JP2018082186A - センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネル - Google Patents

センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネル Download PDF

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慶彦 藤
福澤　英明
Hideaki Fukuzawa
英明 福澤
昭男 堀
Akio Hori
昭男 堀
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Shiori Kaji
志織 加治
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Abstract

【課題】高感度なセンサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを提供する。
【解決手段】実施の形態に係るセンサは、支持部と、前記支持部に支持され変形可能な膜部と、前記膜部に設けられた検出素子と、を含む。前記検出素子は、Ｃｕ及びＡｇを含む合金を含む金属層と、第１の磁性層と、前記金属層と前記第１の磁性層との間に設けられ、Ｔａ、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも１つを含む金属含有層と、前記金属含有層と前記第１の磁性層との間に設けられた第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、を含む。前記金属層の前記金属含有層に対向する第１面は、前記金属含有層の前記第２の磁性層に対向する第２面よりも粗い。
【選択図】図８

Description

本実施の形態は、センサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルに関する。
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた圧力センサには、例えば、ピエゾ抵抗変化型と静電容量型とがある。一方、スピン技術を用いた圧力センサが提案されている。スピン技術を用いた圧力センサにおいては、歪に応じた抵抗変化が検知される。スピン技術を用いた圧力センサにおいて、高感度の圧力センサが望まれる。
M. Lohndorf et al., "Highly sensitive strain sensors based on magnetic tunneling junctions"Appl. Phys. Lett., 81, 313, (2002). D. Meyners et al., "Pressure sensor based on magnetic tunnel junctions", J. Appl. Phys. 105, 07C914 (2009).
本実施の形態は、高感度なセンサ、マイクロフォン、血圧センサ及びタッチパネルを提供する。
実施の形態に係るセンサは、支持部と、前記支持部に支持され変形可能な膜部と、前記膜部に設けられた検出素子と、を含む。前記検出素子は、Ｃｕ及びＡｇを含む合金を含む金属層と、第１の磁性層と、前記金属層と前記第１の磁性層との間に設けられ、Ｔａ、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも１つを含む金属含有層と、前記金属含有層と前記第１の磁性層との間に設けられた第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、を含む。前記金属層の前記金属含有層に対向する第１面は、前記金属含有層の前記第２の磁性層に対向する第２面よりも粗い。
また、前記Ｃｕ−Ａｇ合金からなる金属層の結晶粒径は、５０ｎｍ以下でも良い。
前記金属層は、Ｃｕ１−ＸＡｇＸ合金（１ａｔ．％≦ｘ≦２０ａｔ．％）からなるものでも良い。
別の実施の形態に係る歪検出素子は、変形可能な膜部の上に設けられる。また、この歪検出素子は、電極と、この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、並びに、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層を有する積層体とを備え、前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、前記金属層の結晶粒径は、５０ｎｍ以下である。
尚、上に例示した各実施の形態において、例えば前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記第１の界面のＲａ値は、０．３ｎｍよりも小さくても良い。
式（１）

