JPWO2004005842A1 - 読み取り装置とこれを用いた認証器 - Google Patents

Abstract

本発明の読み取り装置（１）は、対象物（１０１）の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、上記表面と接触したときに、上記形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部（２）と、磁気変位部（２）の磁気状態を検知する検出部（３）とを含んでいる。また、本発明の認証器は、上記読み取り装置と、メモリ部と、照合部とを含み、メモリ部には、対象物の表面の形状が予め登録してあり、照合部によって、読み取り装置によって読み取られた上記形状と、メモリ部に登録してある上記形状とを照合する。 このような読み取り装置および認証器とすることによって、磁気変位を検知方式に用いた読み取り装置および認証器を提供することができる。

Description

本発明は、読み取り装置とこれを用いた認証器に関する。

現在の生活では、様々な状況において個人の認証が求められる。例えば、銀行口座の預金の管理、インターネットなどの通信回線を用いた情報の授受などにおいて、契約者個人であることの認証が必要である。従来、個人が予め決めておいた認証番号・記号などを、その都度入力し、照合する認証方法が一般的である。このような認証方法は、運用が極めて簡単（例えば、認証番号・記号の登録が容易であり、照合も容易に行える）であるため広く用いられている。しかし、近年のように個人の認証が求められる場面が増えてくると、それぞれの場面ごとに認証番号・記号の設定が必要となり、個人が全てを記憶することが困難になってくる。このため、個人の生体的特徴を利用したバイオメトリクス型の認証、なかでも指紋などの表面の形状を利用した簡便な認証が期待されている。指紋を利用した認証には、まず指紋の形状を検知する読み取り装置が必要である。現在、指紋の形状を検知できる読み取り装置（および、読み取り装置を用いた認証器）には、その検知方式により、主として３種類（静電容量式、感熱式、光学式）が存在する（例えば、Ｐ２０００−５０１６４０Ａ／ＪＰには感熱式の認証器が記載されている）。これら従来の読み取り装置には、種類に応じて異なるが、ＣＭＯＳ製造プロセスを応用して製造できるなどの長所と、静電気あるいは環境温度の変化に弱い、小型化に制約があるなどの短所とがある。

本発明は、これら従来の検知方式とは異なり、磁気状態の変化（磁気変位）を検知方式に用いた読み取り装置と、これを用いた認証器とを提供することを目的とする。
本発明の読み取り装置は、対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、前記表面と接触したときに、前記形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、前記磁気変位部の前記磁気状態を検知する検出部とを含んでいる。
本発明の読み取り装置では、前記形状が、凸部と凹部とからなり、前記磁気変位部は、前記表面が接触することによって生じる圧力によって、前記凸部が面する領域と前記凹部が面する領域との間で磁気状態が異なっていてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含んでいてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記転移体が、磁歪材料を含んでいてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記転移体が、式Ｆｅ−Ｚで示される組成を有する材料を含んでいてもよい。ただし、Ｚは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＴｂおよびＤｙから選ばれる少なくとも１種の元素である。
本発明の読み取り装置では、前記転移体の歪みの変化量が、１０^−３％以上であってもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、軟磁性層をさらに含み、前記軟磁性層と前記転移体とは磁気的に結合しており、前記転移体の磁気状態によって前記軟磁性層の磁気状態が異なってもよい。
本発明の読み取り装置では、前記検出部がコイルを含み、前記コイルによって前記磁気状態を検知してもよい。
本発明の読み取り装置では、前記検出部が磁気抵抗素子を含み、前記磁気抵抗素子によって前記磁気状態を検知してもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気抵抗素子は、非磁性層と、前記非磁性層を狭持する一対の磁性層とを含む多層構造を含み、双方の前記磁性層が有する磁化方向の相対角度により抵抗値が異なり、前記磁気変位部が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含み、前記転移体の磁気状態によって一方の前記磁性層の磁化方向が異なってもよい。
本発明の読み取り装置では、前記一方の磁性層と前記転移体とが磁気的に結合していてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気抵抗素子が反強磁性層をさらに含み、前記反強磁性層は、前記反強磁性層と前記非磁性層とによって他方の前記磁性層を狭持するように配置されていてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記一対の磁性層から選ばれる少なくとも１つの磁性層が、非磁性膜と、前記非磁性膜を狭持する一対の磁性膜とを含んでもよい。
本発明の読み取り装置では、前記一対の磁性膜が、積層フェリ結合および静磁結合から選ばれるいずれかの磁気的結合の状態にあってもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、前記対象物の前記表面に垂直な方向に固定されていてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、前記対象物の前記表面に垂直な方向に可動であってもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記検出部が点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。
本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部を移動させる第１のスキャン部をさらに含み、前記第１のスキャン部によって前記磁気変位部を前記対象物の表面に沿って移動させ、前記対象物の表面の形状を読み取ってもよい。
本発明の読み取り装置では、前記検出部を移動させる第２のスキャン部をさらに含み、前記第２のスキャン部によって前記検出部を前記磁気変位部に沿って移動させ、前記磁気変位部の磁気状態を検知してもよい。
本発明の読み取り装置では、前記対象物が人体であってもよい。
本発明の読み取り装置では、前記表面の形状が指紋であってもよい。
次に、本発明の認証器は、読み取り装置と、メモリ部と、照合部とを含み、前記読み取り装置は、対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、前記表面と接触したときに、前記形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、前記磁気変位部の前記磁気状態を検知する検出部とを含んでおり、前記メモリ部には、対象物の表面の形状が予め登録してあり、前記照合部によって、前記読み取り装置によって読み取られた前記形状と、前記メモリ部に登録してある前記形状とを照合する。

