WO2017115839A1 - 磁気センサー、センサーユニット、磁気検出装置、及び磁気計測装置 - Google Patents

磁気センサー、センサーユニット、磁気検出装置、及び磁気計測装置 Download PDF

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voltage
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大兼幹彦
安藤康夫
城野純一
寺内孝
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Tohoku University NUC
Konica Minolta Inc
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0223—Magnetic field sensors

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor including a tunnel magnetoresistive element, a sensor unit, a magnetic detection device, and a magnetic measurement device.
  • the tunnel magnetoresistive element is expected to be applied in fields such as magnetic sensors, magnetic heads, and magnetic memories.
  • a magnetic detection device using a tunnel magnetoresistive element a large number of tunnel magnetoresistive elements are connected in parallel or in series to increase sensitivity (see Patent Documents 1 to 4).
  • a tunnel magnetoresistive element is connected in parallel and further connected in parallel, and a tunnel magnetoresistive element is connected in parallel and further connected in series.
  • a magnetic sensor is configured by connecting in parallel or in series to reduce noise and improve sensitivity.
  • the tunnel magnetoresistive element is a tunnel magnetoresistive element group including a plurality of tunnel magnetoresistive elements connected in series.
  • Patent Document 3 discloses a biomagnetic measurement system including a large number of integrated bodies each including a TMR module in which a large number of tunnel magnetoresistive elements are arranged in parallel and / or in series. There is disclosure about configuring a differential amplification type circuit.
  • a voltage is applied to a sensor element in which a plurality of ferromagnetic tunnel elements are connected in series to operate the sensor element in a highly sensitive state.
  • the present invention has been made in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide a magnetic sensor in which noise is reduced while raising a signal level.
  • Another object of the present invention is to provide a sensor unit, a magnetic detection device, and a magnetic measurement device incorporating the magnetic sensor.
  • a magnetic sensor has a pinned magnetic layer, a free magnetic layer, and an insulating layer provided between the pinned magnetic layer and the free magnetic layer, and is insulated by the influence of an external magnetic field.
  • An element array including a plurality of tunnel magnetoresistive elements for changing the tunnel resistance of each layer, and an electric circuit for applying a voltage to the plurality of tunnel magnetoresistive elements constituting the element array, and applied to each tunnel magnetoresistive element The voltage is 0.1 mV or more and 50 mV or less.
  • each tunnel magnetoresistive element by setting the voltage applied to each tunnel magnetoresistive element to 50 mV or less, the noise generated in each tunnel magnetoresistive element can be reduced while substantially improving the sensitivity of each tunnel magnetoresistive element.
  • the voltage applied to each tunnel magnetoresistive element by setting the voltage applied to each tunnel magnetoresistive element to 0.1 mV or more, it is possible to prevent an excessive increase in the number of series or parallel tunnel magnetoresistive elements. It will also increase the reliability. That is, by setting the applied voltage to the insulating layer to 0.1 mV or more, it is necessary to excessively increase the number of series or parallel tunnel magnetoresistive elements or to make the insulating layer excessively thin in order to ensure sensitivity. This makes it easy to cause a moderate bias effect in the tunnel magnetoresistive element.
  • the sensor unit according to the present invention integrates the plurality of magnetic sensors described above in series connection, parallel connection, or both series connection and parallel connection.
  • the sensor unit is provided with the above-described magnetic sensor, thereby improving the sensitivity and reducing noise.
  • a magnetic detection device includes at least one magnetic sensor described above and a control unit that performs signal processing on a detection output from the at least one magnetic sensor.
  • the magnetic detection device has an effect of improving sensitivity and reducing noise by including the magnetic sensor described above.
  • a living body magnetic measurement device includes a plurality of magnetic sensors described above, a biomagnetic field detector disposed under the influence of a magnetic field from a living body, and the biomagnetic field detector A control unit that performs signal processing on the output of the signal.
  • the magnetic measurement device has the above-described magnetic sensor, thereby improving the biosensitivity and reducing noise.
  • FIG. 4A to 4E are conceptual diagrams illustrating the spatial arrangement of the magnetoresistive elements in the element array.
  • 5A and 5B are enlarged views for explaining a tunnel magnetoresistive element constituting the magnetic sensor. It is a figure explaining the relationship between the voltage concerning a tunnel magnetoresistive element, and a sensitivity. It is a figure explaining the relationship between the insulating layer film thickness of a tunnel magnetoresistive element, and TMR ratio.
  • the magnetic sensor 10 shown in FIG. 1 is a complex circuit, and detects a very small magnetic field intensity at room temperature or lower, such as a biomagnetic field.
  • the magnetic sensor 10 includes a bridge circuit VC, a voltage control circuit CC, a correction circuit SC, and an output circuit OC.
  • the voltage control circuit CC, the correction circuit SC, and the output circuit OC are a driving electric circuit 30.
  • the bridge circuit VC has a Wheatstone bridge type circuit configuration and includes an element array 10a including a plurality of tunneling magnetoresistive elements (TMR elements) 20 and a fixed resistor 10b.
  • the fixed resistor 10b is an element having a fixed resistance value, and has little temperature and other environmental fluctuations.
  • the magnetic sensor 10 is composed of one element array 10a and three fixed resistors 10b, but may be composed of two or more element arrays 10a.
  • the bridge circuit VC can be constituted by, for example, two element arrays 10a arranged in series and two fixed resistors 10b arranged in series.
  • the bridge circuit VC can be configured with four element arrays 10a by adjusting the sensitivity direction of the element array 10a.
  • the element array 10 a constituting the bridge circuit VC in the magnetic sensor 10 of FIG. 1 is configured by both a series connection and a parallel connection of a plurality of tunnel magnetoresistive elements 20.
  • the some tunnel magnetoresistive element 20 can be combined suitably, the sensitivity of the magnetic sensor 10 can be improved, and noise can be reduced.
  • the adjacent tunnel magnetoresistive elements 20 are arranged in the same direction and connected in series by the wiring 11 to form a magnetoresistive element group 20a.
  • the element array 10a includes 20 or more and 10,000 or less tunnel magnetoresistive elements 20 connected in series.
  • the number of tunnel magnetoresistive elements 20 By setting the number of tunnel magnetoresistive elements 20 to 20 or more, it is possible to effectively improve sensitivity and reduce noise with respect to detection of extremely weak magnetic fields.
  • the cost can be reduced while avoiding an increase in size.
  • the tunnel magnetoresistive elements 20 are connected in parallel to form a magnetoresistive element group 20a, and a plurality of parallel connected magnetoresistive element groups 20a are connected in series. Good.
  • the wiring 11 can also be arranged in a zigzag shape. This increases the degree of freedom within the allowable space of the element array 10a.
  • the tunnel magnetoresistive element 20 can be connected in series and in parallel even in a configuration in which the electrodes 13 and 14 are concentrated on one side.
  • tunnel magnetoresistive element 20 is not limited to a rectangle, for example, as shown in FIG. 4E, an element array 10a in which circular tunnel magnetoresistive elements 20 are combined may be used.
  • the above explanation is an example when the spatial arrangement of the tunnel magnetoresistive element 20 is considered as a plane.
  • the number of arrayed silicon wafers in the height direction can be secured by stacking a plurality of deposited silicon wafers. It may be configured to.
  • the element array 10 a is connected to the high potential side of the voltage control circuit 31 shown in FIG. 1 through one electrode 13 and connected to the output circuit OC on the detection side through the other electrode 14.
  • the resistance value of the tunnel magnetoresistive element 20 changes due to the influence of the magnetic field.
  • the potential of the electrode 14 of the element array 10a changes, and as a result, the output of the entire magnetic sensor 10 also changes.
  • the magnetic field can be detected as will be described in detail later.
  • a large number of magnetoresistive element groups 20a can secure current, and the detection output of the magnetic sensor 10 can be stabilized.
  • the resistance value of the element array 10a is not less than 0.1 k ⁇ and not more than 10 k ⁇ .
  • the voltage applied to the element array 10a is not less than 0.1V and not more than 20V. If the resistance value and voltage are within the above ranges, it is a relatively general range of the sensor circuit, and a general-purpose amplifier circuit, voltage source, etc. are utilized as components of the electric circuit 30 of the magnetic sensor 10. This makes it easy to detect signals with high accuracy with a simple circuit.
  • each tunnel magnetoresistive element 20 includes a pinned magnetic layer 21, a free magnetic layer 22, and an insulating layer 23 provided between the pinned magnetic layer 21 and the free magnetic layer 22. And have. Electrodes 24 are provided at both ends of the tunnel magnetoresistive element 20, and the electrodes 24 are connected to the wiring 11 (or the wiring 12).
  • the magnetization direction of the pinned magnetic layer 21 is fixed, and the magnetization direction of the free magnetic layer 22 changes under the influence of magnetic flux from the outside.
  • the insulating layer 23 changes the tunnel current flowing from the pinned magnetic layer 21 to the free magnetic layer 22 according to the angle difference between the magnetization direction of the pinned magnetic layer 21 and the magnetization direction of the free magnetic layer 22. That is, the resistance value of the tunnel magnetoresistive element 20 changes according to the change of the magnetic flux passing through the tunnel magnetoresistive element 20.
