JP2018155719A - 磁気センサ、生体細胞検出装置及び診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度の向上が可能な磁気センサ、生体細胞検出装置及び診断装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気センサは、第１センサ素子及び第１配線を含む。前記第１センサ素子は、第１磁性層と、第１対向磁性層と、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、を含む。前記第１磁性層の第１磁化は第１長さ方向に沿う。前記第１磁性層から前記第１対向磁性層に向かう第１積層方向は、前記第１長さ方向と交差する。前記第１配線の少なくとも一部は前記第１長さ方向に沿って延びる。前記第１センサ素子から前記第１配線の前記少なくとも一部に向かう第１配線交差方向は、前記第１長さ方向と交差する。前記第１配線に流れる電流、及び、前記第１センサ素子に加わる被検出磁界に応じて、前記第１センサ素子の第１電気抵抗が変化する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気センサ生体、細胞検出装置及び診断装置に関する。

磁性層を用いた磁気センサがある。磁気センサにおいて、検出感度の向上が望まれる。

特開２０１７−３３３６号公報

本発明の実施形態は、検出感度の向上が可能な磁気センサ、生体細胞検出装置及び診断装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、磁気センサは、第１センサ素子及び第１配線を含む。前記第１センサ素子は、第１磁性層と、第１対向磁性層と、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、を含む。前記第１磁性層の第１磁化は第１長さ方向に沿う。前記第１磁性層から前記第１対向磁性層に向かう第１積層方向は、前記第１長さ方向と交差する。前記第１配線の少なくとも一部は前記第１長さ方向に沿って延びる。前記第１センサ素子から前記第１配線の前記少なくとも一部に向かう第１配線交差方向は、前記第１長さ方向と交差する。前記第１配線に流れる電流、及び、前記第１センサ素子に加わる被検出磁界に応じて、前記第１センサ素子の第１電気抵抗が変化する。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、参考例の磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 磁気センサの特性を例示する表である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１実施形態に係る磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサにおける検出回路を例示する模式図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式的断面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式図である。 図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第２実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第２実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第２実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式図である。 第３実施形態に係る磁気センサ及び生体細胞検出装置を示す模式図である。 第４実施形態に係る磁気センサ及び診断装置を示す模式図である。 第４実施形態に係る別の磁気センサを示す模式図である。

以下に、本発明の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、各部分の厚さと幅との関係、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。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。

（第１実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図１（ａ）は、図１（ｂ）及び図１（ｃ）の矢印ＡＡから見た透視平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１（ｄ）は、磁気センサの一部の断面図である。

図１（ａ）に示すように、実施形態に係る磁気センサ１１０は、第１センサ素子５１と、第１配線２１と、を含む。この例では、磁気センサ１１０は、第１回路７１、第２回路７２及び第３回路７３をさらに含む。磁気センサ１１０及びこれらの回路が、磁気センサ装置２１０に含まれても良い。

図１（ｄ）に示すように、第１センサ素子５１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎを含む。第１非磁性層１１ｎは、第１磁性層１１及び第１対向磁性層１１ｏの間に設けられる。

第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、第１長さ方向ＤＬ１に沿う。

第１長さ方向ＤＬ１をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。

第１磁性層１１から第１対向磁性層１１ｏに向かう第１積層方向ＤＳ１は、第１長さ方向ＤＬ１と交差する。この例では、第１積層方向ＤＳ１は、Ｚ軸方向に沿う。

この例では、第１素子導電層１１ｅａと第２素子導電層１１ｅｂとの間に、第１磁性層１１が設けられる。第１磁性層１１と第２素子導電層１１ｅｂとの間に、第１対向磁性層１１ｏが設けられる。この例では、第１磁性層１１は、第１膜１１ａ、第２膜１１ｂ、第３膜１１ｃ及び第４膜１１ｄを含む。第４膜１１ｄと第１非磁性層１１ｎとの間に、第２膜１１ｂが位置する。第４膜１１ｄと第２膜１１ｂとの間に、第１膜１１ａが位置する。第１膜１１ａと第２膜１１ｂとの間に第３膜１１ｃが位置する。

第１膜１１ａは、例えば、磁性膜である。第１膜１１ａは、例えば、ＣｏＦｅなどを含む。第２膜１１ｂは、磁性膜である。第２膜１１ｂは、例えば、ＣｏＦｅなどを含む。第３膜１１ｃは、例えば、Ｒｕを含む。第３膜１１ｃは、例えば、反強磁性的磁気結合を発生する。第４膜１１ｄは、強磁性膜である。第４膜１１ｄは、例えば、ＩｒＭｎなどを含む。第１膜１１ａの磁化Ｍａ１は、第１長さ方向ＤＬ１に沿う。第２膜１１ｂの磁化Ｍｂ１は、第１長さ方向ＤＬ１に沿う。磁化Ｍａ１の向きは、磁化Ｍｂ１の向きと逆である。第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、実質的に固定されている。第１磁性層１１は、例えば、参照層として機能する。

第１磁性層１１の第１長さ方向ＤＬ１の長さを第１長さＬ１とする（図１（ｂ）参照）。第１磁性層１１の第１幅方向ＤＷ１の長さを第２長さＬ２とする（図１（ｃ）参照）。第１幅方向ＤＷ１は、第１積層方向ＤＳ１及び第１長さ方向ＤＬ１を含む平面（例えばＸ−Ｚ平面）と交差する。この例では、第１幅方向ＤＷ１は、例えば、Ｙ軸方向である。第１長さＬ１は、第２長さＬ２よりも長い。例えば、第１長さＬ１は、第２長さＬ２の１．５倍以上である。例えば、第１磁性層１１において、形状異方性が設けられる。例えば、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１が安定し易くなる。

第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、例えば、第１磁性層１１に含まれる膜の成膜中に印加われる磁界の方向により制御されても良い。第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、例えば、第１磁性層１１に含まれる膜の成膜後の熱処理中に印加される磁界の方向により制御されても良い。

第１対向磁性層１１ｏは、例えば、ＣｏＦｅ及びＮｉＦｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１対向磁性層１１ｏの磁化Ｍｏ１の向きは、第１対向磁性層１１ｏに加わる磁界などに応じて変化する。第１対向磁性層１１ｏは、例えば自由層である。

第１非磁性層１１ｎは、例えば、Ｃｕなどを含む。

この例では、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎの平面形状（Ｘ−Ｙ平面に沿う面における形状）は、第１磁性層１１の平面形状と同じである。

第１素子導電層１１ｅａは、例えば、Ｔａ、Ｃｕ及びＲｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１素子導電層１１ｅａは、例えば、ＮｉＦｅＣｒを含んでも良い。第１素子導電層１１ｅａは、例えば、下地層として機能しても良い。

第２素子導電層１１ｅｂは、例えば、Ｒｕ及びＴａからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２素子導電層１１ｅｂは、例えば、キャップ層として機能しても良い。

第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎは、第１積層部Ｓ１に含まれる。第１素子導電層１１ｅａ及び第２素子導電層１１ｅｂが、第１積層部Ｓ１に含められても良い。図１（ｂ）及び図１（ｃ）では、第１素子導電層１１ｅａ及び第２素子導電層１１ｅｂは、省略されている。図１（ｂ）に示すように、第１積層部Ｓ１は、一端部Ｓ１ａと、他端部Ｓ１ｂと、を含む。一端部Ｓ１ａから他端部Ｓ１ｂに向かう方向は、第１長さ方向ＤＬ１に沿う。この例において、第１積層部Ｓ１は、例えば、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１配線２１の少なくとも一部は、第１長さ方向ＤＬ１に沿って延びる。図１（ｂ）に示すように、第１センサ素子５１から、第１配線２１の上記の少なくとも一部に向かう方向（第１配線交差方向Ｄｃ１）は、第１長さ方向ＤＬ１と交差する。この例では、第１配線交差方向Ｄｃ１は、Ｚ軸方向である。この例では、第１配線交差方向Ｄｃ１は、第１積層方向ＤＳ１に沿う。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、この例では、基板１０ｓが設けられる。基板１０ｓと第１配線２１との間に、第１センサ素子５１が位置する。図１（ａ）では、基板１０ｓは省略されている。

以下に説明するように、第１センサ素子５１の第１電気抵抗は、第１配線２１に流れる電流、及び、第１センサ素子５１に加わる被検出磁界（外部から加わる信号磁界Ｈｓｉｇ）に応じて変化する。

例えば、図１（ｃ）に示すように、第１積層部Ｓ１の一端部Ｓ１ａに第１センサ一端配線５１ｅが電気的に接続される。一方、第１積層部Ｓ１の他端部Ｓ１ｂに第１センサ他端配線５１ｆが電気的に接続される。第１センサ素子５１の第１電気抵抗の変化は、一端部Ｓ１ａと他端部Ｓ１ｂとの間の電気抵抗の変化に対応する。第１電気抵抗の変化は、第１センサ一端配線５１ｅと第１センサ他端配線５１ｆとの間の電気抵抗の変化に対応する。第１センサ一端配線５１ｅ及び第１センサ他端配線５１ｆは、電極端子でも良い。

第１回路７１は、第１センサ素子５１と電気的に接続される。この例では、第１回路７１は、配線７１ａ及び配線７１ｂを介して、第１センサ素子５１と電気的に接続される。第１回路７１は、第１電流Ｃｓ１（図１（ｂ）参照）を第１センサ素子５１に供給する。

この例では、第１電流Ｃｓ１は、第１長さ方向ＤＬ１に沿って、第１積層部Ｓ１を流れる。

第３回路７３は、第１センサ素子５１の第１電気抵抗の変化を検出する。例えば、第３回路７３は、第１回路７１と並列に接続される。例えば、第３回路７３は、配線７１ａ及び配線７１ｂを介して、第１積層部Ｓ１と電気的に接続される。第３回路７３は、第１センサ素子５１の第１電気抵抗に応じた電圧、電流及び抵抗の少なくともいずれかを検出する。

図１（ａ）に示すように、第２回路７２は、第１配線２１と電気的に接続される。この例では、第２回路７２は、配線７２ａにより第１配線２１の一端２１ｅと電気的に接続される。第２回路７２は、配線７２ｂにより第１配線２１の他端２１ｆと電気的に接続される。第２回路７２は、第２電流Ｃｈ１を第１配線２１に供給する。後述するように、第２電流Ｃｈ１は、例えば交流信号である。第１配線２１を第２電流Ｃｈ１が流れることにより、磁界Ｈ２が発生する。磁界Ｈ２は、第１センサ素子５１に印加される。

