JP2020073909A - Magnetic field detection device - Google Patents

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真己 永田
Masaki Nagata
真己 永田
司也 渡部
Moriya Watabe
司也 渡部
圭祐 内田
Keisuke Uchida
圭祐 内田
康平 本間
Kohei Homma
康平 本間
啓 平林
Hiroshi Hirabayashi
啓 平林
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Abstract

To provide a magnetic field detection device having more superior magnetic field detection performance.SOLUTION: A magnetic field detection device has a first soft magnetic material, a second soft magnetic material and a magnetic detection element. The first soft magnetic material and the second soft magnetic material are spread along a first surface including a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and arranged oppositely in a third direction orthogonal to both of the first direction and the second direction. The magnetic detection element is provided between the first soft magnetic material and the second soft magnetic material in the third direction.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本発明は、磁気検出素子を用いて磁場を検出する磁場検出装置に関する。   The present invention relates to a magnetic field detection device that detects a magnetic field using a magnetic detection element.

外部磁場を検出する磁場検出装置(磁界検出装置)として、ホール素子や磁気抵抗効果素子を利用したものが知られている(例えば特許文献1参照)。   As a magnetic field detection device (magnetic field detection device) that detects an external magnetic field, a device using a Hall element or a magnetoresistive effect element is known (see, for example, Patent Document 1).

国際公開2008/146809号International Publication No. 2008/146809

ところで、近年、磁場検出の性能向上が求められている。したがって、より優れた磁場検出性能を有する磁場検出装置を提供することが望ましい。   By the way, in recent years, improvement of magnetic field detection performance has been demanded. Therefore, it is desirable to provide a magnetic field detection device having more excellent magnetic field detection performance.

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置は、第1の軟磁性体および第2の軟磁性体と、磁気検出素子とを有する。第1の軟磁性体および第2の軟磁性体は、第1の方向およびこの第1の方向と直交する第2の方向の双方を含む第1の面に沿って広がると共に、第1の方向および第2の方向の双方と直交する第3の方向において対向配置されている。磁気検出素子は、第3の方向において第1の軟磁性体と第2の軟磁性体との間に設けられたものである。   A magnetic field detection device as an embodiment of the present invention includes a first soft magnetic material, a second soft magnetic material, and a magnetic detection element. The first soft magnetic material and the second soft magnetic material spread along the first surface including both the first direction and the second direction orthogonal to the first direction, and the first direction. And in a third direction orthogonal to both the second direction and the second direction. The magnetic detection element is provided between the first soft magnetic body and the second soft magnetic body in the third direction.

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、磁気検出素子を第3の方向において挟むように第1の軟磁性体および第2の軟磁性体を設けるようにした。このため、第3の方向の外部磁場成分に対しては、第1の軟磁性体および第2の軟磁性体がいずれも磁気ヨークとして振舞うこととなる。一方、第1の面に沿った外部磁場成分に対しては、第1の軟磁性体および第2の軟磁性体がいずれも磁気シールドとして振舞うこととなる。   In the magnetic field detection device as one embodiment of the present invention, the first soft magnetic body and the second soft magnetic body are provided so as to sandwich the magnetic detection element in the third direction. Therefore, for the external magnetic field component in the third direction, both the first soft magnetic body and the second soft magnetic body behave as magnetic yokes. On the other hand, both the first soft magnetic material and the second soft magnetic material act as a magnetic shield for the external magnetic field component along the first surface.

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、第1の軟磁性体および第2の軟磁性体のうちの少なくとも一方において、第1の方向の寸法をLXとし、第2の方向の寸法をLYとしたとき、下記の条件式(1)を満たすことが望ましい。
1≦LX/LY≦4 ……(1)
その第1の軟磁性体および第2の軟磁性体のうちの少なくとも一方における第2の方向の磁場に対する限界磁場強度が高まるので、第1の面に沿った第2の方向の磁場に対する磁気的なシールド効果がより向上するからである。なお、ここでいう限界磁場強度とは、その磁性体(この場合は第1の軟磁性体および第2の軟磁性体)の磁化が飽和してしまうこととなる外部磁場の強度をいう。
In the magnetic field detection device as one embodiment of the present invention, at least one of the first soft magnetic material and the second soft magnetic material has a dimension in the first direction as LX and a dimension in the second direction. When LY is LY, it is desirable that the following conditional expression (1) is satisfied.
1 ≦ LX / LY ≦ 4 (1)
Since the limiting magnetic field strength for the magnetic field in the second direction in at least one of the first soft magnetic material and the second soft magnetic material increases, the magnetic field for the magnetic field in the second direction along the first surface increases. This is because the effective shield effect is further improved. The limiting magnetic field strength referred to here is the strength of the external magnetic field that causes the magnetization of the magnetic material (in this case, the first soft magnetic material and the second soft magnetic material) to be saturated.

