JP2019090660A - 磁気センサおよび電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】数十ｍＴまたはそれ以上の磁場が印加されても残留磁場が生じにくい磁気シールドを備える磁気センサおよび当該磁気センサを用いてなる電流センサを提供する。【解決手段】第１の方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子１１と、第１の方向（Ｘ１−Ｘ２方向）と交差する第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に位置して、磁気抵抗効果素子１１に印加される被測定磁界の強度を低減させる磁気シールド１５と、を備えた磁気センサであって、磁気シールド１５は、本体部１５０と、本体部１５０における、第２の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）で磁気抵抗効果素子１１に近位な側（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側）において、第１の方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に突出する突出部１５Ｐを有し、突出部１５Ｐは本体部１５０よりも厚さ（第２の方向の長さ）が薄い部分を有する磁気センサ１。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサおよび当該磁気センサを備えた電流センサに関する。

電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野や、柱状トランスなどインフラ関連の分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとしては、被測定電流からの誘導磁界を検出する磁気センサを用いたものが知られている。磁気センサ用の磁気検出素子として、例えば、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子などの磁気抵抗効果素子が挙げられる。

磁気抵抗効果素子は、検出感度が高いものの、線形性高く検出可能な磁界強度範囲が比較的狭いという特徴がある。このため、特許文献１の図３に示される電流センサのように、被測定電流と磁気抵抗効果素子との間に磁気シールドを配置して、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される誘導磁界の強度を小さくして、被測定磁界の大きさを良好な検出特性を有する磁界強度範囲内とする方法が用いられる場合がある。

このように磁気シールドを用いることによって、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される磁界の強度を低減させて、磁界強度の測定範囲を拡げることが実現されているが、磁気シールドが磁気的なヒステリシスの原因となる場合がある。特許文献２では、磁気シールド上にハードバイアス層を設けることによりこの時期的なヒステリシスを抑制し、磁気抵抗効果素子の出力の線形性を向上させることが実現されている。

国際公開第２０１１／１１１４９３号 国際公開第２０１１／１５５２６１号

磁気シールドに印加される磁場が数十ｍＴ程度と強い場合には、磁気シールドが軟磁性材料から構成されていても、磁気シールドに残留磁化が生じやすくなってしまう。こうして生じた磁気シールドの残留磁化に基づく磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、磁気抵抗効果素子のゼロ磁場ヒステリシスがマイナス側に大きくなるなどの磁気抵抗効果素子の測定精度に悪影響を与えてしまうおそれがある。

本発明は、かかる現状を鑑み、磁気シールドおよび磁気抵抗効果素子を備える磁気センサであって、磁気センサに印加される磁場が大きい場合であっても、磁気抵抗効果素子の測定精度が低下しにくい磁気センサを提供することを目的とする。本発明は、かかる磁気センサを備える電流センサを提供することをも目的とする。

上記の課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、第１の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上方に離間配置され、前記磁気抵抗効果素子に印加される被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールドと、を備えた磁気センサであって、前記磁気シールドは、本体部と、前記第１の方向に突出する突出部とを有し、前記本体部は平面視で前記第１の方向に直交する第２の方向を長手とする形状を有し、前記突出部は前記本体部よりも厚さが薄い部分を有することを特徴とする磁気センサである。このような構成を備えることにより、磁気シールドの残留磁化に基づく磁界は突出部の先端から放出されるため、磁気シールドから放出され磁気抵抗効果素子に対して放出された向きとは反対向きに印加される磁界（還流磁界）の強度を低減させることができ、磁気抵抗効果素子のヒステリシスを少なくすることができる。

前記突出部は、前記磁気シールドの下端に位置することが、磁気抵抗効果素子のヒステリシスを効率的に少なくする観点から好ましい。

平面視で、前記磁気抵抗効果素子の全体が前記磁気シールドの前記本体部に重なることが、磁気抵抗効果素子のヒステリシスを効率的に少なくする観点から好ましい。

上記の磁気センサは、磁気平衡用コイルをさらに備え、前記磁気平衡用コイルに流れる電流に基づき前記被測定磁界の強度を測定するものであってもよい。この場合において、前記磁気平衡用コイルはスパイラルコイルであって、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に位置することが好ましい場合がある。

