JP2016188774A - 磁界検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁界誘導層でＺ方向へ誘導された磁界が、誘導方向と直交するＸ方向に感度軸を有する磁気検知素子で検知されるものであって、Ｚ方向以外の外乱磁界による影響を低減できる構造の磁界検知装置を提供する。
【解決手段】 Ｚ方向の磁界成分が磁界誘導層３０で誘導されて、磁気検知素子２０に対してその感度軸方向と同じＸ方向へ与えられて検知出力が得られる。複数の磁気検知素子２０でブリッジ回路が組まれて、Ｘ方向の磁界成分に対しては出力が出ないように構成されている。ただし、Ｘ方向の磁界成分が磁気検知素子２０に作用すると、磁気検知素子２０の抵抗変化にバイアスが発生し、Ｚ方向の磁界の検知動作のリニアリティが低下する。そこで、ガード層４０が形成されて、外乱磁界が磁気検知素子２０に与える影響を低減できるようにしている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、Ｘ−Ｙ平面に沿って配置されたＧＭＲ素子などの磁気検知素子を使用して、ＧＭＲ素子の感度軸と直交する向きの磁界成分を検知することができる磁界検知装置に関する。

特許文献１に記載された磁界検知装置は、感度軸が水平方向（Ｘ方向）に向けられた磁気抵抗効果素子でブリッジ回路が構成されており、磁気抵抗効果素子には、垂直方向（Ｚ方向）に延びる軟磁性材料で形成された磁性体が対向して設けられている。垂直方向の磁界成分は、磁性体によって誘導され、磁性体の下端部からの漏れ磁束のうちの水平方向（Ｘ方向）の成分が磁気抵抗効果素子で検知される。これにより、垂直方向の磁界の強度を検知することが可能となっている。

この磁界検知装置では、外乱磁界の水平方向成分（Ｘ方向成分）に基づく検知出力が本来の検知出力に重畳されないことが必要である。そのため、水平方向（Ｘ方向）の磁界成分で個々の磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化しても、その変化を相殺できるようにブリッジ回路が構成されている。

ＷＯ ２０１１／０６８１４６ Ａ１

図７と図８は、特許文献１に記載されているような従来の磁界検知装置の課題を説明するための説明図である。図７（Ａ）は、磁性体１０１とその下に対向する磁気抵抗効果素子１０２を平面図で示しており、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）をＢ矢視方向から見た端面図である。磁気抵抗効果素子１０２の感度軸の方向はＸ方向である。

図７（Ｂ）に示すように、測定しようとする垂直方向の磁界Ｈｚは、磁性体１０１によってＺ方向へ誘導され、磁性体１０１の下端部からの洩れ磁界Ｈｚ１が磁気抵抗効果素子１０２に与えられる。磁気抵抗効果素子１０２は、洩れ磁界Ｈｚ１のＸ方向成分の強度に応じて抵抗値が変化するため、ブリッジ回路の検知出力を得ることで、磁界成分Ｈｚの強さを検知することができる。

磁界検知装置に外乱磁界である感度軸と同じ方向のＸ方向の磁界Ｈｘが作用したときに、個々の磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化する。同じく外乱磁界であるＹ方向の磁界Ｈｙの場合は、磁界の向きが磁気抵抗効果素子の感度軸と直交しているために感度に影響を与えないように思えるが、実際には、図７（Ａ）に示すように、Ｙ方向の磁界Ｈｙのうちの磁性体１０１に入り込む磁界Ｈｙ１と、磁性体１０１から出る磁界Ｈｙ２がＸ方向の磁界成分を含んでいるため、Ｙ方向の磁界Ｈｙによっても個々の磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化する。

前述のとおり、磁気抵抗効果素子に対してＸ方向の磁界ＨｘまたはＹ方向の磁界Ｈｙが一律に作用したときには、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を相殺できるようにブリッジ回路が構成されている。しかし、Ｘ方向の磁界ＨｘまたはＹ方向の磁界Ｈｙが大きくなると、図８に示すように、個々の磁気抵抗効果素子の感度のバランスが低下する新たな課題が生じる。

