JP2011252823A - 磁気センサー素子および回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い空間分解能で検出できる磁気センサー素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る磁気センサー素子１０００では、電界効果トランジスター１００は、ゲート電極１４と、ゲート電極１４の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第１不純物領域２２および第２不純物領域２４と、ゲート電極１４の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第３不純物領域３２および第４不純物領域３４と、を有し、制御部２００は、第１制御および第２制御を行い、第１制御では、第１不純物領域２２および第２不純物領域２４を第１端子（ＶＤＤ端子）に接続し、第３不純物領域３２を第２端子（ＶＳＳ端子）に接続し、第２制御では、第３不純物領域３２および第４不純物領域３４を第１端子（ＶＤＤ端子）に接続し、第２不純物領域２４を第２端子（ＶＳＳ端子）に接続し、第１端子（ＶＤＤ端子）の電位は、第２端子（ＶＳＳ端子）の電位より大きい。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気センサー素子および回転検出装置に関する。

例えば、小型で安価な磁気式ロータリーエンコーダーを実現するために、ライン状に配列した磁気センサー素子アレイを半導体チップ上に集積化する場合がある。特許文献１に開示された技術では、磁気センサー素子アレイとして、１つのソース領域と２つのドレイン領域（２つに分割されたドレイン領域）とを有するＭＯＳ型電界効果トランジスター（ＭＡＧＦＥＴ：split-drain Magnetic Field Effect Transistor）を、複数並べたものを用いて、磁束密度の電界効果トランジスターに垂直な方向（以下、Ｚ軸方向）の成分の位置分布を計測している。

このような磁気式ロータリーエンコーダーにおいては、一回転あたり１０ビット程度の角度分解能が実現されているが、例えば、高精度なフィードバック制御を必要とする精密機械装置や産業用ロボットなどの応用において、さらなる高分解能化が求められている。

特開２００６−２０８１４５号公報

しかしながら、上記のようなＭＡＧＦＥＴは、オフセット電流の問題から素子サイズをさらに縮小することが困難であり、上記磁気式ロータリーエンコーダーの高分解能化を妨げていた。オフセット電流とは、磁界がかかっていない場合において発生している２つのドレイン電流の差分のことである。この場合、チャネル領域の素子分離絶縁膜との境界近傍部分における特性がプロセスばらつきに起因して、同じ素子内でも第１のドレイン側と第２のドレイン側とで違っていることが主な原因となっている。

従来技術ではＦＥＴのチャネル幅を大きくすることで、相対的にチャネル領域の素子分離絶縁膜との境界近傍部分の特性ばらつきの影響を小さくし、オフセット電流の影響を抑制していた。そのため、素子サイズは微細加工の可能な最小寸法より１０倍以上大きな寸法になっており、磁束密度のＺ軸方向成分の位置分布を高い空間分解能で検出することができなかった。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、磁束密度のＺ軸方向成分の位置分布を高い空間分解能で検出できる磁気センサー素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記磁気センサー素子を有する回転検出装置を提供することにある。

本発明に係る磁気センサー素子は、
電界効果トランジスターと、
前記電界効果トランジスターを制御する制御部と、
を含み、
前記電界効果トランジスターは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第１不純物領域および第２不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第３不純物領域および第４不純物領域と、
を有し、
前記制御部は、第１制御および第２制御を行い、
前記第１制御では、
前記第１不純物領域および前記第２不純物領域を第１端子に電気的に接続し、前記第３不純物領域を第２端子に電気的に接続し、
前記第２制御では、
前記第３不純物領域および前記第４不純物領域を前記第１端子に電気的に接続し、前記第２不純物領域を前記第２端子に電気的に接続し、
前記第１端子の電位は、前記第２端子の電位より大きい。

このような磁気センサー素子によれば、電界効果トランジスターは、少なくとも、ソースおよびドレインとして機能する４つの不純物領域を有することができる。そのため、例えば、２つのドレイン領域と１つのソース領域とを有するＭＡＧＦＥＴが、互いに離間して２つ配置されている場合に比べて、ソースとして機能する２つの不純物領域間の距離を小さくすることができる。例えば、２つのドレイン領域と１つのソース領域とを有するＭＡＧＦＥＴを、互いに離間させて２つ配置する場合は、デザインルールの制約等により、ＭＡＧＦＥＴ同士の間（ソース領域同士の間）の距離を小さくできない場合がある。これに対して、本発明の磁気センサー素子では、上記のようなデザインルール上の制約を緩和することでき、磁束密度のＺ軸方向成分の検出位置分解能を高くすることができる。

なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ部材とＢ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ａ部材とＢ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。

本発明に係る磁気センサー素子において、
前記第３不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第１仮想直線上に配置され、かつ前記第１仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第１不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第２不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第１仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第２不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第２仮想直線上に配置され、かつ前記第２仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
前記第３不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第４不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第２仮想直線を対称軸として線対称に配置されている。

このような磁気センサー素子によれば、高い分解能を有することができる。

本発明に係る磁気センサー素子において、
前記第１不純物領域と前記第３不純物領域との間の距離、前記第２不純物領域と前記第３不純物領域との間の距離、および前記第２不純物領域と前記第４不純物領域との間の距離は、互いに等しいことができる。

このような磁気センサー素子によれば、電界効果トランジスターに磁界が印加されていない状態において、第１不純物領域におけるドレイン電流、第２不純物領域におけるドレイン電流、第３不純物領域におけるドレイン電流、および第４不純物領域におけるドレイン電流の大きさを、互いに等しく（ほぼ等しく）することができる。そのため、このような磁気センサー素子では、磁界が印加されていない状態において予めドレイン電流を測定する必要がないので（詳細は後述）、磁気センサー素子の動作を簡略にすることができる。

本発明に係る磁気センサー素子において、
前記電界効果トランジスターは、前記ゲート電極を共通として、ゲート幅方向に繰り返し連続して並んでいることができる。

このような磁気センサー素子によれば、磁束密度のＺ軸方向成分の位置分布を高い空間分解能で検出することができる。

本発明に係る磁気センサー素子において、
前記電界効果トランジスターは、
前記ゲート電極の一方側に形成された、第１ダミー不純物領域および第２ダミー不純物領域と、
前記ゲート電極の他方側に形成された、第３ダミー不純物領域および第４ダミー不純物領域と、
を、さらに有し、
前記第１不純物領域および前記第２不純物領域は、前記第１ダミー不純物領域と前記第２ダミー不純物領域との間に配置され、
前記第３不純物領域および前記第４不純物領域は、前記第３ダミー不純物領域と前記第４ダミー不純物領域との間に配置されていることができる。

このような磁気センサー素子においては、チャネル領域の素子分離絶縁層との境界近傍部分の特性ばらつきの影響を回避することができ、オフセット電流の影響なくドレインの幅を従来技術より縮小することができる。そのため、このような磁気センサー素子によれば、磁束密度のＺ軸方向成分を高い空間分解能で検出することができる。

本発明に係る回転検出装置は、
磁気発生部と、
前記磁気発生部からの磁界分布を検出する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁気センサー素子と、
前記磁気センサー素子により検出された磁界分布から、前記磁気発生部の回転角度を算出する角度算出部と、
を含む。

このような回転検出装置によれば、本発明に係る磁気センサー素子を有するので、高い検出能力を有することができる。

本実施形態に係る磁気センサー素子を説明するための図。 本実施形態に係る磁気センサー素子の電界効果トランジスターを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る磁気センサー素子の電界効果トランジスターを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る磁気センサー素子を説明するための図。 本実施形態に係る磁気センサー素子を説明するための図。 本実施形態に係る回転検出装置を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る回転検出装置を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る回転検出装置を模式的に示す平面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 磁気センサー素子
まず、本実施形態に係る磁気センサー素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る磁気センサー素子１０００の構成を説明するための図である。なお、図１では、便宜上、電界効果トランジスター１００を簡略化して図示している。

磁気センサー素子１０００は、図１に示すように、電界効果トランジスター１００と、制御部２００と、を含む。以下、電界効果トランジスター１００、制御部２００、および磁気センサー素子１０００の動作の順に説明する。

１．１． 電界効果トランジスターについて
図２は、電界効果トランジスター１００を模式的に示す平面図である。図３は、電界効果トランジスター１００を模式的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