式（２）

但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記第１の界面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置である。
第１の実施の形態に係る圧力センサの動作を説明するための模式的な断面図である。 同実施の形態に係る歪検出素子の構成を示す模式的な斜視図である。 同歪検出素子の動作を説明するための模式的な図である。 同歪検出素子の構成例を示す模式的な斜視図である。 同歪検出素子の他の構成例を示す模式的な平面図である。 同歪検出素子の特性を説明するための模式的な断面図である。 同歪検出素子の特性を説明するための模式的な断面図である。 同歪検出素子の構成を示す模式的な断面図である。 同歪検出素子の構成を説明するための模式的な図である。 一の実験の環境を説明するための模式的な側面図である。 同実験の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の他の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示す図である。 同実験の他の結果を示す図である。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 別の実験の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の他の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 別の実験の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示す模式的な図である。 別の実験の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の結果を示す図である。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 別の実験の実験試料の構成を示す模式的な側面図である。 同実験の他の実験試料の構成を示す模式的な側面図である。 同実験の他の実験試料の構成を示す模式的な側面図である。 同実験の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示す図である。 同実験の他の結果を示す図である。 同実験の他の結果を示す図である。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 別の実験の実験試料の構成を示す模式的な側面図である。 同実験の他の実験試料の構成を示す模式的な側面図である。 同実験の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 同歪検出素子の他の構成例を示す模式的な斜視図である。 同歪検出素子の他の構成例を示す模式的な斜視図である。 同歪検出素子の他の構成例を示す模式的な斜視図である。 同歪検出素子の他の構成例を示す模式的な斜視図である。 同歪検出素子の他の構成例を示す模式的な斜視図である。 同歪検出素子の他の構成例の動作を説明するための模式的な図である。 同歪検出素子の構成例を示す模式的な斜視図である。 第２の実施の形態に係る歪検出素子の構成を示す模式的な断面図である。 第３の実施の形態に係る歪検出素子の構成を示す模式的な断面図である。 一の実験の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の他の実験試料の構成を示す模式的な斜視図である。 同実験の結果を示すグラフである。 同実験の他の結果を示すグラフである。 第４の実施の形態に係る圧力センサの構成を示す模式的な斜視図である。 同圧力センサの構成を示す模式的な断面図である。 同圧力センサの構成を示す模式的な平面図である。 同圧力センサの構成を説明するための模式的な斜視図である。 同圧力センサの構成を説明するためのグラフである。 同圧力センサの構成を説明するためのコンター図である。 同圧力センサの構成を示す模式的な平面図である。 同圧力センサの構成を示す模式的な回路図である。 同圧力センサの製造方法を示す模式的な斜視図である。 同圧力センサの構成例を示す模式的な斜視図である。 同圧力センサの構成例を示す機能ブロック図である。 同圧力センサの一部の構成例を示す機能ブロック図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 同圧力センサの製造方法を示す図である。 第５の実施の形態に係るマイクロフォンの構成を示す模式的な断面図である。 第６の実施の形態に係る血圧センサの構成を示す模式図である。 同血圧センサのＨ１−Ｈ２から見た模式的な断面図である。 第７の実施の形態に係るタッチパネルの構成を示す模式的な回路図である。
以下、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、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。また、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。また、本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。
［１．第１の実施の形態］
［１−１．第１の実施の形態に係る歪検出素子及びこれを搭載した圧力センサの構成］
まず、図１を参照して、第１の実施の形態に係る歪検出素子及びこれを搭載した圧力センサの動作を説明する。図１は、第１の実施の形態に係る圧力センサの動作を説明するための模式的な断面図である。
図１に示す通り、圧力センサ１００は、膜部１２０と、膜部１２０の上に設けられた歪検出素子２００を備える。膜部１２０は、外部からの圧力に応じて撓む。歪検出素子２００は、膜部１２０の撓みに応じて歪み、この歪に応じて電気抵抗値を変化させる。従って、歪検出素子の電気抵抗値の変化を検出することにより、外部からの圧力が検出される。尚、歪検出素子２００は、膜部１２０の上に直接的に取り付けても良く、図示しない他の要素によって間接的に取り付けても良く、歪検出素子２００と膜部１２０との位置関係が固定できれば良い。
次に、図２を参照して、歪検出素子２００の構成を説明する。図２は、第１の実施の形態に係る歪検出素子２００の構成を示す模式的な斜視図である。以下、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２が積層された方向をＺ方向（積層方向）とする。また、このＺ方向に対して垂直な所定の方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
図２に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２、並びに、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の間に設けられた中間層２０３を有する。後述の通り、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２には、それぞれ図示しない電極が接続されている。また、歪検出素子２００には、これら電極を介して、例えばＺ方向（積層方向）に電流を流すことが出来る。ここで、歪検出素子２００に歪みが生じると、磁性層２０１及び２０２の相対的な磁化方向が変化する。これに伴い、磁性層２０１及び２０２の間の電気抵抗値が変化する。従って、この電気抵抗値の変化を検出することによって、歪検出素子２００に生じた歪を検出する事が出来る。
本実施の形態において、第１の磁性層２０１は強磁性体からなり、例えば磁化自由層として機能する。また、第２の磁性層２０２も強磁性体からなり、例えば参照層として機能する。第２の磁性層２０２は、磁化固定層であっても良いし、磁化自由層であっても良い。第２の磁性層２０２が磁化固定層である場合、第１の磁性層２０１の磁化方向は、第２の磁性層２０２の磁化方向と比較して容易に変化する。
次に、図３を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の動作について説明する。図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ歪検出素子２００に引張歪が生じている状態、歪が生じていない状態及び圧縮歪が生じている状態の様子を表す模式的な斜視図である。尚、以下の説明において、歪検出素子２００の第２の磁性層２０２の磁化方向は−Ｙ方向であるものとし、歪検出素子２００に生じる歪の方向はＸ方向であるものとする。また、第２の磁性層２０２は、磁化固定層として機能するものとする。
図３（ｂ）に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００に歪が生じていない状態（無歪状態）である場合、第１の磁性層２０１の磁化方向と第２の磁性層２０２の磁化方向との相対的な角度は、お互いに交差する所定の角度に設定されている。この所定の角度は、０°よりも大きく１８０°よりも小さくすることができる。図３（ｂ）に示す例においては、第１の磁性層２０１の磁化方向は、第２の磁性層２０２の磁化方向に対して１３５°であり、歪が生じる方向に対しては４５°（１３５°）であるが、ここでの１３５°と言う角度はあくまで一例であり、他の角度とすることも可能である。以下、図３（ｂ）に示すように、歪が生じていない場合における第１の磁性層２０１の磁化方向を「初期磁化方向」と呼ぶ。尚、第１の磁性層２０１の初期磁化方向は、ハードバイアス、または、第１の磁性層２０１の形状磁気異方性などによって設定される。
ここで、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す通り、歪検出素子２００にＸ方向に歪が生じた場合、第１の磁性層２０１に、「逆磁歪効果」が生じ、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が相対的に変化する。
「逆磁歪効果」は、強磁性体の磁化方向が、歪によって変化する現象である。例えば、磁化自由層に用いられる強磁性材料が正の磁歪定数を有する場合、磁化自由層の磁化の方向は、引張歪の方向に対しては平行に近づき、圧縮歪の方向に対しては垂直に近付く。一方、磁化自由層に用いられる強磁性材料が負の磁歪定数を有する場合、同磁化の方向は、引張歪の方向に対しては垂直に近付き、圧縮歪の方向に対しては平行に近付く。
図３に示す例において、歪検出素子２００の第１の磁性層２０１には、正の磁歪定数を有する強磁性体が用いられている。従って、図３（ａ）に示す通り、第１の磁性層２０１の磁化方向は、引張歪の方向に対して平行に近付き、圧縮歪の方向に対して垂直に近付く。尚、第１の磁性層２０１の磁歪定数は、負であっても良い。
図３（ｄ）及び図３（ｅ）は、歪検出素子２００の電気抵抗と、歪検出素子２００に生じた歪との関係を示す概略的なグラフである。尚、図３（ｄ）及び図３（ｅ）においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪とする。更に、図３（ｄ）においては、第１の磁性層２０１の磁歪定数をλ１、保磁力をＨｃ１、後述するゲージファクタをＧＦ１としており、図３（ｅ）においては、第１の磁性層２０１の磁歪定数をλ２（＞λ１）、保磁力をＨｃ２（＜Ｈｃ１）、後述するゲージファクタをＧＦ２（＞ＧＦ１）としている。
図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す通り、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が相対的に変化すると、図３（ｄ）に示す通り、「磁気抵抗効果（ＭＲ効果）」によって第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２との間の電気抵抗値が変化する。
ＭＲ効果は、磁性層同士の間で磁化方向が相対的に変化すると、これら磁性層間の電気抵抗が変化する現象である。ＭＲ効果は、例えば、ＧＭＲ（Giant magnetoresistance）効果、または、ＴＭＲ(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。また、ＭＲ効果は、例えば、第１の磁性層２０１、中間層２０３及び第２の磁性層２０２からなる積層膜において発現する。
尚、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２及び中間層２０３が正の磁気抵抗効果を有する場合、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２との相対角度が小さい場合に電気抵抗が減少する。一方、負の磁気抵抗効果を有する場合、相対角度が小さい場合に電気抵抗が増大する。
歪検出素子２００は、例えば正の磁気抵抗効果を有する。従って、図３（ａ）に示す様に、歪検出素子２００に引張歪が生じ、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が１３５°から９０°に近付いた場合、図３（ｄ）に示す通り、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の間の電気抵抗は小さくなる。一方、図３（ｃ）に示す様に、歪検出素子２００に圧縮歪が生じ、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の磁化方向が１３５°から１８０°に近付いた場合、図３（ｄ）に示す通り、第１の磁性層２０１と第２の磁性層２０２の間の電気抵抗は大きくなる。尚、歪検出素子２００は、負の磁気抵抗効果を有していても良い。
ここで、図３（ｄ）に示す通り、例えば微小歪をΔε１と、歪検出素子２００に微小歪Δε１を加えた時の歪検出素子２００における抵抗変化をΔｒ１とする。更に、単位歪あたりの電気抵抗値の変化量を、ゲージファクタ（GF: Gauge Factor）と呼ぶ。高感度な歪検出素子２００を製造する場合、ゲージファクタを高くすることが望ましい。ゲージファクタGFは(dR/R)/deで表される。
図３（ｅ）に示す通り、第１の磁性層２０１の磁歪定数がより大きく、保磁力がより小さい場合には、第１の磁性層２０１においてより顕著に逆磁歪効果が発現し、ゲージファクタが増大する。これは、磁歪定数が、歪に対して磁化方向を回転させる力の大きさを表しており、保磁力が、磁化方向を維持しようとする力の大きさを表しているからである。従って、ゲージファクタを大きくするためには、第１の磁性層２０１の磁歪定数をより大きく、保磁力をより小さくすることが考えられる。
次に、図４及び図５を参照して、本実施の形態に係る歪検出素子２００の構成例２００Ａについて説明する。尚、以下において、「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４は、歪検出素子２００の一の構成例２００Ａを示す模式的な斜視図である。図４に示す通り、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第２磁化固定層２０７と、磁気結合層２０８と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。
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、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磁化固定層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磁化固定層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、金属が用いられる。
下部電極２０４及び上部電極２１２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む金属を用いることができる。これらの元素を含む金属は電気抵抗率が比較的小さい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銅銀合金（Ｃｕ−Ａｇ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）、ニッケル鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ）などを用いることができる。下部電極２０４及び上部電極２１２として、このような電気抵抗率が比較的小さい材料を用いることで、歪検出素子２００Ａ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、非磁性材料を用いることができる。
下部電極２０４は、例えば、下部電極２０４用の下地層（図示せず）と、下部電極２０４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、Ｃｕ−Ａｇ、Ａｕ及び、ニッケル鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ）などの金属層と、を含んでも良い。例えば、下部電極２０４には、タンタル（Ｔａ）／銅銀合金（Ｃｕ―Ａｇ）／タンタル（Ｔａ）などが用いられる。下部電極２０４用の下地層としてＴａを用いることで、例えば、膜部１２０と下部電極２０４との密着性が向上する。下部電極２０４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アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む金属層の酸化を防ぐことができる。下部電極２０４用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを用いてもよい。また、キャップ層として、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（Ｔｉ−Ｎ）などのバリアメタルを用いることによって、その上に形成される歪検出素子の積層体との元素拡散を抑制することができる。歪検出素子の積層体に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）などが拡散すると、ゲージファクタの劣化が引き起こされることがあるので、キャップ層として、バリアメタルを用いることが好ましい。バリアメタルとして、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（Ｔｉ−Ｎ）以外に、一般的に高融点金属や、高融点金属の窒化物や単化物を用いることができる。
本実施の形態において、下部電極の上面の凹凸を小さくすることができる。下部電極の上面の凹凸を小さくするために、下部電極に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率金属層の上面の凹凸の平均粗さ（詳しくは、後述する。）は、２ナノメートル以下とすることができる。また、下部電極に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む金属層の上面の凹凸の最大粗さ（詳しくは、後述する。）は、１０ナノメートル以下とすることができる。また、本実施形態の別の例では、下部電極に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む金属層の結晶粒径は、５０ナノメートル以下とすることができる。また、下部電極を特に低抵抗としたい場合は、前述した元素群の中でも特に低抵抗率なアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率金属層を用いることが好ましい。上述した小さい結晶粒径を有する下部電極２０４を実現する観点で、下部電極２０４は、低抵抗率金属層としてＣｕ−Ａｇ合金を含むことが望ましい。ＣｕにＡｇを添加することで、結晶粒径を小さくすることができ、また、凹凸の平均粗さ及び最大粗さを低減する事ができる。Ｃｕ−Ａｇ合金として、例えば、Ｃｕ１００−ｘＡｇｘ（１ａｔ．％≦ｘ≦２０ａｔ．％）を用いることができる。
製造方法において後述するように、下部電極２０４の上面の凹凸のＲａ値を小さくするために、下部電極２０４の表面にケミカルメカニカルプラネタリゼーション（ＣＭＰ）処理を行うことが好ましい。ここで、低抵抗金属層のアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む金属層の酸化を避けるために、その上に形成されたキャップ層の表面にＣＭＰ処理を行うことが好ましい。
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、を含む積層構造を用いることができる。このバッファ層は、例えば、下部電極２０４や膜部１２０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よい。
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、歪検出素子２００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、そのシード層がバッファ効果を有することができる。この場合、バッファ層は省略してもよい。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よい。シード層としては、例えば、２ｎｍの厚さのＲｕ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磁化固定層２０７（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して、第２磁化固定層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にさらに添加元素を加えた合金を用いても良い。十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層２０６の厚さは適切に設定される。
ピニング層２０６に接する強磁性層の磁化の固定を行うためには、磁場印加中での熱処理が行われる。熱処理時に印加されている磁場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。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とする。また、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。よってＭｎの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。例えば２００度（℃）以上、５００度（℃）以下とすることができる。好ましくは、２５０度（℃）以上、４００度（℃）以下とすることができる。
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よい。ハード磁性層として、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、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）などを用いてもよい。
第２磁化固定層２０７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。第２磁化固定層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磁化固定層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磁化固定層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磁化固定層２０７として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、歪検出素子のサイズが小さい場合にも、歪検出素子２００Ａの特性のばらつきを抑えることができる。
第２磁化固定層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磁化固定層２０７の上に形成される磁気結合層を介して、第２磁化固定層２０７と第１磁化固定層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磁化固定層２０７の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓと厚さｔとの積（Ｂｓ・ｔ））は、第１磁化固定層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磁化固定層２０９として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いると、第１磁化固定層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。上記と等しい磁気膜厚が得られる第２磁化固定層２０７の厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第２磁化固定層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磁化固定層２０７として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。
歪検出素子２００Ａにおいては、第２磁化固定層２０７と磁気結合層２０８と第１磁化固定層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層の磁化固定層からなる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、磁化固定層として、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固定層に用いる強磁性層として、上述した第２磁化固定層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磁化固定層２０７と第１磁化固定層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磁化固定層２０７と第１磁化固定層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、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以下の厚さに設定することができる。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磁化固定層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磁化固定層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磁化固定層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磁化固定層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、歪検出素子２００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えることができる。
第１磁化固定層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Ｍｇ−Ｏを用いる場合には、第１磁化固定層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Ｍｇ−Ｏ層の（１００）配向性を強めることができる。Ｍｇ−Ｏ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Ｍｇ−Ｏ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、Ｍｇ−Ｏ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磁化固定層２０９として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いてもよい。
第１磁化固定層２０９がより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。より大きな固定磁界を得るためには、第１磁化固定層２０９は、薄いほうが好ましい。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第１磁化固定層２０９の厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１磁化固定層２０９としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第１磁化固定層２０９の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１磁化固定層２０９の厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
