(57)【要約】  本発明の磁場センサは、電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によってその膜に生じる電気的特性の変化を利用して磁場を検知する。その膜は、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜である。その膜のホール抵抗は、極低温および高磁場の環境において、磁場に対して高い比例性を示す。
2007111065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して前記磁場を検知する磁場センサであって、
前記膜が、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜である磁場センサ。
【請求項２】
前記膜は、下地層の温度を４００℃以下にした状態でエピタキシャル成長された膜であり、
Ｇｅ結晶のＧｅ原子を置換するようにＣｒ原子が配置されている請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３】
前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、
前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項４】
前記膜が、ＧｅとＣｒとを含む結晶からなる請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項５】
前記膜が、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜である請求項４に記載の磁場センサ。
【請求項６】
前記膜が、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなり、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有する請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項７】
ホール素子である請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項８】
磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための物性測定装置であって、
請求項１に記載の磁場センサを備える物性測定装置。
【請求項９】
磁場が印加された状態における物質の物性を測定する方法であって、
請求項１に記載の磁場センサを測定対象物の近傍に配置した状態で前記測定対象物に磁場を印加し、磁場が印加された状態における前記測定対象物の物性を測定する物性測定方法。
【請求項１０】
前記物性が磁化率である請求項９に記載の物性測定方法。
【請求項１１】
電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して前記磁場を検知する磁場センサの製造方法であって、
Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、前記下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む前記膜を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含む、磁場センサの製造方法。
【請求項１２】
前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、
前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記膜が、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜である請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記膜が、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなり、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有する請求項１１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場センサ、それを用いた物性測定装置および物性測定方法、ならびに磁場センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々なホール素子が提案されている（たとえば、特開２００５−３３３１０３号公報）。ホール素子では、半導体膜に磁場が印加されたときに生じるホール効果を利用して、磁束密度を測定する。ホール素子の半導体膜には、ＧａＡｓやＩｎＡｓ、Ｓｉといった半導体が用いられてきた。【０００３】
従来のセンサは、低磁場および常温付近ではある程度の精度で使用が可能であった。しかし、従来のセンサは、テスラ級の高磁場の測定、特に低温における高磁場の測定には使用できなかった。【０００４】
低温（たとえば数ケルビン）で且つ高磁場（たとえば１０テスラ以上）の環境では、シュブニコフ・ドハース効果（Shubnikov-de-Haas効果）によって、抵抗の振動現象が起きる。このシュブニコフ・ドハース効果や量子ホール効果の影響によって、磁場とホール抵抗とが比例しなくなると、精度のよい測定ができなくなる。一例として、Ｂｉ膜、ＩｎＡｓ膜、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ膜のホール抵抗のグラフを図７に示す。図７に示すように、数テスラの磁場において、それらの膜のホール抵抗は磁場に比例しない。特に、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ膜のホール抵抗は、１テスラ以上の磁場において階段状に変化する。
【発明の開示】
【０００５】
このような状況を考慮し、本発明の目的の１つは、様々な状況下で磁場を精度よく測定することが可能な磁場センサ、それを用いた物性測定装置および物性測定方法、ならびにその製造方法を提供することである。
【０００６】
上記目的を達成するために検討した結果、発明者らは、磁場センサでは従来用いられていなかった材料を用いることによって、低温においても高磁場を精度よく測定できることを見出した。本発明は、この新たな知見に基づく発明である。
【０００７】
すなわち、本発明の磁場センサは、電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して磁場を検知する磁場センサであって、前記膜が、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜である。
【０００８】
また、本発明の物性測定装置は、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための物性測定装置であって、本発明の磁場センサを備える。
【０００９】
また、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための本発明の方法は、本発明の磁場センサを測定対象物の近傍に配置した状態で前記測定対象物に磁場を印加し、磁場が印加された状態における前記測定対象物の物性を測定する。
