ａとがＲｕ層２５２ａを介して反強磁性交換結合している。また、第２磁性層２２３としては、軟磁性低電気抵抗層２５１ｂと軟磁性高電気抵抗層２５３ｂとがＲｕ層２５２ｂを介して積層された構造を有している。軟磁性低電気抵抗層２５１ｂと軟磁性高電気抵抗層２５３ｂとがＲｕ層２５２ｂを介して反強磁性交換結合している。軟磁性低電気抵抗層２５１ａ、２５１ｂは非磁性導電層２３２の側に設置する。
【０１０２】
次に、図２３に示すフリー層２３３について図２５を参照して説明する。図２５は磁気抵抗層１１の一例を示す断面図である。図２５に示すように、フリー層２３３としては、軟磁性低電気抵抗層２５１と軟磁性高電気抵抗層２５３とがＲｕ層２５２を介して積層された構造を有している。軟磁性低電気抵抗層２５１と軟磁性高電気抵抗層２５３とがＲｕ層２５２を介して反強磁性交換結合している。
【０１０３】
なお、図２２に示すフリー層２３３も図２５に示す場合と同様に、軟磁性低電気抵抗層２５１と軟磁性高電気抵抗層２５３とがＲｕ層２５２を介して積層された構造を有し、軟磁性低電気抵抗層２５１と軟磁性高電気抵抗層２５３とがＲｕ層２５２を介して反強磁性交換結合している構造としてもよい。
【０１０４】
第１磁性層２２１、第２磁性層２２３、またはフリー層２３３を用いたＣＩＰ−ＧＭＲでは、伝導電子は非磁性導電層２３２とその上下にある軟磁性層（第１磁性層２２１、第２磁性層２２３、またはフリー層２３３）との界面で散乱されることで磁気抵抗変化を発生させる。このとき、軟磁性層（第１磁性層２２１、第２磁性層２２３、またはフリー層２３３）の厚さを厚くすると、熱揺らぎに起因するノイズを低減することができて、磁気センサの感度を高めることができる。
【０１０５】
しかし、軟磁性層を厚くしてしまうと、電流が軟磁性層の内部にも多く流れてしまい、磁気抵抗変化の効率が低下する。そこで、軟磁性層の電気抵抗を高くすると、今度は電子が軟磁性体の界面から侵入しにくくなり、やはり抵抗変化率は大きくならない。このため、軟磁性低電気抵抗層２５１ａ、２５１ｂ、２５１と軟磁性高電気抵抗層２５３ａ、２５３ｂ、２５３とがＲｕ層２５２ａ、２５２ｂ、２５２を介して積層した構造を用い、軟磁性低電気抵抗層２５１ａ、２５１ｂ、２５１が非磁性導電層２３２に接するようにすれば、伝導電子は界面から軟磁性低電気抵抗層２５１ａ、２５１ｂ、２５１の内部に侵入して散乱される。しかし、軟磁性高電気抵抗層２５３ａ、２５３ｂ、２５３との界面で反射され再び非磁性導電層２３２との界面に達し、結果として散乱回数が増え、抵抗変化率を大きくすることができる。
【０１０６】
一方、軟磁性低電気抵抗層２５１ａ、２５１ｂ、２５１はＲｕ層２５２を介して軟磁性高電気抵抗層２５３ａ、２５３ｂ、２５３と交換結合しているので、磁化の回転は一体化して起こり、そのため磁気的な体積が大きくなり、熱揺らぎ起因のノイズを低減することができる。
【０１０７】
軟磁性低電気抵抗層２５１ａ、２５１ｂ、２５１の材料としては、ＦｅＣｏ合金あるいはホイスラー合金を用いることで、非磁性導電層２３２との界面でのスピン偏極度を高くすることができるので磁気抵抗変化率が大きくなって好ましい。また、軟磁性高電気抵抗層２５３ａ、２５３ｂ、２５３の材料としては、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＢ、を含むアモルファス合金とすることで、良好な軟磁気特性を得ることができて好ましい。
【０１０８】
（製造方法の第１例）
次に、第１実施形態の磁気センサの製造方法について図２６（ａ）乃至図２８（ｂ）を参照して説明する。図２６（ａ）乃至図２６（ｃ）は、磁気センサの製造プロセスを示す平面図であり、図２７（ａ）乃至図２８（ｂ）は、図２６（ｃ）に示す切断線２７１で切断した断面図である。
【０１０９】
