本發(fā)明涉及一種磁傳感器。

背景技術(shù)：

以往，已知有用于檢測(cè)是否存在預(yù)先確定的一個(gè)方向上的磁性的隧道磁阻(tmr：tunnelmagneto－resistance)元件。另外，已知有將磁阻元件和聚磁部組合而成的磁傳感器(例如，參照專利文獻(xiàn)1～7)。

專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2006－3116號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2006－10461號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)平7－169026號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)2002－71381號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)5日本特開(kāi)2004－6752號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)6日本特開(kāi)2003－282996號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)7國(guó)際公開(kāi)第2011/068146號(hào)小冊(cè)子

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

tmr元件具有：產(chǎn)生與外部磁場(chǎng)大致成比例的阻抗值的線性區(qū)域；以及與外部磁場(chǎng)無(wú)關(guān)地產(chǎn)生規(guī)定的阻抗值的飽和區(qū)域。在使用了tmr元件的磁傳感器中，如果不是線性區(qū)域則無(wú)法正確地檢測(cè)出外部磁場(chǎng)。因此，對(duì)外部磁場(chǎng)的檢測(cè)范圍受到tmr元件的飽和磁場(chǎng)的大小限制。在為利用聚磁部將與tmr元件的感磁軸方向不同的方向上的磁場(chǎng)集中在感磁軸方向的磁傳感器的情況下，一個(gè)tmr元件對(duì)感磁軸方向上的磁場(chǎng)和與感磁軸方向不同的方向上的磁場(chǎng)這兩個(gè)磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，由此存在容易產(chǎn)生磁場(chǎng)飽和的問(wèn)題。

用于解決問(wèn)題的方案

在本發(fā)明的第一方案中提供一種磁傳感器，其具有：基板；聚磁部，其配置在基板上或者基板內(nèi)，具有一個(gè)或者多個(gè)聚磁構(gòu)件；多個(gè)磁檢測(cè)部，該多個(gè)磁檢測(cè)部配置在聚磁構(gòu)件的附近，并且具有與基板的平面平行的方向的感磁軸；以及運(yùn)算部，其根據(jù)多個(gè)磁檢測(cè)部的輸出，來(lái)運(yùn)算與基板的平面平行的第一軸的方向的外部磁場(chǎng)、與基板的平面平行且與第一軸垂直的第二軸的方向的外部磁場(chǎng)、以及與基板的平面垂直的第三軸的方向的外部磁場(chǎng)中的至少兩個(gè)方向的外部磁場(chǎng)，聚磁部使與感磁軸方向不同的方向的外部磁場(chǎng)在多個(gè)磁檢測(cè)部的各磁檢測(cè)部變換為感磁軸方向的磁場(chǎng)，各磁檢測(cè)部包含與基板的平面平行地排列的多個(gè)磁阻元件，多個(gè)磁阻元件的各磁阻元件包含根據(jù)外部磁場(chǎng)而使磁化方向變化的自由層、磁化被固定的釘扎層、設(shè)置在自由層和釘扎層之間的隔層這樣的層疊結(jié)構(gòu)，多個(gè)磁阻元件中所含的一個(gè)磁阻元件的自由層的長(zhǎng)度方向和與一個(gè)磁阻元件相鄰的至少一個(gè)磁阻元件的自由層的長(zhǎng)度方向是相同的方向，與一個(gè)磁阻元件相鄰的至少一個(gè)磁阻元件沿著一個(gè)磁阻元件的自由層的長(zhǎng)度方向排列。

另外，上述的發(fā)明內(nèi)容并沒(méi)有列舉出本發(fā)明的全部特征。另外，這些特征組的分組合也能夠成為另外的發(fā)明。

附圖說(shuō)明

圖1表示磁檢測(cè)部110的俯視圖的一個(gè)例子。

圖2表示磁檢測(cè)部110的剖視圖的一個(gè)例子。

圖3表示磁檢測(cè)部110的剖視圖的一個(gè)例子。

圖4表示磁檢測(cè)部110的剖視圖的一個(gè)例子。

圖5表示磁檢測(cè)部110的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。

圖6表示磁檢測(cè)部115的一個(gè)例子。

圖7表示向磁檢測(cè)部施加有外部磁場(chǎng)時(shí)的阻抗變化率。

圖8是用于說(shuō)明縱向串聯(lián)的檢測(cè)磁場(chǎng)的范圍變大的理由的圖。

圖9是用于說(shuō)明施加于自由層23的偏置磁場(chǎng)的圖。

圖10表示磁傳感器100的一個(gè)例子。

圖11表示磁傳感器100的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。

圖12是用于說(shuō)明磁傳感器100的動(dòng)作的圖。

圖13表示磁傳感器100的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。

具體實(shí)施方式

以下，通過(guò)發(fā)明的實(shí)施方式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但以下的實(shí)施方式不對(duì)權(quán)利要求書(shū)的發(fā)明進(jìn)行限定。另外，在實(shí)施方式中說(shuō)明的特征的全部組合不限于是發(fā)明的解決手段所必須的。

圖1表示磁檢測(cè)部110的俯視圖的一個(gè)例子。俯視圖是指從z軸方向的正側(cè)觀察所得到的圖。圖2至圖4分別表示圖1的磁檢測(cè)部110的a－a′線的剖視圖的一個(gè)例子。磁檢測(cè)部110具有基板10、磁阻元件20、下部電極30、上部電極40以及元件分離絕緣膜50。在圖1中省略了基板10以及元件分離絕緣膜50。磁檢測(cè)部110用于檢測(cè)外部磁場(chǎng)。