【００１０】
また、磁場センサを製造するための本発明の方法は、電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して前記磁場を検知する磁場センサの製造方法であって、Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、前記下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む前記膜を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００１１】
本発明によれば、様々な状況下（たとえば極低温・高磁場）において磁場の強度を精度よく測定することが可能な磁場センサが得られる。この磁場センサを用いた物性測定装置や磁化率測定方法によれば、様々な状況下（たとえば極低温・高磁場）において、磁化率などの物性を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施例で形成したサンプルの積層構造を示す断面図である。
【図２】図２Ａは、本発明の実施例で形成したＧｅ−Ｃｒ層のＸ線回折パターンである。図２Ｂは、本発明の方法で形成したＧｅ−Ｃｒ層のＸ線回折パターンの例である。
【図３】図３は、本発明の実施例で形成したＧｅ−Ｃｒ層について、Ｃｒ濃度と格子定数との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の方法で製造されたＧｅ−Ｃｒ層の断面ＴＥＭ像の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施例で用いたＧｅ−Ｃｒ層の形状を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例で形成したＧｅ−Ｃｒ層について、磁場とホール抵抗との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、従来の磁場センサで用いられてきた膜について、磁場とホール抵抗との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態および実施例に限定されない。【００１４】
［磁場センサ（磁界センサ）］
本発明の磁場センサは、電流磁気効果が生じる膜（以下、「膜（Ａ）」という場合がある）を含む。この磁場センサは、磁場の印加によって膜（Ａ）に生じる電気的特性の変化を利用して磁場を検知する。電気的特性の変化としては、たとえば、起電力の発生や抵抗値の変化が挙げられる。電気的特性の変化は、通常、膜（Ａ）に接続された電極を通じて検知される。【００１５】
膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜である。膜（Ａ）は、電流磁気効果、具体的には、ホール効果や磁気抵抗効果が生じる膜である。別の観点では、膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとを含む結晶からなる。【００１６】
磁場センサがホール素子である場合、膜（Ａ）の材料以外に特に限定はなく、公知のホール素子の構成を適用できる。膜（Ａ）は、ホール効果を測定できるような形状にパターニングされる。その場合の膜（Ａ）の典型的な一例の平面形状は、十字型である。この十字型の４つの端部に電極が接続され、ホール電圧が測定される。膜（Ａ）の厚さに特に限定はなく、磁場センサに求められる性能に応じて決定される。【００１７】
磁場センサが、ホール素子以外の素子（たとえば磁気抵抗素子など）である場合には、膜（Ａ）を用いることを除き、公知の磁場センサの構成を適用できる。また、磁場センサは、必要に応じて、他の素子（たとえばトランジスタ）をさらに含んでもよい。たとえば、本発明の磁場センサは、トランジスタを含むホールＩＣであってもよい。【００１８】
膜（Ａ）は、構成元素としてＧｅとＣｒとを含む膜である。膜（Ａ）の典型的な一例は、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜（以下、「Ｇｅ−Ｃｒ膜」または「Ｇｅ−Ｃｒ層」という場合がある）である。なお、本発明の効果が得られる限り、Ｇｅ−Ｃｒ膜は、その製造過程で混入する、意図しない不純物を含んでもよい。そのような不純物の濃度は、たとえば１．０原子％以下（一例では０．６原子％以下や０．１原子％未満）である。【００１９】
膜（Ａ）は、下地層の温度を４００℃以下（たとえば３００℃以下）にした状態でエピタキシャル成長された膜であることが好ましい。そのようなエピタキシャル成長によって、Ｇｅ結晶のＧｅ原子を置換するようにＣｒ原子が配置されている膜（Ａ）を形成することが可能になる。そのような膜（Ａ）は、実質的に、異相がなく均質な膜となる。そのような膜（Ａ）の典型的な一例は、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなる膜である。【００２０】
好ましい膜（Ａ）の一例では、Ｇｅの含有率が９０原子％以上（たとえば９１．２原子％以上でたとえば９２．５原子％以上）であり、Ｃｒの含有率が０．１原子％以上（たとえば２．０原子％以上でたとえば２．３原子％以上）である。Ｃｒの含有率は、通常、１０原子％以下であり、一例では８．８原子％以下（たとえば７．５原子％以下）である。これらの範囲は、膜（Ａ）がＧｅ−Ｃｒ膜である場合、および膜（Ａ）がＧｅおよびＣｒに加えて他の元素を含む場合に適用される。【００２１】
膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとを含む結晶からなるものであってもよい。この場合、膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとによって構成された膜であってもよい。【００２２】
また、膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなる膜であってもよい。たとえば、膜（Ａ）は、Ｇｅ結晶中の一部のＧｅ原子がＣｒ原子に置換された構造を有する膜であってもよい。そのような膜（Ａ）は、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有してもよい。【００２３】
なお、Ｃｒの一部を他の磁性元素（たとえばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなど）に置き換えても、Ｇｅ−Ｃｒ膜と同様の効果が得られると予測される。【００２４】
本発明の磁場センサによれば、極低温（たとえば７７Ｋ以下や、２０Ｋ以下や、１０Ｋ以下）の環境下において、１テスラ以上の高磁場を精度よく測定することが可能である。【００２５】
［物性測定装置］
本発明の物性測定装置は、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための装置である。この装置は、本発明の磁場センサを備える。この磁場センサは、測定対象となる試料に貼り付けるなどして試料の表面に容易に配置できる。そのため、この装置は、高磁場における試料の磁化率を容易に測定でき、磁化率測定装置として好ましく用いられる。【００２６】