第１センサ素子５１と第１配線２１との間の距離ｄ１（図１（ｂ）及び図１（ｃ）参照）が小さいと、例えば、第１配線２１に流れる電流により生じる磁界Ｈ２が、第１センサ素子５１に効果的に印加される。距離ｄ１が過度に小さいと、第１配線２１に交流信号を供給したときに、容量結合の影響によって、第１センサ素子５１に供給される電流（直流電流）が影響を受ける場合がある。例えば、距離ｄ１は、０．１μｍ以上１２０μｍ以下である。距離ｄ１が１２０μｍ以下であることにより、磁界Ｈ２が第１センサ素子５１に効果的に印加される。距離ｄ１が０．１μｍ以上であるときに、容量結合の影響が抑制される。距離ｄ１は、例えば、０．５μｍ以上であることがさらに好ましい。距離ｄ１は、例えば、１μｍ以上であることがさらに好ましい。距離ｄ１は、３０μｍ以下であることがさらに好ましい。距離ｄ１は、１５μｍ以下であることがさらに好ましい。

例えば、第１磁性層１１の幅（第２長さＬ２）が１μｍであり、第１配線２１と第１センサ素子５１との間の距離ｄ１を１μｍとする。第１配線２１の流れる電流を１ｍＡとする。このとき、第１センサ素子５１に加わる磁界Ｈ２は、１０００Ａ／ｍ（すなわち、１２．５Ｏｅ：エルステッド）である。この磁界Ｈ２の方向は、Ｙ軸方向に沿う。後述するように、Ｙ軸方向の成分を有する交流の磁界Ｈ２を用いることで、被検出磁界が検出される。

例えば、第１配線２１に流れる電流（第２電流Ｃｈ１）がゼロの場合、第１対向磁性層１１ｏの磁化Ｍｏ１の向きは、Ｘ軸方向に沿う。第１配線２１に流れる電流（第２電流Ｃｈ１）がゼロでない場合、その電流により生じる磁界Ｈ２により、例えば、第１対向磁性層１１ｏの磁化Ｍｏ１の向きが変化する。例えば、磁化Ｍｏ１の向きは、Ｙ軸方向に向けて変化する。その結果、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１と、第１対向磁性層１１ｏの磁化Ｍｏ１と、の間の角度が変化する。これにより、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｏとの間の電気抵抗（第１電気抵抗）が変化する。

さらに、第１センサ素子５１に、検出対象の被検出磁界（信号磁界Ｈｓｉｇ）が印加されると、第１対向磁性層１１ｏの磁化Ｍｏ１の向きが変化する。その結果、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１と、第１対向磁性層１１ｏの磁化Ｍｏ１と、の間の角度が変化する。これにより、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｏとの間の電気抵抗（第１電気抵抗）が変化する。

このように、実施形態においては、第１センサ素子５１の第１電気抵抗は、第１配線２１に流れる第２電流Ｃｈ１、及び、第１センサ素子５１に加わる被検出磁界（信号磁界Ｈｓｉｇ）に応じて変化する。

このような磁気センサ１１０においては、高い検出感度が得られる。以下、磁気センサ１１０の特性の例について説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、磁気センサ１１０の特性のシミュレーション結果を例示している。この例では、第１磁性層１１の幅（第２長さＬ２）は１０μｍであり、第１磁性層１１の長さ（第１長さＬ１）は、２５０μｍである。第１配線２１と第１センサ素子５１との間の距離ｄ１は、０．５μｍである。図２（ａ）の横軸は、第１配線２１に流れる第２電流Ｃｈ１である。図２（ｂ）の横軸は、第２電流Ｃｈ１により生成される磁界Ｈ（Ｏｅ）（磁界Ｈ２に対応）である。これらの図の縦軸は、第１電気抵抗Ｒ１である。

図２（ａ）に示すように、第１電気抵抗Ｒ１は、第２電流Ｃｈ１の正負に対して実質的に対称である。

例えば、第１配線２１に流れる電流（第２電流Ｃｈ１）が正極性であるときに、その電流の絶対値が増大すると、第１電気抵抗Ｒ１は増大する。第１配線２１に流れる電流（第２電流Ｃｈ１）が負極性であるときに、その電流の絶対値が増大すると、第１電気抵抗Ｒ１は増大する。第２電流Ｃｈ１が０のときに、第１電気抵抗Ｒ１は、実質的に最小となる。

例えば、正極性の第２電流Ｃｈ１が第１絶対値Ａｖ１のときの第１電気抵抗Ｒ１（Ｒｐ）と、負極性の第２電流Ｃｈ１が第１絶対値Ａｖ１のときの第１電気抵抗Ｒ１（Ｒｎ）と、の差は、小さい。例えば、正極性の第２電流Ｃｈ１が第１絶対値Ａｖ１のときの第１電気抵抗Ｒ１と、負極性の第２電流Ｃｈ１が第１絶対値Ａｖ１のときの第１電気抵抗Ｒ１と、の差の絶対値の、正極性の第２電流Ｃｈ１が第１絶対値Ａｖ１のときの第１電気抵抗Ｒ１に対する比（｜Ｒｐ−Ｒｎ｜／Ｒｐ）は、約０．０３以下である。この比は、０．０１以下でも良い。

例えば、第１配線２１に電流（第２電流Ｃｈ１）が流れないときに、第１センサ素子５１の第１電気抵抗Ｒ１は、実質的に最低となる。第２電流Ｃｈ１を変えたときに得られる第１電気抵抗Ｒ１の最低の値を最低値Ｒｍｉｎとする。例えば、第２電流Ｃｈ１が０であるときの第１電気抵抗Ｒ１は、最低値Ｒｍｉｎの１倍以上１．００２倍以下である。例えば、第２電流Ｃｈ１が０であるときの第１電気抵抗Ｒ１は、最低値Ｒｍｉｎの１倍以上１．００１倍以下でも良い。

図２（ｂ）に示すように、第１電気抵抗Ｒ１は、磁界Ｈの正負に対して実質的に対称である。このように、磁気センサ１１０においては、正負磁界に対して抵抗増大が対称な偶関数の抵抗−磁界特性（Ｒ−Ｈ特性）が得られる。第１電気抵抗Ｒ１の増大が飽和する磁界（飽和磁界Ｈｓ）は、約３０Ｏeである。ヒステリシスＨｃは、０．１５Ｏｅ程度である。ヒステリシスＨｃは、大変小さい。ヒステリシスＨｃが小さいため、ノイズが小さくできる。実施形態によれば、検出感度の向上が可能な磁気センサが提供できる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、参考例の磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図３（ａ）は、参考例の磁気センサ１１９ａにおけるＲ−Ｈ特性の例を示す。磁気センサ１１９ｂにおいては、グラニュラーＴＭＲの構成が用いられる。この参考例においては、偶関数のＲ−Ｈ特性が得られている。しかしながら、飽和磁界Ｈｓは、約３ｋＯｅであり、非常に大きい。磁界Ｈによる抵抗Ｒの変化量が小さい。

図３（ｂ）は、参考例の磁気センサ１１９ｂにおけるＲ−Ｈ特性の例を示す。磁気センサ１１９ｂにおいては、自由層／非磁性中間層／自由層の構成が用いられる。この参考例においては、偶関数のＲ−Ｈ特性が得られている。しかしながら、ヒステリシスＨｃが大きい。例えば、飽和磁界Ｈｓが約３０Ｏｅのときに、ヒステリシスＨｃは、約１５Ｏｅである。

図４は、磁気センサの特性を例示する表である。
図４は、種々の構成を有する積層体におけるヒステリシスＨｃ及び飽和磁界Ｈｓを示す。試料の第１積層部Ｓ１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎを含む。第１磁性層１１の長さ（第１長さＬ１）、及び、第１磁性層１１の幅（第２長さＬ２）が変更される。この例では、試料において、第１配線２１が設けられていない。外部磁界が試料に加えられ、そのときのＲ−Ｈ特性が測定される。種々の構成において、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１の向きＤＭ１（図１参照）が変更される。そして、第１配線２１の延びる方向Ｄ２１（図１（ａ）参照）が変更される。方向Ｄ２１は、第１配線２１を流れる第２電流Ｃｈ１の方向に対応する。方向Ｄ２１と直交し、膜面に沿った方向の外部磁界が第１積層部Ｓ１に加わる。図４に示したヒステリシスＨｃ及び飽和磁界Ｈｓの値は、２５Ｏｅの交流磁界を加えたＲ−Ｈ特性から求められる。

構成ＳＰ１１〜ＳＰ１５においては、ヒステリシスＨｃは、０．２５Ｏｅ以下である。構成ＳＰ２１〜ＳＰ２４、ＳＰ３１〜ＳＰ３４、及び、ＳＰ４１〜ＳＰ４４においては、ヒステリシスＨｃは、１Ｏｅ以上であり、大きい。

このように、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１の向きＤＭ１、及び、第１配線２１の延びる方向Ｄ２１がＸ軸方向（第１長さ方向ＤＬ１）に沿っているときに、小さいヒステリシスＨｃが得られる。このような構成において、ノイズが小さくでき、高い検出感度が得られる。

例えば、第１非磁性層１１ｎとして、厚さが２．５μｍ以上３．５μｍのＣｕ膜が用いられる。このような、第１非磁性層１１ｎにおいては、飽和磁界Ｈｓへの悪影響が小さい。このような第１非磁性層１１ｎを用いることで、例えば、第１対向磁性層１１ｏと第１磁性層１１との間において、結合磁界を誘起させることができる。これにより、例えば、第１対向磁性層１１ｏが単磁区でありつつ、小さいヒステリシスＨｃを得ることができる。例えば、単磁区の第１対向磁性層１１ｏで小さいヒステリシスＨｃを得るために、ハード磁性膜を第１対向磁性層１１ｏの近傍に設ける構成がある。この場合には、プロセスが煩雑となる。上記のような第１非磁性層１１ｎを用いることで、煩雑なプロセスを用いることなく、小さいヒステリシスＨｃが得られる。

以下、磁気センサ１１０の使用例について説明する。以下の例では、第１配線２１に、交流の第２電流Ｃｈ１が流れる。すなわち、第２回路７２は、交流の第２電流Ｃｈ１を第１配線２１に供給する。第２電流Ｃｈ１は、交流成分を有する。交流成分により、交流磁界Ｈａｃが生じる。交流磁界Ｈａｃの方向は、Ｙ軸方向に沿う。第１センサ素子５１には、検出対象の被検出磁界（信号磁界Ｈｓｉｇ）と、交流磁界Ｈａｃと、が加わる。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１実施形態に係る磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図５（ａ）は、信号磁界Ｈｓｉｇが０のときの特性を示す。図５（ｂ）は、信号磁界Ｈｓｉｇが正のときの特性を示す。図５（ｃ）は、信号磁界Ｈｓｉｇが負のときの特性を示す。これらの図は、磁界Ｈと抵抗Ｒ（第１電気抵抗Ｒ１に対応）との関係を示す。

図５（ａ）に示すように、信号磁界Ｈｓｉｇが０のときは、抵抗Ｒは、正負の磁界Ｈに対して対称な特性を示す。交流電流がゼロのときに、抵抗Ｒは、低抵抗Ｒｏである。第１対向磁性層１１ｏ（例えば自由層）の磁化が、正負の磁界Ｈに対して実質的に同じように回転する。このため、対称な抵抗増大特性が得られる。交流電流（交流磁界Ｈａｃ）に対する抵抗Ｒの変動は、正負の極性で同じ値になる。抵抗Ｒの変化の周期は、交流磁界Ｈａｃの周期の２倍となる。抵抗Ｒの変化は、交流磁界Ｈａｃの周波数成分を実質的に有しない。

