JP2004239811A

JP2004239811A - 面状磁気センサ

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Publication number: JP2004239811A
Application number: JP2003030673A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yamane; 秀之山根; Shigeo Honda; 茂男本多
Original assignee: Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】多数の測定点における磁場を極めて短時間に測定することができると共に、薄膜化が可能な高感度の面状磁気抵抗センサを提供すること。
【解決手段】面状に形成された磁気抵抗効果膜からなる少なくとも一つの感知層１１と、磁気抵抗効果膜の各面に積層され所定間隔をおいて線状に形成された複数の線状導体膜からなる導体層１２，１３とを設けるとともに、感知層１１の上下に絶縁層４１，４２を積層した。
【選択図】図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁場を広範囲にわたって測定するのに適する面状磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、測定対象物（例えば、永久磁石、磁石が内蔵された電気機器等）の周囲にどのような磁場が生じているかを測定するに際し、磁束計やガウスメータ等を用い、ホール素子等のセンサを測定対象物の周囲における所定の測定点に位置決めして、手動でこの測定点を変更しながら測定している。そして、このガウスメータ等により測定された磁束密度を測定点ごとにプロットしていくことで、測定対象物回りに生じている磁場の状態を視覚的に認識できるよう処理している。
【０００３】
しかしながら、このような磁場測定手段は、一つのセンサを予め決めた測定点ごとに動かす必要があるため、測定に時間がかかる。このため、測定対象物周囲の磁場の変化をリアルタイムにとらえるには適さない。また、測定点の変更を手動で行う手段の場合には、各測定点における位置合わせが容易ではない。一方、このような不都合を解消するに当たって、センサを平面的に多数配置して、磁場を広範囲にわたって一度に測定することも考えられる。これにより、一つの面に沿った各測定点に関しては、センサを移動させなくても短時間に各測定点での磁場を測定することが可能となる。しかしながら、各センサごとに、駆動電圧又は駆動電流を供給するリード線、及び、出力電流又は出力電圧を検出するリード線を接続しなければならず、配線が多数必要で複雑となり実用的ではない。
【０００４】
そこで、本願出願人は、トンネル効果により巨大磁気抵抗効果を示す面状に形成された複数の感知層を導体層を挟んで積層し、複数の感知層の一つに金属微粒子を含有した絶縁酸化物からなるグラニュラー膜により構成した面状磁気センサを提案し、利便性を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４０１１７号公報（第４頁、図６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の面状磁気センサは、測定対象磁場内においてセンサを移動することなく、複数の測定点での二次元、三次元方向の磁場を測定できるとともに、磁場の強弱だけでなく磁力線の向きを含む広範囲の磁場解析を極めて短時間に行うことができる。
【０００７】
しかしながら、グラニュラー膜を薄くすると感度が低下することがあり、薄膜化あるいは感度向上の面でまだまだ改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、多数の測定点における磁場を極めて短時間に測定することができると共に、薄膜化が可能な高感度の面状磁気抵抗センサを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、面状に形成された磁気抵抗効果膜からなる少なくとも一つの感知層と、前記磁気抵抗効果膜の各面に積層されると共に、所定間隔をおいて線状に形成された複数の線状導体膜からなる導体層とを備えた面状磁気センサであって、前記感知層の上下に絶縁層を積層したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