JP2020073909A - 磁場検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より優れた磁場検出性能を有する磁場検出装置を提供する。【解決手段】この磁場検出装置は、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体と、磁気検出素子とを有する。第１の軟磁性体および第２の軟磁性体は、第１の方向およびこの第１の方向と直交する第２の方向の双方を含む第１の面に沿って広がると共に、第１の方向および第２の方向の双方と直交する第３の方向において対向配置されたものである。磁気検出素子は、第３の方向において第１の軟磁性体と第２の軟磁性体との間に設けられたものである。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、磁気検出素子を用いて磁場を検出する磁場検出装置に関する。

外部磁場を検出する磁場検出装置（磁界検出装置）として、ホール素子や磁気抵抗効果素子を利用したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

国際公開２００８／１４６８０９号

ところで、近年、磁場検出の性能向上が求められている。したがって、より優れた磁場検出性能を有する磁場検出装置を提供することが望ましい。

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置は、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体と、磁気検出素子とを有する。第１の軟磁性体および第２の軟磁性体は、第１の方向およびこの第１の方向と直交する第２の方向の双方を含む第１の面に沿って広がると共に、第１の方向および第２の方向の双方と直交する第３の方向において対向配置されている。磁気検出素子は、第３の方向において第１の軟磁性体と第２の軟磁性体との間に設けられたものである。

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、磁気検出素子を第３の方向において挟むように第１の軟磁性体および第２の軟磁性体を設けるようにした。このため、第３の方向の外部磁場成分に対しては、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体がいずれも磁気ヨークとして振舞うこととなる。一方、第１の面に沿った外部磁場成分に対しては、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体がいずれも磁気シールドとして振舞うこととなる。

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体のうちの少なくとも一方において、第１の方向の寸法をＬＸとし、第２の方向の寸法をＬＹとしたとき、下記の条件式（１）を満たすことが望ましい。
１≦ＬＸ／ＬＹ≦４ ……（１）
その第１の軟磁性体および第２の軟磁性体のうちの少なくとも一方における第２の方向の磁場に対する限界磁場強度が高まるので、第１の面に沿った第２の方向の磁場に対する磁気的なシールド効果がより向上するからである。なお、ここでいう限界磁場強度とは、その磁性体（この場合は第１の軟磁性体および第２の軟磁性体）の磁化が飽和してしまうこととなる外部磁場の強度をいう。

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であってもよい。また、第１の軟磁性体は第２の軟磁性体と対向する第１の対向面を含み、第２の軟磁性体は第１の軟磁性体と対向する第２の対向面を含み、第１の面に対する、磁気検出素子と第１の対向面の端縁とを結ぶ第１の直線のなす第１の角度が４５°以下であり、第１の面に対する、磁気検出素子と第２の対向面の端縁とを結ぶ第２の直線のなす第２の角度が４５°以下であるとよい。その場合、第３の方向において、第１の対向面の端縁の位置と第２の対向面の端縁の位置とが一致していると共に、下記の条件式（２）を満たしているとよい。
Ｌ≧Ｄ／２ ……（２）
ただし、Ｌは第１の面に沿った方向における、第１の対向面の端縁と磁気検出素子の端縁との距離であり、Ｄは第１の対向面と第２の対向面との距離である。

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、第１の対向面および第２の対向面のうちの少なくとも一方には、１以上の突起部が形成されているとよい。その場合、突起部の一部は、第１の面に対して実質的に平行であって磁気検出素子を含む階層の一部を占めているとよい。

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置によれば、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体が、第１の面に沿った外部磁場成分に対してシールド効果を発揮する一方で第３の方向の外部磁場成分に対してはその増強を行う。したがって、第３の方向の外部磁場成分に対し、高い磁場検出性能を発揮することができる。