本発明の装置は、測定対象物に磁場を印加するための磁場印加部と、測定対象物の温度を制御するための温度制御部と、磁場センサの電気的特性の変化を測定するための測定部とを備える。また、この装置は、磁化率以外の物性を測定する場合、その物性に応じた計測器を備える。これらの磁場印加部、温度制御部、測定部および計測器には、公知の測定装置（たとえば磁気特性測定装置）で用いられているものを適用できる。たとえば、磁場印加部には、パルス磁場発生装置などを用いてもよい。また、温度制御部には、液体窒素や液体ヘリウムを利用した温度制御装置を用いてもよい。また、測定部には、定電流電源および電圧計と、それらを制御するとともにそれらから出力されたデータを収集するパーソナルコンピュータとを用いてもよい。【００２７】
本発明の物性測定装置によれば、極低温（たとえば７７Ｋ以下や、２０Ｋ以下や、１０Ｋ以下）において高磁場（たとえば１テスラ以上）を精度よく測定することが可能である。測定対象物の近傍に本発明の磁場センサを配置することによって、極低温・高磁場下における磁場の変動に対する測定対象物の物性の変化を、精度よく測定できる。【００２８】
［物性測定方法］
また、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための本発明の方法は、本発明の磁場センサを測定対象物の近傍に配置した状態で測定対象物に磁場を印加し、磁場が印加された状態における測定対象物の物性（たとえば磁化率）を測定する。測定は、上述した物性測定装置を利用して実施できる。【００２９】
磁化率を測定する方法の一例では、測定対象物の表面に、本発明の磁場センサ（磁化率測定用）を配置する。また、測定対象物から離れた位置に、参照用に本発明の磁場センサをもう１つ配置する。そして、その状態でそれらに一様な磁場を印加する。測定対象物が磁化されると、その磁化によって発生する局所的な漏洩磁場によって、磁化率測定用の磁場センサの出力と、参照用の磁場センサの出力との間に差が生じる。その差から、測定対象物の磁化率を算出することが可能である。【００３０】
本発明の物性測定方法によれば、極低温（たとえば７７Ｋ以下や、２０Ｋ以下や、１０Ｋ以下）で高磁場（たとえば１テスラ以上）の環境下において、測定対象物の物性を精度よく測定できる。【００３１】
［磁場センサの製造方法］
以下、磁場センサを製造するための本発明の方法について説明する。この製造方法は、上記磁場センサ、すなわち、磁気抵抗効果が生じる膜（Ａ）を含み、磁場の印加によって膜（Ａ）に生じる電気的特性の変化を利用して磁場を検知する磁場センサを製造するための方法である。【００３２】
この製造方法は、Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜（Ａ）を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含む。この工程で形成されるＧｅとＣｒとを含む膜は、上述した膜（Ａ）であり、その組成の例も上述した組成と同様であるため、重複する説明は省略する。通常、膜（Ａ）を形成したのち、膜（Ａ）を所定の形状にパターニングする工程や、膜（Ａ）に接続した電極を形成する工程が行われる。これらの工程は、公知の方法、たとえば半導体プロセスで用いられる一般的な方法で実施できる。【００３３】
上記工程では、下地層の温度が４００℃以下（たとえば３００℃以下）の状態で膜（Ａ）をエピタキシャル成長させる。そのような比較的低い温度で膜（Ａ）を形成することによって、結晶性が高い膜（Ａ）（たとえばＧｅ−Ｃｒ膜）を形成できる。なお、下地層の温度は、基板温度を変えることによって制御できる。下地層の温度の下限は、結晶性が高い膜（Ａ）を形成できる温度である限り特に限定はないが、通常は２００℃以上（たとえば２５０℃以上）とすることが好ましい。【００３４】
Ｇｅを含む下地層は、上記膜（Ａ）を形成できる限りどのような層であってもよい。たとえば、半導体単結晶基板（たとえばＧｅ基板やＧａＡｓ基板）の上に低温で形成されたＧｅ層を下地層として用いてもよい。下地層は、Ｇｅ結晶またはＧｅを含む結晶であってもよい。【００３５】
ＧｅおよびＣｒの供給方法に特に限定はなく、半導体の成膜法で一般的に用いられる方法を適用でき、たとえばＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）を適用できる。なお、本発明の効果が得られる限り、他の気相成膜法や、他のエピタキシャル法によって膜（Ａ）を形成してもよい。【００３６】
通常、ＣｒはＧｅに固溶しない。そのため、熱平衡成長では、Ｇｅ膜中に多量のＣｒを添加することは難しい。しかし、この製造方法では、低温で膜を成長（非平衡成長）させるため、数原子％以上のＣｒを添加することが可能である。低温でＣｒを添加することによって、Ｇｅ結晶中のＧｅの原子サイトにＣｒ原子を配置しやすくなる。すなわち、低温で添加されたＣｒ原子は、Ｇｅの原子サイトのＧｅ原子と置換されやすい。このように、本発明の製造方法によれば、高い結晶性と低いキャリア密度とを有するＧｅ−Ｃｒ膜を形成することが可能である。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は一例であり、本発明は以下の実施例に限定されない。【００３８】
［Ｇｅ−Ｃｒ層の形成および構造の評価］
まず、ノンドープの（００１）Ｇｅ基板（株式会社ティーディーワイ製、サイズ：３インチ、厚さ：５００μｍ）を用意した。そして、図１に示すように、このＧｅ基板１１上に、ＭＢＥ法によってＧｅバッファ層１２（厚さ２００ｎｍ）、低温形成Ｇｅバッファ層１３（厚さ１０ｎｍ）、およびＧｅ−Ｃｒ層１４（厚さ５００ｎｍ）を順に堆積させた。これらの層は、ＭＢＥ装置を用いて形成した。Ｇｅは、Ｇｅ（純度９９．９９９９％）が入れられたクヌーセンセルを加熱することによって基板上に供給した。同様に、Ｃｒは、Ｃｒ（純度９９．９９９％）が入れられたクヌーセンセルを加熱することによって基板上に供給した。分子線のフラックス強度は、クヌーセンセルの温度によって調整した。Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃に加熱したときのＧｅのフラックス強度は、イオンゲージによる測定で２．７×１０-5Ｐａ（２×１０-7Ｔｏｒｒ）であった。【００３９】
Ｇｅバッファ層は、基板温度を５００℃とし、Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃に加熱することによって形成した。低温形成Ｇｅバッファ層は、基板温度（下地層の温度）を２５０℃とし、Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃に加熱することによって形成した。Ｇｅ−Ｃｒ層（Ｇｅ−Ｃｒ膜）は、基板温度（下地層の温度）を２２０℃とし、Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃、Ｃｒのクヌーセンセルを１１５０℃に加熱することによって形成した。Ｇｅ−Ｃｒ層の成長速度は、約２．８ｎｍ／分であった。【００４０】
形成したＧｅ−Ｃｒ層のＣｒ含有率は、７．５原子％であった。Ｃｒの含有率は、電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による定量分析によって求めた。【００４１】
