JP7141904B2 - 磁気センサシステム - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサおよび磁気センサシステムに関する。

公報記載の従来技術として、非磁性基板上に形成された硬磁性体膜からなる薄膜磁石と、前記薄膜磁石の上を覆う絶縁層と、前記絶縁層上に形成された一軸異方性を付与された一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる感磁部とを備えた磁気インピーダンス効果素子が存在する（特許文献１参照）。

特開２００８－２４９４０６号公報

ところで、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、感受素子にバイアス磁界を付与するための薄膜磁石とによって、誘電体層が挟まれた構造を有する磁気センサは、感受素子に高周波電流を供給すると、誘電体層が分極し、静電容量を有するコンデンサとしてはたらく場合がある。
本発明は、コンデンサとしての性質を用いて磁界を検出可能な磁気センサおよび磁気センサシステムを提供することを目的とする。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用される磁気センサシステムは、導電体で構成される導電体層と、誘電体で構成され、導電体層に積層される誘電体層と、軟磁性体で構成され、誘電体層を介して導電体層と対向するように誘電体層上に積層され、長手方向と短手方向とを有し、長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子とを備える磁気センサと、磁気センサが有する静電容量の変化量に基づいて、感受素子が感受する磁界の変化量を算出する磁界算出部とを備える。
このような磁気センサシステムにおいて、磁気センサに電気的に接続し、磁気センサとともにＬＣ共振回路を構成するインダクタと、ＬＣ共振回路に高周波電流を印加する高周波供給部とをさらに備え、高周波供給部により高周波電流が供給されることでＬＣ共振回路から発振される共振周波数が、前記感受素子が感受する磁界の変化により変化し、磁界算出部は、共振周波数の変化量から、感受素子が感受する磁界の変化量を算出することを特徴とすることができる。
また、このような磁気センサシステムにおいて、磁界算出部は、予め求めた感受素子が感受する磁界の変化量と共振周波数の変化量との関係に基づき、感受素子が感受する磁界の変化量を算出することを特徴とすることができる。

本発明によれば、コンデンサとしての性質を用いて磁界を検出可能な磁気センサおよび磁気センサシステムを提供することができる。

実施の形態１が適用される磁気センサシステムを説明する図である。 （ａ）～（ｂ）は、実施の形態１が適用される磁気センサの一例を説明する図である。 磁気センサの感受部における感受素子の長手方向に印加された磁界と磁気センサの静電容量との関係を説明する図である。 （ａ）～（ｅ）は、磁気センサの製造方法の一例を説明する図である。 実施の形態２が適用される磁気センサの一例を説明する図であって、磁気センサの平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
［実施の形態１］
（磁気センサシステム５００の構成）
図１は、実施の形態１が適用される磁気センサシステム５００を説明する図である。磁気センサシステム５００は、発振回路部５１０と、発振回路部５１０から発振される交流電流の周波数を測定する周波数測定部５３０と、周波数測定部５３０により測定された発振周波数に基づいて、後述する磁気センサ１で感受される磁界または磁界の変化を算出する磁界算出部５５０とを備えている。

図１に示すように、発振回路部５１０は、所謂磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサ１と、磁気センサ１に直列接続され磁気センサ１とともにＬＣ共振回路を構成するコイル５１３と、磁気センサ１およびコイル５１３に高周波電流を供給する高周波供給部５１５とを備えている。
詳細については後述するが、本実施の形態の発振回路部５１０では、磁気センサ１が静電容量Ｃを有するコンデンサとして機能する。また、コイル５１３がインダクタンスＬを有するインダクタとして機能する。そして、発振回路部５１０は、高周波供給部５１５により高周波電流が供給されることで、磁気センサ１で感受される磁界に対応する周波数の交流電流を発振する。

周波数測定部５３０は、例えば水晶振動子等を用いた既存の周波数カウンタにより構成される。そして、周波数測定部５３０は、発振回路部５１０から発振された交流電流の周波数を測定し、磁界算出部５５０に出力する。

磁界算出部５５０は、周波数測定部５３０から取得した周波数に基づいて、磁気センサ１で感受される外部磁界または外部磁界の変化を算出する。詳細については後述するが、磁界算出部５５０は、磁気センサ１の静電容量Ｃと磁気センサ１で感受される磁界の強さとの関係を記憶している。そして、磁界算出部５５０は、周波数測定部５３０にて測定された周波数から磁気センサ１の静電容量Ｃを算出し、静電容量Ｃに基づいて磁気センサ１で感受される磁界または磁界の変化を算出する。

