CN111722157A - 磁场检测装置和磁场检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的磁场检测装置具备：磁检测元件，具有沿着第一方向的灵敏度轴；调制部，可以对磁检测元件施加自旋转矩，自旋转矩具有在包括第一方向和与第一方向正交的第二方向的面内作用的旋转力且以第一频率振动；以及解调部，对来自磁检测元件的第一频率的输出信号进行解调，并且根据输出信号的振幅检测磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

Description

磁场检测装置和磁场检测方法

技术领域

本发明涉及一种具备磁检测元件的磁场检测装置和使用磁检测元件的磁场检测方法。

背景技术

迄今为止，提出了通过对巨磁电阻效应元件施加交流磁场来对外磁场发挥高检测分辨率的磁电阻效应型传感器(例如参照专利文献1)。另外，提出了具有对磁传感器集中磁通量的构造的MEMS器件(例如参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-101861号公报

专利文献2：美国专利第7、915、891号说明书

发明内容

然而，在这样的磁场检测装置中，期望对磁场具有更高的检测分辨率。因此，期望提供一种具有更高的检测分辨率的磁场检测装置。并且，期望提供一种能够用更高的检测分辨率检测磁场的磁场检测方法。

作为本发明的一种实施方式的磁场检测装置，具备：磁检测元件，具有沿着第一方向的灵敏度轴；调制部，可以对磁检测元件施加自旋转矩，自旋转矩具有在包括第一方向和与第一方向正交的第二方向的面内作用的旋转力且以第一频率振动；以及解调部，对来自磁检测元件的第一频率的输出信号进行解调，并且根据输出信号的振幅检测磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

作为本发明的一种实施方式的磁场检测方法，包括：对磁检测元件施加自旋转矩，磁检测元件具有沿着第一方向的灵敏度轴，自旋转矩具有在包括第一方向和与第一方向正交的第二方向的面内作用的旋转力且以第一频率振动；以及根据来自磁检测元件的第一频率的输出信号的振幅，检测磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

附图说明

图1A是表示作为本发明的第一实施方式的磁场检测装置的整体结构例子的概略图。

图1B是图1A所示的磁场检测装置中的磁检测元件的截面结构例子的示意图。

图2是表示图1A所示的磁场检测装置中的解调部的结构例的方框图。

图3是说明磁检测元件的灵敏度调制的特性图。

图4是表示来自包括通过施加自旋转矩进行灵敏度调制的磁检测元件的磁检测部的输出，与施加在磁检测元件上的被测定磁场的关系的特性图。

图5A是表示图2所示的高通滤波器的电路结构例子的电路图。

图5B是表示通过图5A所示的高通滤波器之后的来自磁检测元件的输出信号的波形的一个例子的特性图。

图6A是表示输入图2所示的相位检波电路的参照信号的一个例子的波形图。

图6B是表示通过图2所示的相位检波电路之后的来自磁检测元件的输出信号的波形的一个例子的特性图。

图7是表示通过图2所示的低通滤波器之后的来自磁检测元件的输出信号的波形的一个例子的特性图。

图8是表示通过图2所示的A/D转换电路之后的来自磁检测元件的输出信号的波形的一个例子的特性图。

图9是表示对由图1所示的磁场检测装置测定的被测定磁场的测定值，与由作为参考例的磁场检测装置测定的被测定磁场的测定值进行比较的特性图。

图10是表示作为本发明的第二实施方式的磁场检测装置的解调部的结构例的方框图。

图11A是表示图10所示的采样保持电路的结构例，以及输入该采样保持电路的采样脉冲信号的一个例子的说明图。

图11B是表示输入图10所示的采样保持电路的采样脉冲信号的波形的一个例子的特性图。

图12是用于说明图1A所示的磁场检测装置的测定可能范围的特性图。

图13是表示作为本发明的第一变形例的磁场检测装置的主要部分的概略图。

图14是表示作为本发明的第二变形例的磁场检测装置的主要部分的概略图。

符号说明

100、100A 磁场检测装置

10 磁检测部

1(1A～1D) 磁检测元件

2A～2D、3A～3D 永久磁体

4 差分检测器

5 交流电源

6 直流电源

7 反馈线圈

11 第一电极层

12 第二电极层

13 磁化固定层

14 第一非磁性层

15 磁化自由层

20 调制部

21 第二非磁性层

22 自旋注入层

30 解调部

31 高通滤波器

32 相位检波电路

33 低通滤波器

34 A/D转换电路

35 采样保持电路

具体实施方式

下面参照附图对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式全都表示本发明所优选的一个具体例子。因此，在以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态等，仅仅是一个例子，并不旨在限定本发明。因此，对以下的实施方式的构成要素中的、在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。再有，各个附图仅是示意图，图示并不一定严密。另外，在各个附图中，对实质上同一的结构附加同一的符号，并且省略或简化重复的说明。再有，说明按以下的顺序进行。