本発明は、他の一態様として、上記の磁気センサを備え、前記磁気センサは被測定電流の誘導磁界を前記被測定磁界とする電流センサを提供する。

本発明によれば、印加磁場が大きく磁気シールドに残留磁化が生じる場合であっても、残留磁化に基づく還流磁界が磁気抵抗効果素子に与える影響が低減される。このため、磁気抵抗効果素子の測定精度が低下しにくい磁気センサが提供される。また、かかる磁気センサを用いてなる電流センサも提供される。

本発明の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。 図１のＶ１−Ｖ１線による断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。 図３のＶ２−Ｖ２線による断面図である。 磁気シールドとＧＭＲ素子との距離Ｄ１と、ゼロ磁場ヒステリシスＺＨとの関係を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。図２は図１のＶ１−Ｖ１線での断面図である。

本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、図１および図２に示されるように、４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）および磁気シールド１５を備える。

本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の４つの磁気抵抗効果素子のそれぞれは、ミアンダ形状（Ｘ１−Ｘ２方向に延在する複数の長尺パターンが折り返すようにつながって構成される形状）を有する巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を備える。各磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）の感度軸方向Ｐは図１において矢印にて表され、磁気抵抗効果素子１１および磁気抵抗効果素子１４の感度軸方向Ｐ（第１の方向）はＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側を向き、磁気抵抗効果素子１２および磁気抵抗効果素子１３の感度軸方向ＰはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１側を向くように設定されている。

入力端子５ａに接続される配線５は磁気抵抗効果素子１１の一端に接続され、磁気抵抗効果素子１１の他端と磁気抵抗効果素子１２の一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１２の他端が配線６を介してグランド端子６ａに接続される。入力端子５ａに接続される配線５は途中で分岐して磁気抵抗効果素子１３の一端にも接続され、磁気抵抗効果素子１３の他端と磁気抵抗効果素子１４の一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１４の他端が配線６を介してグランド端子６ａに接続される。第１の中点電位測定用端子７ａは磁気抵抗効果素子１１の他端と磁気抵抗効果素子１２の一端との間に配線７により接続され、第２の中点電位測定用端子８ａは磁気抵抗効果素子１３の他端と磁気抵抗効果素子１４の一端との間に配線８により接続される。第１の中点電位測定用端子７ａの電位と第２の中点電位測定用端子８ａの電位とを対比することにより、電流線４０を流れる被測定電流Ｉｏの誘導磁界（被測定磁界）の強度および向きを測定することができる。

図２は、磁気抵抗効果素子１１のミアンダ形状を構成する複数の長尺パターンの長軸方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿った方向を法線とする面で磁気センサ１を切断して得られる断面図である。この断面内方向の１つであるＹ１−Ｙ２方向（第１の方向）が磁気抵抗効果素子１１の感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２側の向き）である。磁気抵抗効果素子１１は、基板２９上に形成され、絶縁材料（アルミナ、窒化ケイ素などが具体例として挙げられる。）からなる絶縁層ＩＭによって覆われている。

磁気シールド１５は、磁気抵抗効果素子１１の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に磁気抵抗効果素子１１から離間して配置される。磁気シールド１５と磁気抵抗効果素子１１との離間距離は、間に位置する絶縁層ＩＭの厚さによって調整される。

本発明の一実施形態に係る磁気センサ１では、磁気シールド１５は磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）に印加される被測定磁界の強度を減衰させるものであって、図１に示されるように、平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）、第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に直交する第２方向（Ｘ１−Ｘ２方向）を長手とする矩形を有する本体部１５０と、本体部１５０から少なくとも第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に突出する突出部１５Ｐを有する。突出部１５Ｐは、図２に示されるように、本体部１５０よりも厚さが薄い部分を有し、磁気シールド１５の下端（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側の端部）に位置する。