記感知層をコバルト粒子を含有させたＣｏ−ＳｉＯ_２から形成されたグラニュラー膜により構成したことを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記絶縁層を二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）により形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記感知層が１００〜２０００ｎｍの膜厚を有し、前記絶縁層が２〜３ｎｍの膜厚を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記感知層のコバルト粒子の含有量が約４０％であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態にかかる面状磁気センサ１０を示す。この面状磁気センサ１０は、ガラス基板１０ａ上に順に積層される一方の導体層１２、感知層１１、及び他方の導体層１３を備えて構成されている。
【００１５】
感知層１１は、任意の大きさの面状に形成された磁気抵抗効果膜からなる。この磁気抵抗効果膜は、最大磁気抵抗変化率（最大ＭＲ比）が数十％という巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を示す。面状に形成して広範囲の磁場を検知するに際し、測定部位によって磁場の強い部分と弱い部分が生じており、それらを一つの磁気抵抗効果膜で検知しようとする場合には、最大ＭＲ比の大きい巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜が必要となる。
【００１６】
また、本発明は配線数を少なくすることも課題とするため、後述のように、導体層１２，１３として、線状のものを用いている。従って、巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜の中でも、導電範囲を制限するため、所定値以上の電圧の場合に電流が流れるトンネル効果を有するもの、すなわち、グラニュラー膜構造のものが用いられる。
【００１７】
グラニュラー膜構造の磁気抵抗効果膜とは、例えば、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯなどの非磁性体である絶縁酸化物中に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏなどの磁性材料からなる金属微粒子を含有させたものであり、図３（ａ），（ｂ）及び図４に示したように、金属微粒子（磁性微粒子）の磁化の向きがゼロ磁場においてはバラバラで抵抗が大きいのに対し、磁場の印加により磁性微粒子の磁化の向きが同方向となって抵抗が小さくなる特性を示す。
【００１８】
図５は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）にコバルト（Ｃｏ）微粒子を含有させたＣｏ−ＳｉＯ_２から形成されたグラニュラー膜の電圧−電流特性を示す図であるが、この図から明らかなように、Ｃｏ−ＳｉＯ_２から形成されたグラニュラー膜は、電圧値が所定値以上に至らないと電流が流れないというトンネル効果を有している。
【００１９】
所定の大きさの面状に形成された上記の感知層１１の各面には、導体層１２，１３が積層される。導体層１２，１３は、銅などの導電材料からなり、線状に形成された複数の線状導体膜１２ａ，１３ａから構成され、感知層１１の各面において、それぞれ隣接する線状導体膜１２ａ，１２ａ同士又は線状導体膜１３ａ，１３ａ同士が、相互に連結されずにそれぞれ独立した配置構造で所定間隔をおいて付着されている。具体的には、一方の導体層１２を構成する線状導体膜１２ａが、隣接するもの同士間隔をおいて、一方向に沿って互いに略平行に配設されており、他方の導体層１３を構成する線状導体膜１３ａが、隣接するもの同士間隔をおいて、一方の導体層１２を形成する上記線状導体膜１２ａと略直交する方向に沿って互いに略平行に配設されている。これにより、面状磁気センサ１０を平面方向から見た場合には、一方の導体層１２を形成する各線状導体膜１２ａと他方の導体層１３を構成する各線状導体膜１３ａとが複数点で交差する位置関係で、すなわち平面視で略格子状となるような位置関係で配置される。
【００２０】