電界効果トランジスター１００は、図２および図３に示すように、ゲート絶縁層１２とゲート電極１４とを有するゲート１０と、ゲート電極１４の一方側に形成された一方側の不純物領域２０と、ゲート電極１４の他方側に形成された他方側の不純物領域３０と、ゲート電極１４の一方側に形成された一方側のダミー不純物領域４０と、ゲート電極１４の他方側に形成された他方側のダミー不純物領域５０と、を含むことができる。

電界効果トランジスター１００は、基板１に形成されている。基板１としては、例えば、第１導電型（例えばＰ型）のシリコン基板を用いる。基板１は、図示はしないが、支持基板と、支持基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された第１導電型の半導体層と、を有するＳＯＩ（silicon on insulator）基板であってもよい。基板１は、ゲート１０の直下に、チャネル領域（図示せず）を有することができる。図１に示す例では、チャネル領域１ともいえる。

基板１には、素子分離絶縁層３が形成されている。素子分離絶縁層３は、例えば、トレンチ絶縁層、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層である。素子分離絶縁層３は、例えば、ＳＴＩ（shallow trench isolation）法、ＬＯＣＯＳ法により形成される。素子分離絶縁層３は、電界効果トランジスター１００が形成される領域を画定することができ、電界効果トランジスター１００と他の素子とを電気的に分離することができる。

ゲート絶縁層１２は、基板１上に形成されている。ゲート絶縁層１２の材質は、例えば、酸化シリコンである。ゲート絶縁層１２は、例えば、基板１を熱酸化することにより形成される。

ゲート電極１４は、ゲート絶縁層１２上に形成されている。ゲート電極１４の平面形状は、特に限定されないが、ゲート電極１４は、例えば図２に示すように平面視において（ゲート電極１４の厚み方向から見て）、互いに対向する第１端部１４ａおよび第２端部１４ｂと、第１端部１４ａと直交し互いに対向する第３端部１４ｃおよび第４端部１４ｄと、を有することができる。ゲート電極１４の材質は、例えば、ポリシリコンである。ゲート電極１４は、例えば、全面に導電層（図示せず）を成膜し、該導電層をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術でパターニングすることにより形成される。

一方側の不純物領域２０および他方側の不純物領域３０は、ソースおよびドレインとして機能することができる。より具体的には、一方側の不純物領域２０がソースとして機能するときは、他方側の不純物領域３０がドレインとして機能し、逆に、一方側の不純物領域２０がドレインとして機能するときは、他方側の不純物領域３０がソースとして機能する。

一方側の不純物領域２０は、第２導電型（例えばｎ型）の不純物領域である。一方側の不純物領域２０は、図２に示すように平面視において、ゲート電極１４の一方側に形成されている。図２に示す例では、不純物領域２０は、ゲート電極１４の第１端部１４ａに隣接して形成されている。不純物領域２０の平面形状は、例えば矩形であるが、特に限定されない。不純物領域２０は、複数形成され、その数は特に限定されないが、少なくとも２つ形成されている。複数の不純物領域２０は、互いに離間し、例えば一定の間隔（間隔Ｄ１）で、ゲート幅方向（例えばＸ軸方向）に並んで形成されている。

複数の不純物領域２０のうちの第１不純物領域２２および第２不純物領域２４は、互いに隣り合っている。図２に示す例では、第１不純物領域２２および第２不純物領域２４は、この順で、ゲート幅方向（例えば第３端部１４ｃから第４端部１４ｄに向かう方向）に並んで形成されている。

他方側の不純物領域３０は、第２導電型（例えばｎ型）の不純物領域である。他方側の不純物領域３０は、図２に示すように平面視において、ゲート電極１４の他方側に形成されている。図２に示す例では、不純物領域３０は、ゲート電極１４の第２端部１４ｂに隣接して形成されている。不純物領域３０の平面形状は、例えば矩形であるが、特に限定されない。不純物領域３０は、複数形成され、その数は特に限定されないが、少なくとも２つ形成されている。複数の不純物領域３０は、互いに離間し、例えば一定の間隔（間隔Ｄ２）で、ゲート幅方向に並んで形成されている。間隔Ｄ２は、間隔Ｄ１と等しくてもよい。複数の不純物領域２０の平面形状、および複数の不純物領域３０の平面形状は、互いに同じであってもよい。