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の読み取り装置の一例を示す模式断面図である。
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の読み取り装置の別の一例を示す模式断面図である。
図３は、本発明の読み取り装置のまた別の一例を示す模式断面図である。
図４は、本発明の読み取り装置のさらにまた別の一例を示す模式断面図である。
図５は、本発明の読み取り装置に用いる磁気抵抗素子の一例を説明するための模式断面図である。
図６は、本発明の読み取り装置に用いる磁気抵抗素子の別の一例を説明するための模式断面図である。
図７は、本発明の読み取り装置に用いる磁気抵抗素子のまた別の一例を説明するための模式断面図である。
図８Ａから図８Ｄは、本発明の読み取り装置に用いる磁気変位部の配置の一例を示す模式図である。
図９Ａから図９Ｄは、本発明の読み取り装置に用いる検出部の配置の一例を示す模式図である。
図１０は、本発明の読み取り装置の上記とは別の一例を示す模式断面図である。
図１１は、本発明の読み取り装置の作動例を示す模式図である。
図１２は、本発明の読み取り装置の別の作動例を示す模式図である。
図１３は、本発明の読み取り装置のまた別の作動例を示す模式図である。
図１４は、本発明の読み取り装置の構造の一例を示す模式図である。
図１５は、本発明の読み取り装置の構造の別の一例を示す模式図である。
図１６Ａから図１６Ｆは、本発明の読み取り装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。
図１７は、本発明の認証器の一例を示す模式図である。
図１８は、実施例で測定した、指紋の形状の読み取り結果を示す図である。
図１９Ａから図１９Ｇは、本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。
発明の実施形態
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態において、同一の部分に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
まず、本発明の読み取り装置について説明する。
本発明の読み取り装置は、対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、対象物の表面と接触したときに、その表面の形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、磁気変位部の磁気状態を検知する検知部とを含んでいる。なお、磁気状態とは、磁気変位部が有する磁気的なパラメータである限り、特に限定されず、例えば、磁気変位部から生じる磁束の大きさ、磁気変位部が有する磁化方向および／または磁化の大きさなどを意味している。
このような読み取り装置とすることによって、従来の読み取り装置とは異なり、磁気状態の変化（磁気変位）を検知方式とする読み取り装置を得ることができる。このため、上述した従来の読み取り装置とは異なり、静電気や温度などの環境の影響を受けにくい読み取り装置とすることができる。また、光源、レンズなどの光学部品、あるいは、ヒーターなどの部品を省略することができるため、より小型、低消費電力の読み取り装置とすることもできる。さらに、本発明の読み取り装置は、後述するように、一般的なデバイス製造プロセス、半導体製造プロセスを応用して製造できる。なお、これらの効果は選択的な効果であって、本発明の読み取り装置が、これらすべての効果を同時に満たす必要はない。
図１Ａおよび図１Ｂに本発明の読み取り装置の一例を示す。図１Ａおよび図１Ｂに示す読み取り装置１は、対象物１０１の表面と接触したときに、その表面の形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部２と、磁気変位部２の磁気状態を検知する検出部３とを含んでいる。また、図１Ａおよび図１Ｂに示す検出部３は、磁気変位部２に沿って移動する（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す矢印に沿う方向に移動すればよい）ことによって、磁気変位部２の磁気状態を検知できる。なお、磁気変位部２および検出部３の具体例については、後述する。また、図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の読み取り装置の模式断面図であるが、説明を分かりやすくするためにハッチは省略する。以降の図についても、ハッチを省略する部分がある。
本発明の読み取り装置では、対象物の表面の形状が凸部と凹部とからなり、磁気変位部は、対象物の表面が接触することによって生じる圧力によって、凸部が面する領域と凹部が面する領域との間で磁気状態が異なっていてもよい。
図１Ａおよび図１Ｂの例に示すように、表面に凸部と凹部とを有する対象物１０１を磁気変位部２に接触させると、磁気変位部２のうち、対象物１０１の凸部に面している領域と、対象物１０１の凹部に面している領域とでは、対象物１０１から受ける圧力は異なる。例えば、磁気変位部２に上記圧力に応じて磁気状態が異なる材料を配置すれば、磁気変位部２には、対象物１０１の形状に応じて磁気状態の分布が生じることになる。この分布を検出部３によって検知すれば、対象物１０１の表面の形状を読み取れることになる。なお、対象物１０１の表面の形状を読み取る際には、磁気変位部２と対象物１０１の凸部とは接触している必要があるが、磁気変位部２と対象物１０１の凹部とは接触していても、接触していなくてもよい。
ここで、磁気変位部２について説明する。
本発明の読み取り装置では、磁気変位部２は、対象物の表面の形状に応じて磁気状態が異なれば、その材料、構成などは特に限定されない。例えば、磁気変位部２が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含んでいてもよい。このような転移体を含むことによって、磁気変位部２に、対象物１０１の形状に応じた磁気状態の分布を発生させることができる。
図２Ａに、本発明の読み取り装置の別の一例を示す。図２Ａに示す読み取り装置１は、図１Ａに示す読み取り装置１の磁気変位部２が転移体４を含んでいる。
転移体４は、例えば、磁歪材料を含めばよい。このような材料は、圧力などの機械エネルギーによって磁気状態（例えば、磁化の大きさ、磁化方向など）が変化する特徴を有している。このため、磁気変位部２に、対象物１０１の形状に応じた磁気状態の分布を発生させることができる。
磁歪材料は、一般的に磁歪特性を有するとされる材料であれば、特に限定されない。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ａｌや；
式Ｆｅ−Ｚで示される組成を有する材料、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｔｂ−Ｆｅ、Ｄｙ−Ｆｅ、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕなど；
Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｏＦｅ_２Ｏ_４、ＮｉＣｏＦｅ_２Ｏ_４、ＮｉＣｕフェライト、ＮｉＣｕＣｏＦｅフェライトなどのフェライト類（オルソフェライトやスピネル型フェライトなどを含む）、センダスト；
式Ｄ−Ｅで示される組成を有する材料などのラーベス素材（ただし、Ｄは、ランタノイドから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｅは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
あるいは、希土類ガーネットなどを用いればよい。
なお、Ｎｉ−Ｆｅのように、組成比を示していない材料では、その組成比は特に限定されず、必要な特性に応じて任意に設定すればよい。以下に示す材料についても、同様である。
また、あるいは、式ＡＭＯ_３で示される組成を有する金属酸化物を用いてもよい。ただし、Ａは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｔｌ、Ｓｒ、ＣａおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｍは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素である。なかでも、Ａが、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＬｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｍが、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であることが好ましく、式（Ｂｉ、Ｌａ）（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）ＭｎＯ_３で示される組成の材料がより好ましい。
本発明の読み取り装置では、転移体４の歪みの変化量は、例えば、１０^−３％以上であればよい。なかでも、１０^−２％以上であることが好ましい。例えば、Ｆｅ−ＳｉやＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅなどの材料は、上記１０^−２％以上の条件を満たしている。なお、転移体４の歪みの変化量の上限は特に限定されないが、例えば、１０^２％以下であればよい。なお、歪みの変化量が大きければ、それだけ転移体を薄く、小型化できる。
転移体４の厚さ（対象物１０１の磁気変位部２と接触する表面に垂直な方向の厚さ、以降に示す「厚さ」もすべて同様である）は、特に限定されず、転移体の特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、１０ｎｍ以上１０^４μｍ以下の範囲、好ましくは、１００ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲であればよい。なお、転移体４は、１つの材料からなるだけでなく、複数の材料の層からなる多層構造を有していてもよい。
本発明の読み取り装置の別の一例を図２Ｂに示す。図２Ｂに示す読み取り装置１は、図２Ａに示す読み取り装置１の磁気変位部２が軟磁性層５をさらに含み、軟磁性層５と転移体４とが磁気的に結合しており、転移体４の磁気状態によって軟磁性層５の磁気状態が異なっている。この場合、軟磁性層５の磁気状態の分布を検出部３によって検知すればよい。このような読み取り装置では、転移体４の厚さを薄くすることが可能であり、転移体４だけの場合に比べると、軟磁性層５を含めても磁気変位部２をより薄くすることができる。よって、より小型の読み取り装置１とすることができる。
軟磁性層５に用いる材料は、特に限定されず、例えば、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏなどの軟質磁性合金を用いればよい。なかでも、軟質磁性合金としてＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏを用いる場合、式Ｎｉ_ｘＦｅ_ｙＣｏ_ｚで示される原子組成比を有する合金（ただし、ｘ、ｙおよびｚは、０．６≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．４を満たす数値である）、あるいは、式Ｎｉ_ｘ’Ｆｅ_ｙ’Ｃｏ_ｚ’で示される原子組成比を有する合金（ただし、ｘ’、ｙ’およびｚ’は、０≦ｘ’≦０．４、０≦ｙ’≦０．５、０．２≦ｚ’≦０．９５を満たす数値である）が好ましい。また、これらの軟磁性合金は低磁歪特性（１×１０^{− ５}以下）を有しているため、より特性に優れる軟磁性層５とすることができる。
本発明の読み取り装置では、磁気変位部２の対象物１０１が接触する面には、磁気変位部２の表面を保護するための保護層を含んでいてもよい。例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示す例では、転移体４と対象物１０１との間に、転移体４の表面を保護するための保護層を含んでいてもよい。より耐久性に優れる読み取り装置１とすることができる。保護層の厚さは、対象物１０１が接触したときに、その表面の形状に応じて磁気変位部２の磁気状態が異なることができれば特に限定されない。例えば、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲である。
保護層に用いる材料は特に限定されず、例えば、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの金属材料、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｎＳ、ＭｏＳ_２などの無機化合物材料、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などのカーボン材料、ポリイミド、フッ素系樹脂（例えば、デュポン社製テフロン（Ｒ））などの樹脂材料などを用いればよい。
磁気変位部２の具体的な配置の方法については、検出部３の具体的な配置の方法と併せて後述する。
次に、検出部３について説明する。
本発明の読み取り装置では、検出部３がコイルを含み、コイルによって磁気変位部２の磁気状態を検知してもよい。検出部３がコイルを含む場合、例えば、磁気変位部２から発する漏れ磁界（より具体的には、図２Ａに示す例では、転移体４から発する漏れ磁界、図２Ｂに示す例では、転移体４および／または軟磁性層５から発する漏れ磁界）をコイルがピックアップすることによって、磁気変位部２の磁気状態を検知することができる。また、コイルを組み込んだ検出部３は、一般的なデバイス製造プロセスにより作製することができる。このため、より低コストの読み取り装置１とすることができる。
コイルの構造は、磁気変位部２の磁気状態を検知することができる限り、特に限定されない。磁気変位部２の磁気的な特性、読み取り装置として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、最も単純な構造として、単巻きのコイルであればよい。
コイルに用いる材料は、導電性材料であれば特に限定されず、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ−Ｎなどを用いればよい。なかでも、線抵抗率が１００μΩ・ｃｍ以下の材料が好ましい。
本発明の読み取り装置では、検出部３が磁気抵抗素子（以下、単に「ＭＲ素子」ともいう）を含み、ＭＲ素子によって磁気変位部２の磁気状態を検知してもよい。検出部３がＭＲ素子を含む場合、例えば、磁気変位部２から発する漏れ磁界をＭＲ素子がピックアップすることによって、磁気変位部２の磁気状態を検知することができる。また、ＭＲ素子を組み込んだ検出部３は、一般的な半導体製造プロセスにより作製することができる。また、後述するが、磁気変位部２と検出部３とを一体化して形成することもできるため、より特性の安定した読み取り装置１とすることができる。
ＭＲ素子は、磁気抵抗効果を示す素子であれば特に限定されず、一般的なＭＲ素子を用いればよい。例えば、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を利用した素子（ＡＭＲ素子：ＡＭＲ効果は、素子を構成する磁性膜の磁化方向と、素子を流れる電流の方向との相対角度により素子の電気抵抗値が異なる現象）や、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用した素子（ＧＭＲ素子：ＧＭＲ効果は、非磁性金属層を介して積層した一対の磁性層の磁化方向の相対角度により素子の電気抵抗値が異なる現象）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を利用した素子（ＴＭＲ素子：ＴＭＲ効果は、非磁性絶縁層を介して積層した一対の磁性層の磁化方向の相対角度により素子の電気抵抗値が異なる現象）を用いればよい。なかでも、より大きい磁気抵抗効果を得られるＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子を用いることが好ましい。
図３に本発明の読み取り装置のまた別の一例を示す。図３に示す読み取り装置１は、検出部３がＭＲ素子９を含んでおり、ＭＲ素子９によって磁気変位部２の磁気状態を検知する読み取り装置１である。ここで、ＭＲ素子９は、非磁性層８と、非磁性層８を狭持する一対の磁性層６および７とを含む多層構造を含み、双方の磁性層６および７が有する磁化方向の相対角度により抵抗値が異なる素子である。また、図３に示す読み取り装置１は、磁気変位部２が機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体４を含み、転移体４の磁気状態によって一方の磁性層６の磁化方向が異なる。このような読み取り装置では、ＭＲ素子はＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子となり、磁性層６の磁化方向に応じてＭＲ素子９の電気抵抗値が異なるため、転移体４の（即ち、磁気変位部２の）磁気状態を検知することができる。
なお、一般に、ＭＲ素子における上記一対の磁性層のうち、相対的に磁化方向が変化しやすい磁性層を自由磁性層、相対的に磁化方向が変化しにくい磁性層を固定磁性層という。図３に示す例では、磁気変位部２のより近くに配置されている磁性層６を自由磁性層、磁気変位部２からより遠くに配置されている磁性層７を固定磁性層とするＭＲ素子９とすればよい。そのためには、例えば、磁気変位部２と磁気的に結合した磁性層６としたり、磁性層６と磁性層７との間で異なる材料を用いたり、反強磁性層をさらに含むＭＲ素子とすればよい。具体例は後述する。また、図３に示す例において、磁性層６と転移体４とは必ずしも接触していなくてもよい。
図４に本発明の読み取り装置のさらにまた別の一例を示す。図４に示す読み取り装置１は、図３に示す読み取り装置１における転移体４と磁性層６とが磁気的に結合している読み取り装置である。このような読み取り装置では、磁性層６を自由磁性層、磁性層７を固定磁性層とするＭＲ素子９とすることができる。また、転移体４の磁気変位を漏れ磁界としてＭＲ素子９により検出する場合に比べて、転移体４の磁気変位を磁性層６の磁化方向に、より直接的に反映させることができるため、より特性に優れる読み取り装置１とすることができる。さらに、自由磁性層である磁性層６に上述の軟磁性層を用いれば、磁性層６が検出部３の一部であると同時に、磁気変位部２の一部である読み取り装置１とすることもできる。即ち、磁気変位部２と検出部３とを一体化した読み取り装置とすることも可能であり、より小型で特性に優れる読み取り装置とすることができる。なお、図４に示す例において、磁性層６と転移体４とが磁気的に結合できる限り、磁性層６と転移体４とは必ずしも接触していなくてもよい。
磁性層６および磁性層７に用いる材料は、磁性材料である限り特に限定されない。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの単体；
Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏなどの合金；
式Ｘ^１−Ｘ^２−Ｘ^３で示される組成を有する磁性体（ただし、Ｘ^１は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ^２は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＧｅおよびＧａから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ^３は、Ｎ、Ｂ、Ｏ、ＦおよびＣから選ばれる少なくとも１種の元素である。例えば、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ−Ｔｉ−Ｎ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔｉ−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ（Ａｌ，Ｓｉ）−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔａ−Ｎなど）；
式（Ｃｏ，Ｆｅ）−Ｘ^４で示される組成を有する磁性体（ただし、Ｘ^４は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｕおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
式Ｘ^１−Ｘ^５で示される組成を有する磁性体（ただし、Ｘ^１は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ^５は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素である。例えば、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔｉ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｐｔ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｐｄ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｒｈ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｉｒ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｒｕ、Ｆｅ−Ｐｔなど）；
式Ｘ^６−Ｍｎ−Ｓｂで示される組成を有するハーフメタル材料（ただし、Ｘ^６は、Ｎｉ、ＣｕおよびＰｔから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
Ｆｅ_３Ｏ_４、式（Ｄ、Ｇ）−Ｊ−Ｏ_３で示される組成を有する材料、式（Ｄ、Ｇ）−Ｊ_２−Ｏ_５＋ｄ示される組成を有する材料、ＣｒＯ_２などのハーフメタル材料（ただし、Ｄは、ランタノイドから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｇは、アルカリ土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｊは、ＩＶａ族〜ＶＩＩａ族、ＶＩＩＩ族およびＩｂ族〜ＩＩＩｂ族の遷移金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素である。また、ｄは、０≦ｄ≦１．５を満たす数値である）；
式Ｘ^７−Ｘ^８−Ｘ^９で示される組成を有する磁性半導体（ただし、Ｘ^７は、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅを含む）、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＴａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ^８は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＦおよびＳから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ^９は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
式Ｘ^９−Ｘ^１０−Ｘ^１１で示される組成を有する磁性半導体（ただし、Ｘ^９は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘ^１０は、Ｂ、Ａｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘ^１１は、Ａｓ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＳから選ばれる少なくとも１種の元素である。例えば、Ｇａ−Ｍｎ−Ｎ、Ａｌ−Ｍｎ−Ｎ、Ｇａ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎ、Ａｌ−Ｂ−Ｍｎ−Ｎなど）；
その他、ペロブスカイト型酸化物、フェライトなどのスピネル型酸化物、ガーネット型酸化物などを用いればよい。
また、なかでも自由磁性層となる磁性層６には、例えば、上述の軟磁性層と同様の材料を用いればよい。
磁性層６および磁性層７の厚さは、特に限定されず、ＭＲ素子９として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲であればよい。
非磁性層８に用いる材料は、非磁性であれば導電性の材料であっても、絶縁性の材料であってもよい。導電性の材料を用いた場合、磁気抵抗素子は、いわゆるＧＭＲ素子となる。また、絶縁性の材料を用いた場合、磁気抵抗素子は、いわゆるＴＭＲ素子となる。
非磁性かつ導電性の材料は、例えば、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＲｅおよびＯｓから選ばれる少なくとも１種の元素を用いればよい。これら元素の合金や酸化物を用いてもよい。また、非磁性層に導電性の材料を用いる場合、その膜厚は、例えば、０．２ｎｍ以上１．２ｎｍ以下の範囲であればよい。
非磁性かつ絶縁性の材料は、絶縁体および／または半導体であれば特に限定されない。例えば、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅを含む）などのＩＩａ族元素〜ＶＩａ族元素、および、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、ＧａおよびＳｉなどのＩＩｂ族元素〜ＩＶｂ族元素から選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素との化合物であればよい。なかでも、Ａｌの酸化物、窒化物、酸窒化物から選ばれる少なくとも１種の化合物が、磁気抵抗素子の特性などの観点から好ましい。非磁性層に絶縁性の材料を用いる場合、その膜厚は、例えば、０．２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲であればよい。
本発明の読み取り装置において、ＭＲ素子９が、図５に示すようなＭＲ素子９であってもよい。図５に示すＭＲ素子９は、反強磁性層１０をさらに含んでいる。また、反強磁性層１０は、反強磁性層１０と非磁性層８とによって、転移体４の磁気状態の影響を相対的に受けにくい磁性層（即ち、転移体４からより遠い磁性層７）を狭持するように配置されている。このようなＭＲ素子では、反強磁性層１０と磁性層７とが磁気的に結合するため、磁性層７の磁化方向をより固定することができる。このため、より磁気抵抗効果の大きいＭＲ素子とすることができる。なお、図５では、説明を分かりやすくするために、ＭＲ素子９以外にも転移体４を記載している。以降の図６および図７についても同様である。
反強磁性層１０に用いる材料は、反強磁性を有する磁性材料である限り特に限定されない。例えば、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｐｄ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎなどの合金、あるいは、反強磁性を有する遷移金属酸化物を用いればよい。また、反強磁性層の厚さは、特に限定されず、例えば、０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲である。
本発明の読み取り装置において、一対の磁性層のうち少なくとも１つが、非磁性膜と、非磁性膜を狭持する一対の磁性膜とを含んでいてもよい。
例えば、図６に示すＭＲ素子９では、自由磁性層である磁性層６が、非磁性膜６２と、非磁性膜６２を狭持する一対の磁性膜６１および６３とを含んでいる。
非磁性膜を一対の磁性膜で狭持する多層膜構造では、非磁性膜の材料および膜厚を制御することによって、上記一対の磁性膜を磁気的に結合させることができる（その結合の仕方によって、積層フェリ結合と静磁結合とがある）。このような多層膜構造では、一対の磁性膜の磁気的な実効膜厚は、両者の膜厚の和ではなく、両者の膜厚の差によってほぼ示されると考えられる。即ち、一対の磁性膜における膜厚の差を制御することによって、より磁気的な実効膜厚が小さい磁性膜を形成することが可能になる。このため、磁性層が、上記の多層膜構造を含むことによって、磁性層の磁気的な実効膜厚をより小さくすることができる。磁性層の磁気的な実効膜厚が小さくなれば磁性層の飽和磁化の大きさを小さくでき（反磁界の大きさを小さくでき）、より高感度のＭＲ素子とすることができる。
例えば、図６に示す例では、自由磁性層である磁性層６の磁化方向の変化をより容易にすることができる。
磁性膜６１および６３の膜厚の差は特に限定されず、磁性層として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下の範囲である。このとき、上記多層膜構造を含む磁性層の磁気的な実効膜厚は、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下となる。あまりに差が大きいと、単層の磁性層の膜厚と変らなくなり、効果が小さくなる。また、あまりに差が小さいと、磁性層として必要な特性が得られなくなる可能性がある。
また、非磁性膜６２に用いる材料は、導電性の材料であれば特に限定されない。例えば、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＲｅおよびＯｓから選ばれる少なくとも１種の元素などを用いればよい。また、非磁性膜に用いる材料によって異なるが、その膜厚を、例えば、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下の範囲にすることによって、磁性膜６１および６３を積層フェリ結合させることができる。その膜厚を、例えば、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることによって、磁性膜６１および６３を静磁結合させることができる。
自由磁性層である磁性層が、このような多層膜構造を含むことによって、微細な素子においても、自由磁性層としての磁化が消失することなく、かつ、軟磁性を保持することができる。
なお、積層フェリ結合は、ＭＲ素子の面方向における磁性層（磁性膜）の面積がサブミクロンオーダー以下の場合に特に効果的となる。また、静磁結合は、磁性層（磁性膜）の面積がより大きい場合（例えば、１００ミクロンオーダー以下）に特に効果的となる。
また、図７に示すＭＲ素子９では、固定磁性層である磁性層７が、非磁性膜７２と、非磁性膜７２を狭持する一対の磁性膜７１および７３とを含んでいる。図７に示すＭＲ素子９では、磁性層７と反強磁性層１０とが磁気的に結合しており、固定磁性層である磁性層７が上記多層膜構造を含むことによって、磁性層７の磁化方向をより固定することができる。また、磁性膜７１と磁性膜７３とが、非磁性膜７２を介して反強磁性的に結合する場合（積層フェリ結合）、磁束漏れを抑制することができる。なお、磁性膜７１および７３は、磁性膜６１および６３と同様であればよく、非磁性膜７２は、非磁性膜６２と同様であればよい。
なお、本発明の読み取り装置に用いるＭＲ素子には、その他、必要に応じて任意の特性を有する層を付加することができる。
また、ＭＲ素子に電流を印加して磁気抵抗効果を測定する方法は、一般的なＭＲ素子で用いられている方法を用いればよい。なお、ＴＭＲ素子の場合には、素子の面方向に垂直な方向に（即ち、非磁性層を介して）電流を印加する必要があるが、ＧＭＲ素子の場合には、素子の面方向に垂直な方向に電流を印加するＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲとしても、素子の面方向に平行な方向に電流を印加するＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲとしてもよい。
また、磁気抵抗効果を測定する際には、検出部３がＭＲ素子９に対する参照抵抗を含んでいてもよい。この場合、参照抵抗との差を読み出すことができるため、より特性が安定した読み取り装置１とすることができる。なお、参照抵抗は、例えば、ＭＲ素子の一部を用いればよい。
次に、磁気変位部２および検出部３の配置方法について説明する。
本発明の読み取り装置では、磁気変位部が、対象物の表面（形状を読み取る面）に垂直な方向に固定されていてもよい。また、磁気変位部が、対象物の表面に垂直な方向に可動であってもよい。例えば、図１Ａに示す例では、磁気変位部２は、対象物１０１の表面に垂直な方向に対して固定されている。また、図２Ａに示す例では、磁気変位部２は、対象物１０１の表面に対して垂直な方向に対して可動である。このように、本発明の読み取り装置は、磁気変位部が固定、可動のいずれの構成にすることもできる。固定にするか、可動にするか、また、可動にする場合にその移動量などは、読み取り装置として必要な特性や対象物の種類などに応じて任意に設定することができる。例えば、対象物の表面の形状が指紋であり、磁気変位部を可動にする場合、磁気変位部の対象物の表面に垂直な方向への移動量は、例えば、１ｎｍ以上１０００μｍ以下の範囲程度であればよい。
本発明の読み取り装置では、磁気変位部が、点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。
本発明の読み取り装置における磁気変位部の配置の例を図８Ａ〜図８Ｄに示す。図８Ａに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面（図８Ａ中の点線部分、以下の図８Ｂ〜図８Ｄにおいても同様）に対して、磁気変位部２が点状に配置されている。この場合、読み取り装置が磁気変位部２を移動させるスキャン部を含み、スキャン部によって磁気変位部２を対象物１０１の読み取るべき表面に沿って移動させる（例えば、図８Ａに示す矢印の方向）ことによって、対象物１０１の読み取るべき表面をすべて読み取ることができる。図８Ｂに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面に対して、磁気変位部２が線状に配置されている。また、図８Ｃに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面に対して、磁気変位部２が面状に配置されている。これらの場合も、図８Ａと同様に磁気変位部２を移動させる（例えば、図８Ｂおよび図８Ｃに示す矢印の方向）ことによって、対象物１０１の読み取るべき表面をすべて読み取ることができる。図８Ｄに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面に対して磁気変位部２が面状に配置されており、その面積は、上記表面とほぼ同等、あるいはそれ以上の大きさにある。このような場合は、磁気変位部２を移動させることなく、対象物１０１の読み取るべき表面をすべて読み取ることができる。
同様に、本発明の読み取り装置では、検出部が、点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。
本発明の読み取り装置における検出部の配置の例を、図９Ａ〜図９Ｄに示す。図９Ａ〜図９Ｄに示す例は、図８Ａ〜図８Ｄに示す磁気変位部２を検出部３に、対象物１０１の読み取るべき表面を磁気変位部における磁気状態を検知すべき領域１１（図９Ａ〜図９Ｄにおける点線部）にすれば、図８Ａ〜図８Ｄに示す例と同様である。図９Ａ〜図９Ｄに示すいずれの例においても、検出部３によって、磁気変位部の磁気状態を検知することができる。なお、図９Ａ〜図９Ｃに示す例のように、検出部３のスキャンが必要な場合は、読み取り装置が検出部３を移動させるスキャン部を含み、スキャン部によって検出部３を磁気変位部に沿って移動させればよい。
磁気変位部２および検出部３を移動させるスキャン部の構造は、特に限定されない。移動手段として一般的な構造、方法を用いればよい。例えば、プリンタやスキャナーなどでヘッドを移動させるために用いる構造、方法や、ハードディスクドライブなどでカンチレバーを移動させるために用いる構造、方法などを応用すればよい。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などに用いられるピエゾ素子を用いたり、上記構造、方法と組み合わせたりしてもよい。
なお、磁気変位部の配置と、検出部の配置とは任意の組み合わせで設定することができる。また、線状の磁気変位部および検出部は、点状の磁気変位部（磁気変位素子）および点状の検出部（検出素子）の集合体であってもよい。面状の磁気変位部および検出部についても同様であり、磁気変位素子および検出素子の集合体であってもよい。例えば、図８Ｄに示す磁気変位部２と図９Ｄに示す検出部３とを用いた読み取り装置の一例の断面模式図（図８Ｄおよび図９Ｄに示す直線Ａ−Ａ’で切断したと仮定）を図１０に示す。図１０に示す読み取り装置１では、磁気変位部２と検出部３とは、それぞれ磁気変位素子１１と検出素子１２との集合体となっている。なお、磁気変位素子１１は、点状の転移体４と点状の軟磁性層５を含んでいる。また、各素子は、図１０における斜線部分の領域である。
磁気変位素子の面方向（対象物の表面に平行な方向）の面積は、例えば、１００ｎｍ^２以上１０^６μｍ^２以下の範囲であり、なかでも指紋を読み取る場合、１０００ｎｍ^２以上１０^１０ｎｍ^２以下の範囲が好ましい。上記面積が小さいほど、同一の領域を読み取るために必要な素子数は増えるが、読み取った情報（例えば、対象物の表面の形状を示す画像など）をより精細にすることができる。
同様に、検出素子の面方向（対象物の表面に平行な方向）の面積は、例えば、１００ｎｍ^２以上１０^６μｍ^２以下の範囲であり、なかでも指紋を読み取る場合、１０００ｎｍ^２以上１０^１０ｎｍ^２以下の範囲が好ましい。上記面積が小さいほど、同一の領域の磁気状態を検知するために必要な素子数は増えるが、読み取った情報をより精細にすることができる。なお、検出素子がＭＲ素子を含み、ＭＲ素子の上記面方向の面積が、例えば、１μｍ^２以下での場合、ＭＲ素子の自由磁性層に積層フェリ結合の状態にある多層膜構造が含まれていることが好ましい。
磁気変位素子および検出素子の形状は、特に限定されず、例えば、それぞれの面方向に切断した面の形状が、正方形状、長方形状、円形状、楕円形状、多角形状であればよい。
読み取り装置が、磁気変位素子の集合体である磁気変位部、および検出素子の集合体である検出部を含む場合における作動例を図１１〜図１３に示す。
図１１に示す読み取り装置１では、対象物１０１の表面の凸部が接触している転移体４ａの磁気状態は、凸部が接触していない（即ち、凹部が面している）転移体４ｂの磁気状態とは異なっている。この磁気状態の差によって、検出部３であるコイル１３ａとコイル１３ｂとの出力が異なる（Ｏｕｔ１とＯｕｔ２）ことによって、対象物１０１の表面の形状を読み取ることができる。
図１２、図１３に示す例においても同様である。図１２は、検出部３がＭＲ素子を含む場合である。転移体４ａおよび４ｂの磁気状態が異なれば、ＭＲ素子９ａおよび９ｂにおける、磁性層６ａおよび６ｂの磁化方向が異なる。このため、ＭＲ素子９ａとＭＲ素子９ｂとの出力が異なることによって、対象物１０１の表面の形状を読み取ることができる。図１３は、図４に示す例と同様に、磁気変位部２と検出部３とが一体化している場合である。この場合も、ＭＲ素子９ａとＭＲ素子９ｂとの出力が異なることによって、対象物１０１の表面の形状を読み取ることができる。
本発明の読み取り装置では、図１４に示すように、対象物１０１の表面の形状を読み取る際に、対象物１０１の読み取り部分より磁気変位部２の領域を大きく（例えば、図１４に示すＬ_Ｔ＜Ｌ_Ｐとする）してもよい。この場合、対象物１０１の読み取り部分を一括して読み取ることができるため、読み取りをより迅速に行うことができる。
本発明の読み取り装置では、図１５に示すように、対象物１０１の表面の形状を読み取る際に、対象物１０１の読み取り部分より磁気変位部２の領域を小さく（例えば、図１５に示すＬ_Ｔ＞Ｌ_Ｐとする）してもよい。この場合、磁気変位部２を対象物１０１に対して移動させれば（あるいは、対象物１０１を磁気変位部２に対して移動させれば）、対象物１０１の読み取り部分を読み取ることができる。また、例えば、対象物１０１の読み取り部分の画像を得るためには、別に画像合成が必要となるが、読み取り装置自体は小型化することが可能である。
次に、本発明の読み取り装置の製造方法について説明する。最初に、図１５を用いて、本発明の読み取り装置の製造方法の一例を説明する。
まず図１６Ａに示すように、Ｓｉ基板２１上に、電極層２２、磁性層７、非磁性層８、磁性層６、転移体４および保護層２３を順に積層して積層体を形成する。次に、図１６Ｂ〜図１６Ｄに示すように、積層体の微細加工を行うことによって、転移体４からなる磁気変位部２と、検出部であるＭＲ素子９を形成する。次に、図１６Ｅに示すように、ＭＲ素子９に電流を印加するための上部電極２４と下部電極２５とを形成する。最後に、図１６Ｆに示すように、全体を絶縁層２６で被覆して表面を研磨することによって、本発明の読み取り装置を得ることができる。
電極層２２、上部電極２４および下部電極２５に用いる材料は、導電性材料であれば特に限定されない。なかでも線抵抗率が１００μΩ・ｃｍ以下の材料（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ−Ｎなど）が好ましい。絶縁層２６は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの絶縁特性に優れる材料を用いればよい。その他、各層の材料には、上述した材料を用いればよい。
積層体の各層の形成、および上部電極、下部電極の形成には、半導体素子、ＭＲ素子などの形成に一般的に用いられる方法を用いればよい。パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）、イオンビームデポジション（ＩＢＤ）、クラスターイオンビーム、および、ＲＦ、ＤＣ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、ヘリコン、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、対向ターゲットなどの各種スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、イオンプレーティング法などを用いればよい。また、これらＰＶＤ法の他に、ＣＶＤ法、メッキ法あるいはゾルゲル法などを用いてもよい。
微細加工についても、半導体素子、ＭＲ素子などの形成に一般的に用いられる方法を用いればよい。イオンミリング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）などの物理的または化学的エッチング法、微細パターン形成のためのステッパー、電子ビーム（ＥＢ）法などを用いたフォトリソグラフィー技術などを組み合わせればよい。また、電極表面などの平坦化には、ＣＭＰや、クラスターイオンビームエッチングなどを用いればよい。
絶縁性の材料からなる非磁性層の形成は、例えば、次のように行えばよい。まず、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅを含む）などのＩＩａ族元素〜ＶＩａ族元素、および、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、ＧａおよびＳｉなどのＩＩｂ族元素〜ＩＶｂ族元素から選ばれる少なくとも１種の元素の薄膜前駆体を作製する。次に、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素を分子、イオン、プラズマ、ラジカルなどとして含む雰囲気中において、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素と上記薄膜前駆体とを温度および時間を制御しながら反応させる。これにより、薄膜前駆体は、ほぼ完全にフッ化、酸化、炭化、窒化または硼化され、非磁性層を得ることができる。また、薄膜前駆体として、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素を化学量論比以下の割合で含んだ不定比化合物を作製してもよい。
より具体的な例としては、スパッタリング法によってＡｌ_２Ｏ_３からなる非磁性層を作製する場合、ＡｌまたはＡｌＯ_ｘ（ｘ≦１．５）からなる薄膜前駆体をＡｒまたはＡｒ＋Ｏ_２雰囲気中で成膜し、これをＯ_２またはＯ_２＋不活性ガス中で酸化させることを繰り返せばよい。なお、プラズマやラジカルの発生には、ＥＣＲ放電、グロー放電、ＲＦ放電、ヘリコン、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）などの一般的な手法を用いればよい。
次に、本発明の認証器について説明する。
本発明の認証器の一例を図１７に示す。本発明の認証器は、読み取り装置１と、メモリ部３２と、照合部３１とを含んでいる。読み取り装置１は上述した本発明の読み取り装置である。メモリ部３２には対象物の表面の形状が予め登録してある。読み取り装置１で読み取られた、対象物の表面の形状の情報（例えば、画像情報）は、照合部３１へと送られる。照合部３１では、読み取り装置１から送られてきた形状と、メモリ部３２に登録してある形状とを照合することによって、読み取り装置１で読み取った対象物の認証を行えばよい。照合部３１における照合の方法は、特に限定されず、一般的に用いられている照合方法を用いればよい。
このような認証器とすることによって、従来の読み取り装置を用いた認証器とは異なり、磁気状態の変化（磁気変位）を検知方式とする認証器を得ることができる。このため、従来の読み取り装置を用いた認証器とは異なり、静電気や温度などの環境の影響を受けにくい認証器とすることができる。また、光源、レンズなどの光学部品、あるいは、ヒーターなどの部品を省略することができるため、より小型、低消費電力の認証器とすることもできる。なお、これらの効果は、本発明の読み取り装置の場合と同様に、選択的である。
また、本発明の認証器では、読み取り装置１と照合部３１との間に、読み取り装置１で読み取った形状の情報（例えば、画像情報）を処理する処理部（例えば、画像処理部）をさらに含んでいてもよい。例えば、読み取り装置１において対象物の表面の形状の画像情報を部分ごとに読み取る場合（例えば、図１Ａに示す読み取り装置の場合など）、上記処理部によって対象物の表面全体の形状を示す画像情報を合成し、照合部３１に送ってもよい。
本発明の認証器では、読み取り装置、メモリ部、照合部のそれぞれが物理的に独立した装置である必要は必ずしもない。これらの名称は、機能的に付けられた名称である。処理部についても同様である。例えば、本発明の読み取り装置の他に、メモリ部と照合部とを（必要に応じて処理部も）内蔵したコンピューターを含むことによって本発明の認証器を形成することができる。また、例えば、メモリ部と照合部とを（必要に応じて処理部も）内蔵した半導体チップを形成し、この半導体チップと本発明の読み取り装置とを１つの筐体内に内蔵することによって、認証器を形成してもよい。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されない。