第１磁化固定層２０９には、上述した材料の他に、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磁化固定層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磁化固定層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磁化固定層２０９として、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０ａｔ．％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、または、５０ａｔ．％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磁化固定層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磁化固定層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の磁性層２０１と第２の磁性層２０２との磁気的な結合を分断する。中間層２０３には、例えば、金属または絶縁体または半導体が用いられる。この金属としては、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（Ｍｇ−Ｏ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（Ｔｉ−Ｏ等）、亜鉛酸化物（Ｚｎ−Ｏ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よい。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Ｍｇ−Ｏ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。また、本実施の形態においては、磁化自由層２１０として、アモルファス構造の強磁性材料を用いることで、高いゲージファクタを実現することができる。磁化自由層２１０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、アモルファス化促進元素（例えばホウ素（Ｂ））とを含む合金を用いることができる。例えば、磁化自由層２１０には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｂ合金、又は、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金等を用いることが出来る。例えば、磁化自由層２１０には、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いることができる。
磁化自由層２１０は、多層構造（例えば、２層構造）を有してもよい。中間層２０３としてＭｇ−Ｏ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合金や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。
例えば、磁化自由層２１０は、中間層２０３に接する、又は近接する第１の部分と、第１の部分に接する、又は近接する第２の部分と、を含む。第１の部分は、例えば、磁化自由層２１０のうちの中間層２０３に接する部分を含む。この第１の部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が用いられる。そして、第２の部分には、例えば、Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。すなわち、磁化自由層２１０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。磁化自由層２１０として用いられる上記のＦｅ−Ｂ合金層の厚さは、例えば、６ｎｍである。
本実施の形態においては、磁化自由層２１０として、アモルファス部分を含む強磁性材料を用いることにより、高いゲージファクタを得ることができる。磁化自由層２１０に用いることのできる材料の例については、後述する。
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よい。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、非磁性材料を用いることができる。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の構成及び材料の例についてさらに説明する。磁化自由層２１０には、アモルファス部分を含む強磁性材料を用いることができる。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素と、アモルファス化促進元素（例えばホウ素（Ｂ））と、を含む合金を用いることができる。磁化自由層２１０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｂ合金などを用いることができる。磁化自由層２１０には、例えば、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％よりも大きく４０ａｔ．％以下）を用いることができる。磁化自由層２１０には、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いることができる。
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、大きい磁歪定数λを促進する元素として、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷの少なくともいずれかを添加しても良い。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。
磁化自由層２１０の少なくとも一部に、Ｆｅ１−ｙＢｙ（０＜ｙ≦０．３）、または、（ＦｅａＸ１−ａ）１−ｙＢｙ（Ｘは、ＣｏまたはＮｉ、０．８≦ａ＜１、０＜ｙ≦０．３）を用いる場合は、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ため、特に好ましい。例えば、４ｎｍの厚さのＦｅ８０Ｂ２０層を用いることができる。
磁化自由層２１０は、上述した通り、アモルファス部分を含む。磁化自由層２１０のうちの一部は、結晶化していてもよい。磁化自由層２１０は、結晶化した部分を含みつつ、アモルファス部分を含んでも良い。
磁化自由層２１０における磁歪定数λ及び保磁力Ｈｃは、磁化自由層２１０に含まれる強磁性材料の体積比に応じた加算可能な特性である。磁化自由層２１０中に結晶化している部分が存在している場合も、アモルファス部分の磁気特性が得られることで、小さい保磁力Ｈｃを得ることができる。例えば、中間層２０３に絶縁体を用い、トンネル磁気抵抗効果を利用する場合、磁化自由層２１０の中間層２０３との界面を含む部分は、結晶化していることが好ましい。これにより、例えば、高いＭＲ変化率が得られる。
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２１０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。
例えば、磁化自由層２１０は、中間層２０３に接する、又は近接する第１の部分と、第１の部分に接する、又は近接する第２の部分と、を含む。第１の部分は、例えば、磁化自由層２１０のうちの中間層３０に接する部分を含む。この第１の部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が用いられる。そして、第２の部分には、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金を用いる。すなわち、磁化自由層２１０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金が用いられる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば、２ｎｍである。このＦｅ−Ｇａ−Ｂ層の厚さは、例えば、６ｎｍである。また、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金を用いることができる。このＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。このＦｅ−Ｂ厚さは、例えば、４ｎｍである。既に説明したように、磁化自由層２１０として、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ／Ｆｅ−Ｂ合金を用いても良い。この場合、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。
このＦｅ−Ｂ層の厚さは、例えば、４ｎｍである。このように、中間層２０３側の第１の部分に、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いることで高いＭＲ変化率を得ることができる。
磁化自由層２１０のうちの中間層２０３との界面を含む第１の部分には、結晶化した、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）を用いても良い。磁化自由層２１０のうちの中間層２０３との界面を含む第１の部分には、結晶化した、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さ２ｎｍ）のような２層構造を用いても良い。
磁化自由層２１０として、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さ４ｎｍ）の積層膜を用いても良い。第２の磁性層２０として、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（厚さ０．５ｎｍ）／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さ２ｎｍ）／Ｃｏ３５Ｆｅ３５Ｂ３０（厚さ４ｎｍ）の積層膜を用いても良い。この積層膜においては、中間層３０から離れるに従って、ホウ素濃度が上昇する。
図５は、歪検出素子２００Ａの他の構成例を示す模式的な斜視図である。図５に示す歪検出素子２００Ａは、図４に示す歪検出素子２００Ａとほぼ同様に構成されているが、磁化自由層２１０とキャップ層２１１との間に、拡散防止層２１６を有する点において異なっている。
磁化自由層２１０にアモルファス化促進元素（例えばホウ素）を含有する磁性材料を用いる場合、拡散防止層２１６は、アモルファス化促進元素の拡散を防止し、磁化自由層２１０のアモルファス構造を保つ。拡散防止層２１６は、酸化物や窒化物等からなる。拡散防止層２１６に用いる酸化物材料や窒化物材料として、具体的には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａなどの元素を含む酸化物材料や窒化物材料を用いることができる。ここで、拡散防止層２１６は、磁気抵抗効果には寄与しない層のため、その面積抵抗は低いほうが好ましい。例えば、拡散防止層２１６の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層２０３の面積抵抗よりも低く設定することが好ましい。拡散防止層の面積抵抗を下げる観点では、バリアハイトの低いＭｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａの酸化物または窒化物が好ましい。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を用いることができる。また、酸窒化物は酸化物か窒化物のいずれかと見なすことができる。
拡散防止層２１６に酸化物材料、窒化物材料を用いる場合、拡散防止層２１６の膜厚は、ホウ素の拡散防止機能を十分に発揮する観点で０．５ｎｍ以上が好ましく、面積抵抗を低くする観点で５ｎｍ以下が好ましい。つまり、拡散防止層２１６の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。
拡散防止層２１６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ることができる。拡散防止層２１６として、これらの軽元素を含む材料を用いることができる。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。拡散防止層２１６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。
拡散防止層２１６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よい。ただし、拡散防止層２１６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ため、拡散防止層と磁化自由層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。
本実施の形態においては、拡散防止層２１６と磁化自由層２１０との間に図示しない磁性層を更に設けても良い。この図示しない磁性層は、磁化方向が可変である。この図示しない磁性層には、磁化自由層２１０に適用可能な材料と同様の材料を適用することが可能である。また、この図示しない磁性層は、磁化自由層２１０と磁気的に結合し、磁化自由層２１０と一体として機能しても良い。
拡散防止層２１６は、磁化自由層２１０中に設けても良い。この場合、磁化自由層２１０のうちの拡散防止層２１６と中間層２０３との間に位置する部分におけるホウ素の拡散（例えば、上述した第１の部分と第２の部分との間におけるホウ素の拡散）が抑制できる。これにより、小さい保磁力Ｈｃが得られる。すなわち、磁化自由層２１０全体の保磁力Ｈｃを小さく保つことができる。拡散防止層２１６を磁化自由層２１０中に設ける場合においては、複数の拡散防止層２１６を設けても良い。
次に、図６及び図７を参照して、下部電極２０４の凹凸と、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃとの関係について説明する。図６及び図７は、下部電極２０４上面の凹凸と、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃとの関係について説明するための模式的な断面図であり、図６には下部電極２０４上面の凹凸が小さい場合を、図７には下部電極２０４上面の凹凸が大きい場合を例示している。
図６に示す例においては、磁化自由層２１０がアモルファス化促進元素（図６においては、ホウ素（Ｂ））を含有しており、アモルファス状態となっている。ここで、発明者らの鋭意検討の結果、磁化自由層２１０がアモルファス状態である場合、磁化自由層２１０が結晶状態である場合と比較して、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃが小さくなることが分かった。従って、磁化自由層２１０がアモルファス化促進元素（図６においては、ホウ素（Ｂ））を含有させ、アモルファス状態とすることにより、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃを低減させ、ゲージファクタを大きくすることが出来る。
一方、図７に示すとおり、磁化自由層２１０にアモルファス化促進元素を含有させても、アニール処理時にこのアモルファス化促進元素が隣接層に拡散してしまい、これに伴って磁化自由層２１０の結晶化が進行し、磁化自由層２１０の保磁力Ｈｃが増大してしまう事があった。発明者らの鋭意検討の結果、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化は、下部電極２０４上面の凹凸が大きい場合に生じやすい傾向があることが分かった。これは、以下の様な理由によるものと考えられる。
即ち、図６に示す通り、下部電極２０４上面の凹凸が小さい場合には、その上面に成膜される下地層２０５から第１磁化固定層２０９までの各層と、中間層２０３と、磁化自由層２１０と、拡散防止層２１６との凹凸も全て小さくなる。従って、アモルファス化促進元素の拡散を防止する中間層２０３や拡散防止層２１６の膜厚も比較的均一であり、アニール時におけるアモルファス化促進元素の拡散を好適に防止することが可能であると考えられる。
一方、図７に示す通り、下部電極２０４上面の凹凸が大きい場合には、その上面に成膜される下地層２０５から第１磁化固定層２０９までの各層と、中間層２０３と、磁化自由層２１０と、拡散防止層２１６との凹凸も全て大きくなる。従って、中間層２０３や拡散防止層２１６には、薄い部分が生じてしまう。従って、アモルファス化促進元素は、アニール時にこの薄い部分を介して拡散してしまうものと考えられる。
また、発明者らの検討の結果、このようなアモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化の進行は、下部電極２０４の材料の結晶粒径が小さい場合には比較的発生しづらく、下部電極２０４の材料の結晶粒径が大きい場合には比較的発生しやすいことが分かった。
次に、図８を参照して、本実施の形態に係る歪検出素子２００の態様について説明する。図８は、本実施の形態に係る歪検出素子２００の模式的な断面図である。
図８に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ２が、所定の値Ｒａｃ２以下である。この値Ｒａｃ２は、例えば０．３ｎｍである。Ｒａ値は、所定の表面の凹凸の大きさを示す数値であり、平均粗さとも呼ばれる。Ｒａ値の算出方法については、後で図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明する。尚、平均粗さＲａ２は、例えば、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明するＲａ値によって算出される。
また、図８に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の最大粗さＲｍａｘ２が、所定の値Ｒｍａｘｃ２以下である。この値Ｒｍａｘｃ２は、例えば２．５ｎｍである。Ｒｍａｘ値は、所定の表面の凹凸の大きさを示す数値であり、最大粗さとも呼ばれる。Ｒｍａｘ値の算出方法については、後で図９（ｃ）を参照して説明する。尚、最大粗さＲｍａｘ２は、例えば、図９（ｃ）を参照して説明するＲｍａｘ値によって算出される。
また、図８に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、下部電極２０４に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率の金属層を有し、この金属層の上面のＲａ値Ｒａ１が、所定の値Ｒａｃ１以下である。また、所定の値Ｒａｃ１は、例えば２ｎｍである。
また、図８に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、下部電極２０４に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率の金属層を有し、この金属層の上面のＲｍａｘ値Ｒａ１が、所定の値Ｒｍａｘｃ１以下である。また、所定の値Ｒｍａｘｃ１は、例えば１０ｎｍである。
また、図８に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、下部電極２０４に、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率の金属層を有し、この金属層の結晶粒径ＧＳ１が、所定の値ＧＳｃ１以下である。この値ＧＳｃ１は、例えば５０ｎｍである。
また、上述した通り、下部電極２０４は、低抵抗率の金属層として、Ｃｕ−Ａｇ合金を含んでいても良い。これにより、下部電極２０４に含まれる低抵抗率の金属層の結晶粒径ＧＳ１を小さくする事が出来る。Ｃｕ−Ａｇ合金として、例えば、Ｃｕ１００−ｘＡｇｘ（１ａｔ．％≦ｘ≦２０ａｔ．％）を用いることができる。
このような構成によれば、下部電極２０４上面の凹凸に起因する中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面及び拡散防止層２１６と第１の磁性層２０１との界面の凹凸を低減し、中間層２０３及び拡散防止層２１６に薄い部分が出来ることを防止することが可能である。従って、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う第１の磁性層２０１の結晶化を抑制し、第１の磁性層２０１を低保磁力なアモルファス状態に維持しつつ、アニールによる高ＭＲを実現し、圧力センサのゲージファクタを大きくして、高感度な歪検出素子２００及びこれを搭載した圧力センサを提供することが可能となる。
次に、図９を参照して、凹凸の計算方法を説明する。図９は、本明細書における凹凸の計算方法を説明するための模式的な図である。
まず、図９（ａ）を参照して、所定の面中、高さ方向における位置の平均値ＺＣの算出方法を説明する。図９（ａ）中の曲線は、歪検出素子２００を側面から見た場合の、所定の面の高さ方向における位置を模式的に示したものである。また、図中の「ｉ」は、高さ方向に直交する方向（ｘｙ平面に平行な所定の方向）における所定の位置を、「Ｚ（ｉ）」は、位置ｉにおける所定の面の高さ方向における位置（基準からの距離）を示している。更に、図中のＺｃは、全てのｉにおけるＺ（ｉ）の平均値である。ＺＣは、図９（ａ）に示す通り、下記式（１）によって表される。
式（１）
尚、例えば実際の歪検出素子２００を切断し、ＴＥＭ等によって断面を観察した場合には、取得した画像中の、例えば中間層２０３又は拡散防止層２１６と、第１の磁性層２０１又は第２の磁性層２０２との界面に対してフィッティング処理を行い、これによってＺｃを取得することも可能である。また、例えばこのような手段によってＺｃを取得した場合には、この線を図９中の「基準」として用いても良く、更にこの線と垂直な方向を高さ方向として規定しても良い。
次に、図９（ｂ）を参照して、凹凸（Ｒａ値、平均粗さ）の計算方法を説明する。図９（ｂ）には、所定の面の高さ方向における位置Ｚ（ｉ）及びＺ（ｉ）の平均値Ｚｃが点線で示されており、更にＺ（ｉ）及びＺｃの差の絶対値が実線で示されている。Ｒａ値は、全てのｉにおけるＺ（ｉ）及びＺｃの差の絶対値の平均値である。Ｚ（ｉ）は、図９（ｂ）に示す通り、下記式（２）によって表される。
式（２）
次に、図９（ｃ）を参照して、他の凹凸（最大高低差Ｒｚ（＝Ｒｍａｘ））の計算方法を説明する。図９（ｃ）中の曲線は、歪検出素子２００を側面から見た場合の、所定の面の高さ方向における位置を模式的に示したものである。最大高低差Ｒｚ（＝Ｒｍａｘ）は、図９（ｃ）に示す通り、Ｚ（ｉ）の最大値ｍａｘ（Ｚ（ｉ））と、Ｚ（ｉ）の最小値ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））との差分である。Ｒｚは、図９（ｃ）に示す通り、下記式（３）によって表される。
式（３）
［１−２．磁化自由層の結晶構造と磁気的特性の関係の検討］
次に、発明者らが行った実験の結果について説明する。まずは、図１０〜図３５を参照して、磁化自由層２１０の結晶構造と磁気的特性の関係について説明する。
まず、図１０及び図１１を参照して、本実験の方法について説明する。図１０及び図１１は、本実験の方法について説明するための模式的な図である。本実験においては、基板６１０を湾曲させる基板ベンディング法によって、歪検出素子２００と同様の構成を有する第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に歪を与え、この状態で第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に外部磁場Ｈを印加し、これら試料の抵抗値を測定した。
本実験に際しては、まず、図１０に示す通り、基板６１０上に第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２を作製し、次に基板６１０を短冊状にカットした。第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２は、基板６１０上にドット状に形成した。第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２のｘｙ平面内におけるサイズは、２０μｍ×２０μｍである。
次に、図１１に示す通り、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２が作製された基板６１０を、第２の磁性層２０２の磁化方向（例えば、−Ｙ方向）と直交する方向（例えば、Ｘ方向）に湾曲させ、これによって第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に歪を与えた。基板６１０の湾曲は、ナイフエッジ６５０及び６６０による４点ベンディング法（基板ベンディング法）によって行った。ナイフエッジ６５０及び６６０にはロードセル６７０が組み込まれており、このロードセル６７０によってナイフエッジ６５０及び６６０の荷重を計測することにより、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に与えられた歪εを算出した。歪εの算出には、２辺支持梁に関する下記式１を用いた。
式（４）
上記式１において、「ｅｓ」は、基板６１０のヤング率である。「Ｌ１」は、外側ナイフエッジ６５０のエッジ間長である。「Ｌ２」は、内側ナイフエッジ６６０のエッジ間長である。「Ｗ」は、基板６１０の幅である。「ｔ」は、基板６１０の厚さである。「Ｇ」は、ナイフエッジ６５０及び６６０に加えられる荷重である。ナイフエッジ６５０及び６６０に加わる荷重は、図示しないモータにより、連続的に変更できる。なお、本明細書における実験では、基板厚みｔが０．６ｍｍのＳｉ基板を用い、Ｓｉ基板の（１１０）方向に基板曲げを行って、基板６１０のヤング率ｅｓは１６９ＧＰａとした。
尚、図１１においては、基板６１０を凸状に湾曲させている例について説明しているが、本実験においては、基板６１０を凹状にも湾曲させた。例えば図１１に示す通り、基板６１０を凸状に湾曲させた場合には、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２には引張方向（正方向）の歪が発生する。一方、基板６１０を凹状に湾曲させた場合には、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に圧縮方向（負方向）の歪が発生する。
また、図１１に示す通り、外部磁場Ｈは、基板６１０を湾曲させる方向（第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に与えられる歪の方向）と直交する方向に印加した。この状態で、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２の垂直通電特性を評価した。尚、外部磁場Ｈの方向は、第２の磁性層２０２の磁化方向と反対の方向（例えば、Ｙ方向）を正方向と、第２の磁性層２０２の磁化方向と同じ方向（例えば、−Ｙ方向）を負方向とした。
次に、図１２及び図１３を参照して、本実験に使用した試料の説明を行う。図１２は、第１の試料Ｓ０１の構成を示す模式的な斜視図である。第１の試料Ｓ０１は、図５に示した歪検出素子２００Ａと同様に構成されており、拡散防止層２１６を有している。
第１の試料Ｓ０１においては、下部電極２０４としてＴａ（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）層が、下地層２０５としてＴａ（１ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）が、ピニング層２０６として７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層が、第２磁化固定層２０７として２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が、磁気結合層２０８として０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が、第１磁化固定層２０９として３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が、中間層２０３として１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が、磁化自由層２１０として４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０が、拡散防止層２１６として１．５ｎｍの厚さのＭｇＯ層が、キャップ層２１１としてＣｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２０ｎｍ）／Ｒｕ（５０ｎｍ）が、上部電極２１２としてＴａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２００ｎｍ）／Ｔａ（３５ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）が用いられる。
中間層２０３及び拡散防止層２１６に用いられているＭｇ−Ｏ層は、１．６ｎｍの厚さのＭｇ層を成膜した後に、ＩＡＯ（Ion beam-assisted Oxidation）処理による表面酸化を行う事により形成されている。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の作製時の酸化条件は、例えば、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の作製時の酸化条件よりも弱い。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗は、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも低い。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗が、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも高い場合は、その拡散防止層２１６により寄生抵抗が増え、ＭＲ変化率が低減し、ゲージファクタが低下する。拡散防止層２１６用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗は、中間層２０３用のＭｇ−Ｏ層の面積抵抗よりも低くすることで、寄生抵抗は小さくでき、高いＭＲ変化率が得られ、高いゲージファクタが得られる。
図１３は、第２の試料Ｓ０２の構成を示す模式的な斜視図である。第２の試料Ｓ０２は、図４に示した歪検出素子２００Ａと同様に構成されており、拡散防止層２１６を有していない。また、第２の試料Ｓ０２は、それ以外の層については、第１の試料Ｓ０１と同様に構成されている。