ガラス基板１０ａ上に、線状導体膜１２ａからなる一方の導体層１２、磁気抵抗効果膜からなる感知層１１、及び線状導体膜１３ａからなる他方の導体層１３を積層する手段は任意であるが、例えば、スパッタ法、真空蒸着法などを用いることができる。なお、各導体層１２，１３を構成する線状導体膜１２ａ，１３ａを上記のような所定のパターンに形成するに当たっては、スパッタリング等の際に所定のパターンに形成されたマスク（図示せず）を介して行うことができる。
【００２１】
また、一方の導体層１２と他方の導体層１３との間に駆動回路と検出回路を接続する。例えば、図１及び図２に示したように、駆動回路として駆動電力を定電圧で供給する定電圧回路１４をリード線１４ａを介して一方の導体層１２の各線状導体膜１２ａに接続すると共に、リード線１４ｂを介して他方の導体層１２の各線状導体膜１３ａに接続する。また、検出回路を構成する電流計１５を両者間に介装する。
【００２２】
本実施形態によれば、定電圧回路１４により所定の駆動電圧を印加すると、一方の導体層１２を構成する各線状導体膜１２ａから感知層１１を介して他方の導体層１３を構成する各線状導体膜１３ａに電流が流れる。この際、本実施形態によれば、上記のように、感知層１１を構成する磁気抵抗効果膜がトンネル効果を有するため、図５に示したように、所定値以上の電圧が印加されないと電流が流れない性質を有する。従って、図２の一部断面図に示したように、一方の導体層１２を構成する線状導体膜１２ａと他方の導体層１３を構成する線状導体膜１３ａとの間では、感知層１１の電気抵抗の最も低い、平面視で両者の交点間、すなわち最短距離間（図中、破線矢印で示す）に電流が流れ易く、交点付近から離れるに従って電流が流れにくくなる。このため、この交点間付近に限定した電流値を検出することができる。
【００２３】
例えば、図１に示したように、一方の線状導体膜１２ａと他方の線状導体膜１３ａとの交点が、Ｘ１〜Ｘ１６まで設けられているとする。この場合における磁場を測定するに当たっては、本実施形態によれば、例えば、一方の導体層１２のうち図中もっとも下側の線状導体膜１２ａと、他方の導体層１３のうち図中もっとも左側の線状導体膜１３ａに電圧を印加するようにスイッチングすることにより、交点Ｘ１における電流値を測定できる。同様に、例えば、一方の導体層１２のうち図中、下から２番目の線状導体膜１２ａと、他方の導体層１３のうち図中もっとも左側に配置された線状導体膜１３ａに電圧を印加するようにスイッチングすることにより、交点Ｘ５における電流値を測定できる。さらには、例えば、一方の導体層１２のうち図中もっとも上側の線状導体膜１２ａと、他方の導体層１３のうち図中もっとも右側の線状導体膜１３ａに電圧を印加するようにスイッチングすることにより、交点Ｘ１６における電流値を測定できる。
【００２４】
すなわち、本実施形態によれば、駆動電圧を印加する線状導体膜１２ａ，１３ａの組み合わせをスイッチング操作により変更するだけで複数の測定点における磁場を測定することができる。なお、スイッチング操作は、図示しないが、例えば、上記の定電圧回路１４に接続される任意の制御手段により行うことができる。特に、制御手段としてコンピュータ制御によるものを用いた場合には、スイッチングの順序等をソフトウエア上の設定により処理でき、極めて短時間に複数の測定点を測定でき、よりリアルタイムな測定が可能となる。
【００２５】
また、図１に示したように、例えば、交点Ｘ１〜Ｘ１６までの１６点で測定する場合、必要となるリード線数は、一方の導体層１２を構成する各線状導体膜１２ａに接続される４本のリード線１４ａと、他方の導体層１３を構成する各線状導体膜１３ａに接続される４本のリード線１４ｂとの計８本で済む。仮に、１６点の測定点にそれぞれ個別のセンサを配置したとしたならば、測定点ごとに２本ずつ、計３２本のリード線が必要となり、合計配線数は４倍になる。当然、この差は、測定点数が多くなるほど大きくなる。従って、本実施形態によれば、所定の範囲の複数の測定点における磁場を一度に測定するセンサとして、配線数が極めて少なく済むことから実用に適している。
【００２６】
なお、図１に示した例では、一方の導体層１２を構成する各線状導体膜１２ａと他方の導体層１３を構成する各線状導体膜１３ａとを平面視で交差させるに当たって、ほぼ略直角に交差させているが、これに限らず、両者の交差角がそれ以下の角度、例えば、６０度、４５度程度で交差するように配置することもできる。
【００２７】
図６〜図７は、本発明の第２の実施形態を示す面状磁気センサ２０の平面図及び一部断面図である。本実施形態では、駆動回路に接続される一対の導電層と検出回路に接続される一対の導電層とを区別した点が上記第１の実施形態と異なる。