熱酸化膜付Ｓｉ基板（熱酸化膜はＳｉＯ_２膜：厚さ５００ｎｍ）上に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、以下に示す膜構成の積層体を作製した。
Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／Ｐｔ−Ｍｎ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ａｌ−Ｏ（１）／Ｆｅ−Ｐｔ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｓｉ（２０００）／Ｐｔ（５０）
ここで、括弧内の数値は膜厚を示している。単位はｎｍであり、以下、同様にして膜厚を表示する。ただし、Ａｌ−Ｏ層は、Ａｌを１ｎｍの膜厚で成膜した後、２６．３ｋＰａ（２００Ｔｏｒｒ）の酸素含有雰囲気中において１分間の酸化を繰り返して作製した。
基板上のＴａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層である。Ｐｔ−Ｍｎ（２０）は反強磁性層である。磁性層であるＣｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）は、Ｐｔ−Ｍｎ（２０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。また、非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持する磁性膜Ｃｏ−Ｆｅ（４）とＣｏ−Ｆｅ（２）とは、積層フェリ結合の状態にある。Ａｌ−Ｏ（１．０）は、絶縁性の材料からなる非磁性層である。Ｆｅ−Ｐｔ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）は、自由磁性層に相当する磁性層である。非磁性膜であるＲｕ（０．７）を狭持するＦｅ−Ｐｔ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）と、Ｎｉ−Ｆｅ（２）とは積層フェリ結合の状態にある。（上述したように、積層フェリ結合により、自由磁性層の磁気的な実効膜厚は、１ｎｍとなる）。Ｆｅ−Ｓｉ（２０００）は転移体、Ｐｔ（５０）は保護層である。なお、Ｆｅ−Ｓｉ層の組成は、Ｆｅ_{０．９６５}Ｓｉ_{０．０３５}であった。ただし、上記組成は、原子組成比により示している。
この積層体を図１６Ｂ〜図１６Ｄに示すように微細加工し、図１６Ｅに示すように上部電極、下部電極を形成した後に、絶縁層で被覆し、表面を研磨して図１６Ｆに示す読み取り装置を作製した。なお、微細加工は、フォトリソグラフィーの手法によりレジストパターンを形成し、イオンエッチングを用いて行った。上部電極、下部電極には、Ｃｕを用い、絶縁層には、ＳｉＯ_２を用いた。表面の研磨は、ＣＭＰを用いて行った。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ^２であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。
このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。
なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。また、転移体として、Ｄｙ−Ｔｂ−Ｆｅ（２０００）を用いた場合、上記とは異なる組成比のＦｅ−Ｓｉを用いた場合にも、同様の結果を得ることができた。