  • the plurality of tunnel magnetoresistive elements 20 constituting the same are arranged in the same direction, and the magnetization direction of the fixed magnetic layer 21 of the plurality of tunnel magnetoresistive elements 20 is substantially the same.
  • the magnetization direction of the fixed magnetic layer 21 of the plurality of tunnel magnetoresistive elements 20 is substantially the same.
  • the magnetization direction is within a range that does not hinder the measurement of biomagnetism. It only needs to have the same orientation.
  • the free magnetic layer 22 in a state where the magnetic field of the plurality of tunneling magnetoresistive elements 20 is not applied.
  • the directions of the magnetizations of these also substantially coincide with each other.
  • the magnetization direction of the free magnetic layer 22 only needs to be aligned within a range that does not hinder biomagnetism measurement.
  • the magnetization direction S of the pinned magnetic layer 21 of the tunnel magnetoresistive element 20 shown in FIGS. 5A and 5B is parallel to the + x direction.
  • the magnetization direction F1 of the free magnetic layer 22 in a state where no magnetic field is applied to the tunnel magnetoresistive element 20 is parallel to a direction different from the magnetization direction S of the pinned magnetic layer 21, specifically, to the orthogonal + y direction. .
  • the free magnetic layer 22 is magnetized along a specific direction.
  • FIG. 5A when a magnetic field H is applied in the same direction as the pinned magnetic layer 21, the magnetization direction F 2 of the free magnetic layer 22 of the tunnel magnetoresistive element 20 is indicated by the arrow A that is the same direction as the pinned magnetic layer 21. Swing in the direction.
  • FIG. 5B when a magnetic field H is applied in the opposite direction to the pinned magnetic layer 21, the magnetization direction F ⁇ b> 3 of the free magnetic layer 22 of the tunnel magnetoresistive element 20 is an arrow that is in the opposite direction to the pinned magnetic layer 21. Swings in direction B.
  • the tunnel magnetoresistive element 20 when the magnetization direction of the free magnetic layer 22 swings in the same direction as the magnetization direction of the pinned magnetic layer 21, the tunnel current increases, the resistance value of the insulating layer 23 decreases, and the opposite direction When the voltage swings, the tunnel current decreases and the resistance value of the insulating layer 23 increases. Therefore, the resistance value of tunneling magneto-resistance element 20 shown in FIG. 5A decreases, and the resistance value of tunneling magneto-resistance element 20 shown in FIG. 5B increases.
  • the resistance value of the tunnel magnetoresistive element 20 changes in a predetermined range according to the strength of the magnetic field H.
  • the resistance of the entire element array 10a in which the tunnel magnetoresistive elements 20 are integrated in series changes, and the potential between the electrodes 13 and 14 of the element array 10a changes.
  • the potential between the electrodes 13 and 14 of the element array 10a is detected as a potential difference of the bridge circuit VC in FIG. 1, and the output (specifically, the output voltage) of the magnetic sensor 10 is changed to obtain a magnetic detection signal.
  • the pinned magnetic layer 21 is made of, for example, CoFeB, CoFe, or the like.
  • the free magnetic layer 22 is made of, for example, NiFe, CoFe, CoNiFe, CoZrNb, or the like.
  • each tunnel magnetoresistive element 20 (substantially the voltage applied to the insulating layer 23) is not less than 0.1 mV and not more than 50 mV. As already described, the tunnel magnetoresistive element 20 changes the tunnel resistance of the insulating layer 23 under the influence of the external magnetic field.
  • each tunnel magnetoresistive element 20 (substantially the voltage applied to the insulating layer 23) is 50 mV or less, the sensitivity of each tunnel magnetoresistive element 20 is substantially improved, Noise generated in the tunnel magnetoresistive element 20 can be reduced.
  • the voltage applied to the insulating layer 23 of each tunnel magnetoresistive element 20 is set to 0.1 mV or more, it is possible to prevent an excessive increase in the number of series or parallel numbers of the tunnel magnetoresistive elements 20, and tunnel magnetism. This also increases the reliability of the resistance element 20 such as the yield rate.
  • FIG. 6 is a chart showing the relationship between the voltage applied to the tunnel magnetoresistive element 20 and the sensitivity.
  • the horizontal axis represents the applied voltage or bias voltage (mV) to the tunnel magnetoresistive element 20, and the vertical axis represents the ratio between the detected potential difference (mV) and the strength of the external magnetic field ( ⁇ T).
  • the detected potential difference (mV) is a potential difference obtained by looking at the potential difference generated on the bridge circuit when the tunnel magnetoresistive element 20 receives an external magnetic field and changes its resistance value through an amplifier having an appropriate amplification factor. is there.
  • the amplification factor of the amplifier is set so as to obtain an easy-to-handle output (for example, an output of several hundred mV to 1V) according to the performance of the tunnel magnetoresistive element 20 and the detected magnetic field strength.
  • an easy-to-handle output for example, an output of several hundred mV to 1V
  • samples having different numbers of tunnel magnetoresistive elements 20 in series are plotted as samples.
  • the sensitivity performance improves as the voltage applied to the insulating layer 23 is decreased. This is probably because the insulating layer 23 as a barrier layer is thin, so that a bias effect may be generated even with a small voltage (about several tens of mV).
  • the voltage applied to the tunnel magnetoresistive element 20 (substantially the voltage applied to the insulating layer 23) is 0.5 mV or more and 20 mV or less. In this case, the sensitivity improvement and noise reduction of the tunnel magnetoresistive element 20 become more reliable, and the highly reliable tunnel magnetoresistive element 20 can be manufactured relatively easily.
  • the resistance value per unit area of the insulating layer 23 is 1 ⁇ 10 3 ⁇ / ⁇ m 2 or more and 1 ⁇ 10 12 ⁇ / ⁇ m 2 or less.
  • the resistance value is set to the lower limit of 1 ⁇ 10 3 ⁇ / ⁇ m 2 or more.
  • the film thickness can be secured to some extent to suppress occurrence of a short circuit, and the resistance value is set to the upper limit of 1 ⁇ 10 12 ⁇ / ⁇ m 2 or less.
  • the generation of the tunnel current can be secured and the sensitivity reduction of the tunnel magnetoresistive element 20 can be prevented.
  • the film thickness of the insulating layer 23 is, for example, about 1.0 to 3.0 nm.
  • the TMR ratio can be increased as the film thickness increases.
  • the TMR ratio is defined as (R2 ⁇ R1) / R1 ⁇ 100 (%).
  • the value R1 is a resistance value when the magnetization direction of the pinned magnetic layer 21 and the magnetization direction of the free magnetic layer 22 are the same direction (referred to as a parallel state)
  • the value R2 is the magnetization value of the pinned magnetic layer 21.
  • the direction of magnetization of the free magnetic layer 22 are opposite directions (referred to as an antiparallel state).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the thickness of the insulating layer 23 and the TMR ratio when the insulating layer 23 is formed of magnesium oxide (MgO).
  • MgO magnesium oxide
  • the area of the insulating layer 23 is 1 ⁇ m 2 or more and 1 mm 2 or less.
  • the area of the insulating layer 23 is an area in a direction perpendicular to the film thickness direction of the insulating layer 23.
  • the area of the insulating layer 23 is preferably 25 ⁇ m 2 or more and 0.04 mm 2 or less.
  • the insulating layer 23 is made of a material having a coherent tunnel effect.
  • the TMR ratio can be increased by the coherent tunnel effect, and the sensitivity of the tunnel magnetoresistive element 20 and the element array 10a can be increased.
  • the insulating layer 23 is formed of any one of magnesium oxide, spinel, and aluminum oxide.
  • the voltage applied to the bridge circuit VC or the voltage applied to the magnetic sensor 10 is constant and the number of tunnel magnetoresistive elements 20 in series is increased, the voltage applied to one tunnel magnetoresistive element 20 is increased in series. That means it gets smaller.
  • the size S v of the 1 / f noise of tunneling magneto-resistance element 20 is given by the following representative formula (1).
  • (alpha) is a coefficient
  • V is the voltage (element voltage) of one tunnel magnetoresistive element 20
  • A is an element area
  • f is a frequency. That is, the voltage component of the noise generated in the single tunneling magneto-resistance element 20, when only the element voltage V is a variable, considered to be proportional to the square root That element voltage V of the noise magnitude S v.
  • the noise reduction effect by effectively increasing the element area A by increasing the parallel number of the tunnel magnetoresistive elements 20 with a constant bridge voltage can be expected to be the same as the noise reduction by the series connection. From the above, the larger the number of series and parallel connections, the better the noise reduction effect can be expected (dispersion of device voltage and expansion of device area). desirable.
  • the electric circuit 30 for driving the bridge circuit VC includes the voltage control circuit CC, the correction circuit SC, and the output circuit OC as already described.
  • a voltage is applied to the bridge circuit VC by connecting the voltage control circuit CC of the electric circuit 30 and the correction circuit SC. That is, the electric circuit 30 applies a voltage to the element array 10a (and thus the plurality of tunneling magnetoresistive elements 20) and the fixed resistor 10b constituting the bridge circuit VC.
  • the voltage control circuit CC of the electric circuit 30 has a power supply unit 31a and is a reference with respect to one end of a pair of series units D1 and D2 constituting a bridge circuit VC including one or more element arrays 10a. Apply voltage.