図５（ｂ）に示すように、正の信号磁界Ｈｓｉｇが加わると、抵抗Ｒの特性は、正の磁界Ｈの側にシフトする。正側の交流磁界Ｈａｃにおいて、抵抗Ｒが大きくなる。負側の交流磁界Ｈａｃにおいて、抵抗Ｒは小さくなる。

図５（ｃ）に示すように、負の信号磁界Ｈｓｉｇが加わると、抵抗Ｒの特性は、負の磁界Ｈの側にシフトする。正側の交流磁界Ｈａｃにおいて、抵抗Ｒが小さくなる。負側の交流磁界Ｈａｃにおいて、抵抗Ｒは大きくなる。

所定の大きさの信号磁界Ｈｓｉｇが加わったときに、交流磁界Ｈａｃの正負に対して、互いに異なる抵抗Ｒの変動が生じる。交流磁界Ｈａｃの正負に対する抵抗Ｒの変動の周期は、交流磁界Ｈａｃの周期（第２電流Ｃｈ１の交流成分の周期）と同じである。信号磁界Ｈｓｉｇに応じた交流周波数成分の出力電圧が発生する。

信号磁界Ｈｓｉｇが時間的に変化しない場合に上記の特性が得られる。信号磁界Ｈｓｉｇが時間的に変化する場合は、以下となる。信号磁界Ｈｓｉｇの周波数を信号周波数ｆｓｉｇとする。交流磁界Ｈａｃの周波数を交流周波数ｆａｃとする。このとき、ｆａｃ±ｆｓｉｇの周波数において、信号磁界Ｈｓｉｇに応じた出力が発生する。

信号磁界Ｈｓｉｇが時間的に変化する場合において、信号周波数ｆｓｉｇは、例えば、１ｋＨｚ以下である。一方、交流周波数ｆａｃは、信号周波数ｆｓｉｇよりも十分に高い。例えば、交流周波数ｆａｃは、信号周波数ｆｓｉｇの１０倍以上である。

例えば、磁気センサ１１０を用いて生体から生じる磁界を検出する用途がある。このような生体磁場（例えば、脳磁、心磁、または、神経細胞など）を検出する場合には、信号周波数ｆｓｉｇは、１ｋＨｚ以下となる。この場合、交流周波数ｆａｃは、例えば、１００ｋＨｚ以上である。

実施形態に係る磁気センサ１１０においては、このような特性を用いて、検出対象である被検出磁界（信号磁界Ｈｓｉｇ）を高い感度で検出することができる。以下、検出の例について説明する。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサにおける検出回路を例示する模式図である。
図６（ａ）に示す磁気センサ１１０Ａ及び磁気センサ装置２１０Ａにおいては、周波数発生器７２Ｇが設けられる。周波数発生器７２Ｇは、交流周波数ｆａｃ（第１周波数）を有する信号を発生する。この信号が、第２回路７２に供給される。第２回路７２は、交流周波数ｆａｃ（第１周波数）を有する第２電流Ｃｈ１を第１配線２１に供給する。

一方、第１センサ素子５１には、第１回路７１により、直流電流（第１電流Ｃｓ１）が供給される。

この例では、第３回路７３は、ロックインアンプ７３ａを含む。ロックインアンプ７３ａには、周波数発生器７２Ｇで発生された、交流周波数ｆａｃ（第１周波数）を有する信号が入力される。ロックインアンプ７３ａは、例えば、第１周波数（交流周波数ｆａｃ）を含む範囲の周波数を有する交流信号を検出する。この例では、ロックインアンプ７３ａの出力が、ローパスフィルタ７３ｂを介して出力信号ＳＯ１として出力される。これにより、出力信号ＳＯ１は、信号磁界Ｈｓｉｇに対応する信号となる。

図６（ｂ）に示す磁気センサ１１０Ｂ及び磁気センサ装置２１０Ｂでは、バンドパスフィルタ７３ｃ、及び、ＰＳＤ（phase sensitive detector）回路７３ｄが、設けられる。バンドパスフィルタ７３ｃには、第１電気抵抗Ｒ１に対応する信号が入力される。バンドパスフィルタ７３ｃは、例えば、第１周波数（交流周波数ｆａｃ）の２倍以上の周波数の信号を減衰させる。ＰＳＤ回路７３ｄには、バンドパスフィルタ７３ｃの出力が入力される。この例では、バンドパスフィルタ７３ｃの出力がアンプ７３ｅに入力され、アンプ７３ｅの出力がＰＳＤ回路７３ｄに入力される。ＰＳＤ回路７３ｄには、周波数発生器７２Ｇで発生された、交流周波数ｆａｃ（第１周波数）を有する信号が入力される。

例えば、信号磁界Ｈｓｉｇにおいて、最も高い周波数を最高周波数ｆｓｉｇｍとする。このとき、バンドパスフィルタ７３ｃは、例えば、ｆａｃ±ｆｓｉｇｍの範囲の周波数を通過する。そして、バンドパスフィルタ７３ｃは、交流周波数ｆａｃの２倍以上の周波数成分を減衰（例えばカット）する。

この場合も、ＰＳＤ回路７３ｄの出力が、ローパスフィルタ７３ｂを介して出力信号ＳＯ１として出力される。これにより、出力信号ＳＯ１は、信号磁界Ｈｓｉｇに対応する信号となる。

図６（ｃ）に示す磁気センサ１１０Ｃ及び磁気センサ装置２１０Ｃでは、第１センサ部ＳＵ１と、第２センサ部ＳＵ２と、が設けられる。第１センサ部ＳＵ１は、上記の第１センサ素子５１、第１配線２１、第１回路７１、第２回路７２及び第３回路７３を含む。第２センサ部ＳＵ２は、積層体５１Ｘ、配線２１Ｘ、別の第１回路７１Ｘ、別の第２回路７２Ｘ、及び、別の第３回路７３Ｘを含む。第１回路７１及び第３回路７３は、第１センサ部ＳＵ１と第２センサ部ＳＵ２とで共用されても良い。この場合には、別の第１回路７１Ｘ及び別の第３回路７３Ｘは省略される。以下では、別の第１回路７１Ｘ及び別の第３回路７３Ｘが設けられる場合として説明する。

図６（ｄ）に示すように、第２センサ部ＳＵ２において、積層体５１Ｘは、２つの磁性層（磁性層１１Ｘ及び磁性層１１ｏＸ）と、非磁性層１１ｎＸと、を含む。非磁性層１１ｎＸは、これらの２つの磁性層１１Ｘ及び１１ｏＸの間に設けられる。積層体５１Ｘの一端に第１積層体一端配線５１ｅＸが電気的に接続される。積層体５１Ｘの他端に、第１積層体他端配線５１ｆＸが電気的に接続される。

積層体５１Ｘの構成は、例えば、第１センサ素子５１の構成と同様である。配線２１Ｘの構成は、例えば、第１配線２１の構成と同様である。別の第１回路７１Ｘの構成は、例えば、第１回路７１の構成と同様である。別の第２回路７２Ｘの構成は、例えば、第２回路７２の構成と同様である。別の第３回路７３の構成は、例えば、第３回路７３の構成と同様である。例えば、第２センサ部ＳＵ２の特性は、第１センサ部ＳＵ１の特性と実質的に同じである。

第２センサ部ＳＵ２の空間的な位置は、第１センサ部ＳＵ１の空間的な位置とは異なる。例えば、第２センサ部ＳＵ２（積層体５１Ｘ）に加わる被検出磁界（信号磁界Ｈｓｉｇ）の強度は、第１センサ部ＳＵ１（第１センサ素子５１）に加わる被検出磁界の強度よりも小さい。

例えば、第１回路７１から第１センサ素子５１に供給される信号と同じ信号を含む電流が、別の第１回路７１Ｘから積層体５１Ｘに供給される。例えば、第２回路７２から第１配線２１に供給される信号と同じ信号を含む電流が、別の第２回路７２Ｘから配線２１Ｘに供給される。

第２センサ部ＳＵ２から得られる信号（例えば別の第３回路７３の出力）と、第１センサ部ＳＵ１から得られる信号と、が、検出回路７３Ａに供給される。検出回路７３Ａは、これらの２つ信号の差に対応する信号を出力する。この例では、検出回路７３Ａは、差動アンプ７３Ｄを含む。差動アンプ７３Ｄに、第２センサ部ＳＵ２から得られる信号、及び、第１センサ部ＳＵ１から得られる信号が入力される。差動アンプ７３Ｄは、これらの信号の差に対応する信号を出力する。検出回路７３Ａは、第１センサ部ＳＵ１の第３回路７３の一部であると見なされても良い。

このような構成を用いることで、例えば、検出対象である被検出磁界（信号磁界Ｈｓｉｇ）を高い感度で検出することができる。

例えば、信号磁界Ｈｓｉｇとは異なる外部磁界によりノイズが生じる場合がある。上記の積層体５１Ｘ、配線２１Ｘ及び差動アンプ７３Ｄを含む構成により、このようなノイズの影響を低減できる。

ノイズ源となる外部磁界は、１ｍｍ以上１０ｃｍ以下のサイズの空間内では均一と見なせる。第２センサ部ＳＵ２と第１センサ部ＳＵ１との間の距離は、例えば、１ｍｍ以上１０ｃｍ以下である。これにより、ノイズ源となる外部磁界を効果的に減衰させることができる。

例えば、地磁気のような静的な外部磁界によりノイズが生じる場合もある。例えば、第１配線２１に、外部磁界を減衰させる成分を有する電流（補償電流）を供給しても良い。例えば、第２電流Ｃｈ１は、交流成分と、この補償成分と、を含んでも良い。これにより、外部磁界によるノイズの影響を低減できる。地磁気の影響は、直流電流により補償できる。

実施形態においては、ノイズを低減できる。これにより、高い感度が実用的に得られる。例えば、微小な信号磁界Ｈｓｉｇを、低ノイズで高感度で検出できる。実施形態においては、例えば、信号磁界Ｈｓｉｇに対して、歪が小さく、ヒステリシスＨｃの小さい高精度の偶関数Ｒ−Ｈ特性が得られる。実施形態においては、従来の線形応答のＲ−Ｈ特性におけるヒステリシスＨｃよりも小さいヒステリシスＨｃが得られる。

以下、第１センサ素子５１のいくつかの例について説明する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式的断面図である。
これらの図は、第１センサ素子５１の別の例を示している。

図７（ａ）に示すように、磁気センサ１１１においては、第１センサ素子５１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎに加えて、別の第１磁性層１１Ａ、及び、別の第１非磁性層１１ｎＡをさらに含む。第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎのそれぞれの構成は、既に説明した構成と同様である。

第１積層方向ＤＳ１（例えばＺ軸方向）において、第１磁性層１１と、別の第１磁性層１１Ａとの間に、第１対向磁性層１１ｏが位置する。第１積層方向ＤＳ１において、別の第１磁性層１１Ａと第１対向磁性層１１ｏとの間に、別の第１非磁性層１１ｎＡが位置する。

