JP2018048894A - センサ及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】感度を向上できるセンサ及び電子機器を提供する。【解決手段】実施形態によれば、膜部と、第1センサ部と、を含むセンサが提供される。前記膜部は、変形可能である。前記第1センサ部は、前記膜部に設けられる。前記第1センサ部は、第1導電層と、第2導電層と、第1磁性層と、第2磁性層と、第1中間層と、を含む。前記第2導電層は、前記第1導電層と前記膜部との間に設けられる。前記第1磁性層は、前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられる。前記第2磁性層は、前記第1磁性層と前記第2導電層との間に設けられる。前記第1中間層は、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられる。前記第1導電層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率と異なる。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、センサ及び電子機器に関する。
外部から加わる圧力を電気信号に変換する圧力センサなどのセンサがある。センサにおいて、感度の向上が求められている。
本発明の実施形態は、感度を向上できるセンサ及び電子機器を提供する。
本発明の実施形態によれば、膜部と、第1センサ部と、を含むセンサが提供される。前記膜部は、変形可能である。前記第1センサ部は、前記膜部に設けられる。前記第1センサ部は、第1導電層と、第2導電層と、第1磁性層と、第2磁性層と、第1中間層と、を含む。前記第2導電層は、前記第1導電層と前記膜部との間に設けられる。前記第1磁性層は、前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられる。前記第2磁性層は、前記第1磁性層と前記第2導電層との間に設けられる。前記第1中間層は、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられる。前記第1導電層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率と異なる。
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図1(a)は、本実施形態に係るセンサ110の平面図を表す。図1(a)は、図1(b)の矢印AAから見た平面図に対応する。図1(b)は、図1(a)に示すA1−A2線における断面を表す模式的斜視図である。図1(c)は、図1(b)に示すA3−A4線断面図である。
図1(a)は、本実施形態に係るセンサ110の平面図を表す。図1(a)は、図1(b)の矢印AAから見た平面図に対応する。図1(b)は、図1(a)に示すA1−A2線における断面を表す模式的斜視図である。図1(c)は、図1(b)に示すA3−A4線断面図である。
図1(a)及び図1(b)に示すように、センサ110は、膜部71と、センサ部50(第1センサ部51)と、を含む。センサ110は、例えば圧力センサである。
膜部71は、変形可能である。例えば、膜部71は、可撓性を有するトランスデュース薄膜である。膜部71は、支持部70sに支持される。例えば、膜部71及び支持部70sとなる基板の一部に凹部70hが形成される。基板のうちの薄い部分が膜部71となる。基板のうちの厚い部分が支持部70sとなる。支持部70sは、膜部71の外縁と接続されている。膜部71の平面形状は、例えば、略四角形(長方形などを含む)または円形(偏平円を含む)などである。変形可能な上述の膜は、自由端を有しても良い。この例では、膜部71の外縁71Eの一部(延在部71e)は、支持部70sと接続されている。延在部70eは、膜部71の外縁71Eのうちで第1センサ部51と最近接する部分(辺)を含む。膜部71は、例えば、膜面に対して垂直な方向(例えばZ軸方向)に撓むことができる。
図1(b)に示すように、膜部71は、第1膜面71pと、第2膜面71qと、を有する。第2膜面71qは、第1膜面71pとは反対側の面である。膜部71は、第1膜面71pと接する第1空間S1と、第2膜面71qと接する第2空間S2と、の間に位置する。膜部71は、第1空間S1からの圧力(気圧)と、第2空間S2からの圧力(気圧)と、が異なる場合に、変形する。例えば、膜部71は、音波や超音波などによる外部からの圧力によって変形する。
膜部71となる膜は、外部圧力によって撓む部分を含む。膜部71は、外部圧力によって撓む部分よりも外側の部分を含んでも良い。膜部71において、例えば、外部圧力によって撓む部分と、外側の部分と、が連続していても良い。膜部71は、支持部70sによって支持され、外部圧力によって撓む。
図1(b)は、第1空間S1の気圧と、第2空間S2の気圧とが実質的に同じ状態(以下、第1状態)におけるセンサ110を表す。例えば、第1状態においては、第1膜面71pに外部から印加される圧力と、第2膜面71qに外部から印加される圧力と、が実質的に等しい。第1状態において、例えば、音波等の検知対象による変形が膜部71に生じていない。第1状態において、例えば、第1空間S1及び第2空間S2の両方の圧力が、大気圧である。
この例では、第1状態における膜部71は、略平坦である。実施形態において、第1状態において膜部71は、上に凸の形状を有してもよい。実施形態において、第1状態において膜部71は、下に凸の形状を有してもよい。
例えば、第1センサ部51(センサ部50)は、膜部71の変形を検知する歪検知素子である。第1センサ部51は、膜部71に設けられる。第1センサ部51は、例えば、膜部71の一部の上に設けられる。この面の表裏(上下)は任意である。センサ部50が設けられる位置は、膜部71の歪量が大きい位置であることが望ましい。センサ部50の位置は、膜部71の外縁付近(辺縁部)であることが望ましい。
図1(a)に示すように、センサ110は、第1配線LL1、第2配線LL2、第1センサ電極EL1、第2センサ電極EL2及び制御部60を含んでもよい。第1センサ部51は、第1配線LL1、第2配線LL2、第1センサ電極EL1及び第2センサ電極EL2を介して、制御部60と電気的に接続される。制御部60は、第1センサ部51からの信号(電気抵抗など)を検知することができる。
実施形態において、電気的に接続される状態は、複数の導体が直接接する状態の他に、複数の導体が他の導体を介して接続される場合を含む。電気的に接続される状態は、複数の導体が、スイッチングまたは増幅などの機能を有する素子を介して接続される場合を含む。
支持部70sと第1センサ部51とを最近接で結ぶ方向をY軸方向(第1方向)とする。Y軸方向に対して垂直な1つの方向をZ軸方向とする。Z軸方向は、膜部71と第1センサ部51とを結ぶ方向に対応する。Y軸方向に対して垂直であり、Z軸方向に対して垂直な方向をX軸方向とする。例えば、延在部70eは、X軸方向に沿って延びる。
図1(c)に示すように、第1センサ部51は、第1磁性層11と、第2磁性層12と、第1中間層11iと、第1導電層21と、第2導電層22と、を含む。
第2導電層22は、第1導電層21と膜部71との間に設けられる。第1磁性層11は、第1導電層21と第2導電層22との間に設けられる。第2磁性層12は、第1磁性層11と第2導電層22との間に設けられる。第1中間層11iは、第1磁性層11と第2磁性層12との間に設けられる。第1中間層11iは、非磁性である。
第2導電層22は、第1導電層21と膜部71との間に設けられる。第1磁性層11は、第1導電層21と第2導電層22との間に設けられる。第2磁性層12は、第1磁性層11と第2導電層22との間に設けられる。第1中間層11iは、第1磁性層11と第2磁性層12との間に設けられる。第1中間層11iは、非磁性である。
例えば、第1導電層21は、上述の第1センサ電極EL1と電気的に接続される。第2導電層22は、上述の第2センサ電極EL2と電気的に接続される。
膜部71が変形すると、第1センサ部51に歪が生じる。第1磁性層11及び第2磁性層12の少なくともいずれかの磁化は、膜部71の変形に応じて変化する。膜部71の変形によりセンサ部50に応力(例えば面内の引っぱり応力)が印加され、第1磁性層11の磁化と、第2磁性層12の磁化と、の間の角度は、膜部71の変形に応じて変化する。この角度の変化により、第1磁性層11と第2磁性層12との間の電気抵抗(第1センサ部51の電気抵抗)が変化する。例えば、制御部60は、第1センサ電極EL1と第2センサ電極EL2との間の電気抵抗の変化を検知する。膜部71に加わる圧力を検知できる。
この例では、第1磁性層11が自由層(磁化自由層)であり、第2磁性層12が参照層(磁化参照層)である。例えば、第1磁性層11が参照層であり、第2磁性層12が自由層でも良い。第1磁性層11及び第2磁性層12の両方が自由層でも良い。上述の第1センサ部51に関する説明は、後述する他のセンサ部50(第2センサ部52など)にも適用される。
図1(c)に示すように、第1導電層21の曲率は、膜部71の少なくとも一部の曲率とは異なる。例えば、第1導電層21の曲率(絶対値)は、膜部71の少なくとも一部の曲率(絶対値)よりも高い。例えば、第1センサ部51が外部圧力を受けていない第1状態(初期状態)において、第1導電層21は、カーブ(湾曲)している。第1導電層21は、第1導電層面31と、第2導電層面32と、を有する。第2導電層面32は、第1導電層面31と膜部71との間に位置する。実施形態においては、第1状態において、第1導電層面31は、カーブしている。第1導電層21の曲率(絶対値)は、膜部71の少なくとも一部の曲率(絶対値)よりも低くてもよい。
膜部71に加わる圧力(歪)を第1センサ部51で検知する際に、検知の感度が歪に対してオフセットしている場合がある。例えば、0ではない歪のときに検知の感度が高く、歪が0のときに検知の感度が低いことがあることが分かった。これは、例えば、第1センサ部51の製造中などにおいて第1センサ部51に含まれる磁性層に歪が生じていることが原因であると考えられる。
実施形態においては、第1センサ部51が外部圧力を受けていない第1状態において、第1導電層21をカーブさせる。例えば、第1センサ部51の磁性層に、初期歪バイアスが与えられる。初期歪バイアスを、例えば、磁性層の残留歪を弱めるように作用させる。所望の範囲の外部圧力に対して、高い感度の検出が可能になる。実施形態によれば、感度を向上できるセンサを提供できる。
例えば、第1導電層21の厚さと第2導電層22の厚さとの関係を適切に設定することで、第1導電層21をカーブさせることができる。例えば、これらの材料が実質的に同じ場合において、第1導電層21の厚さを第2導電層22の厚さよりも薄くすると、例えば、第1導電層21の上面はカーブする。第1導電層21の材料を第2導電層22の材料とは異ならせることにより、カーブ状態を得ることもできる。
例えば、第1導電層21の熱履歴と、第2導電層22の熱履歴と、の差異によって、残留応力が加わる場合がある。例えば、このような残留応力を弱めるように、導電層の状態を制御する。適切な初期歪バイアスが磁性層に導入される。
一方、例えば、初期状態において膜部71を変形させることで、磁性層の初期歪を調整する方法が考えられる。これに対して、実施形態においては、第1センサ部51を初期状態において変形させる。このため、膜部71を変形させる場合に比べて、より直接的に、より効果的に磁性層の歪を調整できる。実施形態において、初期状態において第1センサ部51を変形(カーブ)させることに加えて、初期状態において膜部71を変形させても良い。
一方、例えば、初期状態において膜部71を変形させることで、磁性層の初期歪を調整する方法が考えられる。これに対して、実施形態においては、第1センサ部51を初期状態において変形させる。このため、膜部71を変形させる場合に比べて、より直接的に、より効果的に磁性層の歪を調整できる。実施形態において、初期状態において第1センサ部51を変形(カーブ)させることに加えて、初期状態において膜部71を変形させても良い。
図1(b)においては、第1センサ部51(第1導電層21)に導入するカーブは、上に凸である。上に凸のカーブの状態を、正の初期歪バイアスの状態とする。逆に下に凸のカーブの状態を、負の初期歪バイアスの状態とする。
実施形態において、第1センサ部51に生じる残留応力の状態と、検知の対象である圧力の状態などに基づいて初期歪バイアスの極性(カーブの向き)を制御しても良い。
第1センサ部51(第1導電層21)に導入されたカーブの状態は、光を用いて検出することができる(例えば、干渉法など)。カーブの状態の測定には、白色光干渉計を用いることができる。カーブの状態の測定には、レーザ変位計を用いてもよい。例えば、センサを分解した状態で、干渉光による測定を行う際に、膜部71の上側の空間(第2空間S2)と、膜部71の下側の空間(第1空間S1)とが、共に大気圧の時に、第1空間S1の気圧と第2空間S2の気圧とが実質的に同じ状態(第1状態)が得られるとする。
以下、センサ部の特性の例について説明する。
図2(a)及び図2(b)は、センサの特性を例示するグラフ図である。
横軸は、センサ部50(第1センサ部51)の歪ε(パーミル、1/1000)を示す。縦軸は、第1センサ部51の電気抵抗Rs(Ω)である。この図には、第1センサ部51の自由層として第1材料MT1を用いた場合と、第2材料MT2を用いた場合とが示されている。第1材料MT1において、ゲージファクタは、1500である。第2材料MT2において、ゲージファクタは、4000である。これらの試料においては、外部圧力が加わっていない状態において、第1センサ51の表面(第1導電層21の表面)は、実質的にフラットである。
図2(a)及び図2(b)は、センサの特性を例示するグラフ図である。
横軸は、センサ部50(第1センサ部51)の歪ε(パーミル、1/1000)を示す。縦軸は、第1センサ部51の電気抵抗Rs(Ω)である。この図には、第1センサ部51の自由層として第1材料MT1を用いた場合と、第2材料MT2を用いた場合とが示されている。第1材料MT1において、ゲージファクタは、1500である。第2材料MT2において、ゲージファクタは、4000である。これらの試料においては、外部圧力が加わっていない状態において、第1センサ51の表面(第1導電層21の表面)は、実質的にフラットである。
この例では、第1材料MT1に比べて第2材料MT2において、歪εに対する電気抵抗Rsの変化率が高い。これらのいずれの材料においても、歪εが0でないとき(例えば図2(a)に示す領域R1)において、電気抵抗Rsの大きな変化が得られる。歪εの絶対値が小さい領域R0においては、電気抵抗Rsの変化が小さく、感度が低い。
これに対して、実施形態においては、第1導電層21の曲率は、膜部71の曲率とは異なる。例えば、第1センサ部51が外部圧力を受けていない第1状態において、第1導電層21をカーブさせる。外部圧力を受けていない状態において、第1センサ部51に初期歪バイアスが与えられる。例えば、感度の高い動作領域(例えば図2(a)に示す領域R1)において、第1センサ部51を動作させることができる。実施形態によれば、感度を向上できるセンサを提供できる。
図2(a)及び図2(b)に示す例においては、自由層のλs(磁歪定数)が正である。図2(a)に示す例では、歪εの方向は、第2磁性層12の磁化の向きに対して垂直である。この場合、第1センサ部51に正の初期歪バイアスが与えられる。例えば、第1導電層21は、上に凸の形状を有する。例えば領域R1のような感度の高い動作領域を用いることができる。第1導電層面31の曲率(曲率半径の逆数)は、例えば、第1磁性層11の磁性材料等に応じて設定しても良い。例えば、第1磁性層11がFeBを含む場合には、初期歪バイアスは、0よりも大きく0.35(パーミル)以下が望ましい。このとき、第1導電層面31の曲率(ρ(mm−1))は、0<ρ≦2.0である。
図2(b)に示す例では、歪εの方向は、第2磁性層12の磁化の向きに対して平行である。この場合、第1センサ部51に負の初期歪バイアスが与えられる。例えば、第1導電層21は、下に凸の形状を有する。これにより、感度の高い動作領域を用いることができる。
第1導電層21(第1導電層面31)がカーブしている状態の例について、以下説明する。
図3は、第1の実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的断面図である。