1.第一实施方式(具备具有高通滤波器与相位检波电路的解调部的磁场检测装置的例子)

2.第二实施方式(具备具有高通滤波器与采样保持电路的解调部的磁场检测装置的例子)

3.变形例

<1.第一实施方式>

[磁场检测装置100的结构]

图1A是表示作为本发明的第一实施方式的磁场检测装置100的整体结构例子的概略图。磁场检测装置100具备磁检测部10、调制部20和解调部30。

(磁检测部10)

磁检测部10例如包括4个磁检测元件1(1A～1D)，这些磁检测元件1A～1D被桥式连接形成桥接电路。磁检测元件1A～1D各自具有X轴方向的灵敏度轴。作为磁检测元件1A～1D，例如能够适用磁阻效应(MR：Magneto-Resistive effect)元件。在磁检测元件1A～1D为磁阻效应元件的情况下，各个磁阻效应元件的磁化固定层(固定层)的磁化方向可以实质上与灵敏度轴平行。

具体地说，磁检测元件1A包括具有-X方向的磁化J1A的磁化固定层13(后述)，磁检测元件1B包括具有+X方向的磁化J1B的磁化固定层，磁检测元件1C包括具有-X方向的磁化J1C的磁化固定层，磁检测元件1D包括具有+X方向的磁化J1D的磁化固定层。

图1B示意性地表示磁检测元件1A～1D的结构例的叠层剖视图。如图1B所示，磁检测元件1A～1D各自在第一电极层11与第二电极层12之间从第一电极层11朝着第二电极层12依次层叠有磁化固定层13、第一非磁性层14和磁化自由层15。再有，在磁化自由层15与第二电极层12之间，从磁化自由层15朝着第二电极层12依次层叠有第二非磁性层21和自旋注入层22。第二非磁性层21和自旋注入层22构成调制部20(20A～20D)。关于调制部20，在后面详细叙述。在磁检测元件1A～1D中，电流从第一电极层11流向第二电极层12。

磁检测部10进一步具有永久磁体2A～2D和永久磁体3A～3D。永久磁体2A和永久磁体3A夹着磁检测元件1A对置，并且分别具有与磁化J1A正交的方向例如+Y方向的磁化J2A和磁化J3A。永久磁体2B和永久磁体3B夹着磁检测元件1B对置，并且分别具有与磁化J1B正交的+Y方向的磁化J2B和磁化J3B。永久磁体2C和永久磁体3C夹着磁检测元件1C对置，并且分别具有与磁化J1C正交的+Y方向的磁化J2C和磁化J3C。永久磁体2D和永久磁体3D夹着磁检测元件1D对置，并且分别具有与磁化J1D正交的+Y方向的磁化J2D和磁化J3D。通过这样的结构，永久磁体2A～2D和永久磁体3A～3D分别对磁检测元件1A～1D施加+Y方向的偏磁场。再有，永久磁体2A～2D和永久磁体3A～3D各自对应于本发明的“偏磁场施加部”的一个具体例子。

在磁检测部10的桥接电路中，磁检测元件1A的第一端部与磁检测元件1B的第一端部在连接点P1连接，磁检测元件1C的第一端部与磁检测元件1D的第一端部在连接点P2连接。并且，磁检测元件1A的第二端部与磁检测元件1D的第二端部在连接点P3连接，磁检测元件1B的第二端部与磁检测元件1C的第二端部在连接点P4连接。在此，连接点P3和连接点P4分别连接有交流电源5和直流电源6。连接点P1、P2各自与差分检测器4的输入侧端子连接。在偏置输入电压施加在连接点P3与连接点P4之间时，这个差分检测器4将连接点P1与连接点P2之间的电位差作为差分信号S1向解调部30输出。

(调制部20)