この例では、第１素子導電層１１ｅａと第２素子導電層１１ｅｂとの間に、第１磁性層１１、及び、別の第１磁性層１１Ａが設けられる。

この例では、別の第１磁性層１１Ａは、別の第１膜１１ａＡ、別の第２膜１１ｂＡ、別の第３膜１１ｃＡ、及び、別の第４膜１１ｄＡを含む。別の第４膜１１ｄＡと別の第１非磁性層１１ｎＡとの間に、別の第２膜１１ｂＡが位置する。別の第４膜１１ｄＡと別の第２膜１１ｂＡとの間に、別の第１膜１１ａＡが位置する。別の第１膜１１ａＡと別の第２膜１１ｂＡとの間に別の第３膜１１ｃＡが位置する。

別の第１膜１１ａＡ、別の第２膜１１ｂＡ、別の第３膜１１ｃＡ、及び、別の第４膜１１ｄＡには、それぞれ、第１膜１１ａ、第２膜１１ｂ、第３膜１１ｃ、及び、第４膜１１ｄの構成及び材料が適用される。

磁気センサ１１１においては、第１センサ素子５１における第１対向磁性層１１ｏ（例えば自由層）の位置が、第１センサ素子５１の実質的な中央部分に位置する。これにより、例えば、第１センサ素子５１を流れる自己電流に起因する磁界を実質的にゼロにできる。これにより、より高い精度の偶関数のＲ−Ｈ特性が得られる。さらに、磁気センサ１１１における抵抗変化率は、図１（ｂ）に例示した磁気センサ１１０における抵抗変化率よりも高くできる。例えば、磁気センサ１１１における抵抗変化率は、磁気センサ１１０における抵抗変化率の約１．５倍である。

磁気センサ１１１の例において、第１非磁性層１１ｎは、例えば、ＭｇＯを含む。第１非磁性層１１ｎは、例えば、絶縁性の材料を含む。

磁気センサ１１１においては、第１素子導電層１１ｅａは、第１センサ一端配線５１ｅと電気的に接続される。第１センサ一端配線５１ｅは、配線７１ａを介して、第１回路７１と接続される。第２素子導電層１１ｅｂは、第１センサ他端配線５１ｆと電気的に接続される。第１センサ他端配線５１ｆは、配線７１ｂを介して、第１回路７１と接続される。第１電流Ｃｓ１は、第１積層方向ＤＳ１（Ｚ軸方向）に沿って、第１積層部Ｓ１を流れる。

図７（ｂ）に示すように、磁気センサ１１２においては、第１センサ素子５１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎに加えて、別の第１磁性層１１Ａをさらに含む。

この例では、第１対向磁性層１１ｏは、第１部分領域１１ｏａと第２部分領域１１ｏｂとを含む。第１非磁性層１１ｎの一部は、第１磁性層１１と第１部分領域１１ｏａとの間に位置する。第１非磁性層１１ｎの別の一部は、別の第１磁性層１１Ａと第２部分領域１１ｏｂとの間に位置する。

この例では、第１素子導電層１１ｅａの一部と、第１センサ一端配線５１ｅと、の間に、第１部分領域１１ｏａが設けられる。第１センサ一端配線５１ｅと第１部分領域１１ｏａとの間に第２素子導電層１１ｅｂが設けられる。第１部分領域１１ｏａと第２素子導電層１１ｅｂとの間に、第１磁性層１１と、第１非磁性層１１ｎの一部と、が設けられる。第１部分領域１１ｏａ、第１非磁性層１１ｎの一部、及び、第１磁性層１１は、第１積層部Ｓ１に含まれる。

第１素子導電層１１ｅａの他の一部と、第１センサ他端配線５１ｆと、の間に、第２部分領域１１ｏｂが設けられる。第１センサ他端配線５１ｆと第２部分領域１１ｏｂとの間に、別の第２素子導電層１１ｅｂＡが設けられる。第２部分領域１１ｏｂと別の第２素子導電層１１ｅｂＡとの間に、別の第１磁性層１１Ａと、第１非磁性層１１ｎの別の一部と、が設けられる。第２部分領域１１ｏｂ、第１非磁性層１１ｎの別の一部、及び、別の第１磁性層１１Ａは、別の第１積層部Ｓ１Ａに含まれる。

センサ１１２の例において、第１非磁性層１１ｎは、例えば、ＭｇＯを含む。第１非磁性層１１ｎは、例えば、絶縁性の材料を含む。

第１電流Ｃｓ１は、第１センサ一端配線５１ｅと、第１センサ他端配線５１ｆと、の間の電流経路を流れる。この電流経路は、第２素子導電層１１ｅｂ、第１磁性層１１、第１非磁性層１１ｎの一部、第１部分領域１１ｏａ、第２部分領域１１ｏｂ、第１非磁性層１１ｎの別の一部、別の第１磁性層１１Ａ、及び、別の第２素子導電層１１ｅｂＡを含む。

すなわち、第１電気抵抗Ｒ１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び別の第１磁性層１１Ａを流れる電流の電気抵抗を含む。

例えば、第１部分領域１１ｏａと第１磁性層１１とが積層された部分が、１つの電流通電部となる。第２部分領域１１ｏｂと別の第１磁性層１１Ａとが積層された部分が、１つの電流通電部となる。これらの電流通電部が直列に接続される。複数の電流通電部の数は、３以上でも良い。

このような構成においては、ノイズがより低減できる。このような構成においては、例えば、第１対向磁性層１１ｏの体積（面積）が増大できる。これにより、ノイズが低減できる。

磁気センサ１１１及び１１２において、第１積層部Ｓ１は、例えば、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance Effect）素子である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式図である。
図８（ａ）は、図８（ｂ）の矢印ＡＡからみた透視平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図８（ａ）において、基板１０ｓは省略されている。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、実施形態に係る別の磁気センサ１１３においては、第１センサ素子５１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ、第１非磁性層１１ｎ及び第１配線２１に加えて、第１磁性部６１及び第２磁性部６２をさらに含む。

第１積層方向ＤＳ１（例えばＺ軸方向）と第１長さ方向ＤＬ１（例えばＸ軸方向）とを含む平面（Ｘ−Ｚ平面）と交差する方向（例えばＹ軸方向）において、第１磁性部６１と第２磁性部６２との間に、第１対向磁性層１１ｏ（例えば自由層）が位置する。

第１磁性部６１の第１積層方向ＤＳ１（例えばＺ軸方向）に沿った厚さｔ６１は、第１対向磁性層１１ｏの第１積層方向ＤＳ１に沿った厚さｔ１１ｏよりも厚い。第２磁性部６２の第１積層方向ＤＳ１に沿った厚さｔ６２は、厚さｔ１１ｏよりも厚い。

第１磁性部６１及び第２磁性部６２は、例えば、ＮｉＦｅなどを含む。第１磁性部６１及び第２磁性部６２は、例えば、高い透磁率を有する材料を含む。第１磁性部６１及び第２磁性部６２は、例えば、軟磁性材料を含む。高透磁率により、例えば、信号磁束が、第１センサ素子５１の第１対向磁性層１１ｏに収束し易くなる。第１磁性部６１及び第２磁性部６２は、例えば、ＭＦＣ（Magnetic Flux Concentrator）として機能する。ＮｉＦｅ系合金においては、透磁率は１０００よりも高い。

第１磁性部６１の厚さｔ６１及び第２磁性部６２の厚さｔ６２のそれぞれは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。

図８（ａ）に示すように、第１磁性部６１と第１対向磁性層１１ｏとの間の距離をギャップｇ１とする。第１対向磁性層１１ｏの幅（第１幅方向ＤＷ１の長さ）が、第１磁性層１１の第１幅方向ＤＷ１の長さ（第２長さＬ２）と同じとする。そして、第１磁性部６１の第１幅方向ＤＷ１の長さを長さｄ６１とする。第２磁性部６２の第１幅方向ＤＷ１の長さを長さｄ６２とする。長さｄ６２は、長さｄ６１と同じとする。

このとき、第１対向磁性層１１ｏに加わる信号磁界Ｈｓｉｇの増幅率Ｇは、第１磁性部６１及び第２磁性部６２の透磁率を上限として、以下の第１式で実質的に表される。

Ｇ＝０．６×（ｄ６１）／（Ｌ２＋２×ｇ１）…（１）
例えば、第２長さＬ２が１μｍで、ギャップｇ１が３ｎｍで、長さｄ６１が０．５ｍｍのときに、増幅率Ｇは、約３００となる。すなわち、感度を３００倍に向上できる。

信号磁界Ｈｓｉｇの検出の分解能は、第１磁性部６１及び第２磁性部６２のサイズ（すなわち、２×ｄ６１）に依存する。例えば、心磁図または脳磁図用のセンサにおいては、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲の分解能で細胞集団活動が検出される。例えば、このような用途において、上記の第１磁性部６１及び第２磁性部６２を用いることで、非常に高い感度が得られる。

例えば、参考例のグラニュラーＴＭＲ素子においては、ＭＦＣを用いることで、素子固有の大きな飽和磁界Ｈｓ（例えば１ｋＯｅ〜１０ｋＯｅ）を、５０Ｏｅ程度以下に低減できる。これに対して、実施形態においては、ＭＦＣを用いることで、飽和磁界Ｈｓを０．１Ｏｅ程度に低減できる。その結果、参考例のグラニュラーＴＭＲ素子よりも１００倍以上の高い感度が得られる。実施形態によれば、例えば、１ピコテスラ（ｐＴ）程度の微小磁界の検出が可能となる。実施形態によれば、例えば、脳磁または心磁を高感度に検出ことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態においては、複数のセンサ素子が設けられる。

図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第２実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図９（ａ）は、透視平面図である。図９（ｂ）は、磁気センサ１２１の一部を例示する断面図である。

図９（ａ）に示すように、第２実施形態に係る磁気センサ１２１においては、複数の第１センサ素子５１が設けられる。複数の第１センサ素子５１は、センサ素子５１Ａ〜５１Ｄを含む。

センサ素子５１Ａ（第１センサ素子５１）は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎを含む。第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎの例は、既に説明した通りである。

図９（ｂ）に示すように、センサ素子５１Ｂは、第２磁性層１２と、第２対向磁性層１２ｏと、第２磁性層１２及び第２対向磁性層１２ｏの間に設けられた第２非磁性層１２ｎを含む。第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎは、第２積層部Ｓ２に含まれる。

図９（ｃ）に示すように、センサ素子５１Ｃは、第３磁性層１３と、第３対向磁性層１３ｏと、第３磁性層１３及び第３対向磁性層１３ｏの間に設けられた第３非磁性層１３ｎを含む。第３磁性層１３、第３対向磁性層１３ｏ及び第３非磁性層１３ｎは、第３積層部Ｓ３に含まれる。