実施例１と同様に、熱酸化膜付Ｓｉ基板（熱酸化膜はＳｉＯ_２膜：厚さ５００ｎｍ）上に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、以下に示す膜構成の積層体を作製した。Ａｌ−Ｏ（１）の作製方法も同様である。
Ｔａ（５）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／Ｐｔ−Ｍｎ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ａｌ−Ｏ（１）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｎｉ−Ｆｅ（１０）／ＢｉＭｎＯ_３（１０００）
基板上のＴａ（５）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層である。Ｐｔ−Ｍｎ（２０）は反強磁性層である。磁性層であるＣｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）は、Ｐｔ−Ｍｎ（２０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。また、非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持する磁性膜Ｃｏ−Ｆｅ（４）とＣｏ−Ｆｅ（２）とは、積層フェリ結合の状態にある。Ａｌ−Ｏ（１）は、絶縁性の材料からなる非磁性層である。Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｎｉ−Ｆｅ（１０）は、自由磁性層に相当する磁性層である。非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持するＦｅ−Ｐｔ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（６）と、Ｎｉ−Ｆｅ（１０）とは積層フェリ結合の状態にある。ＢｉＭｎＯ_３（１０００）は、転移体である。
この積層体に対して実施例１と同様に微細加工などを行い、図１６Ｆに示す読み取り装置を作製した。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ^２であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。
このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、実施例１と同様に、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。
なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（膜厚が０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（膜厚が０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。

実施例１と同様に、熱酸化膜付Ｓｉ基板（熱酸化膜はＳｉＯ_２膜：厚さ５００ｎｍ）上に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、以下に示す膜構成の積層体を作製した。Ａｌ−Ｏ（１．０）の作製方法も同様である。
Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／Ｐｔ−Ｍｎ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ａｌ−Ｏ（１．０）／Ｃｏ−Ｆｅ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（４）／Ｆｅ−Ａｌ（２０００）／Ｔａ（５０）
基板上のＴａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層である。Ｐｔ−Ｍｎ（２０）は反強磁性層である。磁性層であるＣｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）は、Ｐｔ−Ｍｎ（２０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。また、非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持する磁性膜Ｃｏ−Ｆｅ（４）とＣｏ−Ｆｅ（４）とは、積層フェリ結合の状態にある。Ａｌ−Ｏ（１．０）は、絶縁性の材料からなる非磁性層である。Ｃｏ−Ｆｅ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（４）は、自由磁性層に相当する磁性層である。Ｆｅ−Ａｌ（２０００）は、転移体である。なお、Ｆｅ−Ａｌ層の組成は、Ｆｅ_０．９Ａｌ_０．１であった。ただし、上記組成は、重量比で示している。Ｔａ（５０）は保護層である。
この積層体に対して実施例１と同様に微細加工などを行い、図１６Ｆに示す読み取り装置を作製した。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ^２であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。
このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、実施例１と同様に、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。
なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（膜厚が０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（膜厚が０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。また、転移体として、センダストを含むＦｅ−Ａｌ−Ｓｉや、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅを用いた場合にも同様の結果を得ることができた。

マグネトロンスパッタリング法を用いて、図１９Ａに示すような積層体を作製した。具体的には、以下に示す膜構成の積層体を作製した。なお、図面を見やすくするために、図１９Ａでは反強磁性層を図示していない。
ＴｂＩＧ／Ｎｉ−Ｆｅ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ａｌ−Ｏ（３）／Ｃｏ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（６）／Ｉｒ−Ｍｎ（５０）／Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／ＣＡＰ層
ただし、Ａｌ−Ｏ層は、Ａｌを３ｎｍの膜厚で成膜した後、２６．３ｋＰａ（２００Ｔｏｒｒ）の酸素含有雰囲気中において１分間の酸化を繰り返して作製した。
ＴｂＩＧ（テルビウムアイアンガーネット）層は、転移体４であるが積層体を形成する際の基板としても用いた。
ＴｂＩＧ層上のＮｉ−Ｆｅ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）は自由磁性層に相当する磁性層６である。Ｉｒ−Ｍｎ（５０）は反強磁性層である。磁性層７であるＣｏ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（６）は、Ｉｒ−Ｍｎ（５０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。Ａｌ−Ｏ（３）は、絶縁性の材料からなる非磁性層８である。Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層２２である。ＣＡＰ層２７には、スピンコーティングにより形成したポリイミド層（厚さ約１０μｍ）を用いた。
次に、図１９Ｂに示すようにＣＡＰ層２７を基板の代わりに用い、ＴｂＩＧ層（転移体４）の表面の研磨を行うことによって、ＴｂＩＧ層の厚さを転移体として適当な厚さに加工した。ＴｂＩＧ層は、多結晶あるいは単結晶の状態にあると考えられる。ここでは、約数μｍの厚さになるまで研磨を行った。
次に、積層体を図１９Ｃ〜図１９Ｅに示すように微細加工し、図１９Ｆに示すように上部電極２４、下部電極２５を形成した後に、絶縁層２６で被覆し、表面を研磨して図１９Ｇに示す読み取り装置を作製した。微細加工は、実施例１と同様の手法を用いて行った。上部電極、下部電極には、Ｃｕを用い、絶縁層には、ＳｉＯ_２を用いた。表面の研磨は、ＣＭＰを用いて行った。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ^２であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。
このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、実施例１と同様に、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。
なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。また、転移体として、希土類アイアンガーネットを用いた場合（例えば、希土類元素としてＳｍ、Ｄｙなど）にも、同様の結果を得ることができた。
なお、図１９Ｃから図１９Ｆに示す工程は、上述した図１６Ｂから図１６Ｅに示す工程と同様に行えばよい。また、ＣＡＰ層２７は、図１９Ｂ以降の工程において基板の代わりに使用できるものであれば特に限定されない。ポリイミド以外にも、様々な材料（例えば、樹脂、無機物など）を用いることができる。ＣＡＰ層２７の形成方法も、スピンコーティングに限らず、特に限定されない。同じく、ＣＡＰ層２７の厚さも、特に限定されない。
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。

産業上の利用の可能性

以上説明したように、本発明によれば、磁気変位を検知方式に用いた読み取り装置と、これを用いた認証器とを提供できる。
本発明の読み取り装置によって、例えば、人体の表面の形状（例えば、指紋、掌紋など）を読み取ることができる。このため、本発明の読み取り装置は、認証器や、ポインティングデバイスなどに用いることができる。また、例えば、人体の表面に限らず、様々な物体の表面の形状を読み取る表面センサーなどにも用いることができる。
また、本発明の認証器は、例えば、コンピューターのユーザー認証、セキュリティーエリアへの入退室の管理などの用途に用いることができる。また、例えば、自動預け払い機（ＡＴＭ）など、金融機関における個人の認証が必要とされる様々なサービス（インターネットなどの通信回線を介した情報の授受を含む）にも用いることができる。

本発明は、読み取り装置とこれを用いた認証器に関する。

現在の生活では、様々な状況において個人の認証が求められる。例えば、銀行口座の預金の管理、インターネットなどの通信回線を用いた情報の授受などにおいて、契約者個人であることの認証が必要である。従来、個人が予め決めておいた認証番号・記号などを、その都度入力し、照合する認証方法が一般的である。このような認証方法は、運用が極めて簡単（例えば、認証番号・記号の登録が容易であり、照合も容易に行える）であるため広く用いられている。しかし、近年のように個人の認証が求められる場面が増えてくると、それぞれの場面ごとに認証番号・記号の設定が必要となり、個人が全てを記憶することが困難になってくる。このため、個人の生体的特徴を利用したバイオメトリクス型の認証、なかでも指紋などの表面の形状を利用した簡便な認証が期待されている。指紋を利用した認証には、まず指紋の形状を検知する読み取り装置が必要である。現在、指紋の形状を検知できる読み取り装置（および、読み取り装置を用いた認証器）には、その検知方式により、主として３種類（静電容量式、感熱式、光学式）が存在する（例えば、Ｐ２０００−５０１６４０Ａ／ＪＰには感熱式の認証器が記載されている）。

これら従来の読み取り装置には、種類に応じて異なるが、ＣＭＯＳ製造プロセスを応用して製造できるなどの長所と、静電気あるいは環境温度の変化に弱い、小型化に制約があるなどの短所とがある。

本発明は、これら従来の検知方式とは異なり、磁気状態の変化（磁気変位）を検知方式に用いた読み取り装置と、これを用いた認証器とを提供することを目的とする。

本発明の読み取り装置は、対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、前記表面と接触したときに、前記形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、前記磁気変位部の前記磁気状態を検知する検出部とを含んでいる。

本発明の読み取り装置では、前記形状が、凸部と凹部とからなり、前記磁気変位部は、前記表面が接触することによって生じる圧力によって、前記凸部が面する領域と前記凹部が面する領域との間で磁気状態が異なっていてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含んでいてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記転移体が、磁歪材料を含んでいてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記転移体が、式Ｆｅ−Ｚで示される組成を有する材料を含んでいてもよい。ただし、Ｚは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＴｂおよびＤｙから選ばれる少なくとも１種の元素である。