図８は、横軸が磁気抵抗効果素子に作用するＸ方向の磁界の強度Ｈを示し、縦軸が個々の磁気抵抗効果素子の抵抗変化ΔＲを示している。磁気抵抗効果素子の特性としては、磁界Ｈの原点（Ｏ）付近で、磁界強度Ｈの変化に対して抵抗変化ΔＲのリニアリティが確保できているが、磁界強度が原点（Ｏ）よりもＸ方向の（＋）側または（−）側にシフトすると、リニアリティが低下する特性を有している。外乱磁界である磁界ＨｘまたはＨｙが作用し、磁気抵抗効果素子に感度軸方向であるＸ方向にバイアス磁界Ｈ０１が作用すると、その時点で磁気抵抗効果素子の抵抗変化ΔＲが既にバイアス値ΔＲ０１となっている。その状態のまま、本来測定すべき垂直方向の磁界Ｈｚが作用したときには、その磁界Ｈｚの強度変化に対して抵抗変化ΔＲのリニアリティを確保できなくなる。その結果、ブリッジ回路から得られる検知出力の感度が、外部磁界の（＋）側と（−）側とで相違することになり、感度のバランスを確保することができなくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、外乱磁界による感度のバランスの低下を補償できる構造とした磁界検知装置を提供することを目的としている。

本発明は、３軸が直交するＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ−Ｙ平面に沿って配置された磁気検知素子と、Ｚ方向に高さを有してＺ方向の磁界成分をＸ方向へ誘導して前記磁気検知素子に与える磁界誘導層と、を有する磁界検知装置において、
Ｘ方向に感度軸を有する前記磁気検知素子によって抵抗変化部が構成されて、複数の前記抵抗変化部が接続されてブリッジ回路が構成され、それぞれの抵抗変化部に前記磁界誘導層が対向しており、
磁性材料で形成されたガード層が設けられ、前記ガード層は、Ｘ方向に間隔を空けて配置された複数の前記抵抗変化部の前記間隔内を通過してＹ方向に延びる縦ガード部と、前記縦ガード部のＹ方向の両端部と連続してＸ方向に延びる一対の横ガード部とを有することを特徴とするものである。

本発明の磁界検知装置は、同じ方向の外部磁界に対して相反する抵抗変化を示す第１の抵抗変化部と第３の抵抗変化部とがＸ方向の一方の側に配置され、同じ方向の外部磁界に対して相反する抵抗変化を示す第２の抵抗変化部と第４の抵抗変化部とがＸ方向の他方の側に配置されており、
第１の抵抗変化部ならびに第３の抵抗変化部と、第２の抵抗変化部ならびに第４の抵抗変化部との間の前記間隔内に前記縦ガード部が配置され、Ｙ方向に間隔を空けて形成された一対の前記横ガード部の間に、第１の抵抗変化部ならびに第３の抵抗変化部と、第２の抵抗変化部ならびに第４の抵抗変化部とがそれぞれ配置されているものとして構成できる。

本発明の磁界検知装置では、前記ガード層は、前記磁界誘導層と同じ磁性材料で形成されていることが好ましい。

また、前記ガード層のＺ方向の高さ寸法は、前記磁界誘導層の高さ寸法と同じかまたはそれよりも低いことが好ましい。

本発明の磁界検知装置は、前記抵抗変化部は、前記縦ガード部に対してＸ方向の両側に対称に配置されていることが好ましい。

さらに、本発明の磁界検知装置は、前記抵抗変化部とＸ方向に並ぶ領域に、Ｘ方向またはＹ方向の磁界成分を検知する他方向磁界検知装置が配置されるものであってもよい。

この場合には、前記抵抗変化部と前記他方向磁界検知装置との隣接部に、Ｙ方向に延びるガード部が存在していないことが好ましい。

また、前記横ガード部の前記他方向磁界検知装置に向けられるＸ側の端部は、前記磁界誘導層よりも、前記他方向磁界検知装置に近づく方向へ突出していないことが好ましい。

さらに、前記抵抗変化部と、前記他方向磁界検知装置に設けられる他の抵抗変化部が、同じチップ内に設けられていることが好ましい。

本発明の磁界検知装置は、磁性材料で形成されたガード層の縦ガード部によって、Ｙ方向の外乱磁界を誘導でき、一対の横ガード部によってＸ方向とＹ方向の外乱磁界を誘導できるため、測定しようとするＺ方向の磁界以外の外乱磁界が磁気検知素子に大きく作用するのを防止でき、図８に示した感度のバランスの低下を低減することができる。

また、前記ガード層は縦ガード部と横ガード部とから構成され、抵抗変化部のＸ方向の左右両側に、Ｙ方向に延びるガード部が存在していないため、Ｘ方向に並ぶ位置にＸ方向またはＹ方向の磁界成分を検知する他の抵抗変化部を配置した構造を採用した場合に、ガード部に引き込まれる外乱磁界、またはガード部から出る外乱磁界が、他の抵抗変化部に対して感度軸方向のバイアス磁界を与えることを抑制できる。

