JP6438930B2 - 磁場検出装置 - Google Patents
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Description
L1/H1≧1 …(1)
L2/H2≧1 …(2)
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
[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。
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。
LY1/H12≧1,LY2/H12≧1 …(1B)
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。
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。
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。
LY3/H42≧1,LY4/H42≧1 …(2B)
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。
LY42/H42≧2 …(4)
[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。
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。
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。
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。
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。
LX42/H42≧2 …(6)
Claims (6)
- 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複数の磁気検出素子と
を備えた磁場検出装置。 - 下記の条件式(1)および条件式(3)を満たす
請求項1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 - 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または請求項2に記載の磁場検出装置。 - 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3に記載の磁場検出装置。 - 下記の条件式(2)および条件式(4)を満たす
請求項3または請求項4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 - 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3から請求項5のいずれか1項に記載の磁場検出装置。
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