基板10可以是硅基板、化合物半導(dǎo)體基板以及陶瓷基板中的任一者。另外，基板10也可以是搭載有ic的硅基板。

磁阻元件20形成于基板10的上方。本例子的磁檢測(cè)部110具有多個(gè)磁阻元件20a～20d，該多個(gè)磁阻元件20a～20d沿著與基板10的平面平行的方向排列。各個(gè)磁阻元件20具有釘扎層21、隔層22以及自由層23。磁阻元件20為tmr元件。tmr元件是指在磁性體薄膜之間夾有極薄的絕緣膜的元件。tmr元件的阻抗根據(jù)夾著絕緣膜的磁性體薄膜的磁化的朝向而變化。本例子的磁阻元件20的自由層在俯視下具有長(zhǎng)度l、寬度w的矩形截面。俯視是指從z軸的正側(cè)方向觀察的情況。多個(gè)磁阻元件20沿著磁阻元件20的長(zhǎng)度方向(y軸方向)排列。磁阻元件20也可以彼此電連接。另外，磁阻元件20只要在俯視下至少自由層23的截面為矩形即可。在本例子中，磁阻元件20的長(zhǎng)度方向與自由層23的長(zhǎng)度方向相同。

釘扎層21包括磁化被固定在預(yù)先確定的方向上的磁性材料。釘扎層21由co、fe、ni等材料的組合形成。在本說(shuō)明書(shū)中，將釘扎層21的磁化被固定的方向的軸稱為感磁軸。

隔層22是形成在釘扎層21上的薄膜的絕緣體。例如，隔層22由al2o3、mgo等絕緣材料形成。

自由層23是磁化的朝向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)地變化的磁性體。例如，自由層23是由co、fe、ni等材料的組合形成的軟磁性材料。自由層23形成在隔層22上。例如，自由層23的磁化的方向因自由層23的形狀各向異性而產(chǎn)生，是磁阻元件20的長(zhǎng)度方向(y軸方向)。本例子的自由層23的磁化方向與自由層23的排列方向相同。

下部電極30設(shè)置在基板10和磁阻元件20之間。下部電極30將相鄰的兩個(gè)磁阻元件20的釘扎層21彼此連接。例如，本例子的下部電極30分別將磁阻元件20a和磁阻元件20b相連接，以及，將磁阻元件20c和磁阻元件20d相連接。下部電極30例如由非磁性體形成。

上部電極40設(shè)置在磁阻元件20上。上部電極40將相鄰的兩個(gè)磁阻元件20所具有的自由層23彼此連接。例如，本例子的上部電極40將磁阻元件20b和磁阻元件20c相連接。即，相鄰的磁阻元件20利用下部電極30和上部電極40中的任一者實(shí)現(xiàn)電連接。本例子的下部電極30以及上部電極40在俯視下具有矩形狀的截面，但不限于此。另外，下部電極30以及上部電極40的寬度也可以相同。

元件分離絕緣膜50將相鄰的磁阻元件20的自由層分別電分離。元件分離絕緣膜50由在通常的半導(dǎo)體制造工序使用的絕緣材料形成。例如，元件分離絕緣膜50由二氧化硅sio2形成。

如以上所述，磁檢測(cè)部110具有沿與感磁軸正交的方向磁化且排列的自由層23。由此，磁檢測(cè)部110能夠正確地檢測(cè)與感磁軸相同的方向上的磁場(chǎng)。

在圖2中，利用下部電極30連接在一起的兩個(gè)磁阻元件20的側(cè)面被元件分離絕緣膜50完全分離。完全分離是指將相鄰的磁阻元件20以彼此不接觸的方式物理地分離。例如，在磁阻元件20a和磁阻元件20b之間，釘扎層21、隔層22以及自由層23完全被蝕刻。

在圖3中，利用下部電極30連接在一起的兩個(gè)磁阻元件20以釘扎層21的側(cè)面彼此連接。例如，在磁阻元件20a和磁阻元件20b之間，隔層22以及自由層23完全被蝕刻。另一方面，在磁阻元件20a和磁阻元件20b之間，釘扎層21可以不完全被蝕刻而留有一部分。另外，也可以不設(shè)置下部電極30而將釘扎層21兼用作釘扎層和下部電極。

在圖4中，利用下部電極30連接在一起的兩個(gè)磁阻元件20以釘扎層21和隔層22的側(cè)面彼此連接。例如，在磁阻元件20a和磁阻元件20b之間，自由層23完全被蝕刻，另一方面，隔層22沒(méi)有完全被蝕刻而留有一部分。也可以是，不設(shè)置下部電極30而將釘扎層21兼用作釘扎層和下部電極。

即，在相鄰的磁阻元件20中，至少自由層23被元件分離絕緣膜50完全分離即可，釘扎層21或者隔層22也可以彼此接觸。另外，釘扎層21以及隔層22在俯視下可以是四邊形、正方形、平行四邊形、梯形、三角形、多邊形、圓形以及橢圓形中的任一種形狀。

圖5表示磁檢測(cè)部110的一個(gè)例子。圖6表示磁檢測(cè)部115的一個(gè)例子。本例子的磁檢測(cè)部110具有與圖1中示出的磁檢測(cè)部110基本相同的結(jié)構(gòu)。

磁檢測(cè)部110的釘扎層21以及磁檢測(cè)部115的釘扎層21均在x軸方向上具有感磁軸。另外，磁檢測(cè)部110的自由層23以及磁檢測(cè)部115的自由層23均具有沿y軸方向的長(zhǎng)度方向，并且具有沿y軸方向的磁化方向。因此，無(wú)論是磁檢測(cè)部110還是磁檢測(cè)部115的情況，釘扎層21的磁化方向和自由層23的磁化方向都正交。另外，相鄰的磁阻元件20利用下部電極30和上部電極40中的任一者電連接。本例子的上部電極40的寬度大于下部電極30的寬度。上部電極40的寬度可以與下部電極30的寬度相同，或者小于下部電極30的寬度。