（磁気センサ１の構成）
図２（ａ）～（ｂ）は、実施の形態１が適用される磁気センサ１の一例を説明する図である。図２（ａ）は、平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＩＩＢ－ＩＩＢ線での断面図である。
図２（ｂ）に示すように、実施の形態１が適用される磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に設けられた硬磁性体（硬磁性体層１０３）で構成された薄膜磁石２０と、薄膜磁石２０に対向して積層され、軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成され磁場を感受する感受部３０とを備える。なお、磁気センサ１の断面構造については、後に詳述する。

ここで硬磁性体とは、外部磁界によって磁化されると、外部磁界を取り除いても磁化された状態が保持される、いわゆる保磁力の大きい材料である。一方、軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。

なお、本明細書においては、磁気センサ１を構成する要素（薄膜磁石２０など）を二桁の数字で表し、要素に加工される層（硬磁性体層１０３など）を１００番台の数字で表す。そして、要素の数字に対して、要素に加工される層の番号を（ ）内に表記する。例えば薄膜磁石２０の場合、薄膜磁石２０（硬磁性体層１０３）と表記する。図においては、２０（１０３）と表記する。他の場合も同様である。

図２（ａ）により、磁気センサ１の平面構造を説明する。磁気センサ１は、一例として四角形の平面形状を有する。ここでは、磁気センサ１の最上部に形成された感受部３０及びヨーク４０を説明する。感受部３０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である複数の感受素子３１と、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する接続部３２と、電流供給のための電線が接続される端子部３３とを備える。ここでは、４個の感受素子３１が、長手方向が並列するように配置されている。感受素子３１が、磁気インピーダンス効果素子である。
感受素子３１は、例えば長手方向の長さが約１ｍｍ、短手方向の幅が数１００μｍ、厚さ（軟磁性体層１０５の厚さ）が０．５μｍ～５μｍである。感受素子３１間の間隔は、５０μｍ～１５０μｍである。
なお、それぞれの感受素子３１の大きさ（長さ、面積、厚さ等）、感受素子３１の数、感受素子３１同士の間隔等は、感受（計測）したい磁界の大きさや後述する静電容量Ｃの大きさなどによって設定される。

接続部３２は、隣接する感受素子３１の端部間に設けられ、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する。図２（ａ）に示す磁気センサ１では、４個の感受素子３１が並列に配置されているため、接続部３２は３個ある。接続部３２の数は、感受素子３１の数によって異なる。例えば、感受素子３１が２個であれば、接続部３２は１個である。また、感受素子３１が１個であれば、接続部３２を備えない。なお、接続部３２の幅は、感受部３０に流す電流によって設定すればよい。例えば、接続部３２の幅は、感受素子３１と同じであってもよい。

端子部３３は、接続部３２で接続されていない感受素子３１の端部（２個）にそれぞれ設けられている。端子部３３は、感受素子３１から引き出す引き出し部と、電流を供給する電線を接続するパッド部とを備える。引き出し部は、２個のパッド部を感受素子３１の短手方向に設けるために設けられている。引き出し部を設けずパッド部を感受素子３１に連続するように設けてもよい。パッド部は、電線を接続しうる大きさであればよい。なお、感受素子３１が４個であるため、２個の端子部３３は図２（ａ）において左側に設けられている。感受素子３１の数が奇数の場合には、２個の端子部３３を左右に分けて設ければよい。
本実施の形態では、２個の端子部３３のうち一方が、上述したコイル５１３（図１参照）に電線を介して接続され、他方が、上述した高周波供給部５１５に電線を介して接続されている。

そして、感受部３０の感受素子３１、接続部３２及び端子部３３は、１層の軟磁性体層１０５で一体に構成されている。軟磁性体層１０５は、導電性であるので、一方の端子部３３から他方の端子部３３に、電流を流すことができる。
なお、感受素子３１の長さ及び幅、並列させる個数など上記した数値は一例であって、感受（計測）する磁界の値や用いる軟磁性体材料などによって変更してもよい。