第1導電層面31は、第1〜第3点P1a〜P3aを有する。第3点P3aは、第1導電層面31上において、第1点P1aと第2点P2aとの間に位置する。第1〜第3点P1a〜P3aは、Y−Z平面内に位置する。Y−Z平面は、支持部70sと第1センサ部51とを最近接で結ぶ第1方向と、第2磁性層12から第1磁性層11へ向かう第2方向と、を含む平面に対応する。例えば、第1点P1a及び第2点P2aは、第1導電層面31の端に位置し、第3点P3aは、第1導電層面31の中央に位置する。第1点P1aと第3点P3aとを結ぶ第1直線L1aは、第2点P2aと第3点P3aとを結ぶ第2直線L2aに対して傾斜している。
図3は、第1の実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的断面図である。
第1導電層面31は、第1〜第3点P1a〜P3aを有する。第3点P3aは、第1導電層面31上において、第1点P1aと第2点P2aとの間に位置する。第1〜第3点P1a〜P3aは、Y−Z平面内に位置する。Y−Z平面は、支持部70sと第1センサ部51とを最近接で結ぶ第1方向と、第2磁性層12から第1磁性層11へ向かう第2方向と、を含む平面に対応する。例えば、第1点P1a及び第2点P2aは、第1導電層面31の端に位置し、第3点P3aは、第1導電層面31の中央に位置する。第1点P1aと第3点P3aとを結ぶ第1直線L1aは、第2点P2aと第3点P3aとを結ぶ第2直線L2aに対して傾斜している。
この例では、第1導電層21は、第1状態において、上に凸の形状を有する。第1点P1aと第2点P2aとを結ぶ第3直線L3aは、膜部71と第3点P3aとの間に位置する。後述するように、第1導電層21は、第1状態において、下に凸の形状でもよい。第1磁性層11、第1中間層11i、第2磁性層12及び第2導電層22は、第1導電層21と同様にカーブしていてもよい。第1導電層面31の曲率(ρ)は、Z−Y平面に対して平行な断面における第1導電層面31の形状に対応する。
図1(c)に示すように、膜部71は、第1センサ部51が設けられた膜部領域71tを含む。例えば、膜部領域71tは、膜部71の面のうち第1センサ部51と接する領域である。例えば、第1導電層面31の曲率は、膜部領域71tの曲率とは異なる。例えば、膜部領域71tの曲率の符号(正または負)は、第1導電層31の曲率の符号と同じでも良い。例えば、膜部領域71tの曲率(絶対値)は、第1導電層31の曲率(絶対値)よりも低い。膜部領域71tの曲率は、ゼロでもよい。膜部領域71tの曲率の符号は、第1導電層31の曲率の符号と逆でもよい。膜部領域71tの曲率(ρ)は、Z−Y平面に対して平行な断面における膜部領域71tの形状に対応する。
第1導電層21及び第2導電層22の少なくともいずれかは、例えば、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Ag(銀)及びAu(金)からなる群から選択された少なくとも1つを含む。第1磁性層11及び第2磁性層12の少なくともいずれかは、例えば、Fe(鉄)、Co(コバルト)及びNi(ニッケル)を含む。第1中間層11iは、例えば、金属、絶縁体または半導体を含む。中間層11iは、例えば、MgOなどを含む。これらの導電層、これらの磁性層、及び、中間層11iの材料及び厚さなどの例については、後述する。
膜部71は、例えば、絶縁体を含む。膜部71は、例えば、金属を含んでも良い。膜部71は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化アルミニウムの少なくともいずれかを含む。膜部71の厚さは、例えば、200nm以上3μm以下である。好ましくは、膜部71の厚さは、例えば、300nm以上1.5μm以下である。膜部71の幅(例えば、X−Y平面に沿う方向の長さ)は、例えば、1μm以上2000μm以下である。より好ましくは、幅は、60μm以上、1500μm以下である。膜部71が矩形状である場合、膜部71の1辺の長さは、例えば1μm以上2000μm以下である。
図4(a)及び図4(b)は、第1の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。 図4(a)に示す実施形態に係るセンサ111は、複数のセンサ部50を含む。これ以外については、センサ111には、センサ110と同様の説明を適用可能である。図4(a)は、図1(b)と同様に、センサ111の断面を表している。複数のセンサ部50は、第1センサ部51と第2センサ部52とを含む。複数のセンサ部50は、例えばX軸方向に沿って並ぶ。
図4(b)は、図4(a)に示したA5−A6線におけるセンサ111の断面を示す。第2センサ部52は、第3磁性層13と、第4磁性層14と、第2中間層12iと、第3導電層23と、第4導電層24と、を含む。
第4導電層24は、第3導電層23と膜部71との間に設けられる。第3磁性層13は、第3導電層23と第4導電層24との間に設けられる。第4磁性層14は、第3磁性層13と第4導電層24との間に設けられる。第2中間層12iは、第3磁性層13と第4磁性層14との間に設けられる。この例では、第3磁性層13が自由層であり、第4磁性層14が参照層である。
第4導電層24は、第3導電層23と膜部71との間に設けられる。第3磁性層13は、第3導電層23と第4導電層24との間に設けられる。第4磁性層14は、第3磁性層13と第4導電層24との間に設けられる。第2中間層12iは、第3磁性層13と第4磁性層14との間に設けられる。この例では、第3磁性層13が自由層であり、第4磁性層14が参照層である。
第2センサ部52が外部圧力を受けていない第1状態(初期状態)において、第3導電層23は、カーブしている。第3導電層23は、第3導電層面33と、第4導電層面34と、を有する。第4導電層面34は、第3導電層面33と膜部71との間に位置する。第1状態において、第3導電層面33は、カーブしている。
第3導電層23(及び第3導電層面33)のカーブの形状は、前述した第1導電層21(及び第1導電層面31)と同様である。この例では、第3導電層23(及び第3導電層面33)は、図3に関する説明と同様に、上に凸の形状を有する。
複数のセンサ部50の少なくとも2つが、直列に接続されても良い。複数のセンサ部50を設けることで、センサ111の感度を向上させることができる。複数のセンサ部50のそれぞれにおいて、導電層(第1導電層21、第3導電層23など)がカーブしている。センサ111により、感度がより向上できる。
図5は、第1の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図5に示す実施形態に係るセンサ112は、前述のセンサ111と同様に複数のセンサ部50を含む。センサ112においては、複数のセンサ部50は、例えば直列に接続されている。複数のセンサ部50の1つの端は、第1センサ電極EL1と電気的に接続される。複数のセンサ部50の別の1つの端は、第2センサ電極EL2と電気的に接続される。複数のセンサ部50を直列に接続することで、複数のセンサ部50からの信号を大きくすることができる。圧力などの検知対象を高い精度で検知できる。
図5に示す実施形態に係るセンサ112は、前述のセンサ111と同様に複数のセンサ部50を含む。センサ112においては、複数のセンサ部50は、例えば直列に接続されている。複数のセンサ部50の1つの端は、第1センサ電極EL1と電気的に接続される。複数のセンサ部50の別の1つの端は、第2センサ電極EL2と電気的に接続される。複数のセンサ部50を直列に接続することで、複数のセンサ部50からの信号を大きくすることができる。圧力などの検知対象を高い精度で検知できる。
(第2の実施形態)
図6(a)〜図6(e)は、第2の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図6(a)は、本実施形態に係るセンサ113を例示する模式的平面図である。
図6(b)は、図6(a)に示すB1−B2線におけるセンサ113の断面を表す模式的斜視図である。
図6(c)は、膜部71のB1−B2線における模式的断面図である。
図6(d)は、図6(a)に示すB3−B4線における膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)の模式的断面図である。
図6(a)〜図6(e)は、第2の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図6(a)は、本実施形態に係るセンサ113を例示する模式的平面図である。
図6(b)は、図6(a)に示すB1−B2線におけるセンサ113の断面を表す模式的斜視図である。
図6(c)は、膜部71のB1−B2線における模式的断面図である。
図6(d)は、図6(a)に示すB3−B4線における膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)の模式的断面図である。
図6(a)〜図6(d)は、第1状態におけるセンサ113を表している。これらの図に示すように、本実施形態においては、膜部71は、第1状態において平坦でない。
図6(b)〜図6(d)に示すように、第1状態において、膜部71は下に凸の形状を有する。例えば、図6(c)に示すように、第2膜面71qの第2膜中心71r(重心)は、膜部71の外縁を含む平面75と、第1膜面71pの第1膜中心71s(重心)と、の間に位置する。
図6(e)は、第1センサ部51の磁性層の磁化方向と、第1センサ部51に生じる歪の方向と、を例示する模式図である。この例では、第1磁性層11は、自由層であり、第2磁性層12は、参照層である。例えば、第2磁性層12の第2磁化12mは、X軸方向(第3方向)に沿った方向に、実質的に固定されている。例えば、第1磁性層11の第1磁化11mは、第1状態においてX軸方向に沿う。第1状態において、第1磁化11mは、第2磁化12mとは逆方向である。
センサ113においては、第1磁性層11の磁歪定数(λs)は、正である。磁歪定数(λs)は、外部磁界を印加して強磁性層をある方向に飽和磁化させたときの形状変化の大きさを示す。外部磁界がない状態で強磁性層のある方向に沿った長さがLであるときに、外部磁界が印加されたときに当該長さがΔLだけ変化したとすると、磁歪定数λsは、ΔL/Lで表される。この変化量は磁界の大きさによって変わるが、磁歪定数λsは十分な磁界が印加され、磁化が飽和された状態のΔL/Lである。磁歪定数の符号が正である場合には、引っ張り応力が加わる方向が磁化容易軸となる。このときには、第1磁性層11(自由層)の磁化は、磁化容易軸の方向に回転する。一方、磁歪定数が負である場合には、引っ張り応力が加わる方向に垂直な方向が磁化容易軸となる。
図6(e)に示すように、第1センサ部51に、方向Dεの応力(歪)が印加される。方向Dεは、Y軸方向に沿った方向である。参照層の磁化の方向に対して垂直な方向の歪が生じる。このような場合、第1センサ部51には、正の初期歪バイアスが与えられる。この例において、図6(d)に示すように、第1センサ部51(第1導電層21)は、上に凸の形状を有する。
図7(a)及び図7(b)は、第2の実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的断面図である。
図7(a)は、図6(b)に示したB5−B6線におけるセンサ113の断面を示す。図7(b)は、図7(a)に示す第1導電層21を拡大して示す。図7(b)に示すように、第1導電層21及び第1導電層面31は、上に凸の形状を有する。
図7(a)は、図6(b)に示したB5−B6線におけるセンサ113の断面を示す。図7(b)は、図7(a)に示す第1導電層21を拡大して示す。図7(b)に示すように、第1導電層21及び第1導電層面31は、上に凸の形状を有する。
図7(b)に示すように、第1導電層面31は、第1〜第3点P1b〜P3bを有する。第3点P3bは、第1導電層面31上において、第1点P1bと第2点P2bとの間に位置する。第1〜第3点P1b〜P3bは、Y−Z平面内に位置する。例えば、第1点P1b及び第2点P2bは、第1導電層面31の端に位置し、第3点P3bは、第1導電層面31の中央に位置する。第1点P1bと第3点P3bとを結ぶ第1直線L1bは、第2点P2bと第3点P3bとを結ぶ第2直線L2bに対して傾斜している。第1点P1bと第2点P2bとを結ぶ第3直線L3bは、膜部71と第3点P3bとの間に位置する。
このように第1導電層21がカーブしている。第1センサ部51の磁性層に適切な初期歪バイアスが与えられる。第1センサ部51の感度を高くすることができる。
第1状態において、膜部71は、例えば、平坦、または、下に凸である。実施形態において、第1状態において、膜部71は、上に凸でよい。
図8は、実施形態に係るセンサの形状を例示するグラフ図である。
図8は、図6(a)〜図6(e)に示したセンサ113の第1状態における形状を例示する。図8の縦軸は、膜部71(例えば第2膜面71q)及び第1導電層21(例えば第1導電層面31)のZ軸方向における位置Zq(μm)を表す。図8の縦軸は、Y軸方向における位置Yq(μm)を表す。
図8は、図6(a)〜図6(e)に示したセンサ113の第1状態における形状を例示する。図8の縦軸は、膜部71(例えば第2膜面71q)及び第1導電層21(例えば第1導電層面31)のZ軸方向における位置Zq(μm)を表す。図8の縦軸は、Y軸方向における位置Yq(μm)を表す。
図8に示した範囲Ry1及び範囲Ry2は、第1導電層21の形状に対応する。図8に示した範囲Ry3は、膜部71の形状に対応する。図8に示すように、第1導電層21(第1導電層面31)の曲率は、膜部71(第2膜面71q)の少なくとも一部の曲率とは異なる。例えば、第1導電層21の曲率は、膜部71の中心71cの曲率よりも高い。中心71cは、Z軸方向に対して垂直な方向(例えばY軸方向)における膜部71の中心である。
膜部71は、中心71cを含む領域Rcを含む。領域Rcは、第1センサ部51と膜部71の中心71cとを結ぶ第4方向に沿って延在する領域である。第4方向は、例えば、Y軸方向である。領域Rcの第4方向に沿った長さは、例えば、膜部71の第4方向に沿った長さの0.5倍以上0.8倍以下である。例えば、第4方向とZ軸方向とを含む平面上において、第1導電層21の曲率は、領域Rcの曲率よりも高い。
図9は、センサの形状を例示するグラフ図である。
図9は、センサ121〜124における第1導電層面31の形状を例示している。センサ121〜124において、膜部71の凹凸形状及び第1導電層面31の凹凸形状が、互いに異なる。センサ部の平面サイズは、約20μm×20μmである。
図9は、センサ121〜124における第1導電層面31の形状を例示している。センサ121〜124において、膜部71の凹凸形状及び第1導電層面31の凹凸形状が、互いに異なる。センサ部の平面サイズは、約20μm×20μmである。
図9の縦軸は、Z軸方向における第1導電層面31の位置Zp(nm)を表す。図9の横軸は、Y軸方向における位置Yp(μm)を表す。横軸の値が120μm未満の範囲において、位置Zpは、膜部71の形状に対応する。横軸の値が120μm以上140μm以下の範囲において、位置Zpは、第1磁性層11上に設けられた第1導電層面31の形状に対応する。横軸の値が140μmを超える範囲において、位置Zpは、支持部70sに対応する。
図10(a)〜図10(c)は、センサの形状を例示するグラフ図である。
図10(a)は、上述のセンサ121〜124及びセンサ125〜127における第1導電層面31のカーブの形状を例示している。図10(a)の縦軸は、第1導電層面31のZ方向変位Δh(nm)を表す。Z方向変位Δh(nm)は、図9に示した位置Zp(nm)により表される第1導電層面31の形状を回転させることにより得られる。
図10(a)の横軸は、Y軸方向における位置Yp(μm)を表す。
図10(b)は、図10(a)に示すデータから算出される第1導電層面31の曲率ρ(mm−1)を表す。
図10(c)は、図10(b)に示す曲率ρを、第1センサ部51に与えられる初期歪バイアスεi(パーミル)に換算した値を表す。
図10(a)は、上述のセンサ121〜124及びセンサ125〜127における第1導電層面31のカーブの形状を例示している。図10(a)の縦軸は、第1導電層面31のZ方向変位Δh(nm)を表す。Z方向変位Δh(nm)は、図9に示した位置Zp(nm)により表される第1導電層面31の形状を回転させることにより得られる。