但是，對(duì)于磁檢測(cè)部110和磁檢測(cè)部115而言，磁阻元件20的排列方向不同。在磁檢測(cè)部110中自由層23沿著y軸方向排列。即，多個(gè)磁阻元件20中所含的一個(gè)磁阻元件20的自由層23的長(zhǎng)度方向(y軸)和與一個(gè)磁阻元件20相鄰的至少一個(gè)磁阻元件20的自由層23的長(zhǎng)度方向(y軸)為相同方向，并且，與一個(gè)磁阻元件20相鄰的至少一個(gè)磁阻元件20沿著一個(gè)磁阻元件20的自由層23的長(zhǎng)度方向(y軸)排列。另外，自由層23沿著與釘扎層21的感磁軸(x軸)正交的方向即自由層23的長(zhǎng)度方向(y軸)排列。將本例子中的自由層23的排列方法稱為縱向串聯(lián)。

另一方面，在磁檢測(cè)部115中，自由層23沿著x軸方向排列。即，與一個(gè)磁阻元件20相鄰的磁阻元件20沿著一個(gè)磁阻元件20的自由層23的寬度方向(x軸)排列。另外，自由層23沿著與釘扎層21的感磁軸(x軸)平行的方向即自由層23的寬度方向(x軸)排列。將本例子中的自由層23的排列方法稱為橫向串聯(lián)。

圖7表示向磁檢測(cè)部110以及磁檢測(cè)部115施加有外部磁場(chǎng)時(shí)的阻抗變化率。橫軸表示向磁檢測(cè)部施加的外部磁場(chǎng)(μt)，縱軸表示阻抗變化率(％)。粗線表示縱向串聯(lián)的升磁場(chǎng)阻抗以及降磁場(chǎng)阻抗。升磁場(chǎng)阻抗變化率是指，使向磁檢測(cè)部施加的外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度從較小的值向較大的值逐漸上升時(shí)的阻抗變化率。另一方面，降磁場(chǎng)阻抗變化率是指，使向磁檢測(cè)部施加的外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度從較大的值向較小的值逐漸下降時(shí)的阻抗變化率。另外，單點(diǎn)劃線表示橫向串聯(lián)的升磁場(chǎng)阻抗變化率，虛線表示橫向串聯(lián)的降磁場(chǎng)阻抗變化率。

與表示橫向串聯(lián)的阻抗變化率的曲線相比，表示縱向串聯(lián)的阻抗變化率的曲線的斜率較小。即，與橫向串聯(lián)相比，縱向串聯(lián)中與施加磁場(chǎng)的變化相對(duì)應(yīng)的阻抗變化率的變化量較小。在此，若磁檢測(cè)部110以及磁檢測(cè)部115的阻抗變化率為規(guī)定大小以上，則會(huì)達(dá)到飽和。因此，若施加磁場(chǎng)的絕對(duì)值成為規(guī)定大小以上的值，則無(wú)法檢測(cè)出阻抗變化率的變化。但是，由于與橫向串聯(lián)的情況相比在縱向串聯(lián)的情況下阻抗變化率的斜率較小，因此與橫向串聯(lián)的情況相比，在縱向串聯(lián)的情況下能夠檢測(cè)的施加磁場(chǎng)的最大值變大。由此，與橫向串聯(lián)的情況相比，縱向串聯(lián)的情況不易產(chǎn)生磁場(chǎng)飽和，且檢測(cè)磁場(chǎng)的范圍較寬。

并且，在縱向串聯(lián)中，表示升磁場(chǎng)阻抗變化率的曲線和表示降磁場(chǎng)阻抗變化率的曲線重疊。另一方面，在橫向串聯(lián)中，在施加磁場(chǎng)為0左右時(shí)，升磁場(chǎng)阻抗變化率和降磁場(chǎng)阻抗變化率之間會(huì)產(chǎn)生差異。由此，與橫向串聯(lián)相比，縱向串聯(lián)的升磁場(chǎng)阻抗變化率和降磁場(chǎng)阻抗變化率之差即磁滯較小。對(duì)于縱向串聯(lián)的情況，由于磁滯較小，因此，施加磁場(chǎng)為升磁場(chǎng)的情況和施加磁場(chǎng)為降磁場(chǎng)的情況之間的誤差較小，檢測(cè)精度較高。

圖8是用于說(shuō)明與橫向串聯(lián)相比縱向串聯(lián)的檢測(cè)磁場(chǎng)的范圍變大的理由的圖。在縱向串聯(lián)中，由于沿著自由層23的長(zhǎng)度方向(y軸方向)排列自由層23，因此磁阻元件20的自由層23所形成的磁場(chǎng)為沿著相鄰的磁阻元件20的自由層23的磁化方向(y軸方向)的磁場(chǎng)。

間隔lf表示自由層23彼此之間的間隔。間隔lf越小，來(lái)自相鄰的自由層23的影響越大。間隔lf可根據(jù)所使用的材料等設(shè)定為任意的大小。間隔lf可以為15μm以下，也可以為5μm或者10μm。另外，間隔lf只要是比0μm大的值即可。若沿自由層23的磁化方向施加偏置磁場(chǎng)，則自由層23的磁化方向難以旋轉(zhuǎn)。由此，與橫向串聯(lián)的情況相比，縱向串聯(lián)的情況下相對(duì)于施加磁場(chǎng)而言的阻抗變化率變小，磁場(chǎng)范圍擴(kuò)大。

