JP2020177024A - 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の外縁を含む第１の面を有する一の第１の平板部と、第１の面のうちの第１の外縁から後退した第１の配置位置に各々設けられて第１の面と反対側に第１の先端部を各々含む複数の第１の凸部と、を有する第１の軟磁性体と、複数の第１の凸部における第１の先端部の各々の近傍に設けられた１以上の磁気検出素子とを備える。第１の軟磁性体は、第１の平板部と第１の凸部との間に非磁性層を有する。【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。

本発明の一実施態様としての第１の磁場検出装置は、第１の軟磁性体と、磁気検出素子とを備える。第１の軟磁性体は、第１の外縁を含む第１の面を有する一の第１の平板部と、第１の面のうちの第１の外縁から後退した第１の配置位置に各々設けられて第１の面と反対側に第１の先端部を各々含む複数の第１の凸部と、を有する。１以上の磁気検出素子は、複数の第１の凸部における第１の先端部の各々の近傍に設けられている。ここで第１の先端部の近傍とは、第１の先端部を経由する磁束の影響が及ぶ範囲をいう。第１の軟磁性体は、第１の平板部と第１の凸部との間に非磁性層を有する。

本発明の一実施態様としての第２の磁場検出装置は、第１の軟磁性体と、磁気検出素子と、第２の軟磁性体とを備える。第１の軟磁性体は、第１の外縁を含む第１の面を有する一の第１の平板部と、第１の面のうちの第１の外縁から後退した第１の配置位置に各々設けられて第１の面と反対側に第１の先端部を各々含む複数の第１の凸部と、を有する。１以上の磁気検出素子は、複数の第１の凸部における第１の先端部の各々の近傍に設けられている。第２の軟磁性体は、第２の外縁を含むと共に前記第１の面と対向する第２の面を有する一の第２の平板部と、前記第２の面のうちの前記第２の外縁から後退した第２の配置位置に各々設けられて前記第２の面と反対側に第２の先端部を各々含む複数の第２の凸部と、を有する。

本発明の一実施態様としての磁場検出装置では、第１の軟磁性体が一の第１の平板部と第１の凸部とを有し、磁気検出素子が、第１の凸部のうちの、第１の面と反対側に位置する第１の先端部の近傍に設けられている。第１の凸部は、第１の面のうちの第１の外縁から後退した第１の配置位置に設けられている。このため、第１の平板部に進入した磁束が第１の凸部において効率的に集束される。よって、第１の凸部から第１の先端部を経由して磁気検出素子に至る磁束が高密度化する。

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置によれば、磁気検出素子に及ぶ検出対象磁場の強度を向上させることができ、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１Ａ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１Ａに示した磁場検出装置の変形例（第１の変形例）を表す断面図である。 図１Ａ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１Ａ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５Ａ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。 本発明の第３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７Ａ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７Ａに示した磁場検出装置の要部を表す平面図である。 実験例１−１の軟磁性体の配置状態を表す模式図である。 実験例１−２の軟磁性体の配置状態を表す模式図である。 実験例１−１の軟磁性体の配置状態における磁場強度のエンハンス率を表す特性図である。 実験例１−２の軟磁性体の配置状態における磁場強度のエンハンス率を表す特性図である。 実験例２−１〜２−４の軟磁性体の外観を表す模式図である。 実験例２−１〜２−４の軟磁性体における寸法比とエンハンス率との関係表す特性図である。 第３の変形例としての磁場検出装置の変形例を表す断面図である。 第４の変形例としての磁場検出装置の変形例を表す断面図である。 第５の変形例としての磁場検出装置の変形例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。 第７の変形例としての磁場検出装置を表す断面図である。 第８の変形例としての磁場検出装置を表す断面図である。 第９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の実施の形態およびその変形例
平板部および凸部を有する一の軟磁性体と、一の磁気検出素子と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
平板部および凸部を各々有する一対の軟磁性体と、一の磁気検出素子とを備えた磁場検出装置の例。
３．第３の実施の形態
平板部に複数の凸部を有する１対の軟磁性体と、複数の磁気検出素子とを備えた磁場検出装置の例。
４．実験例
５．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、変形例としての軟磁性体１０Ａの断面構成例を表すものである。図３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Ｘ軸方向およびＹ軸方向に広がる一の軟磁性体１０と、一の磁気検出素子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を備えている。