调制部20(20A～20D)如图1B所示，设置在磁检测元件1A～1D的内部，各自具有第二非磁性层21和自旋注入层22。自旋注入层22由例如CoFe(钴铁合金)等构成，并且具有-Y方向的磁化J22，该磁化J22的方向与由永久磁体2A～2D和永久磁体3A～3D施加的偏磁场的方向相反。

通过由交流电源5和直流电源6对调制部20A～20D供给偏置输入电流，生成自旋转矩，这些自旋转矩分别减弱对磁检测元件1A～1D作用的+Y方向的偏磁场强度。这样的自旋转矩引起磁检测元件1A～1D的灵敏度变化。这里所说的偏置输入电流是具有偏置分量和振动分量的电流，通过向磁检测元件1A～1D供给偏置输入电流，生成强度周期性变动(以第一频率振动)的自旋转矩。该自旋转矩具有在包括X轴方向和Y轴方向的XY面内作用的旋转力。

(解调部30)

解调部30对来自磁检测元件1A～1D的第一频率的输出信号即差分信号S1进行解调，并且根据该差分信号S1的振幅，检测磁检测元件1A～1D受到的作为检测对象磁场的被测定磁场Hm的强度。在这里，参照图2，对解调部30的结构进行具体说明。图2是表示解调部30的结构例的方框图。

如图2所示，解调部30从上游朝着下游具有：高通滤波器31、相位检波电路32、低通滤波器33和模拟/数字(A/D)转换电路34。再有，转换电路34对应于本发明的“A/D转换部”的一个具体例子。

高通滤波器31是使未满第一频率且在第二频率以上的频率分量通过，并且向相位检波电路32输出输出信号S2的滤波器。例如在第一频率为1kHz的情况下，第二频率为500Hz。

相位检波电路32参照参照信号RS，从来自高通滤波器31的输出信号S2中取出相位检波信号S3。参照信号RS具有与来自磁检测元件1A～1D的第一频率(例如1kHz)的差分信号S1的相位相同的相位，并且是第一频率的方波。相位检波信号S3进入低通滤波器33。

低通滤波器33是使相位检波信号S3中的被测定分量平滑化，并且向A/D转换电路34输出输出信号S4的滤波器。

A/D转换电路34构成为：对通过低通滤波器33且被平滑化的被测定分量的输出信号S4进行A/D转换，并且向外部输出输出信号Sout。

[磁场检测装置100的动作和作用]

在本实施方式的磁场检测装置100中，能够检测磁检测元件1A～1D受到的作为检测对象磁场的被测定磁场Hm的强度。特别是，在磁场检测装置100中，因为通过调制部20而提高了磁检测元件1A～1D的分辨率，所以即使是更微弱的被测定磁场Hm，也能够高精度地进行检测。

图3是说明由调制部20A～20D进行的磁检测元件1A～1D的灵敏度调制的特性图。在图3中，表示：在通过由交流电源5和直流电源6对调制部20A～20D供给偏置输入电流，对磁检测元件1A～1D的磁化自由层15施加自旋转矩，并且沿着X轴方向施加延及-1mT至+1mT的范围的被测定磁场Hm时，获得的差分信号S1的每1V输入电压的输出电压[V/V](以下，仅称为输出电压[V/V]。)。在图3中，将横轴作为被测定磁场Hm[mT]，纵轴作为输出电压[V/V]。图3表示：分别对磁检测元件1A～1D的磁化自由层15施加自旋转矩时，被测定磁场Hm与输出电压[V/V]的关系。在图3中，曲线C3-1表示：使作为基准的电流A[任意单位]从第一电极层11流向第二电极层12而产生自旋转矩时，磁检测部10的输出电压特性。同样，曲线C3-2、曲线C3-3、曲线C3-4表示：分别使曲线C3-1的电流A的1.5倍的电流1.5A[任意单位]、曲线C3-1的电流A的2倍的电流2A[任意单位]、曲线C3-1的电流A的0.5倍的电流0.5A[任意单位]从第一电极层11流向第二电极层12而产生自旋转矩时，磁检测部10的输出电压特性。如果流过调制部20A～20D的交流电流增加，那么产生的自旋转矩的强度也增大。在这种情况下，自旋注入层22的磁化J22的方向是-Y方向，与由永久磁体2A～2D和永久磁体3A～3D产生的+Y方向的偏磁场的方向相反。因此，自旋转矩的强度越增大，使施加于磁检测元件1A～1D的偏磁场降低的作用越强。另外，在图3中，正值的被测定磁场Hm意味着，对磁检测元件1A～1D，施加在与磁化J1B和磁化J1D实质上相同的方向(在图1的例子中为+X方向)上；负值的被测定磁场Hm意味着，对磁检测元件1A～1D，施加在与磁化J1A和磁化J1C实质上相同的方向(在图1的例子中为-X方向)上。