まず、基板２８１の上に、所望の特性を持つ下地層２８２、磁気抵抗層１１、保護層２８３を成膜する（図２７（ａ））。下地層２８２は磁気抵抗層１１の結晶性や磁気特性の制御、密着性向上といった目的で、適宜用いられる。保護層２８３はプロセス中の磁気抵抗層１１へのダメージを抑制し、また磁気センサの形成後の保護の目的で堆積される。その後、保護層２８３上にレジスト２８４を塗布し、露光および現像を行ってレジストからなるマスクパターンを形成する。このマスクパターンを用いて保護層２８３、磁気抵抗層１１および下地層２８２をエッチングし、所望の形状に加工する。図２６（ａ）、図２７（ａ）はこの加工を行った後の状態を示す図である。磁気抵抗層１１は図２６（ａ）に示すように、つづら折りの形状に加工される。一般に、マスクを用いたエッチングを行うと、断面が台形状に加工される。その状態を図２７（ａ）に示している。
【０１１０】
次に、加工後のレジストからなるマスク２８４を残したまま、非磁性絶縁体１２、反磁界キャンセル体１３、絶縁保護層２８５を順に成膜する。この状態が図２７（ｂ）である。絶縁保護層２８５は反磁界キャンセル体１３のプロセス中のダメージを抑制し、意図しない電気的短絡を防ぐために堆積される。その後、レジストからなるマスク２８４を剥離して磁気抵抗層１１の上に堆積された非磁性絶縁体１２、反磁界キャンセル体１３、および絶縁保護層２８５をリフトオフ法によって除去する。その後、バリや残渣などを研磨で除去し、表面を平坦化する。この状態を図２６（ｂ）、図２７（ｃ）に示す。上述のように、加工した磁気抵抗層１１は台形状の断面形状なので、側壁には非磁性絶縁体１２／反磁界キャンセル体１３／絶縁保護層２８５が堆積される。これをリフトオフ法で除去したので、図２６（ｂ）において、磁気抵抗層１１の加工部の端部には非磁性絶縁体１２と反磁界キャンセル体１３が現れることになる。図２６（ｂ）においては、この後の説明を容易にするため、絶縁保護層２８５の形状は省略してある。
【０１１１】
この後、反磁界キャンセル体１３と磁界収束体１２１の形状加工のために、再度レジスト２８６を塗布し、所望の形状に露光および現像し、レジストからなる加工マスクを形成する。この状態を図２８（ａ）に示す。磁気抵抗層１１の加工部の両側に少し反磁界キャンセル体１３が残るパターンとなっている。このレジストからなるマスク２８６を介してエッチングを行い、反磁界キャンセル体１３、磁界収束体１２１を加工し、マスク２８６を除去する。この状態を図２６（ｃ）、図２７（ｂ）に示す。図２６（ｃ）では磁界収束体１２１が形成されているが、この加工例の場合は、反磁界キャンセル体と磁界収束体を同じ材料で兼ねる実施態様の例を示している。磁界収束体１２１を別の材料で作る場合には、適宜同様の加工プロセスを追加すればよい。
【０１１２】
以上の加工プロセスを用いることにより、磁気抵抗層１１と反磁界キャンセル体１３との間の距離は、非磁性絶縁体１２の膜厚で制御できることになり、数ｎｍから数１０ｎｍの範囲を容易に制御できる。また、図から明らかなように、磁気抵抗層１１に適切な下地層と保護層を設けることにより、磁気抵抗層１１の厚さを反磁界キャンセル体１３よりも薄くすることができ、また、反磁界キャンセル体１３の膜厚方向のほぼ中央の位置に磁気抵抗層１１を配置することができるので、磁気抵抗層１１の端部の磁荷から発生する漏洩磁界を効果的に反磁界キャンセル体１３に吸収させて反磁界を低く抑えることができる。
【０１１３】
（製造方法の第２例）
次に、図１４に示す第２実施形態の変形例の磁気センサに磁界収束体１２１を付加した場合の製造方法について、図２９（ａ）乃至図３２（ｂ）を参照して説明する。図２９（ａ）乃至図３０（ｂ）は、磁気センサの製造プロセスを示す平面図であり、図３１（ａ）乃至図３２（ｂ）は、図３０（ｂ）に示す切断線２９１の位置における断面図である。
【０１１４】
この第２例の製造方法によって製造される磁気センサの磁気抵抗層１１の平面形状は、第１例の製造方法によって製造される磁気センサの磁気抵抗層１１の平面形状とは異なり、複数の磁性層を概ね平行に配置した形状となっている。
【０１１５】