また、形成したＧｅ−Ｃｒ層について、Ｘ線回折の測定を行った。Ｘ線回折測定は、フィリップス社のＭＲＤシステムを用いて行い、４結晶Ｇｅモノクロメータを使って高分解回折パターンを得た。測定されたＸ線回折パターンを図２Ａに示す。Ｇｅ−Ｃｒ層では、Ｇｅ基板やＧｅ層で観察されるピークＡ（３２．９９５°付近）に加え、低角側にもう１つのピークＢが観察された。ピークＢは、Ｇｅ−Ｃｒ層に特徴的なピークである。また、これらのピークの他に、膜質のよいヘテロ膜で観察される細かい多数の山（フリンジピーク）が観察されており、形成されたＧｅ−Ｃｒ層は高い結晶性を有すると考えられる。【００４２】
Ｃｒ濃度が異なる複数のＧｅ−Ｃｒ層を作製してＸ線回折測定を行った結果を図２Ｂに示す。図２Ｂにおいて、Ｇｅ−Ｃｒ層は、回折角（２θ）３２．９９５°付近のピークＡに加え、回折角３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にピークＢを有する。図２Ｂに示すように、Ｇｅ−Ｃｒ層が増えるに従って、低角側のピークＢが移動する。【００４３】
Ｘ線回折パターンのピークから、Ｇｅ−Ｃｒ層の格子定数を算出した。算出された格子定数をＣｒ濃度の関数としてプロットしたグラフを図３に示す。図３に示すように、Ｃｒ濃度の増加に対し、格子定数が１次関数的に増えている。このように、格子定数の増加がベガード則に従っていることから、Ｇｅ−Ｃｒ層は高い結晶性を維持していること、および、Ｃｒが、Ｇｅ結晶のＧｅ原子サイトに置換して入っていることが示唆された。なお、Ｃｒ濃度が９原子％以下である図３において、Ｃｒ濃度をｘ原子％とし、格子定数をｙオングストロームとすると、以下の式が満たされている。
０．０００３３ｘ＋５．６５７≦ｙ≦０．０００３３ｘ＋５．６５９【００４４】
Ｇｅ−Ｃｒ層においてダイヤモンド型の結晶構造が保たれていることは、断面透過型電子顕微鏡観察からも示唆された。本発明の方法で製造されたＧｅ−Ｃｒ層の断面透過型電子顕微鏡の像の一例を図４に示す。Ｇｅ−Ｃｒ層には異相が見られず、原子が規則正しく配列されていた。一般的に、ＧｅにＣｒを添加すると、Ｃｒ11Ｇｅ19のような異相が現れやすいが、図４の像では異相は見られなかった。【００４５】
また、Ｇｅ−Ｃｒ層の成長中のＲＨＥＥＤ像では、主要な輝線（比較的明るく見える４本の線）の間に暗い線が１本ずつ見えていた。このことから、結晶表面が、通常の周期の２倍周期である（１×２）構造と呼ばれる構造に再構成されていることが示唆された。【００４６】
［Ｇｅ−Ｃｒ層の特性の評価］
上述の条件で、Ｇｅ基板上に、Ｇｅバッファ層、低温形成Ｇｅバッファ層、およびＧｅ−Ｃｒ層を形成し、形成された層を、フォトリソ・エッチング工程によって、図５に示す形状にパターニングした。Ｇｅ−Ｃｒ層３１は、縦および横のサイズが共に約４ｍｍとなるようにパターニングした。パターニングされたＧｅ−Ｃｒ層３１には、２つの端子３２ａおよび３２ｂと、２つの端子３３ａおよび３３ｂとが形成されている。十字型に配置されたこれら４つの端子に配線を行い、以下の方法でホール抵抗を測定した。【００４７】
形成したサンプルを液体ヘリウム（温度：４．２Ｋ）に浸漬し、２つの端子３２ａおよび３２ｂ間に０．３ｍＡの定電流を流している状態で、パルス磁場を印加した。パルス磁場は、パルスマグネットによって印加した。そして、パルス磁場が発生している間に、２つの端子３３ａおよび３３ｂ間のホール電圧を高速でトランジェントメモリに取り込んだ。このようして、ホール電圧を測定した。測定されたホール電圧を電流値（０．３ｍＡ）で除し、ホール抵抗を算出した。測定結果を図６に示す。【００４８】
図６に示すように、０〜５５テスラまで、ホール抵抗は高い直線性を保った。したがって、Ｇｅ−Ｃｒ膜を用いることによって、極低温における高磁場の測定を精度よく行うことが可能である。【００４９】
また、Ｃｒの濃度を２原子％〜８原子％の範囲で変えたＧｅ−Ｃｒ層についても、９テスラまでの磁場において同様の測定を行った。この場合も、図６に示す傾向が観察された。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、磁場センサ、およびそれを用いた測定装置や測定方法に利用できる。また、本発明は、磁場センサを用いた電子デバイスに利用できる。
【図１】
2007111065.tif 000003
【図２】
2007111065.tif 000004
【図３】
2007111065.tif 000005
【図４】
2007111065.tif 000006
【図５】
2007111065.tif 000007
【図６】
2007111065.tif 000008
【図７】
2007111065.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月25日(2008.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して前記磁場を検知する磁場センサであって、
前記膜が、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜である磁場センサ。
【請求項２】
前記膜は、下地層の温度を４００℃以下にした状態でエピタキシャル成長された膜であり、
Ｇｅ結晶のＧｅ原子を置換するようにＣｒ原子が配置されている請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３】
前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、
前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項４】
前記膜が、ＧｅとＣｒとを含む結晶からなる請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項５】
前記膜が、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜である請求項４に記載の磁場センサ。
【請求項６】
前記膜が、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなり、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有する請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項７】
ホール素子である請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項８】
磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための物性測定装置であって、
請求項１に記載の磁場センサを備える物性測定装置。
【請求項９】
磁場が印加された状態における物質の物性を測定する方法であって、
請求項１に記載の磁場センサを測定対象物の近傍に配置した状態で前記測定対象物に磁場を印加し、磁場が印加された状態における前記測定対象物の物性を測定する物性測定方法。
【請求項１０】
前記物性が磁化率である請求項９に記載の物性測定方法。
【請求項１１】