図10(a)の横軸は、Y軸方向における位置Yp(μm)を表す。
図10(b)は、図10(a)に示すデータから算出される第1導電層面31の曲率ρ(mm−1)を表す。
図10(c)は、図10(b)に示す曲率ρを、第1センサ部51に与えられる初期歪バイアスεi(パーミル)に換算した値を表す。
センサ121においては、曲率ρはゼロに近く、初期歪バイアスεiはゼロに近い。センサ124においては、曲率ρは約3.7(mm−1)であり、初期歪バイアスεiは約0.56(パーミル)である。センサ125においては、曲率ρは約2.4(mm−1)であり、初期歪バイアスεiは約0.37(パーミル)である。センサ126においては、曲率ρは約1.67(mm−1)であり、初期歪バイアスεiは約0.25(パーミル)である。センサ123及び127のそれぞれにおいては、曲率ρは約1.8(mm−1)であり、初期歪バイアスεiは約0.275(パーミル)である。センサ122においては、曲率ρは約1.3(mm−1)であり、初期歪バイアスεiは約0.2(パーミル)である。このように、曲率ρが大きくなると、初期歪バイアスεiが大きくなる。
図2に例示したように、歪に対する電気抵抗の変化の特性においてオフセットがあり、このオフセットに応じて、初期歪バイアスが設定される。望ましい初期歪バイアスに応じて、第1導電層面31の曲率の範囲が設定される。
実施形態において、例えば、第1磁性層11の材料がFeBを含む場合には、第1導電層面31の曲率(ρ)は、0<ρ≦2.0(mm−1)とする。第1導電層面31の曲率(ρ)は、0.1≦ρ≦2.0(mm−1)でもよい。例えば、センサ部において設けられる複数の層の材料、及び、複数の層の厚さなどに応じて、複数の層における応力が調整される。これにより、カーブの程度(例えば曲率)を調整することができる。
図11(a)〜図11(e)は、第2の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図11(a)は、本実施形態に係るセンサ114を例示する模式的平面図である。
図11(b)は、図11(a)に示すC1−C2線におけるセンサ114の断面を表す模式的斜視図である。
図11(c)は、膜部71のC1−C2線における模式的断面図である。
図11(d)は、図11(a)に示すC3−C4線における膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)の模式的断面図である。
図11(a)〜図11(d)は、第1状態におけるセンサ114を表している。
図11(a)は、本実施形態に係るセンサ114を例示する模式的平面図である。
図11(b)は、図11(a)に示すC1−C2線におけるセンサ114の断面を表す模式的斜視図である。
図11(c)は、膜部71のC1−C2線における模式的断面図である。
図11(d)は、図11(a)に示すC3−C4線における膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)の模式的断面図である。
図11(a)〜図11(d)は、第1状態におけるセンサ114を表している。
図11(b)〜図11(d)に示すように、第1状態において、膜部71は上に凸の形状を有する。例えば、図11(c)に示すように、第1膜面71pの第1膜中心71sは、膜部71の外縁を含む平面75と、第2膜面71qの第2膜中心71rと、の間に位置する。
図11(e)は、第1センサ部51の磁性層の磁化方向と、第1センサ部51に加えられる応力(歪)の方向と、を例示する模式図である。この例では、第1磁性層11は、自由層であり、第2磁性層12は、参照層である。例えば、第2磁性層12の第2磁化12mは、X軸方向に沿った方向に固定されている。例えば、第1磁性層11の第1磁化11mは、第1状態においてX軸方向に沿う。第1状態において、第1磁化11mは、第2磁化12mとは逆方向である。センサ114においては、第1磁性層11の磁歪定数(λs)は、負である。
第1センサ部51において、図11(e)に示すように、方向Dεの応力(歪)が印加される。方向Dεは、Y軸方向に沿った方向である。参照層の磁化の方向に対して垂直な方向の歪が、第1センサ部51に生じる。このような場合、第1センサ部51には、負の初期歪バイアスが与えられる。図11(d)に示すように、第1センサ部51(第1導電層21)は、下に凸の形状を有している。
図12(a)及び図12(b)は、第2の実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的断面図である。
図12(a)は、図11(b)に示したC5−C6線におけるセンサ114の断面を示す。図12(b)は、図11(a)に示す第1導電層21を拡大して示す。図12(b)に示すように、第1導電層21及び第1導電層面31は、下に凸の形状を有する。
図12(a)は、図11(b)に示したC5−C6線におけるセンサ114の断面を示す。図12(b)は、図11(a)に示す第1導電層21を拡大して示す。図12(b)に示すように、第1導電層21及び第1導電層面31は、下に凸の形状を有する。
図12(b)に示すように、第1導電層面31は、第1〜第3点P1c〜P3cを有する。第3点P3cは、第1導電層面31上において第1点P1cと第2点P2cとの間に位置する。第1〜第3点P1c〜P3cは、Y−Z平面内に位置する。例えば、第1点P1c及び第2点P2cは、第1導電層面31の端に位置し、第3点P3cは、第1導電層面31の中央に位置する。第1点P1cと第3点P3cとを結ぶ第1直線L1cは、第2点P2cと第3点P3cとを結ぶ第2直線L2cに対して傾斜している。第3点P3cは、第1点P1cと第2点P2cとを結ぶ第3直線L3cと、膜部71と、の間に位置する。
このように第1導電層21がカーブしている。第1センサ部51に適切な初期歪バイアスが与えられる。第1センサ部51の感度を高くすることができる。センサ114において、膜部71は、第1状態において、平坦または上に凸である。この例において、膜部71は、第1状態において、下に凸でもよい。
図13(a)〜図13(e)は、第2の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図13(a)は、本実施形態に係るセンサ115を例示する模式的平面図である。
図13(b)は、図13(a)に示すD1−D2線におけるセンサ115の断面を表す模式的斜視図である。
図13(c)は、膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)のD1−D2線における模式的断面図である。
図13(d)は、図13(a)に示すD3−D4線における膜部71の模式的断面図である。
図13(a)〜図13(d)は、第1状態におけるセンサ115を表している。図13(b)〜図13(d)に示すように、第1状態において、膜部71は下に凸の形状を有する。
図13(a)は、本実施形態に係るセンサ115を例示する模式的平面図である。
図13(b)は、図13(a)に示すD1−D2線におけるセンサ115の断面を表す模式的斜視図である。
図13(c)は、膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)のD1−D2線における模式的断面図である。
図13(d)は、図13(a)に示すD3−D4線における膜部71の模式的断面図である。
図13(a)〜図13(d)は、第1状態におけるセンサ115を表している。図13(b)〜図13(d)に示すように、第1状態において、膜部71は下に凸の形状を有する。
図13(e)は、第1センサ部51の磁性層の磁化方向と、第1センサ部51に加えられる応力(歪)の方向と、を例示する模式図である。この例では、第1磁性層11は、自由層であり、第2磁性層12は、参照層である。例えば、第2磁性層12の第2磁化12mは、Y軸方向に沿った方向に固定されている。例えば、第1磁性層11の第1磁化11mは、第1状態においてY軸方向に沿う。第1状態において、第1磁化11mは、第2磁化12mとは逆方向である。センサ115においては、第1磁性層11の磁歪定数(λs)は、負である。
第1センサ部51には、図11(e)に示すように、方向Dεの応力(歪)が印加される。方向Dεは、Y軸方向に沿った方向である。参照層のピン方向に対して平行な方向の歪が、第1センサ部51に生じる。このような場合、第1センサ部51には、正の初期歪バイアスが与えられる。この例において、図13(c)に示すように、第1センサ部51(第1導電層21、第1導電層面31)は、上に凸の形状を有する。
第1センサ部51に適切な初期歪バイアスが与えられる。第1センサ部51の感度を高くすることができる。この例において、膜部71は、第1状態において、平坦または下に凸である。この例において、膜部71は、第1状態において、上に凸でもよい。
図14(a)〜図14(e)は、第2の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図14(a)は、本実施形態に係るセンサ116を例示する模式的平面図である。
図14(b)は、図14(a)に示すE1−E2線におけるセンサ116の断面を表す模式的斜視図である。
図14(c)は、膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)のE1−E2線における模式的断面図である。
図14(d)は、図14(a)に示すE3−E4線における膜部71の模式的断面図である。
図14(a)〜図14(d)は、第1状態におけるセンサ116を表している。図14(b)〜図14(d)に示すように、第1状態において、膜部71は上に凸の形状を有する。
図14(a)は、本実施形態に係るセンサ116を例示する模式的平面図である。
図14(b)は、図14(a)に示すE1−E2線におけるセンサ116の断面を表す模式的斜視図である。
図14(c)は、膜部71及びセンサ部50(第1センサ部51)のE1−E2線における模式的断面図である。
図14(d)は、図14(a)に示すE3−E4線における膜部71の模式的断面図である。
図14(a)〜図14(d)は、第1状態におけるセンサ116を表している。図14(b)〜図14(d)に示すように、第1状態において、膜部71は上に凸の形状を有する。
図14(e)は、第1センサ部51の磁性層の磁化方向と、第1センサ部51に加えられる応力(歪)の方向と、を例示する模式図である。この例では、第1磁性層11は、自由層であり、第2磁性層12は、参照層である。例えば、第2磁性層12の第2磁化12mは、Y軸方向に沿った方向に固定されている。例えば、第1磁性層11の第1磁化11mは、第1状態においてY軸方向に沿う。第1状態において、第1磁化11mは、第2磁化12mの方向とは逆方向である。センサ116においては、第1磁性層11の磁歪定数(λs)は、正である。
第1センサ部51には、図14(e)に示すように、方向Dεの応力(歪)が印加される。方向Dεは、Y軸方向に沿った方向である。参照層のピン方向に対して平行な方向の歪が、第1センサ部51に生じる。このような場合、第1センサ部51には、負の初期歪バイアスが与えられる。この例において、図14(c)に示すように、第1センサ部51(第1導電層21、第1導電層面31)は、下に凸の形状を有している。
第1センサ部51に適切な初期歪バイアスが与えられる。第1センサ部51の感度を高くすることができる。この例において、膜部71は、第1状態において、平坦または上に凸である。この例において、膜部71は、第1状態において、下に凸でもよい。
(第3の実施形態)
図15(a)及び図15(b)は、第3の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るセンサ117は、前述の第1センサ部51の代わりに、第1センサ部51aを含む。図15(a)は、支持部70sの一部、膜部71の一部及び第1センサ部51を表している。第1センサ部51aは、膜部71の上に設けられる。第1センサ部51aは、第1磁性層11と、第2磁性層12と、第1中間層11iとを含む。第2磁性層12は、第1磁性層11と膜部71との間に設けられる。
図15(a)及び図15(b)は、第3の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るセンサ117は、前述の第1センサ部51の代わりに、第1センサ部51aを含む。図15(a)は、支持部70sの一部、膜部71の一部及び第1センサ部51を表している。第1センサ部51aは、膜部71の上に設けられる。第1センサ部51aは、第1磁性層11と、第2磁性層12と、第1中間層11iとを含む。第2磁性層12は、第1磁性層11と膜部71との間に設けられる。
第1センサ部51aにおいては、第1導電層21及び第2導電層22の位置が、第1センサ51の場合とは異なる。これ以外については、第1センサ部51aには、第1センサ部51と同様の説明を適用できる。この例では、第1導電層21は、第2磁性層12の1つの領域と接続される。第2導電層22は、第2磁性層12の別の1つの領域と接続される。第2磁性層12の上述の別の1つの領域は、Z軸方向と交差する方向において、第2磁性層12の上述の1つの領域と並ぶ。第1センサ部51aにおいて、電流は、磁性層の層面に沿って流れる。第1センサ部51aは、CIP型である。第1センサ51aにおいて、第2磁性層12と膜部71との間において、第1導電層21と第2導電層22との間に、絶縁層21iが設けられている。
上述以外については、センサ117には、前述のセンサ110と同様の説明を適用可能である。
上述以外については、センサ117には、前述のセンサ110と同様の説明を適用可能である。
第1センサ51aにおいて、第1導電層21が、第1中間層11iの1つの領域と接続され、第2導電層22が、第1中間層11iの別の1つの領域と接続されても良い。第1中間層11iの上述の別の領域は、Z軸方向と交差する方向において、第1中間層11iの上述の1つの領域と、並ぶ。この場合も、電流は、磁性層の層面に沿って流れる。
第1センサ51aにおいて、第1導電層21が、第1磁性層11の1つの領域と接続され、第2導電層22が、第1磁性層11の別の1つの領域と接続されても良い。第1磁性層11の上述の別の領域は、Z軸方向と交差する方向において、第1磁性層11の上述の1つの領域と、並ぶ。この場合も、電流は、磁性層の層面に沿って流れる。
図15(a)に示すように、第1磁性層11の曲率は、膜部71の少なくとも一部の曲率とは異なる。例えば、第1磁性層11の曲率(絶対値)は、膜部71の少なくとも一部の曲率(絶対値)よりも高い。図15(b)は、図15(a)に示す第1磁性層11を拡大して示す。図15(b)に示すように、例えば、第1センサ部51aが外部圧力を受けていない第1状態(初期状態)において、第1磁性層11は、カーブしている。第1磁性層11は、第1磁性層面41と、第2磁性層面42と、を有する。第2磁性層面42は、第1磁性層面41と膜部71との間に位置する。例えば、第1状態において、第1磁性層面41は、カーブしている。第1磁性層11の曲率(絶対値)は、膜部71の少なくとも一部の曲率(絶対値)よりも低くてもよい。
第1磁性層面41は、第1〜第3点P1d〜P3dを有する。第3点P3dは、第1磁性層面41上において、第1点P1dと第2点P2dとの間に位置する。第1〜第3点P1d〜P3dは、Y−Z平面内に位置する。例えば、第1点P1d及び第2点P2dは、第1磁性層面41の端に位置し、第3点P3dは、第1磁性層面41の中央に位置する。第1点P1dと第3点P3dとを結ぶ第1直線L1dは、第2点P2dと第3点P3dとを結ぶ第2直線L2dに対して傾斜している。
この例では、第1磁性層11は、第1状態において、上に凸の形状を有する。第1点P1dと第2点P2dとを結ぶ第3直線L3dは、膜部71と第3点P3dとの間に位置する。
この例において、第1磁性層11は、第1状態において、下に凸の形状でもよい。第3点P3dは、第1点P1dと第2点P2dとを結ぶ第3直線L3dと、膜部71と、の間に位置してもよい。中間層11i、第2磁性層12は、第1磁性層11と同様にカーブしていてもよい。第1磁性層面41の曲率は、例えば、0(mm−1)より高く2.0(mm−1)以下が望ましく、例えば0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である。