まず、磁気抵抗層１１の部分の作成法は、上述の第１例と同じである。すなわち、基板２８１の上に、所望の特性を持つ下地層２８２、磁気抵抗層１１、保護層２８３を成膜し、その後、レジスト（図示せず）を塗布し、露光および現像してレジストからなるマスクを形成し、このマスクを用いて保護層２８３、磁気抵抗層１１、および下地層２９２をエッチングして所望の形状の加工を行う。
【０１１６】
次に、レジストからなるマスクを残したまま、非磁性絶縁体１２、反磁界キャンセル体１３、絶縁保護層２８５を順に成膜する。その後、レジストからなるマスクを剥離して磁気抵抗層１１の上に堆積された非磁性絶縁体１２、反磁界キャンセル体１３、絶縁保護層２８５をリフトオフ法によって除去する。その後、バリや残渣などを研磨で除去し、表面を平坦化する。
【０１１７】
次に、反磁界キャンセル体１３と磁界収束体の形状加工のために、再度レジスト（図示せず）を塗布し、所望の形状に露光および現像し、レジストからなるマスクを形成する。このマスクを介してエッチングを行い、反磁界キャンセル体１３、磁界収束体（図示せず）を加工し、マスクを除去する。
【０１１８】
これら一連のプロセスフローに対する断面構造の変化は図２７（ａ）乃至図２８（ｂ）に示したものと同様である。平面構造の変化は図２９（ａ）乃至図３０（ａ）に示すようになる。磁気抵抗層１１の加工パターンがつづら折り状から複数の平行な直線状になり、磁気抵抗層１１の短軸側には反磁界キャンセル体１３が存在しないように加工する。製造方法の第一例の場合と同様に、この加工例の場合は反磁界キャンセル体１３と磁界収束体１２１を同じ材料で兼ねる実施形態の例であるが、磁界収束体１２１を別の材料で作る場合には、適宜同様の加工プロセスを付与すればよい。
【０１１９】
次に、磁気抵抗層１１の端部を導電体８１で接続する部分の加工プロセスを説明する。図３１（ａ）には、磁気抵抗層１１が３本の構成で、加工プロセスが図２８（ｂ）と同じ状態まで進んだところの状態を、図３０（ｂ）に示す切断線２９１の位置における断面で見たものを模式的に示している。この上に絶縁層３０１を成膜し、レジスト（図示せず）を塗布し、露光および現像し、レジストからなるマスクを形成する。このマスクを用いて絶縁層３０１および絶縁保護層２８３をエッチングし、磁気抵抗層１１の上のみに磁気抵抗層１１に達する開口が開くような形状に加工する。その状態を図３１（ｂ）に示す。
【０１２０】
この上に再度レジスト３０２を塗布し、電流端子部分、磁気抵抗層の接続部分のパターンとなるように露光および現像を行う。この状態を図３１（ｃ）に示す。図３１（ｃ）において、最も左側の磁気抵抗層１１に電流端子部を設置し、右側の２つの磁気抵抗層１１が接続されるような形態にする。この上に導電体３０３を成膜する。この状態を図３２（ａ）に示す。
【０１２１】
この後、レジスト層３０２を除去するとともにその上の導電体３０３をリフトオフ法を用いて除去する。この状態を図３２（ｂ）に示す。ここで、最も左側の磁気抵抗層１１の上に電流端子が形成され、真ん中と右側の磁気抵抗層１１の上にそれぞれを接続する導電部が形成される。これらの図３２（ａ）、３２（ｂ）に示す断面は、図３０（ｂ）に示す切断線２９１に沿った断面である。
【０１２２】
以上の加工プロセスを用いることにより、磁気抵抗層１１の折り返し部分のノイズを抑制することが可能な磁気センサを製造することができる。
【０１２３】
（ノイズレベルの見積もり）
次に、本発明の一実施形態による磁気センサのノイズレベルの見積もりを行った。この実施形態の磁気センサの平面図を図３３（ａ）に示し、ノイズレベルの見積もり結果を図３３（ｂ）に示す。この実施形態の磁気センサは、図２２に示すＣＩＰ−ＧＭＲ素子を、図１８に示す第６実施形態の磁気センサの構成にしたものである。この磁気センサの磁気抵抗層は、幅が４μｍ、長さが１００μｍ、厚さが１５ｎｍの直線状の磁性層１１を８本平行に並べ、これら８本の磁性層を、導電体８１を用いて直列に接続した構成を有している。更に、磁性層の間に非磁性絶縁体１２を介して反磁界キャンセル体１３で埋めた構成を有している。磁界収束体１２１は、磁気抵抗層１１側の長さを１００μｍ、反対側の長さを１０μｍ、厚さを６００ｎｍ、磁界強度拡大率を４００倍とした。磁気抵抗層１１の抵抗を４ｋΩ（ジョンソンノイズ：〜６ｎＶ）、印加電圧Ｖｂを１．２Ｖ（０．３６ｍＷ）、抵抗変化率を２０％と仮定した。ＡＭＲの文献値より、１Ｈｚでのノイズ（１／ｆノイズ＋ジョンソンノイズ）を５０ｎＶ／Ｈｚ０．５とした。