【００２８】
すなわち、本実施形態にかかる面状磁気センサ２０は、ガラス基板２０ａに対し、３層の感知層２１〜２３と、第１の感知層２１とガラス基板２０ａとの間に積層された第１の導体層２４と、第１の感知層２１と第２の感知層２２との間に積層された第２の導体層２５と、第２の感知層２２と第３の感知層２３との間に積層された第３の導体層２６と、第３の感知層２３の外面に積層された第４の導体層２７との合計で７層の膜の積層体から構成されている。
【００２９】
但し、各感知層２１〜２３が、上記第１の実施形態と同様の巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜から構成され、また、それらが所定の面積を有する面状に形成されている点、さらには、各導体層２４〜２７を銅等の導電材料から線状に形成された線状導体膜から構成される点は上記第１の実施形態と同じである。
【００３０】
本実施形態では、第１の感知層２１とガラス基板２０ａとの間に積層される第１の導体層２４を構成する各線状導体膜２４ａと、第３の感知層２３の外面に積層される第４の導体層２７を構成する各線状導体膜２７ａは、各線状導体膜２４ａ同士、あるいは各線状導体膜２７ａ同士が、いずれも隣接するもの同士相互に独立した連結されていない線状に形成されている。そして、第１の導体層２４を構成する各線状導体膜２４ａの配置方向と、第４の導体層２７を構成する各線状導体膜２７ａの配置方向とは平面視で略直交して交差する位置関係で形成されている。なお、この交差角が必ずしも略直角に限定されるものではないことは上記第１の実施形態の場合と同様である。
【００３１】
第２の導体層２５は、隣接する各線状導体膜２５ａ同士が相互に連結されている。具体的には、図６の破線で示したように、感知層２１〜２３を平面方向から見た場合に、各線状導体膜２５ａは斜めにその端から端まで配置されており、順に、一端側、他端側というようにジグザグ状に連結された配置構造、すなわち、全体で１本の一体的な線状導体膜を構成する配置構造に形成されている。
【００３２】
第３の導体層２６も、図６の点線で示したように、第２の導体層２５と同様に、各線状導体膜２６ａが隣接するもの同士連結され、全体で１本の一体的な線状導体膜を構成する配置構造に形成されている。第２の導体層２５と第３の導体層２６を構成する各線状導体膜２５ａ，２６ａは、このように全体で１本の線状導体膜を構成するように形成されているが、それらを構成する各線状導体膜２５ａと各線状導体膜２６ａとは平面視で任意の交差角で、例えば略直角に交差する向きで形成される。
【００３３】
第１の実施形態において説明したように、トンネル効果を有する磁気抵抗効果膜の電流が流れる範囲は、第２の導体層２５の各線状導体膜２５ａと第３の導体層２６の各線状導体膜２６ａとの交点間（最短距離間）となることから、このような配置構造とすることにより、所定の測定点（交点）位置における磁気抵抗を検知することが可能となる。
【００３４】
また、検出回路に接続される第２の導体層２５の各線状導体膜２５ａと第３の導体層２６を構成する各線状導体膜２６ａとの交点の位置と、駆動回路に接続される上記の第１の導体層２４の各線状導体膜２４ａと第４の導体層２７の各線状導体膜２７ａとの交点の位置とが、平面視で略一致するように形成される。これにより、４つの導体層を構成する各線状導体膜が平面視で同じ位置で交差することになり、磁気抵抗効果膜の有するトンネル効果により、当該交点位置における磁気抵抗を測定することが可能となる。
【００３５】
従って、例えば、図６に示したように、第１の導体層２４の線状導体膜２４ａと第４の導体層２７の線状導体膜２７ａとを略直交するように交差させた場合には、第２の導体層２５の線状導体膜２５ａと第３の導体層２６の線状導体膜２６ａとは、それら自体は互いに略直交する一方、第１の導体層２４の線状導体膜２４ａと第４の導体層２７の線状導体膜２７ａに対しては、それぞれ、平面視で略４５度の交差角をなすように形成することにより、各導体層の交点位置のみを一致させることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、図６及び図７に示したように、例えば、駆動回路として、駆動電力を定電流で供給する定電流回路２８をリード線２８ａを介して第１の導体層２４の各線状導体膜２４ａに接続すると共に、リード線２８ｂを介して第４の導体層２７の各線状導体膜２７ａに接続する。検出回路を構成する電圧計２９は、第２の導体層２５の線状導体膜２５ａと第３の導体層２６の線状導体膜２６ａとの間に、リード線２９ａ，２９ｂを介して接続されるが、この線状導体膜２５ａと２６ａとは全体で１本の膜となっている。従って、電圧計２９を接続するための配線は、第２の導体層２５と第３の導体層２６に対してそれぞれ１本ずつ、計２本で済む。定電流回路２８を接続するためのリード線２８ａ，２８ｂは、図６のように、１６カ所の交点（測定点）を有する場合には、それぞれ４本ずつの計８本必要であるが、全体の配線数は１０本で済む。