本発明の実施の形態の磁界検知装置の全体構造を示す平面図、 図１Ａに示す磁気検知装置において、磁気誘導層とガード層を除去した状態を示す平面図、 図１に示す磁界検知装置の等価回路図、 磁界検知装置に設けられている磁気検知素子の拡大断面図、 （Ａ）は、磁界誘導層で誘導された磁界成分が第１の抵抗変化部と第２の抵抗変化部で検知される動作を示す説明図、（Ｂ）は、磁界誘導層で誘導された磁界成分が第３の抵抗変化部と第４の抵抗変化部で検知される動作を示す説明図、 （Ａ）は、第１の抵抗変化部と第２の抵抗変化部にＸ方向の外部磁界が印加された状態を示す説明図、（Ｂ）は、第３の抵抗変化部と第４の抵抗変化部にＸ方向の外部磁界が印加された状態を示す説明図、 ガード層による磁界誘導効果を説明図する説明図、 （Ａ）は従来の課題を説明するための磁性体と磁気抵抗効果素子の配置の概略構造を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視の端面図、 従来の課題を説明するためのものであり、磁気抵抗効果素子の感度の特性を示す線図、

図１Ａに示す磁界検知装置Ｓｚは外部磁界のうちのＺ方向の成分を検知するものである。磁界検知装置Ｓｚは、外部磁界のうちのＸ方向の成分を検知する磁界検知装置ＳｘならびにＹ方向の成分を検知する磁界検知装置Ｓｙと組み合わされて、直交する３方向の外部磁界を検知できるものとなる。この磁界検知装置は地磁気センサなどとして使用される。

図１Ａでは、Ｚ方向の磁界を検知する本発明の実施の形態の磁界検知装置ＳｚのＸ１方向に隣接する位置に、Ｙ方向の磁界を検知する磁界検知装置Ｓｙが並んで配置されている。

図１Ｂには、磁界検知装置Ｓｚの上部に位置する磁界誘導層３０とガード層４０が除去された状態が示されている。この図に示すように、磁界検知装置Ｓｚは、基板１１上に、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２ならびに第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４が、Ｘ−Ｙ平面に沿って形成されている。抵抗変化部１，２，３，４はいずれもＹ方向に長く延びるように形成されている。

図２の等価回路図にも示されているように、第１の抵抗変化部１と第３の抵抗変化部３とが直列に接続され、第２の抵抗変化部２と第４の抵抗変化部４とが直列に接続されている。第３の抵抗変化部３と第２の抵抗変化部２は配線部５ａを介して端子５に接続され、端子５に電源電圧Ｖｃｃが印加される。第１の抵抗変化部１と第４の抵抗変化部４との接続部は、配線部６ａを介して端子６に接続され、端子６は接地されている。第１の抵抗変化部１と第３の抵抗変化部３との接続中間部は、配線部７ａを介して第１の検知端子７に接続され、第２の抵抗変化部２と第４の抵抗変化部４との接続中間点は、配線部８ａを介して第２の検知端子８に接続されている。

上記フルブリッジ回路の第１の検知端子７の出力と第２の検知端子８の出力との差動出力が磁界検知装置Ｓｚの検知出力となる。

図１Ｂに示すように、第１の抵抗変化部１には、Ｙ方向へ細長い２個の磁気検知素子２０が直列に接続されたものが２列に配置されている。それぞれの列では、Ｙ方向に並ぶ２つの磁気検知素子２０が中間電極部２０ａによって直列に接続されている。第１の抵抗変化部１では、２列に配置された磁気検知素子２０のそれぞれの列のＹ１側の端部が導通連結層９ａによって接続され、第１の抵抗変化部１は、磁気検知素子２０の列がいわゆるミアンダパターンで接続されている。第４の抵抗変化部４は第１の抵抗変化部１と同じ構造で同じ平面パターンとなるように構成されている。第４の抵抗変化部４では、２列に配置された磁気検知素子２０のＹ１側の端部が導通連結層９ｂで接続されている。

第２の抵抗変化部２は、Ｙ方向に細長い磁気検知素子２０が２列に設けられ、それぞれの列では、Ｙ方向に並ぶ２つの磁気検知素子２０が中間電極部２０ａによって直列に接続されている。２列の磁気検知素子２０のそれぞれのＹ１側の端部が導通連結層９ｃで互いに接続されている。第３の抵抗変化部３は、第２の抵抗変化部２と同じ構造で同じパターンで形成されており、２列に設けられた磁気検知素子２０のそれぞれの列のＹ１側が導通連結層９ｄで互いに接続されている。