このような構造は、具体的には、前記磁気シールドの下端（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側端部）に位置し軟磁性体からなる下地層１５１と、下地層１５１の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に形成された軟磁性層１５２とを有する構造により実現されている。下地層１５１における上側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に軟磁性層１５２が形成されていない部分が突出部１５Ｐとなっており、この突出部１５Ｐは、Ｚ１−Ｚ２方向からみて磁気抵抗効果素子１１よりもＹ１−Ｙ２方向の外側に突出した状態に位置している。磁気センサ１では、図２に示されるように、突出部１５Ｐは磁気シールド１５のＹ１−Ｙ２方向の両側に設けられている。

本体部１５０は、第２方向（Ｘ１−Ｘ２方向）を長手とするため、短手である第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）には、形状磁気異方性効果により磁化しにくいが、外部磁場が強い場合には、図２に示されるように第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に残留磁化Ｍ０が生じる場合がある。このような場合であっても、このように突出部１５Ｐを設けることにより、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界は、主に、この突出部１５Ｐの先端ＰＥから磁気シールド１５外に放出される。その結果、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界であって、残留磁化Ｍ０の向きとは反対向きに磁気抵抗効果素子１１に印加される磁界（還流磁界ＲＭ０）の強度が相対的に低くなって、磁気抵抗効果素子１１のゼロ磁場ヒステリシスＺＨが小さくなる。それゆえ、磁気シールド１５が突出部１５Ｐを有しない場合に比べて、磁気抵抗効果素子１１を備える磁気センサ１の測定精度が向上する。

突出部１５Ｐは、図２に示されるように、磁気シールド１５の下端（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側端部）に位置することが好ましい。このような構成を備える場合には、磁気シールド１５のＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側から磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界が放出される際に、Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側に周回する成分は全てＺ１−Ｚ２方向からみて磁気抵抗効果素子１１のＹ１−Ｙ２方向の端部の外側の位置する突出部１５Ｐの先端１５ＰＥから放出されることになる。したがって、磁気シールド１５の先端ＰＥから放出される残留磁化Ｍ０は、磁気センサ１をＺ１−Ｚ２方向からみた時に磁気抵抗効果素子１１の端部のより遠い位置から放出されることとなるため、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界（還流磁界ＲＭ０）の磁気抵抗効果素子１１への印加強度をより弱めた状態にすることができる。

平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）、磁気抵抗効果素子１１の全体が磁気シールド１５に重なることが好ましく、磁気シールド１５の本体部１５０に重なることがより好ましい。この場合には、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界（還流磁界ＲＭ０）の放出部である突出部１５Ｐの先端１５ＰＥと磁気抵抗効果素子１１のＸ１−Ｘ２方向（第１の方向）の離間距離を適切に確保することができ、磁気抵抗効果素子１１に印加される還流磁界ＲＭ０の強度を安定的に低減させることができる。

下地層１５１および軟磁性層１５２はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉなど鉄族元素を含む軟磁性材料から構成される。下地層１５１の厚さは突出部１５Ｐが磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界の放出部として機能する範囲で任意に設定される。下地層１５１の厚さの限定されない例として、１０ｎｍ以上１μｍ以下が挙げられる。下地層１５１の厚さは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい場合があり、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下がより好ましい場合がある。軟磁性層１５２の厚さは、磁気シールド１５が所定の磁気遮蔽機能を有する範囲で任意に設定される。軟磁性層１５２の厚さの限定されない例として、１μｍ以上５０μｍ以下が挙げられ、軟磁性層１５２の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい場合があり、１０μｍ以上２５μｍ以下がより好ましい場合がある。突出部１５Ｐを構成する下地層１５１の厚さ（Ｚ１−Ｚ２方向長さ）は、次に説明するように磁気シールド１５の実質的なアスペクト比を高める観点、および突出部１５Ｐから磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界が効率的に放出される観点から、軟磁性層１５２の厚さの３％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましい。

上記のように軟磁性層１５２に比べて下地層１５１の厚さが十分に薄い場合には、磁気シールド１５において異方性磁界Ｈｋを発生させる部分は、実質的に本体部１５０のみとなる。このため、異方性磁界Ｈｋの程度に影響を及ぼす磁気シールド１５の実質的なアスペクト比は、本体部１５０の長手方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の長さの短手方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の長さに対する比となる。磁気シールド１５の実質的なアスペクト比が大きくなることにより、磁気シールド１５の異方性磁界Ｈｋを大きくなり、磁気シールド１５の磁気センサ１の感度軸方向において、磁化曲線の線形領域をより大きくできる。その結果、磁気センサ１の出力の線形領域が大きくなって、磁気センサ１のダイナミックレンジをより拡げることが可能となる。