【００３７】
また、本実施形態によれば、第１の導体層２４と第４の導体層２７との間に駆動電流を流すと、各測定点における両者間の電圧値が、第２の導体層２５と第３の導体層２６に接続した電圧計２９により測定される。このため、電圧の測定範囲が限定されることから、他の回路による影響が小さく、高い測定精度が得られる。なお、いずれの測定点に対して電流を流すかは、図示しない制御手段によるスイッチング操作により制御できる。この点は上記した第１の実施形態と同様である。
【００３８】
図８及び図９は、本発明の第３の実施形態にかかる面状磁気センサ３０の構成を説明するための平面図及び一部断面図である。本実施形態にかかる面状磁気センサ３０は、第２の実施形態と同様に、ガラス基板３０ａ上に積層される３つの感知層３１〜３３と、第１の感知層３１とガラス基板３０ａとの間に積層される第１の導体層３４と、第１の感知層３１と第２の感知層３２との間に積層させる第２の導体層３５と、第２の感知層３２と第３の感知層３３との間に積層される第３の導体層３６と、第３の感知層３３の外面に積層される第４の導体層３７との計７層の膜の積層体からなる。
【００３９】
そして、各感知層３１〜３３が、巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜から構成され、また、それらが所定の面積を有する面状に形成されている点、さらに、各導体層３４〜３７を銅等の導電材料からなる複数の線状導体膜より構成する点は上記第２の実施形態と同じである。また、第１の導体層３４を構成する各線状導体膜３４ａ及び第４の導体層３７を構成する各線状導体膜３７ａの配置構造も第２の実施形態と同様である。
【００４０】
但し、第２の導体層３５を構成する線状導体膜３５ａと第３の導体層３６を構成する線状導体膜３６ａとの各配置構造が上記第２の実施形態とは異なる。すなわち、上記第２の実施形態では、第２の導体層２５の線状導体膜２５ａ及び第３の導体層２６の線状導体膜２６ａは、いずれも全体で１本の線状導体膜を構成する配置構造であるが、本実施形態では、隣接する線状導体膜３５ａ同士、又は隣接する線状導体膜３６ａ同士が、それぞれ独立した連結されてない配置構造に形成されている。
【００４１】
具体的には、第１の導体層３４の各線状導体膜３４ａの配置方向に対し、第１の感知層３１を挟んで、第２の導体層３５の各線状導体膜３５ａの配置方向は、図の破線で示したように約４５度傾いた方向となるように形成されており、第３の導体層３６の各線状導体膜３６ａは、図の点線で示したように、第２の導体層３５の各線状導体膜３５ａの配置方向に対して約９０度向きを変えた配置方向で形成され、さらに、第４の導体層３７の各線状導体膜３７ａは、第１の導体層３４の各線状導体膜３４ａに対して約９０度向きを変えた配置方向で形成されている。また、駆動回路に接続される第１の導体層３４の各線状導体膜３４ａ及び第４の導体層３７の各線状導体膜３７ａの交点と、検出回路に接続される第２の導体層３５の各線状導体膜３５ａ及び第３の導体層３６の各線状導体膜３６ａの交点とは、平面視で互いに略一致するように形成されている。
【００４２】
従って、第１の導体層３４の各線状導体膜３４ａ及び第４の導体層３７の各線状導体膜３７ａの交点間に、例えば、駆動回路を構成する定電流回路３８により電流を流すと、第２の導体層３５の各線状導体膜３５ａ及び第３の導体層３６の各線状導体膜３６ａの交点間の電圧を、電圧計３９により測定することができる。本実施形態の場合にも電圧測定範囲が限定されている構造であるため、第２の実施形態と同様に高い測定精度が得られる。
【００４３】