さらに、磁気センサ１は、感受素子３１の長手方向の端部に対向して設けられたヨーク４０を備える。ここでは、感受素子３１の長手方向の両端部に対向してそれぞれが設けられた２個のヨーク４０ａ、４０ｂを備える。なお、ヨーク４０ａ、４０ｂをそれぞれ区別しない場合は、ヨーク４０と表記する。ヨーク４０は、感受素子３１の長手方向の端部に磁力線を誘導する。このため、ヨーク４０は、磁力線が透過しやすい軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成されている。つまり、感受部３０及びヨーク４０は、一層の軟磁性体層１０５により形成されている。なお、感受素子３１の長手方向に磁力線が十分透過する場合には、ヨーク４０を備えなくてもよい。

以上のことから、磁気センサ１の大きさは、平面形状において数ｍｍ角である。なお、磁気センサ１の大きさは、他の値であってもよい。

次に、図２（ｂ）により、磁気センサ１の断面構造を詳述する。磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３（薄膜磁石２０）、誘電体層１０４及び軟磁性体層１０５（感受部３０、ヨーク４０）がこの順に配置（積層）されて構成されている。

基板１０は、非磁性体からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板等が挙げられる。
密着層１０１は、基板１０に対する制御層１０２の密着性を向上させるための層である。密着層１０１としては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金を用いるのがよい。Ｃｒ又はＮｉを含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＴａ、ＮｉＴａ等が挙げられる。密着層１０１の厚さは、例えば５ｎｍ～５０ｎｍである。なお、基板１０に対する制御層１０２の密着性に問題がなければ、密着層１０１を設けることを要しない。なお、本明細書においては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金の組成比を示さない。以下同様である。

制御層１０２は、硬磁性体層１０３で構成される薄膜磁石２０の磁気異方性が膜の面内方向に発現しやすいように制御する層である。制御層１０２としては、Ｃｒ、Ｍｏ若しくはＷ又はそれらを含む合金（以下では、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金と表記する。）を用いるのがよい。制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶ、ＣｒＷ等が挙げられる。制御層１０２の厚さは、例えば１０ｎｍ～３００ｎｍである。

薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３は、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ又はＰｔのいずれか一方又は両方を含む合金（以下では、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いることがよい。薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＢ等が挙げられる。なお、Ｆｅが含まれていてもよい。硬磁性体層１０３の厚さは、例えば５００ｎｍ～１５００ｎｍである。

制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金は、ｂｃｃ（body-centered cubic（体心立方格子））構造を有する。よって、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体（硬磁性体層１０３）は、ｂｃｃ構造のＣｒ等を含む合金で構成された制御層１０２上において結晶成長しやすいｈｃｐ（hexagonal close-packed（六方最密充填））構造であるとよい。ｂｃｃ構造上にｈｃｐ構造の硬磁性体層１０３を結晶成長させると、ｈｃｐ構造のｃ軸が面内に向くように配向しやすい。よって、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０が面内方向に磁気異方性を有するようになりやすい。なお、硬磁性体層１０３は結晶方位の異なる集合からなる多結晶であり、各結晶が面内方向に磁気異方性を有する。この磁気異方性は結晶磁気異方性に由来するものである。

なお、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金及び薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金の結晶成長を促進するために、基板１０を１００℃～６００℃に加熱するとよい。この加熱により、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金が結晶成長しやすくなり、ｈｃｐ構造を持つ硬磁性体層１０３が面内に磁化容易軸を持つように結晶配向されやすくなる。つまり、硬磁性体層１０３の面内に磁気異方性が付与されやすくなる。

誘電体層１０４は、非磁性の誘電体で構成され、薄膜磁石２０と感受部３０との間を電気的に絶縁する。また、誘電体層１０４は、高周波供給部５１５（図１参照）により感受部３０に高周波電流が供給された場合に、薄膜磁石２０と感受部３０との間で分極する。これにより、磁気センサ１が静電容量Ｃを有するコンデンサとして機能することになる。
誘電体層１０４を構成する誘電体としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₂Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等が挙げられる。また、誘電体層１０４の厚さは、例えば１０ｎｍ～５００ｎｍである。

なお、詳細については後述するが、誘電体層１０４が分極することにより磁気センサ１が有する静電容量Ｃは、感受部３０（感受素子３１）が感受する磁界の大きさによって変化する。また、感受部３０が感受する磁界の大きさによる静電容量Ｃの変化量は、誘電体層１０４を構成する誘電体の種類や誘電体層１０４の厚さ等によって調整することができる。したがって、誘電体層１０４を構成する誘電体の種類や誘電体層１０４の厚さは、磁気センサ１に求める磁界の大きさによる静電容量Ｃの変化量などに応じて選択することが好ましい。また、磁気センサ１の温度特性を向上させる観点からは、誘電体層１０４を構成する誘電体として、磁気センサ１の使用温度帯において温度変化に対する誘電率の変化が小さい誘電体を選択することが好ましい。