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であってもよい。また、第1の軟磁性体は第2の軟磁性体と対向する第1の対向面を含み、第2の軟磁性体は第1の軟磁性体と対向する第2の対向面を含み、第1の面に対する、磁気検出素子と第1の対向面の端縁とを結ぶ第1の直線のなす第1の角度が45°以下であり、第1の面に対する、磁気検出素子と第2の対向面の端縁とを結ぶ第2の直線のなす第2の角度が45°以下であるとよい。その場合、第3の方向において、第1の対向面の端縁の位置と第2の対向面の端縁の位置とが一致していると共に、下記の条件式(2)を満たしているとよい。
L≧D/2 ……(2)
ただし、Lは第1の面に沿った方向における、第1の対向面の端縁と磁気検出素子の端縁との距離であり、Dは第1の対向面と第2の対向面との距離である。
In the magnetic field detection device as one embodiment of the present invention, the magnetic detection element may be a magnetoresistive effect element. Further, the first soft magnetic body includes a first facing surface facing the second soft magnetic body, the second soft magnetic body includes a second facing surface facing the first soft magnetic body, The first angle formed by the first straight line connecting the magnetic detection element and the edge of the first facing surface with respect to the first surface is 45 ° or less, and the magnetic detection element with the second surface with respect to the first surface The second angle formed by the second straight line connecting to the edge of the facing surface is preferably 45 ° or less. In that case, in the third direction, the position of the edge of the first facing surface and the position of the edge of the second facing surface match, and the following conditional expression (2) is satisfied. Good.
L ≧ D / 2 (2)
However, L is the distance between the edge of the first facing surface and the edge of the magnetic detection element in the direction along the first surface, and D is the distance between the first facing surface and the second facing surface. It is a distance.

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置では、第1の対向面および第2の対向面のうちの少なくとも一方には、1以上の突起部が形成されているとよい。その場合、突起部の一部は、第1の面に対して実質的に平行であって磁気検出素子を含む階層の一部を占めているとよい。   In the magnetic field detection device as one embodiment of the present invention, at least one of the first facing surface and the second facing surface may have one or more protrusions. In that case, it is preferable that a part of the protrusion be substantially parallel to the first surface and occupy a part of a layer including the magnetic detection element.

本発明の一実施の形態としての磁場検出装置によれば、第1の軟磁性体および第2の軟磁性体が、第1の面に沿った外部磁場成分に対してシールド効果を発揮する一方で第3の方向の外部磁場成分に対してはその増強を行う。したがって、第3の方向の外部磁場成分に対し、高い磁場検出性能を発揮することができる。   According to the magnetic field detection device as one embodiment of the present invention, while the first soft magnetic material and the second soft magnetic material exert the shield effect against the external magnetic field component along the first surface, Thus, the external magnetic field component in the third direction is enhanced. Therefore, high magnetic field detection performance can be exhibited for the external magnetic field component in the third direction.