如图3所示，可知：起因于流过磁检测元件1A～1D的电流的值，也就是说起因于施加于磁检测元件1A～1D的磁化自由层15的自旋转矩的大小，磁检测部10的输出电压[V/V]变动。如果以流过电流A时的曲线C3-1为基准，那么像曲线C3-2和曲线C3-3那样，电流的值越大即产生的自旋转矩的强度越大，输出电压[V/V]的绝对值上升。另一方面，像曲线C3-4那样，如果电流的值变小即产生的自旋转矩的强度减小，那么输出电压[V/V]的绝对值下降。因此，通过增大流过磁检测元件1A～1D的电流的值，也就是说使施加于磁检测元件1A～1D的磁化自由层15的自旋转矩的强度增大，可以提高磁检测元件1A～1D的对被测定磁场Hm的灵敏度。

如上所述，磁检测元件1A～1D对应施加在磁检测元件1A～1D上的自旋转矩的强度而产生灵敏度变化。因此，如果在施加有某个值的被测定磁场Hm的环境下，对磁检测元件1A～1D施加自旋转矩；那么如图4所示，来自磁检测部10的输出电压周期性变动。图4是表示，来自包括通过施加以第一频率振动的自旋转矩来进行灵敏度调制的磁检测元件1A～1D的磁检测部10的输出电压，与施加在磁检测元件1A～1D上的被测定磁场Hm的关系的特性图。

图4的(A)表示：在对磁检测元件1A～1D，施加自旋转矩，并且沿着X轴方向施加延及-1mT至+1mT的范围的被测定磁场Hm时，获得的差分信号S1的每1V输入电压的输出电压[V/V](以下，仅称为输出电压[V/V]。)。再有，差分信号S1通过下列方法获得：对包括4个磁检测元件1A～1D的桥接电路，通过交流电源5和直流电源6在连接点P3与连接点P4之间施加所定的偏置输入电压，并且根据分别从桥接电路的连接点P1、P2取出的信号e1、信号e2，在差分检测器4中检测差分。在图4的(A)中，将横轴作为被测定磁场Hm[mT]，将纵轴作为输出电压[V/V]，并且表示有关1.0A[任意单位]、1.5A[任意单位]和2.0A[任意单位]的3级电流的被测定磁场Hm与输出电压[V/V]的关系。

另外，图4的(B)表示：在分别施加+1.0mT、+0.5mT、0mT、-0.5mT、-1.0mT的5级被测定磁场Hm的状态下，对磁检测元件1A～1D施加流过1.0A[任意单位]、1.5A[任意单位]和2.0A[任意单位]的3级电流时产生的自旋转矩时的来自磁检测部10的每1V输入电压的输出电压[V/V](以下，仅称为输出电压[V/V]。)的经时变化。在图4的(B)中，将横轴作为时刻T，将纵轴作为差分信号S1的输出电压[V/V]。另外，在图4的(B)中，示例了流过以1kHz振动的电流的情况，也就是从时刻T1到时刻T2的1周期为1msec的情况。并且，在图4的(B)中，曲线C4-1、曲线C4-2、曲线C4-3、曲线C4-4、曲线C4-5表示：对磁检测元件1A～1D分别施加+1.0mT的被测定磁场Hm、+0.5mT的被测定磁场Hm、0mT的被测定磁场Hm、-0.5mT的被测定磁场Hm、-1.0mT的被测定磁场Hm时的特性。

如图4所示，可知：如果在施加有所定的被测定磁场Hm的环境下施加振动的电流，那么来自磁检测部10的每1V输入电压的输出电压[V/V]周期性变动。这时，被测定磁场Hm的绝对值越大，输出电压[V/V]的变动幅度也越大。并且，可知：通过被测定磁场Hm的施加方向为反对方向，上述输出电压[V/V]的相位也反转。