感受部３０における感受素子３１は、長手方向に交差する方向、例えば直交する短手方向（幅方向）に一軸磁気異方性が付与されている。感受素子３１を構成する軟磁性体（軟磁性体層１０５）としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金（以下では、感受素子３１を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いるのがよい。感受素子３１を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ等が挙げられる。感受素子３１を構成する軟磁性体（軟磁性体層１０５）の厚さは、例えば０．５μｍ～５μｍである。
なお、長手方向に交差する方向とは、長手方向に対して４５°を超えた角度を有すればよい。

密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３（薄膜磁石２０）及び誘電体層１０４は、平面形状が四角形（図２（ａ）参照）になるように加工されている。そして、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ線が、感受部３０の感受素子３１の長手方向に向くようになっている。なお、長手方向に向くとは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とのなす角度が０°以上且つ４５°未満であることをいう。なお、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とのなす角度は、小さいほどよい。

磁気センサ１において、薄膜磁石２０のＮ極から出た磁力線は、ヨーク４０ａを介して感受素子３１を透過し、ヨーク４０ｂを介して薄膜磁石２０のＳ極に戻る。つまり、薄膜磁石２０は、感受素子３１の長手方向に磁界を印加する。この磁界をバイアス磁界と呼ぶ。
なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とをまとめて両磁極と表記し、Ｎ極とＳ極とを区別しない場合には磁極と表記する。ここでは、図２（ａ）、（ｂ）において、左側をＮ極、右側をＳ極として説明するが、Ｎ極とＳ極とを入れ替えてもよい。

なお、図２（ａ）に示すように、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）は、基板１０の表面側から見た形状が、感受部３０に近づくにつれて狭くなっていくように構成されている。これは、感受部３０に磁力線を集めるためである。つまり、感受部３０における磁界を強くして、感度の向上を図っている。なお、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）の感受部３０に対向する部分の幅を狭くしなくてもよい。

ここで、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）と感受部３０との間隔は、例えば１μｍ～１００μｍであればよい。

（磁気センサ１の作用）
上述したように、磁気センサ１は、例えば感受素子３１の長手方向と交差する短手方向（幅方向）に磁化容易軸が向いた、一軸磁気異方性が付与されている。そして、感受素子３１の長手方向には、薄膜磁石２０により、磁界（バイアス磁界）が印加されている。
また、磁気センサ１は、２個の端子部３３から感受素子３１に高周波の電流を流すと、感受部３０と薄膜磁石２０とに挟まれた誘電体層１０４において分極が生じる。これにより、磁気センサ１は、静電容量Ｃを有するコンデンサとして機能する。

ここで、バイアス磁界が印加された状態で２個の端子部３３から感受素子３１に高周波の電流を流すと、端子部３３の間のインピーダンスは、感受部３０の感受素子３１に作用する磁界Ｈ（外部磁界）の長手方向に沿った方向の成分によって変化する。そして、これに伴って、コンデンサとして機能する磁気センサ１の静電容量Ｃが変化する。すなわち、磁気センサ１の静電容量Ｃは、感受部３０の感受素子３１に作用する磁界Ｈ（外部磁界）の長手方向に沿った方向の成分によって変化する。

図３は、磁気センサ１の感受部３０における感受素子３１の長手方向に印加された磁界Ｈと磁気センサ１の静電容量Ｃとの関係を説明する図である。図３において、横軸が磁界Ｈであり、縦軸が静電容量Ｃである。
図３に示すように、磁気センサ１の静電容量Ｃは、感受素子３１の長手方向に印加された磁界Ｈに応じて変化する。この例では、静電容量Ｃは、磁界Ｈが０の場合（Ｈ＝０）を境界としてプラス方向またはマイナス方向に磁界Ｈの絶対値が大きくなるに伴い減少、増加と変化している。また、図３に示すように、磁界Ｈの変化に対する静電容量Ｃの変化量（グラフの傾き）は、磁界Ｈの大きさによって異なっている。したがって、印加する磁界Ｈの変化量（ΔＨ）に対して静電容量Ｃの変化量（ΔＣ）が急峻な部分（グラフの傾きであるΔＣ／ΔＨが大きい部分）を用いることで、磁界Ｈの微弱な変化量を静電容量Ｃの変化量（ΔＣ）として取り出すことができる。図３では、ΔＣ／ΔＨが大きい磁界Ｈの中心を磁界Ｈｂとして示している。つまり、磁界Ｈｂの近傍（図３で矢印で示す範囲）における磁界Ｈの変化量（ΔＨ）が高精度に測定できる。この磁界Ｈｂが、上述したバイアス磁界に対応する。