本発明の読み取り装置では、前記転移体の歪みの変化量が、１０^-3％以上であってもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、軟磁性層をさらに含み、前記軟磁性層と前記転移体とは磁気的に結合しており、前記転移体の磁気状態によって前記軟磁性層の磁気状態が異なってもよい。

本発明の読み取り装置では、前記検出部がコイルを含み、前記コイルによって前記磁気状態を検知してもよい。

本発明の読み取り装置では、前記検出部が磁気抵抗素子を含み、前記磁気抵抗素子によって前記磁気状態を検知してもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気抵抗素子は、非磁性層と、前記非磁性層を狭持する一対の磁性層とを含む多層構造を含み、双方の前記磁性層が有する磁化方向の相対角度により抵抗値が異なり、前記磁気変位部が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含み、前記転移体の磁気状態によって一方の前記磁性層の磁化方向が異なってもよい。

本発明の読み取り装置では、前記一方の磁性層と前記転移体とが磁気的に結合していてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気抵抗素子が反強磁性層をさらに含み、前記反強磁性層は、前記反強磁性層と前記非磁性層とによって他方の前記磁性層を狭持するように配置されていてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記一対の磁性層から選ばれる少なくとも１つの磁性層が、非磁性膜と、前記非磁性膜を狭持する一対の磁性膜とを含んでもよい。

本発明の読み取り装置では、前記一対の磁性膜が、積層フェリ結合および静磁結合から選ばれるいずれかの磁気的結合の状態にあってもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、前記対象物の前記表面に垂直な方向に固定されていてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が、前記対象物の前記表面に垂直な方向に可動であってもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部が点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記検出部が点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。

本発明の読み取り装置では、前記磁気変位部を移動させる第１のスキャン部をさらに含み、前記第１のスキャン部によって前記磁気変位部を前記対象物の表面に沿って移動させ、前記対象物の表面の形状を読み取ってもよい。

本発明の読み取り装置では、前記検出部を移動させる第２のスキャン部をさらに含み、前記第２のスキャン部によって前記検出部を前記磁気変位部に沿って移動させ、前記磁気変位部の磁気状態を検知してもよい。

本発明の読み取り装置では、前記対象物が人体であってもよい。

本発明の読み取り装置では、前記表面の形状が指紋であってもよい。

次に、本発明の認証器は、読み取り装置と、メモリ部と、照合部とを含み、前記読み取り装置は、対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、前記表面と接触したときに、前記形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、前記磁気変位部の前記磁気状態を検知する検出部とを含んでおり、前記メモリ部には、対象物の表面の形状が予め登録してあり、前記照合部によって、前記読み取り装置によって読み取られた前記形状と、前記メモリ部に登録してある前記形状とを照合する。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態において、同一の部分に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

まず、本発明の読み取り装置について説明する。

本発明の読み取り装置は、対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、対象物の表面と接触したときに、その表面の形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、磁気変位部の磁気状態を検知する検知部とを含んでいる。なお、磁気状態とは、磁気変位部が有する磁気的なパラメータである限り、特に限定されず、例えば、磁気変位部から生じる磁束の大きさ、磁気変位部が有する磁化方向および／または磁化の大きさなどを意味している。

このような読み取り装置とすることによって、従来の読み取り装置とは異なり、磁気状態の変化（磁気変位）を検知方式とする読み取り装置を得ることができる。このため、上述した従来の読み取り装置とは異なり、静電気や温度などの環境の影響を受けにくい読み取り装置とすることができる。また、光源、レンズなどの光学部品、あるいは、ヒーターなどの部品を省略することができるため、より小型、低消費電力の読み取り装置とすることもできる。さらに、本発明の読み取り装置は、後述するように、一般的なデバイス製造プロセス、半導体製造プロセスを応用して製造できる。なお、これらの効果は選択的な効果であって、本発明の読み取り装置が、これらすべての効果を同時に満たす必要はない。

図１Ａおよび図１Ｂに本発明の読み取り装置の一例を示す。図１Ａおよび図１Ｂに示す読み取り装置１は、対象物１０１の表面と接触したときに、その表面の形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部２と、磁気変位部２の磁気状態を検知する検出部３とを含んでいる。また、図１Ａおよび図１Ｂに示す検出部３は、磁気変位部２に沿って移動する（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示す矢印に沿う方向に移動すればよい）ことによって、磁気変位部２の磁気状態を検知できる。なお、磁気変位部２および検出部３の具体例については、後述する。また、図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の読み取り装置の模式断面図であるが、説明を分かりやすくするためにハッチは省略する。以降の図についても、ハッチを省略する部分がある。

本発明の読み取り装置では、対象物の表面の形状が凸部と凹部とからなり、磁気変位部は、対象物の表面が接触することによって生じる圧力によって、凸部が面する領域と凹部が面する領域との間で磁気状態が異なっていてもよい。

図１Ａおよび図１Ｂの例に示すように、表面に凸部と凹部とを有する対象物１０１を磁気変位部２に接触させると、磁気変位部２のうち、対象物１０１の凸部に面している領域と、対象物１０１の凹部に面している領域とでは、対象物１０１から受ける圧力は異なる。例えば、磁気変位部２に上記圧力に応じて磁気状態が異なる材料を配置すれば、磁気変位部２には、対象物１０１の形状に応じて磁気状態の分布が生じることになる。この分布を検出部３によって検知すれば、対象物１０１の表面の形状を読み取れることになる。なお、対象物１０１の表面の形状を読み取る際には、磁気変位部２と対象物１０１の凸部とは接触している必要があるが、磁気変位部２と対象物１０１の凹部とは接触していても、接触していなくてもよい。

ここで、磁気変位部２について説明する。

本発明の読み取り装置では、磁気変位部２は、対象物の表面の形状に応じて磁気状態が異なれば、その材料、構成などは特に限定されない。例えば、磁気変位部２が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含んでいてもよい。このような転移体を含むことによって、磁気変位部２に、対象物１０１の形状に応じた磁気状態の分布を発生させることができる。

図２Ａに、本発明の読み取り装置の別の一例を示す。図２Ａに示す読み取り装置１は、図１Ａに示す読み取り装置１の磁気変位部２が転移体４を含んでいる。

転移体４は、例えば、磁歪材料を含めばよい。このような材料は、圧力などの機械エネルギーによって磁気状態（例えば、磁化の大きさ、磁化方向など）が変化する特徴を有している。このため、磁気変位部２に、対象物１０１の形状に応じた磁気状態の分布を発生させることができる。

磁歪材料は、一般的に磁歪特性を有するとされる材料であれば、特に限定されない。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ａｌや；
式Ｆｅ−Ｚで示される組成を有する材料、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｔｂ−Ｆｅ、Ｄｙ−Ｆｅ、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕなど；
Ｆｅ₃Ｏ₄、ＣｏＦｅ₂Ｏ₄、ＮｉＣｏＦｅ₂Ｏ₄、ＮｉＣｕフェライト、ＮｉＣｕＣｏＦｅフェライトなどのフェライト類（オルソフェライトやスピネル型フェライトなどを含む）、センダスト；
式Ｄ−Ｅで示される組成を有する材料などのラーベス素材（ただし、Ｄは、ランタノイドから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｅは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
あるいは、希土類ガーネットなどを用いればよい。

なお、Ｎｉ−Ｆｅのように、組成比を示していない材料では、その組成比は特に限定されず、必要な特性に応じて任意に設定すればよい。以下に示す材料についても、同様である。

また、あるいは、式ＡＭＯ₃で示される組成を有する金属酸化物を用いてもよい。ただし、Ａは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｔｌ、Ｓｒ、ＣａおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｍは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素である。なかでも、Ａが、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＬｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｍが、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であることが好ましく、式（Ｂｉ、Ｌａ）（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）ＭｎＯ₃で示される組成の材料がより好ましい。

本発明の読み取り装置では、転移体４の歪みの変化量は、例えば、１０^-3％以上であればよい。なかでも、１０^-2％以上であることが好ましい。例えば、Ｆｅ−ＳｉやＴｂ−Ｄｙ−Ｆｅなどの材料は、上記１０^-2％以上の条件を満たしている。なお、転移体４の歪みの変化量の上限は特に限定されないが、例えば、１０²％以下であればよい。なお、歪みの変化量が大きければ、それだけ転移体を薄く、小型化できる。

転移体４の厚さ（対象物１０１の磁気変位部２と接触する表面に垂直な方向の厚さ、以降に示す「厚さ」もすべて同様である）は、特に限定されず、転移体の特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、１０ｎｍ以上１０⁴μｍ以下の範囲、好ましくは、１００ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲であればよい。なお、転移体４は、１つの材料からなるだけでなく、複数の材料の層からなる多層構造を有していてもよい。

本発明の読み取り装置の別の一例を図２Ｂに示す。図２Ｂに示す読み取り装置１は、図２Ａに示す読み取り装置１の磁気変位部２が軟磁性層５をさらに含み、軟磁性層５と転移体４とが磁気的に結合しており、転移体４の磁気状態によって軟磁性層５の磁気状態が異なっている。この場合、軟磁性層５の磁気状態の分布を検出部３によって検知すればよい。このような読み取り装置では、転移体４の厚さを薄くすることが可能であり、転移体４だけの場合に比べると、軟磁性層５を含めても磁気変位部２をより薄くすることができる。よって、より小型の読み取り装置１とすることができる。

軟磁性層５に用いる材料は、特に限定されず、例えば、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏなどの軟質磁性合金を用いればよい。なかでも、軟質磁性合金としてＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏを用いる場合、式Ｎｉ_xＦｅ_yＣｏ_zで示される原子組成比を有する合金（ただし、ｘ、ｙおよびｚは、０．６≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．４を満たす数値である）、あるいは、式Ｎｉ_x'Ｆｅ_y'Ｃｏ_z'で示される原子組成比を有する合金（ただし、ｘ’、ｙ’およびｚ’は、０≦ｘ’≦０．４、０≦ｙ’≦０．５、０．２≦ｚ’≦０．９５を満たす数値である）が好ましい。また、これらの軟磁性合金は低磁歪特性（１×１０^-5以下）を有しているため、より特性に優れる軟磁性層５とすることができる。

本発明の読み取り装置では、磁気変位部２の対象物１０１が接触する面には、磁気変位部２の表面を保護するための保護層を含んでいてもよい。例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示す例では、転移体４と対象物１０１との間に、転移体４の表面を保護するための保護層を含んでいてもよい。より耐久性に優れる読み取り装置１とすることができる。保護層の厚さは、対象物１０１が接触したときに、その表面の形状に応じて磁気変位部２の磁気状態が異なることができれば特に限定されない。例えば、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲である。

保護層に用いる材料は特に限定されず、例えば、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの金属材料、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｎＳ、ＭｏＳ₂などの無機化合物材料、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などのカーボン材料、ポリイミド、フッ素系樹脂（例えば、デュポン社製テフロン（Ｒ））などの樹脂材料などを用いればよい。

磁気変位部２の具体的な配置の方法については、検出部３の具体的な配置の方法と併せて後述する。

次に、検出部３について説明する。

本発明の読み取り装置では、検出部３がコイルを含み、コイルによって磁気変位部２の磁気状態を検知してもよい。検出部３がコイルを含む場合、例えば、磁気変位部２から発する漏れ磁界（より具体的には、図２Ａに示す例では、転移体４から発する漏れ磁界、図２Ｂに示す例では、転移体４および／または軟磁性層５から発する漏れ磁界）をコイルがピックアップすることによって、磁気変位部２の磁気状態を検知することができる。また、コイルを組み込んだ検出部３は、一般的なデバイス製造プロセスにより作製することができる。このため、より低コストの読み取り装置１とすることができる。

コイルの構造は、磁気変位部２の磁気状態を検知することができる限り、特に限定されない。磁気変位部２の磁気的な特性、読み取り装置として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、最も単純な構造として、単巻きのコイルであればよい。

コイルに用いる材料は、導電性材料であれば特に限定されず、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ−Ｎなどを用いればよい。なかでも、線抵抗率が１００μΩ・ｃｍ以下の材料が好ましい。

本発明の読み取り装置では、検出部３が磁気抵抗素子（以下、単に「ＭＲ素子」ともいう）を含み、ＭＲ素子によって磁気変位部２の磁気状態を検知してもよい。検出部３がＭＲ素子を含む場合、例えば、磁気変位部２から発する漏れ磁界をＭＲ素子がピックアップすることによって、磁気変位部２の磁気状態を検知することができる。また、ＭＲ素子を組み込んだ検出部３は、一般的な半導体製造プロセスにより作製することができる。また、後述するが、磁気変位部２と検出部３とを一体化して形成することもできるため、より特性の安定した読み取り装置１とすることができる。

ＭＲ素子は、磁気抵抗効果を示す素子であれば特に限定されず、一般的なＭＲ素子を用いればよい。例えば、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を利用した素子（ＡＭＲ素子：ＡＭＲ効果は、素子を構成する磁性膜の磁化方向と、素子を流れる電流の方向との相対角度により素子の電気抵抗値が異なる現象）や、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用した素子（ＧＭＲ素子：ＧＭＲ効果は、非磁性金属層を介して積層した一対の磁性層の磁化方向の相対角度により素子の電気抵抗値が異なる現象）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を利用した素子（ＴＭＲ素子：ＴＭＲ効果は、非磁性絶縁層を介して積層した一対の磁性層の磁化方向の相対角度により素子の電気抵抗値が異なる現象）を用いればよい。なかでも、より大きい磁気抵抗効果を得られるＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子を用いることが好ましい。