図15(a)に示す例においては、膜部71は、第1状態において平坦である。この例において、膜部71は、第1状態において上に凸または下に凸でもよい。
図15(a)に示すように、膜部71は、第1センサ部51aが設けられた膜部領域71tを含む。例えば、膜部領域71tは、膜部71の面のうち第1センサ部51aと接する領域である。例えば、第1磁性層面41の曲率は、膜部領域71tの曲率とは異なる。例えば、膜部領域71tの曲率の符号(正または負)は、第1磁性層面41の曲率の符号と同じでもよい。例えば、膜部領域71tの曲率(絶対値)は、第1磁性層面41の曲率(絶対値)よりも低い。膜部領域71tの曲率は、ゼロでもよい。膜部領域71tの曲率の符号は、第1磁性層面41の曲率の符号と逆でもよい。
第4の実施形態においても、第1センサ部51aが外部圧力を受けていない第1状態において、第1磁性層11がカーブしている。第1センサ部51aに初期歪バイアスが与えられる。外部圧力に対して感度の高い動作領域において第1センサ部51aを動作させることができる。実施形態によれば、感度を高めることができるセンサを提供できる。
(第4の実施形態)
図16(a)及び図16(b)は、第4の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るセンサ118は、絶縁膜65を含む。これ以外については、センサ118には、前述のセンサ110と同様の説明を適用可能である。
図16(a)及び図16(b)は、第4の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るセンサ118は、絶縁膜65を含む。これ以外については、センサ118には、前述のセンサ110と同様の説明を適用可能である。
図16(a)に示すように、第1磁性層11は、絶縁膜65の少なくとも一部と、膜部71と、の間に設けられている。例えば、絶縁膜65の1つの領域65aと、膜部71と、の間に、第1磁性層11が設けられる。例えば、絶縁膜65の別の1つの領域65bは、膜部71と接している。絶縁膜65は、例えば、第1センサ部51を覆うパッシベーション膜である。絶縁膜65は、例えば酸化シリコン(SiO2)を含む。
絶縁膜65は、第1絶縁膜面61と第2絶縁膜面62とを有する。第2絶縁膜面62は、第1絶縁膜面61と第1磁性層11との間に位置する。第2絶縁膜面62において、絶縁膜65は、第1センサ部51の上面(例えば第1導電層面31または第1磁性層面41)と接する。第1絶縁膜面61は、絶縁膜65の表面のうち、第2絶縁膜面62とZ軸方向において離れた領域である。
絶縁膜65の領域65aの厚さt65(Z軸方向に沿う長さ)は、例えば、5nm以上200nm以下である。厚さt65は、100nm以下でも良い。
図16(a)に示すように、絶縁膜65の曲率は、膜部71の少なくとも一部の曲率とは異なる。例えば、絶縁膜65の曲率(絶対値)は、膜部71の少なくとも一部の曲率(絶対値)よりも高い。図16(b)は、図16(a)に示す絶縁膜65を拡大して示す。図16(b)に示すように、例えば、第1センサ部51が外部圧力を受けていない第1状態において、第1絶縁膜面61は、カーブしている。絶縁膜65の曲率(絶対値)は、膜部71の少なくとも一部の曲率(絶対値)よりも低くてもよい。
第1絶縁膜面61は、第1〜第3点P1e〜P3eを有する。第3点P3eは、第1絶縁膜面61上において、第1点P1eと第2点P2eとの間に位置する。第1〜第3点P1e〜P3eは、Y−Z平面内に位置する。例えば、第1点P1e及び第2点P2eは、第1絶縁膜面61の端に位置し、第3点P3eは、第1絶縁膜面61の中央に位置する。第1点P1eと第3点P3eとを結ぶ第1直線L1eは、第2点P2eと第3点P3eとを結ぶ第2直線L2eに対して傾斜している。
この例では、第1絶縁膜面61は、第1状態において、上に凸の形状を有する。第1点P1eと第2点P2eとを結ぶ第3直線L3eは、膜部71と第3点P3eとの間に位置する。
この例において、第1絶縁膜面61は、第1状態において、下に凸の形状でもよい。第3点P3eは、第1点P1eと第2点P2eとを結ぶ第3直線L3eと、膜部71と、の間に位置してもよい。第1導電層21、第1磁性層11、中間層11i、第2磁性層12及び第2導電層22は、第1絶縁膜面61と同様にカーブしていてもよい。第1絶縁膜面61の曲率は、例えば0(mm−1)より高く2.0(mm−1)以下が望ましく、例えば0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である。
図16(a)では、膜部71は、第1状態において平坦である。この例において、センサ113〜116の場合と同様に、膜部71は、第1状態において上に凸または下に凸でもよい。
図16(a)に示すように、膜部71は、第1センサ部51が設けられた膜部領域71tを含む。例えば、膜部領域71tは、膜部71の面のうち第1センサ部51と接する領域である。例えば、第1絶縁膜面61の曲率は、膜部領域71の曲率とは異なる。例えば、膜部領域71tの曲率の符号(正または負)は、第1絶縁膜面61の曲率の符号と同じでも良い。例えば、膜部領域71tの曲率(絶対値)は、第1絶縁膜面61の曲率(絶対値)よりも低い。膜部領域71tの曲率は、ゼロでもよい。膜部領域71tの曲率の符号は、第1絶縁膜面61の曲率の符号と逆でもよい。
以上説明したように本実施形態においては、第1センサ部51が外部圧力の印加を受けていない第1状態において、第1絶縁膜面61がカーブしている。第1センサ部51に初期歪バイアスが与えられる。外部圧力に対して感度の高い動作領域において第1センサ部51を動作させることができる。実施形態によれば、感度を高めることができるセンサを提供できる。
以下、実施形態において用いられるセンサ部の例について説明する。以下の説明において、「材料A/材料B」の記載は、材料Aの層の上に、材料Bの層が設けられている状態を示す。
図17は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図17に示すように、センサ部50Aにおいて、下部電極204と、下地層205と、ピニング層206と、第2磁化参照層207と、磁気結合層208と、第1磁化参照層209と、中間層203と、磁化自由層210と、キャップ層211と、上部電極212と、が、この順で並ぶ。センサ部50Aは、例えば、ボトムスピンバルブ型である。磁化参照層は、例えば、磁化固定層である。
図17に示すように、センサ部50Aにおいて、下部電極204と、下地層205と、ピニング層206と、第2磁化参照層207と、磁気結合層208と、第1磁化参照層209と、中間層203と、磁化自由層210と、キャップ層211と、上部電極212と、が、この順で並ぶ。センサ部50Aは、例えば、ボトムスピンバルブ型である。磁化参照層は、例えば、磁化固定層である。
下地層205には、例えば、タンタルとルテニウムの積層膜(Ta/Ru)が用いられる。このTa層の厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、3ナノメートル(nm)である。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。ピニング層206には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。第2磁化参照層207には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。磁気結合層208には、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。第1磁化参照層209には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。中間層203には、例えば、1.6nmの厚さのMgO層が用いられる。磁化自由層210には、例えば、4nmの厚さのCo40Fe40B20が用いられる。キャップ層211には、例えばTa/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
下部電極204及び上部電極212には、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム銅合金(Al−Cu)、銅(Cu)、銀(Ag)、及び、金(Au)の少なくともいずれかが用いられる。下部電極204及び上部電極212として、このような電気抵抗が比較的小さい材料を用いることで、センサ部50Aに効率的に電流を流すことができる。下部電極204及び上部電極212には、非磁性材料が用いられる。
下部電極204及び上部電極212は、例えば、下部電極204及び上部電極212用の下地層(図示せず)と、下部電極204及び上部電極212用のキャップ層(図示せず)と、それらの間に設けられたAl、Al−Cu、Cu、Ag、及び、Auの少なくともいずれかの層とを含んでいても良い。例えば、下部電極204及び上部電極212には、タンタル(Ta)/銅(Cu)/タンタル(Ta)などが用いられる。下部電極204及び上部電極212の下地層としてTaを用いることで、例えば、基板(例えば膜)と下部電極204及び上部電極212との密着性が向上する。下部電極204及び上部電極212用の下地層として、チタン(Ti)、または、窒化チタン(TiN)などを用いても良い。
下部電極204及び上部電極212のキャップ層としてTaを用いることで、そのキャップ層の下の銅(Cu)などの酸化が抑制される。下部電極204及び上部電極212用のキャップ層として、チタン(Ti)、または、窒化チタン(TiN)などを用いても良い。
下地層205には、例えば、バッファ層(図示せず)と、シード層(図示せず)とを含む積層構造が用いられる。このバッファ層は、例えば、下部電極204や膜等の表面の荒れを緩和し、このバッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層として、例えば、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)及びクロム(Cr)よりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。バッファ層として、これらの材料から選択された少なくとも1つの材料を含む合金を用いても良い。
下地層205のうちのバッファ層の厚さは、1nm以上10nm以下が好ましい。バッファ層の厚さは、1nm以上5nm以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が失われる。バッファ層の厚さが厚すぎると、センサ部50Aの厚さが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、例えば、そのシード層がバッファ効果を有する。この場合、バッファ層は省略しても良い。バッファ層には、例えば、3nmの厚さのTa層が用いられる。
下地層205のうちのシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。このシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。このシード層として、fcc構造(face-centered cubic structure:面心立方格子構造)、hcp構造(hexagonal close-packed structure:六方最密格子構造)またはbcc構造(body-centered cubic structure:体心立方格子構造)の金属等が用いられる。
下地層205のうちのシード層として、hcp構造のルテニウム(Ru)、または、fcc構造のNiFe、または、fcc構造のCuを用いることにより、例えば、シード層の上のスピンバルブ膜の結晶配向をfcc(111)配向にすることができる。シード層には、例えば、2nmの厚さのCu層、または、2nmの厚さのRu層が用いられる。シード層の上に形成される層の結晶配向性を高める場合には、シード層の厚さは、1nm以上5nm以下が好ましい。シード層の厚さは、1nm以上3nm以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。
一方、例えば、シード層の上に形成される層を結晶配向させる必要がない場合(例えば、アモルファスの磁化自由層を形成する場合など)には、シード層は省略しても良い。シード層としては、例えば、2nmの厚さのCu層が用いられる。
ピニング層206は、例えば、ピニング層206の上に形成される第2磁化参照層207(強磁性層)に、一方向異方性(unidirectional anisotropy)を付与して、第2磁化参照層207の磁化を固定する。ピニング層206には、例えば反強磁性層が用いられる。ピニング層206には、例えば、Ir−Mn、Pt−Mn、Pd−Pt−Mn、Ru−Mn、Rh−Mn、Ru−Rh−Mn、Fe−Mn、Ni−Mn、Cr−Mn−PtおよびNi−Oよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。Ir−Mn、Pt−Mn、Pd−Pt−Mn、Ru−Mn、Rh−Mn、Ru−Rh−Mn、Fe−Mn、Ni−Mn、Cr−Mn−PtおよびNi−Oよりなる群から選択された少なくともいずれかに、さらに添加元素を加えた合金を用いても良い。ピニング層206の厚さは適切に設定される。これにより、例えば、十分な強さの一方向異方性が付与される。
例えば、磁界印加中での熱処理が行われる。これにより、例えば、ピニング層206に接する強磁性層の磁化の固定が行われる。熱処理時に印加されている磁界の方向にピニング層206に接する強磁性層の磁化が固定される。熱処理温度(アニール温度)は、例えば、ピニング層206に用いられる反強磁性材料の磁化固着温度以上である。Mnを含む反強磁性層を用いる場合、ピニング層206以外の層にMnが拡散してMR変化率を低減する場合がある。熱処理温度は、Mnの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。熱処理温度は、例えば200℃以上500℃以下である。熱処理温度は、例えば、好ましくは、250℃以上400℃以下である。
ピニング層206として、PtMnまたはPdPtMnが用いられる場合には、ピニング層206の厚さは、8nm以上20nm以下が好ましい。ピニング層206の厚さは、10nm以上15nm以下がより好ましい。ピニング層206としてIrMnを用いる場合には、ピニング層206としてPtMnを用いる場合よりも薄い厚さで、一方向異方性を付与することができる。この場合には、ピニング層206の厚さは、4nm以上18nm以下が好ましい。ピニング層206の厚さは、5nm以上15nm以下がより好ましい。ピニング層206には、例えば、7nmの厚さのIr22Mn78層が用いられる。
ピニング層206として、ハード磁性層を用いても良い。ハード磁性層として、例えば、Co−Pt、Fe−Pt、Co−Pd、または、Fe−Pdなどを用いても良い。これらの材料においては、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、ハード磁性材料である。ピニング層206として、Co−Pt、Fe−Pt、Co−Pd、または、Fe−Pdにさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。例えば、CoPt(Coの比率は、50at.%以上85at.%以下)、(CoxPt100−x)100−yCry(xは、50at.%以上85at.%以下であり、yは、0at.%以上40at.%以下)、または、FePt(Ptの比率は、40at.%以上60at.%以下)などを用いても良い。
第2磁化参照層207には、例えば、CoxFe100−x合金(xは、0at.%以上100at.%以下)、または、NixFe100−x合金(xは、0at.%以上100at.%以下)が用いられる。これらの材料に非磁性元素を添加した材料が用いられても良い。第2磁化参照層207として、例えば、Co、Fe及びNiよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。第2磁化参照層207として、これらの材料から選択された少なくとも1つの材料を含む合金を用いても良い。第2磁化参照層207として、(CoxFe100−x)100−yBy合金(xは、0at.%以上100at.%以下であり、yは、0at.%以上30at.%以下)を用いることもできる。第2磁化参照層207として、(CoxFe100−x)100−yByのアモルファス合金を用いることで、センサ部のサイズが小さい場合にも、センサ部50Aの特性のばらつきを抑制することができる。