本発明の第１の実施の形態としての磁場検出装置の全体構成を表す概略斜視図である。 図１に示した磁場検出装置の断面構成を表す断面図である。 図１に示した磁気検出素子の断面構成を表す拡大断面図である。 図１に示した磁場検出装置に搭載される信号検出回路の一例を表す回路図である。 本発明の第２の実施の形態としての磁場検出装置の全体構成を表す概略斜視図である。 図４Ａに示した磁場検出装置の断面構成を表す断面図である。 図４Ａおよび図４Ｂに示した磁場検出装置の変形例（第１の変形例）を表す斜視図である。 図５Ａに示した磁場検出装置の断面構成を表す断面図である。 図４Ａおよび図４Ｂに示した磁場検出装置の変形例（第２の変形例）を表す断面図である。 図４Ａおよび図４Ｂに示した磁場検出装置の変形例（第３の変形例）を表す断面図である。 図４Ａおよび図４Ｂに示した磁場検出装置の変形例（第４の変形例）を表す断面図である。 実験例１−１の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。 実験例１−２の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。 実験例１−３の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。 実験例１−４の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。 実験例１−５の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。 実験例２−１の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。 実験例２−２の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。 実験例３−１〜３−８の磁場検出装置における臨界磁場強度を表す特性図である。 軟磁性体の平面形状の第１の変形例を表す概略図である。 軟磁性体の平面形状の第２の変形例を表す概略図である。 軟磁性体の平面形状の第３の変形例を表す概略図である。 軟磁性体の平面形状の第４の変形例を表す概略図である。 第５の変形例としての磁場検出装置を表す断面図である。 第６の変形例としての磁場検出装置を表す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
平坦面を各々有する１対の軟磁性層を備えた磁場検出装置の例。
２．第２の実施の形態およびその変形例
２．１ 平坦面上に設けられた凸部を各々有する１対の軟磁性層を備えた磁場検出装置の例。
２．２ 第１の変形例（１対の軟磁性層に挟まれた複数の磁気検出素子を備えた磁場検出装置の例）。
２．３ 第２の変形例（一方の軟磁性層のみに凸部が形成された例）。
２．４ 第３の変形例（軟磁性層が他の形状の凸部を有する例）。
２．５ 第４の変形例（１対の軟磁性層にそれぞれ異なるピッチで凸部が配列されている例）。
３．実験例
４．その他の変形例

＜１．第１の実施の形態＞
［磁場検出装置１の構成］
最初に、図１Ａ，図１Ｂおよび図２などを参照して、本発明における第１の実施の形態としての磁場検出装置１の構成について説明する。図１Ａは、磁場検出装置１の全体構成例を表す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示したＩＢ−ＩＢ線に沿った矢視方向における磁場検出装置１の断面構成例を表すものである。図２は、図１Ａおよび図１Ｂに示した磁気検出素子２０の断面構成例を表すものである。

磁場検出装置１は、自らに及ぶ外部磁場の有無や方向、強度などを検出するデバイスであり、例えば電子コンパスに搭載されるものである。磁場検出装置１は、例えばＺ軸方向において対向配置された１対の軟磁性層１１，１２と、Ｚ軸方向において軟磁性層１１と軟磁性層１２との間に設けられた磁気検出素子２０とを備えている。磁場検出装置１は、さらに、磁気検出素子２０へセンス電流を流すためのリード２１，２２を有している。なお、図２では、リード２１，２２の図示を省略している。