但し、本実施形態の場合には、定電流回路３８をリード線３８ａ，３８ｂにより、第１の導体層３４の各線状導体膜３４ａ及び第４の導体層３７の各線状導体膜３７ａのそれぞれに接続する必要があると共に、電圧計３９も、リード線３９ａ，３９ｂを用いて、第２の導体層３５を構成する各線状導体膜３５ａ及び第３の導体層３６の各線状導体膜３６ａのそれぞれに接続する必要がある。従って、図８に示したように測定点が１６カ所ある場合には、駆動回路用のリード線３８ａ，３８ｂとして計８本、検出回路用のリード線３９ａ，３９ｂとして計８本の合わせて１６本必要となる（なお、図８では、一部のリード線のみ図示している）。本実施形態の場合には、リード線の配線数の点では第２の実施形態よりも多くなるが、それでも、１６カ所の測定点のそれぞれに独立したセンサを配設した場合に必要となる配線数と比較すれば半分で済む。なお、いずれの測定点に対して電流を流すかについては、図示しない制御手段によるスイッチング操作によって制御できる点は上記した第１及び第２の実施形態と同様である。
【００４４】
図１０は、本発明の第４の実施形態にかかる面状磁気センサ４０の構成を示しており、図１及び図２に示される本発明の第１の実施形態にかかる面状磁気センサ１０に設けられた感知層１１の上下面に絶縁層４１，４２を積層して電気的絶縁を図ることにより感度を向上させたものである。
【００４５】
すなわち、この面状磁気センサ４０は、ガラス基板１０ａの上に、導体層１２、絶縁層４１、感知層１１、絶縁層４２、導体層１３が順に積層されて構成されており、面状磁気センサ４０の他の構成は面状磁気センサ１０と同じである。
【００４６】
【実施例】
上述した本発明の第４の実施形態にかかる面状磁気センサ４０において、感知層１１をコバルト（Ｃｏ）微粒子を含有させたＣｏ−ＳｉＯ_２から形成されたグラニュラー膜により構成するとともに、二つの絶縁層４１，４２を二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）により形成し、第１及び第２の導体層１２，１３を構成する各線状導体膜１２ａ，１３ａを銅により形成している。
【００４７】
上記構成において、感知層１１の膜厚を１００〜２０００ｎｍに設定し、感知層１１の上下に積層された二つの絶縁層４１，４２の膜厚を２〜３ｎｍに設定して電気的絶縁を図ることにより面状磁気センサ２０の各測定ポイントの感度が向上した。また、コバルト（Ｃｏ）微粒子を約４０％含有させたグラニュラー膜により感知層１１を形成すると、良好な感度を示すことが確認された。
【００４８】
さらに、本発明の第１の実施形態にかかる面状磁気センサ１０において、感知層１１を鉄（Ｆｅ）微粒子を含有させたＦｅ−ＳｉＯ_２から形成されたグラニュラー膜により構成した場合、その膜厚を４００ｎｍ以下にすると感度の低下が確認されたが（Ｆｅの酸化に起因するものと思われる）、本発明の第４の実施形態にかかる面状磁気センサ４０においては、感知層１１にＣｏ−ＳｉＯ_２膜を使用することで薄膜化及び感度向上を図ることができた。
【００４９】
図１１は、図１０に示される面状磁気センサ４０のＧＭＲ効果を示しており、磁場強度の変化に伴い磁気抵抗比が大きく変化していることがわかる。
【００５０】
なお、本発明の第２あるいは第３の実施形態にかかる面状磁気センサ２０，３０において、第１〜第３の感知層２１〜２３、３１〜３３の各層の上下に二つの絶縁層を積層することにより同様な効果を奏することができる。
【００５１】
また、本発明の面状磁気センサは上記した各実施形態に限定されるものでないことはもちろんである。例えば、第１の実施形態では定電圧動作、第２及び第３の実施形態では定電流動作させているが、これらを逆にすることもできる。また、いずれも測定点を１６カ所に設定しているが、これはあくまでも一例であり、感知層が面状であって複数点を測定可能であれば、これ以上又はこれ以下の測定点であってもよく、さらには、感知層の面積、各導体層を構成する各線状導体膜同士の間隔も限定されるものではない。また、いずれの実施形態においても、感知層や導体層の積層数は図示したものに限定されない。
【００５２】
さらに、上記した各面状磁気センサ１０〜４０に対し、磁気異方性を有する他の面状磁気センサを絶縁部材を介して１以上積層することにより、二次元方向、三次元方向の磁場を検知可能な多次元磁場解析用面状磁気センサ（図示せず）とすることもできる。
【００５３】