（軟磁性体１０）
軟磁性体１０は、ＸＹ平面に広がる平坦面１１Ｓを有する平板部１１と、平坦面１１ＳにおいてＸＹ平面と直交するＺ軸方向へ突出するように設けられた凸部１２とを有している。平板部１１および凸部１２は、いずれも、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。平板部１１の構成材料と凸部１２の構成材料とは異なっていてもよいが、製造容易性の観点では同一であることが望ましい。

平板部１１は、図１Ａに示したように、ＸＹ平面において矩形の外縁１１Ａを含む略直方体の部材である。凸部１２は、平坦面１１Ｓのうちの外縁１１Ａから後退した位置に設けられており、平坦面１１Ｓと反対側に先端部１２Ｔを含んでいる。ここで、平板部１１におけるＸ軸方向の寸法をＬＸとし、Ｙ軸方向の寸法をＬＹとする。外縁１１Ａから凸部１２の外縁までの、ＸＹ平面に沿ったＸ軸方向の長さをＬＸ１またはＬＸ２とし、ＸＹ平面に沿ったＹ軸方向の長さをＬＹ１またはＬＹ２とする。また、平坦面１１Ｓと直交する高さ方向（Ｚ軸方向）における、平坦面１１Ｓ対する先端部１２Ｔの高さをＨ１２とする。この場合、下記の条件式（１Ａ）および条件式（１Ｂ）を満たしていることが望ましい。

ＬＸ１／Ｈ１２≧１，ＬＸ２／Ｈ１２≧１ …（１Ａ）
ＬＹ１／Ｈ１２≧１，ＬＹ２／Ｈ１２≧１ …（１Ｂ）

なお、本実施の形態では、平板部１１と凸部１２とが直接接している例を示したが、図２に示した第１の変形例としての磁場検出装置１Ａのように、平板部１１と凸部１２との間に非磁性層１３をさらに有する軟磁性体１０Ａを備えるようにしてもよい。

（磁気検出素子２０）
磁気検出素子２０は、先端部１２Ｔの近傍、すなわち、先端部１２Ｔを経由する磁束Ｆの影響が及ぶ範囲に設けられている。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３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、図３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においてはＹ軸方向に曲がった磁束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、磁気検出素子２０の積層方向を例えばＺ軸方向としている。

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合金（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。

（信号検出回路）
磁場検出装置１は、例えば図４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、軟磁性体１０が平坦面１１Ｓを有する平板部１１と凸部１２とを有し、磁気検出素子２０が、凸部１２の先端部１２Ｔの近傍に設けられている。このため、平板部１１に進入した磁束Ｆが凸部１２において効率的に集束される。よって、凸部１２からその先端部１２Ｔを経由して磁気検出素子２０に至る磁束Ｆが高密度化する。

すなわち、磁場検出装置１によれば、軟磁性体１０がＺ軸方向の外部磁場成分に対して磁気ヨークとして機能し、その外部磁場成分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＞
次に、図５Ａおよび図５Ｂ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５Ａは、磁場検出装置２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２の断面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は、軟磁性体１０および磁気検出素子２０に加え、軟磁性体１０との間に磁気検出素子２０を挟んで対向配置された軟磁性体４０をさらに備えるようにしたものである。軟磁性体４０は、軟磁性体１０と同様に、ＸＹ平面に広がる平坦面４１Ｓを有する平板部４１と、凸部４２とを有している。平坦面４１Ｓは平坦面１１Ｓと対向している。凸部４２は、平坦面４１Ｓにおいて平坦面１１Ｓへ向けてＺ軸方向へ突出するように設けられている。平板部４１および凸部４２は、いずれも、例えば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。平板部４１の構成材料と凸部４２の構成材料とは異なっていてもよいが、製造容易性の観点では同一であることが望ましい。

平板部４１は、図５Ａに示したように、ＸＹ平面において矩形の外縁４１Ａを含む略直方体の部材である。凸部４２は、平坦面４１Ｓのうちの外縁４１Ａから後退した位置に設けられており、平坦面４１Ｓと反対側に先端部４２Ｔを含んでいる。ここで、平板部４１におけるＸ軸方向の寸法をＬＸとし、Ｙ軸方向の寸法をＬＹとする。外縁４１Ａから凸部４２の外縁までの、ＸＹ平面に沿ったＸ軸方向の長さをＬＸ３またはＬＸ４とし、ＸＹ平面に沿ったＹ軸方向の長さをＬＹ３またはＬＹ４とする。また、平坦面４１Ｓと直交する高さ方向（Ｚ軸方向）における、平坦面４１Ｓ対する先端部４２Ｔの高さをＨ４２とする。この場合、下記の条件式（２Ａ）および条件式（２Ｂ）を満たしていることが望ましい。