圖9是用于說(shuō)明施加于自由層23的偏置磁場(chǎng)的圖。各磁阻元件20的自由層23相對(duì)于相鄰的自由層23而言作為偏置磁體發(fā)揮作用。即，在各自由層23的兩端模擬地形成由沿y軸方向排列的n極以及s極構(gòu)成的偏置磁體。自由層23彼此之間的間隔lf越小，來(lái)自相鄰的自由層23的磁場(chǎng)的影響越大，偏置效果變大。在縱向串聯(lián)的情況下產(chǎn)生上述這樣的偏置效果。

圖10表示磁傳感器100的一個(gè)例子。磁傳感器100具有聚磁部65、磁檢測(cè)部70a～70c以及金屬配線80a～80c。本例子的磁檢測(cè)部70具有與以縱向串聯(lián)的方式配置的磁檢測(cè)部110相同的tmr元件。磁檢測(cè)部70具有至少一個(gè)以縱向串聯(lián)的方式配置的磁檢測(cè)部110即可，不必全部的磁檢測(cè)部110都以縱向串聯(lián)的方式配置。磁傳感器100檢測(cè)所輸入的外部磁場(chǎng)。將外部磁場(chǎng)分為在x軸、y軸、z軸各自的方向上同樣的外部磁場(chǎng)bx、by、bz來(lái)考慮。

聚磁部65將所輸入的外部磁場(chǎng)集中在磁檢測(cè)部70中。聚磁部65配置在基板10上或者基板10內(nèi)。聚磁部65具有一個(gè)或者多個(gè)聚磁構(gòu)件60。本例子的聚磁部65具有聚磁構(gòu)件60a～60f。

聚磁構(gòu)件60a～60f形成在磁檢測(cè)部70a～70c和金屬配線80a～80d之上。另外，聚磁構(gòu)件60a～60f是在z軸方向上具有厚度且在y軸方向上具有長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)方體。本例子的聚磁構(gòu)件60的角為直角，但也可以使四個(gè)角中的至少一個(gè)角變圓、或者倒角。聚磁構(gòu)件60a～60f的形狀在俯視下可以為四邊形、正方形、平行四邊形、梯形、三角形、多邊形、圓形以及橢圓形中的任一種形狀。聚磁構(gòu)件60a～60f也可以由nife、nifeb、nifeco、cofe等軟磁性材料形成。聚磁構(gòu)件60a～60f沿著x軸方向并排地配置。本例子的聚磁構(gòu)件60a、60c、60e相對(duì)于聚磁構(gòu)件60b、60d、60f向y軸方向的正側(cè)錯(cuò)開(kāi)地配置。聚磁構(gòu)件60a～60f相對(duì)于基板10大致平行且彼此之間大致平行。

磁檢測(cè)部70配置在聚磁構(gòu)件60的附近，并且具有與基板10的平面平行的方向的感磁軸。磁檢測(cè)部70具有沿+x軸方向被磁化的釘扎層21。本例子的磁檢測(cè)部70a～70c與聚磁構(gòu)件60b、60d、60f各自的x軸的正側(cè)相對(duì)應(yīng)地配置。本例子的磁檢測(cè)部70為在俯視下具有沿y軸方向的長(zhǎng)度方向的矩形。磁檢測(cè)部70的俯視下的形狀可以為四邊形、正方形、平行四邊形、梯形、三角形、多邊形、圓形以及橢圓形中的任一種形狀。

金屬配線80將磁檢測(cè)部70彼此之間連接起來(lái)。若電流i在金屬配線80a～80d中流動(dòng)，則電流i也分別在磁檢測(cè)部70a～70c中流動(dòng)。利用在磁檢測(cè)部70a～70c中流動(dòng)的電流i，能夠檢測(cè)出根據(jù)外部磁場(chǎng)而發(fā)生了變化的磁檢測(cè)部70a～70c的阻抗值。

磁檢測(cè)部70對(duì)于向感磁軸的方向施加的磁場(chǎng)作出反應(yīng)。因此，磁檢測(cè)部70在感磁軸的朝向?yàn)閤軸方向時(shí)檢測(cè)向x軸方向施加的磁場(chǎng)，但對(duì)于向y軸方向以及z軸方向施加的磁場(chǎng)不敏感。在該情況下，磁檢測(cè)部70的磁阻rtmr如下所示。

rtmr＝r0+δrx

在此，r0表示不依賴于外部磁場(chǎng)的磁檢測(cè)部70的阻抗值。另外，δrx表示與外部磁場(chǎng)bx的大小相對(duì)應(yīng)的磁檢測(cè)部70的阻抗變化量。

外部磁場(chǎng)bx被聚磁構(gòu)件60b聚集，并朝向x軸方向的正側(cè)橫穿磁檢測(cè)部70a。同樣地，外部磁場(chǎng)bx橫穿磁檢測(cè)部70b、70c。即，外部磁場(chǎng)bx能被磁檢測(cè)部70a～70c檢測(cè)出來(lái)。若電流i經(jīng)由金屬配線80a～80d流動(dòng)，則能夠檢測(cè)出由磁檢測(cè)部70a～70c所檢測(cè)出的外部磁場(chǎng)bx。

對(duì)于外部磁場(chǎng)by的磁路，由三個(gè)聚磁構(gòu)件60c、60d、60e和磁檢測(cè)部70b示出。若外部磁場(chǎng)by被輸入至向－y軸方向突出的聚磁構(gòu)件60d，則外部磁場(chǎng)by分別向聚磁構(gòu)件60c、60e分流。在從聚磁構(gòu)件60d流向聚磁構(gòu)件60c的磁路中，外部磁場(chǎng)by流向x軸方向的負(fù)側(cè)。另一方面，在從聚磁構(gòu)件60d流向聚磁構(gòu)件60e的磁路中，外部磁場(chǎng)by流向x軸方向的正側(cè)。即，外部磁場(chǎng)by變換為x軸方向并橫穿磁檢測(cè)部70b。同樣地，向聚磁構(gòu)件60b、60f輸入的外部磁場(chǎng)by變換為x軸方向并橫穿磁檢測(cè)部70a、70c。由此，外部磁場(chǎng)by能被磁檢測(cè)部70a～70c檢測(cè)出來(lái)。另外，若電流i經(jīng)由金屬配線80a～80d流動(dòng)，則能夠檢測(cè)出由磁檢測(cè)部70a～70c所檢測(cè)出的外部磁場(chǎng)by。