複数の不純物領域３０のうちの第３不純物領域３２および第４不純物領域３４は、互いに隣り合っている。図２に示す例では、第３不純物領域３２および第４不純物領域３４は、この順で、第３端部１４ｃから第４端部１４ｄに向かう方向に並んで形成されている。

なお、電界効果トランジスター１００は、不純物領域２２，２４，３２，３４を有する電界効果トランジスターの要素が、ゲート１０を共通として、ゲート幅方向に繰り返し連続して並ぶことによって形成されているともいえる。

第３不純物領域３２は、図２に示すように、例えば、ゲート幅方向と直交する第１仮想直線Ｌ１上に配置されている。第１仮想直線Ｌ１は、平面視において、第３不純物領域３２の対称軸であってもよい。第１仮想直線Ｌ１は、第１不純物領域２２と第２不純物領域２４との間を通ることができる。第１不純物領域２２と第２不純物領域２４とは、平面視において、第１仮想直線Ｌ１に関し対称に配置されていてもよい。

また、第３不純物領域３２のチャネル領域との境界線は、第１仮想直線Ｌ１上に配置され、かつ第１仮想直線Ｌ１を対称軸として線対称に配置されていてもよい。さらに、第１不純物領域２２のチャネル領域との境界線と、第２不純物領域２４のチャネル領域との境界線とは、第１仮想直線Ｌ１を対称軸として線対称に配置されていてもよい。

第２不純物領域２４は、例えば、ゲート幅方向と直交する第２仮想直線Ｌ２上に配置されている。第２仮想直線Ｌ２は、平面視において、第２不純物領域２４の対称軸であってもよい。第２仮想直線Ｌ２は、第３不純物領域３２と第４不純物領域３４との間を通ることができる。第３不純物領域３２と第４不純物領域３４とは、平面視において、第２仮想直線Ｌ２に関し対称に配置されていてもよい。

また、第２不純物領域２４のチャネル領域との境界線は、第２仮想直線Ｌ２上に配置され、かつ第２仮想直線Ｌ２を対称軸として線対称に配置されていてもよい。さらに、第３不純物領域３２のチャネル領域との境界線と、第４不純物領域３４のチャネル領域との境界線とは、第２仮想直線Ｌ２を対称軸として線対称に配置されていてもよい。

第１不純物領域２２と第３不純物領域３２との間の距離、第２不純物領域２４と第３不純物領域３２との間の距離、および第２不純物領域２４と第４不純物領域３４との間の距離は、互いに等しくてもよい。

なお、一方側の不純物領域２０、および他方側の不純物領域３０は、例えば、ゲート１０が形成された後、基板１の所定の位置に、公知の方法によって不純物を注入することにより形成される。

一方側のダミー不純物領域４０は、平面視において、ゲート電極１４の一方側に形成されている。図２に示す例では、ダミー不純物領域４０は、第１端部１４ａに隣接して形成されている。ダミー不純物領域４０は、例えば、複数形成され、複数のダミー不純物領域４０のうちの第１ダミー不純物領域４２と第２ダミー不純物領域４４との間に、複数の不純物領域２０は配置されている。ダミー不純物領域４０の材質、形状、および形成方法は、不純物領域２０と同じであってもよいが、ダミー不純物領域４０には、電圧が印加されず、ソースまたはドレインとして機能しない。

他方側のダミー不純物領域５０は、平面視において、ゲート電極１４の他方側に形成されている。図２に示す例では、ダミー不純物領域５０は、第２端部１４ｂに隣接して形成されている。ダミー不純物領域５０は、例えば、複数形成され、複数のダミー不純物領域５０のうちの第３ダミー不純物領域５２と第４ダミー不純物領域５４との間に、複数の不純物領域３０は配置されている。ダミー不純物領域５０の材質、形状、および製造方法は、不純物領域３０と同じであってもよいが、ダミー不純物領域５０には、電圧が印加されず、ソースまたはドレインとして機能しない。

１．２． 制御部について
制御部２００は、図１に示すように、制御回路６０と、スイッチ７０，８１〜８４と、を有することができる。制御部２００は、電界効果トランジスター１００と同一基板上（基板１上）に形成されていてもよい。