【０１２４】
図１２に示したように、反磁界キャンセル体１３を用いることによりＨｋが低減され、感度が向上する。このことに対応して、磁気抵抗層１１のＨｋが４０Ｏｅから５Ｏｅまで低減できたとする。これらの条件のもと、２×Ｈｋを横軸とし、縦軸にｐＴ当たりの出力電圧および、信号出力がノイズレベルと一致する磁界強度、すなわち限界検出磁界強度Ｄの見積もり結果を図３３（ｂ）にプロットした。図３３（ｂ）からわかるように、１ｐＴを切る磁界の検出が期待できることがわかった。この結果は、これまで述べてきたように、本実施形態による磁気センサを用いることにより、低ノイズ化と高感度化が達成できたことを示すものである。
【０１２５】
（第７実施形態）
なお、第１乃至第６実施形態およびそれらの変形例の磁気センサにおいては、磁界検出部１１は、並列に配置された少なくとも３つの磁性層を有していた。磁界検出部１１は、並列に配置された２つの磁性層を有していてもよい。これを第７実施形態として説明する。
【０１２６】
第７実施形態の磁気センサを図３４に示す。この第７実施形態の磁気センサ１Ｈは、図１に示す第１実施形態の磁気センサ１の磁界検出部１１を図３４に示す磁界検出部１１に置き換えた構成を有している。すなわち、第７実施形態の磁気センサ１Ｈは、磁界検出部１１と、非磁性絶縁体１２と、軟磁性体を含む反磁界キャンセル体１３と、を備えている。磁界検出部１１は、それぞれがｘ方向に延在し、ｙ方向に並列に離間して配置された磁性層１１ａ、１１ｂと、隣接する磁性層１１ａ、１１ｂのｘ方向の左端部を接続する磁性層１１ｃと、を有している。すなわち、磁界検出部１１は、つづら折り形状の磁性体から構成される。第７実施形態においては、磁界検出部１１は、磁性層から構成された磁気抵抗層である。
【０１２７】
反磁界キャンセル体１３は、磁性層１１ａと磁性層１１ｂとの間、すなわち磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃによって囲まれた空間に設けられる。非磁性絶縁体１２は、磁性層１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれと、反磁界キャンセル体１３との間に設けられる。
【０１２８】
磁界検出部１１には、長軸方向（ｘ方向に）に電流を流し、外部磁界１６によって磁性層１１ａ、１１ｂの磁化が回転し、それにより両端の電気抵抗が変化することによって磁界強度を検出する検出回路１４が接続されている。磁界検出部１１、すなわち磁気抵抗層１１は、いわゆる、磁気抵抗効果（ＡＭＲ(Anisotropic Magneto-Resistance)）、あるいは面内通電型巨大磁気抵抗効果（ＣＩＰ−ＧＭＲ）現象により、測定磁界強度を測定する。
【０１２９】
このように構成された第７実施形態も第１実施形態と同様に、局所的な反磁界の発生を抑制し、ノイズの増加を抑制することが可能な磁気センサを提供することができる。
【０１３０】
なお、第７実施形態の磁気センサ１Ｈは、図１に示す第１実施形態の磁気センサ１の磁界検出部１１を図３４に示す磁界検出部１１に置き換えた構成を有していたが、第２乃至第６実施形態およびそれらの変形例の磁気センサの磁界検出部を図３４に示す並列に配置された２つの磁性層を有する磁界検出部１１に置き換えても同様に効果を得ることができる。
【０１３１】
（第８実施形態）
次に、第１乃至第７実施形態およびそれらの変形例のいずれかの磁気センサを、脳神経が発する磁界を検出する脳磁計に用いることができる。これを第８実施形態として説明する。
【０１３２】