図３に本発明の読み取り装置のまた別の一例を示す。図３に示す読み取り装置１は、検出部３がＭＲ素子９を含んでおり、ＭＲ素子９によって磁気変位部２の磁気状態を検知する読み取り装置１である。ここで、ＭＲ素子９は、非磁性層８と、非磁性層８を狭持する一対の磁性層６および７とを含む多層構造を含み、双方の磁性層６および７が有する磁化方向の相対角度により抵抗値が異なる素子である。また、図３に示す読み取り装置１は、磁気変位部２が機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体４を含み、転移体４の磁気状態によって一方の磁性層６の磁化方向が異なる。このような読み取り装置では、ＭＲ素子はＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子となり、磁性層６の磁化方向に応じてＭＲ素子９の電気抵抗値が異なるため、転移体４の（即ち、磁気変位部２の）磁気状態を検知することができる。

なお、一般に、ＭＲ素子における上記一対の磁性層のうち、相対的に磁化方向が変化しやすい磁性層を自由磁性層、相対的に磁化方向が変化しにくい磁性層を固定磁性層という。図３に示す例では、磁気変位部２のより近くに配置されている磁性層６を自由磁性層、磁気変位部２からより遠くに配置されている磁性層７を固定磁性層とするＭＲ素子９とすればよい。そのためには、例えば、磁気変位部２と磁気的に結合した磁性層６としたり、磁性層６と磁性層７との間で異なる材料を用いたり、反強磁性層をさらに含むＭＲ素子とすればよい。具体例は後述する。また、図３に示す例において、磁性層６と転移体４とは必ずしも接触していなくてもよい。

図４に本発明の読み取り装置のさらにまた別の一例を示す。図４に示す読み取り装置１は、図３に示す読み取り装置１における転移体４と磁性層６とが磁気的に結合している読み取り装置である。このような読み取り装置では、磁性層６を自由磁性層、磁性層７を固定磁性層とするＭＲ素子９とすることができる。また、転移体４の磁気変位を漏れ磁界としてＭＲ素子９により検出する場合に比べて、転移体４の磁気変位を磁性層６の磁化方向に、より直接的に反映させることができるため、より特性に優れる読み取り装置１とすることができる。さらに、自由磁性層である磁性層６に上述の軟磁性層を用いれば、磁性層６が検出部３の一部であると同時に、磁気変位部２の一部である読み取り装置１とすることもできる。即ち、磁気変位部２と検出部３とを一体化した読み取り装置とすることも可能であり、より小型で特性に優れる読み取り装置とすることができる。なお、図４に示す例において、磁性層６と転移体４とが磁気的に結合できる限り、磁性層６と転移体４とは必ずしも接触していなくてもよい。

磁性層６および磁性層７に用いる材料は、磁性材料である限り特に限定されない。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの単体；
Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏなどの合金；
式Ｘ¹−Ｘ²−Ｘ³で示される組成を有する磁性体（ただし、Ｘ¹は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ²は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＧｅおよびＧａから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ³は、Ｎ、Ｂ、Ｏ、ＦおよびＣから選ばれる少なくとも１種の元素である。例えば、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ−Ｔｉ−Ｎ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔｉ−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ（Ａｌ，Ｓｉ）−Ｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔａ−Ｎなど）；
式（Ｃｏ，Ｆｅ）−Ｘ⁴で示される組成を有する磁性体（ただし、Ｘ⁴は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｕおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
式Ｘ¹−Ｘ⁵で示される組成を有する磁性体（ただし、Ｘ¹は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ⁵は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素である。例えば、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔｉ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｐｔ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｐｄ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｒｈ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｉｒ、Ｆｅ（Ｎｉ、Ｃｏ）−Ｒｕ、Ｆｅ−Ｐｔなど）；
式Ｘ⁶−Ｍｎ−Ｓｂで示される組成を有するハーフメタル材料（ただし、Ｘ⁶は、Ｎｉ、ＣｕおよびＰｔから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
Ｆｅ₃Ｏ₄、式（Ｄ、Ｇ）−Ｊ−Ｏ₃で示される組成を有する材料、式（Ｄ、Ｇ）−Ｊ₂−Ｏ_5+dで示される組成を有する材料、ＣｒＯ₂などのハーフメタル材料（ただし、Ｄは、ランタノイドから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｇは、アルカリ土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｊは、ＩＶａ族〜ＶＩＩａ族、ＶＩＩＩ族およびＩｂ族〜ＩＩＩｂ族の遷移金属元素から選ばれる少なくとも１種の元素である。また、ｄは、０≦ｄ≦１．５を満たす数値である）；
式Ｘ⁷−Ｘ⁸−Ｘ⁹で示される組成を有する磁性半導体（ただし、Ｘ⁷は、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅを含む）、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、ＴａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ⁸は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＦおよびＳから選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｘ⁹は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素である）；
式Ｘ⁹−Ｘ¹⁰−Ｘ¹¹で示される組成を有する磁性半導体（ただし、Ｘ⁹は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘ¹⁰は、Ｂ、Ａｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘ¹¹は、Ａｓ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＰおよびＳから選ばれる少なくとも１種の元素である。例えば、Ｇａ−Ｍｎ−Ｎ、Ａｌ−Ｍｎ−Ｎ、Ｇａ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｎ、Ａｌ−Ｂ−Ｍｎ−Ｎなど）；
その他、ペロブスカイト型酸化物、フェライトなどのスピネル型酸化物、ガ−ネット型酸化物などを用いればよい。

また、なかでも自由磁性層となる磁性層６には、例えば、上述の軟磁性層と同様の材料を用いればよい。

磁性層６および磁性層７の厚さは、特に限定されず、ＭＲ素子９として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲であればよい。

非磁性層８に用いる材料は、非磁性であれば導電性の材料であっても、絶縁性の材料であってもよい。導電性の材料を用いた場合、磁気抵抗素子は、いわゆるＧＭＲ素子となる。また、絶縁性の材料を用いた場合、磁気抵抗素子は、いわゆるＴＭＲ素子となる。

非磁性かつ導電性の材料は、例えば、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＲｅおよびＯｓから選ばれる少なくとも１種の元素を用いればよい。これら元素の合金や酸化物を用いてもよい。また、非磁性層に導電性の材料を用いる場合、その膜厚は、例えば、０．２ｎｍ以上１．２ｎｍ以下の範囲であればよい。

非磁性かつ絶縁性の材料は、絶縁体および／または半導体であれば特に限定されない。例えば、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅを含む）などのＩＩａ族元素〜ＶＩａ族元素、および、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、ＧａおよびＳｉなどのＩＩｂ族元素〜ＩＶｂ族元素から選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素との化合物であればよい。なかでも、Ａｌの酸化物、窒化物、酸窒化物から選ばれる少なくとも１種の化合物が、磁気抵抗素子の特性などの観点から好ましい。非磁性層に絶縁性の材料を用いる場合、その膜厚は、例えば、０．２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲であればよい。

本発明の読み取り装置において、ＭＲ素子９が、図５に示すようなＭＲ素子９であってもよい。図５に示すＭＲ素子９は、反強磁性層１０をさらに含んでいる。また、反強磁性層１０は、反強磁性層１０と非磁性層８とによって、転移体４の磁気状態の影響を相対的に受けにくい磁性層（即ち、転移体４からより遠い磁性層７）を狭持するように配置されている。このようなＭＲ素子では、反強磁性層１０と磁性層７とが磁気的に結合するため、磁性層７の磁化方向をより固定することができる。このため、より磁気抵抗効果の大きいＭＲ素子とすることができる。なお、図５では、説明を分かりやすくするために、ＭＲ素子９以外にも転移体４を記載している。以降の図６および図７についても同様である。

反強磁性層１０に用いる材料は、反強磁性を有する磁性材料である限り特に限定されない。例えば、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｐｄ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎなどの合金、あるいは、反強磁性を有する遷移金属酸化物を用いればよい。また、反強磁性層の厚さは、特に限定されず、例えば、０．２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲である。

本発明の読み取り装置において、一対の磁性層のうち少なくとも１つが、非磁性膜と、非磁性膜を狭持する一対の磁性膜とを含んでいてもよい。

例えば、図６に示すＭＲ素子９では、自由磁性層である磁性層６が、非磁性膜６２と、非磁性膜６２を狭持する一対の磁性膜６１および６３とを含んでいる。

非磁性膜を一対の磁性膜で狭持する多層膜構造では、非磁性膜の材料および膜厚を制御することによって、上記一対の磁性膜を磁気的に結合させることができる（その結合の仕方によって、積層フェリ結合と静磁結合とがある）。このような多層膜構造では、一対の磁性膜の磁気的な実効膜厚は、両者の膜厚の和ではなく、両者の膜厚の差によってほぼ示されると考えられる。即ち、一対の磁性膜における膜厚の差を制御することによって、より磁気的な実効膜厚が小さい磁性膜を形成することが可能になる。このため、磁性層が、上記の多層膜構造を含むことによって、磁性層の磁気的な実効膜厚をより小さくすることができる。磁性層の磁気的な実効膜厚が小さくなれば磁性層の飽和磁化の大きさを小さくでき（反磁界の大きさを小さくでき）、より高感度のＭＲ素子とすることができる。

例えば、図６に示す例では、自由磁性層である磁性層６の磁化方向の変化をより容易にすることができる。

磁性膜６１および６３の膜厚の差は特に限定されず、磁性層として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。例えば、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下の範囲である。このとき、上記多層膜構造を含む磁性層の磁気的な実効膜厚は、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下となる。あまりに差が大きいと、単層の磁性層の膜厚と変らなくなり、効果が小さくなる。また、あまりに差が小さいと、磁性層として必要な特性が得られなくなる可能性がある。

また、非磁性膜６２に用いる材料は、導電性の材料であれば特に限定されない。例えば、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＲｅおよびＯｓから選ばれる少なくとも１種の元素などを用いればよい。また、非磁性膜に用いる材料によって異なるが、その膜厚を、例えば、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下の範囲にすることによって、磁性膜６１および６３を積層フェリ結合させることができる。その膜厚を、例えば、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることによって、磁性膜６１および６３を静磁結合させることができる。

自由磁性層である磁性層が、このような多層膜構造を含むことによって、微細な素子においても、自由磁性層としての磁化が消失することなく、かつ、軟磁性を保持することができる。

なお、積層フェリ結合は、ＭＲ素子の面方向における磁性層（磁性膜）の面積がサブミクロンオーダー以下の場合に特に効果的となる。また、静磁結合は、磁性層（磁性膜）の面積がより大きい場合（例えば、１００ミクロンオーダー以下）に特に効果的となる。

また、図７に示すＭＲ素子９では、固定磁性層である磁性層７が、非磁性膜７２と、非磁性膜７２を狭持する一対の磁性膜７１および７３とを含んでいる。図７に示すＭＲ素子９では、磁性層７と反強磁性層１０とが磁気的に結合しており、固定磁性層である磁性層７が上記多層膜構造を含むことによって、磁性層７の磁化方向をより固定することができる。また、磁性膜７１と磁性膜７３とが、非磁性膜７２を介して反強磁性的に結合する場合（積層フェリ結合）、磁束漏れを抑制することができる。なお、磁性膜７１および７３は、磁性膜６１および６３と同様であればよく、非磁性膜７２は、非磁性膜６２と同様であればよい。

なお、本発明の読み取り装置に用いるＭＲ素子には、その他、必要に応じて任意の特性を有する層を付加することができる。

また、ＭＲ素子に電流を印加して磁気抵抗効果を測定する方法は、一般的なＭＲ素子で用いられている方法を用いればよい。なお、ＴＭＲ素子の場合には、素子の面方向に垂直な方向に（即ち、非磁性層を介して）電流を印加する必要があるが、ＧＭＲ素子の場合には、素子の面方向に垂直な方向に電流を印加するＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲとしても、素子の面方向に平行な方向に電流を印加するＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲとしてもよい。

また、磁気抵抗効果を測定する際には、検出部３がＭＲ素子９に対する参照抵抗を含んでいてもよい。この場合、参照抵抗との差を読み出すことができるため、より特性が安定した読み取り装置１とすることができる。なお、参照抵抗は、例えば、ＭＲ素子の一部を用いればよい。

次に、磁気変位部２および検出部３の配置方法について説明する。

本発明の読み取り装置では、磁気変位部が、対象物の表面（形状を読み取る面）に垂直な方向に固定されていてもよい。また、磁気変位部が、対象物の表面に垂直な方向に可動であってもよい。例えば、図１Ａに示す例では、磁気変位部２は、対象物１０１の表面に垂直な方向に対して固定されている。また、図２Ａに示す例では、磁気変位部２は、対象物１０１の表面に対して垂直な方向に対して可動である。このように、本発明の読み取り装置は、磁気変位部が固定、可動のいずれの構成にすることもできる。固定にするか、可動にするか、また、可動にする場合にその移動量などは、読み取り装置として必要な特性や対象物の種類などに応じて任意に設定することができる。例えば、対象物の表面の形状が指紋であり、磁気変位部を可動にする場合、磁気変位部の対象物の表面に垂直な方向への移動量は、例えば、１ｎｍ以上１０００μｍ以下の範囲程度であればよい。

本発明の読み取り装置では、磁気変位部が、点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。

本発明の読み取り装置における磁気変位部の配置の例を図８Ａ〜図８Ｄに示す。図８Ａに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面（図８Ａ中の点線部分、以下の図８Ｂ〜図８Ｄにおいても同様）に対して、磁気変位部２が点状に配置されている。この場合、読み取り装置が磁気変位部２を移動させるスキャン部を含み、スキャン部によって磁気変位部２を対象物１０１の読み取るべき表面に沿って移動させる（例えば、図８Ａに示す矢印の方向）ことによって、対象物１０１の読み取るべき表面をすべて読み取ることができる。図８Ｂに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面に対して、磁気変位部２が線状に配置されている。また、図８Ｃに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面に対して、磁気変位部２が面状に配置されている。これらの場合も、図８Ａと同様に磁気変位部２を移動させる（例えば、図８Ｂおよび図８Ｃに示す矢印の方向）ことによって、対象物１０１の読み取るべき表面をすべて読み取ることができる。図８Ｄに示す例では、対象物１０１の読み取るべき表面に対して磁気変位部２が面状に配置されており、その面積は、上記表面とほぼ同等、あるいはそれ以上の大きさにある。このような場合は、磁気変位部２を移動させることなく、対象物１０１の読み取るべき表面をすべて読み取ることができる。