前述のように、磁気センサ１をＺ１−Ｚ２方向からみたときに、磁気シールド１５の端部は磁気抵抗効果素子１１の端部から遠いことが好ましいが、この要請を満たすべく本体部１５０のＹ１−Ｙ２方向の長さを伸ばすと、磁気シールド１５の実質的なアスペクト比が低下して、磁気シールドの異方性磁界Ｈｋが低減してしまう。そこで、上記のように、本体部１５０からＹ１−Ｙ２方向に延びる突出部１５Ｐの厚さを薄くすることにより、磁気シールド１５の実質的なアスペクト比を低下させることなく、磁気シールド１５の端部（突出部１５Ｐの先端１５ＰＥ）を磁気抵抗効果素子１１の端部から遠くに位置させることが可能となる。このように、磁気シールド１５において突出部１５Ｐの厚さを薄くすることにより、磁気シールド１５の異方性磁界Ｈｋを大きくすることと、磁気抵抗効果素子１１に印加される還流磁界ＲＭ０の強度を低下させることとを両立させることが可能となる。これにより、磁気センサ１に外部から強磁場が付与されたりして磁気シールド１５に残留磁場が生じても、この残留磁場によって生じる還流磁場の影響を低減し、磁気センサ１の出力のヒステリシスも低減することができるとともに、ダイナミックレンジも大きく維持できる。結果、磁気抵抗効果素子１１に磁気シールド１５を近接させ、被測定磁界の遮蔽効果を増大させて、磁気センサ１のヒステリシスを増大させること無く磁気センサ１のダイナミックレンジをさらに増大させることも期待できる。

なお、図１に示される磁気シールド１５には、タンタル（Ｔａ）などからなる酸化保護層ＰＬが軟磁性層１５２の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）にさらに形成されている。

磁気シールド１５の製造方法は任意である。限定されない一例として、スパッタリングなどのドライプロセス、無電解めっきなどのウェットプロセスによって下地層１５１を形成し、この下地層１５１の上に所定の形状にパターニングされたレジスト層を形成した後、露出する下地層１５１を導電層として軟磁性層１５２を電気めっきにより形成することが挙げられる。この場合において、下地層１５１を導電層として形成する際には特段のパターニングを行わず、電気めっきで軟磁性層１５２を形成した後、エッチングなどによって下地層１５１を適切に除去することにより、効率的に磁気シールド１５を製造することができる。このような製造方法において、下地層１５１を軟磁性層１５２と平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）同形状にエッチングするのではなく、突出部１５Ｐを有するように除去加工すれば、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１の磁気シールド１５を特に効率的に形成することができる。

図３は、本発明の他の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。図４は図３のＶ２−Ｖ２断面図である。図３および図４に示される磁気センサ１Ａは、図１に示される磁気センサ１と同様に磁気抵抗効果素子１１および磁気シールド１５を備え、さらに磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１５との間にスパイラル形状を有する磁気平衡用コイル（スパイラルコイル）１６を備える。図３では、磁気平衡用コイル１６の外形が太い破線にて示されている。この破線で示される領域のＸ−Ｙ平面内を周回するようにコイル配線が配置される。図４では、磁気平衡用コイル１６における周回する複数のコイル配線の断面がＹ１−Ｙ２方向に並んで示されている。磁気平衡用コイル１６は、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１５との間に位置することにより、磁気シールド１５により減衰した状態で印加される外部磁場をキャンセルするような誘導磁界を比較的小電流により生じさせることが可能となる。このため、磁気平衡式の磁気センサを省電力で動作させることが可能である。

以上の実施形態では、磁気センサ１，１Ａが備える磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４がＧＭＲ素子からなる場合を具体例としているが、これに限定されない。限定されない一例において、磁気抵抗効果素子は、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）およびトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）からなる群から選ばれる１種以上の素子からなる。