在磁场检测装置100中，在磁检测部10中生成差分信号S1之后，通过高通滤波器31，将来自磁检测部10的差分信号S1的未满第二频率(例如500Hz)的频率分量消除。由此，可以除去未满第二频率(例如500Hz)的频率分量即1/f杂音。再有，高通滤波器31具有例如图5A所示的电路结构。另外，图5B是表示通过高通滤波器31之后的输出信号S2的波形的一个例子的特性图。图5B所示的波形相当于叠合图4的(B)所示的曲线C4-1～C4-5而成的波形。更详细地说，图5B的曲线C5-1～C5-5分别相当于图4的(B)的曲线C4-1～C4-5。再有，在图5B中，横轴表示经过的时间[msec]，纵轴表示输出电压[-]。纵轴的输出电压[-]以最大值为1标准化的任意单位表示。

在磁场检测装置100中，在高通滤波器31中生成输出信号S2之后，通过相位检波电路32，参照如图6A所示的参照信号RS进行输出信号S2的解调，并且取出相位检波信号S3。图6A是表示输入相位检波电路32的参照信号RS的一个例子的波形图。参照信号RS与图5B所示的输出信号S2的波形的周期同步，例如是每隔0.5msec值SH与值SL交替重复的矩形波信号。在本实施方式中，相位检波电路32例如在参照信号RS为值SH时，不反转输出电压的符号使输出信号S2通过；在参照信号RS为值SL时，反转输出电压的符号使输出信号S2通过。其结果是，可以获得具有如图6B所示的波形的相位检波信号S3。图6B是表示通过相位检波电路32之后的相位检波信号S3的波形的一个例子的特性图。图6B的曲线C6-1～C6-5分别相当于图5B的曲线C5-1～C5-5。

其次，在磁场检测装置100的低通滤波器33中，从相位检波信号S3取出被测定分量。其结果是，可以获得显示如图7所示的波形的输出信号S4。图7的曲线C7-1～C7-5分别相当于图6B的曲线C6-1～C6-5。

在磁场检测装置100中，最后，由A/D转换电路34，对通过低通滤波器33且被平滑化的被测定分量的输出信号S4进行A/D转换，并且向外部输出输出信号Sout。图8表示通过A/D转换电路34之后的输出信号Sout的波形的一个例子。在图8中，横轴表示被测定磁场[mT]，纵轴表示输出电压[-]。如图8所示，在输出信号Sout中，施加在磁检测元件1A～1D上的被测定磁场[mT]与输出电压[-]大致成比例关系。

[磁场检测装置100的效果]

在本实施方式的磁场检测装置100中，如上所述，磁检测元件1A～1D通过包括自旋注入层22的调制部20对磁化自由层15施加自旋转矩，而灵敏度得到调制。由此，因为对应被测定磁场Hm的强度，来自磁检测元件1A～1D的输出电压V的振幅变化；所以能够通过解调部30，根据输出电压V的振幅，检测被测定磁场Hm的强度。例如，在内藏于手机的磁罗盘中，常常测定具有0～100Hz左右的频率的被测定磁场的强度。对于以往的磁罗盘，在上述频带中，由于在磁阻效应元件内产生的大的1/f杂音的影响，没有能够获得充分的检测分辨率。对此，根据本实施方式的磁场检测装置100和本实施方式的磁场检测方法，能够有效地除去1/f杂音，从而实现更高的检测分辨率。因此，根据本实施方式，能够在磁场测定中获得高的再现性。

图9是表示由本实施方式的磁场检测装置100测定的沿着X轴方向的被测定磁场Hm的测定值的偏差的实验例。在图9中，横轴表示样品号码，纵轴表示被测定磁场的实测值。为了进行比较，参考例的被测定磁场Hm的实测值也一起表示。该参考例的磁场检测装置除了没有调制部20且没有施加自旋转矩之外，具有与本实施方式的磁场检测装置100实质上相同的结构。如图9所示，与参考例比较可知，在本实验例中，被测定磁场Hm的实测值的偏差小，实现了高检测分辨率。