図９（ｄ）に示すように、センサ素子５１Ｄは、第４磁性層１４と、第４対向磁性層１４ｏと、第４磁性層１４及び第４対向磁性層１４ｏの間に設けられた第４非磁性層１４ｎを含む。第４磁性層１４、第４対向磁性層１４ｏ及び第４非磁性層１４ｎは、第４積層部Ｓ４に含まれる。

この例では、複数の第１配線２１が設けられる。複数の第１配線２１は、配線２１Ａ及び２１Ｂを含む。図９（ａ）に示すように、センサ素子５１Ａ及びセンサ素子５１Ｂが、配線２１Ａと重なる。センサ素子５１Ｃ及びセンサ素子５１Ｄが、配線２１Ｂと重なる。

センサ素子５１Ａの一端５１Ａｅは、第１回路７１と接続される。センサ素子５１Ａの他端５１Ａｆは、第２センサ素子５１Ｂの一端５１Ｂｅ及び第３回路７３と接続される。センサ素子５１Ｂの他端５１Ｂｆは、例えば１つの電位（例えば設置電位）に設定される。センサ素子５１Ｃの一端５１Ｃｅは、第１回路７１と接続される。センサ素子５１Ｃの他端５１Ｃｆは、センサ素子５１Ｄの一端５１Ｄｅ及び第３回路７３と接続される。センサ素子５１Ｄの他端５１Ｄｆは、例えば１つの電位（例えば設置電位）に設定される。

配線２１Ａ及び配線２１Ｂは、配線７２ａ及び配線７２ｂを介して第２回路７２と接続される。第２回路７２は、配線２１Ａ及び配線２１Ｂに、交流の第２電流Ｃｈ１を供給する。図９（ａ）では、図を見易くするために、配線２１Ａ、配線２１Ｂ、配線７２ａ及び配線７２ｂは、破線で描かれている。

この例では、第１磁性部６１、第２磁性部６２及び第３磁性部６３が設けられている。第３磁性部６３には、第１磁性部６１及び第２磁性部６２に関して説明した構成及び材料が適用できる。第３磁性部６３もＭＦＣとなる。

センサ素子５１Ｂの磁性層（例えば、第２対向磁性層１２ｏ）は、第１磁性部６１と第２磁性部６２との間に位置する。センサ素子５１Ｃの磁性層（例えば、第３対向磁性層１３ｏ）は、第２磁性部６２と第３磁性部６３との間に位置する。一方、センサ素子５１Ａの磁性層（例えば、第１対向磁性層１１ｏ）は、第１磁性部６１と第２磁性部６２との間に設けられていない。センサ素子５１Ｄの磁性層（例えば、第４対向磁性層１４ｏ）は、第２磁性部６２と第３磁性部６３との間に設けられていない。

このような構成により、ＭＦＣにより増幅された信号磁界Ｈｓｉｇは、センサ素子５１Ｂ及びセンサ素子５１Ｃに加わる。センサ素子５１Ａ及びセンサ素子５１Ｄに比べて、１０倍以上の大きい磁界が、センサ素子５１Ｂ及びセンサ素子５１Ｃに加わる。

例えば、信号磁界Ｈｓｉｇがゼロのときに、中間点ＭＰ１及びＭＰ２のそれぞれの電位は、互いに一致する。信号磁界Ｈｓｉｇが加わると、センサ素子５１Ａ及びセンサ素子５１Ｃの抵抗が変化する。このため、中間点ＭＰ１及びＭＰ２のそれぞれの電位は、互いに逆方向に変動する。例えば、中間点ＭＰ１が正のとき、中間点ＭＰ２は負である。例えば、中間点ＭＰ１が負のとき、中間点ＭＰ２は正である。信号磁界Ｈｓｉｇに応じて、中間点ＭＰ１と中間点ＭＰ２との間に電位差が生じる。この電位差が、第３回路７３により検出される。ノイズが低減され、高い感度の検出が可能になる。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第２実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式図である。
図１０（ａ）は、図１０（ｂ）の矢印ＡＡからみた透視平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１２２は、複数の第１センサ一端配線５１ｅ（例えば、配線５１ｅＡ及び配線５１ｅＢなど）と、複数の第１センサ他端配線５１ｆ（例えば、配線５１ｆＡ及び配線５１ｆＢなど）と、を含む。

磁気センサ１２２において、複数の第１センサ素子５１（センサ素子５１Ａ〜５１Ｄなど）が設けられる。複数の第１配線２１（配線２１Ａ及び２１Ｂなど）が設けられる。

複数の第１配線２１の１つ（例えば、配線２１Ａ）は、第１積層方向ＤＳ１（Ｚ軸方向）において、複数の第１センサ素子５１（センサ素子５１Ａ及び５１Ｂ）と重なる。複数の第１配線２１は、第１長さ方向ＤＬ１（この例ではＸ軸方向）及び第１積層方向ＤＳ１（この例ではＺ軸方向）と交差する交差方向（この例では、Ｙ軸方向）に並ぶ。

複数の第１センサ一端配線５１ｅは、第１長さ方向ＤＬ１に沿って延びる。複数の第１センサ他端配線５１ｆは、第１長さ方向ＤＬ１及び第１積層方向ＤＳ１と交差する上記の交差方向（この例ではＹ軸方向）に沿って延びる。

図１０（ｂ）に示すように、複数の第１センサ一端配線５１ｅの１つ（配線５１ｅＡ）は、第１センサ素子５１（例えばセンサ素子５１Ａ）の第１端ｅｐ１と電気的に接続される。複数の第１センサ他端配線５１ｆの１つ（例えば配線５１ｆＡ）は、第１センサ素子５１（例えばセンサ素子５１Ａ）の第２端ｅｐ２と電気的に接続される。

このように、複数の第１センサ素子５１の１つが、複数の第１センサ一端配線５１ｅの１つと、複数の第１センサ他端配線５１ｆの１つと、に接続される。複数の第１センサ一端配線５１ｅ、及び、複数の第１センサ他端配線５１ｆは、例えば、第１回路７１及び第３回路７３に接続される。

複数の第１センサ素子５１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って、２次元的に並ぶ。

図１０（ｂ）に示すように、この例では、複数の第１センサ素子５１の１つにおいて、複数の積層部（積層部ＳＢ１〜ＳＢ４）が設けられる。積層部ＳＢ１〜ＳＢ４のそれぞれが、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎを含む。積層部ＳＢ１〜ＳＢ４は、互いに直列に接続される。この例では、接続層ＣＬ１により、積層部ＳＢ１の一端が、配線５１ｅＡと接続される。接続層ＣＬ２により、積層部ＳＢ１の他端と、積層部ＳＢ２の一端と、が接続される。接続層ＣＬ３により、積層部ＳＢ２の他端と、積層部ＳＢ３の一端と、が接続される。接続層ＣＬ４により、積層部ＳＢ３の他端と、積層部ＳＢ４の一端と、が接続される。接続層ＣＬ５により、積層部ＳＢ４の他端と、配線５１ｆＡと、が接続される。この例では、Ｚ軸方向に延びる接続部材ＣＬ６が設けられている。接続部材ＣＬ６により、接続層ＣＬ１と配線５１ｅＡとが電気的に接続される。

図１０（ａ）に示すように、複数の第１センサ一端配線５１ｅ、複数の第１センサ他端配線５１ｆ、及び、複数の第１配線２１の間には空隙を設けることができる。後述するように、この空隙と重なる領域に、例えば、イメージセンサの画素（光学センサ）を設けても良い。実施形態に係る磁気センサによる磁界を用いたセンサと、光学センサと、を用いることで、より精度の高い検出が可能になる。

磁気センサ１２２の構成の例について、以下に説明する。１つの第１磁性層１１（ピン層）のＸ軸方向の長さ（第１長さＬ１）は、２μｍである。４つの第１磁性層１１の全体のＸ軸方向の長さは、１２μｍである。複数の積層部の数は、４である。第１磁性層１１のＹ軸方向の長さ（第２長さＬ２）は、１μｍである。１つの積層部における抵抗変化率は、２００％である。例えば、１つの第１センサ素子５１（センサ素子５１Ａ）に流れる電流は、０．２ｍＡである。センサ素子５１Ａの抵抗（低抵抗時）は、１０ｋΩである。第１対向磁性層１１ｏの飽和磁界Ｈｓは、６５エルステッド（Ｏｅ）である。第１対向磁性層１１ｏの磁気膜厚は、５ｎｍテスラである。１／ｆノイズのＨｏｏｇｅ定数は、８×１０^−８である。第１配線２１に流れる第２電流Ｃｈ１の周波数（交流周波数ｆａｃ）は、１０ＭＨｚである。１／ｆノイズと、熱雑音ノイズと、がノイズ源であると、仮定される。

このようなモデルにおいて、１０ＭＨｚ近傍の高周波領域において、正負の信号電圧の差が出力として検出される。低周波の揺らぎ成分は、リセットまたは除去される。このため、１／ｆノイズが低下する。

例えば、実施形態に係る磁気センサ１２２により、１０Ｈｚの信号磁界Ｈｓｉｇが検出される。実施形態においては、スピンバルブ型の線形応答を利用した一般的なＴＭＲセンサと比べて、大幅にノイズが低減できる。

例えば、スピンバルブ型の線形応答を利用した一般的な、約２０μｍの微小サイズのＴＭＲセンサでは、約１００ｎＴの磁界の検出が限界である。これに対して、実施形態においては、例えば、０．１ｎＴ〜１ｎＴの微小磁界を検出できる。高い感度の検出が可能になる。

例えば、センサ基板上で培養された細胞活動の検出において、センサと細胞との間の距離を１μｍ〜１０μｍとする。このとき、細胞活動からの磁界は、１ｎＴ〜１０ｎＴ程度と考えられる。実施形態に係る磁気センサによれば、培養細胞の活動の検出が可能になる。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第２実施形態に係る別の磁気センサを例示する模式図である。
図１１（ａ）は、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）の矢印ＡＡからみた透視平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。図１１（ｃ）は、図１１ａ）のＦ１−Ｆ２線断面図である。

図１１（ａ）に示すように、第１センサ素子５１が設けられる。既に説明したように、第１センサ素子５１の第１磁性層１１は、第１長さ方向ＤＬ１（この例では、Ｘ軸方向）に沿って延びる。磁気センサ１２３においては、第２センサ素子５２がさらに設けられる。この第２センサ素子５２は、第１センサ素子５１の延びる方向と交差する方向に沿って延びる。さらに、第２配線２２が設けられる。以下、第２センサ素子５２及び第２配線２２について説明する。

図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すように、第２センサ素子５２は、第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎを含む。第２非磁性層１２ｎは、第２磁性層１２と第２対向磁性層１２ｏとの間に設けられる。第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎは、第２積層部Ｓ２に含まれる。

例えば、第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎは、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎに関して説明した材料をそれぞれ含む。

第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２は、第２長さ方向ＤＬ２に沿う。第２長さ方向ＤＬ２は、第１長さ方向ＤＬ１と交差する。この例では、第２長さ方向ＤＬ２は、Ｙ軸方向に沿う。