第2磁化参照層207の厚さは、例えば、1.5nm以上5nm以下が好ましい。これにより、例えば、ピニング層206による一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第2磁化参照層207の上に形成される磁気結合層を介して、第2磁化参照層207と第1磁化参照層209との間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第2磁化参照層207の磁気膜厚(飽和磁化と厚さとの積)は、第1磁化参照層209の磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。
薄膜でのCo40Fe40B20の飽和磁化は、約1.9T(テスラ)である。例えば、第1磁化参照層209として、3nmの厚さのCo40Fe40B20層を用いると、第1磁化参照層209の磁気膜厚は、1.9T×3nmであり、5.7Tnmとなる。一方、Co75Fe25の飽和磁化は、約2.1Tである。上述と等しい磁気膜厚が得られる第2磁化参照層207の厚さは、5.7Tnm/2.1Tであり、2.7nmとなる。この場合、第2磁化参照層207には、約2.7nmの厚さのCo75Fe25層を用いることが好ましい。第2磁化参照層207として、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。
センサ部50Aにおいては、第2磁化参照層207と磁気結合層208と第1磁化参照層209とにより、シンセティックピン構造が用いられている。その代わりに、1層の磁化参照層のシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁化参照層として、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。シングルピン構造の磁化参照層に用いる強磁性層として、上述の第2磁化参照層207の材料と同じ材料を用いても良い。
磁気結合層208は、第2磁化参照層207と第1磁化参照層209との間において、反強磁性結合を生じさせる。磁気結合層208は、シンセティックピン構造を形成する。磁気結合層208の材料として、例えば、Ruが用いられる。磁気結合層208の厚さは、例えば、0.8nm以上1nm以下であることが好ましい。第2磁化参照層207と第1磁化参照層209との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、磁気結合層208としてRu以外の材料を用いても良い。磁気結合層208の厚さは、例えば、RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)結合のセカンドピーク(2ndピーク)に対応する0.8nm以上1nm以下の厚さに設定される。さらに、磁気結合層208の厚さは、RKKY結合のファーストピーク(1stピーク)に対応する0.3nm以上0.6nm以下の厚さに設定しても良い。磁気結合層208の材料として、例えば、0.9nmの厚さのRuが用いられる。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。
第1磁化参照層209に用いられる磁性層は、MR効果に直接的に寄与する。第1磁化参照層209として、例えば、Co−Fe−B合金が用いられる。具体的には、第1磁化参照層209として、(CoxFe100−x)100−yBy合金(xは、0at.%以上100at.%以下であり、yは、0at.%以上30at.%以下)を用いることもできる。第1磁化参照層209として、(CoxFe100−x)100−yByのアモルファス合金を用いた場合には、例えば、センサ部50Aのサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間のばらつきを抑制することができる。
第1磁化参照層209の上に形成される層(例えばトンネル絶縁層(図示せず))を平坦化することができる。トンネル絶縁層の平坦化により、トンネル絶縁層の欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗で、より大きいMR変化率が得られる。例えば、トンネル絶縁層の材料としてMgOを用いる場合には、第1磁化参照層209として、(CoxFe100−x)100−yByのアモルファス合金を用いることで、トンネル絶縁層の上に形成されるMgO層の(100)配向性を強めることができる。MgO層の(100)配向性をより高くすることで、より大きいMR変化率が得られる。(CoxFe100−x)100−yBy合金は、アニール時にMgO層の(100)面をテンプレートとして結晶化する。このため、MgOと(CoxFe100−x)100−yBy合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいMR変化率が得られる。
第1磁化参照層209として、Co−Fe−B合金以外に、例えば、Fe−Co合金を用いても良い。
第1磁化参照層209がより厚いと、より大きなMR変化率が得られる。第1磁化参照層209が薄いと、例えば、より大きな固定磁界が得られる。MR変化率と固定磁界との間には、第1磁化参照層209の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第1磁化参照層209としてCo−Fe−B合金を用いる場合には、第1磁化参照層209の厚さは、1.5nm以上5nm以下が好ましい。第1磁化参照層209の厚さは、2.0nm以上4nm以下がより好ましい。
第1磁化参照層209には、上述の材料の他に、fcc構造のCo90Fe10合金、または、hcp構造のCo、または、hcp構造のCo合金が用いられる。第1磁化参照層209として、例えば、Co、Fe及びNiよりなる群から選択された少なくとも1つが用いられる。第1磁化参照層209として、これらの材料から選択された少なくとも1つの材料を含む合金が用いられる。第1磁化参照層209として、bcc構造のFeCo合金材料、50%以上のコバルト組成を含むCo合金、または、50%以上のNi組成の材料(Ni合金)を用いることで、例えば、より大きなMR変化率が得られる。
第1磁化参照層209として、例えば、Co2MnGe、Co2FeGe、Co2MnSi、Co2FeSi、Co2MnAl、Co2FeAl、Co2MnGa0.5Ge0.5、及び、Co2FeGa0.5Ge0.5などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。例えば、第1磁化参照層209として、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。
中間層203は、例えば、第1磁化参照層209と磁化自由層210との間の磁気的な結合を分断する。
中間層203の材料には、例えば、金属、絶縁体または半導体が用いられる。金属としては、例えば、Cu、AuまたはAg等が用いられる。中間層203として金属を用いる場合、中間層の厚さは、例えば、1nm以上7nm以下程度である。この絶縁体または半導体としては、例えば、マグネシウム酸化物(MgO等)、アルミニウム酸化物(Al2O3等)、チタン酸化物(TiO等)、亜鉛酸化物(ZnO等)、または、ガリウム酸化物(Ga−O)などが用いられる。中間層203として絶縁体または半導体を用いる場合は、中間層203の厚さは、例えば0.6nm以上2.5nm以下程度である。中間層203として、例えば、CCP(Current-Confined-Path)スペーサ層を用いても良い。スペーサ層としてCCPスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)の絶縁層中に銅(Cu)メタルパスが形成された構造が用いられる。例えば、中間層として、1.6nmの厚さのMgO層が用いられる。
磁化自由層210には、強磁性体材料が用いられる。磁化自由層210には、例えば、Fe、Co、Niを含む強磁性体材料が用いられる。磁化自由層210の材料として、例えばFeCo合金、NiFe合金等が用いられる。さらに、磁化自由層210には、Co−Fe−B合金、Fe−Co−Si−B合金、λs(磁歪定数)が大きいFe−Ga合金、Fe−Co−Ga合金、Tb−M−Fe合金、Tb−M1−Fe−M2合金、Fe−M3−M4−B合金、Ni、Fe−Al、または、フェライト等が用いられる。これらの材料においては、例えば、λs(磁歪定数)が大きい。上述のTb−M−Fe合金において、Mは、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つである。上述のTb−M1−Fe−M2合金において、M1は、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及びErよりなる群から選択された少なくとも1つである。M2は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つである。上述のFe−M3−M4−B合金において、M3は、Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及びTaよりなる群から選択された少なくとも1つである。M4は、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及びErよりなる群から選択された少なくとも1つである。上述のフェライトとしては、Fe3O4、(FeCo)3O4などが挙げられる。磁化自由層210の厚さは、例えば2nm以上である。
磁化自由層210には、ホウ素を含む磁性材料が用いられても良い。磁化自由層210には、例えば、Fe、Co及びNiよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素(B)とを含む合金が用いられても良い。磁化自由層210には、例えば、Co−Fe−B合金、または、Fe−B合金が用いられる。例えば、Co40Fe40B20合金が用いられる。磁化自由層210に、Fe、Co及びNiよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素(B)とを含む合金を用いる場合、Ga、Al、Si、または、Wなどを添加しても良い。これらの元素を添加することで、例えば、高磁歪が促進される。磁化自由層210として、例えば、Fe−Ga−B合金、Fe−Co−Ga−B合金、または、Fe−Co−Si−B合金を用いても良い。このようなホウ素を含有する磁性材料を用いることで磁化自由層210の保磁力(Hc)が低くなり、歪に対する磁化方向の変化が容易となる。これにより、高い感度が得られる。
磁化自由層210におけるホウ素濃度(例えば、ホウ素の組成比)は、5at.%(原子パーセント)以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得易くなる。磁化自由層におけるホウ素濃度は、35at.%以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。磁化自由層におけるホウ素濃度は、例えば、5at.%以上35at.%以下が好ましく、10at.%以上30at.%以下がさらに好ましい。
磁化自由層210の磁性層の一部に、Fe1−yBy(0<y≦0.3)、または(FezX1−z)1−yBy(Xは、CoまたはNi、0.8≦z<1、0<y≦0.3)用いる場合、大きい磁歪定数λと低い保磁力を両立することが容易となる。このため、高いゲージファクタを得る観点で、特に好ましい。例えば、磁化自由層210として、Fe80B20(4nm)が用いられる。磁化自由層として、Co40Fe40B20(0.5nm)/Fe80B20(4nm)が用いられる。
磁化自由層210は多層構造を有しても良い。中間層203としてMgOのトンネル絶縁層を用いる場合には、磁化自由層210のうちの中間層203に接する部分には、Co−Fe−B合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。この場合、中間層203の上には、Co−Fe−B合金の層が設けられ、そのCo−Fe−B合金の層の上には、磁歪定数の大きい他の磁性材料が設けられる。磁化自由層210が多層構造を有する場合、磁化自由層210には、例えば、Co−Fe−B(2nm)/Fe−Co−Si−B(4nm)などが用いられる。
磁化自由層210は、結晶構造を有するCoxFe1−x(70at%≦x≦80at%)を含む合金を有してもよい。また、磁化自由層210は、結晶構造を有するCoxFe1−x(70at%≦x≦80at%)を含む合金層を有した多層構造としてもよい。また、磁化自由層210は、結晶構造を有するNiyFe1−y(50at%≦x≦75at%)を含む合金を有してもよい。また、磁化自由層210は、結晶構造を有するNiyFe1−y(50at%≦y≦75at%)を含む合金層を有した多層構造としてもよい。
キャップ層211は、キャップ層211の下に設けられる層を保護する。キャップ層211には、例えば、複数の金属層が用いられる。キャップ層211には、例えば、Ta層とRu層との2層構造(Ta/Ru)が用いられる。このTa層の厚さは、例えば1nmであり、このRu層の厚さは、例えば5nmである。キャップ層211として、Ta層やRu層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層211の構成は、任意である。例えば、キャップ層211として、非磁性材料が用いられる。キャップ層211の下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層211として、他の材料を用いても良い。
磁化自由層210にホウ素を含有する磁性材料を用いる場合、酸化物材料や窒化物材料の拡散抑制層(図示しない)を磁化自由層210とキャップ層211との間に設けても良い。これにより、例えば、ホウ素の拡散が抑制される。酸化物層または窒化物層を含む拡散抑制層を用いることにより、磁化自由層210に含まれるホウ素の拡散を抑制し、磁化自由層210のアモルファス構造を保つことができる。拡散抑制層に用いられる酸化物材料や窒化物材料として、例えば、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Sn、CdまたはGaなどの元素を含む酸化物材料または窒化物材料が用いられる。拡散抑制層は、磁気抵抗効果には寄与しない層である。拡散抑制層の面積抵抗は、低いほうが好ましい。例えば、拡散抑制層の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層の面積抵抗よりも低く設定されることが好ましい。拡散抑制層の面積抵抗を下げる観点では、拡散抑制層には、Mg、Ti、V、Zn、Sn、Cd、Gaの酸化物または窒化物が好ましい。これらの材料において、バリアハイトは低い。ホウ素の拡散を抑制する機能としては、より化学結合の強い酸化物のほうが好ましい。例えば、1.5nmのMgO層が用いられる。酸窒化物は、酸化物及び窒化物のいずれかに含まれる。
拡散抑制層に酸化物または窒化物を用いる場合、拡散抑制層の厚さは、例えば、0.5nm以上が好ましい。これより、ホウ素の拡散抑制機能が十分に発揮される。拡散抑制層の厚さは、5nm以下が好ましい。これにより、例えば、低い面積抵抗が得られる。拡散抑制層の厚さは、0.5nm以上5nm以下が好ましく、1nm以上3nm以下が好ましい。
拡散抑制層として、マグネシウム(Mg)、シリコン(Si)及びアルミニウム(Al)よりなる群から選択された少なくともいずれかを用いても良い。拡散抑制層として、これらの軽元素を含む材料が用いられる。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。拡散抑制層と磁化自由層210との界面を含む部分に、例えば、Mg−B化合物、Al−B化合物、及び、Si−B化合物の少なくともいずれかが形成される。これらの化合物が、ホウ素の拡散を抑制する。