この磁気異方性を有する面状磁気センサとしては、任意の大きさの面状に形成された磁気異方性を有する磁気抵抗効果膜からなる感知層と、該感知層の各面に積層されると共に、各面方向に沿って所定間隔をおいて複数線状に形成された線状導体膜からなる導体層とを含み、前記一方の導体層を構成する各線状導体膜と、他方の導体層を構成する各線状導体膜とが、前記磁気抵抗効果膜を挟んで平面視で互いに交差する位置関係となるように配置されている構造のものを用いることができる。すなわち、磁気抵抗効果膜として、上記各実施形態のように電流と磁場の方向に依存しない磁気抵抗変化を示すものを用いるのではなく、例えば、垂直磁化膜、面内異方性膜などを用いて感知層を形成した構造である。なお、線状導体膜からなる導体層の構成は、上記各実施形態と同様に種々のパターンの配置構造とすることができる。
【００５４】
かかる構成の多次元磁場解析用面状磁気センサを用いた場合には、測定対象磁場内において、該センサを移動することなく、複数の測定点での二次元、三次元方向の磁場を測定でき、磁場の強弱だけでなく、磁力線の向きも含めた広範囲の磁場解析を極めて短時間に行うことが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
面状に形成された磁気抵抗効果膜からなる少なくとも一つの感知層と、磁気抵抗効果膜の各面に積層されると共に、所定間隔をおいて線状に形成された複数の線状導体膜からなる導体層とを備えた面状磁気センサを使用することで、多数の測定点における磁場を極めて短時間に測定することができる。また、感知層の上下に絶縁層を積層することにより面状磁気センサの感度向上を図ることができる。
【００５６】
また、感知層をコバルト粒子を含有させたＣｏ−ＳｉＯ_２から形成されたグラニュラー膜により構成することにより、薄膜化が可能な高感度の面状磁気抵抗センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面状磁気センサの第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の面状磁気センサの一部断面図である。
【図３】図１の面状磁気センサで用いた感知層を構成するグラニュラー膜の特性を説明するための図である。
【図４】図１の面状磁気センサで用いた感知層を構成するグラニュラー膜の磁場強度と抵抗値との関係を示すグラフである。
【図５】Ｃｏ−ＳｉＯ２からなるグラニュラー膜の電圧−電流特性を示すグラフである。
【図６】本発明の面状磁気センサの第２の実施形態を示す平面図である。
【図７】図６の面状磁気センサの一部断面図である。
【図８】本発明の面状磁気センサの第３の実施形態を示す平面図である。
【図９】図８の面状磁気センサの一部断面図である。
【図１０】本発明の面状磁気センサの第４の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】図１０の磁気センサの磁場強度に対する磁気抵抗比を示すグラフである。
【符号の説明】
１０面状磁気センサ、１１感知層、１２，１３導体層、
１２ａ，１３ａ線状導体膜、２０面状磁気センサ、
２１，２２，２３感知層、２４，２５，２６，２７導体層、
２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ線状導体膜、３０面状磁気センサ、
３１，３２，３３感知層、３４，３５，３６，３７導体層、
３４ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａ線状導体膜、４０面状磁気センサ、
４１，４２絶縁層。

Claims

面状に形成された磁気抵抗効果膜からなる少なくとも一つの感知層と、前記磁気抵抗効果膜の各面に積層されると共に、所定間隔をおいて線状に形成された複数の線状導体膜からなる導体層とを備えた面状磁気センサであって、前記感知層の上下に絶縁層を積層したことを特徴とする面状磁気センサ。
前記感知層をコバルト粒子を含有させたＣｏ−ＳｉＯ_２から形成されたグラニュラー膜により構成したことを特徴とする請求項１に記載の面状磁気センサ。
前記絶縁層を二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）により形成したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の面状磁気センサ。
前記感知層が１００〜２０００ｎｍの膜厚を有し、前記絶縁層が２〜３ｎｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面状磁気センサ。
前記感知層のコバルト粒子の含有量が約４０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面状磁気センサ。