次に、図１４〜１７を参照して、本実験の結果について説明する。図１４〜図１７は、本実験の結果を説明するためのグラフである。図１４及び図１５は、基板６１０上に第１の試料Ｓ０１を設けた場合の結果を示しており、それぞれ基板６１０を凸状に湾曲させて第１の試料Ｓ０１に正方向（引張方向）の歪を与えた場合の結果と、基板６１０を凹状に湾曲させて第１の試料Ｓ０１に負方向（圧縮方向）の歪を与えた場合の結果とを示している。一方、図１６及び図１７は、基板６１０上に第２の試料Ｓ０２を設けた場合の結果を示しており、それぞれ基板６１０を凸状に湾曲させて第２の試料Ｓ０２に正方向（引張方向）の歪を与えた場合の結果と、基板６１０を凹状に湾曲させて第２の試料Ｓ０２に負方向（圧縮方向）の歪を与えた場合の結果とを表している。また、図１４〜図１７においては、横軸が外部磁場Ｈの大きさ（エルステッド：Ｏｅ）を、縦軸が下部電極２０４と上部電極２１２との間の電気抵抗値Ｒ（オーム：Ω）を示している。更に、図１４〜図１７においては、外部磁場Ｈと電気抵抗値Ｒとの関係を、第１の試料Ｓ０１又は第２の試料Ｓ０２に与えられた歪ε毎に示している。また、第１の試料Ｓ０１および第２の試料Ｓ０２の磁歪λおよび保磁力Ｈｃの値は、素子加工を行わない連続膜の状態におけるＭ（磁化）−Ｈ（磁場）測定によって調べた。磁歪λは基板に歪を加えて磁化自由層の磁化困難軸方向の異方性磁界Ｈｋの変化より算出した。なお、図１４〜１７に示す結果では、Ｍ−Ｈ測定は５０Ｈｚの磁場掃印を用いたループトレーサーにより行った。
図１４及び図１６には、歪εが、０．８×１０−３、０．６×１０−３、０．４×１０−３、０．２×１０−３、及び、０．０×１０−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性の測定結果を示している。また、図１５及び図１７には、歪εが、−０．２×１０−３、−０．４×１０−３、−０．６×１０−３、及び、−０．８×１０−３であるときの、電気抵抗の磁場依存性の測定結果を示している。図１４〜１７に示す通り、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２においては、歪εの値により、Ｒ−Ｈループ形状が変化している。これは、逆磁歪効果によって、第１の磁性層２０１（磁化自由層）の面内磁気異方性が変化していることを示している。
図１４及び図１５に示すグラフ、および図示しないＭ−Ｈ測定の結果から第１の試料Ｓ０１の特性を算出した所、ＭＲ比が１４９％、保磁力が３．２Ｏｅとなった。一方、第２の試料Ｓ０２の特性を算出した所、ＭＲ比が１８８％、保磁力が２７Ｏｅとなった。以上より、Ｍｇ−Ｏからなる拡散防止層２１６を有する第１の試料Ｓ０１は、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２よりも保磁力ＨＣが大幅に低減されることが確認された。
次に、図１０及び図１１に示した様な環境下において、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２における歪εと電気抵抗値Ｒとの関係を検討した。本検討においては、外部磁場Ｈの大きさを固定し、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２における歪εを、−０．８×１０−３から０．８×１０−３まで連続的に変化させ、続いて、歪εを、０．８×１０−３から−０．８×１０−３まで連続的に変化させた。
次に、図１８及び図１９を参照して、本実験の他の結果について説明する。図１８及び図１９は、それぞれ第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２に与えられた歪と電気抵抗値Ｒとの関係を示しており、横軸は歪εを、縦軸は下部電極２０４と上部電極２１２との間の電気抵抗値Ｒを示している。また、これらの結果から第１の試料Ｓ０１の特性を算出した所、磁歪定数λが２０ｐｐｍ、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が４０２７となった。同様に、第２の試料Ｓ０２の特性を算出した所、磁歪定数λが３０ｐｐｍ、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が８９５となった。
以上より、第１の磁性層２０１として同じ材料（４ｎｍの厚さＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の磁化自由層）を用いる場合であっても、Ｍｇ−Ｏからなる拡散防止層２１６を有する第１の試料Ｓ０１は、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２よりも大きなゲージファクタを得られることが確認された。このような拡散防止層２１６の有無によるゲージファクタの違いは、第１の磁性層（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）の保磁力ＨＣの違いに起因すると考えられる。
即ち、図３（ｄ）及び（ｅ）を参照して説明した通り、第１の磁性層２０１の磁歪定数がより大きく、保磁力がより小さい場合には、第１の磁性層２０１においてより顕著に逆磁歪効果が発現し、ゲージファクタが増大する。ここで、第１の試料Ｓ０１は、第２の試料Ｓ０２と比較して、ＭＲ変化率および磁歪定数λの値は低いが、保磁力ＨＣが約１／１０である。従って、第１の試料Ｓ０１においては、保磁力ＨＣの低減によるゲージファクタ増大への寄与が、ＭＲ変化率および磁歪定数λの低減によるゲージファクタ減少への寄与と比較して顕著に発現し、ゲージファクタを増大させているものと考えられる。
次に、図２０〜図２３に示す通り、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２に対し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察を行った。まず、図２０及び図２１を参照して、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の結晶構造について説明する。図２０（ａ）及び図２１（ａ）は、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の断面透過型電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）写真像である。図２０（ａ）及び図２１（ａ）に示す通り、図中には、ピニング層２０６からキャップ層２１１までの積層構造が撮影されている。
図２０（ｂ）〜図２０（ｄ）は、それぞれ図２０（ａ）中の点Ｐ１（第１の試料Ｓ０１の第１磁化固定層２０９中の１点）、点Ｐ２（第１の試料Ｓ０１の中間層２０３中の１点）及び点Ｐ３（第１の試料Ｓ０１の磁化自由層２１０中の１点）における電子線のナノディフラクションによる結晶格子回折像である。図に示す通り、図２０（ｂ）及び図２０（ｃ）には、規則的な原子配列が観察されている。これは、点Ｐ１及び点Ｐ２における部分が結晶状態であることを示している。これに対し、図２０（ｄ）には、規則的な原子配列が観察されておらず、リング状の回折像が観察されている。これは、点Ｐ３における部分がアモルファス状態であることを示している。
図２１（ｂ）〜図２１（ｄ）は、図２１（ａ）中の点Ｐ４（第２の試料Ｓ０２の第１磁化固定層２０９中の１点）、点Ｐ５（第２の試料Ｓ０２の中間層２０３中の１点）及び点Ｐ６（第２の試料Ｓ０２の磁化自由層２１０中の１点）における電子線のナノディフラクションによる結晶格子回折像である。図に示す通り、図２１（ｂ）〜図２１（ｄ）には、規則的な原子配列が観察されている。これは、点Ｐ４、点Ｐ５及び点Ｐ６における部分が結晶状態であることを示している。
以上より、拡散防止層２１６を有し、高いゲージファクタを示す第１の試料Ｓ０１の磁化自由層２１０はアモルファス構造を含んでおり、拡散防止層２１６を有さず、低いゲージファクタを示す第２の試料Ｓ０２の磁化自由層２１０は結晶構造を有していることが分かった。
次に、図２２及び図２３を参照して、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の組成の説明を行う。図２２（ａ）及び図２３（ａ）は、電子エネルギー損失分光法（Electron Energy-Loss Spectroscopy：ＥＥＬＳ）による、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の元素のデプスプロファイルの評価結果である。また、図２２（ｂ）及び図２３（ｂ）は、それぞれ図２０（ａ）及び図２１（ａ）の一部を切り出したものであり、上記デプスプロファイルを行った部分Ｌ１及びＬ２を図示するものである。
図２２（ａ）及び図２３（ａ）中においては、縦軸が深さＤｐを、横軸が元素の検出の強度Ｉｎｔ（任意単位）を表している。深さＤｐは、例えば、Ｚ軸方向における距離に対応する。また、図２２（ａ）及び図２３（ａ）中には、ホウ素（Ｂ）が実線で、酸素（Ｏ）が一点鎖線で、鉄（Ｆｅ）が点線で示されている。
図２３（ａ）に示すように、第２の試料Ｓ０２においては、キャップ層２１１におけるホウ素の強度Ｉｎｔが、磁化自由層２１０（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）におけるホウ素の強度Ｉｎｔよりも高い。また、磁化自由層２１０において、キャップ層２１１側の部分におけるホウ素の強度Ｉｎｔは、磁化自由層２１０の中央部分におけるホウ素の強度Ｉｎｔよりも高い。従って、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２においては、ホウ素が、磁化自由層２１０からキャップ層２１１に拡散し、磁化自由層２１０におけるホウ素の濃度が低下していると考えられる。
一方、図２２（ａ）に示す通り、第１の試料Ｓ０１においては、磁化自由層２１０（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）の中央部分において、ホウ素のピークが生じている。そして、キャップ層２１１のホウ素含有量は少ない。即ち、磁化自由層２１０（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層）のホウ素濃度は、他の層にほとんど拡散せずに成膜時の初期状態を維持している。これは、第１の試料Ｓ０１は拡散防止層２１６を有しており、この拡散防止層２１６が磁化自由層２１０からのホウ素の拡散を抑制する拡散バリアの効果を有しているためと考えられる。
ここで、図２０及び図２１を参照して説明した通り、拡散防止層２１６を有する第１の試料Ｓ０１においては、磁化自由層２１０がアモルファス状態の部分を含んでいた。これは、第１の試料Ｓ０１においては、拡散防止層２１６によってアモルファス化促進元素であるホウ素の拡散を防止したためと考えられる。一方、拡散防止層２１６を有しない第２の試料Ｓ０２においては、磁化自由層２１０の結晶化が進行していた。これは、第２の試料Ｓ０２が拡散防止層２１６を有しておらず、アモルファス化促進元素であるホウ素が比較的容易に拡散してしまう事に起因するものと考えられる。
次に、Ｘ線回折を用い、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層の結晶構造の評価を行った。結晶構造の評価は、図２４及び図２５に示す通り、第１の試料Ｓ０１の一部と類似の構造を有する試料Ｓｒ１と、第２の試料Ｓ０２の一部と類似の構造を有する試料Ｓｒ２に対して行った。
図２４は、試料Ｓｒ１の構成を示す模式的な斜視図である。試料Ｓｒ１は、第１の試料Ｓ０１と同様に、拡散防止層２１６を有している。即ち、試料Ｓｒ１は、Ｍｇ−Ｏ層からなる中間層２０３と、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層からなる磁化自由層２１０と、Ｍｇ−Ｏ層からなる拡散防止層２１６と、Ｔａからなるキャップ層２１１とを順に積層してなる。
図２５は、試料Ｓｒ２の構成を示す模式的な斜視図である。試料Ｓｒ２は、第２の試料Ｓ０２と同様に、拡散防止層２１６を有していない。即ち、試料Ｓｒ２は、Ｍｇ−Ｏ層からなる中間層２０３と、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層からなる磁化自由層２１０と、Ｔａからなるキャップ層２１１とを順に積層してなる。
次に、図２６及び図２７に示す通り、試料Ｓｒ１及び試料Ｓｒ２の磁化自由層２１０に、Ｘ線回折による評価を行った。結晶構造の評価に際しては、まず試料Ｓｒ１及び試料Ｓｒ２の製造直後に、Ｘ線回折による評価を行った。次に、３２０℃にて一時間アニール処理を行い、再びＸ線回折による評価を行った。
図２６及び図２７は、試料Ｓｒ１及び試料Ｓｒ２の磁化自由層２１０の、Ｘ線回折による評価結果を示している。これらの図の横軸は、回転角２θ（度）である。縦軸は、強度Ｉｎｔである。また、図中には、アニール処理前の評価結果が実線で、アニール処理後の評価結果が点線で示されている。
図２６に示す通り、試料Ｓｒ１においては、アニール処理前後においてＸ線回折ピークが確認されなかった。従って、拡散防止層２１６を有する試料Ｓｒ１の磁化自由層２１０は、アニール処理の前後を通して、アモルファス状態であったと考えられる。
一方、図２７に示す通り、試料Ｓｒ２においては、アニール処理前においてはＸ線回折ピークが確認されず、アニール処理後においてはＣｏ５０Ｆｅ５０の回折ピークが確認された。従って、拡散防止層２１６を有しない試料Ｓｒ２の磁化自由層２１０においては、アニール処理によって結晶化が進行したものと考えられる。
次に、図２８〜図３１に示す通り、磁化自由層２１０の結晶性と磁化自由層２１０の磁気的特性について、更なる検討を行った。本検討においては、第１の試料Ｓ０１（図１２）及び第２の試料Ｓ０２（図１３）に加え、新たに図２８に示す第３の試料Ｓ０３を作製し、これら３つの試料について磁気的特性を測定した。磁気特性の評価（Ｍ−Ｈ測定）は５０Ｈｚの磁場掃印を用いたループトレーサーにより行った。
図２８に示す通り、第３の試料Ｓ０３は、第２の試料Ｓ０２とほぼ同様に構成されているが、第３の試料Ｓ０３においては、磁化自由層２１０にＦｅ５０Ｃｏ５０（厚さ４ｎｍ）が使用されている。即ち、第３の試料Ｓ０３は、磁化自由層２１０にアモルファス化促進元素（例えばホウ素）を含んでいない。
図２９及び図３０は、第１の試料Ｓ０１、第２の試料Ｓ０２及び第３の試料Ｓ０３の磁化自由層２１０の保磁力ＨＣ及び磁歪定数λを示すグラフである。尚、図中には、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２についてはアニール処理前後についての値が、第３の試料Ｓ０３についてはアニール処理後についての値が示されている。
図２９に示すとおり、アニール処理前においては、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の保磁力ＨＣは、どちらも３〜４Ｏｅ程度である。これに対し、アニール処理後においては、第１の試料Ｓ０１の保磁力ＨＣは４Ｏｅ程度であり、良好な軟磁性特性を示したのに対し、第２の試料Ｓ０２及び第３の試料Ｓ０３の保磁力ＨＣは２７Ｏｅまで増大した。これは、第１の試料Ｓ０１においては磁化自由層２１０がアモルファス状態を維持しているのに対し、第２の試料Ｓ０２及び第３の試料Ｓ０３においては磁化自由層２１０の結晶化が進行しているためであると考えられる。
図３０に示すとおり、アニール処理前においては、第１の試料Ｓ０１及び第２の試料Ｓ０２の磁歪定数λは、どちらも２０ｐｐｍ程度である。アニール処理後においては、第１の試料Ｓ０１の磁歪定数λは２２ｐｐｍ程度であり、アニール処理前の値を実質的に維持した。これに対し、第２の試料Ｓ０２及び第３の試料Ｓ０３の磁歪定数λは３０〜３５ｐｐｍまで増大した。
図３１は、第１の試料Ｓ０１、第２の試料Ｓ０２及び第３の試料Ｓ０３における磁化自由層２１０の結晶状態と、各状態における磁気的特性を示す模式的な図である。
図３１に示す通り、第３の試料Ｓ０３は、磁化自由層２１０がＣｏ５０Ｆｅ５０からなり、アモルファス化促進元素であるホウ素を含んでいない。従って、第３の試料Ｓ０３における磁化自由層２１０は、ほぼ結晶状態であると考えられる。尚、第３の試料Ｓ０３における磁化自由層２１０は、保磁力ＨＣが２７（Ｏｅ）であり、磁歪定数λが３５ｐｐｍである。
図３１に示す通り、第２の試料Ｓ０２の磁化自由層２１０は、アニール処理前においてはアモルファス状態であるものと考えられる。アニール処理前における第２の試料Ｓ０２の磁化自由層２１０は、保磁力ＨＣが４（Ｏｅ）であり、磁歪定数λが２０ｐｐｍであり、ＭＲ比が９％である。
また、図３１に示す通り、第２の試料Ｓ０２は、磁化自由層２１０がＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０からなるものの、拡散防止層２１６を有していない。従って、アニール処理においては磁化自由層２１０からアモルファス化促進元素であるホウ素が比較的拡散しやすく、磁化自由層２１０の結晶化が比較的進行しやすいものと考えられる。尚、アニール処理後における第２の試料Ｓ０２における磁化自由層２１０は、保磁力ＨＣが２７（Ｏｅ）であり、磁歪定数λが３０ｐｐｍであり、ＭＲ比が１８８％である。
図３１に示す通り、第１の試料Ｓ０１の磁化自由層２１０は、アニール処理前においてはアモルファス状態であるものと考えられる。アニール処理前における第１の試料Ｓ０１の磁化自由層２１０は、保磁力ＨＣが３．２（Ｏｅ）であり、磁歪定数λが２０ｐｐｍであり、ＭＲ比が８％である。
また、図３１に示す通り、第１の試料Ｓ０１は、磁化自由層２１０がＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０からなり、拡散防止層２１６を有している。従って、アニール処理においては、磁化自由層２１０からホウ素が比較的拡散しづらく、磁化自由層２１０の結晶化も比較的進行しづらく、磁化自由層２１０をアモルファス状態に維持することが容易であると考えられる。尚、アニール処理後における第１の試料Ｓ０１における磁化自由層２１０は、保磁力ＨＣが３．３（Ｏｅ）であり、磁歪定数λが２２ｐｐｍであり、ＭＲ比が１４９％である。
次に、図３２〜図３４に示す通り、第４の試料Ｓ０４を作製し、この磁気的特性の評価を行った。図３２の左図は、第４の試料Ｓ０４の構成を示す模式的な斜視図である。また、図３２の右図は、磁化自由層２１０中のホウ素濃度ＣＢを示すグラフである。
第４の試料Ｓ０４は、第１の試料Ｓ０１とほぼ同様に構成されているが、磁化自由層２１０の構成が異なっている。即ち、第４の試料Ｓ０４においては、磁化自由層２１０中のホウ素濃度ＣＢが、拡散防止層２１６に近づくほど高く、中間層２０３に近づくほど低く設定されている。このような構成は、例えば磁化自由層２１０を、中間層２０３に接し、ホウ素濃度ＣＢの低い第１の部分２１０ｂと、この第１の部分２１０ｂと拡散層２１６の間に設けられ、ホウ素濃度ＣＢの高い第２の部分２１０ａとから構成することによって実現することが可能である。第１の部分２１０ｂは、例えば０．５ｎｍのＣｏ５０Ｆｅ５０から形成することが可能である。また、第２の部分２１０ａは、例えば８ｎｍのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０から形成することが可能である。
上記第１の部分２１０ｂは、ホウ素濃度ＣＢが低い。従って、第１の部分２１０ｂは、アニール処理によって結晶化が進行すると考えられる。ここで、ＭＲ比は、磁化自由層２１０のうち、中間層２０３近傍の部分（中間層２０３上面から約０．５ｎｍ程度の部分）
が結晶状態である場合に大きくなる。従って、第４の試料Ｓ０４の様な構成によれば、高いＭＲ比を確保できるものと考えられる。
また、上記第２の部分２１０ａはホウ素濃度ＣＢが高く、第４の試料Ｓ０４は拡散防止層２１６を有している。従って、第２の部分２１０ａは、アニール処理後においてもアモルファス状態を維持し、低い保磁力ＨＣを確保するものと考えられる。ここで、磁化自由層２１０が積層膜である場合、磁歪定数や保磁力等の磁気特性は、積層膜に含まれる各層の厚さに応じて、例えば、最も厚い層の特徴が最も強く反映される。これは、磁化自由層に含まれる磁性材料の積層体が交換結合して磁気特性が平均化されるためである。従って、第４の試料Ｓ０４の様な構成によれば、高いＭＲ比を保持しつつ、保磁力ＨＣを低減させることが可能となり、高いゲージファクタを有する歪検出素子を製造することが可能になるものと考えられる。
尚、第４の試料Ｓ０４においては、第１の部分２１０ｂの膜厚を、第２の部分２１０ａの膜厚よりも充分小さくする事が望ましい。これにより、例えば、小さい保磁力Ｈｃを得ることが容易になる。第１の部分２１０ｂの厚さは、例えば、第２の部分２１０ａの厚さの１／３以下である。
また、図３２の右図に示す様なホウ素濃度ＣＢの分布に関する情報は、例えば、ＳＩＭＳ分析（Secondary Ion Mass Spectrometry）や、断面ＴＥＭとＥＥＬＳとの組み合わせ、ＥＥＬＳ分析、３次元アトムプローブ分析等の手段によって得られる。
次に、図３３及び図３４に示す通り、第４の試料Ｓ０４に対し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察を行った。図３３は、第４の試料Ｓ０４の断面透過型電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）写真像である。図３３に示す通り、図中には、ピニング層２０６からキャップ層２１１までの積層構造が撮影されている。
次に、図３４を参照して、第４の試料Ｓ０４の組成の説明を行う。図３４（ａ）は、電子エネルギー損失分光法（Electron Energy-Loss Spectroscopy：ＥＥＬＳ）による、第４の試料Ｓ０４の元素のデプスプロファイルの評価結果である。また、図３４（ｂ）は、図３３の一部を切り出したものであり、上記デプスプロファイルを行った部分Ｌ３を図示するものである。
図３４（ａ）中においては、縦軸が深さＤｐを、横軸が元素の検出の強度Ｉｎｔ（任意単位）を表している。深さＤｐは、例えば、Ｚ軸方向における距離に対応する。また、図３４（ａ）中には、ホウ素（Ｂ）が実線で、酸素（Ｏ）が一点鎖線で、鉄（Ｆｅ）が点線で示されている。
図３４（ａ）に示す通り、第４の試料Ｓ０４においては、ホウ素Ｂが他の層に拡散せず、好適に磁化自由層２１０の範囲内にとどまっている。また、第１の部分２１０ｂにおけるホウ素のＥＥＬＳ強度は、第２の部分２１０ａにおけるホウ素のＥＥＬＳ強度よりも低いことが分かる。
尚、第４の試料Ｓ０４のＭＲ比を測定した所、１８７％となり、第１の試料Ｓ０１（ＭＲ比は１４９％）よりも高くなった。これは、結晶性を有する第１の部分２１０ｂが中間層２０３近傍に設けられていることに起因するものと考えられる。
また、第４の試料Ｓ０４の保磁力ＨＣ及び磁歪定数λを測定した所、保磁力ＨＣは３．８Ｏｅ、磁歪定数λは２０ｐｐｍとなり、どちらも第１の試料Ｓ０１（保磁力ＨＣは３．３Ｏｅ、磁歪定数λは２０ｐｐｍ）とほぼ等しくなった。これは、保磁力ＨＣ及び磁歪定数λが第１の部分２１０ｂと第２の部分２１０ａの特性の和によって与えられることと、第４の試料Ｓ０４においては、アモルファス構造を有する第２の部分２１０ａが、結晶構造を有する第１の部分２１０ｂと比較して、充分厚いことに起因するものと考えられる。
次に、図３５に示す通り、磁化自由層２１０や拡散防止層２１６の構成を変えることにより、異なる保磁力ＨＣを有する複数の試料を作製し、これら試料における保磁力ＨＣとゲージファクタＧＦの関係を調べた。図３５は、横軸が保磁力ＨＣを、縦軸がゲージファクタＧＦを表している。図３５に示す結果では、保磁力の評価はＭ−Ｈ測定は５０Ｈｚの磁場掃印を用いたループトレーサーにより行った。
図３５に示す通り、保磁力ＨＣが低いほど高いゲージファクタＧＦが得られることが分かる。また、保磁力ＨＣが５Ｏｅ以下になると、ゲージファクタＧＦが急峻に増大していることが分かる。従って、高いゲージファクタＧＦを有する歪検出素子を製造するためには、磁化自由層２１０の保磁力ＨＣを５Ｏｅ以下とすることが好ましい。なお、磁化自由層２１０の保磁力は、Ｍ−Ｈ測定の磁場掃印速度によって異なる値となり、磁場掃印速度が遅いほど低い値となる。例えば、Vibrating Sample Magnetometer（ＶＳＭ）などで、磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した場合に求められる保磁力の場合、ＨＣが４Ｏｅ以下になると、ゲージファクタＧＦが急峻に増大する。磁場掃印速度１０〜１００（Ｏｅ／ｍｉｎ）の範囲でＭ−Ｈ測定をする場合、特に高いゲージファクタＧＦとするには、保磁力を４Ｏｅ以下とすることが好ましい。
［１−３．下部電極上面の凹凸と磁化自由層の磁気的特性の関係の検討］
ここまでは、図１０〜図３５を参照して、磁化自由層２１０の結晶構造と磁気的特性の関係を示す実験の結果を説明した。ここからは、図３６〜図４８を参照して、下部電極２０４上面の凹凸と、磁化自由層２１０の磁気的特性の関係を示す実験の結果を説明する。
まず、図３６〜図３８を参照して、本実験に使用した第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７の説明を行う。図３６は、第５の試料Ｓ０５の構成を示す模式的な断面図である。図３７は、第６の試料Ｓ０６の構成を示す模式的な断面図である。図３８は、第７の試料Ｓ０７の構成を示す模式的な断面図である。
第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７は、図１２に示した第１の試料Ｓ０１と同様に構成されているが、お互いに下部電極２０４に含まれる材料及び作製プロセスが異なっており、上面の凹凸が異なる。その結果、その上に形成される積層体の第１の磁性層２０１と中間層２０３の界面の凹凸も異なる。
即ち、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。また、第５の試料Ｓ０５においては、下部電極２０４の成膜後に、ＣＭＰ処理を行った。一方、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。また、第６の試料Ｓ０６においては、下部電極２０４の成膜後に、ＣＭＰ処理を行った。また、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（２４０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。また、第７の試料Ｓ０７においては、下部電極２０４の成膜後に、ＣＭＰ処理は行わずに、Ａｒイオン照射による表面平滑化処理を行った。
第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７は、積層体を成膜後、６５００Ｏｅの磁界中で３２０℃―１Ｈの熱処理を行い、その後、素子加工を行った。また、第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７について、素子加工をしない連続膜の状態における磁気特性・ＭＲ評価（ＣＩＰＴによる）を行った。連続膜の試料では、３２０℃―１Ｈに加えて、成膜直後、低温アニール、高温アニールを行った場合の磁気特性・ＭＲ評価も行った。ここで、磁気特性の評価はＶＳＭを用いて磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した。
次に、図３９に示す通り、第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４の表面凹凸を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により評価した。図３９は、第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７における下部電極２０４上面の、平滑化処理前後における高さを示すグラフである。尚、図３９（ａ）〜図３９（ｆ）において、横軸は下部電極２０４上面における位置を、縦軸は下部電極２０４上面の高さを表している。
図３９（ａ）は、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４の成膜直後における高さを示すグラフである。成膜直後において、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４上面のＲａ値は１．０９ｎｍ、Ｒｍａｘ値は６．８９ｎｍであった。また、図３９（ｂ）は、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４上面のＲａ値は０．１４ｎｍ、Ｒｍａｘ値は０．８４ｎｍであった。従って、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４のＲａ値及びＲｍａｘ値は、ＣＭＰ処理によって好適に低減されたことが分かる。
図３９（ｃ）は、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４の成膜直後における高さを示すグラフである。成膜直後において、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４上面のＲａ値は１．８７ｎｍ、Ｒｍａｘ値は１２．８９ｎｍであった。従って、下部電極２０４にＣｕ−Ａｇ合金を用いた場合、下部電極２０４にＣｕを用いた場合と比較して、Ｒａ値及びＲｍａｘ値を低減することが出来ることが分かった。また、図３８（ｄ）は、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４上面のＲａ値は０．２６ｎｍ、Ｒｍａｘ値は１．７８ｎｍであった。従って、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４のＲａ値及びＲｍａｘ値は、ＣＭＰ処理によって低減されたことが分かる。
図３９（ｅ）は、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４の成膜直後における高さを示すグラフである。成膜直後において、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４上面のＲａ値は２．０３ｎｍ、Ｒｍａｘ値は１２．１６ｎｍであった。従って、下部電極２０４にＣｕ−Ａｇ合金を用いた場合、下部電極２０４にＣｕを用いた場合と比較して、Ｒａ値を低減することが出来ることが分かった。