制御回路６０は、例えば、トランジスターやコンデンサー等の回路素子（図示せず）を有している。制御回路６０は、スイッチ７０，８１〜８４に、オン状態またはオフ状態にするための制御信号Ｓを与えることができる。制御回路６０は、図１に示すように、ＶＤＤ端子およびＶＳＳ端子に接続されていてもよい。

スイッチ７０，８１〜８４としては、例えば、アナログスイッチ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチを用いる。スイッチ７０は、複数の不純物領域２０および複数の不純物領域３０に対応して、複数設けられている。不純物領域２０は、スイッチ７０およびスイッチ８１を介して、第１端子（ＶＤＤ端子）と電気的に接続されることができる。また、不純物領域２０は、スイッチ７０およびスイッチ８２を介して、第２端子（ＶＳＳ端子）と電気的に接続されることができる。不純物領域３０は、スイッチ７０およびスイッチ８３を介して、第１端子（ＶＤＤ端子）と電気的に接続されることができる。また、不純物領域３０は、スイッチ７０およびスイッチ８４を介して、第２端子（ＶＳＳ端子）と電気的に接続されることができる。なお、第１端子の電位は、第２端子の電位より大きい。

複数のスイッチ７０のうちの、第１スイッチ７１は第１不純物領域２２と電気的に接続され、第２スイッチ７２は第２不純物領域２４と電気的に接続され、第３スイッチ７３は第３不純物領域３２と電気的に接続され、第４スイッチ７４は第４不純物領域３４と電気的に接続されることができる。

１．３． 磁気センサー素子の動作について
図４および図５は、磁気センサー素子１０００の動作を説明するための図である。なお、図４および図５では、便宜上、電界効果トランジスター１００を簡略化して図示している。

まず、制御部２００は、図４に示すように、第１制御を行うことができる。第１制御として、制御回路６０は、第１スイッチ７１、第２スイッチ７２、第３スイッチ７３、およびスイッチ８１，８４に、オン状態にするための制御信号Ｓを与える。このとき、スイッチ７１，７２，７３以外のスイッチ７０、およびスイッチ８２，８３を、オフ状態にすることができる。これにより、第１不純物領域２２および第２不純物領域２４は、ＶＤＤ端子に電気的に接続され、第３不純物領域３２は、ＶＳＳ端子に電気的に接続される。すなわち、第１不純物領域２２および第２不純物領域２４は、ドレインとして機能し、第３不純物領域３２は、ソースとして機能することができる。その結果、第１不純物領域２２と第３不純物領域３２との間、および第２不純物領域２４と第３不純物領域３２との間に電流を流すことができる。

次に、制御部２００は、図５に示すように、第２制御を行うことができる。第２制御として、制御回路６０は、第２スイッチ７２、第３スイッチ７３、第４スイッチ７４、およびスイッチ８２，８３に、オン状態にするための制御信号Ｓを与える。このとき、スイッチ７２，７３，７４以外のスイッチ７０、およびスイッチ８１，８４を、オフ状態にすることができる。これにより、第２不純物領域２４は、ＶＳＳ端子に電気的に接続され、第３不純物領域３２および第４不純物領域３４は、ＶＤＤ端子に電気的に接続される。すなわち、第２不純物領域２４は、ソースとして機能し、第３不純物領域３２および第４不純物領域３４は、ドレインとして機能することができる。その結果、第２不純物領域２４と第３不純物領域３２との間、および第２不純物領域２４と第４不純物領域３４との間に電流を流すことができる。

このように制御部２００では、第１制御および第２制御と同等の制御を繰り返すことにより、ゲート幅方向に沿って（＋Ｘ軸方向に沿って）、隣り合う２つのドレインと、１つのソースと、の間に、順次電圧を印加することができる。

例えば、図４に示す第１制御では、電界効果トランジスター１００に垂直な方向（Ｚ軸方向）の磁界を受けると、第３不純物領域３２から、第１不純物領域２２および第２不純物領域２４に向かって流れる電子に、ローレンツ力が働く。そのため、磁界の大きさに応じて領域２２，２４に流れる電流が変化する。その結果、磁気センサー素子１０００（電界効果トランジスター１００）に印加されている磁界の大きさを検出することができる。