  • the correction circuit SC includes a feedback unit 32 and a correction unit 33, and applies an offset voltage to the other end of one series unit D2 constituting the bridge circuit VC. That is, only the reference voltage output from the voltage control circuit CC is applied to one series part D1 of the bridge circuit VC, and the other series part D2 of the bridge circuit VC is output from the voltage control circuit CC. The reference voltage and the correction voltage output from the correction circuit SC are applied.
  • the correction circuit SC applies a voltage signal obtained from the potential difference between the detection terminals P1 and P2 of the bridge circuit VC, that is, an offset voltage, to one end of the series part D2, so that the potential difference between the detection terminals P1 and P2 of the bridge circuit VC is obtained. Operates to counteract.
  • the differential amplification signal from the amplification unit 34 of the output circuit OC described later is input to the feedback unit 32.
  • the feedback unit 32 actually includes a low-pass filter or the like, and feeds back to the correction unit 33 a voltage signal composed of a low-frequency component obtained by removing a high-frequency component from a differential amplification signal corresponding to the potential difference between the detection terminals P1 and P2.
  • the correction unit 33 Based on the voltage signal input from the feedback unit 32, the correction unit 33 cancels the potential difference between the detection terminals P1 and P2 with respect to the ground side (that is, the fixed resistor 10b) of the series unit D2 of the bridge circuit VC.
  • Such a voltage signal that is, an offset voltage is applied.
  • control is performed so that the voltage difference between the detection terminals P1 and P2 of the bridge circuit VC is equal to or less than a certain reference value (for example, 0 V) with respect to the DC component or the extremely low frequency component.
  • a certain reference value for example, 0 V
  • the amplification factor in the amplification unit 34 can be set high. Further, for example, it is possible to cancel the potential difference between the bridge circuits VC, which is caused by the environmental temperature or environmental disturbance and fluctuates irrespective of the magnetic field to be detected.
  • the voltage difference between the detection terminals P1 and P2 of the bridge circuit VC is changed. Adjustment can be easily performed so that the average value becomes a target value (for example, 0 V).
  • the output circuit OC has an amplifying unit 34 and a filter unit 35.
  • the amplifying unit 34 amplifies an output signal, that is, a potential difference between the detection terminals P1 and P2 of the bridge circuit VC.
  • a differential amplifier 34a configured by an operational amplifier or the like is used as the amplifying unit 34. That is, the voltage difference between the detection terminals P1 and P2 of the bridge circuit VC is extracted as an analog voltage amplification signal via the difference amplifier 34a.
  • the filter unit 35 includes either a low-pass filter, a high-pass filter, or both a low-pass filter and a high-pass filter that selectively pass only a component corresponding to a magnetic signal in a predetermined band from the amplified signal from the amplification unit 34.
  • a filter unit 35 for example, an active type band amplifier 35a or the like is used, but a passive type band filter can also be used.
  • the voltage amplification signal from the differential amplifier 34a is input to the filter unit 35, and after removing an unnecessary frequency band signal, a signal value of a voltage narrowed to a frequency band corresponding to the magnetic field to be detected is output.
  • the magnetic sensor in order to increase the signal strength, there are measures such as making the magnetic sensor have a structure that increases the tunnel magnetoresistance effect, or increasing the voltage applied to the magnetic sensor. In order to reduce the noise, there are measures such as integrating the tunnel magnetoresistive elements in the magnetic sensor or lowering the voltage applied to the magnetic sensor.
  • the tunneling magnetoresistive effect as a magnetic sensor tends to decrease due to performance variations between elements and the inclusion of defective elements.
  • the voltage applied to the magnetic sensor is a trade-off between sensitivity performance and noise performance, and it is difficult to make the magnetic sensor optimally configured.
  • the magnetic sensor 10 is integrated with a plurality of tunnel magnetoresistive elements 20, and the voltage applied to each tunnel magnetoresistive element 20 is set to 1.0 mV or more and 50 mV or less,
  • the magnetic sensor 10 has a structure that can secure high sensitivity performance while greatly reducing noise, and can have excellent magnetic resolution.
  • Example 1 design values of the magnetic sensor 10 of Example 1 are shown.
  • the magnetic sensor 10 according to the first embodiment is a high magnetic resolution type sensor.
  • the magnetic sensor 10 of Example 1 has a relatively large noise reduction effect.
  • Magnetic sensor resistance 1.04 k ⁇ Magnetic sensor area (approximate): 49.73 mm 2 Magnetic sensor width (as square): 7.05mm Bridge circuit voltage (voltage applied to magnetic sensor): 8V Number of TMR elements in series: 1110 Number of parallel TMR elements: 5 rows Insulating layer thickness: 1.35 nm Resistance value per unit area of insulating layer: 3 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ m 2 TMR element dimensions (vertical): 80 ⁇ m TMR element dimensions (horizontal): 80 ⁇ m Area of TMR element (area of insulating layer): 6400 ⁇ m 2 Resistance of TMR element: 4.69 ⁇ Voltage applied to TMR element: 3.6 mV
  • Example 2 design values of the magnetic sensor 10 of Example 2 are shown.
  • the magnetic sensor 10 of Example 2 is a high spatial resolution type sensor.
  • the tunnel magnetoresistive elements 20 are arranged at a high density, and the size is relatively small.
  • Magnetic sensor resistance 1.42 k ⁇ Magnetic sensor area: (approximate) 2.28 mm 2 Magnetic sensor width: 1.51mm (as square)
  • Bridge circuit voltage (voltage applied to magnetic sensor): 8V
  • Number of TMR elements in series 340
  • Number of TMR elements in parallel 12 rows
  • Insulating layer thickness 1.2 nm Resistance value per unit area of insulating layer: 2 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ m 2
  • Example 3 design values of the magnetic sensor 10 of Example 3 are shown.
  • the magnetic sensor 10 of Example 3 satisfies the effects of the present embodiment even when the insulating layer 23 is relatively thick.
  • Magnetic sensor resistance value 1.11 k ⁇ Magnetic sensor area (approximate): 3.94 mm 2
  • Bridge circuit voltage 0.5V
  • Number of TMR elements in series 25
  • Number of parallel TMR elements 5 rows
  • Insulating layer thickness 2.2 nm
  • Resistance value per unit area of insulating layer 5 ⁇ 10 6 ⁇ / ⁇ m 2
  • TMR element size vertical
  • TMR element dimensions 150 ⁇ m
  • the magnetic sensor included in the sensor unit and the like of the second embodiment is an application of the magnetic sensor of the first embodiment, and matters not specifically described are the same as those of the first embodiment.
  • the magnetic detection device 300 includes at least one sensor unit 200 and a control unit 40.
  • the sensor unit 200 is connected to the control unit 40 via the wiring unit 15.
  • the sensor unit 200 is formed by connecting the above-described plurality of magnetic sensors 10 (see FIG. 1) by connecting them in series.
  • one magnetic sensor 10 is illustrated in a cylindrical shape.
  • the magnetic detection device 300 in the magnetic detection device 300, four magnetic sensors 10 are arranged in a straight line and connected in series to form one sensor unit 200, and a plurality of sensor units 200 are arranged adjacently in parallel. ing.
  • the magnetic sensors 10 may be connected only by parallel connection or by both serial connection and parallel connection.
  • the control unit 40 includes a signal detection unit 41, a storage unit 42, an input / output unit 43, and a main control unit 44.
  • the signal detection unit 41 in the control unit 40 receives the detection signal output from each sensor unit 200 under the control of the main control unit 44.
  • the signal detection unit 41 for example, a magnetic signal in a predetermined band input and detected from each sensor unit 200 is changed into a form that can be easily processed.
  • the magnetic signal from the sensor unit 200 is an analog signal and is converted into a digital signal by the signal detection unit 41 for processing by the main control unit 44.
  • the storage unit 42 stores a predetermined program and data for operating the main control unit 44.
  • the storage unit 42 stores the magnetic signal digitally converted by the signal detection unit 41 under the control of the main control unit 44.
  • the magnetic signal obtained from each sensor unit 200 can be stored as detection data in association with each sensor unit 200, and such time-dependent detection data is sequentially recorded in time series.
  • the storage unit 42 also stores the result of mapping the measured magnetic signal in accordance with an instruction from the main control unit 44 operating based on the program or an operator instruction via the input / output unit 43. be able to.
  • the input / output unit 43 causes the main control unit 44 to start an operation according to a predetermined program in response to an operator instruction, or causes the signal detection unit 41 to read the detection result of the sensor unit 200 by the operation of the main control unit 44. It is stored in the storage unit 42.
  • the input / output unit 43 operates under the control of the main control unit 44 and displays the magnetic measurement result obtained from the detection result of the sensor unit 200 on, for example, a display.
  • the main control unit 44 controls the operations of the signal detection unit 41, the storage unit 42, and the input / output unit 43 in an integrated manner.
  • the main control unit 44 can perform processing such as filtering and enhancement on the magnetic signal obtained through the signal detection unit 41. Further, the main control unit 44 can edit the magnetic signal obtained via the signal detection unit 41. Specifically, the magnetic signal data obtained from each sensor unit 200 is two-dimensionally mapped, or the change over time is converted into a video image, and the result is displayed on the input / output unit 43. it can.
  • the sensitivity is improved and the noise is reduced.