（軟磁性層１１，１２）
軟磁性層１１，１２は、いずれも、Ｚ軸方向と直交するＸＹ平面に沿って広がっている。軟磁性層１１，１２は、例えばニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの高飽和磁束密度を有する軟磁性金属材料により構成されている。軟磁性層１１，１２は、図１Ａに示したように、ＸＹ平面における平面形状が矩形であり、Ｘ軸方向の寸法をＬＸとし、Ｙ軸方向の寸法をＬＹとしたとき、寸法ＬＹに対する寸法ＬＸの比（ＬＸ／ＬＹ）が１以上４以下であることが望ましい。すなわち、下記の条件式（１）を満たすことが望ましい。
１≦ＬＸ／ＬＹ≦４ ……（１）
その場合、軟磁性層１１，１２は、Ｙ軸方向の外部磁場が磁気検出素子２０に及ぶのをより効果的に防止する磁気シールドとして機能するからである。したがって、この磁場検出装置１を用いる際には、Ｙ軸方向を、検出対象とする外部磁場成分と異なる方向の不要な外部磁場成分の方向と一致させるようにするとよい。そのように磁場検出装置１の姿勢（向き）を設定することで、不要な外部磁場成分から磁気検出素子２０を磁気的にシールドすることができるからである。軟磁性層１１は、軟磁性層１２と対向する平坦面１１Ｓを含んでおり、一方の軟磁性層１２は、軟磁性層１１と対向する平坦面１２Ｓを含んでいる。平坦面１１Ｓおよび平坦面１２Ｓは、いずれもＸＹ平面に実質的に平行である。

（磁気検出素子２０）
磁気検出素子２０は、例えば外部磁場の方向や強度に応じて抵抗変化を示す磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子が用いられる。磁気検出素子２０は、例えば図２に示したように、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造を有するＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型のＭＲ素子であり、センス電流が自らの内部を積層方向に流れるものである。具体的には、磁気検出素子２０は、図２に示したように、反強磁性層３１と、一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層３２と、特定の磁化方向を発現しない中間層３３と、外部磁場に応じて変化する磁化を有する磁化自由層３４とが順に積層された積層体を含むものである。なお、反強磁性層３１、磁化固着層３２，中間層３３および磁化自由層３４は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。このようなＭＲ素子においては、その積層方向と直交する膜面内に沿った磁束の変化に応じて抵抗変化が生じる。この磁場検出装置１において磁気検出素子２０の積層方向をＺ軸方向とした場合、Ｚ軸方向の磁束Ｆ（図１Ｂ）の変化に応じて抵抗変化を生じるようにするためには、第２の実施の形態以降で説明するとおり、磁気検出素子２０の近傍において磁束Ｆの向きを磁気検出素子２０の感磁方向であるＸＹ面内方向に沿うように曲げることができる凸部等を設けることが好ましい。

反強磁性層３１は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されるものである。反強磁性層３１は、例えば隣接する磁化固着層３２の磁化の向きと実質的に同じ方向のスピン磁気モーメントと、それと正反対の方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固着層３２の磁化の向きを、一定方向へ固定するように作用する。

磁化固着層３２は、例えばコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料からなる。

中間層３３は、磁気検出素子２０が磁気トンネル接合（ＭＴＪ：magnetic tunneling junction）素子である場合、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。ＭｇＯからなるトンネルバリア層は、例えば、ＭｇＯからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム（Ｍｇ）の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、ＭｇＯのほか、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ）の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層３３を構成することも可能である。また、磁気検出素子２０が例えばＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子である場合、中間層３３は銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）または金（Ａｕ）などの非磁性高導電性材料により構成される。

磁化自由層３４は軟質強磁性層であり、例えば磁化固着層３２の磁化の向きと実質的に直交する磁化容易軸を有するものである。磁化自由層３４は、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）あるいはコバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）などによって構成される。

（リード２１，２２）
リード２１は磁気検出素子２０の一端面（例えば磁化自由層３４）と接するようにＸＹ平面において延在し、リード２２は磁気検出素子２０の他端面（例えば反強磁性層３１）と接するようにＸＹ平面において延在している。リード２１，２２は、例えば銅やアルミニウム（Ａｌ）などの、高導電性非磁性材料により形成されている。