另外，在本实施方式中，因为通过调制部20提高了磁检测元件1A～1D的灵敏度，所以即使对更微弱的被测定磁场Hm，也能够高精度地进行检测。并且，因为不使用为1/f杂音的发生源的磁性材料，而通过施加自旋转矩，进行了磁检测元件1A～1D的灵敏度的调制；所以能够避免磁检测元件1A～1D的被测定磁场Hm的检测动作的阻碍。例如，在前面举出的专利文献2中，因为具备由磁性材料构成的磁通量集中部件40，所以磁通量集中部件40成为杂音发生源的可能性高。

另外，在本实施方式中，因为仅将通过高通滤波器31的输出信号S2中的在相位检波电路32中根据参照信号RS解调的频率分量作为最终输出信号Sout取出，所以能够获得更高的S/N比。

<2.第二实施方式>

[解调部30A的结构]

图10是表示作为本发明的第二实施方式的解调部30A的结构例子的方框图。该解调部30A与上述第一实施方式的解调部30同样，可以搭载于磁场检测装置100，并且能够对在调制部20中被灵敏度调制的差分信号S1进行解调，从而能够改善S/N比。

如图10所示，在解调部30A中，具有采样保持电路35来代替解调部30的相位检波电路32。另外，没有低通滤波器33。除了这些点之外，解调部30A具有与解调部30实质上相同的结构。

图11A表示采样保持电路35的结构例子。并且，图11B是表示输入采样保持电路35的采样脉冲信号PS的波形的一个例子的特性图。采样保持电路35参照从采样保持电路35的外部输入的采样脉冲信号PS，对图5B所示的输出信号S2的波形的峰值进行采样且进行输出信号S2的解调，并且取出输出信号S5。输出信号S5的波形与如图7所示的输出信号S4的波形实质上相同。

在解调部30A中，由A/D转换电路34，对通过采样保持电路35的样品分量的输出信号S5进行A/D转换，并且向外部输出输出信号Sout。这时，A/D转换电路34也可以对多个样品分量进行伴随时间平均处理的A/D转换。这是因为这样更加能够抑制被测定磁场Hm的测定值的偏差。

[解调部30A的作用效果]

在本实施方式中，与上述第一实施方式的解调部30同样，能够对在调制部20中被灵敏度调制的差分信号S1进行解调，从而能够改善S/N比。

<3.变形例>

以上，虽然列举几个实施方式说明了本发明，但是本发明并不限定于上述实施方式，可以做出各种变化。例如，在上述实施方式中，虽然例示了作为解调部的相位检波电路、采样保持电路，但是本发明并不限定于此。另外，在上述实施方式中，虽然解调部包括了高通滤波器、低通滤波器，但是在本发明中也可以省略高通滤波器、低通滤波器。

另外，在上述第一实施方式的磁场检测装置100中，在如图1B所示自旋注入层22具有-Y方向的磁化J22的情况下，如果磁化自由层15的磁化的倾斜对与自旋注入层22的磁化J22的方向相反的方向变大，那么自旋转移效率降低。因此，如图12所示，如果外部磁场(被测定磁场)大到一定程度，那么该外部磁场(被测定磁场)[mT]的增加与每1V输入电压的输出电压[V/V](以下，仅称为输出电压[V/V]。)的增加变得不成比例。因此，实质上，如图12所示的测定可能范围R12那样，优选地在外部磁场(被测定磁场)[mT]与输出电压[V/V]成比例的区域使用磁场检测装置100。再有，图12所示的曲线C3-1～C3-4除了外部磁场(被测定磁场)[mT]的范围不同之外，实质上与图3所示的相同。

因此，像图13所示的作为变形例的磁场检测装置100A那样，在差分检测器4与解调部30之间追加反馈线圈7，并且取出反馈电流，由此能够扩展测定可能的外部磁场(被测定磁场)的范围。图13是表示磁场检测装置100A的一部分构成要素的放大概略图。磁场检测装置100A除了进一步具备反馈线圈7之外，其他具有与第一实施方式所述的磁场检测装置100实际上相同的结构。

在磁场检测装置100A中，与差分信号S1成比例的电流(反馈电流)流过反馈线圈7。流过反馈线圈7的电流的方向是消除施加于磁检测部10的被测定磁场Hm的方向。在此，调整反馈电流，以使有效地施加于磁检测部10的磁场接近零。这时的反馈电流因为与被测定磁场Hm成比例，所以通过检测反馈电流，可知被测定磁场Hm的值。另外，因为有效地施加于磁检测部10的磁场在零附近，所以不管被测定磁场Hm的大小，能够在外部磁场(被测定磁场)[mT]与输出电压[V/V]成比例的区域使用。