對(duì)于外部磁場(chǎng)bz的磁路，由聚磁構(gòu)件60b和磁檢測(cè)部70a示出。例如，在磁檢測(cè)部70相對(duì)于聚磁構(gòu)件60形成在z軸的負(fù)側(cè)的情況下，外部磁場(chǎng)bz朝向x軸方向的負(fù)側(cè)橫穿磁檢測(cè)部70a，形成被聚磁構(gòu)件60b聚集的磁路。即，外部磁場(chǎng)bz變換為x軸方向并橫穿磁檢測(cè)部70a。同樣地，向聚磁構(gòu)件60d、60f輸入的外部磁場(chǎng)bz變換為x軸方向并橫穿磁檢測(cè)部70b、70c。由此，外部磁場(chǎng)bz能被磁檢測(cè)部70a～70c檢測(cè)出來(lái)。另外，若電流i經(jīng)由金屬配線80a～80d流動(dòng)，則能夠檢測(cè)出由磁檢測(cè)部70a～70c所檢測(cè)出的外部磁場(chǎng)bz。

如上所述，磁傳感器100通過(guò)利用聚磁構(gòu)件60a～60f將外部磁場(chǎng)的朝向變換為感磁軸的方向，從而能夠檢測(cè)出3軸方向的磁場(chǎng)。本例子的磁檢測(cè)部70a～70c的磁阻rtmr如下所示。

rtmr＝r0+δrx+δry－δrz

在這里，δry是與外部磁場(chǎng)by的大小相對(duì)應(yīng)的阻抗變化量，δrz是與外部磁場(chǎng)bz的大小相對(duì)應(yīng)的阻抗變化量。僅δrz的符號(hào)不同的原因在于，對(duì)于外部磁場(chǎng)bz的情況，變換為橫穿磁檢測(cè)部70a～70c的x軸方向的磁場(chǎng)朝向x軸方向的負(fù)側(cè)。

圖11表示磁傳感器100的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖11的(a)表示磁傳感器100的俯視圖，圖11的(b)表示圖11的(a)的a－a線剖視圖。

本例子的磁傳感器100具有聚磁構(gòu)件60a～60c以及磁檢測(cè)部70a～70e，磁檢測(cè)部70a～70e具有沿x軸方向的感磁軸。磁傳感器100能分別檢測(cè)出正交的3軸的磁信號(hào)。本例子的磁檢測(cè)部70a～70e具有彼此相同的結(jié)構(gòu)。

聚磁構(gòu)件60a～60c彼此平行且沿著x軸方向并排地配置。聚磁構(gòu)件60a以及聚磁構(gòu)件60c隔著聚磁構(gòu)件60b地設(shè)置。另外，聚磁構(gòu)件60a以及聚磁構(gòu)件60c相對(duì)于聚磁構(gòu)件60b向y軸方向的正側(cè)錯(cuò)開(kāi)地配置。更詳細(xì)而言，配置為：包含一個(gè)端點(diǎn)161且與y軸方向正交的平面(xz平面)不與聚磁構(gòu)件60a以及聚磁構(gòu)件60c交叉，同時(shí)，包含另一個(gè)端點(diǎn)162且與y軸方向正交的平面(xz平面)與聚磁構(gòu)件60a以及聚磁構(gòu)件60c交叉。由此，在沿聚磁構(gòu)件60b的長(zhǎng)度方向輸入有外部磁場(chǎng)by時(shí)，自聚磁構(gòu)件60b向聚磁構(gòu)件60a形成磁通成分，以及自聚磁構(gòu)件60b向聚磁構(gòu)件60c形成磁通成分。在此，端點(diǎn)161以及端點(diǎn)162是指與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60b的靠y軸方向正側(cè)的端點(diǎn)以及靠y軸方向負(fù)側(cè)的端點(diǎn)。

第一假想平面61表示與基板平面11大致平行的任意的假想平面。本例子的第一假想平面61對(duì)應(yīng)于聚磁構(gòu)件60a～60c中的靠z軸方向負(fù)側(cè)的底面。但是，聚磁構(gòu)件60a～60c中的靠z軸方向負(fù)側(cè)的底面也可以分別是與第一假想平面61不同的平面。與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60的形狀不限于矩形，也可以是在與y軸方向大致平行的朝向上具有長(zhǎng)度方向的四邊形、平行四邊形、梯形中的任一種形狀。聚磁構(gòu)件60a～60c的z軸方向上的厚度可以相同，也可以彼此不同。

第一邊緣間距離lab是在第一范圍r1內(nèi)與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60a以及聚磁構(gòu)件60b之間的沿著x軸方向的最短距離。第二邊緣間距離lbc是在第二范圍r2內(nèi)與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60b以及第三聚磁構(gòu)件60c之間的沿著x軸方向的最短距離。在這里，第一范圍r1是指，在聚磁構(gòu)件60a和聚磁構(gòu)件60b之間，同y軸方向正交的平面與聚磁構(gòu)件60a和聚磁構(gòu)件60b均交叉的、沿著y軸方向的范圍。另外，第二范圍r2是指，在聚磁構(gòu)件60c和聚磁構(gòu)件60b之間，同y軸方向正交的平面與聚磁構(gòu)件60c和聚磁構(gòu)件60b均交叉的、沿著y軸方向的范圍。