第８実施形態による磁気センサ装置について、図３５を参照して説明する。この第８実施形態の磁気センサ装置１００は脳磁計であって、図３５の左側の図は、この脳磁計１００を人体の頭部に装着した状態を模式的に示す。この脳磁計１００は、複数のセンサ部、例えば１００個程度のセンサ部３２１が柔軟性のある基体３２２の上に設置された構成を有している。
【０１３３】
このセンサ部３２１には、第１乃至第７実施形態およびそれらの変形例のいずれかによる磁気センサが１個配置されていても良いし、複数個配置されていても良い。また、複数の磁気センサが差動検出等の回路を構成していても良いし、また、電位端子や加速度センサなどの別のセンサが同時に設置されていても良い。第１乃至第７実施形態およびそれらの変形例のいずれかによる磁気センサは、従来のＳＱＵＩＤ磁気センサに比べて非常に小さく作成できるので、このような複数のセンサ部の設置や回路の設置や他のセンサとの共存も容易である。
【０１３４】
柔軟性のある基体３２２は、例えばシリコーン樹脂などの弾性体からなり、帯状に各センサ部３２１をつないで頭部に密着できるように構成されている。基体３２２は連続した膜を帽子状に加工したものでも良いが、図３５に示すようなネット状のものが、装着性が良く、また人体への密着性が向上するので好ましい。
【０１３５】
センサ部３２１の入出力コード３２３は、診断装置５００のセンサ駆動部５０６および信号入出力部５０４とつながっている。センサ駆動部５０６からの電力と信号入出力部５０４からの制御信号に基づきセンサ部３２１は所定の磁界測定を行い、その結果は、並行して信号入出力部５０４へ入力される。信号入出力部５０４で得た信号はその後、信号処理部５０８へ送られ、この信号処理部５０８において、ノイズの除去、フィルタリング、増幅、信号演算などの処理が施される。その後、これらの信号は、脳磁計測のための特定の信号を抽出したり、信号位相を合わせたりする信号解析が信号解析部５１０において行われる。信号解析が終了したデータは、データ処理部５１２に送られる。データ処理部５１２では、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）などの画像データやＥＥＧ（Electroencephalogram）などの頭皮電位情報なども取り入れて、神経発火点解析や逆問題解析などの、データ解析を行う。その結果は画像化診断部５１６へ送られ、診断の助けとなるような画像化が行われる。これら一連の動作は制御機構５０２によって制御されており、一次信号データやデータ処理途中のメタデータなど、必要なデータは、データサーバに保存される。なお、図３５に示すようにデータサーバと制御機構が一体化していても良い。
【０１３６】
図３５に示す第８実施形態では、センサ部３２１が人体頭部に設置されているが、これを人体胸部に設置すれば、心磁測定が可能となる。また、妊婦の腹部に設置すれば、胎児の心拍検査に用いることもできる。
【０１３７】
被験者を含めた磁気センサ装置全体は、地磁気や磁気ノイズを防ぐために、シールドルーム内に設置されるのが好ましい。あるいは、人体の測定部位やセンサ部３２１を局所的にシールドする機構を設けても良い。また、センサ部３２１にシールド機構を設けたり、信号解析、データ処理で実効的なシールドを行っても良い。
【０１３８】
図３５に示す磁気センサ１００は、高感度磁気センサを備えたセンサ部３２１が柔軟性のある基体３２２に設置されているが、従来の脳磁計や心磁計のように、固定された基体に設置されていても構わない。その例を図３６および図３７に示す。図３６は脳磁計の一例であるが、ヘルメット状の硬質の基体３２４上にセンサ部３２１が設置されている。図３７は心磁計の一例であるが、平板状の硬質の基体３２５上にセンサ部３２１が設置されている。いずれの場合も、センサ部３２１からの信号の入出力とその処理は図３５と同様である。
【０１３９】
（センサ部）