なお、磁気センサ１が備える磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４を構成するそれぞれのＧＭＲ素子の固定層がセルフピン構造を有する場合には、固定層の磁化は磁場中成膜によって行うことができ、成膜後に磁場中の加熱処理が必要とされない。このため、同一基板上に固定層の磁化の向きが異なるＧＭＲ素子を配置でき、一基板上にフルブリッジ回路を構成することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ１，１Ａは、電流センサとして好適に使用されうる。

本発明の一実施形態に係る電流センサの具体例として、磁気比例式電流センサおよび磁気平衡式電流センサが挙げられる。

磁気比例式電流センサの具体例は、図１および図２に示される磁気センサ１を用いる場合であり、かかる電流センサでは、図２の上方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）において、被測定電流Ｉｏが流れる電流線４０がＸ１−Ｘ２方向に延びるように位置する（図１参照）。被測定磁界となる被測定電流Ｉｏの誘導磁界は、磁気抵抗効果素子１１に対して感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向に印加される。被測定磁界の一部はより透磁率の高い磁気シールド１５を通るため、磁気抵抗効果素子１１に実質的に印加される被測定磁界の強度を低減させることができる。それゆえ、磁気センサ１の測定範囲を拡げることが可能となる。しかも、磁気シールド１５は突出部１５Ｐを有するため、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく還流磁界ＲＭ０が磁気抵抗効果素子１１に与える影響が抑制される。

好ましい一例において、磁気比例式電流センサ１は、４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）を備え、被測定電流Ｉｏの誘導磁界からなる被測定磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する（図１参照）。このブリッジ回路を有する磁気比例式電流センサ１では、被測定磁界に応じて磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差により、被測定電流Ｉｏが測定される。

磁気平衡式電流センサの具体例は、図３および図４に示される磁気センサ１Ａを用いる場合であり、かかる電流センサでは、図４の上方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）において、被測定電流Ｉｏが流れる電流線４０がＸ１−Ｘ２方向に延びるように位置する。被測定磁界である被測定電流Ｉｏの誘導磁界は、磁気抵抗効果素子１１に対して感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向に印加される。被測定磁界の一部はより透磁率の高い磁気シールド１５を通るため、磁気抵抗効果素子１１に実質的に印加される被測定磁界の強度を低減させることができる。それゆえ、磁気抵抗効果素子１１に実質的に印加される被測定電流Ｉｏによる磁界をキャンセルするような誘導磁界を発生させるべく磁気平衡用コイル１６に流される電流量を少なくすることができ、電流センサの省電力化が実現される。しかも、磁気シールド１５は突出部１５Ｐを有するため、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく還流磁界ＲＭ０が磁気抵抗効果素子１１に与える影響が抑制される。

好ましい一例において、磁気平衡式電流センサは、４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）を備え、被測定電流Ｉｏからの誘導磁界からなる被測定磁界およびこの被測定磁界をキャンセルするように印加された磁気平衡用コイル１６からの誘導磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する（図３参照）。このブリッジ回路を有する磁気平衡式電流センサでは、磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差がゼロとなったときに磁気平衡用コイル１６に流れる電流に基づいて、被測定電流Ｉｏが測定される。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、突出部１５Ｐは下地層１５１のみにより構成されていなくてもよい。磁気抵抗効果素子１１に近位になる（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側）ほど、軟磁性層１５２の第１の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の長さが長くなるようなテーパ構造を有していてもよい。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示される断面構造と同様の構造を有する磁気平衡式の磁気センサを作製した。磁気抵抗効果素子はＧＭＲ素子であった。磁気シールドは、平面形状が８００μｍ×２００μｍであってＮｉＦｅからなり厚さ１００ｎｍの下地層をスパッタリングにより形成し、その上に８００μｍ×１４０μｍであってＮｉＦｅからなり厚さ１６．５μｍの軟磁性層を電気めっきにより積層し、さらにＴａからなり厚さ１０ｎｍの酸化保護層をスパッタリングにより形成した。その結果、平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）本体部のＹ１−Ｙ２方向の両側から３０μｍの突出部が位置する形状を有する磁気シールドが得られた。磁気センサを製造する過程で磁気シールとコイルとの間の距離（Ｙ１−Ｙ２方向の距離）を変更することにより、磁気シールドとＧＭＲ素子との間の距離（Ｙ１−Ｙ２方向の距離）Ｄ１が約８μｍから約１１．５μｍの範囲にある異なる磁気センサを複数作製した。