本例子的第一邊緣間距離lab與第二邊緣間距離lbc大致相等。例如，第一邊緣間距離lab以及第二邊緣間距離lbc處于任一距離的0.7倍以上且1.3倍以下的范圍。如果為該范圍，則磁傳感器100能夠?qū)⑨槍?duì)3軸方向上的外部磁場(chǎng)的各個(gè)敏感度之間的偏差抑制得較小。

磁檢測(cè)部70a、70b在俯視下配置在聚磁構(gòu)件60a和聚磁構(gòu)件60b之間。磁檢測(cè)部70a、70b只要其至少一部分配置在第一范圍r1內(nèi)即可，但也可以是它們整體都配置在第一范圍r1內(nèi)。

磁檢測(cè)部70d、70e在俯視下配置在聚磁構(gòu)件60b和聚磁構(gòu)件60c之間。另外，磁檢測(cè)部70d、70e只要其至少一部分配置在第二范圍r2內(nèi)即可，但也可以是它們整體都配置在第二范圍r2內(nèi)。

磁檢測(cè)部70c配置為：在俯視下被聚磁構(gòu)件60b覆蓋，從而對(duì)3軸方向的磁場(chǎng)不敏感。磁檢測(cè)部70c也可以配置在聚磁構(gòu)件60b的寬度方向的中央。另外，磁檢測(cè)部70c只要配置為被聚磁構(gòu)件60a～60c內(nèi)的至少一個(gè)聚磁構(gòu)件60覆蓋即可。例如，聚磁構(gòu)件60b的x軸方向的長(zhǎng)度(寬度)只要是能覆蓋整個(gè)磁檢測(cè)部70c且對(duì)磁檢測(cè)部70c實(shí)現(xiàn)充分的磁屏蔽效果的范圍即可。聚磁構(gòu)件60b的寬度優(yōu)選為磁檢測(cè)部70c的寬度的1.5倍以上，更優(yōu)選為3倍以上。

磁檢測(cè)部70a配置在聚磁構(gòu)件60a和聚磁構(gòu)件60b之間，以接近聚磁構(gòu)件60a的方式配置。另外，磁檢測(cè)部70b配置在聚磁構(gòu)件60a和聚磁構(gòu)件60b之間，以接近聚磁構(gòu)件60b的方式配置。接近是指聚磁構(gòu)件60被配置成向磁檢測(cè)部70的感磁軸的方向變更外部磁場(chǎng)。例如配置成：若將處于與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60a的形狀和聚磁構(gòu)件60b的形狀的彼此最近的邊的中間位置的線設(shè)為假想中線vm，則與第二假想平面71重疊的磁檢測(cè)部70a比假想中線vm靠近聚磁構(gòu)件60a。

另外，磁檢測(cè)部70a配置為：與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60a的形狀和與第二假想平面71重疊的磁檢測(cè)部70a的形狀的彼此最近的邊之間的距離m11，小于與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60b的形狀和與第二假想平面71重疊的磁檢測(cè)部70a的形狀的彼此最近的邊之間的距離m12。同樣地，磁檢測(cè)部70b配置為：與第二假想平面71重疊的磁檢測(cè)部70b的形狀比假想中線vm靠近聚磁構(gòu)件60b。

第二假想平面71是與基板平面11大致平行的任意的假想平面。第二假想平面71對(duì)應(yīng)于磁檢測(cè)部70a～70e的靠z軸方向負(fù)側(cè)的底面。另外，磁檢測(cè)部70a～70e配置為各自的底面與第二假想平面71相接觸，但也可以配置為各自的一部分與第二假想平面71交叉。另外，磁檢測(cè)部70a～70e的z軸方向上的厚度可以相同，也可以彼此不同。

為了規(guī)定磁檢測(cè)部70a～70e的配置，而使用第一中線間距離l1～第四中線間距離l4、第一假想中線vm1、第二假想中線vm2以及第一假想線i1～第四假想線i4。

第一假想中線vm1是處于與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60a和聚磁構(gòu)件60b彼此最近的邊的中間位置的線。第一中線間距離l1是第一假想中線vm1和下述線之間的距離，該線是將與第二假想平面71重疊的磁檢測(cè)部70a的、沿x軸方向垂直橫穿該磁檢測(cè)部70a的兩個(gè)端邊的中間點(diǎn)彼此連結(jié)而成的。另外，第二中線間距離l2是第一假想中線vm1和下述線之間的距離，該線是將與第二假想平面71重疊的第二磁阻元件70b的、沿x軸方向垂直橫穿該第二磁阻元件70b的兩個(gè)端邊的中間點(diǎn)彼此連結(jié)而成的。

同樣地，第二假想中線vm2是處于與第一假想平面61重疊的聚磁構(gòu)件60b和聚磁構(gòu)件60c彼此最近的邊的中間位置的線。第三中線間距離l3是第二假想中線vm2和下述線之間的距離，該線是將與第二假想平面71重疊的磁檢測(cè)部70d的、沿x軸方向垂直橫穿該磁檢測(cè)部70d的兩個(gè)端邊的中間點(diǎn)彼此連結(jié)而成的。另外，第四中線間距離l4是第二假想中線vm2和下述線之間的距離，該線是將與第二假想平面71重疊的磁檢測(cè)部70e的、沿x軸方向垂直橫穿該磁檢測(cè)部70e的兩個(gè)端邊的中間點(diǎn)彼此連結(jié)而成的。