第２磁性層１２から第２対向磁性層１２ｏに向かう第２積層方向ＤＳ２は、第２長さ方向ＤＬ２と交差する。この例では、第２積層方向ＤＳ２は、Ｚ軸方向に沿う。

第２配線２２の少なくとも一部は、第２長さ方向ＤＬ２に沿って延びる。第２センサ素子５２から第２配線２２の上記の少なくとも一部に向かう第２配線交差方向ＤＣ２は、第２長さ方向ＤＬ２と交差する。この例では、第２配線交差方向ＤＣ２は、Ｚ軸方向に沿う。第２配線２２と第２センサ素子５２との間の距離ｄ２は、実質的に距離ｄ１と同じでも良い。

第２センサ素子５２の延びる方向が第１センサ素子５１の延びる方向と交差し、第２配線２２の延びる方向が、第１配線２１の延びる方向と交差する。これらを除いて、第２センサ素子５２には、第１センサ素子５１の構成が適用でき、第２配線２２には、第１配線２１の構成が適用できる。

例えば、第２配線２２に流れる電流、及び、第２センサ素子５２に加わる被検出磁界（信号磁界Ｈｓｉｇ）に応じて、第２センサ素子５２の第２電気抵抗が変化する。

第２配線２２の一部は、第２配線交差方向ＤＣ２において、第２センサ素子５２と重なる。第２配線２２のこの一部に流れる電流の方向は、第２磁性層１２の磁化方向に沿う。第２配線２２を流れる電流により交流磁界が生じる。この交流磁界は、第２センサ素子５２の幅方向（第２長さ方向ＤＬ２及び第２積層方向ＤＳ２で形成される面と交差する方向であり、例えばＸ軸方向）の成分を有する。例えば、第２センサ素子５２の第２電気抵抗の変化の特性は、第１センサ素子５１の第１電気抵抗の変化の特性と同様である。

この場合も、第２センサ素子５２に形状異方性が設けられることが好ましい。図１１（ｂ）に示すように、第２磁性層１２の第２長さ方向ＤＬ２の長さを第３長さＬ３とする。図１１（ｃ）に示すように、第２磁性層１２の第２幅方向ＤＷ２の長さを第４長さＬ４とする。第２幅方向ＤＷ２は、第１長さ方向ＤＬ２（Ｘ軸方向）に沿う。第３長さＬ３は、第４長さＬ４よりも長い。例えば、第３長さＬ３は、第４長さＬ４の１．５倍以上である。

第２センサ素子５２は、第１回路７１に接続される。第２配線２２は、第３回路７３と接続される。第２センサ素子５２の第２電気抵抗の変化が、第２回路７２により検出される。

例えば、第１センサ素子５１は、被検出磁界のＹ軸方向の成分を検出できる。第２センサ素子５２は、被検出磁界のＸ軸方向の成分を検出できる。第１センサ素子５１から得られる出力（第１電気抵抗の変化に対応する信号）と、第２センサ素子５２から得られる出力（第２電気抵抗の変化に対応する信号）と、が比較される。このような第１センサ素子５１、第２センサ素子５２、第１配線２１及び第２配線２２を設けることで、信号磁界ＨｓｉｇのＸ−Ｙ平面における方向を検出できる。

磁気センサ１２３においては、複数の第１センサ素子５１（センサ素子５１Ａ〜５１Ｄ）、複数の第２センサ素子５２（センサ素子５２Ａ〜５２Ｄ）、複数の第１配線２１（配線２１Ａ及び２１Ｂ）、及び、複数の第２配線２２（配線２２Ａ及び２２Ｂ）が設けられる。さらに、複数の第１センサ一端配線５１ｅ（配線５１ｅＡ及び５１ｅＢ）、複数の第１センサ他端配線５１ｆ（配線５１ｆＡ及び５１ｆＢ）、及び、複数の第２センサ一端配線５２ｅ（配線５２ｅＡ及び配線５２ｅＢ）が設けられる。

複数の第１配線２１は、第１長さ方向ＤＬ１及び第１積層方向ＤＳ１と交差する交差方向（この例では、Ｙ軸方向）に並ぶ。複数の第１配線２１の１つ（例えば配線２１Ａ）は、第１積層方向ＤＳ１（例えばＺ軸方向）において、複数の第１センサ素子５１の１つ（例えばセンサ素子５１Ａ）と重なる。

複数の第１センサ一端配線５１ｅは、第１長さ方向ＤＬ１に沿って延びる。複数の第１センサ一端配線５１ｅの１つ（例えば配線５１ｅＡ）は、複数の第１センサ素子５１の１つ（センサ素子５１Ａ）の第１端ｅｐ１と電気的に接続される。電気的接続は、例えば、配線層（例えば配線層ＣＬ１〜ＣＬ５の少なくともいずれかなど）、及び、接続部材（例えば接続部材ＣＬ６など）などにより行われる。配線層及び接続部材は、任意の方向に延びる部分を含んでも良い。

複数の第１センサ他端配線５１ｆは、第１長さ方向ＤＬ１及び第１積層方向ＤＳ１と交差する上記の交差方向（例えばＹ軸方向）に沿って延びる。複数の第１センサ他端配線５１ｆの１つ（例えば配線５１ｆＡ）は、複数の第１センサ素子５１の上記の１つ（センサ素子５１Ａ）の第２端ｅｐ２と電気的に接続される。電気的接続は、例えば、配線層及び接続部材などにより行われる。配線層及び接続部材は、任意の方向に延びる部分を含んでも良い。

複数の第２配線２２（配線２２Ａ及び２２Ｂなど）の１つの少なくとも一部は、上記の第１配線交差方向ＤＣ１（この例では、Ｚ軸方向）において、複数の第１センサ他端配線５１ｆの１つの少なくとも一部と重なる。例えば、配線２２Ａは、配線５１ｆＡと重なる。

複数の第２センサ一端配線５２ｅは、第１長さ方向ＤＬ１に沿って延びる。複数の第２センサ一端配線５２ｅの１つの少なくとも一部は、複数の第１センサ一端配線５１ｅの１つの少なくとも一部に対して平行である。複数の第２センサ一端配線５２ｅの１つ（例えば５２ｅＡ）は、複数の第２センサ素子５２（センサ素子５２Ａ〜５２Ｄ）の１つ（例えばセンサ素子５２Ａ）の第３端ｅｐ３と電気的に接続される。複数の第１センサ他端配線５１ｆの１つ（例えば配線５１ｆＡ）は、複数の第２センサ素子５２の上記の１つ（センサ素子５２Ａ）の第４端ｅｐ４と電気的に接続される。電気的接続は、例えば、配線層及び接続部材（例えば、図１１（ｂ）に例示する接続部材ＣＬ７及びＣＬ８など）などにより行われる。配線層及び接続部材は、任意の方向に延びる部分を含んでも良い。

この例では、複数の第１センサ他端配線５１ｆは、複数の第１センサ素子５１と接続され、複数の第２センサ素子５２と接続される。複数の第１センサ他端配線５１ｆは、複数の第１センサ素子５１と、複数の第２センサ素子５２と、により兼用される。

複数の第１配線２１及び複数の第２配線２２は、第３回路７３に電気的に接続される。複数の第１センサ一端配線５１ｅ、複数の第１センサ他端配線５１ｆ、及び、複数の第２センサ一端配線５２ｅが、第１回路７１及び第２回路７２に電気的に接続される。

このような構成により、任意の方向の信号磁界ＨｓｉｇのＸ−Ｙ平面内の分布を低ノイズで高感度で検出できる。

（第３実施形態）
実施形態に係る磁気センサは、例えば、生体細胞検出装置などに応用できる。
図１２は、第３実施形態に係る磁気センサ及び生体細胞検出装置を例示する模式図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１３０は、複数の第１センサ一端配線５１ｅと、複数の第１センサ他端配線５１ｆと、複数の第１センサ素子５１、複数の第１配線２１が設けられる。これらについては、磁気センサ１２２と同様なので説明を省略する。

磁気センサ１３０においては、複数の画素６０（例えば、光学センサ）が設けられる。複数の画素６０の１つは、複数の第１センサ一端配線５１ｅ、及び、複数の第１センサ他端配線５１ｆの間の空隙に設けられる。画素６０は、例えば、イメージセンサの画素に対応する。イメージセンサは、例えば、ＣＭＯＳセンサなどを含む。複数の磁気センサ素子及びイメージセンサ（画素６０）は、例えば、基板上に設けられる。この基板上に細胞が培養される。培養された細胞の、磁気的な細胞活動情報、及び、光学的な細胞活動情報が検出できる。磁気的な細胞活動情報の少なくとも一部と、光学的な細胞活動情報の少なくとも一部と、は、同時に検出されても良い。実施形態に係る磁気センサによる磁界を用いたセンサと、光学センサと、を用いることで、より精度の高い検出が可能になる。

磁気センサ１３０には、回路部７０が含まれても良い。回路部７０は、第１回路７１、第２回路７２及び第３回路７３を含む。

実施形態に係る生体細胞検出装置４００は、磁気センサ１３０と、受信部７５と、を含む。受信部７５は、磁気センサ１３０から出力された信号（情報）を受ける。生体細胞検出装置４００は、その信号（情報）を用いて、生体細胞の状態を検出する。生体細胞検出装置４００に用いられる磁気センサにおいて、画素が省略されても良い。この場合、生体細胞検出装置４００は、磁気センサにより得られる信号（情報）を用いて生体細胞の状態を検出する。

（第４実施形態）
実施形態に係る磁気センサは、例えば、診断装置などに応用できる。
図１３は、第４実施形態に係る磁気センサ及び診断装置を示す模式図である。
図１３に示すように、診断装置５００は、磁気センサ１５０を含む。磁気センサ１５０は、第１実施形態及び第２実施形態に関して説明した磁気センサ（及び磁気センサ装置）、及び、それらの変形を含む。

診断装置５００において、磁気センサ１５０は、例えば、脳磁計である。脳磁計は、脳神経が発する磁界を検出する。磁気センサ１５０が脳磁計に用いられる場合、磁気センサ１５０に含まれる磁気素子のサイズは、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満である。このサイズは、例えば、磁束収束路を含めた長さである。

図１３に示すように、磁気センサ１５０（脳磁計）は、例えば、人体の頭部に装着される。磁気センサ１５０（脳磁計）は、センサ部３０１（第１センサ部ＳＵ１など）を含む。磁気センサ１５０（脳磁計）は、複数のセンサ部３０１（第１センサ部ＳＵ１及び第２センサ部ＳＵ２など）を含んでも良い。複数のセンサ部３０１の数は、例えば、約１００個（例えば５０個以上１５０個以下）である。複数のセンサ部３０１は、柔軟性を有する基体３０２に設けられる。

磁気センサ１５０は、例えば、差動検出などの回路を含んでも良い。磁気センサ１５０は、磁気センサとは別のセンサ（例えば、電位端子または加速度センサなど）を含んでも良い。