また、図３９（ｆ）は、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４上面のＲａ値は０．６１ｎｍ、Ｒｍａｘ値は４．７６ｎｍであった。従って、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４のＲａ値及びＲｍａｘ値は、Ａｒイオン照射による表面平滑化処理によって低減されたことが分かる。
次に、図４０、図４１及び図４２に示す通り、第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４と積層体の表面凹凸を透過型電子顕微鏡により撮影した。
図４０に示す通り、第５の試料Ｓ０５の第１の磁性層２０１と中間層２０３の界面凹凸は、Ｒａ値にして０．２０ｎｍであり、Ｒｍａｘ値にして１．８９ｎｍであった。また、図４０に示す通り、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率金属層として形成されたＣｕ−Ａｇ層の界面凹凸はＲａ値にして１．４２ｎｍであり、Ｒｍａｘ値にして６．０３ｎｍであった。また、図４０に示す通り、第５の試料Ｓ０５の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層として形成されたＣｕ−Ａｇ層の結晶粒径Ｇｓは４０ｎｍであった。
図４１に示す通り、第６の試料Ｓ０６の第１の磁性層２０１と中間層２０３の界面凹凸は、Ｒａ値にして０．３６ｎｍであり、Ｒｍａｘ値にして２．９０ｎｍであった。また、図４１に示す通り、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率金属層として形成されたＣｕ層の界面凹凸はＲａ値にして３．１９ｎｍであり、Ｒｍａｘ値にして１２．８ｎｍであった。また、図４０に示す通り、第６の試料Ｓ０６の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層として形成されたＣｕ層の結晶粒径Ｇｓは５７ｎｍであった。
図４２に示す通り、第７の試料Ｓ０７の第１の磁性層２０１と中間層２０３の界面凹凸は、Ｒａ値にして０．８３ｎｍであり、Ｒｍａｘ値にして４．０６ｎｍであった。また、図４２に示す通り、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率金属層として形成されたＣｕ層の界面凹凸はＲａ値にして２．６５ｎｍであり、Ｒｍａｘ値にして１４．８ｎｍであった。また、図４２に示す通り、第７の試料Ｓ０７の下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層として形成されたＣｕ層の結晶粒径Ｇｓは６９ｎｍであった。
次に、第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７に対して、素子加工をしていない連続膜の状態で、磁気的特性の評価を行った。ここで、磁気特性の評価はＶＳＭを用いて磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した。その結果、第５試料Ｓ０５の保磁力は、３．２Ｏｅ、第６試料Ｓ０６の保磁力は、４．５Ｏｅ、第７試料Ｓ０７の保磁力は、５．０Ｏｅであった。第５の試料Ｓ０５、第６の試料Ｓ０６及び第７の試料Ｓ０７について、それぞれ複数の試料に断面ＴＥＭ分析を行い、凹凸と保磁力の関係を解析した。
まず、図４３を参照して、第１の磁性層２０１と中間層２０３の界面の凹凸と第１の磁性層２０１の保磁力Ｈｃの関係についての結果を示す。図４３（ａ）は平均粗さＲａと保磁力Ｈｃの関係を、図４３（ｂ）は最大粗さＲｍａｘと保磁力Ｈｃの関係を示すグラフである。図４３（ａ）に示す通り、第１の磁性層２０１と中間層２０３の界面の平均粗さＲａが０．３ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現できることがわかった。また、図４３（ｂ）に示す通り、第１の磁性層２０１と中間層２０３の界面の最大粗さＲｍａｘが２．５ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現できることがわかった。４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現することによって後述するように高いゲージファクタＧＦを実現することができる。
次に、図４４を参照して、下部電極２０４に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率金属層の上面の凹凸と第１の磁性層２０１の保磁力Ｈｃの関係についての結果を示す。図４４（ａ）は平均粗さＲａと保磁力Ｈｃの関係を、図４４（ｂ）は最大粗さＲｍａｘと保磁力Ｈｃの関係を示すグラフである。図４４（ａ）に示す通り、低抵抗率金属層の上面の平均粗さＲａが２ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現できることがわかった。また、図４４（ｂ）に示す通り、低抵抗率金属層の上面の最大粗さＲｍａｘが１０ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力を実現できることがわかった。４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現することによって後述するように高いゲージファクタＧＦを実現することができる。
次に、図４５を参照して、下部電極２０４に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む低抵抗率金属層の結晶粒径と保磁力Ｈｃの関係についての結果を示す。図４５に示す通り、低抵抗率金属層の結晶粒径Ｇｓが５０ｎｍ以下であるときに、４Ｏｅ以下の低い保磁力を実現できることがわかった。４Ｏｅ以下の低い保磁力Ｈｃを実現することによって後述するように高いゲージファクタＧＦを実現することができる。
次に、下部電極の構成の違いによって確認された保磁力の違いの原因をより詳細に理解するために、図４６及び図４７に示す通り、第５の試料Ｓ０５と第７の試料Ｓ０７に対して、素子加工をしていない連続膜の状態で、保磁力およびＭＲ変化率の熱処理温度依存性を調べた。本実験に際しては、第５の試料Ｓ０５及び第７の試料Ｓ０７を複数作製し、これら複数の試料に対して、異なる温度（２２０℃、２６０℃、２８０℃、３００℃、３２０℃、３４０℃）でアニール処理を行った。次に、これら試料の保磁力ＨＣ及びＭＲ比を測定した。ここで、保磁力の評価は、ＶＳＭを用いて磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した。
図４６は、横軸がアニール処理の温度を、縦軸が磁化自由層２１０の保磁力ＨＣを示している。図４６に示す通り、熱処理前（ａｓ−ｄｅｐｏ）の状態における第５の試料Ｓ０５および第７の試料Ｓ０７の保磁力Ｈｃは同等で３．３Ｏｅである。また、図４６に示す通り、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸が小さい第５の試料Ｓ０５においては、アニール処理の温度が２２０℃から３２０℃まで上昇する間に、保磁力ＨＣが２Ｏｅ〜３Ｏｅの範囲で徐々に増大し、アニール処理の温度が３４０℃に到達した時点で、保磁力ＨＣが６．５Ｏｅ程度にまで急峻に増大している。一方、図４６に示す通り、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸が大きい第７の試料Ｓ０７においては、アニール処理の温度が２２０℃から３２０℃まで上昇する間に、保磁力ＨＣが３Ｏｅ〜５．５Ｏｅの範囲で徐々に増大し、アニール処理の温度が２８０℃以上で、保磁力ＨＣが４Ｏｅを超えてしまっている。
図４７は、横軸がアニール処理の温度を、縦軸がＭＲ比の大きさを示している。図４７に示す通り、第５の試料Ｓ０５および第７の試料Ｓ０７のＭＲ比は、アニール処理の温度に対してほぼ同じ割合で増大している。
図４６に示す通り、熱処理前の状態においては、磁化自由層２１０の保磁力ＨＣが小さく、磁化自由層２１０がアモルファス状態を維持しているものと考えられる。しかしながら、図４７に示す通り、熱処理前の状態においては、ＭＲ変化率が１０％以下と極めて小さい値を取っており、高いゲージファクタを得ることが出来ない。
また、図４７に示す通り、アニール処理の温度が上がるにつれて、ＭＲ比が大きくなっていることが分かる。これは、ＭｇＯからなる中間層２０３及びＣｏ−Ｆｅ−Ｂからなる第１磁化固定層２０９の結晶化に起因するものと考えられる。
また、図４７に示す通り、第５の試料Ｓ０５と第７の試料Ｓ０７のアニール処理の温度に対するＭＲ変化率は同等であり、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸の違いがＭＲ変化率には影響をあたえないことがわかる。一方で、図４１より、熱処理を行った第５の試料Ｓ０５と第７の試料Ｓ０７のＨｃは明確に異なる値が確認され、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸が大きい第７の試料Ｓ０７は、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸が小さい第５の試料Ｓ０５と比較して、アニール処理によるＨｃの増大が顕著である事が分かる。
図４６より、第５の試料Ｓ０５では、熱処理温度３２０℃まで、Ｈｃが３．２Ｏｅ以下を維持しており、第７の試料Ｓ０７に比べて、より高温まで低いＨｃを維持している。換言すると、第５の試料Ｓ０５は、第７の試料Ｓ０７に比べて、より高温まで磁化自由層２１０のアモルファス構造を維持している。
図４７に示すように、２８０℃以上の熱処理温度で、第５の試料Ｓ０５および第７の試料Ｓ０７ともに１００％以上の高いＭＲ変化率を得ることができ、第５の試料Ｓ０５はこの高いＭＲ変化率を得ることができる２８０℃以上の熱処理温度においても４Ｏｅ以下の低いＨｃを維持することができるため、高いゲージファクタを得ることができる。
このような第５の試料Ｓ０５と第７の試料Ｓ０７の比較で確認された、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸に起因した特性の違いは、図６を参照して説明したとおり、磁化自由層２１０中に含まれるホウ素（アモルファス化元素）が隣接層に拡散せずに、磁化自由層２１０中に留まりやすくなるため、磁化自由層２１０のアモルファス構造が維持されやすくなることに起因すると考えられる。
図４８及び図４９は、それぞれ第５の試料Ｓ０５及び第７の試料Ｓ０７に与えられた歪εと電気抵抗値Ｒとの関係を示しており、横軸は歪εを、縦軸は下部電極２０４と上部電極２１２との間の電気抵抗値Ｒを示している。図４８及び図４９においては、図４０及び図４２に断面ＴＥＭ像を示した試料とそれぞれ同一の試料に対して３２０℃−１Ｈのアニール処理を行い、これら試料について測定を行った結果を示している。これらの結果から第５の試料Ｓ０５の特性を算出した所、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が３７２４となった。同様に、第７の試料Ｓ０７の特性を算出した所、ゲージファクタ（ＧＦ＝（ｄＲ／Ｒ）／ｄε）が１４８０となった。このようなゲージファクタの違いは、図４１に示した通り、保磁力ＨＣの大きさの違いに起因するものと考えられる。
次に、図５０〜図５３に示す通り、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の凹凸がお互いに異なり、拡散防止層２１６を有しない第８の試料Ｓ０８及び第９の試料Ｓ０９を作製し、これらの磁気的特性の評価を行った。
図５０は、第８の試料Ｓ０８の構成を示す模式的な断面図である。図５１は、第９の試料Ｓ０９の構成を示す模式的な断面図である。第８の試料Ｓ０８は、第５の試料Ｓ０５とほぼ同様に構成されているが、拡散防止層２１６を有していない。また、第９の試料Ｓ０９は、第７の試料Ｓ０７とほぼ同様に構成されているが、拡散防止層２１６を有していない。
次に、図５２及び図５３に示す通り、第８の試料Ｓ０８と第９の試料Ｓ０９に対して、素子加工をしていない連続膜の状態で、磁気的特性の評価を行った。本実験に際しては、第８の試料Ｓ０８及び第９の試料Ｓ０９を複数作製し、これら複数の試料に対して、異なる温度（２２０℃、２６０℃、２８０℃、３００℃、３２０℃、３４０℃）でアニール処理を行った。次に、これら試料の保磁力ＨＣ及びＭＲ比を測定した。ここで、保磁力の評価は、ＶＳＭを用いて磁場掃印速度４０（Ｏｅ／ｍｉｎ）で評価した。
図５２は、横軸がアニール処理の温度を、縦軸が磁化自由層２１０の保磁力ＨＣを示している。図５２に示す通り、熱処理前（ａｓ−ｄｅｐｏ）の状態における第８の試料Ｓ０８および第９の試料Ｓ０９の保磁力Ｈｃは同等で３．３Ｏｅである。また、図５２に示す通り、第８の試料Ｓ０８及び第９の試料Ｓ０９においては、アニール処理の温度が２２０℃から２６０℃まで上昇する間に、保磁力ＨＣが徐々に増大し、アニール処理の温度が２８０℃に到達した時点で、保磁力ＨＣが急峻に増大している。
図５３は、横軸がアニール処理の温度を、縦軸がＭＲ比の大きさを示している。図５３に示す通り、第８の試料Ｓ０８および第９の試料Ｓ０９のＭＲ比は、アニール処理の温度に対してほぼ同じ割合で増大している。
図５２に示す通り、熱処理前の状態においては、磁化自由層２１０の保磁力ＨＣが小さく、磁化自由層２１０がアモルファス状態を維持しているものと考えられる。しかしながら、図５３に示す通り、熱処理前の状態においては、ＭＲ変化率が１０％以下と極めて小さい値を取っており、高いゲージファクタを得ることが出来ない。
また、図５３に示す通り、アニール処理の温度が上がるにつれて、ＭＲ比が大きくなっていることが分かる。これは、ＭｇＯからなる中間層２０３及びＣｏ−Ｆｅ−Ｂからなる第１磁化固定層２０９の結晶化に起因するものと考えられる。
また、図５３に示す通り、第８の試料Ｓ０８と第９の試料Ｓ０９のアニール処理の温度に対するＭＲ変化率は同等であり、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸の違いがＭＲ変化率には影響をあたえないことがわかる。一方で、図５２より、熱処理を行った第８の試料Ｓ０８と第９の試料Ｓ０９のＨｃは明確に異なる値が確認され、第９の試料Ｓ０９は第８の試料Ｓ０８に対してＨｃが増大しやすいことがわかる。
図５２より、第８の試料Ｓ０８では、熱処理温度２６０℃まで、Ｈｃが３Ｏｅ以下を維持しており、第９の試料Ｓ０９に比べて、より高温まで低いＨｃを維持できる。換言すると、第８の試料Ｓ０８は、第９の試料Ｓ０９に比べて、より高温まで磁化自由層２１０のアモルファス構造を維持することができる。
図５３に示すように、２６０℃以上の熱処理温度で、第８の試料Ｓ０８および第９の試料Ｓ０９ともに１００％以上の高いＭＲ変化率を得ることができ、第８の試料Ｓ０８はこの高いＭＲ変化率を得ることができる２６０℃以上の熱処理温度においても４Ｏｅ以下の低いＨｃを維持することができるため、高いゲージファクタを得ることができる。
このような第８の試料Ｓ０８と第９の試料Ｓ０９の比較で確認された、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸に起因した特性の違いは、図６を参照して説明したとおり、磁化自由層２１０中に含まれるホウ素（アモルファス化元素）が隣接層に拡散せずに、磁化自由層２１０中に留まりやすくなるため、磁化自由層２１０のアモルファス構造が維持されやすくなることに起因する。
以上より、拡散防止層２１６を設けない場合においても、磁化自由層２１０および下部電極２０４に含まれる低抵抗率金属層の表面凹凸を小さくすることによって、ＭＲ変化率と低い保磁力Ｈｃを両立することができ、高いゲージファクタを実現することができることが分かった。
［１−４．第１の実施の形態に係る歪検出素子の他の構成例］
次に、第１の実施の形態に係る歪検出素子２００の他の構成例について説明する。図５４は、歪検出素子２００Ａの一の構成例を示す模式的な斜視図である。図５４に例示したように、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と上部電極２１２との間に充填された絶縁層（絶縁部分）２１３を備えていても良い。
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）などを用いることができる。絶縁層２１３により、歪検出素子２００Ａのリーク電流を抑制することができる。
図５５は、歪検出素子２００Ａの他の構成例を示す模式的な斜視図である。図５５に例示したように、歪検出素子２００Ａは、下部電極２０４と上部電極２１２との間に、互いに離間して設けられた２つのハードバイアス層（ハードバイアス部分）２１４と、下部電極２０４とハードバイアス層２１４の間に充填された絶縁層２１３を備えていても良い。
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（第１の磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定する。ハードバイアス層２１４により、外部からの圧力が膜部に印加されていない状態において、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）の磁化方向を所望の方向に設定できる。
ハードバイアス層２１４には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高いハード磁性材料が用いられる。また、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、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、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よい。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）することができる。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２１２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やＡｌＯｘを用いることができる。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よい。ハードバイアス層２１４にＣｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄなどの磁気異方性および保磁力が比較的高い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などを用いることができる。上記のハードバイアス層２１４は、後述するいずれの歪検出素子にも適用できる。
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よい。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種を含む合金からなる強磁性材料を用いることができる。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ることができる。ハードバイアス層２１４として、前述した第１磁化固定層２０９と同様の材料を用いることができる。また、ハードバイアス層用ピニング層には、前述した歪検出素子２００Ａ中のピニング層２０６と同様の材料を用いることができる。また、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。また、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することができる。
上記のハードバイアス層２１４及び絶縁層２１３は、本実施の形態に記載する歪検出素子２００のいずれにも適用できる。また、上述したようなハードバイアス層２１４とハードバイアス層用ピニング層の積層構造を用いた場合、瞬間的に大きい外部磁界がハードバイアス層２１４に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出来る。
図５６は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｂを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｂは、歪検出素子２００Ａと異なり、トップスピンバルブ型の構造となっている。即ち、図５６に示す通り、歪検出素子２００Ｂは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、中間層２０３と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、磁気結合層２０８と、第２磁化固定層２０７と、ピニング層２０６と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。尚、下地層２０５と磁化自由層２１０の間には、図示しない拡散防止層を設けても良い。
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。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磁化固定層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磁化固定層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。
前述したボトムスピンバルブ型の歪検出素子２００Ａにおいては、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）よりも下（−Ｚ軸方向）に形成されている。これに対し、トップスピンバルブ型の歪検出素子２００Ｂにおいては、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）が磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）よりも上（＋Ｚ軸方向）に形成されている。従って、歪検出素子２００Ｂに含まれる各層の材料は、歪検出素子２００Ａ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。また、上述した拡散防止層を、歪検出素子２００Ｂの下地層２０５と磁化自由層２１０の間に設けることができる。
図５７は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｃを示す模式的な斜視図である。歪検出素子２００Ｃは、単一の磁化固定層を用いたシングルピン構造が適用されている。即ち、図５７に示す通り、歪検出素子２００Ｃは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、ピニング層２０６と、第１磁化固定層２０９（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、磁化自由層２１０（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化固定層２０９は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２１０は、第１の磁性層２０１に相当する。尚、磁化自由層２１０とキャップ層２１１の間には、図示しない拡散防止層を設けても良い。
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磁化固定層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。
歪検出素子２００Ｃの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
図５８は、歪検出素子２００の他の構成例２００Ｄを示す模式的な斜視図である。図５８に示す通り、歪検出素子２００Ｄは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、下部ピニング層２２１と、下部第２磁化固定層２２２と、下部磁気結合層２２３と、下部第１磁化固定層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磁化固定層２２８と、上部磁気結合層２２９と、上部第２磁化固定層２３０と、上部ピニング層２３１と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。下部第１磁化固定層２２４及び上部第１磁化固定層２２８は、第２の磁性層２０２に相当する。磁化自由層２２６は、第１の磁性層２０１に相当する。
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、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磁化固定層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磁化固定層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磁化固定層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磁化固定層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。
歪検出素子２００Ｄの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。
次に、図５９を参照し、本実施の形態に係る歪検出素子２００の他の態様について説明する。ここまでの説明においては、第２の磁性層２０２が磁化固定層である態様について説明したが、上述の通り、第２の磁性層２０２は磁化自由層であっても良い。以下、第２の磁性層２０２が磁化自由層であり、歪検出素子２００がいわゆる２層フリー構造を有する場合について説明する。
図５９（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ歪検出素子２００に引張歪が生じている状態、歪が生じていない状態及び圧縮歪が生じている状態の様子を表す模式的な斜視図である。また、図５４（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示す例においては、第２の磁性層２０２が磁化自由層であるものとし、歪検出素子２００に生じる歪の方向はＸ方向であるものとする。
図５９（ｂ）に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００に歪が生じていない場合、第１の磁性層２０１の磁化方向と第２の磁性層２０２の磁化方向との相対的な角度は、０°よりも大きく１８０°よりも小さい。図５９（ｂ）に示す例においては、第１の磁性層２０１の初期磁化方向は、第２の磁性層２０２の初期磁化方向に対して９０°である。また、これらの初期磁化方向は、歪が生じる方向に対してはそれぞれ４５°（１３５°）である。
図５９（ａ）に示す通り、歪検出素子２００にＸ方向に引張歪が生じた場合、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２に、逆磁歪効果が生じ、これら磁性層の磁化方向は相対的に変化する。歪検出素子２００の第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２には、正の磁歪定数を有する強磁性体が用いられている。従って、図５９（ａ）に示す通り、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の磁化方向は、それぞれ引張歪の方向に対して平行に近づく。尚、第１の磁性層２０１の磁歪定数は、負であっても良い。図５９（ａ）に示す例においては、これら磁化方向は、お互いの間での角度差が小さくなるように変化する。
一方、図５９（ｃ）に示す通り、歪検出素子２００にＸ方向に圧縮歪が生じた場合、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２に逆磁歪効果が生じ、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の磁化方向は、それぞれ圧縮歪の方向に対して垂直に近づく。図５９（ｃ）に示す例においては、これら磁化方向は、お互いの間での角度差が大きくなるように変化する。
図５９（ｄ）は、歪検出素子２００の電気抵抗と、歪検出素子２００に生じた歪との関係を示す概略的なグラフである。尚、図５９（ｄ）においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪とする。
図５９（ｄ）に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００の電気抵抗値は、正方向の歪（引張歪）が生じた場合には減少し、負方向の歪（圧縮歪）が生じた場合には増加する。従って、歪検出素子２００は、例えば、マイクロフォンなど正負の圧力に感応するデバイスに直接用いることが出来る。
また、歪検出素子２００の歪が０近傍であった場合、正方向（引張方向）に微小歪Δε１を加えた場合にも、負方向（圧縮方向）に微小歪Δε１を加えた場合にも、比較的大きい抵抗変化Δｒ２を得ることが出来る。即ち、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、歪が極めて微小である場合のゲージファクタが大きく、高感度な圧力センサの製造に適している。
次に、図６０を参照して、第２の磁性層２０２を磁化自由層として使用する歪検出素子２００の構成例について説明する。図６０は、歪検出素子２００の一の構成例２００Ｅを示す模式的な斜視図である。図６０に示す通り、歪検出素子２００Ｅは、下部電極２０４と、この下部電極２０４上に設けられた積層体と、この積層体上に設けられた上部電極２１２からなる。この積層体は、下部電極２０４に近い方から、下地層２０５と、第１磁化自由層２４１（第２の磁性層２０２）と、中間層２０３と、第２磁化自由層２４２（第１の磁性層２０１）と、キャップ層２１１とを順に積層してなる。第１磁化自由層２４１は、第２の磁性層２０２に相当する。第２磁化自由層２４２は、第１の磁性層２０１に相当する。尚、下地層２０５と第１磁化自由層２４１の間及び第２磁化自由層２４２とキャップ層２１１の間の少なくとも一方には、図示しない拡散防止層を設けても良い。