配線部５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，と端子５，６，７，８、ならびに導通連結層９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、銅や銀などの低抵抗材料で形成されている。

図３には、抵抗変化部１，２，３，４のそれぞれに設けられた磁気検知素子２０をＹ−Ｚ面と平行な切断面で切断した断面図が示されている。

基板１１の表面に絶縁下地層１２が形成され、その上に金属が多層に積層された磁気検知素子２０が形成されている。磁気検知素子２０を構成する金属層はスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜されている。

磁気検知素子２０は、巨大磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子層（ＧＭＲ層）であり、シード層２１の上に、固定磁性層２２と非磁性層２３とフリー磁性層２４が順に積層され、フリー磁性層２４が保護層２５で覆われている。

固定磁性層２２は、第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂ、ならびに第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂとの間に位置する非磁性中間層２２ｃを有する積層フェリ構造である。第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂは、ＣｏＦｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。非磁性中間層２２ｃはＲｕ（ルテニウム）などである。

積層フェリ構造の固定磁性層２２は、第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂの磁化が反平行に固定されたいわゆるセルフピン構造である。セルフピン構造は、固定磁性層２２の磁化を固定するために反強磁性層を用いていない。積層フェリ構造の固定磁性層２２では、第１の固定層２２ａと第２の固定層２２ｂの反強磁性結合により、磁化の向きが固定されている。固定磁性層２２の磁化の固定方向は第２の固定層２２ｂの磁化方向であり、全ての抵抗変化部１，２，３，４に設けられた全ての磁気検知素子２０において、固定磁性層２２の固定磁化Ｐの方向がＸ２方向に向けられている。よって、磁気検知素子２０の感度軸の方向はＸ方向である。

図３に示す非磁性層２３はＣｕ（銅）などの非磁性材料で形成されている。フリー磁性層２４は、ＮｉＦｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。フリー磁性層２４は、縦方向（Ｙ方向）の長さ寸法が横方向（Ｘ方向）の幅寸法よりも十分に大きく、その形状異方性によって、磁化がＸ２方向へ向けて揃えられている。したがって、フリー磁性層２４の磁化を縦方向へ揃えるための縦バイアス付与構造を備えていない。フリー磁性層２４を覆う保護層２５はＴａ（タンタル）などで形成されている。

図１Ａに示すように、全ての抵抗変化部１，２，３，４には、それぞれの磁気検知素子２０に対してＺ方向から対向する磁界誘導層３０が設けられている。磁界誘導層３０によって、Ｚ方向の外部磁界をそれぞれの磁気検知素子２０で検知できるようになる。

図１Ａに示すように、磁界誘導層３０は４か所に分割して形成されている。それぞれの磁界誘導層３０は、Ｙ方向に延びる４本の誘導部３０ａと１本の遮蔽部３０ｄを有している。それぞれの誘導部３０ａおよび遮蔽部３０ｄのＹ方向の両端部は、連結部３０ｂによって連結されている。図３に示すように、磁気検知素子２０はフリー磁性層２４が保護層２５で覆われているが、保護層２５の上に図示しない絶縁層が形成されて、この絶縁層の上面が平坦面に加工され、その上に磁界誘導層３０がめっき工程などによって形成されている。磁界誘導層３０はＮｉ−Ｆｅ合金などの軟磁性材料で形成されている。

図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、磁界誘導層３０の誘導部３０ａは、Ｚ方向へ立ち上がるように壁体状に形成されている。図４（Ａ）に示すように、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２では、それぞれの誘導部３０ａの下端面３０ｃの下側に磁気検知素子２０が配置されている。磁気検知素子２０はＸ−Ｙ平面と平行な面に形成されており、磁気検知素子２０の中心は、下端面３０ｃのＸ方向の幅中心に対してＸ１方向へ位置ずれして配置されている。図４（Ｂ）に示すように、第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４でも、誘導部３０ａの下端面３０ｃの下側に磁気検知素子２０が配置されている。磁気検知素子２０は、Ｘ−Ｙ平面と平行な面に形成されており、磁気検知素子２０の中心は、下端面３０ｃのＸ方向の幅中心に対してＸ２方向へ位置ずれして配置されている。