（磁気検出素子２０の配置位置）
図１Ｂに示したように、磁場検出装置１では、平坦面１１Ｓに対する、磁気検出素子２０と平坦面１１ＳのＹ軸方向の両端に位置する端縁１１Ｔ１，１１Ｔ２とを結ぶ直線ＬＡ１，ＬＡ２のなす角度Ａ１，Ａ２がいずれも４５°以下であるとよい。さらに、平坦面１２Ｓに対する、磁気検出素子２０と平坦面１２ＳのＹ軸方向の両端に位置する端縁１２Ｔ１，１２Ｔ２とを結ぶ直線ＬＢ１，ＬＢ２のなす角度Ｂ１，Ｂ２がいずれも４５°以下であるとよい。すなわち、磁気検出素子２０は、図１Ｂに示した４つの直線ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＢ１，ＬＢ２より取り囲まれた空間に配置されているとよい。磁気検出素子２０が、Ｙ軸方向の外部磁場成分から軟磁性層１１，１２により十分にシールドされるからである。なお、図１Ｂに示したように、端縁１１Ｔ１は端面１１Ｅ１と平坦面１１Ｓとが交差する部分であり、端縁１１Ｔ２は端面１１Ｅ２と平坦面１１Ｓとが交差する部分である。同様に、端縁１２Ｔ１は端面１２Ｅ１と平坦面１２Ｓとが交差する部分であり、端縁１２Ｔ２は端面１２Ｅ２と平坦面１２Ｓとが交差する部分である。端縁１１Ｔ１，１１Ｔ２，１２Ｔ１，１２Ｔ２はいずれもＸ軸方向に直線状に延在している。

図１Ｂに示したように、Ｚ軸方向において、軟磁性層１１の端縁１１Ｔ１，１１Ｔ２の位置と軟磁性層１２の端縁１２Ｔ１，１２Ｔ２の位置とがそれぞれ実質的に一致している場合、下記の条件式（２）を満たすことが望ましい。この場合も、磁気検出素子２０が、Ｙ軸方向の外部磁場成分から軟磁性層１１，１２により十分にシールドされるからである。

Ｌ≧Ｄ／２ ……（２）
ただし、Ｌは、Ｙ軸方向における、端縁１１Ｔ１，１１Ｔ２と磁気検出素子２０の端縁との距離であり、Ｄは、平坦面１１Ｓと平坦面１２Ｓとの距離である（図１Ｂ参照）。

（信号検出回路）
磁場検出装置１は、例えば図３に示した信号検出回路を有している。この信号検出回路は、例えば電圧印加部１０１と、磁気検出素子２０と、抵抗変化検出部１０２と、信号処理部１０３とを含んでいる。磁気検出素子２０には、電圧印加部１０１と、抵抗変化検出部１０２とが接続されている。信号処理部１０３は抵抗変化検出部１０２と接続されている。

［磁場検出装置１の作用効果］
磁場検出装置１では、上記の信号検出回路により、磁場検出装置１に及ぶ外部磁場に応じた出力が得られる。具体的には、上記の信号検出回路において、電圧印加部１０１により、リード２１とリード２２との間に所定の電圧を印加することで、そのときの磁気検出素子２０の電気抵抗に対応したセンス電流が流れる。磁気検出素子２０の電気抵抗は、磁気検出素子２０の磁化状態、すなわち、磁化固着層３２の磁化の向きに対する磁化自由層３４の磁化の向きによって変化する。磁気検出素子２０を流れるセンス電流は抵抗変化検出部１０２において検出され、抵抗変化検出部１０２により信号処理部１０３へ信号が出力される。さらに、信号処理部１０３において抵抗変化検出部１０２からの出力に基づいた信号が生成されて外部へ出力される。これにより、磁場検出装置１に及ぶ外部磁場に応じた出力が信号検出回路から得られる。

本実施の形態の磁場検出装置１では、磁気検出素子２０をＺ軸方向において挟むように対向配置された１対の軟磁性層１１と軟磁性層１２とを設けるようにした。このため、Ｚ軸方向の外部磁場成分に対しては、軟磁性層１１および軟磁性層１２がいずれも磁気ヨークとして振舞うこととなる。一方、Ｙ軸方向の外部磁場成分に対しては、軟磁性層１１および軟磁性層１２がいずれも磁気シールドとして振舞うこととなる。すなわち、磁場検出装置１によれば、軟磁性層１１および軟磁性層１２が、Ｙ軸方向の外部磁場成分に対してシールド効果を発揮する一方でＺ軸方向の外部磁場成分に対してはその増強を行うこととなる。したがって、Ｚ軸方向の外部磁場成分に対し、高い磁場検出性能を発揮することができる。