なお、本実施の形態の磁気センサ１は、硬磁性体層１０３から構成される薄膜磁石２０上に、誘電体層１０４および感受部３０が積層された構造を有しているが、磁気センサ１の構造は、これに限定されるものではない。すなわち、感受素子３１に高周波電流を流した場合に誘電体層１０４が分極し磁気センサ１が静電容量Ｃを有するという観点からは、磁気センサ１は、誘電体層１０４を介して感受素子３１に対向する層が導電性を有していればよい。言い換えると、磁気センサ１では、薄膜磁石２０に代えて、非磁性の導電体から構成される導電体層を設けてもよい。
また、磁気センサ１において薄膜磁石２０に代えて導電体層を設けた場合には、この導電体層とは別に、感受素子３１の長手方向にバイアス磁界を印加する要素を設けることで、磁界Ｈの変化量（ΔＨ）に対して静電容量Ｃの変化量（ΔＣ）が大きくなるように調整することができる。また、このバイアス磁界を印加する要素は、磁気センサ１と一体であってもよいし、磁気センサ１とは別体であってもよい。

（磁気センサシステム５００による磁界の変化量の測定方法）
続いて、上述した図１等も参照して、磁気センサ１の感受部３０で感受される磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を磁気センサシステム５００により測定する測定方法の一例について説明する。
磁気センサシステム５００により磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を測定する場合、まず、発振回路部５１０が、高周波供給部５１５によってＬＣ共振回路（磁気センサ１、コイル５１３）に高周波電流を供給する。これにより、発振回路部５１０は、磁気センサ１とコイル５１３とにより形成されるＬＣ共振回路によって、所定の共振周波数ｆ₀を有する交流電流を発振する。

続いて、周波数測定部５３０が、発振回路部５１０から発振された交流電流の周波数（共振周波数ｆ₀）を測定し、磁界算出部５５０に出力する。

続いて、磁界算出部５５０が、周波数測定部５３０から取得した周波数（共振周波数ｆ₀）に変化が生じた場合、その変化量に基づいて、磁気センサ１の感受部３０で感受された磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を算出する。

ここで、ＬＣ共振回路から発振される交流電流の周波数である共振周波数ｆ₀、磁気センサ１（コンデンサ）の静電容量Ｃ、コイル５１３（インダクタ）のインダクタンスＬとの関係は、以下の式（１）により表される。
ｆ₀＝１／（２π√（ＬＣ）） …（１）
したがって、図３に示した磁界Ｈと静電容量Ｃとの関係のように、磁界Ｈが変化すると静電容量Ｃが変化し、式（１）により、静電容量Ｃが変化すると共振周波数ｆ₀が変化する。

磁界算出部５５０は、予め共振周波数ｆ₀の変化量と磁界Ｈの変化量（ΔＨ）との相関関係を求めておくことで、周波数測定部５３０にて測定される共振周波数ｆ₀の変化量から、感受部３０で感受された磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を求めることができる。また、共振周波数ｆ₀の変化量（Δｆ₀）と磁界Ｈの変化量（ΔＨ）との相関関係は、例えば、磁気センサシステム５００の磁気センサ１を磁界発生装置内にセットし、磁界Ｈの変化量（ΔＨ）と共振周波数ｆ₀の変化量（Δｆ₀）との関係を測定することで求められる。

以上の工程により、本実施の形態の磁気センサシステム５００では、磁気センサ１の静電容量Ｃの変化量に基づいて、磁気センサ１の感受部３０で感受される磁界の変化量を得ることができる。

本実施の形態の磁気センサシステム５００では、磁気センサ１の感受部３０で感受される磁界Ｈの変動を、発振回路部５１０のＬＣ共振回路（磁気センサ１、コイル５１３）から発振される共振周波数ｆ₀の変化に変換している。これにより、例えば磁界Ｈの変動を信号強度の変化に変換するような場合と比べて、電気的なノイズを低減でき、磁界Ｈの変動を感度良く検出することができる。