ＬＸ３／Ｈ４２≧１，ＬＸ４／Ｈ４２≧１ …（２Ａ）
ＬＹ３／Ｈ４２≧１，ＬＹ４／Ｈ４２≧１ …（２Ｂ）

磁気検出素子２０は、例えばＹ軸方向において、凸部１２の先端部１２Ｔと凸部４２の先端部４２Ｔとの間に設けられている。また、Ｚ軸方向においても、磁気検出素子２０は凸部１２の先端部１２Ｔと凸部４２の先端部４２Ｔとの間の階層に設けられている。

なお、本実施の形態では、平板部１１と凸部１２とが直接接している例を示したが、図６に示した第２の変形例としての磁場検出装置２Ａのように、平板部１１と凸部１２との間に非磁性層１３をさらに有する軟磁性体１０Ａを備えるようにしてもよい。同様に、本実施の形態では、平板部４１と凸部４２とが直接接している例を示したが、図６に示した第２の変形例としての磁場検出装置２Ａのように、平板部４１と凸部４２との間に非磁性層４３をさらに有する軟磁性体４０Ａを備えるようにしてもよい。

このように磁場検出装置２では、対向配置された軟磁性体１０および軟磁性体４０にそれぞれ凸部１２および凸部４２を設け、それらの間に磁気検出素子２０を配置するようにした。このため、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、軟磁性体１０，４０の平板部１１，４１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。

＜３．第３の実施の形態＞
次に、図７Ａ〜図７Ｃを参照して、本発明における第３の実施の形態としての磁場検出装置３の構成について説明する。図７Ａは、磁場検出装置３の全体構成例を表す斜視図である。図７Ｂは、図５Ａに示したVIIＢ−VIIＢ線に沿った矢視方向における磁場検出装置３の断面構成例を表すものである。さらに、図７Ｃは、磁場検出装置３の要部を表す平面図である。

磁場検出装置３は、１対の軟磁性体１０，４０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７Ａおよび図７Ｃ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。リード２３，２４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。また、隣り合う磁気検出素子２０同士の間に、凸部１２または凸部４２が設けられている（図７Ｂおよび図７Ｃ）。こうすることにより、磁場検出装置３では、上記第２の実施の形態における磁場検出装置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、煩雑さを避けるため、図７Ａでは凸部１２および凸部４２の図示を省略し、図７Ｃでは、平板部４１ならびにリード２３およびリード２４の図示を省略している。

磁場検出装置３では、軟磁性体１０の、Ｙ軸方向において隣り合う凸部１２の外縁同士の間隔ＬＹ１２（図７Ｂ参照）は、凸部１２の高さＨ１２の２倍以上である。すなわち、磁場検出装置３は下記の条件式（３）を満たしている。同様に、軟磁性体４０の、Ｙ軸方向において隣り合う凸部４２の外縁同士の間隔ＬＹ４２（図７Ｂ参照）は、凸部４２の高さＨ４２の２倍以上である。すなわち、磁場検出装置３は下記の条件式（４）を満たしている。

ＬＹ１２／Ｈ１２≧２ …（３）
ＬＹ４２／Ｈ４２≧２ …（４）

磁場検出装置３は、例えば以下の手順により製造することができる。まず、平板部１１を形成したのち、平板部１１の平坦面１１Ｓ上に、凸部１２を形成すべき位置に開口を複数有する第１のレジストパターンを形成する。次に、平板部１１をめっき下地としためっき処理を行い、上記した複数の開口にめっき膜からなる凸部１２を複数形成する。これにより、軟磁性体１０が得られる。さらに第１のレジストパターンを除去したのち、複数の凸部１２同士の隙間を埋めると共にそれらの上面を覆うように第１の絶縁膜を形成する。そののち、凸部１２を含む階層の上層として、所定の形状を有するリード２４、磁気検出素子２０およびリード２３を順に積層する。さらに全体を第２の絶縁膜により覆ったのち、凸部４２を形成すべき位置に開口を複数有する第２のレジストパターンを形成する。そののち、上記した複数の開口にめっき膜からなる凸部４２を複数形成し、第２のレジストパターンを除去する。最後に、複数の凸部４２同士の隙間を埋めるように第３の絶縁膜を形成し、全体を覆うように平板部４１を形成することで軟磁性体４０を得る。以上により、磁場検出装置３が完成する。