＜２．第２の実施の形態＞
［２．１ 磁場検出装置２］
次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、本発明における第２の実施の形態としての磁場検出装置２の構成について説明する。図４Ａは、磁場検出装置２の全体構成例を表す斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示したＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った矢視方向における磁場検出装置２のＹＺ断面の構成例を表すものである。

本実施の形態の磁場検出装置２では、軟磁性層１１の平坦面１１Ｓ上に凸部１１Ｐを設けると共に、軟磁性層１２の平坦面１２Ｓ上に凸部１２Ｐを設けるようにした。さらに、磁気検出素子２０としてのＭＲ素子の積層方向をＺ軸方向とし、リード２１を磁気検出素子２０の上面と接続し、リード２２を磁気検出素子２０の下面と接続するようにした。磁場検出装置２は、これらの点を除き、他は上記第１の実施の形態における磁場検出装置１と実質的に同様の構成を有する。

図４Ａおよび図４Ｂに示したように、凸部１１Ｐは、平坦面１１Ｓ上において、平坦面１２Ｓへ向けて突出するように立設されている。一方凸部１２Ｐは、平坦面１２Ｓ上において、対向する平坦面１１Ｓへ向けて突出するように立設されている。但し、凸部１１Ｐと凸部１２Ｐとは、ＸＹ面内において互いに異なる位置に設けられている。また、磁気検出素子２０は、ＸＹ面内において（ここではＹ軸方向において）凸部１１Ｐと凸部１２Ｐとの間に挟まれる位置に配置されている。

このように磁場検出装置２では、軟磁性層１１，１２に凸部１１Ｐ，１２Ｐを設け、それらの間に磁気検出素子２０を設けるようにしたので、Ｚ軸方向の外部磁場成分による磁束Ｆを磁気検出素子２０に集中させることができる。その際、磁気検出素子２０の近傍において磁束Ｆの向きを磁気検出素子２０の感磁方向であるＸＹ面内方向に沿うように曲げることができる。よって、軟磁性層１１，１２の延在方向と磁気検出素子２０の各層の延在方向とを実質的に一致させることができ、製造が容易となる。

［２．２ 磁場検出装置２Ａ］
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、上記第２の実施の形態における第１の変形例としての磁場検出装置２Ａについて説明する。図５Ａは、磁場検出装置２Ａの全体構成例を表す斜視図である。図５Ｂは、図５Ａに示したＶＢ−ＶＢ線に沿った矢視方向における磁場検出装置２Ａの断面構成例を表すものである。

磁場検出装置２Ａは、１対の軟磁性層１１，１２の間に挟まれた複数の磁気検出素子２０を備えるようにしたものである。図５Ａでは２行３列で配列された６つの磁気検出素子２０を例示しているが、複数の磁気検出素子２０の個数およびそれらの配列の形態についてはそれに限定されるものではない。但し、複数の磁気検出素子２０は、全て同一の階層に設けられているとよい。複数の磁気検出素子２０は、例えば、複数のリード２３と複数のリード２４とによって全体として直列に接続されている。また、隣り合う磁気検出素子２０同士の間に、凸部１１Ｐまたは凸部１２Ｐが設けられている（図５Ｂ）。こうすることにより、磁場検出装置２Ａでは、磁場検出装置２と比較して全体の出力を増大させることができる。なお、図５Ａでは、煩雑さを避けるため、凸部１１Ｐおよび凸部１２Ｐの図示を省略している。