なお、本実施の形態の磁気センサシステム５００では、磁気センサ１とコイル５１３とが直列接続されたＬＣ共振回路から発振される共振周波数ｆ₀を用いて、磁気センサ１の静電容量Ｃを算出している。しかしながら、磁気センサ１の静電容量Ｃを得ることができれば、発振回路部５１０の構成はこれに限定されるものではない。

（磁気センサ１の製造方法）
次に磁気センサ１の製造方法の一例を説明する。
図４（ａ）～（ｅ）は、磁気センサ１の製造方法の一例を説明する図である。図４（ａ）～（ｅ）は、磁気センサ１の製造方法における工程を示す。なお、図４（ａ）～（ｅ）は、代表的な工程であって、他の工程を含んでもよい。そして、工程は、図４（ａ）～（ｅ）の順に進む。図４（ａ）～（ｅ）は、図２（ｂ）に示した図２（ａ）のＩＩＢ－ＩＩＢ線での断面図に対応する。

基板１０は、前述したように、非磁性材料からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキ等を施した金属等の金属基板である。基板１０には、研磨機などを用いて、例えば曲率半径Ｒａが０．１ｎｍ～１００ｎｍの筋状の溝又は筋状の凹凸が設けられていてもよい。なお、この筋状の溝又は筋状の凹凸の筋の方向は、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向に設けられているとよい。このようにすることで、硬磁性体層１０３における結晶成長が、溝の方向へ促進される。よって、硬磁性体層１０３により構成される薄膜磁石２０の磁化容易軸がより溝方向（薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向）に向きやすい。つまり、薄膜磁石２０の着磁をより容易にする。

ここでは、基板１０は、一例として直径約９５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのガラスとして説明する。磁気センサ１の平面形状が数ｍｍ角である場合、基板１０上には、複数の磁気センサ１が一括して製造され、後に個々の磁気センサ１に分割（切断）される。図４（ａ）～（ｅ）では、中央に表記する一個の磁気センサ１に着目するが、左右に隣接する磁気センサ１の一部を合わせて示す。なお、隣接する磁気センサ１間の境界を一点鎖線で示す。

図４（ａ）に示すように、基板１０を洗浄した後、基板１０の一方の面（以下、表面と表記する。）上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３及び誘電体層１０４を順に成膜（堆積）して、積層体を形成する。

まず、Ｃｒ又はＮｉを含む合金である密着層１０１、Ｃｒ等を含む合金である制御層１０２、及び、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金である硬磁性体層１０３を順に連続して成膜（堆積）する。この成膜は、スパッタリング法などにより行える。それぞれの材料で形成された複数のターゲットに順に対面するように、基板１０を移動させることで密着層１０１、制御層１０２及び硬磁性体層１０３が基板１０上に順に積層される。前述したように、制御層１０２及び硬磁性体層１０３の形成では、結晶成長を促進するために、基板１０を例えば１００℃～６００℃に加熱するとよい。

なお、密着層１０１の成膜では、基板１０の加熱を行ってもよく、行わなくてもよい。基板１０の表面に吸着している水分などを除去するために、密着層１０１を成膜する前に、基板１０を加熱してもよい。

次に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₂Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等である誘電体層１０４を成膜（堆積）する。誘電体層１０４の成膜は、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタリング法などにより行える。

そして、図４（ｂ）に示すように、感受部３０が形成される部分及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される部分を開口とするフォトレジストによるパターン（レジストパターン）１１１を、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。

そして、図４（ｃ）に示すように、感受素子３１を構成するＣｏ合金である軟磁性体層１０５を成膜（堆積）する。軟磁性体層１０５の成膜は、例えばスパッタリング法を用いて行える。

図４（ｄ）に示すように、レジストパターン１１１を除去するとともに、レジストパターン１１１上の軟磁性体層１０５を除去（リフトオフ）する。これにより、軟磁性体層１０５による感受部３０及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される。つまり、感受部３０とヨーク４０とが、１回の軟磁性体層１０５の成膜で形成される。