  • the living body magnetic measurement device 400 includes a living body magnetic field detection unit 50 and a control unit 60.
  • the biomagnetic field detection unit 50 is arranged under the influence of a magnetic field from a living body and extracts a weak magnetic field from the living body as a magnetic signal.
  • the biomagnetic field detection unit 50 includes a large number of sensor units 200 similar to those shown in FIG. 8 (that is, a combination of a plurality of magnetic sensors 10 (see FIG. 1)). It has the structure which was arranged.
  • the plurality of sensor units 200 can be configured such that their arrangement surfaces are curved along the surface of a living body that is a detection target. In the example of FIG.
  • the sensor unit 200 includes, for example, a helmet-type magnetic shield device 51 that includes a shield part 51 a that covers the periphery and a main body 51 b that is disposed inside the shield part 51 a and supports a large number of sensor units 200. It is built in and curved along the head of the subject HS.
  • the biomagnetic field detector 50 is mounted on the head of the subject HS and detects the biomagnetism of the subject HS.
  • the control unit 60 performs signal processing on the output of the biomagnetic field detection unit 50.
  • the control unit 60 performs the same operation as the control unit 40 of the magnetic detection device 300 described in the second embodiment.
  • the magnetic measurement device 400 has the above-described magnetic sensor 10 and thus has an effect of improving biosensitivity and reducing noise. Since the magnetic sensor 10 is fine, if the magnetic sensors 10 are two-dimensionally or three-dimensionally arranged with high density, spatial resolution can be improved and high accuracy can be achieved.
  • the weak magnetic field from a living body is, for example, about tens of pT due to the heart and about 100 pT due to brain function.
  • the biosensitivity necessary for detecting this magnetic field will be described.
  • the voltage applied to each element array 10a becomes 1V.
  • a magnetic field of 1 pT 1,000 times 1fT
  • a voltage difference of 1 mV is generated on the bridge circuit VC.
  • the noise has a performance of about 1 ⁇ V
  • a brain magnetic field of about 100 pT for example, can be detected with a good SN ratio.
  • the biosensitivity when a signal is detected under the above conditions is 1 mV / 1 pT in voltage notation, and 0.1% / 1 pT in TMR ratio (ie, rate of change in resistance value) notation.
  • the magnetic sensor according to the present invention is not limited to the above.
  • the arrangement of the tunnel magnetoresistive elements 20 can be changed as appropriate according to the application.
  • the magnetization direction of the pinned magnetic layer 21 of the tunnel magnetoresistive element 20 or the magnetization direction of the free magnetic layer 22 can be changed as appropriate.
  • the amplification unit 34 and the filter unit 35 are provided in the electric circuit 30, but it is not necessary to provide them.
  • the magnetic sensor 10 includes a plurality of element arrays 10a in which the magnetization direction of the fixed magnetic layer 21 or the magnetization direction of the free magnetic layer 22 is different, for example, with the element array 10a that is an integrated body as one unit. It is configured by combining.
  • the magnetic detection device 300 is configured by the sensor unit 200, but may be configured by one magnetic sensor 10.

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Abstract

固定磁性層２１と、自由磁性層２２と、固定磁性層２１及び自由磁性層２２間に設けられた絶縁層２３とをそれぞれ有し、外界磁場の影響で絶縁層２３のトンネル抵抗をそれぞれ変化させる複数のトンネル磁気抵抗素子２０を含む素子アレイ１０ａと、素子アレイ１０ａを構成する複数のトンネル磁気抵抗素子２０に電圧を印加する電気回路３０とを備え、各トンネル磁気抵抗素子２０に印加される電圧が、０．１ｍＶ以上５０ｍＶ以下である。

Description

磁気センサー、センサーユニット、磁気検出装置、及び磁気計測装置
　本発明は、トンネル磁気抵抗素子を含む磁気センサー、センサーユニット、磁気検出装置、及び磁気計測装置に関する。
　トンネル磁気抵抗素子は、磁気センサー、磁気ヘッド、磁気メモリー等の分野で応用が期待されている。トンネル磁気抵抗素子を用いた磁気検出装置では、多数のトンネル磁気抵抗素子を並列や直列に接続して感度を高めている（特許文献１～４参照）。
　例えば、特許文献１の装置では、トンネル磁気抵抗素子を並列に接続しさらに並列に接続した第１のセルと、トンネル磁気抵抗素子を並列に接続しさらに直列に接続した第２のセルとを、並列又は直列に接続して磁気センサーを構成し、ノイズ低減及び感度向上を図っている。
　特許文献２の装置では、磁化の向きが互いに異なるピンド層を備える２つ以上のトンネル磁気抵抗素子を単一チップ上に形成して、異なる向きの磁界を検出できるようにしている。ここで、トンネル磁気抵抗素子は、直列接続された複数のトンネル磁気抵抗素子からなるトンネル磁気抵抗素子群となっている。
　特許文献３の装置では、多数のトンネル磁気抵抗素子を並列及び／又は直列に配列したＴＭＲモジュールをそれぞれ備える多数の集積体からなる生体磁気計測システムを開示しており、ＴＭＲモジュールをブリッジ接続して差動増幅型の回路を構成することについての開示がある。