図４（Ａ）（Ｂ）では、誘導部３０ａの下端面３０ｃと磁気検知素子２０の一部とがＺ方向に重複しているが、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２において、磁気検知素子２０が誘導部３０ａの下端面３０ｃとＺ方向に重複しないように、磁気検知素子２０が配置されていてもよい。これは、第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４においても同じである。

なお、第１の抵抗変化部１ならびに第２の抵抗変化部２において、磁気検知素子２０が下端面３０ｃの中心からＸ１方向へ位置ずれする位置ずれ距離と、第３の抵抗変化部３ならびに第４の抵抗変化部４において、磁気検知素子２０が下端面３０ｃの中心からＸ２方向へ位置ずれする位置ずれ距離とでは、絶対値が互いに等しく設定されている。

図１に示すように、それぞれの磁界誘導層３０では、前記遮蔽部３０ｄが、Ｘ１側の端部またはＸ２側の端部に形成されている。遮蔽部３０ｄは、第１の抵抗変化部１よりもＸ２側に離れた位置と、第４の抵抗変化部４よりもＸ１側に離れた位置に形成されている。それぞれの遮蔽部３０ｄはＹ方向に延びて形成されており、磁気検知素子２０の上に対向していない。遮蔽部３０ｄは、誘導部３０ａと同様に壁体状であり、Ｚ方向へ立ち上がるように形成されている。

図４には、磁界検知装置ＳｚがＺ１方向の磁界成分Ｈｖを検知している状態が示されている。Ｚ１方向の磁界成分Ｈｖは磁界誘導層３０の誘導部３０ａで誘導されるが、誘導部３０ａの下端面３０ｃから出た磁界が平面的に分散される。図４（Ａ）に示すように、第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２では、磁気検知素子２０で、Ｘ１方向へ向かう磁界成分Ｈｈ１が検知される。図４（Ｂ）に示すように、第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４では、磁気検知素子２０で、Ｘ２方向へ向かう磁界成分Ｈｈ２が検知される。

抵抗変化部１，２，３，４において、全ての磁気検知素子２０は、固定磁性層２２の固定磁化Ｐの方向がＸ２方向である。図４（Ａ）に示す第１の抵抗変化部１と第２の抵抗変化部２では、Ｚ１方向への磁界成分Ｈｖの強度が高くなるにしたがって、磁気検知素子２０の電気抵抗値が大きくなり、図４（Ｂ）に示す第３の抵抗変化部３と第４の抵抗変化部４では、Ｚ１方向への磁界成分Ｈｖの強度が高くなるにしたがって、磁気検知素子２０の電気抵抗値が小さくなる。

その結果、図２の等価回路図に示すように、直列に接続された第１の抵抗変化部１と第３の抵抗変化部３との中間に位置する検知端子７の電圧が変動し、直列に接続された第２の抵抗変化部２と第４の抵抗変化部４の中間に位置する検知端子８の電圧が変動する。検知端子７と検知端子８とで電圧の変化が逆極性となるため、検知端子７と検知端子８との電圧の差動を取ることで、Ｚ１方向の磁界成分Ｈｖの強度を検知することができる。

また、Ｚ２方向へ向かう磁界成分も磁界誘導層３０に導かれ、このとき、それぞれの磁気検知素子２０で、Ｘ方向の磁界成分が検知される。よって、Ｚ２方向の磁界強度も検知することが可能である。

一方で、磁界検知装置Ｓｚは、図２に示すフルブリッジ回路を構成することで、Ｘ方向の磁界成分については基本的に感度を持たないように設計されている。

図５（Ａ）に示す第１の抵抗変化部１ならびに第２の抵抗変化部２と、図５（Ｂ）に示す第３の抵抗変化部３ならびに第４の抵抗変化部４とで、磁気検知素子１０の固定磁性層２２の固定磁化Ｐの向きが同じである。したがって、図５に示すように、磁界検知装置Ｓｚに対し、外乱磁界としてＸ２方向への磁界成分Ｈｖｘが与えられたときには、全ての抵抗変化部１，２，３，４において抵抗値が低下するため、第１の検知端子７と第２の検知端子８の電位は変化しない。よって磁界検知装置Ｓｚの検知出力は変化しない。これは、Ｘ１方向への磁界成分が作用したときも同じである。