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、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、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。第２磁化自由層２４２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。また、下地層２０５と第１磁化自由層２４１の間及び第２磁化自由層２４２とキャップ層２１１の間の少なくとも一方に拡散防止層を設ける場合、拡散防止層には、例えば、１．５ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。
歪検出素子２００Ｅの各層の材料は、歪検出素子２００Ａの各層の材料と同様のものを用いることができる。また、第１磁化自由層２４１及び第２磁化自由層２４２の材料としては、例えば歪検出素子２００Ａ（図１０）の磁化自由層２１０と同様のものを用いても良い。
［２．第２の実施の形態］
次に、図６１を参照して、第２の実施の形態について説明する。図６１は、第２の実施の形態に係る歪検出素子２００の一部の模式的な断面図である。
本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の実施の形態に係る歪検出素子とほぼ同様に構成されているが、図６１に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ３又は最大粗さＲｍａｘ３を、中間層２０３の膜厚Ｔｈ２０３以下とすることができる。また、平均粗さＲａ３は、例えば、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明したＲａ値によって算出される。また、最大粗さＲｍａｘ３は、例えば、図９（ｃ）を参照して説明したＲｍａｘ値によって算出される。
即ち、第１の実施の形態においては、下部電極２０４の凹凸を低減することにより中間層２０３や拡散防止層２１６等の凹凸を低減し、これによって中間層２０３や拡散防止層２１６等に薄い部分が発生することを防止し、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化を抑制していた。しかしながら、中間層２０３や拡散防止層２１６等の凹凸を低減するためには、必ずしも下部電極２０４上面の凹凸を低減する必要は無い。本実施の形態においては、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ３又は最大粗さＲｍａｘ３を低減することにより、第１の実施の形態と同様の効果を実現している。
また、図６及び図７を参照して説明した通り、アモルファス化促進元素の拡散は、中間層２０３や拡散防止層２１６に薄い部分が発生してしまう事に起因するものと考えられる。従って、例えば中間層２０３や拡散防止層の膜厚が大きい場合には、許容される凹凸の大きさが大きくなるものと考えられる。従って、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の凹凸を中間層２０３や拡散防止層の膜厚との関係から規定することは、アモルファス化促進元素の拡散防止に好適であると考えられる。
尚、図６１には図示していないが、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、例えば中間層２０３上に拡散防止層を設けることも可能である。この場合には、拡散防止層と第１の磁性層２０１との界面の平均粗さ又は最大粗さを、拡散防止層の膜厚より小さくしても良い。また、この平均粗さは、例えば、図９を参照して説明したＲａ値であり、図９（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したＲａ値によって算出される。また、この最大粗さは、例えば、図９（ｃ）を参照して説明したＲｍａｘ値によって算出される。
［３．第３の実施の形態］
次に、図６２〜図６６を参照して、第３の実施の形態について説明する。図６２は、第３の実施の形態に係る歪検出素子２００の一部の模式的な断面図である。
本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１の実施の形態に係る歪検出素子とほぼ同様に構成されているが、図６２に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の凹凸が、膜部１２０上面の凹凸よりも小さい。例えば、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の平均粗さＲａ４が、膜部１２０上面の平均粗さＲａ１２０よりも小さい。例えば、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の最大粗さＲｍａｘ４が、膜部１２０上面の最大粗さＲｍａｘ１２０よりも小さい。
また、図６２に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面の凹凸を、膜部１２０上面の凹凸よりも小さくしても良い。例えば、下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面の平均粗さＲａ５が、膜部１２０上面の平均粗さＲａ１２０よりも小さい。例えば、下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面の最大粗さＲｍａｘ５が、膜部１２０上面の最大粗さＲｍａｘ１２０よりも小さい。
また、図６２に示す通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００においては、下部電極２０４上面の凹凸を、膜部１２０上面の凹凸よりも小さくしても良い。例えば、下部電極２０４上面の平均粗さＲａ６が、膜部１２０上面の平均粗さＲａ１２０よりも小さい。例えば、下部電極２０４上面の最大粗さＲｍａｘ６が、膜部１２０上面の最大粗さＲｍａｘ１２０よりも小さい。
これら平均粗さＲａ４、Ｒａ５、Ｒａ６及びＲａ１２０は、例えば、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明したＲａ値によって算出される。また、最大粗さＲｍａｘ４、Ｒｍａｘ５及びＲｍａｘ１２０は、例えば、図９（ｃ）を参照して説明したＲｍａｘ値によって算出される。
即ち、本実施の形態において、中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の凹凸や、拡散防止層２１６と第１の磁性層２０１との界面の凹凸は、膜部１２０上面の凹凸に影響されることもある。そこで、本実施の形態においては、膜部１２０上面の凹凸に起因する中間層２０３と第１の磁性層２０１との界面の凹凸及び拡散防止層２１６と第１の磁性層２０１との界面の凹凸を抑制し、これによって中間層２０３や拡散防止層２１６等に薄い部分が発生することを防止し、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化を抑制している。
次に、図６３〜図６６を参照して、膜部１２０上面の凹凸と、磁化自由層２１０の磁気的特性の関係を示す実験の結果を説明する。
まず、図６３及び図６４を参照して、本実験に使用した第１０の試料Ｓ１０及び第１１の試料Ｓ１１の説明を行う。図６３は、第１０の試料Ｓ１０の構成を示す模式的な断面図である。図６４は、第１１の試料Ｓ１１の構成を示す模式的な断面図である。
第１０の試料Ｓ１０及び第１１の試料Ｓ１１は、図１２に示した第１の試料Ｓ０１と同様に構成されているが、お互いに下部電極２０４上面（もしくは下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面）の凹凸が異なっている。即ち、第１０の試料Ｓ１０においては、下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面のＲａ値Ｒａ５Ｓ１０及びＲｍａｘ値Ｒｍａｘ５Ｓ１０、並びに、下部電極２０４上面のＲａ値Ｒａ６Ｓ１０及びＲｍａｘ値Ｒｍａｘ６Ｓ１０が、膜部１２０上面のＲａ値ＲａＳ１０及びＲｍａｘ値ＲｍａｘＳ１０よりも小さい。一方、第１１の試料Ｓ１１においては、下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面のＲａ値Ｒａ５Ｓ１１及びＲｍａｘ値Ｒｍａｘ５Ｓ１１、並びに、下部電極２０４上面のＲａ値Ｒａ６Ｓ１１及びＲｍａｘ値Ｒｍａｘ６Ｓ１１が、膜部１２０上面のＲａ値ＲａＳ１１及びＲｍａｘ値ＲｍａｘＳ１１よりも大きい。
第１０の試料Ｓ１０の膜部１２０は、ＳｉＯｘ（６００ｎｍ）／ａ−Ｓｉ（５００ｎｍ）／ＡｌＯｘ（８０ｎｍ）からなる。また、第１０の試料Ｓ１０の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ９５Ａｇ５（１６０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。更に、第１０の試料Ｓ１０においては、膜部１２０形成後にＡｒイオン照射による表面平滑化処理を行い、下部電極２０４形成後にＣＭＰ処理を行った。一方、第１１の試料Ｓ１１の膜部１２０は、第１０の試料Ｓ１０と同様に、ＳｉＯｘ（６００ｎｍ）／ａ−Ｓｉ（５００ｎｍ）／ＡｌＯｘ（８０ｎｍ）からなる。また、第１１の試料Ｓ１１の下部電極２０４は、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（１６０ｎｍ）／Ｔａ（５０ｎｍ）からなる。更に、第１１の試料Ｓ１１においては、膜部１２０形成後にＡｒイオン照射による表面平滑化処理を行った。
次に、図６５及び図６６に示す通り、第１０の試料Ｓ１０と第１１の試料Ｓ１１の膜部１２０及び下部電極２０４の表面凹凸を原子間力顕微鏡により評価した。図６５は、第１０の試料Ｓ１０における膜部１２０及び下部電極２０４上面の、平滑化処理前後における高さを示すグラフである。図６６は、第１１の試料Ｓ１１における膜部１２０及び下部電極２０４上面の、平滑化処理前後における高さを示すグラフである。
図６５（ａ）は、第１０の試料Ｓ１０の膜部１２０の成膜直後における高さを示すグラフである。成膜直後において、第１０の試料Ｓ１０の膜部１２０上面のＲａ値（ＲａＳ１０）およびＲｍａｘ値（ＲｍａｘＳ１０）はそれぞれ２．４６ｎｍ、１６．４７ｎｍであった。また、図６５（ｂ）は、第１０の試料Ｓ１０の膜部１２０の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、第１０の試料Ｓ１０の膜部１２０上面のＲａ値（ＲａＳ１０）およびＲｍａｘ値（ＲｍａｘＳ１０）は、１．２３ｎｍ、８．３４ｎｍであった。
図６５（ｃ）は、第１０の試料Ｓ１０の下部電極２０４の成膜直後における高さを示すグラフである。成膜直後において、第１０の試料Ｓ１０の下部電極２０４上面のＲａ値（Ｒａ６Ｓ１０）およびＲｍａｘ値（Ｒｍａｘ６Ｓ１０）は、１．７４ｎｍ、９．６０ｎｍであった。また、図６５（ｄ）は、第１０の試料Ｓ１０の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、第１０の試料Ｓ１０の下部電極２０４上面のＲａ値（Ｒａ６Ｓ１０）およびＲｍａｘ値（Ｒｍａｘ６Ｓ１０）は、は０．１５ｎｍ、１．１７ｎｍであった。
以上より、第１０の試料Ｓ１０においては、下部電極２０４の材料にＣｕ−Ａｇ合金を用いたこと、および下部電極２０４表面にＣＭＰ処理を行ったことによって、膜部１２０表面よりも下部電極２０４表面（および下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面）のＲａ値およびＲｍａｘ値が小さく抑えられていることが分かった。
図６６（ａ）は、第１１の試料Ｓ１１の膜部１２０の成膜直後における高さを示すグラフである。成膜直後において、第１１の試料Ｓ１１の膜部１２０上面のＲａ値（ＲａＳ１１）およびＲｍａｘ値（ＲｍａｘＳ１１）は、それぞれ２．７５ｎｍ、１７．４５ｎｍであった。また、図６６（ｂ）は、第１１の試料Ｓ１１の膜部１２０の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、第１１の試料Ｓ１１の膜部１２０上面のＲａ値（ＲａＳ１１）およびＲｍａｘ値（ＲｍａｘＳ１１）は、それぞれ１．５９ｎｍ、７．６８ｎｍであった。
図６６（ｃ）は、第１１の試料Ｓ１１の下部電極２０４の成膜直後における高さを示すグラフである。第１１の試料Ｓ１１の下部電極２０４上面のＲａ値（Ｒａ６Ｓ１１）およびＲｍａｘ値（Ｒｍａｘ６Ｓ１１）は、成膜直後においてはそれぞれ２．００ｎｍ、１２．２３ｎｍであった。また、図６６（ｄ）は、第１１の試料Ｓ１１の下部電極２０４の平滑化処理後における高さを示すグラフである。平滑化処理後において、第１１の試料Ｓ１１の下部電極２０４上面のＲａ値（Ｒａ６Ｓ１１）およびＲｍａｘ値（Ｒｍａｘ６Ｓ１１）は、それぞれ２．１１ｎｍ、１０．４５ｎｍであった。
以上より、第１１の試料Ｓ１１においては、下部電極２０４表面にＡｒイオン照射による平滑化を行ったのにも拘らず、膜部１２０表面よりも下部電極２０４表面のＲａ値およびＲｍａｘ値が大きくなることが分かった。
次に、第１０の試料Ｓ１０及び第１１の試料Ｓ１１について、保磁力ＨＣ及びゲージファクタＧＦの測定を行った。その結果、下部電極２０４上面（もしくは下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面）の凹凸が、膜部１２０上面の凹凸よりも小さい第１０の試料Ｓ１０では、３Ｏｅと低い保磁力ＨＣ及び高いゲージファクタＧＦを確認することが出来た。一方で、下部電極２０４上面（もしくは下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面）の凹凸が、膜部１２０上面の凹凸よりも大きい第１１の試料Ｓ１１では、４．５Ｏｅと比較的高い保磁力ＨＣ及び低いゲージファクタＧＦが確認された。これは、下記の様な理由によるものと考えられる。即ち、図６５及び図６６を参照して説明した通り、膜部１２０上面の凹凸の大きさは、下部電極２０４上面の凹凸の大きさに影響することがある。また、第１の実施の形態において説明した通り、下部電極２０４上面の凹凸の大きさは、中間層２０３と磁化自由層２１０との界面の凹凸の大きさに影響すると考えられる。従って、膜部１２０上の下部電極２０４上面（もしくは下部電極２０４に含まれる低抵抗金属層上面）の凹凸が大きい場合、中間層２０３と磁化自由層２１０との界面の凹凸も大きくなり、アモルファス化促進元素の拡散及びこれに伴う磁化自由層２１０の結晶化の促進を招いてしまうものと考えられる。第３の実施の形態においては、高いゲージファクタを有する歪検出素子２００を得るため、膜部１２０の表面凹凸を、下部電極２０４によって抑制し、膜部１２０の凹凸が中間層２０３と磁化自由層２１０との界面の凹凸に与える影響を低減している。
［４．第４の実施の形態］
次に、第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサの構成例について説明する。図６７は、本実施の形態に係る圧力センサ１００の構成を示す模式的な斜視図、図６８は図１のＡ−Ａ’から見た模式的な断面図、図６９は圧力センサ１００の構成を示す模式的な平面図である。
図６７に示す通り、圧力センサ１００は、基板１１０と、基板１１０の一の面に設けられた膜部１２０と、膜部１２０上に設けられた歪検出素子２００を備える。歪検出素子２００は、第１または第２の実施の形態に係る歪検出素子２００である。歪検出素子２００は、膜部１２０上の一部に設けられる。また、膜部１２０上には、歪検出素子２００に接続される配線１３１、パッド１３２、配線１３３及びパッド１３４が設けられている。
図６８に示す通り、基板１１０は空洞部１１１を有する板状の基板であり、膜部１２０が外部の圧力に応じて撓むように膜部１２０を支持する支持部として機能する。本実施の形態において、空洞部１１１は基板１１０を貫通する円筒状の穴である。基板１１０は、例えばシリコンなどの半導体材料、金属などの導電材料、または、絶縁性材料からなる。また、基板１１０は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでいても良い。
空洞部１１１の内部は、膜部１２０を撓ませることが出来るように設計されている。例えば、空洞部１１１の内部は減圧状態または真空状態であっても良い。また、空洞部１１１の内部には、空気などの気体または液体が充填されていても良い。更に、空洞部１１１は、外部と連通されていても良い。
図６８に示す通り、膜部１２０は、基板１１０と比較して薄く形成されている。また、膜部１２０は、空洞部１１１の直上に位置し、外部の圧力に応じて撓む振動部１２１と、振動部１２１と一体形成され、基板１１１によって支持される被支持部１２２を有する。歪検出素子２００は、振動部１２１の一部に設けられる。例えば図６９（ａ）に示す通り、被支持部１２２は、振動部１２１を取り囲んでいる。以下、膜部１２０の空洞部１１１の直上に位置する領域を第１の領域Ｒ１と呼ぶ。
第１の領域Ｒ１は種々の形に形成する事が可能であり、例えば図６９（ａ）に示す通り、略真円状に形成しても良いし、図６９（ｂ）に示す通り、楕円状（例えば、扁平円形状）に形成しても良いし、図６９（ｃ）に示す通り、略正方形状に形成しても良いし、図６９（ｅ）に示す通り、長方形状に形成しても良い。また、例えば第１の領域Ｒ１を略正方形状または略長方形状に形成した場合には、図６９（ｄ）または図６９（ｆ）に示す通り、４隅の部分を丸く形成する事も可能である。更に、第１の領域Ｒ１は、多角形や正多角形とすることも可能である。
膜部１２０の材料には、例えば、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ポリイミドまたはパラキシリレン系ポリマーなどのフレキシブルプラスティック材料等の絶縁性材料を用いても良い。また、膜部１２０の材料には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含んでも良い。また、膜部１２０の材料には、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良いし、Ａｌ等の金属材料を用いても良い。
膜部１２０は、基板１１０と比較して薄く形成される。膜部１２０の厚み（Ｚ方向の幅）は、例えば、０．１マイクロメートル（μｍ）以上３μｍ以下である。膜部１２０の厚みは、０．２μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。膜部１２０には、例えば、厚さが０．２μｍの酸化シリコン膜と、厚さが０．４μｍのシリコン膜との積層体を用いても良い。膜部１２０の直径（平面寸法）は、５０μｍ以上１０００μｍとすることができる。
図６９に示す通り、歪検出素子２００は、膜部１２０上の第１の領域Ｒ１内に複数配置することができる。また、歪検出素子２００は、それぞれ第１の領域Ｒ１の外縁に沿って配置される。即ち、図６９に示す例においては、複数の歪検出素子２００のそれぞれと、第１の領域Ｒ１の外縁との間の距離（最短距離Ｌｍｉｎ）は、互いに同じである。膜部１２０上の第１の領域Ｒ１内に配置する歪検出素子２００の数は１でもよい。
例えば図６９（ａ）及び図６９（ｂ）に示す通り、第１の領域Ｒ１の外縁が曲線である場合、歪検出素子２００はその曲線に沿って配置される。また、例えば図６９（ｃ）及び（ｄ）に示す通り、第１の領域Ｒ１の外縁が直線である場合、歪検出素子２００はその直線に沿って直線状に配置される。
また、詳しくは後述するが、図６９中には、膜部１２０に外接する矩形（図中の、第１辺〜第４辺によって構成される矩形。以下、「最小外接矩形」と呼ぶ。）と、この矩形の対角線を、一点鎖線で示している。この最小外接矩形及び一点鎖線によって分断された膜部１２０上における領域を、第１〜第４の平面領域と呼ぶ事とすると、歪検出素子２００は、第１〜第４の平面領域内に、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って、複数配置されている。
歪検出素子２００は、図６７に示す配線１３１を介してパッド１３２と、配線１３３を介してパッド１３４と接続されている。圧力センサ１００によって圧力の検出を行う場合には、これらパッド１３２及び１３４を介して歪検出素子２００に電圧が印加され、歪検出素子２００の電気抵抗値が測定される。尚、配線１３１及び配線１３３の間には、層間絶縁層を設けても良い。
歪検出素子２００として、例えば図４に示す歪検出素子２００Ａの様に、下部電極２０４及び上部電極２１２を備えた構成を採用する場合には、例えば下部電極２０４に配線１３１が接続され、上部電極２１２に配線１３３が接続される。一方、例えば上部電極を有さず、下部電極２０４を２つ有している構成や、下部電極を有さず、上部電極２１２を２つ有している構成を採用する場合には、一方の下部電極２０４または上部電極２１２に配線１３１が接続され、他方の下部電極２０４または上部電極２１２に配線１３３が接続される。尚、複数の歪検出素子２００は、図示しない配線を介して直列または並列に接続されていても良い。これにより、ＳＮ比を増大することができる。
歪検出素子２００のサイズは、極めて小さくても良い。歪検出素子２００のＸＹ平面における面積は、第１の領域Ｒ１の面積よりも十分に小さくできる。例えば、歪検出素子２００の面積は、第１の領域Ｒ１の面積の１／５以下とすることができる。例えば、歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１の面積は、第１の領域Ｒ１の面積の１／５以下とすることができる。複数の歪検出素子２００を直列または並列に接続することによって、第１の領域Ｒ１の面積よりも十分に小さい歪検出素子２００を用いた場合でも、高いゲージファクタ、もしくは高いＳＮ比を実現することができる。
例えば、第１の領域Ｒ１の直径が６０μｍ程度の場合に、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の第１の寸法は、１２μｍ以下とすることができる。例えば、第１の領域Ｒ１の直径が６００μｍ程度の場合には、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の寸法は、１２０μｍ以下とすることができる。歪検出素子２００の加工精度などを考慮すると、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の寸法を過度に小さくする必要はない。そのため、歪検出素子２００（もしくは第１の磁性層２０１）の寸法は、例えば、０．０５μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。
尚、図６７〜図６９に示す例においては、基板１１０と膜部１２０を別体として構成しているが、膜部１２０を基板１１０と一体に形成しても良い。また、膜部１２０には、基板１１０と同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。膜部１２０を基板１１０と一体に形成する場合には、基板１１０のうちの薄く形成された部分が膜部１２０（振動部１２１）となる。更に、振動部１２１は、図６７〜図６９に示すように、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って連続的に支持されていても良いし、第１の領域Ｒ１の外縁のうちの一部で支持されていても良い。
また、図６９に示す例においては、膜部１２０の上に複数の歪検出素子２００が設けられているが、例えば膜部１２０の上に歪検出素子２００を一つだけ設けても良い。
次に、図７０〜図７２を参照して、圧力センサ１００について行ったシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、膜部１２０に圧力を加えた場合における、膜部１２０上の各位置での歪εを計算している。このシミュレーションは、有限要素法解析によって膜部１２０の表面を複数に分割し、分割された各要素にフックの法則を適用することによって行われている。
図７０は、シミュレーションに用いたモデルについて説明するための模式的な斜視図である。図７０に示す通り、シミュレーションにおいては、膜部１２０の振動部１２１を円形とした。また、振動部１２１の直径Ｌ１（直径Ｌ２）を５００μｍとし、膜部１２０の厚さＬｔは、２μｍとした。更に、振動部１２１の外縁は、完全に拘束された固定端とした。
尚、シミュレーションにおいては、膜部１２０の材料としてシリコンを想定している。従って、膜部１２０のヤング率は１６５ＧＰａとし、ポアソン比は、０．２２とした。
更に、図７０に示す通り、膜部１２０には下面から圧力が加わるものとし、圧力の大きさは１３．３３ｋＰａとし、且つ振動部１２１に均一に加わるものとした。また、有限要素法においては、振動部１２１を、ＸＹ平面内においては５μｍのメッシュサイズで分割し、Ｚ方向においては、２μｍの間隔で分割した。
次に、図７１及び図７２を参照し、シミュレーションの結果について説明する。図７１は、シミュレーションの結果を示すグラフであり、縦軸は歪εを示しており、横軸は振動部１２１の中心からの距離ｒｘを半径ｒで規格化した値ｒｘ／ｒを示している。尚、図７１においては、引張方向の歪を正方向の歪とし、圧縮方向の歪を負方向の歪としている。
図７１には、半径方向（Ｘ方向）の歪εｒと、周方向の歪εθと、これら歪の差である異方歪Δε（＝εｒ−εθ）とを示している。尚、図３を参照して説明した様な、逆磁歪効果による第１の磁性層２０１の磁化方向の変化には、この異方歪Δεが寄与する。
図７１に示したように、凸状に撓んでいる振動部１２１の中心付近においては、半径方向の歪εｒ及び周方向の歪εθは引張歪である。これに対し、凹状に撓んでいる外縁付近では、半径方向の歪εｒ及び周方向の歪εθは圧縮歪である。中心付近において、異方歪Δεはゼロであり、等方歪となっている。外縁付近では、異方歪Δεは圧縮の値を示しており、外縁直近で最も大きい異方歪が得られる。円形の振動部１２１では、この異方歪Δεが中心からの放射線方向に対して常に同様に得られる。従って、歪検出素子２００を、振動部１２１の外縁付近に配置することにより、歪の検出を感度良く行う事が出来る。このように、歪検出素子２００を、振動部１２１の外縁付近の一部に配置することができる。
図７２は、振動部１２１に生じる異方歪ΔεのＸＹ面内分布を示すコンター図である。図７２においては、図７１に示した極座標系での異方歪Δε（Δεｒ−θ）をデカルト座標系での異方歪Δε（ΔεＸ−Ｙ）に変換して、振動部１２１の全面において解析した結果が例示されている。
図７２において、「９０％」〜「１０％」の文字で示されている線は、振動部１２１外縁の直近における最も大きい異方歪ΔεＸ−Ｙの値（絶対値）の、それぞれ９０％〜１０％の異方歪Δεが得られる位置を示している。図７２に示す通り、同様の大きさの異方歪ΔεＸ−Ｙは限られた領域で得られる。
ここで、例えば図６９（ａ）に示す通り、膜部１２０上に、複数の歪検出素子２００を設ける場合、磁化固定層の磁化方向はピン固着を目的とした磁界中アニール方向に揃うため、同一方向をむく。従って、歪検出素子２００は、ほぼ一様な大きさの異方歪が生じる範囲内に配置することが望ましい。
この点、第１の実施の形態に示した歪検出素子２００は、比較的小さくしても高いゲージファクタ（歪検知感度）を実現することができる。従って、膜部１２０の寸法が小さい場合でも、ほぼ一様な大きさの異方歪が生じる範囲内に歪検出素子２００を配置し、高いゲージファクタを得ることができる。また、歪検出素子２００を膜部１２０上に複数配置して、同様な圧力に対する電気抵抗変化（例えば極性など）を得ようとする場合、図７２に示すように同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に近接して配置することが好ましい。第１の実施の形態に示した歪検出素子２００は比較的小さくしても高いゲージファクタ（歪検知感度）を実現することができるため、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に数多く配置することが可能となる。
第１の磁性層２０１／中間層２０３／第２の磁性層２０２からなる歪検出素子２００の接合を複数とし、直列に接続することができる。複数の歪検出素子２００が直列に接続されている歪検出素子２００の数をＮとしたとき、得られる電気信号は、歪検出素子２００の数が１である場合のＮ倍となる。その一方で、熱ノイズ及びショットキーノイズは、Ｎ１／２倍になる。すなわち、ＳＮ比(signal-noise ratio：ＳＮＲ)は、Ｎ１／２倍になる。直列に接続する歪検出素子２００の数Ｎを増やすことで、膜部１２０の振動部１２１のサイズを大きくすることなく、ＳＮ比を改善することができる。膜部１２０上に第１の磁性層２０１／中間層２０３／第２の磁性層２０２からなる歪検出素子２００の接合を複数配置して接続する場合、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に近接して配置することで、複数の歪検出素子２００の圧力に対するシグナルをそろえることができるため、前述した効果からＳＮ比の高い圧力センサを実現することができる。
ここで、図６９を参照して説明した通り、本実施の形態に係る歪検出素子２００は、第１〜第４の平面領域内に、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って、複数配置されている。従って、第１〜第４の平面領域内に配置された複数の歪検出素子２００によって一様な歪を検出する事が出来る。
また、本願明細書において、検出素子を「近接」させて配置する、とは次のような場合のことをいう。
図６９（ａ）〜図６９（ｆ）は、膜部１２０上の歪検出素子２００の配置の例を示す模式図であり、複数の歪検出素子２００が近接して配置される場合の素子配置領域を例示している。
図６９（ａ）に表したように、第１の領域Ｒ１を膜部１２０に対して平行な面（例えばＸ−Ｙ平面）に投影したときに、上述した最小外接矩形が形成可能である。最小外接矩形は、振動部１２１の形状に外接する。第１の領域Ｒ１の形状は、例えば、図６９中に点線で示した振動部１２１の外縁を膜部１２０に対して平行な面に投影した形状である。この例では、第１の領域Ｒ１の平面形状は、円形である。従って、最小外接矩形は正方形となる。