（比較例１）
実施例１と同様の構造であるが、磁気シールドが突出部を有しない形状である磁気センサを作製した。

（測定例１）ゼロ磁場ヒステリシスの測定
実施例により作製した磁気センサおよび比較例により作製した磁気センサのそれぞれについて、印加する外部磁場の最大強度（最大印加磁場）を±１８ｍＴとして外部磁場を変化させながらヒステリシスループを測定した。このヒステリシスループから、ゼロ磁場ヒステリシスＺＨ（単位：％／ＦＳ）を測定した。ゼロ磁場ヒステリシスＺＨは、フルブリッジ出力曲線における出力の最大値（正の最大磁場を印加したときの値−負の最大磁場を印加したときの値）に対するゼロ磁場における出力の大きさ（正の最大磁場の印加から印加磁場ゼロまで変化させたときの値−負の最大磁場の印加から印加磁場ゼロまで変化させたときの値）の割合（単位：％）である。測定結果を図５に示す。

図５に示されるように、比較例に係る磁気センサでは、ゼロ磁場ヒステリシスＺＨは、＋０．０５％から−０．２％の範囲となった。距離Ｄ１が小さいとき、すなわち、８μｍに近いほど、ゼロ磁場ヒステリシスＺＨは負の値となる傾向がみられた。これは、外部磁場の印加強度がゼロの場合であっても磁気シールドの残留磁化に基づく還流磁界が残留磁化の向きとは反平行にＧＭＲ素子に印加され、この還流磁界の強度は、ＧＭＲ素子が磁気シールドに近いほど高くなるためである。

これに対し、実施例に係る磁気センサでは、ゼロ磁場ヒステリシスＺＨは＋０．０５％から−０．０５％の範囲となり、ゼロ磁場ヒステリシスＺＨはマイナス側で絶対値が小さくなる傾向がみられた。これは、磁気シールドが突出部を有する形状となったことで、還流磁界の影響が相対的に低減されたことに起因している。

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、柱状トランスなどのインフラ設備の電流センサの構成要素や、電気自動車、ハイブリッドカーなどの電流センサの構成要素として好適に使用されうる。

１，１Ａ 磁気センサ
１１，１２，１３，１４ 磁気抵抗効果素子
５，６，７，８ 配線
５ａ 入力端子
６ａ グランド端子
７ａ 第１の中点電位測定用端子
８ａ 第２の中点電位測定用端子
４０ 電流線
Ｉｏ 被測定電流
ＩＭ 絶縁層
１５ 磁気シールド
１５０ 本体部
１５Ｐ 突出部
１５ＰＥ 突出部の先端
１５１ 下地層
１５２ 軟磁性層
１６ 磁気平衡用コイル（スパイラルコイル）
ＰＬ 酸化保護層
２９ 基板
Ｍ０ 残留磁化
ＲＭ０ 還流磁界

Claims (6)

1. 第１の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上方に離間配置され、前記磁気抵抗効果素子に印加される被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールドと、を備えた磁気センサであって、
   前記磁気シールドは、本体部と、前記本体部から前記第１の方向に突出する突出部とを有し、前記本体部は平面視で前記第１の方向に直交する第２の方向を長手とする形状を有し、前記突出部は前記本体部よりも厚さが薄い部分を有すること
   を特徴とする磁気センサ。
2. 前記突出部は、前記磁気シールドの下端に位置する、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 平面視で、前記磁気抵抗効果素子の全体が前記磁気シールドの前記本体部に重なる、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
4. 磁気平衡用コイルをさらに備え、前記磁気平衡用コイルに流れる電流に基づき前記被測定磁界の強度を測定する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
5. 前記磁気平衡用コイルはスパイラルコイルであって、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に位置する、請求項４に記載の磁気センサ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載される磁気センサを備え、前記磁気センサは被測定電流の誘導磁界を前記被測定磁界とする電流センサ。