［２．３ 磁場検出装置２Ｂ］
次に、図６を参照して、上記第２の実施の形態における第２の変形例としての磁場検出装置２Ｂについて説明する。図６は、磁場検出装置２Ｂの全体構成例を表す断面図である。上記磁場検出装置２Ａでは、軟磁性層１１に凸部１１Ｐを設けると共に軟磁性層１２に凸部１２Ｐを設けるようにしたが、本変形例としての磁場検出装置２Ｂでは、軟磁性層１１のみに凸部１１Ｐを設けるようにした。なお、軟磁性層１２のみに凸部１２Ｐを設けるようにしてもよい。この場合であっても。第１の実施の形態の磁場検出装置１のように凸部を有しない場合と比較して、Ｚ軸方向の外部磁場成分の磁束を集束させて磁気検出素子２０へ導くことができる。

本変形例としての磁場検出装置２Ｂによれば、磁場検出装置２Ａと比較してＺ軸方向に対する磁場の検出感度は低下するものの、磁気検出素子２０の設置場所の自由度が高まる。例えば、１つの凸部１１Ｐの周囲に複数の磁気検出素子２０を配置することも可能となる。また、下地となる軟磁性層１２の平坦面１２Ｓが各々の磁気検出素子２０と対向することとなるので、複数の磁気検出素子２０の相互間における、各々の磁気検出素子２０におよぶ磁束密度のばらつきや検出感度のばらつきを低減しやすい。さらに、軟磁性層１２に凸部１２Ｐを設ける工程が不要となるので、磁場検出装置２Ａの製造プロセスと比較して磁場検出装置２Ｂの製造プロセスは簡略化される。

［２．４ 磁場検出装置２Ｃ］
次に、図７を参照して、上記第２の実施の形態における第３の変形例としての磁場検出装置２Ｃについて説明する。図７は、磁場検出装置２Ｃの全体構成例を表す断面図である。上記磁場検出装置２では、軟磁性層１１に矩形状の凸部１１Ｐを設けると共に軟磁性層１２に矩形状の凸部１２Ｐを設けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。本変形例としての磁場検出装置２Ｃでは、頭頂部が丸みを帯びた略円錐台形状の凸部１１Ｐ，１２Ｐを設けるようにした。また、本変形例では、凸部１１Ｐ，１２Ｐの一部は、ＸＹ平面に対して実質的に平行である、磁気検出素子２０を含む階層と同一の階層に存在している。

本変形例としての磁場検出装置２Ｃによれば、凸部１１Ｐ，１２Ｐの頭頂部が丸みを帯びた形状を有するので、例えばＺ軸方向の外部磁場成分を検出する場合に、凸部１１Ｐ，１２Ｐの頭頂部周辺における磁場強度の空間変化が滑らかになる。よって、複数の磁気検出素子２０の配置位置のずれに起因する検出誤差が緩和されることが期待できる。

［２．５ 磁場検出装置２Ｄ］
次に、図８を参照して、上記第２の実施の形態における第４の変形例としての磁場検出装置２Ｄについて説明する。図８は、磁場検出装置２Ｄの全体構成例を表す断面図である。上記磁場検出装置２Ａでは、軟磁性層１１に設けられた複数の凸部１１Ｐの配列間隔と、軟磁性層１２に設けられた複数の凸部１２Ｐの配列間隔とが実質的に一致するようにした。これに対し本変形例では、複数の凸部１１Ｐの配列間隔が、複数の凸部１２Ｐの配列間隔と異なっている。図８では、複数の凸部１１Ｐの配列間隔Ｐ１１が複数の凸部１２Ｐの配列間隔Ｐ１２よりも長い場合を例示している。

本変形例としての磁場検出装置２Ｄによれば、複数の磁気検出素子２０における各々の磁場検出感度を、各々の磁気検出素子２０と凸部１１Ｐおよび凸部１２Ｐとの距離を変更することで適宜調整することができる。