另外，在上述实施方式等中，虽然自旋注入层22如图1B所示，具有与由永久磁体2A～2D等施加的偏磁场的方向反向的-Y方向的磁化J22，但是本发明并不限定于此。例如，自旋注入层22也可以具有与由永久磁体2A～2D等施加的偏磁场的方向同向的+Y方向的磁化J22。在这种情况下，通过由交流电源5和直流电源6对调制部20A～20D供给偏置输入电流，生成自旋转矩，这些自旋转矩分别增强对磁检测元件1A～1D作用的+Y方向的偏磁场强度。即使是这样的自旋转矩，也能够引起磁检测元件1A～1D的灵敏度变化。另外，在本发明中，自旋注入层的磁化的方向并不限定于对由永久磁体等施加的偏磁场的方向平行或反平行的情况，也可以倾斜。但是，通过使自旋注入层的磁化的方向对偏磁场的方向平行或反平行，能够有效地产生由自旋转矩引起的灵敏度变化。

另外，在上述实施方式等中，虽然作为偏磁场施加部使用了永久磁体，但是本发明并不限定于此。例如，作为偏磁场施加部也可以使用感应线圈，并且通过电磁感应对磁检测元件施加偏磁场。进一步说，在本发明中，也可以不设置偏磁场施加部。在这种情况下，如图14所示，也可以利用磁检测元件1A～1D的形状异向性。具体地说，在没有施加外部磁场的状态下，可以使自由层(磁化自由层15)的磁化F1A～F1D的方向以与固定层(磁化固定层13)的磁化J1A～J1D的方向(X轴方向)正交的方式，朝着磁检测元件1A～1D的长方向(Y轴方向)的状态稳定化。

在作为本发明的一种实施方式的磁场检测装置和磁场检测方法中，通过施加以第一频率振动的自旋转矩，而灵敏度产生变化。由此，因为对应被测定磁场的强度而来自磁检测元件的输出振幅产生变化，所以通过解调部根据来自磁检测元件的输出振幅，可以检测磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

根据作为本发明的一种实施方式的磁场检测装置和磁场检测方法，可以有效地除去1/f杂音，在磁场测定中获得高的再现性。因此，根据作为本发明的一种实施方式的磁场检测装置和磁场检测方法，能够实现更高的检测分辨率。再有，本发明的效果并不限定于此，也可以是以上所述的任何一个效果。

再有，本技术也能够采用以下结构。

(1)

一种磁场检测装置，具备：

磁检测元件，具有沿着第一方向的灵敏度轴；

调制部，可以对所述磁检测元件施加自旋转矩，所述自旋转矩具有在包括所述第一方向和与所述第一方向正交的第二方向的面内作用的旋转力且以第一频率振动；以及

解调部，对来自所述磁检测元件的所述第一频率的输出信号进行解调，并且根据所述输出信号的振幅检测所述磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

(2)

所述(1)所述的磁场检测装置，其中，

所述磁检测元件是包括磁化固定层、第一非磁性层和磁化自由层的磁隧道结元件，

所述调制部在从所述磁化自由层看与所述第一非磁性层相反的一侧包括依次层叠的第二非磁性层和自旋注入层，

所述磁检测元件与所述调制部构成一体化的叠层结构。

(3)

所述(2)所述的磁场检测装置，其中，

进一步具备：

第一电极，设置在所述磁化固定层的与所述第一非磁性层相反的一侧；以及

第二电极，设置在所述自旋注入层的与所述第二非磁性层相反的一侧，

通过供给从所述第一电极流向所述第二电极的偏置输入电流，产生作用于所述磁化自由层的磁化的自旋转矩。

(4)

所述(2)或所述(3)所述的磁场检测装置，其中，

进一步具备偏磁场施加部，

所述偏磁场施加部对所述磁检测元件施加所述第二方向的偏磁场，

所述自旋注入层的磁化的方向是与所述第二方向相同的方向，或者是与所述第二方向相反的方向。

(5)

所述(1)至所述(4)中的任一项所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部具有高通滤波器，所述高通滤波器使小于所述第一频率且大于等于第二频率的频率分量通过。

(6)