同様に、本発明の読み取り装置では、検出部が、点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されていてもよい。

本発明の読み取り装置における検出部の配置の例を、図９Ａ〜図９Ｄに示す。図９Ａ〜図９Ｄに示す例は、図８Ａ〜図８Ｄに示す磁気変位部２を検出部３に、対象物１０１の読み取るべき表面を磁気変位部における磁気状態を検知すべき領域１１（図９Ａ〜図９Ｄにおける点線部）にすれば、図８Ａ〜図８Ｄに示す例と同様である。図９Ａ〜図９Ｄに示すいずれの例においても、検出部３によって、磁気変位部の磁気状態を検知することができる。なお、図９Ａ〜図９Ｃに示す例のように、検出部３のスキャンが必要な場合は、読み取り装置が検出部３を移動させるスキャン部を含み、スキャン部によって検出部３を磁気変位部に沿って移動させればよい。

磁気変位部２および検出部３を移動させるスキャン部の構造は、特に限定されない。移動手段として一般的な構造、方法を用いればよい。例えば、プリンタやスキャナーなどでヘッドを移動させるために用いる構造、方法や、ハードディスクドライブなどでカンチレバーを移動させるために用いる構造、方法などを応用すればよい。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などに用いられるピエゾ素子を用いたり、上記構造、方法と組み合わせたりしてもよい。

なお、磁気変位部の配置と、検出部の配置とは任意の組み合わせで設定することができる。また、線状の磁気変位部および検出部は、点状の磁気変位部（磁気変位素子）および点状の検出部（検出素子）の集合体であってもよい。面状の磁気変位部および検出部についても同様であり、磁気変位素子および検出素子の集合体であってもよい。例えば、図８Ｄに示す磁気変位部２と図９Ｄに示す検出部３とを用いた読み取り装置の一例の断面模式図（図８Ｄおよび図９Ｄに示す直線Ａ−Ａ’で切断したと仮定）を図１０に示す。図１０に示す読み取り装置１では、磁気変位部２と検出部３とは、それぞれ磁気変位素子１１と検出素子１２との集合体となっている。なお、磁気変位素子１１は、点状の転移体４と点状の軟磁性層５を含んでいる。また、各素子は、図１０における斜線部分の領域である。

磁気変位素子の面方向（対象物の表面に平行な方向）の面積は、例えば、１００ｎｍ²以上１０⁶μｍ²以下の範囲であり、なかでも指紋を読み取る場合、１０００ｎｍ²以上１０¹⁰ｎｍ²以下の範囲が好ましい。上記面積が小さいほど、同一の領域を読み取るために必要な素子数は増えるが、読み取った情報（例えば、対象物の表面の形状を示す画像など）をより精細にすることができる。

同様に、検出素子の面方向（対象物の表面に平行な方向）の面積は、例えば、１００ｎｍ²以上１０⁶μｍ²以下の範囲であり、なかでも指紋を読み取る場合、１０００ｎｍ²以上１０¹⁰ｎｍ²以下の範囲が好ましい。上記面積が小さいほど、同一の領域の磁気状態を検知するために必要な素子数は増えるが、読み取った情報をより精細にすることができる。なお、検出素子がＭＲ素子を含み、ＭＲ素子の上記面方向の面積が、例えば、１μｍ²以下での場合、ＭＲ素子の自由磁性層に積層フェリ結合の状態にある多層膜構造が含まれていることが好ましい。

磁気変位素子および検出素子の形状は、特に限定されず、例えば、それぞれの面方向に切断した面の形状が、正方形状、長方形状、円形状、楕円形状、多角形状であればよい。

読み取り装置が、磁気変位素子の集合体である磁気変位部、および検出素子の集合体である検出部を含む場合における作動例を図１１〜図１３に示す。

図１１に示す読み取り装置１では、対象物１０１の表面の凸部が接触している転移体４ａの磁気状態は、凸部が接触していない（即ち、凹部が面している）転移体４ｂの磁気状態とは異なっている。この磁気状態の差によって、検出部３であるコイル１３ａとコイル１３ｂとの出力が異なる（Ｏｕｔ１とＯｕｔ２）ことによって、対象物１０１の表面の形状を読み取ることができる。

図１２、図１３に示す例においても同様である。図１２は、検出部３がＭＲ素子を含む場合である。転移体４ａおよび４ｂの磁気状態が異なれば、ＭＲ素子９ａおよび９ｂにおける、磁性層６ａおよび６ｂの磁化方向が異なる。このため、ＭＲ素子９ａとＭＲ素子９ｂとの出力が異なることによって、対象物１０１の表面の形状を読み取ることができる。図１３は、図４に示す例と同様に、磁気変位部２と検出部３とが一体化している場合である。この場合も、ＭＲ素子９ａとＭＲ素子９ｂとの出力が異なることによって、対象物１０１の表面の形状を読み取ることができる。

本発明の読み取り装置では、図１４に示すように、対象物１０１の表面の形状を読み取る際に、対象物１０１の読み取り部分より磁気変位部２の領域を大きく（例えば、図１４に示すＬ_T＜Ｌ_Pとする）してもよい。この場合、対象物１０１の読み取り部分を一括して読み取ることができるため、読み取りをより迅速に行うことができる。

本発明の読み取り装置では、図１５に示すように、対象物１０１の表面の形状を読み取る際に、対象物１０１の読み取り部分より磁気変位部２の領域を小さく（例えば、図１５に示すＬ_T＞Ｌ_Pとする）してもよい。この場合、磁気変位部２を対象物１０１に対して移動させれば（あるいは、対象物１０１を磁気変位部２に対して移動させれば）、対象物１０１の読み取り部分を読み取ることができる。また、例えば、対象物１０１の読み取り部分の画像を得るためには、別に画像合成が必要となるが、読み取り装置自体は小型化することが可能である。

次に、本発明の読み取り装置の製造方法について説明する。最初に、図１５を用いて、本発明の読み取り装置の製造方法の一例を説明する。

まず図１６Ａに示すように、Ｓｉ基板２１上に、電極層２２、磁性層７、非磁性層８、磁性層６、転移体４および保護層２３を順に積層して積層体を形成する。次に、図１６Ｂ〜図１６Ｄに示すように、積層体の微細加工を行うことによって、転移体４からなる磁気変位部２と、検出部であるＭＲ素子９を形成する。次に、図１６Ｅに示すように、ＭＲ素子９に電流を印加するための上部電極２４と下部電極２５とを形成する。最後に、図１６Ｆに示すように、全体を絶縁層２６で被覆して表面を研磨することによって、本発明の読み取り装置を得ることができる。

電極層２２、上部電極２４および下部電極２５に用いる材料は、導電性材料であれば特に限定されない。なかでも線抵抗率が１００μΩ・ｃｍ以下の材料（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ−Ｎなど）が好ましい。絶縁層２６は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂などの絶縁特性に優れる材料を用いればよい。その他、各層の材料には、上述した材料を用いればよい。

積層体の各層の形成、および上部電極、下部電極の形成には、半導体素子、ＭＲ素子などの形成に一般的に用いられる方法を用いればよい。パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）、イオンビームデポジション（ＩＢＤ）、クラスターイオンビーム、および、ＲＦ、ＤＣ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、ヘリコン、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、対向ターゲットなどの各種スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、イオンプレーティング法などを用いればよい。また、これらＰＶＤ法の他に、ＣＶＤ法、メッキ法あるいはゾルゲル法などを用いてもよい。

微細加工についても、半導体素子、ＭＲ素子などの形成に一般的に用いられる方法を用いればよい。イオンミリング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）などの物理的または化学的エッチング法、微細パターン形成のためのステッパー、電子ビーム（ＥＢ）法などを用いたフォトリソグラフィー技術などを組み合わせればよい。また、電極表面などの平坦化には、ＣＭＰや、クラスターイオンビームエッチングなどを用いればよい。

絶縁性の材料からなる非磁性層の形成は、例えば、次のように行えばよい。まず、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅを含む）などのＩＩａ族元素〜ＶＩａ族元素、および、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、ＧａおよびＳｉなどのＩＩｂ族元素〜ＩＶｂ族元素から選ばれる少なくとも１種の元素の薄膜前駆体を作製する。次に、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素を分子、イオン、プラズマ、ラジカルなどとして含む雰囲気中において、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素と上記薄膜前駆体とを温度および時間を制御しながら反応させる。これにより、薄膜前駆体は、ほぼ完全にフッ化、酸化、炭化、窒化または硼化され、非磁性層を得ることができる。また、薄膜前駆体として、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも１種の元素を化学量論比以下の割合で含んだ不定比化合物を作製してもよい。

より具体的な例としては、スパッタリング法によってＡｌ₂Ｏ₃からなる非磁性層を作製する場合、ＡｌまたはＡｌＯ_x（ｘ≦１．５）からなる薄膜前駆体をＡｒまたはＡｒ＋Ｏ₂雰囲気中で成膜し、これをＯ₂またはＯ₂＋不活性ガス中で酸化させることを繰り返せばよい。なお、プラズマやラジカルの発生には、ＥＣＲ放電、グロ−放電、ＲＦ放電、ヘリコン、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）などの一般的な手法を用いればよい。

次に、本発明の認証器について説明する。

本発明の認証器の一例を図１７に示す。本発明の認証器は、読み取り装置１と、メモリ部３２と、照合部３１とを含んでいる。読み取り装置１は上述した本発明の読み取り装置である。メモリ部３２には対象物の表面の形状が予め登録してある。読み取り装置１で読み取られた、対象物の表面の形状の情報（例えば、画像情報）は、照合部３１へと送られる。照合部３１では、読み取り装置１から送られてきた形状と、メモリ部３２に登録してある形状とを照合することによって、読み取り装置１で読み取った対象物の認証を行えばよい。照合部３１における照合の方法は、特に限定されず、一般的に用いられている照合方法を用いればよい。

このような認証器とすることによって、従来の読み取り装置を用いた認証器とは異なり、磁気状態の変化（磁気変位）を検知方式とする認証器を得ることができる。このため、従来の読み取り装置を用いた認証器とは異なり、静電気や温度などの環境の影響を受けにくい認証器とすることができる。また、光源、レンズなどの光学部品、あるいは、ヒーターなどの部品を省略することができるため、より小型、低消費電力の認証器とすることもできる。なお、これらの効果は、本発明の読み取り装置の場合と同様に、選択的である。

また、本発明の認証器では、読み取り装置１と照合部３１との間に、読み取り装置１で読み取った形状の情報（例えば、画像情報）を処理する処理部（例えば、画像処理部）をさらに含んでいてもよい。例えば、読み取り装置１において対象物の表面の形状の画像情報を部分ごとに読み取る場合（例えば、図１Ａに示す読み取り装置の場合など）、上記処理部によって対象物の表面全体の形状を示す画像情報を合成し、照合部３１に送ってもよい。

本発明の認証器では、読み取り装置、メモリ部、照合部のそれぞれが物理的に独立した装置である必要は必ずしもない。これらの名称は、機能的に付けられた名称である。処理部についても同様である。例えば、本発明の読み取り装置の他に、メモリ部と照合部とを（必要に応じて処理部も）内蔵したコンピューターを含むことによって本発明の認証器を形成することができる。また、例えば、メモリ部と照合部とを（必要に応じて処理部も）内蔵した半導体チップを形成し、この半導体チップと本発明の読み取り装置とを１つの筐体内に内蔵することによって、認証器を形成してもよい。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されない。

（実施例１）
熱酸化膜付Ｓｉ基板（熱酸化膜はＳｉＯ₂膜：厚さ５００ｎｍ）上に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、以下に示す膜構成の積層体を作製した。

Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／Ｐｔ−Ｍｎ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ａｌ−Ｏ（１）／Ｆｅ−Ｐｔ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｓｉ（２０００）／Ｐｔ（５０）
ここで、括弧内の数値は膜厚を示している。単位はｎｍであり、以下、同様にして膜厚を表示する。ただし、Ａｌ−Ｏ層は、Ａｌを１ｎｍの膜厚で成膜した後、２６．３ｋＰａ（２００Ｔｏｒｒ）の酸素含有雰囲気中において１分間の酸化を繰り返して作製した。

基板上のＴａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層である。Ｐｔ−Ｍｎ（２０）は反強磁性層である。磁性層であるＣｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）は、Ｐｔ−Ｍｎ（２０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。また、非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持する磁性膜Ｃｏ−Ｆｅ（４）とＣｏ−Ｆｅ（２）とは、積層フェリ結合の状態にある。Ａｌ−Ｏ（１．０）は、絶縁性の材料からなる非磁性層である。Ｆｅ−Ｐｔ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）は、自由磁性層に相当する磁性層である。非磁性膜であるＲｕ（０．７）を狭持するＦｅ−Ｐｔ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（２）と、Ｎｉ−Ｆｅ（２）とは積層フェリ結合の状態にある。（上述したように、積層フェリ結合により、自由磁性層の磁気的な実効膜厚は、１ｎｍとなる）。Ｆｅ−Ｓｉ（２０００）は転移体、Ｐｔ（５０）は保護層である。なお、Ｆｅ−Ｓｉ層の組成は、Ｆｅ_0.965Ｓｉ_0.035であった。ただし、上記組成は、原子組成比により示している。