另外，第一假想線i1是包含處于第一范圍r1內(nèi)的磁檢測(cè)部70a的y軸方向的端點(diǎn)間的中點(diǎn)在內(nèi)且與x軸方向平行的直線。第二假想線i2是包含處于第一范圍r1內(nèi)的第二磁阻元件70b的y軸方向的端點(diǎn)間的中點(diǎn)在內(nèi)且與x軸方向平行的直線。另外，第三假想線i3是包含處于第二范圍r2內(nèi)的磁檢測(cè)部70d的y軸方向的端點(diǎn)間的中點(diǎn)在內(nèi)且與x軸方向平行的直線。第四假想線i4是包含處于第二范圍r2內(nèi)的磁檢測(cè)部70e的y軸方向的端點(diǎn)間的中點(diǎn)在內(nèi)且與x軸方向平行的直線。

第一中線間距離l1是將第一假想線i1和第一假想中線vm1的交點(diǎn)與同第一假想線i1相交的磁檢測(cè)部70a的兩個(gè)端點(diǎn)的中點(diǎn)連結(jié)而成的線段的長(zhǎng)度。另外，第二中線間距離l2是將第二假想線i2和第一假想中線vm1的交點(diǎn)與同第二假想線i2相交的第二磁阻元件70b的兩個(gè)端點(diǎn)的中點(diǎn)連結(jié)而成的線段的長(zhǎng)度。同樣地，第三中線間距離l3是將第三假想線i3和第二假想中線vm2的交點(diǎn)與同第三假想線i3相交的磁檢測(cè)部70c的兩個(gè)端點(diǎn)的中點(diǎn)連結(jié)而成的線段的長(zhǎng)度。另外，第四中線間距離l4是將第四假想線i4和第二假想中線vm2的交點(diǎn)與同第四假想線i4相交的磁檢測(cè)部70d的兩個(gè)端點(diǎn)的中點(diǎn)連結(jié)而成的線段的長(zhǎng)度。

磁檢測(cè)部70a、70b、70d、70e以及聚磁構(gòu)件60a～60c配置為：使第一中線間距離l1、第二中線間距離l2、第三中線間距離l3、第四中線間距離l4大致相等。例如，第一中線間距離l1～第四中線間距離l4處于任一距離的0.7倍以上且1.3倍以下的范圍。在該范圍內(nèi)，磁傳感器100能夠?qū)⑨槍?duì)3軸方向上的外部磁場(chǎng)的各個(gè)敏感度之間的偏差抑制得較小。

圖12是用于說(shuō)明該磁傳感器100的動(dòng)作的圖。箭頭表示外部磁場(chǎng)行進(jìn)的磁路。

外部磁場(chǎng)bx被聚磁構(gòu)件60a聚集并朝向x軸方向的正側(cè)橫穿磁檢測(cè)部70a和磁阻元件70b，外部磁場(chǎng)bx被聚磁構(gòu)件60b聚集并穿過(guò)聚磁構(gòu)件60b，朝向x軸方向的正側(cè)橫穿磁檢測(cè)部70d和磁檢測(cè)部70e，再被聚磁構(gòu)件60c聚集。此時(shí)，磁檢測(cè)部70a、70b、70d、70e對(duì)外部磁場(chǎng)bx進(jìn)行檢測(cè)。

外部磁場(chǎng)by穿過(guò)向y軸的負(fù)側(cè)突出的聚磁構(gòu)件60b，并向聚磁構(gòu)件60a以及聚磁構(gòu)件60c分支。在從聚磁構(gòu)件60b流向聚磁構(gòu)件60a的磁路中，外部磁場(chǎng)by朝向x軸方向的負(fù)側(cè)橫穿磁阻元件70b以及磁阻元件70a。另一方面，在自聚磁構(gòu)件60b流向聚磁構(gòu)件60c的磁路中，外部磁場(chǎng)by朝向x軸方向的正側(cè)橫穿磁阻元件70d以及磁阻元件70e。此時(shí)，磁檢測(cè)部70a，70b，70d、70d對(duì)與外部磁場(chǎng)by的大小成比例且方向變換后的x軸方向上的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。

對(duì)于外部磁場(chǎng)bz，形成有：朝向x軸的負(fù)側(cè)橫穿磁檢測(cè)部70a并被聚磁構(gòu)件60a聚集的磁路；以及朝向x軸方向的正側(cè)橫穿磁阻元件70b并被聚磁構(gòu)件60b聚集的磁路。另外，對(duì)于外部磁場(chǎng)bz，形成有：朝向x軸方向的負(fù)側(cè)橫穿磁檢測(cè)部70d并被聚磁構(gòu)件60b聚集的磁路；以及朝向x軸方向的正側(cè)橫穿磁檢測(cè)部70e并被聚磁構(gòu)件60c聚集的磁路。此時(shí)，磁檢測(cè)部70a、70b、70d、70e對(duì)與從z軸方向輸入的磁場(chǎng)的大小成比例并方向變換后的x軸方向的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。

圖13表示該磁傳感器100的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。本例子的磁傳感器100具有輸出端子a～輸出端子e、輸出端子s以及運(yùn)算部90。

輸出端子s是在一個(gè)點(diǎn)與磁檢測(cè)部70a～70e的一側(cè)的端子電結(jié)合的端子。通過(guò)在一個(gè)點(diǎn)將端子結(jié)合，能夠減少輸出端子數(shù)量。輸出端子a～輸出端子e表示分別與磁檢測(cè)部70a～70e的另一側(cè)的端子連接的輸出端子。并且，若將輸出端子a和輸出端子s之間、輸出端子b和輸出端子s之間、輸出端子c和輸出端子s之間、輸出端子d和輸出端子s之間、輸出端子e和輸出端子s之間的磁阻設(shè)為ra、rb、rc、rd、re，則各個(gè)磁阻如下所示。

ra＝r0+δrx－δry－δrz···(數(shù)學(xué)式1)

rb＝r0+δrx－δry+δrz···(數(shù)學(xué)式2)

rc＝r0+δrx+δry－δrz···(數(shù)學(xué)式3)

rd＝r0+δrx+δry+δrz···(數(shù)學(xué)式4)

re＝r0···(數(shù)學(xué)式5)