　特許文献４の装置では、複数の強磁性トンネル素子を直列に接続したセンサー素子に電圧を印加して感度の高い状態でセンサー素子を動作させている。
　上記特許文献１～４に記載のように、トンネル磁気抵抗素子を直列又は並列接続して磁気センサーを構成するトンネル磁気抵抗素子の集積度を高めると、磁気センサーのノイズを低減することができる。その一方で、磁気センサーの集積度を高めた場合、素子間のバラツキや不良素子によって磁気センサーの信号レベルが低下する。なお、磁気センサーへの供給電圧を上げると感度も上がるが、一般的にノイズも上がってしまい、結果的に感度が実質的に向上しなくなってしまう。
特開２０１１－１０２７３０号公報 特開２００４－９３５７６号公報 国際公開第２０１２／１６１０３７号 特開平１１－１１２０５４号公報
　本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、信号レベルを上げつつノイズを低減した磁気センサーを提供することを目的とする。
　また、本発明は、上記磁気センサーを組み込んだセンサーユニット、磁気検出装置、及び磁気計測装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る磁気センサーは、固定磁性層と、自由磁性層と、固定磁性層及び自由磁性層間に設けられた絶縁層とをそれぞれ有し、外界磁場の影響で絶縁層のトンネル抵抗をそれぞれ変化させる複数のトンネル磁気抵抗素子を含む素子アレイと、素子アレイを構成する複数のトンネル磁気抵抗素子に電圧を印加する電気回路とを備え、各トンネル磁気抵抗素子に印加される電圧が、０．１ｍＶ以上５０ｍＶ以下である。
　上記磁気センサーでは、各トンネル磁気抵抗素子に印加される電圧を５０ｍＶ以下とすることにより、各トンネル磁気抵抗素子の感度を実質的に向上させつつ、各トンネル磁気抵抗素子で発生するノイズを低減できる。その一方、各トンネル磁気抵抗素子に印加される電圧を０．１ｍＶ以上とすることにより、トンネル磁気抵抗素子の直列数又は並列数が過度に増えることを防止でき、トンネル磁気抵抗素子の良品率等の信頼性を高めることにもなる。すなわち、絶縁層への印加電圧を０．１ｍＶ以上とすることで、感度を確保するためにトンネル磁気抵抗素子の直列数又は並列数を過度に増やしたり絶縁層を過度に薄くしたりする必要がなくなり、トンネル磁気抵抗素子に適度のバイアス効果を生じさせることが容易になる。
　上記目的を達成するため、本発明に係るセンサーユニットは、上述した複数の磁気センサーを、直列接続、並列接続、又は直列接続及び並列接続の両方によって連結して一体化している。
　上記センサーユニットは、上述の磁気センサーを備えることにより、感度向上及びノイズ低減効果を有するものとなる。
　上記目的を達成するため、本発明に係る磁気検出装置は、上述した少なくとも１つの磁気センサーと、少なくとも１つの磁気センサーからの検出出力を信号処理する制御部とを備える。
　上記磁気検出装置は、上述の磁気センサーを備えることにより、感度向上及びノイズ低減効果を有するものとなる。
　上記目的を達成するため、本発明に係る生体用の磁気計測装置は、上述した複数の磁気センサーを有し生体からの磁場の影響下に配置される生体磁場検出部と、前記生体磁場検出部の出力を信号処理する制御部とを備える。
　上記磁気計測装置は、上述の磁気センサーを備えることにより、生体感度向上及びノイズ低減効果を有するものとなる。
第１実施形態に係る磁気センサーを説明する概念図である。 図１の磁気センサーを構成する素子アレイを説明する概念図である。 図２に示す素子アレイの変形例を説明する図である。 図４Ａ～４Ｅは、素子アレイにおける磁気抵抗素子の空間的配置を説明する概念図である。 図５Ａ及び５Ｂは、磁気センサーを構成するトンネル磁気抵抗素子を説明する拡大図である。 トンネル磁気抵抗素子にかかる電圧と感度との関係を説明する図である。 トンネル磁気抵抗素子の絶縁層膜厚とＴＭＲ比との関係を説明する図である。 第２実施形態に係るセンサーユニット及び磁気検出装置を説明する概念図である。 第３実施形態に係る磁気計測装置を説明する概念図である。
　〔第１実施形態〕
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の磁気センサーについて説明する。
　図１に示す磁気センサー１０は、複合的な回路であり、例えば生体磁場のように非常に微小な磁場強度を室温以下で検出する。この磁気センサー１０は、ブリッジ回路ＶＣと、電圧制御回路ＣＣと、補正回路ＳＣと、出力回路ＯＣとを備える。磁気センサー１０のうち、電圧制御回路ＣＣと、補正回路ＳＣと、出力回路ＯＣとは、駆動用の電気回路３０となっている。
　ブリッジ回路ＶＣは、ホイートストーンブリッジタイプの回路構成を有しており、複数のトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）２０を含む素子アレイ１０ａと、固定抵抗１０ｂとで構成される。固定抵抗１０ｂは、抵抗値が固定された素子であり、温度その他の環境変動が少ないものとなっている。なお、図１の例では、磁気センサー１０は、１つの素子アレイ１０ａと３つの固定抵抗１０ｂとで構成されているが、２つ以上の素子アレイ１０ａで構成してもよい。具体的には、ブリッジ回路ＶＣを例えば直列に配置した２つの素子アレイ１０ａと、直列に配列した２つの固定抵抗１０ｂとで構成することができる。さらに、素子アレイ１０ａの感度方向を調整することにより、ブリッジ回路ＶＣを４つの素子アレイ１０ａで構成することもできる。
　図２に示すように、図１の磁気センサー１０のうちブリッジ回路ＶＣを構成する素子アレイ１０ａは、複数のトンネル磁気抵抗素子２０の直列接続及び並列接続の両方によって構成されている。これにより、複数のトンネル磁気抵抗素子２０を適宜組合せることができ、磁気センサー１０の感度を向上させ及びノイズを低減することができる。隣接するトンネル磁気抵抗素子２０は、向きを揃えて配置され配線１１で直列に接続されて磁気抵抗素子群２０ａとなっている。直列接続型の磁気抵抗素子群２０ａは、複数存在し、これらが例えば２次元の格子点上に配置され、配線１２で並列に接続されている。素子アレイ１０ａは、直列接続された２０個以上１００００個以下のトンネル磁気抵抗素子２０を含む。トンネル磁気抵抗素子２０を２０個以上とすることで極微弱な磁界の検出に関して感度向上及びノイズ低減を実効的なものとできる。また、トンネル磁気抵抗素子２０を１００００個以下とすることで大型化を回避しつつコストを下げることができる。なお、図３に示すように、素子アレイ１０ａは、トンネル磁気抵抗素子２０を並列接続して磁気抵抗素子群２０ａを構成し、並列接続型の複数の磁気抵抗素子群２０ａを直列接続してもよい。
　図２や図３の空間的配置を基本として、必要とする抵抗値になるようにトンネル磁気抵抗素子２０の直列数や並列数を設定する際、例えば下記図４Ａや図４Ｂに示すように、配線１１がジグザグ状になるように配置することもできる。これにより、素子アレイ１０ａの許容スペース内での自由度が高まる。また、図４Ｃに示すように、電極１３，１４を片側に集約させた構成でもトンネル磁気抵抗素子２０を直列及び並列に接続することもできる。
　１つの磁気抵抗素子群２０ａだけが極端に抵抗値が低い場合、そこに電流が集中して素子アレイ１０ａ全体での性能が効率良く発揮できない。そのため、トンネル磁気抵抗素子２０を直列に接続したときに各磁気抵抗素子群２０ａでの抵抗値に差が発生しないようにすることが重要である。しかしながら、絶縁層２３の膜厚がバラつくことで、各トンネル磁気抵抗素子２０の抵抗値もバラツキが発生する。そこで、図４Ｄに示すように、絶縁層２３の膜厚が厚くなる部位ではトンネル磁気抵抗素子２０の面積を大きくして抵抗値を下げ、各磁気抵抗素子群２０ａ間では実質的なインピーダンスを合わせる構成にしてもよい。上記のインピーダンスマッチングは、トンネル磁気抵抗素子２０の面積で調整するだけではなく、図３の構成を基本として、各並列数を変えることで実施してもよい。
　なお、トンネル磁気抵抗素子２０の形状は矩形であることに限らないため、例えば図４Ｅに示すように、円形のトンネル磁気抵抗素子２０を組み合わせた素子アレイ１０ａでもよい。
　以上の説明は、トンネル磁気抵抗素子２０の空間配列を平面で考えた場合の一例であるが、例えば成膜したシリコンウエハを何枚も重ねた構成で、高さ方向にアレイ化の数を確保する構成であってもよい。
　素子アレイ１０ａは、一方の電極１３を介して図１に示す電圧制御回路３１の高電位側に接続され、他方の電極１４を介して検出側の出力回路ＯＣに接続される。磁界の影響によりトンネル磁気抵抗素子２０の抵抗値が変化する。これにより、素子アレイ１０ａの電極１４の電位が変化し、結果的に全体の磁気センサー１０の出力も変化する。この素子アレイ１０ａの電位変化を検出することで、詳細は後述するが磁界を検出できる。さらに、多数の磁気抵抗素子群２０ａによって、電流を確保することができ、磁気センサー１０の検出出力の安定化を図ることができる。
　素子アレイ１０ａの抵抗値は、０．１ｋΩ以上１０ｋΩ以下である。素子アレイ１０ａに印加される電圧は、０．１Ｖ以上２０Ｖ以下である。上記抵抗値及び電圧が以上のような範囲であれば、比較的一般的なセンサー回路の守備範囲であり、磁気センサー１０の電気回路３０の構成要素として汎用的な増幅回路、電圧源等を活用することができ、簡易な回路で高精度の信号検出が容易になる。
　図５Ａ及び５Ｂに拡大して示すように、個々のトンネル磁気抵抗素子２０は、固定磁性層２１と、自由磁性層２２と、固定磁性層２１及び自由磁性層２２間に設けられた絶縁層２３とを有する。トンネル磁気抵抗素子２０の両端には、電極２４が設けられており、電極２４は、配線１１（又は配線１２）に接続されている。
　固定磁性層２１は、磁化の向きが固定されており、自由磁性層２２は、外部からの磁束の影響を受けて磁化の向きが変化する。絶縁層２３は、固定磁性層２１の磁化の向きと自由磁性層２２の磁化の向きとの角度差によって固定磁性層２１から自由磁性層２２に流れるトンネル電流を変化させる。つまり、トンネル磁気抵抗素子２０を通過する磁束の変化に応じてトンネル磁気抵抗素子２０の抵抗値が変化する。