さらに、制御部２００は、第１制御に続いて第２制御を行うことにより、磁界強度の位置分布（磁界分布）を検出することができる（詳細は後述）。すなわち、まず、第１制御によって、第１不純物領域２２に流れる電流Ｉ_２２と、第２不純物領域２４に流れる電流Ｉ_２４と、の変化量｜Ｉ_２２−Ｉ_２４｜を検出する。次に、第２制御によって、第３不純物領域３２に流れる電流Ｉ_３２と、第４不純物領域３４に流れる電流Ｉ_３４と、の変化量｜Ｉ_３２−Ｉ_３４｜を検出する。そして、変化量｜Ｉ_２２−Ｉ_２４｜と変化量｜Ｉ_３２−Ｉ_３４｜とを比較することにより、磁界強度の位置分布を検出することができる。このとき、第１仮想直線Ｌ１と第２仮想直線Ｌ２との間の距離は、磁界強度の位置分布を検出するための分解能といえる。すなわち、第１仮想直線Ｌ１と第２仮想直線Ｌ２との間の距離が小さいほど（ソースとして機能する２つの不純物領域間の距離が小さいほど）、磁気センサー素子１０００は、高い空間分解能を有することができる。

本実施形態に係る磁気センサー素子１０００は、例えば、以下の特徴を有する。

磁気センサー素子１０００によれば、上述のとおり、少なくとも、ソースおよびドレインとして機能する不純物領域２２，２４，３２，３４を有することができる。そのため、磁気センサー素子１０００は、例えば、２つのドレイン領域と１つのソース領域とを有するＭＡＧＦＥＴが、互いに離間して２つ配置されている場合に比べて、第１制御でソースとして機能する第３不純物領域３２と、第２制御でソースとして機能する第２不純物領域２４と、の間の距離を小さくすることができる。すなわち、第１仮想直線Ｌ１と第２仮想直線Ｌ２との間の距離を小さくすることができる。例えば、２つのドレイン領域と１つのソース領域とを有するＭＡＧＦＥＴを、互いに離間させて２つ配置する場合は、ＭＡＧＦＥＴ同士の間に素子分離絶縁層を形成すること等によるデザインルール上の制約を受ける場合があり、ＭＡＧＦＥＴ同士の間（ソース領域同士の間）の距離を小さくできない場合がある。これに対して、磁気センサー素子１０００では、上記のようなデザインルール上の制約を緩和することできる。その結果、磁気センサー素子１０００は、第１仮想直線Ｌ１と第２仮想直線Ｌ２との間の距離を小さくすることができ、高い空間分解能を有することができる。

磁気センサー素子１０００によれば、第１不純物領域２２と第３不純物領域３２との間の距離、第２不純物領域２４と第３不純物領域３２との間の距離、および第２不純物領域２４と第４不純物領域３４との間の距離が、互いに等しくなるように、不純物領域２２，２４，３２，３４を配置することができる。これにより、電界効果トランジスター１００に磁界が印加されていない状態において、Ｉ_２２，Ｉ_２４，Ｉ_３２，Ｉ_３４の大きさを互いに等しく（ほぼ等しく）することができる。そのため、磁気センサー素子１０００では、磁界が印加されていない状態において予めドレイン電流を測定する必要がないので（詳細は後述）、磁気センサー素子１０００の動作を簡略にすることができる。

磁気センサー素子１０００によれば、第１不純物領域２２および第２不純物領域２４は、ダミー不純物領域４２，４４の間に配置され、第３不純物領域３２および第４不純物領域３４は、ダミー不純物領域５２，５４との間に配置されることができる。これにより、チャネル領域の素子分離絶縁層との境界近傍部分の特性ばらつきの影響を回避することができ、オフセット電流の影響なくドレイン領域およびソース領域の幅を従来技術より縮小することができる。その結果、磁気センサー素子１０００は、第１仮想直線Ｌ１と第２仮想直線Ｌ２との間の距離を小さくすることができ、高い空間分解能を有することができる。

２． 回転検出装置
次に、本実施形態に係る回転検出装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係る回転検出装置３０００を模式的に示す斜視図である。図７は、本実施形態に係る回転検出装置３０００を模式的に示す平面図である。なお、図６および図７では、便宜上、磁気センサー素子１０００を簡略して図示している。また、図７では、便宜上、磁気発生部３００の図示を省略している。