拡散抑制層と磁化自由層210との間に他の金属層などが挿入されていても良い。拡散抑制層と磁化自由層210との距離が離れすぎていると、その間でホウ素が拡散して磁化自由層210中のホウ素濃度が下がってしまう。このため、拡散抑制層と磁化自由層210との間の距離は、10nm以下が好ましく3nm以下がさらに好ましい。
図18は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図18に示すように、センサ部50AAにおいて、絶縁層213が設けられるこれ以外は、センサ部50Aと同様である。絶縁層213は、下部電極204と上部電極212との間に設けられる。絶縁層213は、下部電極204と上部電極212とを結ぶ方向と交差する方向において、磁化自由層210及び第1磁化参照層209と並ぶ。絶縁層213を除く部分は、センサ部50Aと同様なので説明を省略する。
図18に示すように、センサ部50AAにおいて、絶縁層213が設けられるこれ以外は、センサ部50Aと同様である。絶縁層213は、下部電極204と上部電極212との間に設けられる。絶縁層213は、下部電極204と上部電極212とを結ぶ方向と交差する方向において、磁化自由層210及び第1磁化参照層209と並ぶ。絶縁層213を除く部分は、センサ部50Aと同様なので説明を省略する。
絶縁層213には、例えば、アルミニウム酸化物(例えば、Al2O3)、または、シリコン酸化物(例えば、SiO2)などが用いられる。絶縁層213により、センサ部50AAのリーク電流が抑制される。絶縁層213は、後述するセンサ部に設けられても良い。
図19は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図19に示すように、センサ部50ABにおいて、ハードバイアス層214がさらに設けられる。これ以外は、センサ部50Aと同様である。ハードバイアス層214は、下部電極204と上部電極212との間に設けられる。下部電極204と上部電極212との間とを結ぶ方向と交差する方向において、磁化自由層210及び第1磁化参照層209は、ハードバイアス層214の2つの部分の間に配置される。これ以外は、センサ部50AAと同様である。
図19に示すように、センサ部50ABにおいて、ハードバイアス層214がさらに設けられる。これ以外は、センサ部50Aと同様である。ハードバイアス層214は、下部電極204と上部電極212との間に設けられる。下部電極204と上部電極212との間とを結ぶ方向と交差する方向において、磁化自由層210及び第1磁化参照層209は、ハードバイアス層214の2つの部分の間に配置される。これ以外は、センサ部50AAと同様である。
ハードバイアス層214は、ハードバイアス層214の磁化により、磁化自由層210の磁化方向を設定する。ハードバイアス層214により、外部からの圧力が膜に印加されていない状態において、磁化自由層210の磁化方向は、所望の方向に設定される。
ハードバイアス層214には、例えば、Co−Pt、Fe−Pt、Co−Pd、または、Fe−Pdなどが用いられる。これらの材料においては、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、例えば、ハード磁性材料である。ハードバイアス層214には、例えば、Co−Pt、Fe−Pt、Co−PdまたはFe−Pdに、さらに添加元素を加えた合金を用いても良い。ハードバイアス層214には、例えば、CoPt(Coの比率は、50at.%以上85at.%以下)、(CoxPt100−x)100−yCry(xは50at.%以上85at.%以下、yは0at.%以上40at.%以下)、または、FePt(Ptの比率は40at.%以上60at.%以下)などが用いられても良い。このような材料を用いる場合、ハードバイアス層214の磁化の方向は、ハードバイアス層214の保磁力よりも大きい外部磁界を加えることで、外部磁界を加えた方向に設定(固定)される。ハードバイアス層214の厚さ(例えば、下部電極204から上部電極に向かう方向に沿った長さ)は、例えば5nm以上50nm以下である。
下部電極204と上部電極212の間に絶縁層213を配置する場合、絶縁層213の材料として、SiOxまたはAlOxが用いられる。さらに、絶縁層213とハードバイアス層214の間に、図示しない下地層を設けても良い。ハードバイアス層214にCo−Pt、Fe−Pt、Co−Pd、または、Fe−Pdなどのハード磁性材料を用いる場合には、ハードバイアス層214用の下地層の材料として、CrやFe−Coなどが用いられる。
ハードバイアス層214は、図示しないハードバイアス層用ピニング層に積層された構造を有していても良い。この場合、ハードバイアス層214とハードバイアス層用ピニング層の交換結合により、ハードバイアス層214の磁化の方向を設定(固定)できる。この場合、ハードバイアス層214には、Fe、Co及びNiの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも1種を含む合金の強磁性材料が用いられる。この場合、ハードバイアス層214には、例えば、CoxFe100−x合金(xは0at.%以上100at.%以下)、NixFe100−x合金(xは0at.%以上100at.%以下)、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。ハードバイアス層214として、上述の第1磁化参照層209と同様の材料が用いられる。ハードバイアス層用ピニング層には、上述のセンサ部50A中のピニング層206と同様の材料が用いられる。ハードバイアス層用ピニング層を設ける場合、下地層205に用いる材料と同様の下地層をハードバイアス層用ピニング層の下に設けても良い。ハードバイアス層用ピニング層は、ハードバイアス層の下部に設けても良いし、上部に設けても良い。この場合のハードバイアス層214の磁化方向は、ピニング層206と同様に、磁界中熱処理により決定される。
上述のハードバイアス層214及び絶縁層213は、実施形態に係るセンサ部のいずれにも適用できる。ハードバイアス層214とハードバイアス層用ピニング層との積層構造を用いると、大きな外部磁界がハードバイアス層214に短い時間で加わった場合においても、ハードバイアス層214の磁化の向きを容易に保持することができる。
図20は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図20に示すように、センサ部50Bにおいて、下部電極204と、下地層205と、磁化自由層210と、中間層203と、第1磁化参照層209と、磁気結合層208と、第2磁化参照層207と、ピニング層206と、キャップ層211と、上部電極212と、が、順に積層される。センサ部50Bは、例えば、トップスピンバルブ型である。
図20に示すように、センサ部50Bにおいて、下部電極204と、下地層205と、磁化自由層210と、中間層203と、第1磁化参照層209と、磁気結合層208と、第2磁化参照層207と、ピニング層206と、キャップ層211と、上部電極212と、が、順に積層される。センサ部50Bは、例えば、トップスピンバルブ型である。
下地層205には、例えば、タンタルと銅の積層膜(Ta/Cu)が用いられる。このTa層の厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、3nmである。このCu層の厚さは、例えば、5nmである。磁化自由層210には、例えば、4nmの厚さのCo40Fe40B20が用いられる。中間層203には、例えば、1.6nmの厚さのMgO層が用いられる。第1磁化参照層209には、例えば、Co40Fe40B20/Fe50Co50が用いられる。このCo40Fe40B20層の厚さは、例えば2nmである。このFe50Co50層の厚さは、例えば1nmである。磁気結合層208には、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。第2磁化参照層207には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。ピニング層206には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。キャップ層211には、例えばTa/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
センサ部50Bに含まれる各層の材料は、センサ部50Aに含まれる各層の材料を上下反転させて用いることができる。上述の拡散抑制層を、センサ部50Bの下地層205と磁化自由層210の間に設けても良い。
図21は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図21に示すように、センサ部50Cにおいて、下部電極204と、下地層205と、ピニング層206と、第1磁化参照層209と、中間層203と、磁化自由層210と、キャップ層211と、上部電極212と、が、この順で積層される。センサ部50Cは、例えば、単一の磁化参照層を用いたシングルピン構造を有する。
図21に示すように、センサ部50Cにおいて、下部電極204と、下地層205と、ピニング層206と、第1磁化参照層209と、中間層203と、磁化自由層210と、キャップ層211と、上部電極212と、が、この順で積層される。センサ部50Cは、例えば、単一の磁化参照層を用いたシングルピン構造を有する。
下地層205には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、3nmである。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。ピニング層206には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。第1磁化参照層209には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。中間層203には、例えば、1.6nmの厚さのMgO層が用いられる。磁化自由層210には、例えば、4nmの厚さのCo40Fe40B20が用いられる。キャップ層211には、例えばTa/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
センサ部50Cの各層の材料には、例えば、センサ部50Aの各層の材料と同様のものが用いられる。
図22は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図22に示すように、センサ部50Dにおいて、下部電極204と、下地層205と、下部ピニング層221と、下部第2磁化参照層222と、下部磁気結合層223と、下部第1磁化参照層224と、下部中間層225と、磁化自由層226と、上部中間層227と、上部第1磁化参照層228と、上部磁気結合層229と、上部第2磁化参照層230と、上部ピニング層231と、キャップ層211と、上部電極212と、が、順に積層される。
図22に示すように、センサ部50Dにおいて、下部電極204と、下地層205と、下部ピニング層221と、下部第2磁化参照層222と、下部磁気結合層223と、下部第1磁化参照層224と、下部中間層225と、磁化自由層226と、上部中間層227と、上部第1磁化参照層228と、上部磁気結合層229と、上部第2磁化参照層230と、上部ピニング層231と、キャップ層211と、上部電極212と、が、順に積層される。
下地層205には、例えば、Ta/Ruが用いられる。このTa層の厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、3ナノメートル(nm)である。このRu層の厚さは、例えば、2nmである。下部ピニング層221には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。下部第2磁化参照層222には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。下部磁気結合層223には、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。下部第1磁化参照層224には、例えば、3nmの厚さのCo40Fe40B20層が用いられる。下部中間層225には、例えば、1.6nmの厚さのMgO層が用いられる。磁化自由層226には、例えば、4nmの厚さのCo40Fe40B20が用いられる。上部中間層227には、例えば、1.6nmの厚さのMgO層が用いられる。上部第1磁化参照層228には、例えば、Co40Fe40B20/Fe50Co50が用いられる。このCo40Fe40B20層の厚さは、例えば2nmである。このFe50Co50層の厚さは、例えば1nmである。上部磁気結合層229には、例えば、0.9nmの厚さのRu層が用いられる。上部第2磁化参照層230には、例えば、2.5nmの厚さのCo75Fe25層が用いられる。上部ピニング層231には、例えば、7nmの厚さのIrMn層が用いられる。キャップ層211には、例えばTa/Ruが用いられる。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
センサ部50Dの各層の材料には、例えば、センサ部50Aの各層の材料と同様のものが用いられる。
図23は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図23に示すように、センサ部50Eにおいて、下部電極204と、下地層205と、第1磁化自由層241と、中間層203と、第2磁化自由層242と、キャップ層211と、上部電極212と、が、この順で積層される。
図23に示すように、センサ部50Eにおいて、下部電極204と、下地層205と、第1磁化自由層241と、中間層203と、第2磁化自由層242と、キャップ層211と、上部電極212と、が、この順で積層される。
下地層205には、例えば、Ta/Cuが用いられる。このTa層の厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、3nmである。このCu層の厚さは、例えば、5nmである。第1磁化自由層241には、例えば、4nmの厚さのCo40Fe40B20が用いられる。中間層203には、例2には、例えば、4nmの厚さのCo40Fe40B20が用いられる。キャップ層211には、例えばCu/Ta/Ruが用いられる。このCu層の厚さは、例えば、5nmである。このTa層の厚さは、例えば、1nmである。このRu層の厚さは、例えば、5nmである。
センサ部50Eの各層の材料は、センサ部50Aの各層の材料と同様のものが用いられる。第1磁化自由層241及び第2磁化自由層242の材料として、例えばセンサ部50Aの磁化自由層210と同様のものを用いても良い。
(第5の実施形態)
本実施形態は、電子機器に係る。電子機器は、例えば、上記の実施形態に係るセンサ及びその変形のセンサを含む。電子機器は、例えば、情報端末を含む。情報端末は、レコーダなどを含む。電子機器は、マイクロフォン、血圧センサ、タッチパネルなどを含む。
本実施形態は、電子機器に係る。電子機器は、例えば、上記の実施形態に係るセンサ及びその変形のセンサを含む。電子機器は、例えば、情報端末を含む。情報端末は、レコーダなどを含む。電子機器は、マイクロフォン、血圧センサ、タッチパネルなどを含む。
図24は、第5の実施形態に係る電子機器を例示する模式図である。
図24に示すように、本実施形態に係る電子機器750は、例えば、情報端末710である。情報端末710には、例えば、マイクロフォン610が設けられる。
図24に示すように、本実施形態に係る電子機器750は、例えば、情報端末710である。情報端末710には、例えば、マイクロフォン610が設けられる。
マイクロフォン610は、例えば、センサ310を含む。膜部71は、例えば、情報端末710の表示部620が設けられた面に対して実質的に平行である。膜部71の配置は、任意である。センサ310は、第1〜第3の実施形態に関して説明した任意のセンサが適用される。
図25(a)及び図25(b)は、第5の実施形態に係る電子機器を例示する模式的断面図である。
図25(a)及び図25(b)に示すように、電子機器750(例えば、マイクロフォン370(音響マイクロフォン))は、筐体360と、カバー362と、センサ310と、を含む。筐体360は、例えば、基板361(例えばプリント基板)と、カバー362と、を含む。基板361は、例えばアンプなどの回路を含む。