＜３．実験例＞
［３．１ 実験例１−１〜１−５］
次に、本発明の磁場検出装置（例えば磁場検出装置１）に対しＹ軸方向の外部磁場が印加されたときの、その磁場検出装置周辺の磁場強度分布をシミュレーションにより求めた。ここでは、軟磁性層１１，１２において、Ｘ軸方向の寸法ＬＸを１８０μｍ、Ｙ軸方向の寸法ＬＹを１４０μｍ、厚さＴを１０μｍとした。また、軟磁性層１１と軟磁性層１２との間隔Ｄを１０μｍ〜１５０μｍの範囲で変化させた。具体的には、実験例１−１では間隔Ｄを１０μｍ、実験例１−２では間隔Ｄを２０μｍ、実験例１−３では間隔Ｄを３０μｍ、実験例１−４では間隔Ｄを１００μｍ、実験例１−５では間隔Ｄを１５０μｍとした。それらのシミュレーション結果を図９Ａ〜図９Ｅにそれぞれ示す。図９Ａ〜図９Ｅに示したように、軟磁性層１１と軟磁性層１２との間隔Ｄ距離(ギャップ)を大きくするほど、軟磁性層１１と軟磁性層１２とによって挟まれた空間に磁束が少しずつ入り込むことが確認された。図９Ａに示したように、間隔Ｄが小さい場合には軟磁性層１１および軟磁性層１２によって極めて高いシールド効果が発揮されており、磁束は軟磁性層１１と軟磁性層１２との間の空間へはほとんど入り込んでいない。一方、間隔Ｄが大きくなるほど、軟磁性層１１および軟磁性層１２の各々の周縁部において徐々に磁束が進入する様子が確認された（図９Ｂ〜図９Ｅ）。しかしながら、軟磁性層１１と軟磁性層１２とによって挟まれた空間に磁気検出素子を配置すれば、Ｙ軸方向の外部磁場につき、その磁気検出素子に対するシールド効果が得られることがわかった。

［３．２ 実験例２−１，２−２］
（実験例２−１）
次に、本発明の磁場検出装置（例えば磁場検出装置１）に対しＹ軸方向の外部磁場が印加されたときの、軟磁性層１１，１２の端部近傍における磁場強度分布をシミュレーションにより求めた。ここでは、軟磁性層１１，１２の各々の厚さＴを１０μｍとし、軟磁性層１１と軟磁性層１２との間隔Ｄを１０μｍ〜３０μｍの範囲で変化させた。それらのシミュレーション結果を図１０に示す。

（実験例２−２）
軟磁性層１１，１２の各々の厚さＴを２０μｍとし、軟磁性層１１と軟磁性層１２との間隔Ｄを２０μｍ、４０μｍまたは６０μｍとしたことを除き、他は同様にして、実験例２−１と同様のシミュレーションを行った。その結果を図１１に示す。

図１０および図１１の結果から、軟磁性層１１，１２の端縁からほぼ一定の磁場強度となる領域までの侵入長ＬＬは、間隔Ｄのほぼ１／２（すなわちＬＬ≒Ｄ／２）となることがわかった。したがって、軟磁性層１１，１２の端縁から、間隔Ｄに相当する長さの半分の長さよりも後退した位置に磁気検出素子２０を配置すれば、より正確な磁場検出が可能となることがわかった。

［３．３ 実験例３−１〜３−８］
次に、本発明の磁場検出装置（例えば磁場検出装置１）に対しＹ軸方向の外部磁場が印加されたときの、軟磁性層１１，１２の臨界磁場強度をシミュレーションにより求めた。ここでは、軟磁性層１１，１２の各々の厚さＴを１０μｍとし、軟磁性層１１と軟磁性層１２との間隔Ｄを１０μｍとし、軟磁性層１１，１２の各々の寸法ＬＹを２００μｍとし、軟磁性層１１，１２の各々の寸法ＬＸを２０μｍ〜８００μｍの範囲（すなわちＬＸ／ＬＹ＝０．１〜４の範囲）で変化させた。それらのシミュレーション結果を図１２に示す。