　同一の素子アレイ１０ａ内において、これを構成する複数のトンネル磁気抵抗素子２０は向きを揃えて配置されており、複数のトンネル磁気抵抗素子２０の固定磁性層２１の磁化の向きは、実質的に互いに一致している。なお、素子アレイ１０ａ内では、全てのトンネル磁気抵抗素子２０の固定磁性層２１の磁化の向きが互いに一致していることが理想的ではあるが、生体磁気の測定に支障のない範囲で磁化の向きが揃っていればよい。
　また、同一の素子アレイ１０ａ内において、これを構成する複数のトンネル磁気抵抗素子２０が向きを揃えて配置されている結果として、複数のトンネル磁気抵抗素子２０の磁場のかからない状態における自由磁性層２２の磁化の向きも実質的に互いに一致している。自由磁性層２２の磁化の向きも固定磁性層２１の場合と同様に、生体磁気の測定に支障のない範囲で磁化の向きが揃っていればよい。
　以下、トンネル磁気抵抗素子２０の磁化の向き及び特性変化の例について説明する。図５（Ａ）及び５（Ｂ）に示すトンネル磁気抵抗素子２０の固定磁性層２１の磁化の向きＳは、＋ｘ方向に平行となっている。トンネル磁気抵抗素子２０の磁場のかからない状態での自由磁性層２２の磁化の向きＦ１は、固定磁性層２１の磁化の向きＳと異なる方向、具体的には直交する＋ｙ方向に平行となっている。
　トンネル磁気抵抗素子２０に外部磁場等により大きな磁界Ｈがかかると、自由磁性層２２は、特定の向きに沿って磁化する。図５Ａに示すように、固定磁性層２１と同じ方向に磁界Ｈがかかると、トンネル磁気抵抗素子２０の自由磁性層２２の磁化の向きＦ２は、固定磁性層２１と同じ方向である矢印Ａの方向へ振れる。一方、図５Ｂに示すように、固定磁性層２１と反対方向に磁界Ｈがかかると、トンネル磁気抵抗素子２０の自由磁性層２２の磁化の向きＦ３は、固定磁性層２１と反対方向である矢印Ｂの方向へ振れる。
　ここで、トンネル磁気抵抗素子２０において、自由磁性層２２の磁化の向きが固定磁性層２１の磁化の向きと同じ方向に振れるとトンネル電流が増加して絶縁層２３の抵抗値が下がり、反対方向に振れるとトンネル電流が減少して絶縁層２３の抵抗値が上がる。したがって、図５Ａに示すトンネル磁気抵抗素子２０の抵抗値は下がり、図５Ｂに示すトンネル磁気抵抗素子２０の抵抗値は上がる。トンネル磁気抵抗素子２０の抵抗値は、磁界Ｈの強さにしたがって所定の範囲で変化する。これにより、トンネル磁気抵抗素子２０を直列に集積した素子アレイ１０ａ全体での抵抗が変化し、素子アレイ１０ａの電極１３，１４間の電位が変化する。素子アレイ１０ａの電極１３，１４間の電位は、図１のブリッジ回路ＶＣの電位差として検出され、磁気センサー１０の出力（具体的には出力電圧）が変化し、磁気検出信号が得られる。
　固定磁性層２１は、例えばＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ等で形成されている。また、自由磁性層２２は、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ等で形成されている。
　各トンネル磁気抵抗素子２０に印加される電圧（実質的には絶縁層２３に印加される電圧）は、０．１ｍＶ以上５０ｍＶ以下である。トンネル磁気抵抗素子２０は、既に説明したように、外界磁場の影響で絶縁層２３のトンネル抵抗をそれぞれ変化させる。
　各トンネル磁気抵抗素子２０に印加される電圧（実質的には絶縁層２３に印加される電圧）を５０ｍＶ以下とすることにより、各トンネル磁気抵抗素子２０の感度を実質的に向上させつつ、各トンネル磁気抵抗素子２０で発生するノイズを低減できる。その一方、各トンネル磁気抵抗素子２０の絶縁層２３に印加される電圧を０．１ｍＶ以上とすることにより、トンネル磁気抵抗素子２０の直列数又は並列数が過度に増えることを防止でき、トンネル磁気抵抗素子２０の良品率等の信頼性を高めることにもなる。すなわち、絶縁層２３への印加電圧を０．１ｍＶ以上とすることで、トンネル磁気抵抗素子２０の直列数又は並列数を過度に増やしたり絶縁層２３を過度に薄くしたりする必要がなくなり、トンネル磁気抵抗素子２０に適度のバイアス効果を生じさせることが容易になる。
　図６は、トンネル磁気抵抗素子２０にかかる電圧と感度との関係を示すチャートである。横軸はトンネル磁気抵抗素子２０への印可電圧又はバイアス電圧（ｍＶ）を示し、縦軸は検出電位差（ｍＶ）と外界磁場の強度（μＴ）との比である。検出電位差（ｍＶ）とは、トンネル磁気抵抗素子２０が外界磁場を受け抵抗値が変化することによりブリッジ回路上で発生する電位差を、適当な増幅率を持つアンプを介して見た電位差のことである。アンプの増幅率は、トンネル磁気抵抗素子２０の性能、及び、検出する磁界強度に応じて、取扱い易い出力（例えば数１００ｍＶから１Ｖ程度の出力）が得られるよう設定する。図示のチャートにおいて、トンネル磁気抵抗素子２０の直列数が異なるものを試料としてプロットしている。図６に示す実施例の場合、絶縁層２３に印加される電圧を小さくするほど、感度の性能が向上する。これは、バリア層である絶縁層２３が薄いため、小さな電圧（数１０ｍＶ程度）でもバイアス効果が生じている可能性が考えられる。よって、トンネル磁気抵抗素子２０に印加される電圧（実質的には絶縁層２３に印加される電圧）は、さらに０．５ｍＶ以上２０ｍＶ以下であることが好ましい。この場合、トンネル磁気抵抗素子２０の感度向上及びノイズ低減がより確実になるとともに、信頼性の高いトンネル磁気抵抗素子２０を比較的容易に製造することができる。
　トンネル磁気抵抗素子２０において、絶縁層２３の単位面積あたりの抵抗値は、１×１０３Ω／μｍ２以上１×１０１２Ω／μｍ２以下である。抵抗値を下限１×１０３Ω／μｍ２以上とすることにより、膜厚をある程度確保してショートの発生を抑制することができ、抵抗値を上限１×１０１２Ω／μｍ２以下とすることにより、トンネル電流の発生を確保してトンネル磁気抵抗素子２０の感度低下を防止できる。なお、抵抗値が上記範囲である場合、絶縁層２３の膜厚は、例えば１．０～３．０ｎｍ程度となる。この程度の膜厚の場合、膜厚が増加するほどＴＭＲ比を高くすることができる。ＴＭＲ比は、（Ｒ２－Ｒ１）／Ｒ１×１００（％）で定義される。ここで、値Ｒ１は固定磁性層２１の磁化の向きと自由磁性層２２の磁化の向きとが同方向であるとき（平行状態という）の抵抗値であり、値Ｒ２は固定磁性層２１の磁化の向きと自由磁性層２２の磁化の向きとが逆方向であるとき（反平行状態という）の抵抗値である。
　図７は、絶縁層２３が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成されている場合の絶縁層２３の膜厚とＴＭＲ比との関係を説明する図である。同図に示すように、絶縁層２３の膜厚が１．1～１．４ｎｍの試料でのＴＭＲ比測定の結果から、膜厚が厚いほど感度が高いことが分かる。特に、膜厚１．４ｎｍでＴＭＲ比は最高に近い性能が得られている。この結果から、絶縁層２３の膜厚が１．１ｎｍ以上３．０ｎｍ以下、さらに１．２ｎｍ以上２．５ｎｍ以下であることが好ましい。よって、ＭｇＯで形成された絶縁層２３の単位面積あたりの抵抗値は、さらに２×１０３Ω／μｍ２以上２×１０９Ω／μｍ２以下であることが好ましいといえる。
　絶縁層２３の面積は、１μｍ２以上１ｍｍ２以下である。絶縁層２３の面積は、絶縁層２３の膜厚方向に垂直な方向の面積である。絶縁層２３の面積を下限１μｍ２以上とすることで絶縁層２３を含めたトンネル磁気抵抗素子２０の製造精度や加工性を向上させることができ、絶縁層２３の面積を上限１ｍｍ２以下とすることで製造時のホコリ等による初期不良の発生を抑制でき、トンネル磁気抵抗素子２０の信頼性を高めることができる。
　絶縁層２３の面積は、さらに２５μｍ２以上０．０４ｍｍ２以下であることが好ましい。
　絶縁層２３は、コヒーレントトンネル効果をもつ材料で形成されている。コヒーレントトンネル効果により、ＴＭＲ比を高めることができ、トンネル磁気抵抗素子２０延いては素子アレイ１０ａの感度を高めることができる。絶縁層２３は、具体的には、酸化マグネシウム、スピネル、及び酸化アルミニウムのいずれか１つで形成されている。
　以下、トンネル磁気抵抗素子２０の集積化によるノイズの低減効果について説明する。
　例えば、ブリッジ回路ＶＣにかかるブリッジ電圧又は磁気センサー１０への印可電圧が一定で、トンネル磁気抵抗素子２０の直列数を増やすということは、１個のトンネル磁気抵抗素子２０にかかる電圧が直列数に応じて小さくなるということである。トンネル磁気抵抗素子２０の１／ｆノイズの大きさＳｖは、以下の代表式（１）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
ただし、上記式（１）において、αは係数であり、Ｖは１個のトンネル磁気抵抗素子２０の電圧（素子電圧）であり、であり、Ａは素子面積であり、ｆは周波数である。つまり、１個のトンネル磁気抵抗素子２０内で発生するノイズの電圧成分は、素子電圧Ｖのみが変数であるとき、上記ノイズの大きさＳｖの平方根すなわち素子電圧Ｖに比例すると考えられる。
　直列した全てのトンネル磁気抵抗素子２０のノイズ総量、つまり磁気センサー１０の出力中のノイズの電圧ノイズ強度Ｓｎｏｉｓｅが各トンネル磁気抵抗素子２０で発生するノイズの電圧成分の二乗平方和で与えられるとすれば、直列の素子数をＮとし、他の要素を係数Ｃ又はＣ’に纏めると、ノイズ総量を示す電圧ノイズ強度Ｓｎｏｉｓｅについては、以下の式（２）又は（３）が成り立つことが期待できる。なお、式（３）では、Ｎ×Ｖ、つまり磁気センサー１０への印可電圧が一定としている。このことは、印可電圧を一定にして直列の素子数を増やせば、１／√Ｎのファクターでノイズが減ることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　また、トンネル磁気抵抗素子２０で発生する１／ｆノイズの大きさＳｖを表す上記代表式（１）から、素子面積Ａが増えることによる電圧ノイズ強度Ｓｎｏｉｓｅへの影響については、別の係数Ｃ”を用いて以下の代表式（４）が成り立つことが期待できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　つまり、ブリッジ電圧が一定でトンネル磁気抵抗素子２０の並列数を増やすことによる素子面積Ａの実効的増加によるノイズ低減効果も、直列接続によるノイズ低減と同じ効果が期待できる。以上のことから、直列及び並列の接続数は、多ければ多いほど、ノイズ低減効果の改善が期待できるため（素子電圧の分散と素子面積の拡大）、加工が可能な範囲で多く設定することが望ましい。なお、詳細な説明を省略するが、実験でも上記の計算又は評価に近いノイズ低減の効果を確認できた。