図６９（ａ）に示す通り、最小外接矩形は、第１辺、第２辺、第３辺及び第４辺を有する。第２辺は、第１辺と離間する。第３辺は、第１辺の一端と、第２辺の一端と、に接続される。第４辺は、第１辺の他端と、第２辺の他端と、に接続され、第３辺と離間する。また、最小外接矩形は、重心を有する。例えば、重心は、振動部１２１の重心と重なる。
上述した通り、最小外接矩形は、第１の平面領域、第２の平面領域、第３の平面領域及び第４の平面領域を有する。第１の平面領域は、重心及び第１辺の一端を結ぶ線分、重心及び第１辺の他端を結ぶ線分、並びに、第１辺で囲まれた領域である。第２の平面領域は、重心及び第２辺の一端を結ぶ線分、重心及び第２辺の他端を結ぶ線分、並びに、第２辺で囲まれた領域である。第３の平面領域は、重心及び第３辺の一端を結ぶ線分と、重心及び第３辺の一端を結ぶ線分、並びに、第３辺で囲まれた領域である。第４の平面領域は、重心及び第４辺の他端を結ぶ線分、重心及び第４辺の他端を結ぶ線分、並びに、第４辺で囲まれた領域である。
図６９（ａ）に表したように、第１の領域Ｒ１のうちの第１の平面領域と重なる部分（図中、斜線で示した部分）の上に、複数の歪検出素子２００が設けられる。例えば、第１の領域Ｒ１のうちの第１の平面領域と重なる領域に設けられた、複数の歪検出素子２００の少なくとも２つのそれぞれの位置は、最小外接矩形の第１辺に平行な方向において互いに異なる。このように配置することで、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁の領域に、数多くの歪検出素子２００を配置することが可能となる。
図６９（ｂ）のように、振動部１２１の平面形状が扁平円である場合も、最小外接矩形が定義できる。図６９（ｃ）のように、振動部１２１の平面形状が正方形の場合においても、最小外接矩形が定義できる。この場合、最小外接矩形の平面形状は膜部と同じ正方形となる。図６９（ｄ）のように、振動部１２１の平面形状が正方形の場合において、振動部１２１に曲線状（または直線状）のコーナー部が設けられる場合も、最小外接矩形が定義できる。図６９（ｅ）のように、振動部１２１の平面形状が長方形の場合においても、最小外接矩形が定義できる。この場合、最小外接矩形の平面形状は被支持部１２２と同じ長方形となる。図６９（ｆ）のように、振動部１２１の平面形状が長方形の場合において、振動部１２１に曲線状（または直線状）のコーナー部が設けられる場合も、最小外接矩形が定義できる。そして、第１の平面領域〜第４の平面領域が定義できる。
上述したような領域に歪検出素子２００を近接して配置することによって、同様の異方歪ΔεＸ−Ｙが得られる外縁付近の領域に、数多くの歪検出素子２００を配置することが可能となる。
次に、図７３を参照して、圧力センサ１００の他の構成例について説明する。図７３は、圧力センサ１００の他の構成例を示す平面図である。図７３に示した圧力センサ１００は、図６９に示す圧力センサ１００とほぼ同様に構成されているが、歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１が、略正方形でなく、略長方形に形成されている点において異なる。
図７３（ａ）には、膜部１２０の振動部１２１が略円形状である態様を、図７３（ｂ）には、膜部１２０の振動部１２１が略長円形状である態様を、図７３（ｄ）には、膜部１２０の振動部１２１が略正方形状である態様を、図７３（ｅ）には、膜部１２０の振動部１２１が略長方形状である態様を示している。また、図７３（ｃ）は、図７３（ｂ）の一部の拡大図である。
図７３（ｃ）に示す通り、膜部１２０には複数の歪検出素子２００が、第１の領域Ｒ１の外縁に沿って配置されている。ここで、歪検出素子２００の重心Ｇと、第１の領域Ｒ１の外縁とを最短距離で結ぶ直線を直線Ｌとすると、この直線Ｌの方向と歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１の長手方向との角度が、０°よりも大きく９０°よりも小さくなるように設定されている。
上述した通り、歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１を、長方形状または長円形状等、形状磁気異方性を有する形状にした場合、磁化自由層２０１の初期磁化方向を、長手方向に設定する事が可能である。また、図７３（ｃ）に示した直線Ｌの方向は、歪検出素子２００に生じる歪の方向を示している。従って、この直線Ｌの方向と歪検出素子２００に含まれる第１の磁性層２０１の長手方向との角度を、０°よりも大きく９０°よりも小さく設定することにより、磁化自由層２０１の初期磁化方向と歪検出素子２００に生じる歪の方向を調整して、正負の圧力に対して感応する圧力センサを製造する事が出来る。尚、この角度は、３０度以上６０度以下がさらに好ましい。
また、上記角度の最大値と最小値との差が、例えば５度以下となる様に設定した場合、複数の歪検出素子２００で同様の圧力―電気抵抗特性を得ることができる。
尚、図７３に示す例においては、圧力センサ１００が複数の歪検出素子２００を備えていたが、１つのみ備えていても良い。
次に、図７４を参照して、歪検出素子２００の配線パターンについて説明する。図７４（ａ）、図７４（ｂ）及び図７４（ｄ）は、歪検出素子２００の配線パターンについて説明するための回路図である。また、図７４（ｃ）は、歪検出素子２００の配線パターンについて説明するための概略的な平面図である。
圧力センサ１００に、複数の歪検出素子２００を設けた場合、例えば、図７４（ａ）に示す通り、全ての歪検出素子２００を直列に接続しても良い。ここで、歪検出素子２００のバイアス電圧は、例えば、５０ミリボルト（ｍＶ）以上１５０ｍＶ以下である。Ｎ個の歪検出素子２００を直列に接続した場合、バイアス電圧は、５０ｍＶ×Ｎ以上１５０ｍＶ×Ｎ以下となる。例えば、直列に接続されている歪検出素子の数Ｎが２５である場合には、バイアス電圧は、１Ｖ以上３．７５Ｖ以下となる。
バイアス電圧の値が１Ｖ以上であると、歪検出素子２００から得られる電気信号を処理する電気回路の設計は容易になり、実用的に好ましい。一方、バイアス電圧（端子間電圧）が１０Ｖを超えると、歪検出素子２００から得られる電気信号を処理する電気回路においては、望ましくない。実施形態においては、適切な電圧範囲になるように、直列に接続される歪検出素子２００の数Ｎ及びバイアス電圧が設定される。
例えば、複数の歪検出素子２００を電気的に直列に接続したときの電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下となるのが好ましい。例えば、電気的に直列に接続された複数の歪検出素子２００の端子間（一方の端の端子と、他方の端の端子との間）に印加される電圧は、１Ｖ以上１０Ｖ以下である。
この電圧を発生させるためには、１つの歪検出素子２００に印加されるバイアス電圧が５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検出素子２００の数Ｎは、２０以上２００以下が好ましい。１つの歪検出素子２００に印加されるバイアス電圧が１５０ｍＶである場合、直列に接続される歪検出素子２００の数Ｎは、７以上６６以下であることが好ましい。
尚、複数の歪検出素子２００は、例えば、図７４（ｂ）に示す通り、全て並列に接続されていても良い。
また、例えば、図７４（ｃ）に示す通り、図６９を参照して説明した第１〜第４の平面領域にそれぞれ複数の歪検出素子２００を配置し、これを第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０とした場合、図７４（ｄ）に示す通り、第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０によってホイートストンブリッジ回路を構成しても良い。ここで、図７４（ｄ）に示す第１の歪検出素子群３１０と第３の歪検出素子群３３０は同極性の歪―電気抵抗特性が得られ、第２の歪検出素子群３２０と第４の歪検出素子群３４０は第１の歪検出素子群３１０と第３の歪検出素子群３３０とは逆極性の歪―電気抵抗特性を得ることができる。尚、第１〜第４の歪検出素子群３１０，３２０，３３０及び３４０に含まれる歪検出素子２００の数は１でもよい。これにより、例えば、検出特性の温度補償を行うことができる。
次に、図７５を参照して、本実施の形態に係る圧力センサ１００の製造方法について説明する。図７５は圧力センサ１００の製造方法を示す模式的な斜視図である。
本実施の形態に係る圧力センサ１００の製造方法においては、図７５（ａ）に示す様に、基板１１０の一の面１１２に、膜部１２０を形成する。例えば基板１１０がＳｉ基板であった場合、膜部１２０として、ＳｉＯｘ／Ｓｉの薄膜をスパッタによって成膜しても良い。
尚、例えば基板１１０としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を採用する場合には、Ｓｉ基板上のＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜を膜部１２０として採用する事も出来る。この場合、膜部１２０の形成は、Ｓｉ基板とＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜との貼り合わせである。
次に、図７５（ｂ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、配線部１３１及びパッド１３２を形成する。即ち、配線部１３１及びパッド１３２となる導電膜を成膜し、その導電膜を、一部を残して除去する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
また、配線部１３１及びパッド１３２の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、配線部１３１及びパッド１３２のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
次に、図７５（ｃ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２、並びに、第１の磁性層２０１及び第２の磁性層２０２の間に位置する中間層２０３を成膜する。
次に、図７５（ｄ）に示す通り、第１の磁性層２０１、第２の磁性層２０２及び中間層２０３を、一部を残して除去し、歪検出素子２００を形成する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
また、歪検出素子２００の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、歪検出素子２００のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
次に、図７５（ｄ）に示す通り、基板１１０の一の面１１２に、配線部１３３及びパッド１３４を形成する。即ち、配線部１３３及びパッド１３４となる導電膜を成膜し、その導電膜を、一部を残して除去する。本工程には、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いても良いし、リフトオフを用いても良い。
また、配線部１３３及びパッド１３４の周辺を、図示しない絶縁膜で埋め込んでも良い。この場合には、例えばリフトオフを用いても良い。リフトオフにおいては、例えば、配線部１３３及びパッド１３４のパターンのエッチング後、レジストを剥離する前に、図示しない絶縁膜を全面に成膜して、その後レジストを除去する。
次に、図７５（ｅ）に示す通り基板１１０の一部を、基板１１０の他の面１１３から除去して、基板１１０に空洞部１１１を形成する。この工程において除去する領域は、基板１１０の第１の領域Ｒ１に相当する部分である。尚、本実施の形態においては、基板１１０の第１の領域Ｒ１内に位置する部分を全て除去しているが、基板１１０の一部を残すことも可能である。例えば、膜部１２０と基板１１０を一体に形成する場合には、基板１１０の一部を除去して薄膜化し、この薄膜化された部分を膜部１２０としても良い。
本実施の形態において、図７５（ｅ）に示す工程にはエッチングが用いられる。例えば膜部１２０がＳｉＯ２／Ｓｉの積層膜である場合、本工程は、基板１１０の他の面１１３からの深堀加工によって行われても良い。また、本工程には、両面アライナー露光装置を用いることができる。これにより、歪検出素子２００の位置に合わせて、レジストのホールパターンを他の面１１３にパターニングできる。
また、エッチングにおいては、例えばＲＩＥを用いたボッシュプロセスが用いることができる。ボッシュプロセスでは、例えば、ＳＦ６ガスを用いたエッチング工程と、Ｃ４Ｆ８ガスを用いた堆積工程と、を繰り返す。これにより、基板１１０の側壁のエッチングを抑制しつつ、基板１１０の深さ方向（Ｚ軸方向）に選択的にエッチングが行われる。エッチングのエンドポイントとして、例えば、ＳｉＯｘ層が用いられる。すなわち、エッチングの選択比がＳｉとは異なるＳｉＯｘ層を用いてエッチングを終了させる。エッチングストッパ層として機能するＳｉＯｘ層は、膜部１１０の一部として用いられても良い。ＳｉＯｘ層は、エッチングの後に、例えば、無水フッ化水素及びアルコールなどの処理などで除去されても良い。基板１１０のエッチングはボッシュプロセス以外にウェット工程による異方性エッチングや犠牲層を用いたエッチングを行っても良い。
次に、図７６〜図７８を参照して、本実施の形態に係る圧力センサ２００の構成例４４０について説明する。
図７６は、圧力センサ４４０の構成を示す模式的な斜視図である。図７７及び図７８は、圧力センサ４４０を例示するブロック図である。
図７６及び図７７に示すように、圧力センサ４４０には、基部４７１、検知部４５０、半導体回路部４３０、アンテナ４１５、電気配線４１６、送信回路４１７、及び、受信回路４１７ｒが設けられている。尚、本実施の形態に係る検知部４５０は、例えば第１または第２の実施の形態に係る歪検出素子２００である。
アンテナ４１５は、電気配線４１６を介して、半導体回路部４３０と電気的に接続されている。
送信回路４１７は、検知部４５０に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路４１７の少なくとも一部は、半導体回路部４３０に設けることができる。
受信回路４１７ｒは、電子機器４１８ｄからの制御信号を受信する。受信回路４１７ｒの少なくとも一部は、半導体回路部４３０に設けることができる。受信回路４１７ｒを設けるようにすれば、例えば、電子機器４１８ｄを操作することで、圧力センサ４４０の動作を制御することができる。
図７７に示すように、送信回路４１７には、例えば、検知部４５０に接続されたＡＤコンバータ４１７ａと、マンチェスター符号化部４１７ｂと、を設けることができる。切替部４１７ｃを設け、送信と受信を切り替えるようにすることができる。この場合、タイミングコントローラ４１７ｄを設け、タイミングコントローラ４１７ｄにより切替部４１７ｃにおける切り替えを制御することができる。またさらに、データ訂正部４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ（ＶＣＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を設けることができる。
図７８に示すように、圧力センサ４４０と組み合わせて用いられる電子機器４１８ｄには、受信部４１８が設けられる。電子機器４１８ｄとしては、例えば、携帯端末などの電子装置を例示することができる。
この場合、送信回路４１７を有する圧力センサ４４０と、受信部４１８を有する電子機器４１８ｄと、を組み合わせて用いることができる。
電子機器４１８ｄには、マンチェスター符号化部４１７ｂ、切替部４１７ｃ、タイミングコントローラ４１７ｄ、データ訂正部４１７ｅ、同期部４１７ｆ、判定部４１７ｇ、電圧制御発振器４１７ｈ、記憶部４１８ａ、中央演算部４１８ｂ（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を設けることができる。
この例では、圧力センサ４４０は、固定部４６７をさらに含んでいる。固定部４６７は、膜部４６４（７０ｄ）を基部４７１に固定する。固定部４６７は、外部圧力が印加されたときであっても撓みにくいように、膜部４６４よりも厚み寸法を厚くすることができる。
固定部４６７は、例えば、膜部４６４の周縁に等間隔に設けることができる。膜部４６４（７０ｄ）の周囲をすべて連続的に取り囲むように固定部４６７を設けることもできる。固定部４６７は、例えば、基部４７１の材料と同じ材料から形成することができる。この場合、固定部４６７は、例えば、シリコンなどから形成することができる。固定部４６７は、例えば、膜部４６４（７０ｄ）の材料と同じ材料から形成することもできる。
次に、図７９〜図９０を参照して、圧力センサ４４０の製造方法を例示する。図７９〜図９０は、圧力センサ４４０の製造方法を例示する模式的な平面図及び断面図である。
図７９（ａ）及び図７９（ｂ）に示すように、半導体基板５３１の表面部分に半導体層５１２Ｍを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上面に素子分離絶縁層５１２Ｉを形成する。続いて、半導体層５１２Ｍの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート５１２Ｇを形成する。続いて、ゲート５１２Ｇの両側に、ソース５１２Ｓとドレイン５１２Ｄとを形成することで、トランジスタ５３２が形成される。続いて、この上に層間絶縁膜５１４ａを形成し、さらに層間絶縁膜５１４ｂを形成する。
続いて、非空洞部となる領域において、層間絶縁膜５１４ａ、５１４ｂの一部に、トレンチ及び孔を形成する。続いて、孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー５１４ｃ〜５１４ｅを形成する。この場合、例えば、接続ピラー５１４ｃは、１つのトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続され、接続ピラー５１４ｄはドレイン５１２Ｄに電気的に接続される。例えば、接続ピラー５１４ｅは、別のトランジスタ５３２のソース５１２Ｓに電気的に接続される。続いて、トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部５１４ｆ、５１４ｇを形成する。配線部５１４ｆは、接続ピラー５１４ｃ及び接続ピラー５１４ｄに電気的に接続される。配線部５１４ｇは、接続ピラー５１４ｅに電気的に接続される。続いて、層間絶縁膜５１４ｂの上に、層間絶縁膜５１４ｈを形成する。
図８０（ａ）及び図８０（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｈの上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜５１４ｉを、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。続いて、層間絶縁膜５１４ｉの所定の位置に孔を形成し、導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて平坦化する。これにより、配線部５１４ｆに接続された接続ピラー５１４ｊと、配線部５１４ｇに接続された接続ピラー５１４ｋと、が形成される。
図８１（ａ）及び図８１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉの空洞部５７０となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層５１４ｌを埋め込む。犠牲層５１４ｌは、例えば、低温で成膜できる材料を用いて形成することができる。低温で成膜できる材料は、例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などである。
図８２（ａ）及び図８２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５１４ｉ及び犠牲層５１４ｌの上に、膜部５６４（７０ｄ）となる絶縁膜５６１ｂｆを形成する。絶縁膜５６１ｂｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。絶縁膜５６１ｂｆに複数の孔を設け、複数の孔に導電材料（例えば、金属材料）を埋め込み、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａを形成する。接続ピラー５６１ｆａは、接続ピラー５１４ｋと電気的に接続され、接続ピラー５６２ｆａは、接続ピラー５１４ｊと電気的に接続される。
図８３（ａ）及び図８３（ｂ）に示すように、絶縁膜５６１ｂｆ、接続ピラー５６１ｆａ、接続ピラー５６２ｆａの上に、配線５５７となる導電層５６１ｆを形成する。
図８４（ａ）及び図８４（ｂ）に示すように、導電層５６１ｆの上に、積層膜５５０ｆを形成する。
図８５（ａ）及び図８５（ｂ）に示すように、積層膜５５０ｆを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層５６５となる絶縁膜５６５ｆを形成する。絶縁膜５６５ｆは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いて形成することができる。
図８６（ａ）及び図８６（ｂ）に示すように、絶縁膜５６５ｆの一部を除去し、導電層５６１ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５７が形成される。このとき、導電層５６１ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆａに電気的に接続される接続ピラー５６２ｆｂとなる。さらに、この上に、絶縁層５６６となる絶縁膜５６６ｆを形成する。
図８７（ａ）及び図８７（ｂ）に示すように、絶縁膜５６５ｆに開口部５６６ｐを形成する。これにより、接続ピラー５６２ｆｂが露出する。
図８８（ａ）及び図８８（ｂ）に示すように、上面に、配線５５８となる導電層５６２ｆを形成する。導電層５６２ｆの一部は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。
図８９（ａ）及び図８９（ｂ）に示すように、導電層５６２ｆを所定の形状に加工する。これにより、配線５５８が形成される。配線５５８は、接続ピラー５６２ｆｂと電気的に接続される。
図９０（ａ）及び図９０（ｂ）に示すように、絶縁膜５６６ｆに所定の形状の開口部５６６ｏを形成する。開口部５６６ｏを介して、絶縁膜５６１ｂｆを加工し、さらに開口部５６６ｏを介して、犠牲層５１４ｌを除去する。これにより、空洞部５７０が形成される。犠牲層５１４ｌの除去は、例えば、ウェットエッチング法を用いて行うことができる。
なお、固定部５６７をリング状とする場合には、例えば、空洞部５７０の上方における非空洞部の縁と、膜部５６４と、の間を絶縁膜で埋める。
以上の様にして圧力センサ４４０が形成される。
［５．第５の実施の形態］
次に、図９１を参照して、第５の実施の形態について説明する。図９１は、本実施の形態に係るマイクロフォン１５０の構成を示す模式的な断面図である。第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は、例えば、マイクロフォンに搭載する事が出来る。
本実施の形態に係るマイクロフォン１５０は、圧力センサ１００を搭載したプリント基板１５１と、プリント基板１５１を搭載した電子回路１５２と、プリント基板１５１と共に圧力センサ１００と電子回路１５２とを覆うカバー１５３とを備える。圧力センサ１００は、第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサである。
カバー１５３には、アコースティックホール１５４が設けられており、ここから音波１５５が入射する。音波１５５がカバー１５３内に入射すると、圧力センサ１００によって音波１５５が検知される。電子回路１５２は、例えば、圧力センサ１００に搭載された歪検出素子に電流を流し、圧力センサ１００の抵抗値の変化を検出する。また、電子回路１５２は、増幅回路等によってこの電流値を増幅しても良い。
第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサは高感度であるため、これを搭載したマイクロフォン１５０は感度良く音波１５５の検出を行う事が可能である。
［６．第６の実施の形態］
次に、図９２及び図９３を参照して、第６の実施の形態について説明する。図９２は、第６の実施の形態に係る血圧センサ１６０の構成を示す模式図である。図９３は、同血圧センサ１６０のＨ１−Ｈ２から見た模式的な断面図である。第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は、例えば、血圧センサ１６０に搭載する事が出来る。
図９２に示す通り、血圧センサ１６０は、例えばヒトの腕１６５の動脈１６６上に貼り付けられる。また、図９３に示す通り、血圧センサ１６０は第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００を搭載しており、これによって血圧を測定する事が可能である。
第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は高感度であるため、これを搭載した血圧センサ１６０は感度良く連続的に血圧の検出を行う事が可能である。
［７．第７の実施の形態］
次に、図９４を参照して、第７の実施の形態について説明する。図９４は、第７の実施の形態に係るタッチパネル１７０の構成を示す模式的な回路図である。タッチパネル１７０は、図示しない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搭載される。
タッチパネル１７０は、マトリクス状に配置された複数の圧力センサ１００と、Ｙ方向に複数配置され、Ｘ方向に配置された複数の圧力センサ１００の一端にそれぞれ接続された複数の第１の配線１７１と、Ｘ方向に複数配置され、Ｙ方向に配置された複数の圧力センサ１００の他端にそれぞれ接続された複数の第２の配線１７２と、複数の第１の配線１７１及び複数の第２の配線１７２を制御する制御部１７３とを備える。圧力センサ１００は、第１〜第３の実施の形態に係る圧力センサである。
また、制御部１７３は、第１の配線１７１を制御する第１の制御回路１７４と、第２の配線１７２を制御する第２の制御回路１７５と、第１の制御回路１７４及び第２の制御回路１７５を制御する第３の制御回路１７６とを備える。
例えば、制御部１７３は、複数の第１の配線１７１及び複数の第２の配線１７２を介して圧力センサ１００に電流を流す。ここで、図示しないタッチ面が押圧された場合、圧力センサ１００はその圧力に応じて歪検出素子の抵抗値を変化させる。制御部１７３は、この抵抗値の変化を検出することにより、押圧による圧力を検出した圧力センサ１００の位置を特定する。
第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００は高感度であるため、これを搭載したタッチパネル１７０は感度良く押圧による圧力を検出する事が可能である。また、圧力センサ１００は小型であり、解像度の高いタッチパネル１７０を製造する事が可能である。
尚、タッチパネル１７０は、圧力センサ１００の他にタッチを検出するための検出要素を備えていても良い。
［８．その他の応用例］
以上、具体例を参照しつつ、第１〜第３の実施の形態に係る歪検出素子２００を搭載した圧力センサ１００の応用例について説明した。しかし、圧力センサ１００は、第４〜第７に示す実施の形態の他に、気圧センサやタイヤの空気圧センサ等、様々な圧力センサデバイスに応用することができる。
また、歪検出素子２００、圧力センサ１００、マイクロフォン１５０、血圧センサ１６０及びタッチパネル１７０に含まれる膜部、歪検出素子、第１の磁性層、第２の磁性層及び中間層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。
その他、本発明の実施の形態として上述した歪検出素子、圧力センサ１００、マイクロフォン１５０、血圧センサ１６０及びタッチパネル１７０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歪検出素子、圧力センサ１００、マイクロフォン１５０、血圧センサ１６０及びタッチパネル１７０も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
［９．その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、下記の様な態様によっても実施することが可能である。
［態様１］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、並びに、この第１の磁性層及び第２の磁性層の間に設けられた中間層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる金属層を含む
ことを特徴とする歪検出素子。
［態様２］
前記Ｃｕ−Ａｇ合金からなる金属層の結晶粒径は、５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする態様１記載の歪検出素子。
［態様３］
前記電極は、Ｃｕ１−ＸＡｇＸ合金（１ａｔ．％≦ｘ≦２０ａｔ．％）からなる前記金属層を含む
ことを特徴とする態様１または２に記載の歪検出素子。
［態様４］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、並びに、この第１の磁性層及び第２の磁性層の間に設けられた中間層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記金属層の結晶粒径は、５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
［態様５］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記第１の界面のＲａ値が０．３ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（１）