回転検出装置３０００は、図６および図７に示すように、本発明に係る磁気センサー素子と、角度算出部２５０と、磁気発生部３００と、を含む。以下では、本発明に係る磁気センサー素子として、磁気センサー素子１０００を用いた例について説明する。

磁気センサー素子１０００は、基板１の面１ａに形成されている。図示の例では、磁気センサー素子１０００は、４つ設けられている。基板１の面１ａの平面形状は、例えば矩形であり、電界効果トランジスター１００は、基板１の面１ａの各辺に沿って４つ設けられている。４つの電界効果トランジスター１００は、基板１の面１ａの中心Ｏを中心として、回転対象となるように配置されていてもよい。

角度算出部２５０は、基板１の面１ａに設けられている。角度算出部２５０は、集積回路からなることができる。角度算出部２５０は、磁気センサー素子１０００により検出された磁界分布（２つのドレイン電流の差分）から、磁気発生部３００の回転角度を算出することができる。

磁気発生部３００は、基板１の面１ａと対向して設けられている。磁気発生部３００は、基板１と離間しており、磁気発生部３００と基板１の面１ａとの間の距離は、例えば、０．１ｍｍ〜５ｍｍである。磁気発生部３００の材質は、永久磁石であってもよいし、永久磁石と磁性材との複合体であってもよい。磁石発生部３００は、境界線３０３を境界として、Ｎ磁極部３０２とＳ磁極部３０４とを有している。磁気発生部３００は、回転部材３１０の先端に設けられている。磁気発生部３００は、回転部材３１０の回転によって、回転することができる。すなわち、Ｎ磁極部３０２およびＳ磁極部３０４は、回転中心軸Ｒの回りを旋回移動することができる。回転中心軸Ｒは、基板１の面１ａの中心Ｏを通ることできる。

回転検出装置３０００は、磁気センサー素子１０００および角度算出部２５０によって、磁気発生部３００の回転角度を検出することができる。ここで、図８は、回転検出装置３０００の検出方法を説明するための平面図である。なお、図８では、便宜上、電界効果トランジスター１００、およびＮ磁極部３０２とＳ磁極部３０４との境界線３０３のみを図示している。

図８に示す例では、４つの電界効果トランジスター１００のうち、２つの電界効果トランジスター１００ａ，１００ｂがＸ軸に沿って設けられ、もう２つの電界効果トランジスター１００ｃ，１００ｄがＹ軸に沿って設けられている。図８では、境界線３０３が、Ｘ軸に平行な位置から角度θ傾いた状態（磁気発生部３００の回転角度がθの状態）を示している。

図８に示す状態において、例えば、電界効果トランジスター１００ａの左端から右端に向けて（＋Ｘ軸方向に向けて）、順次、２つのドレイン（ドレインとして機能する不純物領域）と１つのソース（ソースとして機能する不純物領域）との間に電圧を印加し、２つのドレイン電流の差分を検出する。次に、電界効果トランジスター１００ｄの上端から下端に向けて（−Ｙ軸方向に向けて）、同様に順次電圧を印加し、ドレイン電流の差分を検出する。次に、電界効果トランジスター１００ｂの右端から左端に向けて（−Ｘ軸方向に向けて）、同様に順次電圧を印加し、ドレイン電流の差分を検出する。次に、電界効果トランジスター１００ｃの下端から上端に向けて（＋Ｙ軸方向に向けて）、同様に順次電圧を印加し、ドレイン電流の差分を検出する。

このとき、境界線３０３近傍では磁界が発生しないため、電界効果トランジスター１００ａ〜１００ｄにおいて、例えば、ドレイン電流の差分がゼロとなる領域Ｚが生じる。角度検出部２５０では、領域Ｚの位置を検知することにより、回転角度θを算出することができる。

なお、上記の方法で回転角度θを検出する場合は、磁界が印加されていない状態において、ドレイン電流の差分をゼロとなるように（ゼロに近づけるように）設定しておくことが望ましい。

また、以下のような方法で、回転角度θを算出することもできる。すなわち、磁界が印加されていない状態で、予め、電界効果トランジスター１００の２つのドレインと１つのソースとの間に、順次電圧を印加して、ドレイン電流の差分を検出する。次に、磁界を印加した状態で再度同様に、順次電圧を印加して、ドレイン電流の差分を検出する。そして、磁界を印加する前後で、ドレイン電流の差分に変化が生じない位置を検出することによって、回転角度θを算出することもできる。