　図１に戻って、ブリッジ回路ＶＣを駆動するための電気回路３０は、既に説明したように、電圧制御回路ＣＣと、補正回路ＳＣと、出力回路ＯＣとを有する。ブリッジ回路ＶＣには、電気回路３０の電圧制御回路ＣＣと補正回路ＳＣとを接続して電圧をかける。つまり、電気回路３０は、ブリッジ回路ＶＣを構成する素子アレイ１０ａ（延いては複数のトンネル磁気抵抗素子２０）及び固定抵抗１０ｂに電圧を印加する。具体的には、電気回路３０のうち電圧制御回路ＣＣは、電源部３１ａを有し、素子アレイ１０ａを１つ以上含むブリッジ回路ＶＣを構成する一対の直列部Ｄ１，Ｄ２の一端に対して基準電圧を印加する。また、補正回路ＳＣは、フィードバック部３２と補正部３３とを有し、ブリッジ回路ＶＣを構成する一方の直列部Ｄ２の他端に対してオフセット電圧を印加する。つまり、ブリッジ回路ＶＣの一方の直列部Ｄ１には、電圧制御回路ＣＣから出力される基準の電圧のみが印可され、ブリッジ回路ＶＣの他方の直列部Ｄ２には、電圧制御回路ＣＣから出力される基準の電圧と、補正回路ＳＣから出力される補正用の電圧とが印可される。
　補正回路ＳＣは、ブリッジ回路ＶＣの検出端子Ｐ１，Ｐ２間の電位差から得た電圧信号すなわちオフセット電圧を直列部Ｄ２の一端に印加することで、ブリッジ回路ＶＣの検出端子Ｐ１，Ｐ２間の電位差を打ち消すように動作する。
　補正回路ＳＣにおいて、後述する出力回路ＯＣの増幅部３４からの差分増幅信号がフィードバック部３２に入力される。フィードバック部３２は、実際にはローパスフィルター等からなり、検出端子Ｐ１，Ｐ２間の電位差に相当する差分増幅信号から高周波成分を除いた低周波成分からなる電圧信号を補正部３３にフィードバックする。補正部３３は、フィードバック部３２から入力された電圧信号に基づいて、ブリッジ回路ＶＣの直列部Ｄ２の接地側（つまり、固定抵抗１０ｂ）に対して、検出端子Ｐ１，Ｐ２間の電位差を相殺するような電圧信号すなわちオフセット電圧を印可する。結果的に、ブリッジ回路ＶＣの検出端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧差が、直流成分又は極低周波成分に関してある基準値以下（例えば０Ｖ）になるよう制御が行われる。この補正回路ＳＣの働きにより、ブリッジ回路ＶＣ内でわずかにでも一致しない抵抗値差によって生じる直流又は極低周波の電圧差を打ち消すことができ、非常に小さな磁場強度の変動を検出するために、増幅部３４における増幅率を高く設定することができる。また、例えば、環境温度や環境外乱によって生じる、検出したい磁場とは無関係に変動するブリッジ回路ＶＣ間の電位差も打ち消すことができる。さらに、素子アレイ１０ａの抵抗値が設計どおりでない場合（一部のトンネル磁気抵抗素子２０がショートしている場合を含む）であっても、ブリッジ回路ＶＣの検出端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧差をその平均的な値が目標値（例えば０Ｖ）になるよう簡易に調整を行うことができる。
　出力回路ＯＣは、増幅部３４とフィルター部３５とを有する。増幅部３４は、ブリッジ回路ＶＣの検出端子Ｐ１，Ｐ２間の出力信号つまり電位差を増幅する。増幅部３４としては、例えばオペレーショナル・アンプリファイア等で構成される差分増幅器３４ａが用いられる。つまり、ブリッジ回路ＶＣの検出端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧差は、差分増幅器３４ａを介してアナログの電圧増幅信号として取り出される。
　フィルター部３５は、増幅部３４からの増幅信号から所定帯域の磁気信号対応成分のみを選択的に通過させるローパスフィルター、ハイパスフィルター、又はローパスフィルター及びハイパスフィルターの両方のいずれかを有する。フィルター部３５としては、例えばアクティブタイプの帯域増幅器３５ａ等が用いられるが、パッシブタイプの帯域フィルターを用いることもできる。差分増幅器３４ａからの電圧増幅信号は、フィルター部３５に入力され、不要な周波数帯域の信号を除去した上で、検出したい磁場に相当する周波数帯域に絞った電圧の信号値が出力される。
　以上において、磁気センサー１０を高感度化するために、磁気センサー１０から出力される信号強度を高くし、かつノイズを小さくする必要がある。
　一般的には、信号強度を強くするためには、磁気センサーを、トンネル磁気抵抗効果を高くする構造にしたり、磁気センサーに印加する電圧を上げたりするといった対策がある。また、ノイズを小さくするためには、磁気センサー内のトンネル磁気抵抗素子を集積化したり、磁気センサーに印加する電圧を下げたりするといった対策がある。しかしながら、トンネル磁気抵抗素子を集積化すると、素子間の性能バラツキや不良素子の混入により、磁気センサーとしてのトンネル磁気抵抗効果が低下する傾向がある。また、磁気センサーに印加する電圧は、感度の性能とノイズの性能とでトレードオフになっており、磁気センサーを最適な構成にすることが難しい。
　そこで、本実施形態のように、磁気センサー１０を複数のトンネル磁気抵抗素子２０で集積化した構成とし、各トンネル磁気抵抗素子２０に印加される電圧を１．０ｍＶ以上５０ｍＶ以下とすることで、磁気センサー１０をノイズを大きく低減しつつ、高い感度性能を確保できる構造であり、優れた磁気分解能を有するものとすることができる。
　以下、磁気センサー１０の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
　以下、実施例１の磁気センサー１０の設計値を示す。実施例１の磁気センサー１０は、高磁気分解能タイプのセンサーである。実施例１の磁気センサー１０は、ノイズ低減効果が比較的大きくなっている。
磁気センサー抵抗値：１．０４ｋΩ
磁気センサー面積（概算）：４９．７３ｍｍ２
磁気センサー幅（正方形として）：７．０５ｍｍ
ブリッジ回路電圧（磁気センサーにかかる電圧）：８Ｖ
ＴＭＲ素子直列数：１１１０個
ＴＭＲ素子並列数：５列
絶縁層膜厚：１．３５ｎｍ
絶縁層の単位面積あたりの抵抗値：３×１０４Ω／μｍ２
ＴＭＲ素子寸法（縦）：８０μｍ
ＴＭＲ素子寸法（横）：８０μｍ
ＴＭＲ素子の面積（絶縁層の面積）：６４００μｍ２
ＴＭＲ素子の抵抗：４．６９Ω
ＴＭＲ素子にかかる電圧：３．６ｍＶ
（実施例２）
　以下、実施例２の磁気センサー１０の設計値を示す。実施例２の磁気センサー１０は、高空間分解能タイプのセンサーである。実施例２の磁気センサー１０は、トンネル磁気抵抗素子２０が高密度に配置され、サイズが比較的小さくなっている。
磁気センサー抵抗値：１．４２ｋΩ
磁気センサー面積：（概算）２．２８ｍｍ２
磁気センサー幅：（正方形として）１．５１ｍｍ
ブリッジ回路電圧（磁気センサーにかかる電圧）：８Ｖ
ＴＭＲ素子直列数：３４０個
ＴＭＲ素子並列数：１２列
絶縁層膜厚：１．２ｎｍ
絶縁層の単位面積あたりの抵抗値：２×１０４Ω／μｍ２
ＴＭＲ素子寸法（縦）：２０μｍ
ＴＭＲ素子寸法（横）：２０μｍ
ＴＭＲ素子の面積（絶縁層の面積）：４００μｍ２
ＴＭＲ素子の抵抗：５０．００Ω
ＴＭＲ素子にかかる電圧：１１．８ｍＶ
（実施例３）
　以下、実施例３の磁気センサー１０の設計値を示す。実施例３の磁気センサー１０は、絶縁層２３の膜厚が比較的厚くても本実施形態の効果を満たすものとなっている。
磁気センサー抵抗値：１．１１ｋΩ
磁気センサー面積（概算）：３．９４ｍｍ２
磁気センサー幅（正方形として）：１．９８ｍｍ
ブリッジ回路電圧：０．５Ｖ
ＴＭＲ素子直列数：２５個
ＴＭＲ素子並列数：５列
絶縁層膜厚：２．２ｎｍ
絶縁層の単位面積あたりの抵抗値：５×１０６Ω／μｍ２
ＴＭＲ素子寸法（縦）：１５０μｍ
ＴＭＲ素子寸法（横）：１５０μｍ
ＴＭＲ素子の面積（絶縁層の面積）：２２５００μｍ２
ＴＭＲ素子の抵抗：２２２．２２Ω
ＴＭＲ素子にかかる電圧：１０．０ｍＶ
〔第２実施形態〕
　以下、第２実施形態に係るセンサーユニット及び磁気検出装置について説明する。なお、第２実施形態のセンサーユニット等に含まれる磁気センサーは第１実施形態の磁気センサーを応用したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
　図８に示すように、磁気検出装置３００は、少なくとも１つのセンサーユニット２００と、制御部４０とを備える。センサーユニット２００は、配線部１５を介して制御部４０に接続されている。
　センサーユニット２００は、上述した複数の磁気センサー１０（図１参照）を直列接続によって連結して一体化している。図８では、説明を簡単にするために、１つの磁気センサー１０を円筒状に図示している。図８の例では、磁気検出装置３００において、４つ磁気センサー１０を一直線上に配列し直列に接続して１つのセンサーユニット２００を構成し、複数のセンサーユニット２００を隣接的に並列に配列している。なお、センサーユニット２００において、磁気センサー１０を並列接続のみ又は直列接続及び並列接続の両方によって連結してもよい。
　制御部４０は、信号検出部４１と、記憶部４２と、入出力部４３と、主制御部４４とを有する。