式（２）

（但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記第１の界面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置である）
［態様６］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面とすると、下記式（３）で表される前記第１の界面のＲｍａｘ値が２．５ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（３）

（但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
［態様７］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、並びに、この第１の磁性層及び第２の磁性層の間に設けられた中間層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記金属層の前記積層体に対向する面を金属層上面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記金属層上面のＲａ値が２ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（１）

式（２）

（但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記金属層上面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記金属層上面の位置である）
［態様８］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層及びこの第１の磁性層及び第２の磁性層の間に設けられた中間層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記金属層の前記積層体に対向する面を金属層上面とすると、下記式で表される前記金属層上面のＲｍａｘ値が１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（３）

（但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記金属層上面の位置、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
［態様９］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記第１の界面のＲａ値が前記中間層の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする歪検出素子。
式（１）

式（２）

（但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記第１の界面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置である）
［態様１０］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面とすると、下記式（３）で表される前記第１の界面のＲｍａｘ値が前記中間層の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする歪検出素子。
式（３）

（但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面又は前記膜部上面の位置、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
［態様１１］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面と、前記膜部の前記積層体に対向する面を膜部上面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記第１の界面のＲａ値が前記膜部上面のＲａ値よりも小さい
ことを特徴とする歪検出素子。
式（１）

式（２）

（但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記第１の界面又は前記膜部上面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面又は前記膜部上面の位置である）
［態様１２］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面と、前記膜部の前記積層体に対向する面を膜部上面とすると、下記式（３）で表される前記第１の界面のＲｍａｘ値が前記膜部上面のＲｍａｘ値よりも小さい
ことを特徴とする歪検出素子。
式（３）

（但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面又は前記膜部上面の位置、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
［態様１３］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、並びに、この第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記金属層の前記積層体に対向する面を金属層上面とし、前記膜部の前記積層体に対向する面を膜部上面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記金属層上面のＲａ値が前記膜部上面のＲａ値よりも小さい
ことを特徴とする歪検出素子。
式（１）

式（２）

（但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記金属層上面又は前記膜部上面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記金属層上面又は前記膜部上面の位置である）
［態様１４］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、並びに、この第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記金属層の前記積層体に対向する面を金属層上面とし、前記膜部の前記積層体に対向する面を膜部上面とすると、下記式（３）で表される前記金属層上面のＲｍａｘ値が前記膜部上面のＲｍａｘ値よりも小さい
ことを特徴とする歪検出素子。
式（３）

（但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記金属層上面又は前記膜部上面の位置、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
［態様１５］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と、
前記第１の磁性層の、前記中間層に対向する面とは逆の面に設けられた拡散防止層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記第１の界面のＲａ値が０．３ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（１）

式（２）
（但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記第１の界面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置である）
［態様１６］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層と、
第２の磁性層と、
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層と、
前記第１の磁性層の、前記中間層に対向する面とは逆の面に設けられた拡散防止層と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記中間層と前記第１の磁性層との界面を第１の界面とすると、下記式（３）で表される前記第１の界面のＲｍａｘ値が２．５ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（３）

（但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
［態様１７］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
前記電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、この第１の磁性層及び第２の磁性層の間に設けられた中間層、並びに、前記第１の磁性層の、前記中間層に対向する面とは逆の面に設けられた拡散防止層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記金属層の前記積層体に対向する面を金属層上面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記金属層上面のＲａ値が２ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（１）

式（２）

（但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記金属層上面の位置の平均値、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記金属層上面の位置である）
［態様１８］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、この第１の磁性層及び第２の磁性層の間に設けられた中間層、並びに、前記第１の磁性層の、前記中間層に対向する面とは逆の面に設けられた拡散防止層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向と、前記金属層の前記積層体に対向する面を金属層上面とすると、下記式（３）で表される前記金属層上面のＲｍａｘ値が１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする歪検出素子。
式（３）

（但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記金属層上面の位置、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
［態様１９］
変形可能な膜部の上に設けられる歪検出素子であって、
電極と、
この電極上に設けられ、前記膜部の変形に応じて磁化方向を変化させる第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の間に設けられた中間層、並びに、前記第１の磁性層の、前記中間層に対向する面とは逆の面に設けられた拡散防止層を有する積層体と
を備え、
前記第１の磁性層の少なくとも一部はアモルファスであり、
前記電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｆｅ、Ｃｏからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を含み、
前記電極は、Ｃｕ−Ａｇ合金からなる金属層を含む
ことを特徴とする歪検出素子。
［態様２０］
前記拡散防止層は、酸化物又は窒化物を含む
ことを特徴とする態様１５〜１９記載の歪検出素子。
［態様２１］
前記拡散防止層は、酸化マグネシウムを含む
ことを特徴とする態様１５〜１９記載の歪検出素子。
［態様２２］
支持部と、
前記支持部に支持され変形可能な膜部と、
前記膜部の上に設けられた態様１〜２１のいずれか１つに記載の歪検出素子と、
を備えた圧力センサ。
［態様２３］
前記歪検出素子は、前記基板の上に複数設けられた態様２２記載の圧力センサ。
［態様２４］
前記複数の歪検出素子のうちの少なくとも２つは、近接して設けられた態様２３記載の圧力センサ。
［態様２５］
前記膜部は、外部の圧力に応じて撓む振動部を有し、
前記振動部の形状に外接する最小外接矩形は、
第１辺と、
前記第１辺と離間する第２辺と、
前記第１辺の一端と、前記第２辺の一端と、に接続される第３辺と、
前記前記第１辺の他端と、前記第２辺の他端と、に接続される第４辺と、
前記最小外接矩形の重心と、
を含み、
前記最小外接矩形は、
前記重心及び前記第１辺の前記一端を結ぶ線分と、
前記重心及び前記第１辺の前記他端を結ぶ線分と、
前記第１辺と、
で囲まれた第１の平面領域を含み、
前記複数の歪検出素子のうちの少なくとも２つは、前記膜部のうちの前記第１の平面領域と重なる部分の上に設けられる
ことを特徴とする態様２３記載の圧力センサ。
［態様２６］
前記複数の検出素子の少なくとも２つのそれぞれの位置は、前記第１辺と平行な方向において互いに異なることを特徴とする態様２５記載の圧力センサ。
［態様２７］
前記膜部の平面寸法は５０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする態様２２〜２６に記載の圧力センサ。
［態様２８］
前記膜部の膜厚は０．１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする態様２２〜２７に記載の圧力センサ。
［１０．その他］
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。
また、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の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。これら新規な実施の形態は、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、変更を行うことが出来る。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
１００、１００Ａ…圧力センサ、１１０…基板、１２０…膜部、１２１…振動部、１２２…被支持部、１３１，１３３…配線、１３２，１３４…パッド、１５０…マイクロフォン、１６０…血圧センサ、１７０…タッチパネル、２００…歪検出素子、２０１…第１の磁性層、２０２…第２の磁性層、２０３…中間層、２０４…下部電極、２０５…下地層、２０６…ピニング層、２０７…第２磁化固定層、２０８…磁気結合層、２０９…第１磁化固定層、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、２１５…保護層、２１６…拡散防止層、２２１…下部ピニング層、２２２…下部第２磁化固定層、２２３…下部磁気結合層、２２４…下部第１磁化固定層、２２５…下部中間層、２２６…磁化自由層、２２７…上部中間層、２２８…上部第１磁化固定層、２２９…上部磁気結合層、２３０…上部第２磁化固定層、２３１…上部ピニング層、２４１…第２磁化自由層、２４２…第１磁化自由層。

Claims (16)

  1. 支持部と、
    前記支持部に支持され変形可能な膜部と、
    前記膜部に設けられた検出素子と、
    を備え、
    前記検出素子は、
    Ｃｕ及びＡｇを含む合金を含む金属層と、
    第１の磁性層と、
    前記金属層と前記第１の磁性層との間に設けられ、Ｔａ、Ｔｉ及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも１つを含む金属含有層と、
    前記金属含有層と前記第１の磁性層との間に設けられた第２の磁性層と、
    前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた中間層と、
    を含み、
    前記金属層の前記金属含有層に対向する第１面は、前記金属含有層の前記第２の磁性層に対向する第２面よりも粗い、センサ。
  2. 前記金属層の結晶粒径は、５０ｎｍ以下である、請求項１記載のセンサ。
  3. 前記合金は、Ｃｕ１−ＸＡｇＸ合金（１ａｔ．％≦ｘ≦２０ａｔ．％）を含む、請求項１または２に記載のセンサ。
  4. 前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向とし、前記中間層の前記第１の磁性層に対向する面を第１の界面とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記第１の界面のＲａ値が０．３ｎｍ以下である、請求項１〜３に記載のセンサ。
    式（１）

    式（２）

    （但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記第１の界面の位置の平均値であり、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置である）
  5. 前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向とし、前記中間層の前記第１の磁性層に対向する面を第１の界面とすると、下記式（３）で表される前記第１の界面のＲｍａｘ値が２．５ｎｍ以下である、請求項１〜３に記載のセンサ。
    式（３）

    （但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１の界面の位置であり、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値であり、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
  6. 前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向とすると、下記式（１）及び（２）で表される前記第１面のＲａ値が２ｎｍ以下である、請求項１〜３に記載のセンサ。
    式（１）

    式（２）

    （但し、ＺＣは、前記高さ方向における前記第１面の位置の平均値であり、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１面の位置である）
  7. 前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層が積層された方向を高さ方向とすると、下記式（３）で表される前記第１面のＲｍａｘ値が１０ｎｍ以下である、請求項１〜３に記載のセンサ。
    式（３）

    （但し、Ｚ（ｉ）は、前記高さ方向における前記第１面の位置であり、ｍａｘ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最大値であり、ｍｉｎ（Ｚ（ｉ））は、Ｚ（ｉ）の最小値である）
  8. 前記第１の磁性層はホウ素を含む、請求項１〜７記載のセンサ。
  9. 前記第１の磁性層の少なくとも一部におけるホウ素の濃度は５原子パーセント以上３５原子パーセント以下である、請求項１〜８記載のセンサ。
  10. 前記第１の磁性層は、第１の部分と、第２の部分と、を含み、
    前記第１の部分は、前記中間層と前記第２の部分との間に位置し、
    前記第１の部分におけるホウ素の濃度は、前記第２の部分におけるホウ素の濃度よりも低い、請求項８記載のセンサ。
  11. 前記第１の磁性層は、第１の部分と、第２の部分と、を含み、
    前記第１の部分は、前記中間層層と前記第２の部分との間に位置し、
    前記第１の部分の少なくとも一部は結晶であり、
    前記第２の部分の少なくとも一部はアモルファスである、請求項１〜１０記載のセンサ。
  12. 前記中間層は、酸化物及び窒化物の少なくともいずれかを含む、請求項１〜１１記載のセンサ。
  13. 前記中間層は、酸化マグネシウムを含む、請求項１〜１２記載のセンサ。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載されたセンサを備えたマイクロフォン。
  15. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載されたセンサを備えた血圧センサ。
  16. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載されたセンサを備えたタッチパネル。
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