この積層体を図１６Ｂ〜図１６Ｄに示すように微細加工し、図１６Ｅに示すように上部電極、下部電極を形成した後に、絶縁層で被覆し、表面を研磨して図１６Ｆに示す読み取り装置を作製した。なお、微細加工は、フォトリソグラフィーの手法によりレジストパターンを形成し、イオンエッチングを用いて行った。上部電極、下部電極には、Ｃｕを用い、絶縁層には、ＳｉＯ₂を用いた。表面の研磨は、ＣＭＰを用いて行った。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ²であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。

このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。

なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。また、転移体として、Ｄｙ−Ｔｂ−Ｆｅ（２０００）を用いた場合、上記とは異なる組成比のＦｅ−Ｓｉを用いた場合にも、同様の結果を得ることができた。

（実施例２）
実施例１と同様に、熱酸化膜付Ｓｉ基板（熱酸化膜はＳｉＯ₂膜：厚さ５００ｎｍ）上に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、以下に示す膜構成の積層体を作製した。Ａｌ−Ｏ（１）の作製方法も同様である。

Ｔａ（５）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／Ｐｔ−Ｍｎ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ａｌ−Ｏ（１）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｎｉ−Ｆｅ（１０）／ＢｉＭｎＯ₃（１０００）
基板上のＴａ（５）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層である。Ｐｔ−Ｍｎ（２０）は反強磁性層である。磁性層であるＣｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ｆｅ−Ｐｔ（２）は、Ｐｔ−Ｍｎ（２０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。また、非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持する磁性膜Ｃｏ−Ｆｅ（４）とＣｏ−Ｆｅ（２）とは、積層フェリ結合の状態にある。Ａｌ−Ｏ（１）は、絶縁性の材料からなる非磁性層である。Ｆｅ−Ｐｔ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｎｉ−Ｆｅ（１０）は、自由磁性層に相当する磁性層である。非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持するＦｅ−Ｐｔ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（６）と、Ｎｉ−Ｆｅ（１０）とは積層フェリ結合の状態にある。ＢｉＭｎＯ₃（１０００）は、転移体である。

この積層体に対して実施例１と同様に微細加工などを行い、図１６Ｆに示す読み取り装置を作製した。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ²であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。

このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、実施例１と同様に、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。

なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（膜厚が０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（膜厚が０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。

（実施例３）
実施例１と同様に、熱酸化膜付Ｓｉ基板（熱酸化膜はＳｉＯ₂膜：厚さ５００ｎｍ）上に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、以下に示す膜構成の積層体を作製した。Ａｌ−Ｏ（１．０）の作製方法も同様である。

Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／Ｐｔ−Ｍｎ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）／Ａｌ−Ｏ（１．０）／Ｃｏ−Ｆｅ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（４）／Ｆｅ−Ａｌ（２０００）／Ｔａ（５０）
基板上のＴａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層である。Ｐｔ−Ｍｎ（２０）は反強磁性層である。磁性層であるＣｏ−Ｆｅ（４）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（４）は、Ｐｔ−Ｍｎ（２０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。また、非磁性膜であるＲｕ（０．９）を狭持する磁性膜Ｃｏ−Ｆｅ（４）とＣｏ−Ｆｅ（４）とは、積層フェリ結合の状態にある。Ａｌ−Ｏ（１．０）は、絶縁性の材料からなる非磁性層である。Ｃｏ−Ｆｅ（１）／Ｎｉ−Ｆｅ（４）は、自由磁性層に相当する磁性層である。Ｆｅ−Ａｌ（２０００）は、転移体である。なお、Ｆｅ−Ａｌ層の組成は、Ｆｅ_0.9Ａｌ_0.1であった。ただし、上記組成は、重量比で示している。Ｔａ（５０）は保護層である。

この積層体に対して実施例１と同様に微細加工などを行い、図１６Ｆに示す読み取り装置を作製した。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ²であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。

このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、実施例１と同様に、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。

なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（膜厚が０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（膜厚が０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。また、転移体として、センダストを含むＦｅ−Ａｌ−Ｓｉや、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅを用いた場合にも同様の結果を得ることができた。

（実施例４）
マグネトロンスパッタリング法を用いて、図１９Ａに示すような積層体を作製した。具体的には、以下に示す膜構成の積層体を作製した。なお、図面を見やすくするために、図１９Ａでは反強磁性層を図示していない。

ＴｂＩＧ／Ｎｉ−Ｆｅ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）／Ａｌ−Ｏ（３）／Ｃｏ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（６）／Ｉｒ−Ｍｎ（５０）／Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）／ＣＡＰ層
ただし、Ａｌ−Ｏ層は、Ａｌを３ｎｍの膜厚で成膜した後、２６．３ｋＰａ（２００Ｔｏｒｒ）の酸素含有雰囲気中において１分間の酸化を繰り返して作製した。

ＴｂＩＧ（テルビウムアイアンガーネット）層は、転移体４であるが積層体を形成する際の基板としても用いた。

ＴｂＩＧ層上のＮｉ−Ｆｅ（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（２）は自由磁性層に相当する磁性層６である。Ｉｒ−Ｍｎ（５０）は反強磁性層である。磁性層７であるＣｏ−Ｆｅ（６）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ−Ｆｅ（６）は、Ｉｒ−Ｍｎ（５０）と磁気的に結合して固定磁性層となっている。Ａｌ−Ｏ（３）は、絶縁性の材料からなる非磁性層８である。Ｔａ（１０）／Ｃｕ（５０）／Ｔａ（５）は、電極層２２である。ＣＡＰ層２７には、スピンコーティングにより形成したポリイミド層（厚さ約１０μｍ）を用いた。

次に、図１９Ｂに示すようにＣＡＰ層２７を基板の代わりに用い、ＴｂＩＧ層（転移体４）の表面の研磨を行うことによって、ＴｂＩＧ層の厚さを転移体として適当な厚さに加工した。ＴｂＩＧ層は、多結晶あるいは単結晶の状態にあると考えられる。ここでは、約数μｍの厚さになるまで研磨を行った。

次に、積層体を図１９Ｃ〜図１９Ｅに示すように微細加工し、図１９Ｆに示すように上部電極２４、下部電極２５を形成した後に、絶縁層２６で被覆し、表面を研磨して図１９Ｇに示す読み取り装置を作製した。微細加工は、実施例１と同様の手法を用いて行った。上部電極、下部電極には、Ｃｕを用い、絶縁層には、ＳｉＯ₂を用いた。表面の研磨は、ＣＭＰを用いて行った。また、微細加工することによって、面方向の面積が１００μｍ²であり、正方形状である磁気変位素子と検出素子とが、面状に２５６素子×２５６素子に配列した読み取り装置とした。

このようにして作製した読み取り装置を用い、対象物の表面の形状に指紋を用いて読み取り試験を行ったところ、実施例１と同様に、図１８に示すような画像を得ることができた。この画像情報をメモリ部に予め蓄積された指紋画像と照合したところ、指紋による個人認証が十分に可能であった。

なお、非磁性層であるＡｌ−Ｏの膜厚を変化させた場合（０．３ｎｍ〜３ｎｍ）、非磁性層に導電性の材料であるＣｕ（０．２ｎｍ〜１０ｎｍ）を用いた場合も同様の結果を得ることができた。また、転移体として、希土類アイアンガーネットを用いた場合（例えば、希土類元素としてＳｍ、Ｄｙなど）にも、同様の結果を得ることができた。

なお、図１９Ｃから図１９Ｆに示す工程は、上述した図１６Ｂから図１６Ｅに示す工程と同様に行えばよい。また、ＣＡＰ層２７は、図１９Ｂ以降の工程において基板の代わりに使用できるものであれば特に限定されない。ポリイミド以外にも、様々な材料（例えば、樹脂、無機物など）を用いることができる。ＣＡＰ層２７の形成方法も、スピンコーティングに限らず、特に限定されない。同じく、ＣＡＰ層２７の厚さも、特に限定されない。

本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。

以上説明したように、本発明によれば、磁気変位を検知方式に用いた読み取り装置と、これを用いた認証器とを提供できる。

本発明の読み取り装置によって、例えば、人体の表面の形状（例えば、指紋、掌紋など）を読み取ることができる。このため、本発明の読み取り装置は、認証器や、ポインティングデバイスなどに用いることができる。また、例えば、人体の表面に限らず、様々な物体の表面の形状を読み取る表面センサーなどにも用いることができる。

また、本発明の認証器は、例えば、コンピューターのユーザー認証、セキュリティーエリアへの入退室の管理などの用途に用いることができる。また、例えば、自動預け払い機（ＡＴＭ）など、金融機関における個人の認証が必要とされる様々なサービス（インターネットなどの通信回線を介した情報の授受を含む）にも用いることができる。

本発明の読み取り装置の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置のまた別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置のさらにまた別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置に用いる磁気抵抗素子の一例を説明するための模式断面図である。 本発明の読み取り装置に用いる磁気抵抗素子の別の一例を説明するための模式断面図である。 本発明の読み取り装置に用いる磁気抵抗素子のまた別の一例を説明するための模式断面図である。 本発明の読み取り装置に用いる磁気変位部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置に用いる磁気変位部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置に用いる磁気変位部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置に用いる磁気変位部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置に用いる検出部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置に用いる検出部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置に用いる検出部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置に用いる検出部の配置の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置の上記とは別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の作動例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置の別の作動例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置のまた別の作動例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置の構造の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置の構造の別の一例を示す模式図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の認証器の一例を示す模式図である。 実施例で測定した、指紋の形状の読み取り結果を示す図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。 本発明の読み取り装置の製造方法の別の一例を示す模式断面図である。

Claims (23)

1. 対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、
   前記表面と接触したときに、前記形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、
   前記磁気変位部の前記磁気状態を検知する検出部とを含む読み取り装置。
2. 前記形状が、凸部と凹部とからなり、
   前記磁気変位部は、前記表面が接触することによって生じる圧力によって、前記凸部が面する領域と前記凹部が面する領域との間で磁気状態が異なる請求項１に記載の読み取り装置。
3. 前記磁気変位部が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含む請求項２に記載の読み取り装置。
4. 前記転移体が磁歪材料を含む請求項３に記載の読み取り装置。
5. 前記転移体が、式Ｆｅ−Ｚで示される組成を有する材料を含む請求項３に記載の読み取り装置。
   ただし、Ｚは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＴｂおよびＤｙから選ばれる少なくとも１種の元素である。
6. 前記転移体の歪みの変化量が、１０^−３％以上である請求項３に記載の読み取り装置。
7. 前記磁気変位部が、軟磁性層をさらに含み、
   前記軟磁性層と前記転移体とは磁気的に結合しており、
   前記転移体の磁気状態によって前記軟磁性層の磁気状態が異なる請求項３に記載の読み取り装置。
8. 前記検出部がコイルを含み、前記コイルによって前記磁気状態を検知する請求項１に記載の読み取り装置。
9. 前記検出部が磁気抵抗素子を含み、前記磁気抵抗素子によって前記磁気状態を検知する請求項１に記載の読み取り装置。
10. 前記磁気抵抗素子は、非磁性層と、前記非磁性層を狭持する一対の磁性層とを含む多層構造を含み、
    双方の前記磁性層が有する磁化方向の相対角度により抵抗値が異なり、
    前記磁気変位部が、機械エネルギーと磁気エネルギーとを変換する転移体を含み、
    前記転移体の磁気状態によって一方の前記磁性層の磁化方向が異なる請求項９に記載の読み取り装置。
11. 前記一方の磁性層と前記転移体とが磁気的に結合している請求項１０に記載の読み取り装置。
12. 前記磁気抵抗素子が反強磁性層をさらに含み、
    前記反強磁性層は、前記反強磁性層と前記非磁性層とによって他方の前記磁性層を狭持するように配置されている請求項１０に記載の読み取り装置。
13. 前記一対の磁性層から選ばれる少なくとも１つの磁性層が、非磁性膜と、前記非磁性膜を狭持する一対の磁性膜とを含む請求項１０に記載の読み取り装置。
14. 前記一対の磁性膜が、積層フェリ結合および静磁結合から選ばれるいずれかの磁気的結合の状態にある請求項１３に記載の読み取り装置。
15. 前記磁気変位部が、前記対象物の前記表面に垂直な方向に固定されている請求項１に記載の読み取り装置。
16. 前記磁気変位部が、前記対象物の前記表面に垂直な方向に可動である請求項１に記載の読み取り装置。
17. 前記磁気変位部が点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されている請求項１に記載の読み取り装置。
18. 前記検出部が点状、線状および面状から選ばれる少なくとも１つの形状に配置されている請求項１に記載の読み取り装置。
19. 前記磁気変位部を移動させる第１のスキャン部をさらに含み、
    前記第１のスキャン部によって前記磁気変位部を前記対象物の表面に沿って移動させ、前記対象物の表面の形状を読み取る請求項１に記載の読み取り装置。
20. 前記検出部を移動させる第２のスキャン部をさらに含み、
    前記第２のスキャン部によって前記検出部を前記磁気変位部に沿って移動させ、前記磁気変位部の磁気状態を検知する請求項１に記載の読み取り装置。
21. 前記対象物が人体である請求項１に記載の読み取り装置。
22. 前記表面の形状が指紋である請求項２１に記載の読み取り装置。
23. 読み取り装置と、メモリ部と、照合部とを含み、
    前記読み取り装置は、対象物の表面の形状を読み取る読み取り装置であって、前記表面と接触したときに、前記形状に応じて磁気状態が異なる磁気変位部と、前記磁気変位部の前記磁気状態を検知する検出部とを含んでおり、
    前記メモリ部には、対象物の表面の形状が予め登録してあり、
    前記照合部によって、前記読み取り装置によって読み取られた前記形状と、前記メモリ部に登録してある前記形状とを照合する認証器。

Images