この後、軟磁性体層１０５には、感受部３０における感受素子３１の幅方向に一軸磁気異方性を付与する。この軟磁性体層１０５への一軸磁気異方性の付与は、例えば３ｋＧ（０．３Ｔ）の回転磁場中における４００℃での熱処理（回転磁場中熱処理）と、それに引き続く３ｋＧ（０．３Ｔ）の静磁場中における４００℃での熱処理（静磁場中熱処理）とで行える。この時、ヨーク４０を構成する軟磁性体層１０５にも同様の一軸磁気異方性が付与される。しかし、ヨーク４０は、磁気回路としての役割を果たせばよく、一軸磁気異方性が付与されてもよい。

次に、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３を着磁する。硬磁性体層１０３に対する着磁は、静磁場中又はパルス状の磁場中において、硬磁性体層１０３の保磁力より大きい磁界を、硬磁性体層１０３の磁化が飽和するまで印加することで行える。

この後、図４（ｅ）に示すように、基板１０上に形成された複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割（切断）する。つまり、図２（ａ）の平面図に示したように、平面形状が四角形になるように、基板１０、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４及び軟磁性体層１０５を切断する。すると、分割（切断）された硬磁性体層１０３の側面に薄膜磁石２０の磁極（Ｎ極及びＳ極）が露出する。こうして、着磁された硬磁性体層１０３は、薄膜磁石２０になる。この分割（切断）は、ダイシング法やレーザカッティング法などにより行える。

なお、図４（ｅ）の複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の前に、基板１０上において隣接する磁気センサ１の間の密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４及び軟磁性体層１０５を、平面形状が四角形（図２（ａ）に示した磁気センサ１の平面形状）になるようにエッチング除去してもよい。そして、露出した基板１０を分割（切断）してもよい。
また、図４（ａ）の積層体を形成する工程の後に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４を、平面形状が四角形（図２（ａ）に示した磁気センサ１の平面形状）になるように加工してもよい。
なお、図４（ａ）～（ｅ）に示した製造方法は、これらの製造方法に比べ、工程が簡略化される。

このようにして、磁気センサ１が製造される。なお、軟磁性体層１０５への一軸異方性の付与及び／又は薄膜磁石２０の着磁は、図４（ｅ）の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の後に、磁気センサ１毎又は複数の磁気センサ１に対して行ってもよい。

なお、制御層１０２を備えない場合には、硬磁性体層１０３を成膜後、８００℃以上に加熱して結晶成長させることで、面内に磁気異方性を付与することが必要となる。しかし、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１のように、制御層１０２を備える場合には、制御層１０２により結晶成長が促進されるため、８００℃以上のような高温による結晶成長を要しない。

また、感受部３０の感受素子３１への一軸異方性の付与は、上記の回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う代わりに、感受素子３１を構成するＣｏ合金である軟磁性体層１０５の堆積時にマグネトロンスパッタリング法を用いて行ってもよい。マグネトロンスパッタリング法では、磁石（マグネット）を用いて磁界を形成し、放電によって発生した電子をターゲットの表面に閉じ込める（集中させる）。これにより、電子とガスとの衝突確率を増加させてガスの電離を促進し、膜の堆積速度（成膜速度）を向上させる。このマグネトロンスパッタリング法に用いられる磁石（マグネット）が形成する磁界により、軟磁性体層１０５の堆積と同時に、軟磁性体層１０５に一軸異方性が付与される。このようにすることで、回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う一軸異方性を付与する工程が省略できる。

［実施の形態２］
続いて、本発明の実施の形態２について説明する。以下では、実施の形態１とは異なる部分を主に説明し、同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。
図５（ａ）～（ｂ）は、実施の形態２が適用される磁気センサ１の一例を説明する図であって、磁気センサ１の平面図である。図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＶＢ－ＶＢ線での断面図である。
実施の形態２の磁気センサ１は、実施の形態１の磁気センサ１と同様に、非磁性の基板１０上に設けられた硬磁性体（硬磁性体層１０３）で構成された薄膜磁石２０と、誘電体層１０４を介して薄膜磁石２０に対向して積層され、軟磁性体（軟磁性体層１０５）で構成され磁場を感受する感受部３０とを備える。実施の形態２の磁気センサ１は、感受部３０の構成が、実施の形態１とは異なっている。