本実施形態に係る回転検出装置３０００によれば、本発明に係る磁気センサー（例えば磁気センサー素子１０００）を含むことができる。磁気センサー素子１０００は、上述のとおり、高い分解能を有することができる。そのため、回転検出装置３０００は、高い検出能力を有することができる。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１ 基板、３ 素子分離絶縁層、１０ ゲート、１２ ゲート絶縁層、
１４ ゲート電極、２０ 一方側の不純物領域、２２ 第１不純物領域、
２４ 第２不純物領域、３０ 他方側の不純物領域、３２ 第３不純物領域、
３４ 第４不純物領域、４０ 一方側のダミー不純物領域、
４２ 第１ダミー不純物領域、４４ 第２ダミー不純物領域、
５０ 他方側のダミー不純物領域、５２ 第３ダミー不純物領域、
５４ 第４ダミー不純物領域、６０ 制御回路、７０ スイッチ、７１ 第１スイッチ、
７２ 第２スイッチ、７３ 第３スイッチ、７４ 第４スイッチ、
８１〜８４ スイッチ、１００ 電界効果トランジスター、２００ 制御部、
２５０ 角度算出部、３００ 磁気発生部、３０２ Ｎ磁極部、３０３ 境界線、
３０４ Ｓ磁極部、３１０ 回転部材、１０００ 磁気センサー素子、
３０００ 回転検出装置

Claims (6)

1. 電界効果トランジスターと、
   前記電界効果トランジスターを制御する制御部と、
   を含み、
   前記電界効果トランジスターは、
   ゲート電極と、
   前記ゲート電極の一方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第１不純物領域および第２不純物領域と、
   前記ゲート電極の他方側に、ゲート幅方向に並んで形成された、第３不純物領域および第４不純物領域と、
   を有し、
   前記制御部は、第１制御および第２制御を行い、
   前記第１制御では、
   前記第１不純物領域および前記第２不純物領域を第１端子に電気的に接続し、前記第３不純物領域を第２端子に電気的に接続し、
   前記第２制御では、
   前記第３不純物領域および前記第４不純物領域を前記第１端子に電気的に接続し、前記第２不純物領域を前記第２端子に電気的に接続し、
   前記第１端子の電位は、前記第２端子の電位より大きい、磁気センサー素子。
2. 請求項１において、
   前記第３不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第１仮想直線上に配置され、かつ前記第１仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
   前記第１不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第２不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第１仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
   前記第２不純物領域のチャネル領域との境界線は、ゲート幅方向と直交する第２仮想直線上に配置され、かつ前記第２仮想直線を対称軸として線対称に配置され、
   前記第３不純物領域のチャネル領域との境界線と、前記第４不純物領域のチャネル領域との境界線とは、前記第２仮想直線を対称軸として線対称に配置されている、磁気センサー素子。
3. 請求項１または２において、
   前記第１不純物領域と前記第３不純物領域との間の距離、前記第２不純物領域と前記第３不純物領域との間の距離、および前記第２不純物領域と前記第４不純物領域との間の距離は、互いに等しい、磁気センサー素子。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記電界効果トランジスターは、前記ゲート電極を共通として、ゲート幅方向に繰り返し連続して並んでいる、磁気センサー素子。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記電界効果トランジスターは、
   前記ゲート電極の一方側に形成された、第１ダミー不純物領域および第２ダミー不純物領域と、
   前記ゲート電極の他方側に形成された、第３ダミー不純物領域および第４ダミー不純物領域と、
   を、さらに有し、
   前記第１不純物領域および前記第２不純物領域は、前記第１ダミー不純物領域と前記第２ダミー不純物領域との間に配置され、
   前記第３不純物領域および前記第４不純物領域は、前記第３ダミー不純物領域と前記第４ダミー不純物領域との間に配置されている、磁気センサー素子。
6. 磁気発生部と、
   前記磁気発生部からの磁界分布を検出する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁気センサー素子と、
   前記磁気センサー素子により検出された磁界分布から、前記磁気発生部の回転角度を算出する角度算出部と、
   を含む、回転検出装置。

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