＜４．実験例＞
［４．１ 実験例１−１〜１−２］
（実験例１−１）
次に、図８Ａに示した複数の軟磁性体１１２および複数の軟磁性体１４２に対し０．１ｍＴの＋Ｚ方向の外部磁場が印加されたときの、図８Ａ中に示した破線上における磁場強度を求め、エンハンス率を算出した。そのシミュレーション結果を図９Ａに示す。図９Ａにおいて、横軸はＹ軸方向の位置[μｍ]を表し、縦軸は印加磁場強度に対する図８Ａ中に示した破線上での磁場強度の比、すなわちエンハンス率［％］を表す。軟磁性体１１２，１４２は、いずれも、Ｘ軸方向の寸法が１０μｍ、Ｙ軸方向の寸法が４μｍ、Ｚ軸方向の寸法が３．８μｍの直方体である。Ｘ軸方向において、軟磁性体１１２と軟磁性体１４２とは０．４μｍの間隔で交互に配置されている。Ｙ軸方向には、軟磁性体１１２，１４２は、いずれも３つずつ配置されている。さらにＺ軸方向においては、複数の軟磁性体１１２はＺ軸方向においてすべて同一の高さ位置に配置され、複数の軟磁性体１４２もまたＺ軸方向においてすべて同一の高さ位置に配置に配置されている。複数の軟磁性体１１２の高さ位置と複数の軟磁性体１４２が存在する高さ位置とは異なっており、Ｚ軸方向における両者のギャップは０．４μｍである。

（実験例１−２）
次に、図８Ｂに示した軟磁性体１０および軟磁性体４０に対し０．１ｍＴの＋Ｚ方向の外部磁場が印加されたときの、図８Ｂ中に示した破線上における磁場強度を求め、エンハンス率を算出した。そのシミュレーション結果を図９Ｂに示す。図９Ｂにおいて、横軸はＹ軸方向の位置[μｍ]を表し、縦軸は印加磁場強度に対する図８Ｂ中に示した破線上での磁場強度の比、すなわちエンハンス率［％］を表す。軟磁性体１０は、Ｘ軸方向の寸法が７０μｍ、Ｙ軸方向の寸法が４０μｍ、Ｚ軸方向の寸法が５μｍの直方体からなる平板部１１に、複数の凸部１２を配置したものである。複数の凸部１２の形状、大きさおよび配置位置は、図８Ａに示した複数の軟磁性体１１２の形状、大きさおよび配置位置と同じである。軟磁性体４０は、Ｘ軸方向の寸法が７０μｍ、Ｙ軸方向の寸法が４０μｍ、Ｚ軸方向の寸法が５μｍの直方体からなる平板部４１に、複数の凸部４２を配置したものである。複数の凸部４２の形状、大きさおよび配置位置は、図８Ａに示した複数の軟磁性体１４２の形状、大きさおよび配置位置と同じである。

図９Ａに示したように、実験例１−１では、軟磁性体１１２と軟磁性体１４２との間の領域においてエンハンス率が増大し、最大で約２００％となった。一方、図９Ｂに示したように、実験例１−２では、凸部１２と凸部４２との間の領域においてエンハンス率が増大し、最大で約５００％となった。このように、印加磁場の方向と直交する面内に広がる平板部に凸部を設けることにより、磁場強度を局所的に増強することができることが確認できた。