図５（ａ）～（ｂ）に示すように、実施の形態２の感受部３０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である複数の感受素子３１と、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する接続部３２と、電流供給のための電線が接続される端子部３３とを備える。ここでは、４個の感受素子３１が、長手方向が並列するように配置されている。
実施の形態２の感受部３０では、接続部３２の数が２個となっている。そして、並列に配置される４個の感受素子３１のうち、図５（ａ）の上側に位置する２個の感受素子３１同士、および図５（ａ）の下側に位置する２個の感受素子３１同士が接続部３２により接続されている。その一方で、並列に配置される４個の感受素子３１のうち、図５（ａ）において中央に位置する２個の感受素子３１同士は接続部３２によって接続されていない。

これにより、実施の形態２の感受部３０では、一方の端子部３３から他方の端子部３３に至る回路において、直流電流が流れない絶縁部３５が形成されている。言い換えると、実施の形態２の感受部３０は、絶縁部３５において直流抵抗が無限大となっている。
ここで、上述した実施の形態１と同様に、感受部３０は、誘電体層１０４上に積層されている。そして、端子部３３を介して感受部３０に高周波電流を供給した場合には、誘電体層１０４が分極する。これにより、絶縁部３５では、絶縁部３５を挟んで対向する一方の感受素子３１から他方の感受素子３１へ、誘電体層１０４を介して高周波電流が流れるようになっている。

なお、実施の形態２の感受部３０は、一方の端子部３３から他方の端子部３３に至る回路の一部に絶縁部３５が形成されていればよく、絶縁部３５の位置は、図５に示した位置に限定されるものではない。
例えば、感受部３０は、複数の感受素子３１を櫛歯状に接続した第１の感受素子群と、複数の他の感受素子３１を櫛歯状に接続した第２の感受素子群とが、間隔（絶縁部３５に対応する）を介してかみ合った状態で配置されていてもよい。この場合、第１の感受素子群は一方の端子部３３に電気的に接続され、第２の感受素子群は他方の端子部３３に電気的に接続される。感受部３０が、複数の感受素子３１が櫛歯状に接続された感受素子群がかみ合った形状を有することで、複数の感受素子３１がつづら折り形状を有する場合と比べて、感受素子３１の面積を大きく設計しやすい。また、感受部３０が、複数の感受素子３１が櫛歯状に接続された感受素子群がかみ合った形状を有することで、絶縁部３５を介して対向する感受素子３１同士が沿う長さが長くなり、感受部３０に高周波電流を供給した場合の抵抗が低くなる。

実施の形態２では、感受部３０が、直流電流は流れず高周波電流は流れる絶縁部３５を有することで、磁気センサ１を含む発振回路部５１０（図１参照）の回路設計の自由度が向上する。
また、実施の形態２では、感受部３０が、直流電流は流れず高周波電流は流れる絶縁部３５を有することで、発振回路部５１０において、高周波供給部５１５から供給される高周波電流を有効に用いることができる。

以上、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態を説明したが、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。

１…磁気センサ、１０…基板、２０…薄膜磁石、３０…感受部、３１…感受素子、３２…接続部、３３…端子部、３５…絶縁部、４０、４０ａ、４０ｂ…ヨーク、１０１…密着層、１０２…制御層、１０３…硬磁性体層、１０４…誘電体層、１０５…軟磁性体層、５００…磁気センサシステム、５１０…発振回路部、５１３…コイル、５１５…高周波供給部、５３０…周波数測定部、５５０…磁界算出部、Ｃ…静電容量、Ｈ…磁界

Claims (3)

1. 導電体で構成される導電体層と、誘電体で構成され、当該導電体層に積層される誘電体層と、軟磁性体で構成され、当該誘電体層を介して当該導電体層と対向するように当該誘電体層上に積層され、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子とを備える磁気センサと、
   前記磁気センサが有する静電容量の変化量に基づいて、前記感受素子が感受する磁界の変化量を算出する磁界算出部と
   を備える磁気センサシステム。
2. 前記磁気センサに電気的に接続し、当該磁気センサとともにＬＣ共振回路を構成するインダクタと、
   前記ＬＣ共振回路に高周波電流を印加する高周波供給部とをさらに備え、
   前記高周波供給部により高周波電流が供給されることで前記ＬＣ共振回路から発振される共振周波数が、前記感受素子が感受する磁界の変化により変化し、
   前記磁界算出部は、前記共振周波数の変化量から、前記感受素子が感受する磁界の変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサシステム。
3. 前記磁界算出部は、予め求めた前記感受素子が感受する磁界の変化量と前記共振周波数の変化量との関係に基づき、当該感受素子が感受する磁界の変化量を算出することを特徴とする請求項２に記載の磁気センサシステム。

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