上記の脳磁計や心磁計におけるセンサ部３２１を構成する一実施例として、複数の磁気センサをブリッジ接続しても良い。この実施例を図３８に示す。４つの磁界検出部１１が矩形状に配置されており、各磁界検出部１１は図３８に示すようなブリッジ接続をされ、矢印１７の方向の磁界を検出する。各磁界検出部１１は第１乃至第７実施形態およびそれらの変形例のいずれかによる磁気センサであり、図３８の左上と右下の磁界検出部１１には磁界収束体１２１が付加された磁気センサである。
【０１４０】
磁界収束体１２１を設けた磁気センサは測定磁界の増強効果により、磁界収束体を設けない場合に比べて、桁違いに大きな出力信号を出す。したがって、図３８において、左上と右下の磁気抵抗層は測定磁界に応じて抵抗が変化するが、左下と右上の磁気抵抗層は実質的に測定磁界に応じて抵抗が変化しない固定抵抗となる。
【０１４１】
図３８の構成において測定磁界が印加されると、図３８の左上と右下の磁気抵抗層が変化し、電圧検出部６００での検出電圧は、単体の電圧変化の二倍の出力を得ることができる。一方、検出電圧は磁気抵抗層の電圧ではなく、図３８の右側と左側のブロック６００の電位差であるため、電流源６５０が本質的に持つノイズはキャンセルされる。すなわち、ノイズを抑えて出力を増やすことができる。
【０１４２】
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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【０１４３】
１〜１Ｇ・・・磁気センサ、１１・・・磁界検出部（磁気抵抗層）、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ・・・磁性層、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ・・・非磁性絶縁体、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ・・・反磁界キャンセル体、１４・・・検出回路、１６・・・測定磁界、２１・・・磁気抵抗層、２２・・・磁気抵抗層内の磁化、２３・・・磁気抵抗層の長軸側の端面、２４・・・磁化の回転により発生した磁荷、３１・・・理想的な磁気センサの場合の磁化の変化、３２・・・磁荷が発生して磁化回転が非線形になる場合の磁化の変化、３３・・・長軸方向の異方性磁界が大きい場合の磁化の変化、７５１・・・磁気センサの磁気抵抗層の中央部分のヒステリシス曲線、７５２・・・比較例の磁気抵抗層の中央部分のヒステリシス曲線、８１・・・非磁性導電体、１００・・・磁気センサ装置、１２１・・・磁界収束体、１２２・・・絶縁層、１２３・・・磁界収束体の磁気抵抗層側の端面、１２４・・・磁界収束体の磁気抵抗層側の反対側の端面、２１１・・・ＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏ合金、ホイスラー合金を含む磁気抵抗層、２１２・・・非磁性下地層、２２１・・・軟磁性体からなる第１磁性層、２２２・・・非磁性導電層、２２３・・・軟磁性体からなる第２の磁性層、２３１・・・固着層、２３２・・・非磁性導電体層、２３３・・・フリー層、２３４・・・長軸方向、２４１・・・Ｒｕ層、２４２・・・反強磁性層、２５１，２５１ａ，２５１ｂ・・・軟磁性低電気抵抗層、２５２，２５２ａ，２５２ｂ・・・Ｒｕ層、２５３，２５３ａ，２５３ｂ・・・軟磁性高電気抵抗層、２８１・・・基板、２８２・・・下地層、２８３・・・保護層、２８４・・・レジスト、２８５・・・絶縁保護層、２８６・・・レジスト、３０１・・・絶縁層、３０２・・・レジスト、３０３・・・導電体、３２１・・・センサ部、３２２・・・基体、３２３・・・入出力コード、３２４・・・基体、３２５・・・基体、５００・・・診断装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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