電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して前記磁場を検知する磁場センサの製造方法であって、
Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、前記下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む前記膜を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含む、磁場センサの製造方法。
【請求項１２】
前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、
前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記膜が、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜である請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記膜が、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなり、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有する請求項１１に記載の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場センサ、それを用いた物性測定装置および物性測定方法、ならびに磁場センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々なホール素子が提案されている（たとえば、特開２００５−３３３１０３号公報）。ホール素子では、半導体膜に磁場が印加されたときに生じるホール効果を利用して、磁束密度を測定する。ホール素子の半導体膜には、ＧａＡｓやＩｎＡｓ、Ｓｉといった半導体が用いられてきた。
【０００３】
従来のセンサは、低磁場および常温付近ではある程度の精度で使用が可能であった。しかし、従来のセンサは、テスラ級の高磁場の測定、特に低温における高磁場の測定には使用できなかった。
【０００４】
低温（たとえば数ケルビン）で且つ高磁場（たとえば１０テスラ以上）の環境では、シュブニコフ・ドハース効果（Shubnikov-de-Haas効果）によって、抵抗の振動現象が起きる。このシュブニコフ・ドハース効果や量子ホール効果の影響によって、磁場とホール抵抗とが比例しなくなると、精度のよい測定ができなくなる。一例として、Ｂｉ膜、ＩｎＡｓ膜、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ膜のホール抵抗のグラフを図７に示す。図７に示すように、数テスラの磁場において、それらの膜のホール抵抗は磁場に比例しない。特に、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ膜のホール抵抗は、１テスラ以上の磁場において階段状に変化する。
【発明の開示】
【０００５】
このような状況を考慮し、本発明の目的の１つは、様々な状況下で磁場を精度よく測定することが可能な磁場センサ、それを用いた物性測定装置および物性測定方法、ならびにその製造方法を提供することである。
【０００６】
上記目的を達成するために検討した結果、発明者らは、磁場センサでは従来用いられていなかった材料を用いることによって、低温においても高磁場を精度よく測定できることを見出した。本発明は、この新たな知見に基づく発明である。
【０００７】
すなわち、本発明の磁場センサは、電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して磁場を検知する磁場センサであって、前記膜が、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜である。
【０００８】
また、本発明の物性測定装置は、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための物性測定装置であって、本発明の磁場センサを備える。
【０００９】
また、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための本発明の方法は、本発明の磁場センサを測定対象物の近傍に配置した状態で前記測定対象物に磁場を印加し、磁場が印加された状態における前記測定対象物の物性を測定する。
【００１０】
また、磁場センサを製造するための本発明の方法は、電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化を利用して前記磁場を検知する磁場センサの製造方法であって、Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、前記下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む前記膜を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００１１】
本発明によれば、様々な状況下（たとえば極低温・高磁場）において磁場の強度を精度よく測定することが可能な磁場センサが得られる。この磁場センサを用いた物性測定装置や磁化率測定方法によれば、様々な状況下（たとえば極低温・高磁場）において、磁化率などの物性を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態および実施例に限定されない。
【００１３】
［磁場センサ（磁界センサ）］
本発明の磁場センサは、電流磁気効果が生じる膜（以下、「膜（Ａ）」という場合がある）を含む。この磁場センサは、磁場の印加によって膜（Ａ）に生じる電気的特性の変化を利用して磁場を検知する。電気的特性の変化としては、たとえば、起電力の発生や抵抗値の変化が挙げられる。電気的特性の変化は、通常、膜（Ａ）に接続された電極を通じて検知される。
【００１４】
膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜である。膜（Ａ）は、電流磁気効果、具体的には、ホール効果や磁気抵抗効果が生じる膜である。別の観点では、膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとを含む結晶からなる。
【００１５】
磁場センサがホール素子である場合、膜（Ａ）の材料以外に特に限定はなく、公知のホール素子の構成を適用できる。膜（Ａ）は、ホール効果を測定できるような形状にパターニングされる。その場合の膜（Ａ）の典型的な一例の平面形状は、十字型である。この十字型の４つの端部に電極が接続され、ホール電圧が測定される。膜（Ａ）の厚さに特に限定はなく、磁場センサに求められる性能に応じて決定される。
【００１６】
磁場センサが、ホール素子以外の素子（たとえば磁気抵抗素子など）である場合には、膜（Ａ）を用いることを除き、公知の磁場センサの構成を適用できる。また、磁場センサは、必要に応じて、他の素子（たとえばトランジスタ）をさらに含んでもよい。たとえば、本発明の磁場センサは、トランジスタを含むホールＩＣであってもよい。
【００１７】