(數(shù)學(xué)式1)～(數(shù)學(xué)式4)的式子的磁阻均包含與3軸方向的外部磁場(chǎng)的大小相對(duì)應(yīng)的阻抗變化量δrx、δry、δrz。δrx、δry、δrz的符號(hào)與橫穿磁檢測(cè)部70a、70b、70d、70e的x軸方向的磁場(chǎng)的朝向相對(duì)應(yīng)。(數(shù)學(xué)式5)的式子的磁阻對(duì)于3軸方向的外部磁場(chǎng)不敏感，因此也不包含3軸成分的任一者的阻抗變化量。

運(yùn)算部90分別與端子a、b、c連接。運(yùn)算部90基于磁檢測(cè)部70a～70e各自的輸出進(jìn)行運(yùn)算。例如，若根據(jù)(數(shù)學(xué)式1)至(數(shù)學(xué)式5)的式子的磁阻來(lái)得出相當(dāng)于與各軸的磁場(chǎng)的大小相對(duì)應(yīng)的阻抗變化量的輸出信號(hào)s，則，

通過(guò)(數(shù)學(xué)式1)－(數(shù)學(xué)式5)的式子，得到

sa＝ra－re＝δrx－δry－δrz···(數(shù)學(xué)式6)

通過(guò)(數(shù)學(xué)式2)－(數(shù)學(xué)式5)的式子，得到

sb＝rb－re＝δrx－δry+δrz···(數(shù)學(xué)式7)

通過(guò)(數(shù)學(xué)式3)－(數(shù)學(xué)式5)的式子，得到

sc＝rc－re＝δrx+δry－δrz···(數(shù)學(xué)式8)

通過(guò)(數(shù)學(xué)式4)－(數(shù)學(xué)式5)的式子，得到

sd＝rd－re＝δrx+δry+δrz···(數(shù)學(xué)式9)。

并且，通過(guò)(數(shù)學(xué)式6)+(數(shù)學(xué)式7)+(數(shù)學(xué)式8)+(數(shù)學(xué)式9)的式子，得到

4δrx＝sa+sb+sc+sd

通過(guò)－(數(shù)學(xué)式6)－(數(shù)學(xué)式7)+(數(shù)學(xué)式8)+(數(shù)學(xué)式9)的式子，得到

4δry＝－sa－sb+sc+sd

通過(guò)－(數(shù)學(xué)式6)+(數(shù)學(xué)式7)－(數(shù)學(xué)式8)+(數(shù)學(xué)式9)的式子，得到

4δrz＝－sa+sb－sc+sd。

如上所述，本例子的運(yùn)算部90基于磁檢測(cè)部70a～70e各自的輸出，得出與3軸方向的外部磁場(chǎng)的大小相對(duì)應(yīng)的阻抗變化量δrx、δry、δrz。即，通過(guò)對(duì)與磁檢測(cè)部70a～70e的各阻抗值相關(guān)的聯(lián)立方程式求解，從而能夠獲得3軸方向的外部磁場(chǎng)。如上所述，本實(shí)施方式的磁傳感器100能夠利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)檢測(cè)出3軸方向的外部磁場(chǎng)，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的進(jìn)一步小型化和省空間化。

另外，在本說(shuō)明書(shū)中，磁檢測(cè)部70使用了具有作為絕緣層的隔層22的tmr元件，但也可以使用隔層22由導(dǎo)電層形成的巨磁阻(giantmagnetresistance；gmr)元件。將gmr元件用作磁檢測(cè)部70的情況的外部磁場(chǎng)的檢測(cè)方法與將tmr元件用作磁檢測(cè)部70的情況同樣。即使在將gmr元件用作磁檢測(cè)部70的情況下，磁傳感器100也能夠?qū)崿F(xiàn)較大的磁場(chǎng)范圍和較小的磁滯。另外，磁傳感器100能夠利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)檢測(cè)出3軸方向的外部磁場(chǎng)。

以上，使用實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限定于上述實(shí)施方式中記載的范圍。能針對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種變更或者改良，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。進(jìn)行這樣的變更或者改良的方式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍中，其能夠根據(jù)權(quán)利要求書(shū)的記載得以明確。

應(yīng)注意的是，對(duì)于權(quán)利要求書(shū)、說(shuō)明書(shū)以及附圖中示出的裝置、系統(tǒng)、程序及方法中的動(dòng)作、次序、步驟、以及階段等各處理的執(zhí)行順序，只要沒(méi)有特別地明示出“以前”、“之前”等，而且沒(méi)有在后處理中使用前處理的輸出，就能夠以任意的順序?qū)崿F(xiàn)。對(duì)于權(quán)利要求書(shū)、說(shuō)明書(shū)以及附圖中的動(dòng)作流程，即使為了方便而使用“首先”、“然后”等進(jìn)行了說(shuō)明，但并不意味著必須以該順序進(jìn)行實(shí)施。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

10、基板；11、基板平面；20、磁阻元件；21、釘扎層；22、隔層；23、自由層；30、下部電極；40、上部電極；50、元件分離絕緣膜；60、聚磁構(gòu)件；61、第一假想平面；65、聚磁部；70、磁檢測(cè)部；71、第二假想平面；80、金屬配線；90、運(yùn)算部；100、磁傳感器；110、磁檢測(cè)部；115、磁檢測(cè)部；161、端點(diǎn)；162、端點(diǎn)。