図25(a)及び図25(b)に示すように、電子機器750(例えば、マイクロフォン370(音響マイクロフォン))は、筐体360と、カバー362と、センサ310と、を含む。筐体360は、例えば、基板361(例えばプリント基板)と、カバー362と、を含む。基板361は、例えばアンプなどの回路を含む。
筐体360(基板361及びカバー362の少なくともいずれか)には、アコースティックホール325が設けられる。図25(b)に示す例においては、アコースティックホール325は、カバー362に設けられている。図25(b)に示す例においては、アコースティックホール325は、基板361に設けられている。音329は、アコースティックホール325を通って、カバー362の内部に進入する。マイクロフォン370は、音圧に対して感応する。
例えば、センサ310を基板361の上に配置し、電気信号線(図示しない)を設ける。センサ310を覆うように、カバー362が設けられる。センサ310の周りに筐体360が設けられる。例えば、第1センサ部51及び膜部71は、基板361とカバー362との間に配置される。例えば、センサ310は、基板361とカバー362との間に配置される。
図26(a)及び図26(b)は、第5の実施形態に係る別の電子機器を例示する模式図である。
これらの図の例では、電子機器750は、血圧センサ330である。図26(a)は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図26(b)は、図26(a)のH1−H2線断面図である。
これらの図の例では、電子機器750は、血圧センサ330である。図26(a)は、ヒトの動脈血管の上の皮膚を例示する模式的平面図である。図26(b)は、図26(a)のH1−H2線断面図である。
血圧センサ330においては、センサとしてセンサ310が用いられている。センサ310が動脈血管331の上の皮膚333に接触される。これにより、血圧センサ330は、連続的に血圧測定を行うことができる。
図27は、第5の実施形態に係る別の電子機器を例示する模式図である。
この図の例では、電子機器750は、タッチパネル340である。タッチパネル340において、センサ310が、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに設けられる。
この図の例では、電子機器750は、タッチパネル340である。タッチパネル340において、センサ310が、ディスプレイの内部及びディスプレイの外部の少なくともいずれかに設けられる。
例えば、タッチパネル340は、複数の第1配線346と、複数の第2配線347と、複数のセンサ310と、制御回路341と、を含む。
この例では、複数の第1配線346は、Y軸方向に沿って並ぶ。複数の第1配線346のそれぞれは、X軸方向に沿って延びる。複数の第2配線347は、X軸方向に沿って並ぶ。複数の第2配線347のそれぞれは、Y軸方向に沿って延びる。
複数のセンサ310の1は、複数の第1配線346と複数の第2配線347との交差部に設けられる。センサ310の1つは、検知のための検知要素Esの1つとなる。交差部は、第1配線346と第2配線347とが交差する位置及びその周辺の領域を含む。
複数のセンサ310の1つの一端E1は、複数の第1配線346の1つと接続される。複数のセンサ310の1つの他端E2は、複数の第2配線347の1つと接続される。
制御回路341は、複数の第1配線346及び複数の第2配線347と接続される。例えば、制御回路341は、複数の第1配線346と接続された第1配線用回路346dと、複数の第2配線347と接続された第2配線用回路347dと、第1配線用回路346d及び第2配線用回路347dと接続された制御信号回路345と、を含む。
第5の実施形態によれば、感度を向上できるセンサを用いた電子機器が提供できる。
第5の実施形態によれば、感度を向上できるセンサを用いた電子機器が提供できる。
実施形態は、以下の構成を含んでも良い。
(構成1)
変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられ、
第1導電層と、
前記第1導電層と前記膜部との間に設けられた第2導電層と、
前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられた第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2導電層との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記第1導電層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率と異なるセンサ。
(構成2)
前記第1導電層は、第1導電層面と、前記第1導電層面と前記膜部との間に位置する第2導電層面と、を有し、
前記第1導電層面は、カーブした、構成1記載のセンサ。
(構成3)
前記膜部を支持する支持部をさらに備え、
前記第1導電層面は、第1点と、第2点と、前記第1導電層面上において前記第1点と前記第2点との間に位置する第3点と、を有し、
前記第1〜第3点は、前記支持部と前記第1センサ部とを最近接で結ぶ第1方向と、前記第2磁性層から前記第1磁性層に向かう第2方向と、を含む平面内に位置し、
前記第1点と前記第3点とを結ぶ第1直線は、前記第2点と前記第3点とを結ぶ第2直線に対して傾斜している、構成2記載のセンサ。
(構成4)
前記第1磁性層の磁歪定数は、正であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、第3方向に沿い、
前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直であり、前記第2方向に対して垂直であり、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線は、前記第3点と前記膜部との間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成5)
前記第1磁性層の磁歪定数は、負であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、第3方向に沿い、
前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直であり、前記第2方向に対して垂直であり、
前記第3点は、前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線と、前記膜部と、の間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成6)
前記第1磁性層の磁歪定数は、負であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、前記第1方向に沿い、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線は、前記第3点と前記膜部との間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成7)
前記第1磁性層の磁歪定数は、正であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、前記第1方向に沿い、
前記第3点は、前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線と、前記膜部と、の間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成8)
前記第1導電層面の曲率は、0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である構成2〜7のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成9)
前記第1磁性層は、鉄、コバルト及びニッケルよりなる群から選択される少なくとも一つと、ホウ素とを含む構成8記載のセンサ。
(構成10)
前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記第1導電層は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした構成1〜9のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成11)
前記第1導電層の前記曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い構成1〜10のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成12)
変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられ、
第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記第1磁性層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率とは異なるセンサ。
(構成13)
前記第1磁性層は、第1磁性層面と、前記第1磁性層面と前記膜部との間に位置する第2磁性層面と、を有し、
前記第1磁性層面は、カーブした、構成12記載のセンサ。
(構成14)
前記膜部を支持する支持部をさらに備え、
前記第1磁性層面は、第1点と、第2点と、前記第1磁性層面上において前記第1点と前記第2点との間に位置する第3点と、を有し、
前記第1〜第3点は、前記支持部と前記第1センサ部とを最近接で結ぶ第1方向と、前記第2磁性層から前記第1磁性層に向かう第2方向と、を含む平面内に位置し、
前記第1点と前記第3点とを結ぶ第1直線は、前記第2点と前記第3点とを結ぶ第2直線に対して傾斜している、構成13記載のセンサ。
(構成15)
前記第1磁性層面の曲率は、0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である構成13または14記載のセンサ。
(構成16)
前記第1磁性層は、鉄、コバルト及びニッケルよりなる群から選択される少なくとも一つと、ホウ素とを含む構成15記載のセンサ。
(構成17)
前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記第1磁性層は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした構成12〜16のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成18)
前記第1磁性層の曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い構成12〜17のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成19)
変形可能な膜部と、
絶縁膜と、
前記膜部に設けられ、
前記絶縁膜と前記膜部との間に設けられた第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記絶縁膜の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率とは異なるセンサ。
(構成20)
前記絶縁膜は、第1絶縁膜面と、前記第1絶縁膜面と前記膜部との間に位置する第2絶縁膜面と、を有し、
前記第1絶縁膜面は、カーブした、構成19記載のセンサ。
(構成21)
前記膜部を支持する支持部をさらに備え、
前記第1絶縁膜面は、第1点と、第2点と、前記第1絶縁膜面上において前記第1点と前記第2点との間に位置する第3点と、を有し、
前記第1〜第3点は、前記支持部と前記第1センサ部とを最近接で結ぶ第1方向と、前記第2磁性層から前記第1磁性層に向かう第2方向と、を含む平面内に位置し、
前記第1点と前記第3点とを結ぶ第1直線は、前記第2点と前記第3点とを結ぶ第2直線に対して傾斜している、構成20記載のセンサ。
(構成22)
前記第1絶縁膜面の曲率は、0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である構成20または21記載のセンサ。
(構成23)
前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記絶縁膜は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした構成19〜22のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成24)
前記絶縁膜の前記曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い構成19〜23のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成25)
前記膜部の前記少なくとも一部は、前記膜部の中心を含む構成1〜24のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成26)
前記膜部の前記少なくとも一部は、前記第1センサ部と前記膜部の前記中心とを結ぶ第4方向に沿った領域である構成25記載のセンサ。
(構成27)
前記膜部の前記少なくとも一部の前記第4方向に沿った長さは、前記膜部の前記第4方向に沿った長さの0.5倍以上である構成26記載のセンサ。
(構成28)
基板と、
カバーと、
をさらに備え、
前記第1センサ部及び前記膜部は、前記基板と前記カバーとの間に配置された構成1〜27のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成29)
構成1〜27のいずれか1つに記載の前記センサと、
筐体と、
を備えた、電子機器。
(構成1)
変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられ、
第1導電層と、
前記第1導電層と前記膜部との間に設けられた第2導電層と、
前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられた第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2導電層との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記第1導電層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率と異なるセンサ。
(構成2)
前記第1導電層は、第1導電層面と、前記第1導電層面と前記膜部との間に位置する第2導電層面と、を有し、
前記第1導電層面は、カーブした、構成1記載のセンサ。
(構成3)
前記膜部を支持する支持部をさらに備え、
前記第1導電層面は、第1点と、第2点と、前記第1導電層面上において前記第1点と前記第2点との間に位置する第3点と、を有し、
前記第1〜第3点は、前記支持部と前記第1センサ部とを最近接で結ぶ第1方向と、前記第2磁性層から前記第1磁性層に向かう第2方向と、を含む平面内に位置し、
前記第1点と前記第3点とを結ぶ第1直線は、前記第2点と前記第3点とを結ぶ第2直線に対して傾斜している、構成2記載のセンサ。
(構成4)
前記第1磁性層の磁歪定数は、正であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、第3方向に沿い、
前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直であり、前記第2方向に対して垂直であり、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線は、前記第3点と前記膜部との間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成5)
前記第1磁性層の磁歪定数は、負であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、第3方向に沿い、