［４．２ 実験例２−１〜２−２］
次に、図１０に示した軟磁性体５０に対し＋Ｚ方向の外部磁場が印加されたときのエンハンス率を求めた。軟磁性体５０は、外縁５１Ａを含む円盤状の平板部５１に、直径Ｒ５２の円柱状の凸部５２が立設されたものである。外縁５１Ａから凸部５２の外縁までの長さをＬ１［μｍ］とする。ここでは、印加する＋Ｚ方向の外部磁場を０．１ｍＴとし、そのときの先端部５２Ｔの直上（０．５μｍの地点）における磁場強度が０．１ｍＴの何倍となるかをシミュレーションにより求めた。また、実験例２−１では、凸部５２の高さＨ５２を２μｍとし、長さＬ１を２μｍ〜８μｍの範囲で変化させた。実験例２−２では、凸部５２の高さＨ５２を５μｍとし、長さＬ１を２μｍ〜２０μｍの範囲で変化させた。実験例２−３では、凸部５２の高さＨ５２を１０μｍとし、長さＬ１を２μｍ〜２５μｍの範囲で変化させた。実験例２−４では、凸部５２の高さＨ５２を１５μｍとし、長さＬ１を２μｍ〜２５μｍの範囲で変化させた。なお、平板部５１の厚さＴ５１は１μｍとし、凸部５２の直径Ｒ５２を２μｍとした。それらのシミュレーション結果を図１１にまとめて示す。図１１において、横軸は凸部の高さＨ５２に対する長さＬ１の比（図１１では単にＬ／Ｈと表す）を表し、縦軸は印加磁場強度に対する先端部５２Ｔの直上（０．５μｍの地点）における磁場強度の比、すなわちエンハンス率［％］を表す。

図１１の結果から、比Ｌ／Ｈが１以上であれば、実質的に最も高いエンハンス率［％］が得られることがわかった。

＜５．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、図１２に示した第３の変形例としての磁場検出装置４のように、対向配置された一対の軟磁性体のうちの一方の軟磁性体１０における凸部１２の高さＨ１２と他方の軟磁性体４０における凸部４２の高さＨ４２とが異なる（図１２ではＨ１２＜Ｈ４２の場合を例示）ようにしてもよい。

また、凸部の形状も略直方体状や略円柱状に限定されず、例えば図１３および図１４に示した第４および第５の変形例としての磁場検出装置５，６のように、三角形状や台形状の断面を有する凸部１２，４２であってもよい。

また上記実施の形態等では、磁気検出素子として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、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感磁方向がＺ軸方向であるホール素子を用いた場合、例えば図１５Ａおよび図１５Ｂに例示した磁場検出装置７Ａおよび磁場検出装置７Ｂのように、凸部１２または凸部４２とＺ軸方向において重複する位置、すなわち、凸部１２および凸部４２の直上もしくは直下にホール素子２０Ｈを配置するとよい。

さらに、上記第３の実施の形態としての磁場検出装置３では、ＸＹ面内においてマトリックス状に配列された複数の磁気検出素子２０に対し、Ｘ軸方向に延在する略直方体状の凸部１２および凸部４２をそれぞれＹ軸方向に複数配列するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図１６Ａおよび図１６Ｂに例示した磁場検出装置８Ａおよび磁場検出装置８Ｂのように、凸部１２および凸部４２を、Ｘ軸方向においてもそれぞれ複数に分割してもよい。すなわち凸部１２および凸部４２を、磁気検出素子２０に対応してそれぞれ１つずつ設けるようにしてもよい。その場合、磁場検出装置８Ａ，８Ｂでは、Ｘ軸方向において隣り合う凸部１２の外縁同士の間隔ＬＸ１２が、凸部１２の高さＨ１２の２倍以上であるとよい。すなわち、磁場検出装置８Ａ，８Ｂは下記の条件式（５）を満たしているとよい。同様に、軟磁性体４０の、Ｘ軸方向において隣り合う凸部４２の外縁同士の間隔ＬＸ４２が、凸部４２の高さＨ４２の２倍以上であるとよい。すなわち、磁場検出装置３は下記の条件式（６）を満たしているとよい。

ＬＸ１２／Ｈ１２≧２ …（５）
ＬＸ４２／Ｈ４２≧２ …（６）

１〜７…磁場検出装置、１０，１０Ａ，４０…軟磁性体、１１，４１…平板部、１２，４２…凸部、１３…非磁性層、２０…磁気検出素子、２１〜２４…リード。

Claims (9)