磁気センサ１５０（第１実施形態及び第２実施形態に関して説明した磁気センサ）のサイズは、従来のＳＱＵＩＤ磁気センサのサイズに比べて小さい。このため、複数のセンサ部３０１の設置が容易である。複数のセンサ部３０１と、他の回路と、の設置が容易である。複数のセンサ部３０１と、他のセンサと、の共存が容易である。

基体３０２は、例えばシリコーン樹脂などの弾性体を含んでも良い。基体３０２に、例えば、複数のセンサ部３０１が繋がって設けられる。基体３０２は、例えば、頭部に密着できる。

センサ部３０１の入出力コード３０３は、診断装置５００のセンサ駆動部５０６及び信号入出力部５０４と接続される。センサ駆動部５０６からの電力と、信号入出力部５０４からの制御信号と、に基づいて、センサ部３０１において、磁界測定が行われる。その結果は、信号入出力部５０４に入力される。信号入出力部５０４で得た信号は、信号処理部５０８に供給される。信号処理部５０８において、例えば、ノイズの除去、フィルタリング、増幅、及び、信号演算などの処理が行われる。信号処理部５０８で処理された信号が、信号解析部５１０に供給される。信号解析部５１０は、例えば、脳磁計測のための特定の信号を抽出する。信号解析部５１０において、例えば、信号位相を整合させる信号解析が行われる。

信号解析部５１０の出力（信号解析が終了したデータ）が、データ処理部５１２に供給される。データ処理部５１２では、データ解析が行われる。このデータ解析において、例えば、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging)などの画像データが取り入られることが可能である。このデータ解析においては、例えば、ＥＥＧ（Electroencephalogram)などの頭皮電位情報などが取り入れられることが可能である。データ解析により、例えば、神経発火点解析、または、逆問題解析などが行われる。

データ解析の結果は、例えば、画像化診断部５１６に供給される。画像化診断部５１６において、画像化が行われる。画像化により、診断が支援される。

上記の一連の動作は、例えば、制御機構５０２によって制御される。例えば、一次信号データ、または、データ処理途中のメタデータなどの必要なデータは、データサーバに保存される。データサーバと制御機構とは、一体化されても良い。

本実施形態に係る診断装置５００は、磁気センサ１５０と、磁気センサ１５０から得られる信号を処理する処理部と、を含む。この処理部は、例えば、信号処理部５０８及びデータ処理部５１２の少なくともいずれかを含む。処理部は、例えば、コンピュータなどを含む。

図１３に示す磁気センサ１５０では、センサ部３０１は、人体の頭部に設置されている。センサ部３０１は、人体の胸部に設置されても良い。これにより、心磁測定が可能となる。例えば、センサ部３０１を妊婦の腹部に設置しても良い。これにより、胎児の心拍検査を行うことができる。

被験者を含めた磁気センサ装置は、シールドルーム内に設置されるのが好ましい。これにより、例えば、地磁気または磁気ノイズの影響が抑制できる。

例えば、人体の測定部位、または、センサ部３０１を局所的にシールドする機構を設けても良い。例えば、センサ部３０１にシールド機構を設けても良い。例えば、信号解析またはデータ処理において、実効的なシールドを行っても良い。

実施形態において、基体３０２は、柔軟性を有しても良く、柔軟性を実質的に有しなくても良い。図１３に示す例では、基体３０２は、連続した膜を帽子状に加工したものである。基体３０２は、ネット状でも良い。これにより、例えば、良好な装着性が得られる。例えば、基体３０２の人体への密着性が向上する。基体３０２は、ヘルメット状で、硬質でも良い。

図１４は、第４実施形態に係る別の磁気センサを示す模式図である。
図１４は、磁計の一例である。図１４に示す例では、平板状の硬質の基体３０５上にセンサ部３０１が設けられる。

図１４に示した例において、センサ部３０１から得られる信号の入出力は、図１３に関して説明した入出力と同様である。図１４に示した例において、センサ部３０１から得られる信号の処理は、図１３に関して説明した処理と同様である。

実施形態は、以下の構成（例えば「技術案」）を含んでも良い。
（構成１）
第１磁性層と、第１対向磁性層と、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、を含む第１センサ素子であって、前記第１磁性層の第１磁化は第１長さ方向に沿い、前記第１磁性層から前記第１対向磁性層に向かう第１積層方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１センサ素子と、
第１配線であって、前記第１配線の少なくとも一部は前記第１長さ方向に沿って延び、前記第１センサ素子から前記第１配線の前記少なくとも一部に向かう第１配線交差方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１配線と、
を備え、
前記第１配線に流れる電流、及び、前記第１センサ素子に加わる被検出磁界に応じて、前記第１センサ素子の第１電気抵抗が変化する、磁気センサ。
（構成２）
前記第１配線に流れる前記電流が正極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前記第１電気抵抗は増大し、
前記第１配線に流れる前記電流が負極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前記第１電気抵抗は増大する、構成１記載の磁気センサ。
（構成３）
前記第１配線に電流が流れないときの前記第１電気抵抗は、前記第１配線に流れる電流を変えたときに得られる前記第１電気抵抗の最低値の１倍以上１．００２倍以下である、構成２記載の磁気センサ。
（構成４）
第１磁性層と、第１対向磁性層と、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、を含む第１センサ素子であって、前記第１磁性層から前記第１対向磁性層に向かう第１積層方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１センサ素子と、
第１配線であって、前記第１配線の少なくとも一部は前記第１長さ方向に沿って延び、前記第１センサ素子から前記第１配線の前記少なくとも一部に向かう第１配線交差方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１配線と、
を備え、
前記第１配線に流れる電流、及び、前記第１センサ素子に加わる被検出磁界に応じて、前記第１センサ素子の第１電気抵抗が変化し、
前記第１配線に流れる前記電流が正極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前記第１電気抵抗は増大し、
前記第１配線に流れる前記電流が負極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前 前記第１配線に電流が流れないときの前記第１電気抵抗は、前記第１配線に流れる電流を変えたときに得られる前記第１電気抵抗の最低値の１倍以上１．００２倍以下である、磁気センサ。
（構成５）
第１磁性層と、第１対向磁性層と、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、を含む第１センサ素子であって、前記第１磁性層の第１磁化は第１長さ方向に沿い、前記第１磁性層から前記第１対向磁性層に向かう第１積層方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１センサ素子と、
第１配線であって、前記第１配線の少なくとも一部は前記第１長さ方向に沿って延び、前記第１センサ素子から前記第１配線の前記少なくとも一部に向かう第１配線交差方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１配線と、
を備え、
前記第１配線に流れる電流、及び、前記第１センサ素子に加わる被検出磁界に応じて、前記第１センサ素子の第１電気抵抗が変化し、
前記第１対向磁性層の磁化の向きは、変化可能であり、
前記第１配線に流れる前記電流が正極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前記第１電気抵抗は増大し、
前記第１配線に流れる前記電流が負極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前 前記第１配線に電流が流れないときの前記第１電気抵抗は、前記第１配線に流れる電流を変えたときに得られる前記第１電気抵抗の最低値の１倍以上１．００２倍以下である、磁気センサ。
（構成６）
前記第１磁性層の前記第１長さ方向の第１長さは、前記第１磁性層の第１幅方向の第２長さよりも長く、
前記第１幅方向は、前記第１積層方向及び前記第１長さ方向を含む平面と交差した、構成１〜５のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成７）
前記第１配線交差方向は、前記第１積層方向に沿う、構成１〜６のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成８）
前記第１非磁性層は、Ｃｕを含む、構成１〜７のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成９）
前記第１センサ素子は、別の第１磁性層と、別の第１非磁性層と、をさらに含み、
前記第１積層方向において、前記第１磁性層と前記別の第１磁性層との間に前記第１対向磁性層が位置し、
前記第１積層方向において、前記別の第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に前記別の第１非磁性層が位置した、構成１〜７のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１０）
前記第１センサ素子は、別の第１磁性層をさらに含み、
前記第１対向磁性層は、第１部分領域と第２部分領域とを含み、
前記第１非磁性層の一部は、前記第１磁性層と前記第１部分領域との間に位置し、
前記第１非磁性層の別の一部は、前記別の第１磁性層と前記第２部分領域との間に位置し、
前記第１電気抵抗は、前記第１磁性層、前記第１対向磁性層及び前記別の第１磁性層を流れる電流の電気抵抗を含む、構成１〜７のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１１）
前記第１非磁性層は、ＭｇＯを含む、構成９または１０に記載の磁気センサ。
（構成１２）
前記第１センサ素子と電気的に接続され前記第１磁性層、前記第１非磁性層及び前記第１対向磁性層を含む第１電流経路を流れる第１電流を前記第１センサ素子に供給する第１回路と、
前記第１配線と電気的に接続され交流の第２電流を前記第１配線に供給する第２回路と、
前記第１電気抵抗の前記変化を検出する第３回路と、
をさらに備えた、構成１〜１０のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１３）
前記第２電流は第１周波数を有し、
前記第３回路は、前記第１周波数を含む範囲の周波数を有する交流信号を検出する、構成１２記載の磁気センサ。
（構成１４）
前記第３回路は、ロックインアンプを含む、構成１２記載の磁気センサ。
（構成１５）
前記第２電流は第１周波数を有し、
前記第３回路は、
前記第１電気抵抗に対応する信号が入力され前記第１周波数の２倍以上の周波数の信号を減衰させるフィルタと、
前記フィルタの出力が入力されるロックインアンプと、
を含む、構成１２記載の磁気センサ。
（構成１６）
２つの磁性層と、前記２つの磁性層の間に設けられた非磁性層と、を含む積層体をさらに備え、
前記積層体に加わる前記被検出磁界の強度は、前記第１センサ素子に加わる前記被検出磁界の強度よりも小さく、
前記第３回路は、前記積層体から得られる信号と、前記第１センサ素子から得られる信号と、の差に対応する信号を出力する、構成１０記載の磁気センサ。
（構成１７）
前記第１センサ素子は、第１磁性部と第２磁性部とをさらに含み、
前記第１積層方向と前記第１長さ方向とを含む平面と交差する方向において、前記第１磁性部と前記第２磁性部との間に前記第１対向磁性層が位置し、
前記第１磁性部の前記第１積層方向に沿った厚さは、前記第１対向磁性層の前記第１積層方向に沿った厚さよりも厚く、
前記第２磁性部の前記第１積層方向に沿った厚さは、前記第１対向磁性層の前記第１積層方向に沿った前記厚さよりも厚い、構成１〜１６のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１８）
複数の第１センサ一端配線と、
複数の第１センサ他端配線と、
をさらに備え、
前記第１センサ素子は、複数設けられ、
前記第１配線は、複数設けられ、
前記複数の第１配線の１つは、前記第１積層方向において前記複数の第１センサ素子と重なり、
前記複数の第１配線は、前記第１長さ方向及び前記第１積層方向と交差する交差方向に並び、
前記複数の第１センサ一端配線は、前記第１長さ方向に沿って延び、
前記複数の第１センサ一端配線の１つは、前記第１センサ素子の第１端と電気的に接続され、
前記複数の第１センサ他端配線は、前記第１長さ方向及び前記第１積層方向と交差する前記交差方向に沿って延び、
前記複数の第１センサ他端配線の１つは、前記第１センサ素子の第２端と電気的に接続された、構成１〜１７のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１９）
第２センサ素子と、
第２配線と、
さらに備え、
前記第２センサ素子は、第２磁性層と、第２対向磁性層と、前記第２磁性層と前記第２対向磁性層との間に設けられた第２非磁性層と、を含み、
前記第２磁性層の第２磁化は第２長さ方向に沿い、前記第２磁性層から前記第２対向磁性層に向かう第２積層方向は、前記第２長さ方向と交差し、
前記第２長さ方向は、前記第１長さ方向と交差し、
前記第２配線の少なくとも一部は前記第２長さ方向に沿って延び、前記第２センサ素子から前記第２配線の前記少なくとも一部に向かう第２配線交差方向は、前記第２長さ方向と交差し、
前記第２配線に流れる電流、及び、前記第２センサ素子に加わる前記被検出磁界に応じて、前記第２センサ素子の第２電気抵抗が変化する、構成１〜１７のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成２０）
前記第２磁性層の前記第２長さ方向の第３長さは、前記第２磁性層の第２幅方向の第４長さよりも長く、
前記第２幅方向は、前記第１長さ方向に沿う、構成１９記載の磁気センサ。
（構成２１）
複数の第１センサ一端線と、
複数の第１センサ他端配線と、
複数の第２センサ一端配線と、
をさらに備え、
前記第１センサ素子は、複数設けられ、
前記第１配線は、複数設けられ、
前記複数の第１配線は、前記第１長さ方向及び前記第１積層方向と交差する交差方向に並び、
前記複数の第１配線の１つは、前記第１積層方向において前記複数の第１センサ素子の１つと重なり、
前記複数の第１センサ一端配線は、前記第１長さ方向に沿って延び、
前記複数の第１センサ一端配線の１つは、前記複数の第１センサ素子の前記１つの第１端と電気的に接続され、
前記複数の第１センサ他端配線は、前記第１長さ方向及び前記第１積層方向と交差する前記交差方向に沿って延び、
前記複数の第１センサ他端配線の１つは、前記複数の第１センサ素子の前記１つの第２端と電気的に接続され、
前記第２センサ素子は、複数設けられ、
前記第２配線は、複数設けられ、
前記複数の第２配線の１つの少なくとも一部は、前記第１配線交差方向において、前記複数の第１センサ他端配線の１つの少なくとも一部と重なり、
前記複数の第２センサ一端配線は、前記第１長さ方向に沿って延び、
前記複数の第２センサ一端配線の１つは、前記複数の第２センサ素子の１つの第３端と電気的に接続され、
前記複数の第１センサ他端配線の１つは、前記複数の第２センサ素子の前記１つの第４端と電気的に接続された、構成１９または２０に記載の磁気センサ。
（構成２２）
構成１〜２１のいずれか１つに記載の磁気センサと、
前記磁気センサから出力された信号を受ける受信部と、
を備えた生体細胞検出装置。
（構成２３）
構成１〜２１のいずれか１つに記載の磁気センサと、
前記磁気センサから得られる信号を処理する処理部と、
を備えた診断装置。