膜（Ａ）は、構成元素としてＧｅとＣｒとを含む膜である。膜（Ａ）の典型的な一例は、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜（以下、「Ｇｅ−Ｃｒ膜」または「Ｇｅ−Ｃｒ層」という場合がある）である。なお、本発明の効果が得られる限り、Ｇｅ−Ｃｒ膜は、その製造過程で混入する、意図しない不純物を含んでもよい。そのような不純物の濃度は、たとえば１．０原子％以下（一例では０．６原子％以下や０．１原子％未満）である。
【００１８】
膜（Ａ）は、下地層の温度を４００℃以下（たとえば３００℃以下）にした状態でエピタキシャル成長された膜であることが好ましい。そのようなエピタキシャル成長によって、Ｇｅ結晶のＧｅ原子を置換するようにＣｒ原子が配置されている膜（Ａ）を形成することが可能になる。そのような膜（Ａ）は、実質的に、異相がなく均質な膜となる。そのような膜（Ａ）の典型的な一例は、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなる膜である。
【００１９】
好ましい膜（Ａ）の一例では、Ｇｅの含有率が９０原子％以上（たとえば９１．２原子％以上でたとえば９２．５原子％以上）であり、Ｃｒの含有率が０．１原子％以上（たとえば２．０原子％以上でたとえば２．３原子％以上）である。Ｃｒの含有率は、通常、１０原子％以下であり、一例では８．８原子％以下（たとえば７．５原子％以下）である。これらの範囲は、膜（Ａ）がＧｅ−Ｃｒ膜である場合、および膜（Ａ）がＧｅおよびＣｒに加えて他の元素を含む場合に適用される。
【００２０】
膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとを含む結晶からなるものであってもよい。この場合、膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとによって構成された膜であってもよい。
【００２１】
また、膜（Ａ）は、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなる膜であってもよい。たとえば、膜（Ａ）は、Ｇｅ結晶中の一部のＧｅ原子がＣｒ原子に置換された構造を有する膜であってもよい。そのような膜（Ａ）は、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有してもよい。
【００２２】
なお、Ｃｒの一部を他の磁性元素（たとえばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなど）に置き換えても、Ｇｅ−Ｃｒ膜と同様の効果が得られると予測される。
【００２３】
本発明の磁場センサによれば、極低温（たとえば７７Ｋ以下や、２０Ｋ以下や、１０Ｋ以下）の環境下において、１テスラ以上の高磁場を精度よく測定することが可能である。
【００２４】
［物性測定装置］
本発明の物性測定装置は、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための装置である。この装置は、本発明の磁場センサを備える。この磁場センサは、測定対象となる試料に貼り付けるなどして試料の表面に容易に配置できる。そのため、この装置は、高磁場における試料の磁化率を容易に測定でき、磁化率測定装置として好ましく用いられる。
【００２５】
本発明の装置は、測定対象物に磁場を印加するための磁場印加部と、測定対象物の温度を制御するための温度制御部と、磁場センサの電気的特性の変化を測定するための測定部とを備える。また、この装置は、磁化率以外の物性を測定する場合、その物性に応じた計測器を備える。これらの磁場印加部、温度制御部、測定部および計測器には、公知の測定装置（たとえば磁気特性測定装置）で用いられているものを適用できる。たとえば、磁場印加部には、パルス磁場発生装置などを用いてもよい。また、温度制御部には、液体窒素や液体ヘリウムを利用した温度制御装置を用いてもよい。また、測定部には、定電流電源および電圧計と、それらを制御するとともにそれらから出力されたデータを収集するパーソナルコンピュータとを用いてもよい。
【００２６】
本発明の物性測定装置によれば、極低温（たとえば７７Ｋ以下や、２０Ｋ以下や、１０Ｋ以下）において高磁場（たとえば１テスラ以上）を精度よく測定することが可能である。測定対象物の近傍に本発明の磁場センサを配置することによって、極低温・高磁場下における磁場の変動に対する測定対象物の物性の変化を、精度よく測定できる。
【００２７】
［物性測定方法］
また、磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための本発明の方法は、本発明の磁場センサを測定対象物の近傍に配置した状態で測定対象物に磁場を印加し、磁場が印加された状態における測定対象物の物性（たとえば磁化率）を測定する。測定は、上述した物性測定装置を利用して実施できる。
【００２８】
磁化率を測定する方法の一例では、測定対象物の表面に、本発明の磁場センサ（磁化率測定用）を配置する。また、測定対象物から離れた位置に、参照用に本発明の磁場センサをもう１つ配置する。そして、その状態でそれらに一様な磁場を印加する。測定対象物が磁化されると、その磁化によって発生する局所的な漏洩磁場によって、磁化率測定用の磁場センサの出力と、参照用の磁場センサの出力との間に差が生じる。その差から、測定対象物の磁化率を算出することが可能である。
【００２９】
本発明の物性測定方法によれば、極低温（たとえば７７Ｋ以下や、２０Ｋ以下や、１０Ｋ以下）で高磁場（たとえば１テスラ以上）の環境下において、測定対象物の物性を精度よく測定できる。
【００３０】
［磁場センサの製造方法］
以下、磁場センサを製造するための本発明の方法について説明する。この製造方法は、上記磁場センサ、すなわち、磁気抵抗効果が生じる膜（Ａ）を含み、磁場の印加によって膜（Ａ）に生じる電気的特性の変化を利用して磁場を検知する磁場センサを製造するための方法である。
【００３１】
この製造方法は、Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む膜（Ａ）を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含む。この工程で形成されるＧｅとＣｒとを含む膜は、上述した膜（Ａ）であり、その組成の例も上述した組成と同様であるため、重複する説明は省略する。通常、膜（Ａ）を形成したのち、膜（Ａ）を所定の形状にパターニングする工程や、膜（Ａ）に接続した電極を形成する工程が行われる。これらの工程は、公知の方法、たとえば半導体プロセスで用いられる一般的な方法で実施できる。
【００３２】
上記工程では、下地層の温度が４００℃以下（たとえば３００℃以下）の状態で膜（Ａ）をエピタキシャル成長させる。そのような比較的低い温度で膜（Ａ）を形成することによって、結晶性が高い膜（Ａ）（たとえばＧｅ−Ｃｒ膜）を形成できる。なお、下地層の温度は、基板温度を変えることによって制御できる。下地層の温度の下限は、結晶性が高い膜（Ａ）を形成できる温度である限り特に限定はないが、通常は２００℃以上（たとえば２５０℃以上）とすることが好ましい。
【００３３】
Ｇｅを含む下地層は、上記膜（Ａ）を形成できる限りどのような層であってもよい。たとえば、半導体単結晶基板（たとえばＧｅ基板やＧａＡｓ基板）の上に低温で形成されたＧｅ層を下地層として用いてもよい。下地層は、Ｇｅ結晶またはＧｅを含む結晶であってもよい。