また、図７（Ａ）に示すように、磁界検知装置Ｓｚに対し、外乱磁界としてＹ１方向またはＹ２方向の磁界が作用したときには、磁界誘導層３０の誘導部３０ａに側方から引き付けられる磁界成分Ｈｙ１と誘導部３０ａから側方へ抜け出ていく磁界成分Ｈｙ２が存在し、磁界成分Ｈｙ１，Ｈｙ２のＸ方向の成分により各磁気検知素子２０の抵抗値が変化する。ただし、この磁界に関しても、Ｙ１方向またはＹ２方向の磁界が一律であれば、各抵抗変化部１，２，３，４に設けられた磁気検知素子２０の抵抗値が同じ極性で変化するため、磁界検知装置Ｓｚの検知出力は変化しない。

しかし、図８に示すように、Ｘ１方向とＸ２方向またはＹ１方向とＹ２方向の外乱磁界がＧＭＲ素子である磁気検知素子２０に強い強度で作用すると、その磁界がＸ方向のバイアス磁界Ｈ０１となり、抵抗変化ΔＲがバイアス値ΔＲ１となる。この外乱磁界が作用しているときに、本来測定すべきＺ方向の磁界成分Ｈｖが現れると、外磁気検知素子２０に作用する磁場の強度が、バイアス磁界Ｈ０１に加算された値で変化する。このとき、磁気検知素子２０の抵抗変化のリニアリティを確保できなくなり、抵抗変化部１，２，３，４で構成されるブリッジ回路において、それぞれの磁気検知素子２０で検知された出力の差動出力を得たときに、磁界ＨｚがＺ１方向へ変化するときと、Ｚ２方向へ変化するときとで、感度が相違することになる。

この課題を解消させるために、図１Ａに示すように、磁界検知装置Ｓｚにガード層４０が設けられている。

ガード層４０は、磁界誘導層３０と同じ軟磁性材料を用いてめっき工程で形成されている。ガード層４０と磁界誘導層３０とは、互いに連結されることなく分離して形成されている。ガード層４０は、Ｘ方向やＹ方向への外乱磁界を吸収するものではあるが、Ｚ方向の測定磁界をなるべく吸収しないことが必要である。そのために、ガード層４０のＺ方向の高さ寸法は、磁界誘導層３０と同じが、それよりも低いことが好ましい。

ガード層４０は、縦ガード部４１と一対の横ガード部４２，４２とが一体に形成されている。縦ガード部４１は、Ｘ２側の第１の抵抗変化部および第３の抵抗変化部３と、Ｘ１側の第２の抵抗変化部および第４の抵抗変化部４との中間に位置して、Ｙ方向に直線的に延びるように形成されている。

横ガード部４２，４２は、縦ガード部４１のＹ１側の端部とＹ２側の端部と連続してＸ方向に直線的に延びている。第１の抵抗変化部１と第３の抵抗変化部３は、縦ガード部４１よりもＸ２側に位置して、Ｙ１側の横ガード部４２とＹ２側の横ガード部４２との間に位置している。第２の抵抗変化部２と第４の抵抗変化部４は、縦ガード部４１よりもＸ１側に位置して、Ｙ１側の横ガード部４２とＹ２側の横ガード部４２との間に位置している。

Ｙ１側の横ガード部４２とＹ２側の横ガード部４２は、共に第１の抵抗変化部１よりもＸ２側へ突出し、第４の抵抗変化部４よりもＸ１側へ突出している。

縦ガード部４１と横ガード部４２，４２は、磁界誘導層３０の誘導部３０ａおよび遮蔽部３０ｄのいずれもよりも幅寸法が大きく形成されている。ガード層４０の幅寸法を磁界誘導層３０よりも大きくしておくことにより、Ｘ方向とＹ方向の外乱磁界をガード層４０で吸収しやすくなる。

また、縦ガード部４１のＸ方向での幅寸法は、横ガード部４２，４２のＹ方向の幅寸法よりも大きく形成されている。これにより、縦ガード部４１の飽和磁束密度が横ガード部４２，４２よりも高くなり、大きな外乱磁界が作用しても磁界検知装置Ｓｚの感度のばらつきを低減できるようになる。また、横ガード部４２，４２の飽和磁束密度をやや低くすることで、隣接する磁界検知装置Ｓｙが検知しようとするＹ方向の磁界成分を、横ガード部４２，４２が吸収しすぎるのを抑制でき、磁界検知装置Ｓｙの感度のばらつきも低減できるようになる。

また、図１Ａに示すように、横ガード部４２，４２のＸ１側の端部は、縦ガード部４１よりもＸ１側に位置する磁界誘導層３０のＸ１側の側縁部と同一位置か、または前記側縁部よりも縦ガード部４１に近い位置に形成されていることが好ましい。この構成によっても、隣接する磁界検知装置Ｓｙが検知しようとするＹ方向の磁界成分を、横ガード部４２，４２が吸収しすぎるのを抑制でき、磁界検知装置Ｓｙの感度のばらつきも低減できるようになる。