実施形態によれば、検出感度の向上が可能な磁気センサ、生体細胞検出装置及び診断装置が提供できる。

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、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気センサに含まれる磁性層、非磁性層、導電層、配線及び回路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。

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気センサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気センサも、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。

１０ｓ…基板、
１１〜１４…第１〜第４磁性層、 １１Ａ…別の第１磁性層、 １１Ｘ…磁性層、 １１ａ〜１１ｄ…第１〜第４膜、 １１ａＡ〜１１ｄＡ…別の第１〜別の第４膜、 １１ｅａ…第１素子導電層、 １１ｅｂ…第２素子導電層、 １１ｅｂＡ…別の第２素子導電層、 １１ｎ〜１４ｎ…第１〜第４非磁性層、 １１ｎＡ…別の第１非磁性層、 １１ｎＸ…非磁性層、 １１ｏ〜１４ｏ…第１〜第４対向磁性層、 １１ｏＸ…磁性層、 １１ｏａ…第１部分領域、 １１ｏｂ…第２部分領域、 ２１…第１配線、 ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｘ…配線、 ２１ｅ…一端、 ２１ｆ 他端、 ２２…第２配線、 ２２Ａ、２２Ｂ…配線、 ５１、５２…第１、第２センサ素子、 ５１Ａ〜５１Ｄ…センサ素子、 ５１Ａｅ〜５４Ｄｅ…一端、 ５１Ａｆ〜５４Ｄｆ…他端、 ５１Ｘ…積層体、 ５１ｅ…第１センサ一端配線、 ５１ｅＡ、５１ｅＢ…配線、 ５１ｅＸ…第１積層体一端配線、 ５１ｆ…第１センサ他端配線、 ５１ｆＡ、５１ｆＢ…配線、 ５１ｆＸ…第１積層体他端配線、 ５２…第２センサ素子、 ５２Ａ〜５２Ｄ…センサ素子、 ５２ｅ…第２センサ一端配線、 ５２ｅＡ、５２ｅＢ…配線、 ６０…画素、 ６１〜６３…第１〜第３磁性部、 ７０…回路部、 ７１〜７３…第１〜第３回路、 ７１Ｘ〜７３Ｘ…別の第１〜第３回路、 ７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ…配線、 ７２Ｇ…周波数発生器、 ７３Ａ…検出回路、 ７３Ｄ…差動アンプ、 ７３ａ…ロックインアンプ、 ７３ｂ…ローパスフィルタ、 ７３ｃ…バンドパスフィルタ、 ７３ｄ…ＰＳＤ回路、 ７３ｅ…アンプ、 ７５…受信部、 １１０、１１０Ａ〜１１０Ｃ、１１２、１１３、１１９ａ、１１９ｂ、１２１〜１２３、１３０、１５０…磁気センサ、 ２１０、２１０Ａ〜２１０Ｃ…磁気センサ装置、 ３０１…センサ部、 ３０２…基体、 ３０３…入出力コード、 ４００…生体細胞検出装置、 ５００…診断装置、 ５０２…制御機構、 ５０４…信号入出力部、 ５０６…センサ駆動部、 ５０８…信号処理部、 ５１０…信号解析部、 ５１２…データ処理部、 ５１６…画像化診断部、 ＡＡ…矢印、 Ａｖ１ 絶対値、 ＣＬ１〜ＣＬ５…第１〜第５接続層、 ＣＬ６〜ＣＬ８…接続部材、 Ｃｈ１…第２電流、 Ｃｓ１…第１電流、 Ｄ２１…方向、 ＤＣ１、ＤＣ２…第１、第２配線交差方向、 ＤＬ１、ＤＬ２…第１、第２長さ方向、 ＤＭ１…向き、 ＤＳ１、ＤＳ２…第１、第２積層方向、 ＤＷ１、ＤＷ２…第１、第２幅方向、 Ｄｃ１…第１配線交差方向、 Ｈ、Ｈ２…磁界、 Ｈａｃ…交流磁界、 Ｈｃ…ヒステリシス、 Ｈｓ…飽和磁界、 Ｈｓｉｇ…信号磁界、 Ｌ１〜Ｌ４…第１〜第４長さ、 Ｍ１、Ｍ２…第１、第２磁化、 ＭＰ１、ＭＰ２…第１、第２中間点、 Ｍａ１、Ｍｂ１、Ｍｏ１…磁化、 Ｒ１…第１電気抵抗、 Ｒｍｉｎ…最低値、 Ｒｏ…低抵抗、 Ｓ１〜Ｓ４…第１〜第４積層部、 Ｓ１Ａ…別の第１積層部、 Ｓ１ａ…一端部、 Ｓ１ｂ…他端部、 ＳＢ１〜ＳＢ４…第１〜第４積層部、 ＳＯ１…出力信号、 ＳＰ１１〜ＳＰ１５、ＳＰ２１〜ＳＰ２４、ＳＰ３１〜ＳＰ３４、ＳＰ４１〜ＳＰ４４…構成、 ＳＵ１、ＳＵ２…第１、第２センサ部、 ｄ１、ｄ２…距離、 ｄ６１、ｄ６２…長さ、 ｅｐ１〜ｅｐ４…第１〜第４端、 ｇ１…ギャップ、 ｔ１１ｏ、ｔ６１、ｔ６２…厚さ

Claims (10)

1. 第１磁性層と、第１対向磁性層と、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、を含む第１センサ素子であって、前記第１磁性層の第１磁化は第１長さ方向に沿い、前記第１磁性層から前記第１対向磁性層に向かう第１積層方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１センサ素子と、
   第１配線であって、前記第１配線の少なくとも一部は前記第１長さ方向に沿って延び、前記第１センサ素子から前記第１配線の前記少なくとも一部に向かう第１配線交差方向は、前記第１長さ方向と交差した、前記第１配線と、
   を備え、
   前記第１配線に流れる電流、及び、前記第１センサ素子に加わる被検出磁界に応じて、前記第１センサ素子の第１電気抵抗が変化する、磁気センサ。
2. 前記第１配線に流れる前記電流が正極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前記第１電気抵抗は増大し、
   前記第１配線に流れる前記電流が負極性であるときに前記電流の絶対値が増大すると前記第１電気抵抗は増大する、請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記第１配線に電流が流れないときの前記第１電気抵抗は、前記第１配線に流れる電流を変えたときに得られる前記第１電気抵抗の最低値の１倍以上１．００２倍以下である、請求項２記載の磁気センサ。
4. 前記第１磁性層の前記第１長さ方向の第１長さは、前記第１磁性層の第１幅方向の第２長さよりも長く、
   前記第１幅方向は、前記第１積層方向及び前記第１長さ方向を含む平面と交差した、請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気センサ。
5. 前記第１配線交差方向は、前記第１積層方向に沿う、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気センサ。
6. 前記第１センサ素子と電気的に接続され前記第１磁性層、前記第１非磁性層及び前記第１対向磁性層を含む第１電流経路を流れる第１電流を前記第１センサ素子に供給する第１回路と、
   前記第１配線と電気的に接続され交流の第２電流を前記第１配線に供給する第２回路と、
   前記第１電気抵抗の前記変化を検出する第３回路と、
   をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気センサ。
7. 前記第２電流は第１周波数を有し、
   前記第３回路は、前記第１周波数を含む範囲の周波数を有する交流信号を検出する、請求項６記載の磁気センサ。
8. 前記第２電流は第１周波数を有し、
   前記第３回路は、
   前記第１電気抵抗に対応する信号が入力され前記第１周波数の２倍以上の周波数の信号を減衰させるフィルタと、
   前記フィルタの出力が入力されるロックインアンプと、
   を含む、請求項６記載の磁気センサ。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気センサと、
   前記磁気センサから出力された信号を受ける受信部と、
   を備えた生体細胞検出装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気センサと、
    前記磁気センサから得られる信号を処理する処理部と、
    を備えた診断装置。

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