図１２に示したように、ＬＸ／ＬＹが１以下の場合と比べてＬＸ／ＬＹが１以上４以下である場合に、より高い臨界磁場強度が得られることが確認された。

＜４．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明では、軟磁性層の形状は上記実施の形態等のものに限定されない。例えば、平面形状については矩形状のものに限定されず、図１３Ａ〜１３Ｄにそれぞれ示したように各種形状を採用することができる。その場合も、平面内における最大寸法ｂと、平面内において最大寸法ｂを有する方向と直交する方向における寸法ａとの比が所定の範囲であることが望ましい。

また上記実施の形態等では、磁気検出素子として感磁方向がＸＹ面内方向であるスピンバルブ構造を有するＣＰＰ型ＭＲ素子を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＩＰ（Current in Plane）型ＭＲ素子や磁気トンネル接合（ＭＴＪ素子）素子を用いてもよいし、ＭＲ素子以外の、感磁方向がＺ軸方向である磁気検出素子（例えばホール素子）などのセンサを用いてもよい。磁気検出素子としてホール素子を用いた場合、例えば図１４Ａおよび図１４Ｂに例示した磁場検出装置３Ａおよび磁場検出装置３Ｂのように、凸部１１Ｐ，１２Ｐ（突起部）とＺ軸方向において重複する位置、すなわち、凸部１１Ｐ，１２Ｐ（突起部）の直上もしくは直下にホール素子２０Ｈを配置するとよい。

１，２…磁場検出装置、１１，１２…軟磁性層、１１Ｐ，１２Ｐ…凸部、２０…磁気検出素子、２１〜２４…リード。

Claims (9)

1. 第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向の双方を含む第１の面に沿って広がると共に、前記第１の方向および前記第２の方向の双方と直交する第３の方向において対向配置された第１の軟磁性体および第２の軟磁性体と、
   前記第３の方向において前記第１の軟磁性体と前記第２の軟磁性体との間に設けられた磁気検出素子と
   を有する
   磁場検出装置。
2. 前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体のうちの少なくとも一方において、下記の条件式（１）を満たす
   請求項１記載の磁場検出装置。
   １≦ＬＸ／ＬＹ≦４ ……（１）
   ただし、
   ＬＸ：第１の方向の寸法
   ＬＹ：第２の方向の寸法
3. 前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子である
   請求項１または請求項２に記載の磁場検出装置。
4. 前記第１の軟磁性体は、前記第２の軟磁性体と対向する第１の対向面を含み、
   前記第２の軟磁性体は、前記第１の軟磁性体と対向する第２の対向面を含み、
   前記第１の面に対する、前記磁気検出素子と前記第１の対向面の端縁とを結ぶ第１の直線のなす第１の角度が４５°以下であり、
   前記第１の面に対する、前記磁気検出素子と前記第２の対向面の端縁とを結ぶ第２の直線のなす第２の角度が４５°以下である
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
5. 前記第３の方向において、前記第１の対向面の端縁の位置と前記第２の対向面の端縁の位置とが実質的に一致しており、
   下記の条件式（２）を満たす
   請求項４に記載の磁場検出装置。
   Ｌ≧Ｄ／２ ……（２）
   ただし、
   Ｌ：第１の面に沿った方向における、第１の対向面の端縁と磁気検出素子の端縁との距離。
   Ｄ：第１の対向面と第２の対向面との距離。
6. 前記第１の軟磁性体は、前記第２の軟磁性体と対向する第１の対向面を含み、
   前記第２の軟磁性体は、前記第１の軟磁性体と対向する第２の対向面を含み、
   前記第１の対向面および前記第２の対向面のうちの少なくとも一方には、１以上の突起部が形成されている
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
7. 前記突起部の一部は、前記第１の面に対して実質的に平行である前記磁気検出素子を含む階層の一部を占めている
   請求項６に記載の磁場検出装置。
8. 前記第１の軟磁性体における前記第１の面に平行な第１の平面形状と、前記第２の軟磁性体における前記第１の面に平行な第２の平面形状とが実質的に等しい
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
9. 前記第２の方向は、検出対象とする磁場成分以外の不要な磁場成分の方向と実質的に一致している
   請求項２に記載の磁場検出装置。

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