図６は、磁界検知装置ＳｚにＹ１方向の外乱磁界が作用したときの磁束密度の分布を示したシミュレーション結果を示している。

このシミュレーション結果では、Ｙ１方向の外乱磁界が、ガード層４０の横ガード部４２で捕捉され、縦ガード部４２に誘導されるため、それぞれの抵抗変化部１，２，３，４に作用する外乱磁界の磁束密度が低くなっている。

さらに、それぞれの磁界誘導層３０には、遮蔽部３０ｄが設けられ、この遮蔽部３０ｄは第１の抵抗変化部１よりもＸ２側に外れた位置、および第４の抵抗変化部４よりもＸ１側に外れた位置にそれぞれ設けられている。よって、外乱磁界の一部は遮蔽部３０ｄによっても吸収され、それぞれの抵抗変化部１，２，３，４に作用する外乱磁界の磁束密度を低く抑えることが可能となっている。

そのため、各抵抗変化部１，２，３，４の磁気検知素子２０に作用するＹ方向の外乱磁界のうちの感度軸方向（Ｘ方向）の磁束成分の密度を低下させることができ、図８に示すように各磁気検知素子２０に大きなバイアス磁界Ｈ０１が作用するのを防止できるようになる。よって、本来測定しようとするＺ方向の磁界が作用したときに、図４に示す磁界成分Ｈｈ１，Ｈｈ２が図８に示す原点（Ｏ）付近を始点として作用するようになり、リニアリティを維持した状態で検知動作を行うことができるようになる。

ガード層４０は縦ガード層４１と横ガード部４２，４２とからなり、Ｘ１側の端部とＸ２側の端部には、Ｙ方向に延びるガード部が存在していない。すなわち、図１と図６に示すＬ線上に沿ってＹ方向に延びるガード部が存在していない。

ガード部は外部磁界を吸引し、吸引した磁界を放出するために、ガード部の近傍では、磁束がガード部に向けられるように乱されることになる。図１に示す例では、磁界検知装置ＳｚのＸ１方向に隣接している位置にＹ方向の磁界成分を検知する磁界検知装置Ｓｙが設けられ、Ｙ方向の磁界を検知するための抵抗変化部が隣接して存在している。仮に前記Ｌ線上にガード層が設けられていたとすると、Ｙ方向の磁界成分の一部がガード層に吸引されて磁束の向きが乱れるため、隣接する磁界検知装置Ｓｙの抵抗変化部によって、Ｙ方向の磁界成分を正確に検知することができなくなり、磁界検知装置Ｓｙの全体において検知出力のバランスが崩れることになる。

しかし、図１に示す実施の形態では、ガード層４０が、中央部に位置する縦ガード部４１およびＹ１側とＹ２側の端部に位置する横ガード部４２，４２とで構成され、Ｌ線上にガード層が設けられていない。そのため、Ｌ線上近傍で磁束密度に対する影響が少なくなっており、図６に示す境界線Ｂ−ＢよりもＸ１側では、Ｙ１方向の磁束成分にほぼ乱れが生じなくなっている。そのため、図１に示すように、Ｚ方向の磁界を検知するための磁界検知装置ＳｚとＸ１方向で隣接する位置に、Ｙ方向の磁界を検知するための磁界検知装置Ｓｙの抵抗変化部を接近して配置することが可能になる。そのため、３軸方向の磁界成分を検知する磁界検知装置Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを狭い面積で密集配置することが可能になる。

次に、磁界検知装置ＳｚにＸ方向の外乱磁界が作用したときは、外乱磁界がＹ１側とＹ２側に位置する横ガード部４２，４２に吸引されて誘導されるため、各抵抗変化部１，２，３，４に作用するＸ方向の外乱磁界の磁束密度を低下させることが可能になる。

また、第１の抵抗変化部１よりもＸ２側に離れた位置に、磁界誘導層３０の遮蔽部３０ｄが存在し、第４の抵抗変化部４よりもＸ１側に離れた位置にも、磁界誘導層３０の遮蔽部３０ｄが存在しているため、この遮蔽部３０ｄによっても、Ｘ方向の外乱磁界が、各抵抗変化部１，２，３，４の磁気検知素子２０に直接に影響を与えるのを抑制することができる。