【００３４】
ＧｅおよびＣｒの供給方法に特に限定はなく、半導体の成膜法で一般的に用いられる方法を適用でき、たとえばＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）を適用できる。なお、本発明の効果が得られる限り、他の気相成膜法や、他のエピタキシャル法によって膜（Ａ）を形成してもよい。
【００３５】
通常、ＣｒはＧｅに固溶しない。そのため、熱平衡成長では、Ｇｅ膜中に多量のＣｒを添加することは難しい。しかし、この製造方法では、低温で膜を成長（非平衡成長）させるため、数原子％以上のＣｒを添加することが可能である。低温でＣｒを添加することによって、Ｇｅ結晶中のＧｅの原子サイトにＣｒ原子を配置しやすくなる。すなわち、低温で添加されたＣｒ原子は、Ｇｅの原子サイトのＧｅ原子と置換されやすい。このように、本発明の製造方法によれば、高い結晶性と低いキャリア密度とを有するＧｅ−Ｃｒ膜を形成することが可能である。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は一例であり、本発明は以下の実施例に限定されない。
【００３７】
［Ｇｅ−Ｃｒ層の形成および構造の評価］
まず、ノンドープの（００１）Ｇｅ基板（株式会社ティーディーワイ製、サイズ：３インチ、厚さ：５００μｍ）を用意した。そして、図１に示すように、このＧｅ基板１１上に、ＭＢＥ法によってＧｅバッファ層１２（厚さ２００ｎｍ）、低温形成Ｇｅバッファ層１３（厚さ１０ｎｍ）、およびＧｅ−Ｃｒ層１４（厚さ５００ｎｍ）を順に堆積させた。これらの層は、ＭＢＥ装置を用いて形成した。Ｇｅは、Ｇｅ（純度９９．９９９９％）が入れられたクヌーセンセルを加熱することによって基板上に供給した。同様に、Ｃｒは、Ｃｒ（純度９９．９９９％）が入れられたクヌーセンセルを加熱することによって基板上に供給した。分子線のフラックス強度は、クヌーセンセルの温度によって調整した。Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃に加熱したときのＧｅのフラックス強度は、イオンゲージによる測定で２．７×１０-5Ｐａ（２×１０-7Ｔｏｒｒ）であった。
【００３８】
Ｇｅバッファ層は、基板温度を５００℃とし、Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃に加熱することによって形成した。低温形成Ｇｅバッファ層は、基板温度（下地層の温度）を２５０℃とし、Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃に加熱することによって形成した。Ｇｅ−Ｃｒ層（Ｇｅ−Ｃｒ膜）は、基板温度（下地層の温度）を２２０℃とし、Ｇｅのクヌーセンセルを１２１０℃、Ｃｒのクヌーセンセルを１１５０℃に加熱することによって形成した。Ｇｅ−Ｃｒ層の成長速度は、約２．８ｎｍ／分であった。
【００３９】
形成したＧｅ−Ｃｒ層のＣｒ含有率は、７．５原子％であった。Ｃｒの含有率は、電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による定量分析によって求めた。
【００４０】
また、形成したＧｅ−Ｃｒ層について、Ｘ線回折の測定を行った。Ｘ線回折測定は、フィリップス社のＭＲＤシステムを用いて行い、４結晶Ｇｅモノクロメータを使って高分解回折パターンを得た。測定されたＸ線回折パターンを図２Ａに示す。Ｇｅ−Ｃｒ層では、Ｇｅ基板やＧｅ層で観察されるピークＡ（３２．９９５°付近）に加え、低角側にもう１つのピークＢが観察された。ピークＢは、Ｇｅ−Ｃｒ層に特徴的なピークである。また、これらのピークの他に、膜質のよいヘテロ膜で観察される細かい多数の山（フリンジピーク）が観察されており、形成されたＧｅ−Ｃｒ層は高い結晶性を有すると考えられる。
【００４１】
Ｃｒ濃度が異なる複数のＧｅ−Ｃｒ層を作製してＸ線回折測定を行った結果を図２Ｂに示す。図２Ｂにおいて、Ｇｅ−Ｃｒ層は、回折角（２θ）３２．９９５°付近のピークＡに加え、回折角３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にピークＢを有する。図２Ｂに示すように、Ｇｅ−Ｃｒ層が増えるに従って、低角側のピークＢが移動する。
【００４２】
Ｘ線回折パターンのピークから、Ｇｅ−Ｃｒ層の格子定数を算出した。算出された格子定数をＣｒ濃度の関数としてプロットしたグラフを図３に示す。図３に示すように、Ｃｒ濃度の増加に対し、格子定数が１次関数的に増えている。このように、格子定数の増加がベガード則に従っていることから、Ｇｅ−Ｃｒ層は高い結晶性を維持していること、および、Ｃｒが、Ｇｅ結晶のＧｅ原子サイトに置換して入っていることが示唆された。なお、Ｃｒ濃度が９原子％以下である図３において、Ｃｒ濃度をｘ原子％とし、格子定数をｙオングストロームとすると、以下の式が満たされている。
【００４３】
０．０００３３ｘ＋５．６５７≦ｙ≦０．０００３３ｘ＋５．６５９
Ｇｅ−Ｃｒ層においてダイヤモンド型の結晶構造が保たれていることは、断面透過型電子顕微鏡観察からも示唆された。本発明の方法で製造されたＧｅ−Ｃｒ層の断面透過型電子顕微鏡の像の一例を図４に示す。Ｇｅ−Ｃｒ層には異相が見られず、原子が規則正しく配列されていた。一般的に、ＧｅにＣｒを添加すると、Ｃｒ11Ｇｅ19のような異相が現れやすいが、図４の像では異相は見られなかった。
【００４４】
また、Ｇｅ−Ｃｒ層の成長中のＲＨＥＥＤ像では、主要な輝線（比較的明るく見える４本の線）の間に暗い線が１本ずつ見えていた。このことから、結晶表面が、通常の周期の２倍周期である（１×２）構造と呼ばれる構造に再構成されていることが示唆された。
【００４５】
［Ｇｅ−Ｃｒ層の特性の評価］
上述の条件で、Ｇｅ基板上に、Ｇｅバッファ層、低温形成Ｇｅバッファ層、およびＧｅ−Ｃｒ層を形成し、形成された層を、フォトリソ・エッチング工程によって、図５に示す形状にパターニングした。Ｇｅ−Ｃｒ層３１は、縦および横のサイズが共に約４ｍｍとなるようにパターニングした。パターニングされたＧｅ−Ｃｒ層３１には、２つの端子３２ａおよび３２ｂと、２つの端子３３ａおよび３３ｂとが形成されている。十字型に配置されたこれら４つの端子に配線を行い、以下の方法でホール抵抗を測定した。
【００４６】
形成したサンプルを液体ヘリウム（温度：４．２Ｋ）に浸漬し、２つの端子３２ａおよび３２ｂ間に０．３ｍＡの定電流を流している状態で、パルス磁場を印加した。パルス磁場は、パルスマグネットによって印加した。そして、パルス磁場が発生している間に、２つの端子３３ａおよび３３ｂ間のホール電圧を高速でトランジェントメモリに取り込んだ。このようして、ホール電圧を測定した。測定されたホール電圧を電流値（０．３ｍＡ）で除し、ホール抵抗を算出した。測定結果を図６に示す。
【００４７】
図６に示すように、０〜５５テスラまで、ホール抵抗は高い直線性を保った。したがって、Ｇｅ−Ｃｒ膜を用いることによって、極低温における高磁場の測定を精度よく行うことが可能である。
【００４８】