所述(5)所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有相位检波电路，所述相位检波电路参照所述第一频率的方波取出相位检波信号，所述第一频率的方波的相位与来自所述磁检测元件的所述输出信号的相位相同。

(7)

所述(6)所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有低通滤波器，所述低通滤波器使所述相位检波信号中的被测定分量平滑化且使其通过。

(8)

所述(7)所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有A/D转换部，所述A/D转换部进行通过所述低通滤波器的被测定分量的A/D转换。

(9)

所述(5)所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有采样保持电路。

(10)

所述(9)所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有A/D转换部，所述A/D转换部进行通过所述采样保持电路的样品分量的A/D转换。

(11)

所述(10)所述的磁场检测装置，其中，

所述A/D转换部对多个所述样品分量进行伴随时间平均处理的所述A/D转换。

(12)

一种磁场检测方法，包括：

对磁检测元件施加自旋转矩，所述磁检测元件具有沿着第一方向的灵敏度轴，所述自旋转矩具有在包括所述第一方向和与所述第一方向正交的第二方向的面内作用的旋转力且以第一频率振动；以及

根据来自所述磁检测元件的所述第一频率的输出信号的振幅，检测所述磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

本公开含有涉及在2019年3月20日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2019-053450中公开的主旨，其全部内容包含在此，以供参考。

本领域的技术人员应该理解，虽然根据设计要求和其他因素可能出现各种修改，组合，子组合和可替换项，但是它们均包含在附加的权利要求或它的等同物的范围内。

Claims (12)

1.一种磁场检测装置，具备：

磁检测元件，具有沿着第一方向的灵敏度轴；

调制部，可以对所述磁检测元件施加自旋转矩，所述自旋转矩具有在包括所述第一方向和与所述第一方向正交的第二方向的面内作用的旋转力且以第一频率振动；以及

解调部，对来自所述磁检测元件的所述第一频率的输出信号进行解调，并且根据所述输出信号的振幅检测所述磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

2.根据权利要求1所述的磁场检测装置，其中，

所述磁检测元件是包括磁化固定层、第一非磁性层和磁化自由层的磁隧道结元件，

所述调制部在从所述磁化自由层看与所述第一非磁性层相反的一侧包括依次层叠的第二非磁性层和自旋注入层，

所述磁检测元件与所述调制部构成一体化的叠层结构。

3.根据权利要求2所述的磁场检测装置，其中，

进一步具备：

第一电极，设置在所述磁化固定层的与所述第一非磁性层相反的一侧；以及

第二电极，设置在所述自旋注入层的与所述第二非磁性层相反的一侧，

通过供给从所述第一电极流向所述第二电极的偏置输入电流，产生作用于所述磁化自由层的磁化的自旋转矩。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的磁场检测装置，其中，

进一步具备偏磁场施加部，

所述偏磁场施加部对所述磁检测元件施加所述第二方向的偏磁场，

所述自旋注入层的磁化的方向是与所述第二方向相同的方向，或者是与所述第二方向相反的方向。

5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部具有高通滤波器，所述高通滤波器使小于所述第一频率且大于等于第二频率的频率分量通过。

6.根据权利要求5所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有相位检波电路，所述相位检波电路参照所述第一频率的方波取出相位检波信号，所述第一频率的方波的相位与来自所述磁检测元件的所述输出信号的相位相同。

7.根据权利要求6所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有低通滤波器，所述低通滤波器使所述相位检波信号中的被测定分量平滑化且使其通过。

8.根据权利要求7所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有A/D转换部，所述A/D转换部进行通过所述低通滤波器的被测定分量的A/D转换。

9.根据权利要求5所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有采样保持电路。

10.根据权利要求9所述的磁场检测装置，其中，

所述解调部进一步具有A/D转换部，所述A/D转换部进行通过所述采样保持电路的样品分量的A/D转换。

11.根据权利要求10所述的磁场检测装置，其中，

所述A/D转换部对多个所述样品分量进行伴随时间平均处理的所述A/D转换。

12.一种磁场检测方法，包括：

对磁检测元件施加自旋转矩，所述磁检测元件具有沿着第一方向的灵敏度轴，所述自旋转矩具有在包括所述第一方向和与所述第一方向正交的第二方向的面内作用的旋转力且以第一频率振动；以及

根据来自所述磁检测元件的所述第一频率的输出信号的振幅，检测所述磁检测元件受到的被测定磁场的强度。

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