前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直であり、前記第2方向に対して垂直であり、
前記第3点は、前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線と、前記膜部と、の間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成6)
前記第1磁性層の磁歪定数は、負であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、前記第1方向に沿い、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線は、前記第3点と前記膜部との間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成7)
前記第1磁性層の磁歪定数は、正であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、前記第1方向に沿い、
前記第3点は、前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線と、前記膜部と、の間に位置する、構成3記載のセンサ。
(構成8)
前記第1導電層面の曲率は、0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である構成2〜7のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成9)
前記第1磁性層は、鉄、コバルト及びニッケルよりなる群から選択される少なくとも一つと、ホウ素とを含む構成8記載のセンサ。
(構成10)
前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記第1導電層は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした構成1〜9のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成11)
前記第1導電層の前記曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い構成1〜10のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成12)
変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられ、
第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記第1磁性層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率とは異なるセンサ。
(構成13)
前記第1磁性層は、第1磁性層面と、前記第1磁性層面と前記膜部との間に位置する第2磁性層面と、を有し、
前記第1磁性層面は、カーブした、構成12記載のセンサ。
(構成14)
前記膜部を支持する支持部をさらに備え、
前記第1磁性層面は、第1点と、第2点と、前記第1磁性層面上において前記第1点と前記第2点との間に位置する第3点と、を有し、
前記第1〜第3点は、前記支持部と前記第1センサ部とを最近接で結ぶ第1方向と、前記第2磁性層から前記第1磁性層に向かう第2方向と、を含む平面内に位置し、
前記第1点と前記第3点とを結ぶ第1直線は、前記第2点と前記第3点とを結ぶ第2直線に対して傾斜している、構成13記載のセンサ。
(構成15)
前記第1磁性層面の曲率は、0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である構成13または14記載のセンサ。
(構成16)
前記第1磁性層は、鉄、コバルト及びニッケルよりなる群から選択される少なくとも一つと、ホウ素とを含む構成15記載のセンサ。
(構成17)
前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記第1磁性層は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした構成12〜16のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成18)
前記第1磁性層の曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い構成12〜17のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成19)
変形可能な膜部と、
絶縁膜と、
前記膜部に設けられ、
前記絶縁膜と前記膜部との間に設けられた第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記絶縁膜の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率とは異なるセンサ。
(構成20)
前記絶縁膜は、第1絶縁膜面と、前記第1絶縁膜面と前記膜部との間に位置する第2絶縁膜面と、を有し、
前記第1絶縁膜面は、カーブした、構成19記載のセンサ。
(構成21)
前記膜部を支持する支持部をさらに備え、
前記第1絶縁膜面は、第1点と、第2点と、前記第1絶縁膜面上において前記第1点と前記第2点との間に位置する第3点と、を有し、
前記第1〜第3点は、前記支持部と前記第1センサ部とを最近接で結ぶ第1方向と、前記第2磁性層から前記第1磁性層に向かう第2方向と、を含む平面内に位置し、
前記第1点と前記第3点とを結ぶ第1直線は、前記第2点と前記第3点とを結ぶ第2直線に対して傾斜している、構成20記載のセンサ。
(構成22)
前記第1絶縁膜面の曲率は、0.1(mm−1)以上2.0(mm−1)以下である構成20または21記載のセンサ。
(構成23)
前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記絶縁膜は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした構成19〜22のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成24)
前記絶縁膜の前記曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い構成19〜23のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成25)
前記膜部の前記少なくとも一部は、前記膜部の中心を含む構成1〜24のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成26)
前記膜部の前記少なくとも一部は、前記第1センサ部と前記膜部の前記中心とを結ぶ第4方向に沿った領域である構成25記載のセンサ。
(構成27)
前記膜部の前記少なくとも一部の前記第4方向に沿った長さは、前記膜部の前記第4方向に沿った長さの0.5倍以上である構成26記載のセンサ。
(構成28)
基板と、
カバーと、
をさらに備え、
前記第1センサ部及び前記膜部は、前記基板と前記カバーとの間に配置された構成1〜27のいずれか1つに記載のセンサ。
(構成29)
構成1〜27のいずれか1つに記載の前記センサと、
筐体と、
を備えた、電子機器。
実施形態によれば、感度を向上できるセンサ及び電子機器が提供できる。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、膜部、センサ部、支持部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11…第1磁性層、 11i…第1中間層、 11m…第1磁化、 12…第2磁性層、 12i…第2中間層、 12m…第2磁化、 13…第3磁性層、 14…第4磁性層、 21〜24…第1〜第4導電層、 21i…絶縁層、 31〜34…第1〜第4導電層面、 41、42…第1、第2磁性層面、 50、50A、50AA、50AB、50B、50C、50D、50E…センサ部、 51、51a…第1センサ部、 60…制御部、 61、62…第1、第2絶縁膜面、 65…絶縁膜、 65a、65b…領域、 70e…延在部、 70h…凹部、 70s…支持部、 71…膜部、 71E…外縁、 71e…延在部、 71p、71q…第1及び第2膜面、 71r、71s…第1及び第2膜中心、 71t…膜部領域、 75…平面、 Δh…Z方向変位、 ε…歪、 εi…初期歪バイアス、 ρ…曲率、 110〜118、121〜124…センサ、 203…中間層、 204…下部電極、 205…下地層、 206…ピニング層、 207…磁化参照層、 208…磁気結合層、 209…磁化参照層、 210…磁化自由層、 211…キャップ層、 212…上部電極、 213…絶縁層、 214…ハードバイアス層、 221…下部ピニング層、 222…磁化参照層、 223…下部磁気結合層、 224…磁化参照層、 225…下部中間層、 226…磁化自由層、 227…上部中間層、 228…磁化参照層、 229…上部磁気結合層、 230…磁化参照層、 231…上部ピニング層、 241…磁化自由層、 242…磁化自由層、 310…センサ、 325…アコースティックホール、 329…音、 330…血圧センサ、 331…動脈血管、 333…皮膚、 340…タッチパネル、 341…制御回路、 345…制御信号回路、 346…配線、 346d…配線用回路、 347…配線、 347d…配線用回路、 360…筐体、 361…基板、 362…カバー、 370…マイクロフォン、 610…マイクロフォン、 620…表示部、 710…情報端末、 750…電子機器、 AA…矢印、 Dε…方向、 E1…一端、 E2…他端、 EL1、EL2…第1、第2センサ電極、 Es…検知要素、 L1a、L1b、L1c、L1d、L1e…第1直線、 L2a、L2b、L2c、L2d、L2e…第2直線、 L3a、L3b、L3c、L3d、L3e…第3直線、 LL1、LL2…第1、第2配線、 MT1、MT2…第1、第2材料、 P1a、P1b、P1c、P1d、P1e…第1点、 P2a、P2b、P2c、P2d、P2e…第2点、 P3a、P3b、P3c、P3d、P3e…第3点、 R0、R1…領域、 Rs…電気抵抗、 S1、S2…第1、第2空間、 t65…厚さ
Claims (18)
- 変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられ、
第1導電層と、
前記第1導電層と前記膜部との間に設けられた第2導電層と、
前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられた第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2導電層との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記第1導電層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率と異なるセンサ。 - 前記第1導電層は、第1導電層面と、前記第1導電層面と前記膜部との間に位置する第2導電層面と、を有し、
前記第1導電層面は、カーブした、請求項1記載のセンサ。 - 前記膜部を支持する支持部をさらに備え、
前記第1導電層面は、第1点と、第2点と、前記第1導電層面上において前記第1点と前記第2点との間に位置する第3点と、を有し、
前記第1〜第3点は、前記支持部と前記第1センサ部とを最近接で結ぶ第1方向と、前記第2磁性層から前記第1磁性層に向かう第2方向と、を含む平面内に位置し、
前記第1点と前記第3点とを結ぶ第1直線は、前記第2点と前記第3点とを結ぶ第2直線に対して傾斜している、請求項2記載のセンサ。 - 前記第1磁性層の磁歪定数は、正であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、第3方向に沿い、
前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直であり、前記第2方向に対して垂直であり、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線は、前記第3点と前記膜部との間に位置する、請求項3記載のセンサ。 - 前記第1磁性層の磁歪定数は、負であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、第3方向に沿い、
前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直であり、前記第2方向に対して垂直であり、
前記第3点は、前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線と、前記膜部と、の間に位置する、請求項3記載のセンサ。 - 前記第1磁性層の磁歪定数は、負であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、前記第1方向に沿い、
前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線は、前記第3点と前記膜部との間に位置する、請求項3記載のセンサ。 - 前記第1磁性層の磁歪定数は、正であり、
前記第2磁性層の磁化の方向は、前記第1方向に沿い、
前記第3点は、前記第1点と前記第2点とを結ぶ直線と、前記膜部と、の間に位置する、請求項3記載のセンサ。 - 前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記第1導電層は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした請求項1〜7のいずれか1つに記載のセンサ。 - 前記第1導電層の前記曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い請求項1〜8のいずれか1つに記載のセンサ。
- 変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられ、
第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記第1磁性層の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率とは異なるセンサ。 - 前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記第1磁性層は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした請求項10記載のセンサ。 - 前記第1磁性層の曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い請求項10または11に記載のセンサ。
- 変形可能な膜部と、
絶縁膜と、
前記膜部に設けられ、
前記絶縁膜と前記膜部との間に設けられた第1磁性層と、
前記第1磁性層と前記膜部との間に設けられた第2磁性層と、
前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた第1中間層と、
を含む第1センサ部と、
を備え、
前記絶縁膜の曲率は、前記膜部の少なくとも一部の曲率とは異なるセンサ。 - 前記膜部は、第1空間と第2空間との間に位置し、
前記絶縁膜は、前記第1空間の気圧が前記第2空間の気圧と実質的に同じ第1状態においてカーブした請求項13記載のセンサ。 - 前記絶縁膜の前記曲率は、前記膜部の前記少なくとも一部の前記曲率よりも高い請求項13または14に記載のセンサ。
- 前記膜部の前記少なくとも一部は、前記膜部の中心を含む請求項1〜15のいずれか1つに記載のセンサ。
- 基板と、
カバーと、
をさらに備え、
前記第1センサ部及び前記膜部は、前記基板と前記カバーとの間に配置された請求項1〜16のいずれか1つに記載のセンサ。 - 請求項1〜16のいずれか1つに記載の前記センサと、
筐体と、
を備えた、電子機器。
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