また、Ｃｒの濃度を２原子％〜８原子％の範囲で変えたＧｅ−Ｃｒ層についても、９テスラまでの磁場において同様の測定を行った。この場合も、図６に示す傾向が観察された。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、磁場センサ、およびそれを用いた測定装置や測定方法に利用できる。また、本発明は、磁場センサを用いた電子デバイスに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の実施例で形成したサンプルの積層構造を示す断面図である。
【図２】図２Ａは、本発明の実施例で形成したＧｅ−Ｃｒ層のＸ線回折パターンである。図２Ｂは、本発明の方法で形成したＧｅ−Ｃｒ層のＸ線回折パターンの例である。
【図３】図３は、本発明の実施例で形成したＧｅ−Ｃｒ層について、Ｃｒ濃度と格子定数との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の方法で製造されたＧｅ−Ｃｒ層の断面ＴＥＭ像の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施例で用いたＧｅ−Ｃｒ層の形状を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例で形成したＧｅ−Ｃｒ層について、磁場とホール抵抗との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、従来の磁場センサで用いられてきた膜について、磁場とホール抵抗との関係を示すグラフである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007111065.tif 000010
【図２】
2007111065.tif 000011
【図３】
2007111065.tif 000012
【図４】
2007111065.tif 000013
【図５】
2007111065.tif 000014
【図６】
2007111065.tif 000015
【図７】
2007111065.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月27日(2008.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化（異常ホール効果による変化を除く）を利用して前記磁場を検知する磁場センサであって、
前記膜が、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含み、
前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、
前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である磁場センサ。
【請求項２】
前記膜は、下地層の温度を４００℃以下にした状態でエピタキシャル成長された膜であり、
Ｇｅ結晶のＧｅ原子を置換するようにＣｒ原子が配置されている請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３】
前記膜が、ＧｅとＣｒとを含む結晶からなる請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項４】
前記膜が、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜であり、ＧｅおよびＣｒ以外の不純物の濃度が１．０原子％以下である請求項３に記載の磁場センサ。
【請求項５】
前記膜が、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなり、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有する請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項６】
ホール素子である請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項７】
磁場が印加された状態における物質の物性を測定するための物性測定装置であって、
請求項１に記載の磁場センサを備える物性測定装置。
【請求項８】
７７Ｋ以下の温度における前記物質の物性を測定する請求項７に記載の物性測定装置。
【請求項９】
磁場が印加された状態における物質の物性を測定する方法であって、
請求項１に記載の磁場センサを測定対象物の近傍に配置した状態で前記測定対象物に磁場を印加し、磁場が印加された状態における前記測定対象物の物性を測定する物性測定方法。
【請求項１０】
前記物性が磁化率である請求項９に記載の物性測定方法。
【請求項１１】
７７Ｋ以下の温度における前記物質の物性を測定する請求項１０に記載の物性測定方法。
【請求項１２】
電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化（異常ホール効果による変化を除く）を利用して前記磁場を検知する磁場センサの製造方法であって、
Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、前記下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む前記膜を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含み、
前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、
前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である磁場センサの製造方法。
【請求項１３】
前記膜が、実質的にＧｅとＣｒとによって構成された膜であり、ＧｅおよびＣｒ以外の不純物の濃度が１．０原子％以下である請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記膜が、ＧｅとＣｒとによって構成された結晶からなり、３２．９６５°〜３２．９９０°の範囲にＸ線回折の回折角のピークを有する請求項１２に記載の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
すなわち、本発明の磁場センサは、電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化（異常ホール効果による変化を除く）を利用して前記磁場を検知する磁場センサであって、前記膜が、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含み、前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、磁場センサを製造するための本発明の方法は、電流磁気効果が生じる膜を含み、磁場の印加によって前記膜に生じる電気的特性の変化（異常ホール効果による変化を除く）を利用して前記磁場を検知する磁場センサの製造方法であって、Ｇｅを含む下地層が４００℃以下の状態で、前記下地層上にＧｅとＣｒとを供給することによって、ＧｅとＣｒとを合計で９０原子％以上の割合で含む前記膜を非熱平衡状態でエピタキシャル成長させる工程を含み、前記膜におけるＧｅの含有率が９０原子％以上であり、前記膜におけるＣｒの含有率が０．１原子％以上である。
【国際調査報告】
2007111065.tif 000017
2007111065.tif 000018