本発明では、磁界検知装置Ｓｚと隣接して配置される磁界検知装置がＸ方向の磁界を検知するものであってもよい。本明細書では、磁界検知装置Ｓｚと隣接してＸ方向またはＹ方向の磁界を検知する磁界検知装置が他方向磁界検知部である。前記磁界検知装置Ｓｚを構成する抵抗変化部１，２，３，４と、前記他方向磁界検知部を構成する他の抵抗変化部とが同じ基板１１上に形成されていることが好ましく、さらには同一チップ内に形成されていることが好ましい。

なお、縦ガード部４１と、横ガード部４２，４２とが分離して形成されていてもよい。この場合には、外乱磁界をガード層４０で優先して吸収できるように、縦ガード部４１と横ガード部４２，４２との間隙部の距離が、それぞれのガード部４１，４２，４２と磁界誘導層３０との距離よりも短いことが好ましい。

また、本発明では、図１に示すガード層４０のＹ１方向とＹ２方向の中間において、さらにＸ方向に延びる中間ガード部が縦ガード部４１から連続して延びているものであってもよい。

Ｓｚ 磁気検知素子
１ 第１の抵抗変化部
２ 第２の抵抗変化部
３ 第３の抵抗変化部
４ 第４の抵抗変化部
１１ 基板
２０ 磁気検知素子
２２ 固定磁性層
２３ 非磁性層
２４ フリー磁性層
３０ 磁界誘導層
３０ａ 誘導部
３０ｄ 遮蔽部
４０ ガード層
４１ 縦ガード部
４２ 横ガード部

Claims (9)

1. ３軸が直交するＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ−Ｙ平面に沿って配置された磁気検知素子と、Ｚ方向に高さを有してＺ方向の磁界成分をＸ方向へ誘導して前記磁気検知素子に与える磁界誘導層と、を有する磁界検知装置において、
   Ｘ方向に感度軸を有する前記磁気検知素子によって抵抗変化部が構成されて、複数の前記抵抗変化部が接続されてブリッジ回路が構成され、それぞれの抵抗変化部に前記磁界誘導層が対向しており、
   磁性材料で形成されたガード層が設けられ、前記ガード層は、Ｘ方向に間隔を空けて配置された複数の前記抵抗変化部の前記間隔内を通過してＹ方向に延びる縦ガード部と、前記縦ガード部のＹ方向の両端部と連続してＸ方向に延びる一対の横ガード部とを有することを特徴とする磁界検知装置。
2. 同じ方向の外部磁界に対して相反する抵抗変化を示す第１の抵抗変化部と第３の抵抗変化部とがＸ方向の一方の側に配置され、同じ方向の外部磁界に対して相反する抵抗変化を示す第２の抵抗変化部と第４の抵抗変化部とがＸ方向の他方の側に配置されており、
   第１の抵抗変化部ならびに第３の抵抗変化部と、第２の抵抗変化部ならびに第４の抵抗変化部との間の前記間隔内に前記縦ガード部が配置され、Ｙ方向に間隔を空けて形成された一対の前記横ガード部の間に、第１の抵抗変化部ならびに第３の抵抗変化部と、第２の抵抗変化部ならびに第４の抵抗変化部とがそれぞれ配置されている請求項１記載の磁界検知装置。
3. 前記ガード層は、前記磁界誘導層と同じ磁性材料で形成されている請求項１または２記載の磁界検知装置。
4. 前記ガード層のＺ方向の高さ寸法は、前記磁界誘導層の高さ寸法と同じかまたはそれよりも低い請求項１ないし３のいずれかに記載の磁界検知装置。
5. 前記抵抗変化部は、前記縦ガード部に対してＸ方向の両側に対称に配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の磁界検知装置。
6. 前記抵抗変化部とＸ方向に並ぶ領域に、Ｘ方向またはＹ方向の磁界成分を検知する他方向磁界検知装置が配置される請求項１ないし５のいずれかに記載の磁界検知装置。
7. 前記抵抗変化部と前記他方向磁界検知装置との隣接部に、Ｙ方向に延びるガード部が存在していない請求項６記載の磁界検知装置。
8. 前記横ガード部の前記他方向磁界検知装置に向けられるＸ側の端部は、前記磁界誘導層よりも、前記他方向磁界検知装置に近づく方向へ突出していない請求項６または７記載の磁界検知装置。
9. 前記抵抗変化部と、前記他方向磁界検知装置に設けられる他の抵抗変化部が、同じチップ内に設けられている請求項６ないし８のいずれかに記載の磁界検知装置。