　制御部４０のうち信号検出部４１は、主制御部４４の制御下で、各センサーユニット２００から出力された検出信号を受け付ける。信号検出部４１では、例えば各センサーユニット２００から入力検出された所定帯域の磁気信号が処理しやすい形に変化される。具体的には、センサーユニット２００からの磁気信号は、アナログ信号であり、主制御部４４での処理のため信号検出部４１においてデジタル信号に変換される。
　記憶部４２は、主制御部４４を動作させるための所定のプログラムやデータを記憶する。また、記憶部４２は、主制御部４４の制御下で、信号検出部４１でデジタル変換された磁気信号を記憶する。各センサーユニット２００から得られる磁気信号は、個々のセンサーユニット２００と対応させて検出データとして記憶させることができ、このような経時的な検出データが時系列的に順次記録される。これにより、記憶部４２は、プログラムに基づいて動作する主制御部４４からの指示や入出力部４３を介したオペレーターの指示にしたがい、計測された磁気信号についてマッピング等を行った結果も記憶することができる。
　入出力部４３は、オペレーターの指示により主制御部４４に所定のプログラムにしたがった動作を開始させたり、主制御部４４の動作により、センサーユニット２００の検出結果を信号検出部４１に読み取らせるとともに記憶部４２に記憶させたりする。入出力部４３は、主制御部４４の制御下で動作し、センサーユニット２００の検出結果から得た磁気計測結果を例えばディスプレイ等に表示する。
　主制御部４４は、信号検出部４１、記憶部４２、入出力部４３の動作を統括的に制御する。主制御部４４は、信号検出部４１を介して得た磁気信号に対してフィルタリング、強調等の処理を行うことができる。また、主制御部４４は、信号検出部４１を介して得た磁気信号を編集することができる。具体的には、各センサーユニット２００から得た磁気信号データを２次元的にマッピングしたり、その経時的な変化をビデオ画像に変換したりして、結果を入出力部４３に表示させることができる。
　以上説明したセンサーユニット２００及び磁気検出装置３００では、上述の磁気センサー１０を備えることにより、感度向上及びノイズ低減効果を有するものとなる。
〔第３実施形態〕
　以下、第３実施形態に係る磁気計測装置について説明する。なお、第３実施形態の磁気計測装置に含まれる磁気センサー及びセンサーユニットは第１及び第２実施形態の磁気センサー等を応用又は変形したものであり、特に説明しない事項は第１及び第２実施形態と同様である。
　図９に示すように、生体用の磁気計測装置４００は、生体磁場検出部５０と、制御部６０とを備える。
　生体磁場検出部５０は、生体からの磁場の影響下に配置され、生体からの微弱な磁界を磁気信号として取り出す。生体磁場検出部５０は、図８に示すものと同様のセンサーユニット２００（つまり、複数の磁気センサー１０（図１参照）を組み合わせたもの）を多数有し、これら多数のセンサーユニット２００を２次元的に配置した構造を有する。複数のセンサーユニット２００は、検出対象である生体の表面に沿って配置面を湾曲させたものとできる。図９の例では、センサーユニット２００は、例えば周囲を覆うシールド部５１ａと、シールド部５１ａの内側に配置されて多数のセンサーユニット２００を支持する本体５１ｂとを含むヘルメット型の磁気シールド装具５１に内蔵され、被験者ＨＳの頭部に沿って湾曲して配置される。生体磁場検出部５０は、被験者ＨＳの頭部に装着され、被験者ＨＳの生体磁気を検出する。
　制御部６０は、生体磁場検出部５０の出力を信号処理する。制御部６０は、第２実施形態で説明した磁気検出装置３００の制御部４０と同様の動作を行う。
　上記磁気計測装置４００では、上述の磁気センサー１０を備えることにより、生体感度向上及びノイズ低減効果を有するものとなる。磁気センサー１０は微細であるため、磁気センサー１０を２次元的又は３次元的に高密度に配置すれば、空間分解能が向上し、高精度化を図ることができる。
　生体からの微弱な磁界は、例えば心臓に起因するもので数十ｐＴ程度、脳機能に起因するもので１００ｐＴ弱程度であると言われている。この磁界を検出する場合に必要な生体感度について説明する。
　図１に記載のブリッジ回路ＶＣ内に抵抗値１ｋΩの素子アレイ１０ａを配置し、ブリッジ回路ＶＣに２Ｖの電圧を印加したとき、各素子アレイ１０ａにかかる電圧は１Ｖとなる。この状態において、例えば、各素子アレイ１０ａに１ｐＴ（１ｆＴの１，０００倍）の磁界が加わったときに、ブリッジ回路ＶＣ上で１ｍＶの電圧差が発生する。その際、ノイズが１μＶ程度の性能であれば、例えば１００ｐＴ弱程度の脳磁場も良好なＳＮ比で検出することができる。
　上記の条件で信号検出したときの生体感度は、電圧表記では１ｍＶ／１ｐＴであり、ＴＭＲ比（つまり抵抗値の変化率）表記では０．１％／１ｐＴである。
　以上、実施形態に係る磁気センサー等について説明したが、本発明に係る磁気センサー等は、上記のものには限られない。例えば、トンネル磁気抵抗素子２０の配列は、用途に応じて適宜変更することができる。また、トンネル磁気抵抗素子２０の固定磁性層２１の磁化の方向又は自由磁性層２２の磁化の方向も適宜変更することができる。
　また、上記実施形態において、電気回路３０に増幅部３４やフィルター部３５を設けたが、設けなくてもよい。
　また、上記実施形態において、磁気センサー１０は、集積体である素子アレイ１０ａを１つの単位として、例えば固定磁性層２１の磁化の方向又は自由磁性層２２の磁化の方向が異なる複数の素子アレイ１０ａを組み合わせて構成される。
　また、第２実施形態において、磁気検出装置３００をセンサーユニット２００で構成したが、１つの磁気センサー１０で構成してもよい。

Claims (16)

  1. 　固定磁性層と、自由磁性層と、前記固定磁性層及び前記自由磁性層間に設けられた絶縁層とをそれぞれ有し、外界磁場の影響で前記絶縁層のトンネル抵抗をそれぞれ変化させる複数のトンネル磁気抵抗素子を含む素子アレイと、
    　前記素子アレイを構成する前記複数のトンネル磁気抵抗素子に電圧を印加する電気回路とを備え、
    　各トンネル磁気抵抗素子に印加される電圧が、０．１ｍＶ以上５０ｍＶ以下である、磁気センサー。
  2. 　前記各トンネル磁気抵抗素子に印加される電圧が、０．５ｍＶ以上２０ｍＶ以下である、請求項１に記載の磁気センサー。
  3. 　前記素子アレイは、前記複数のトンネル磁気抵抗素子の、直列接続、並列接続、又は直列接続及び並列接続の両方によって構成されている、請求項１及び２のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  4. 　前記素子アレイは、直列接続された２０個以上１００００個以下の前記トンネル磁気抵抗素子を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  5. 　前記素子アレイの抵抗値は、０．１ｋΩ以上１０ｋΩ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  6. 　各トンネル磁気抵抗素子の前記絶縁層の単位面積あたりの抵抗値は、１×１０３Ω／μｍ２以上１×１０１２Ω／μｍ２以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  7. 　前記絶縁層は、コヒーレントトンネル効果をもつ材料で形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  8. 　前記絶縁層は、酸化マグネシウム、スピネル、及び酸化アルミニウムのいずれか１つで形成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  9. 　各トンネル磁気抵抗素子の前記絶縁層の面積は、１μｍ２以上１ｍｍ２以下である、請求項１～８のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  10. 　前記素子アレイに印加される電圧は、０．１Ｖ以上２０Ｖ以下である、請求項１～９のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  11. 　前記電気回路は、前記素子アレイを１つ以上含むブリッジ回路を構成する一対の直列部に対して基準電圧を印加する電源部と、前記ブリッジ回路を構成する一方の直列部に対してオフセット電圧を印加する補正部と、前記ブリッジ回路の検出端子間の出力信号から得た信号を前記補正部にフィードバックするフィードバック部とを有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  12. 　前記電気回路は、前記ブリッジ回路の検出端子間の出力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部からの増幅信号から所定の帯域の磁気信号成分を通過させるローパスフィルター、ハイパスフィルター、又はローパスフィルター及びハイパスフィルターの両方を有するフィルター部とを備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  13. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載の複数の磁気センサーを、直列接続、並列接続、又は直列接続及び並列接続の両方によって連結して一体化した、センサーユニット。
  14. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの磁気センサーと、前記少なくとも１つの磁気センサーからの検出出力を信号処理する制御部とを備える、磁気検出装置。
  15. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載の複数の磁気センサーを有し生体からの磁場の影響下に配置される生体磁場検出部と、前記生体磁場検出部の出力を信号処理する制御部とを備える、生体用の磁気計測装置。
  16. 　１００ｐＴ以下の磁界を計測する、請求項１５に記載の生体用の磁気計測装置。
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