1. 第１の外縁を含む第１の面を有する一の第１の平板部と、前記第１の面のうちの前記第１の外縁から後退した第１の配置位置に各々設けられて前記第１の面と反対側に第１の先端部を各々含む複数の第１の凸部と、を有する第１の軟磁性体と、
   前記複数の第１の凸部における前記第１の先端部の各々の近傍に設けられた１以上の磁気検出素子と
   を備え、
   前記第１の軟磁性体は、前記第１の平板部と前記第１の凸部との間に非磁性層を有する
   磁場検出装置。
2. 第２の外縁を含むと共に前記第１の面と対向する第２の面を有する一の第２の平板部と、前記第２の面のうちの前記第２の外縁から後退した第２の配置位置に各々設けられて前記第２の面と反対側に第２の先端部を各々含む複数の第２の凸部と、を有する第２の軟磁性体をさらに備えた
   請求項１記載の磁場検出装置。
3. 前記第２の軟磁性体は、前記第２の平板部と前記第２の凸部との間に非磁性層をさらに有する
   請求項２記載の磁場検出装置。
4. 第１の外縁を含む第１の面を有する一の第１の平板部と、前記第１の面のうちの前記第１の外縁から後退した第１の配置位置に各々設けられて前記第１の面と反対側に第１の先端部を各々含む複数の第１の凸部と、を有する第１の軟磁性体と、
   前記複数の第１の凸部における前記第１の先端部の各々の近傍に設けられた１以上の磁気検出素子と、
   第２の外縁を含むと共に前記第１の面と対向する第２の面を有する一の第２の平板部と、前記第２の面のうちの前記第２の外縁から後退した第２の配置位置に各々設けられて前記第２の面と反対側に第２の先端部を各々含む複数の第２の凸部と、を有する第２の軟磁性体と
   を備えた磁場検出装置。
5. 前記磁気検出素子は、前記第１の先端部と前記第２の先端部との間に設けられている
   請求項４に記載の磁場検出装置。
6. 下記の条件式（２）および条件式（４）を満たす
   請求項４または請求項５に記載の磁場検出装置。
   Ｌ２／Ｈ２≧１ …（２）
   Ｌ４／Ｈ２≧２ …（４）
   Ｌ２：前記第２の面と直交する高さ方向に平行であって前記第２の平板部、前記第２の凸部および前記磁気検出素子の全てを含む任意の第２の断面において、前記第２の外縁から前記第２の凸部のうち最も前記第２の面に近い部分の前記第２の面に平行な第４の外縁までの、前記第２の面に沿った第２の長さ
   Ｌ４：前記第２の面と直交する高さ方向に平行であって前記複数の第２の凸部を含む任意の第４の断面における、前記第２の面に沿った方向の、隣接する前記複数の第２の凸部の前記第４の外縁同士の間隔
   Ｈ２：前記第２の面と直交する高さ方向における、前記第２の面に対する前記第２の先端部の第２の高さ
7. 前記第１の面と前記第２の面とは実質的に平行であり、
   前記第１の面および前記第２の面に沿った面内方向において、前記第１の配置位置と前記第２の配置位置とが異なっている
   請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
8. 以下の（Ａ）〜（Ｃ）のいずれか１つを満たす
   （Ａ）前記第１の平板部と前記第１の凸部とが接すると共に前記第２の平板部と前記第２の凸部とが離間している。
   （Ｂ）前記第１の平板部と前記第１の凸部とが離間すると共に前記第２の平板部と前記第２の凸部とが接している。
   （Ｃ）前記第１の平板部と前記第１の凸部とが接すると共に前記第２の平板部と前記第２の凸部とが接している。
   請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
9. 下記の条件式（１）および条件式（３）を満たす
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の磁場検出装置。
   Ｌ１／Ｈ１≧１ …（１）
   Ｌ３／Ｈ１≧２ …（３）
   Ｌ１：前記第１の面と直交する高さ方向に平行であって前記第１の平板部、前記第１の凸部および前記磁気検出素子の全てを含む任意の第１の断面において、前記第１の外縁から前記第１の凸部のうち最も前記第１の面に近い部分の前記第１の面に平行な第３の外縁までの、前記第１の面に沿った第１の長さ
   Ｌ３：前記第１の面と直交する高さ方向に平行であって前記複数の第１の凸部を含む任意の第３の断面における、前記第１の面に沿った方向の、隣接する前記複数の第１の凸部の前記第３の外縁同士の間隔
   Ｈ１：前記第１の面と直交する高さ方向における、前記第１の面に対する前記第１の先端部の第１の高さ

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