本発明の第1の実施の形態としての磁場検出装置の全体構成を表す概略斜視図である。It is a schematic perspective view showing the whole structure of the magnetic field detection apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した磁場検出装置の断面構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the cross-sectional structure of the magnetic field detection apparatus shown in FIG. 図1に示した磁気検出素子の断面構成を表す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the cross-sectional structure of the magnetic detection element shown in FIG. 図1に示した磁場検出装置に搭載される信号検出回路の一例を表す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a signal detection circuit mounted on the magnetic field detection device shown in FIG. 1. 本発明の第2の実施の形態としての磁場検出装置の全体構成を表す概略斜視図である。It is a schematic perspective view showing the whole structure of the magnetic field detection apparatus as the 2nd Embodiment of this invention. 図4Aに示した磁場検出装置の断面構成を表す断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of the magnetic field detection device illustrated in FIG. 4A. 図4Aおよび図4Bに示した磁場検出装置の変形例(第1の変形例)を表す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a modified example (first modified example) of the magnetic field detection device shown in FIGS. 4A and 4B. 図5Aに示した磁場検出装置の断面構成を表す断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of the magnetic field detection device illustrated in FIG. 5A. 図4Aおよび図4Bに示した磁場検出装置の変形例(第2の変形例)を表す断面図である。It is sectional drawing showing the modification (2nd modification) of the magnetic field detection apparatus shown to FIG. 4A and FIG. 4B. 図4Aおよび図4Bに示した磁場検出装置の変形例(第3の変形例)を表す断面図である。It is sectional drawing showing the modification (3rd modification) of the magnetic field detection apparatus shown to FIG. 4A and FIG. 4B. 図4Aおよび図4Bに示した磁場検出装置の変形例(第4の変形例)を表す断面図である。It is sectional drawing showing the modification (4th modification) of the magnetic field detection apparatus shown to FIG. 4A and FIG. 4B. 実験例1−1の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetic field strength distribution in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 1-1. 実験例1−2の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetic field strength distribution in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 1-2. 実験例1−3の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetic field strength distribution in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 1-3. 実験例1−4の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetic field strength distribution in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 1-4. 実験例1−5の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetic field strength distribution in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 1-5. 実験例2−1の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetic field strength distribution in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 2-1. 実験例2−2の磁場検出装置における磁場強度分布を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetic field strength distribution in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 2-2. 実験例3−1〜3−8の磁場検出装置における臨界磁場強度を表す特性図である。It is a characteristic view showing the critical magnetic field strength in the magnetic field detection apparatus of Experimental example 3-1 to 3-8. 軟磁性体の平面形状の第1の変形例を表す概略図である。It is a schematic diagram showing the 1st modification of the plane shape of a soft magnetic body. 軟磁性体の平面形状の第2の変形例を表す概略図である。It is a schematic diagram showing the 2nd modification of the plane shape of a soft magnetic body. 軟磁性体の平面形状の第3の変形例を表す概略図である。It is a schematic diagram showing the 3rd modification of the plane shape of a soft magnetic body. 軟磁性体の平面形状の第4の変形例を表す概略図である。It is a schematic diagram showing the 4th modification of the plane shape of a soft magnetic body. 第5の変形例としての磁場検出装置を表す断面図である。It is sectional drawing showing the magnetic field detection apparatus as a 5th modification. 第6の変形例としての磁場検出装置を表す断面図である。It is sectional drawing showing the magnetic field detection apparatus as a 6th modification.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
平坦面を各々有する1対の軟磁性層を備えた磁場検出装置の例。
2.第2の実施の形態およびその変形例
2.1 平坦面上に設けられた凸部を各々有する1対の軟磁性層を備えた磁場検出装置の例。
2.2 第1の変形例(1対の軟磁性層に挟まれた複数の磁気検出素子を備えた磁場検出装置の例)。
2.3 第2の変形例(一方の軟磁性層のみに凸部が形成された例)。
2.4 第3の変形例(軟磁性層が他の形状の凸部を有する例)。
2.5 第4の変形例(1対の軟磁性層にそれぞれ異なるピッチで凸部が配列されている例)。
3.実験例
4.その他の変形例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First Embodiment An example of a magnetic field detection device including a pair of soft magnetic layers each having a flat surface.
2. 2. Second Embodiment and its Modifications 2.1 An example of a magnetic field detection device including a pair of soft magnetic layers each having a convex portion provided on a flat surface.
2.2 First modified example (an example of a magnetic field detection device including a plurality of magnetic detection elements sandwiched between a pair of soft magnetic layers).
2.3 Second modification (example in which a convex portion is formed only on one soft magnetic layer).
2.4 Third Modified Example (example in which the soft magnetic layer has convex portions of other shapes).
2.5 Fourth Modified Example (an example in which convex portions are arranged at different pitches in a pair of soft magnetic layers).
3. Experimental example 4. Other variants

<1.第1の実施の形態>
[磁場検出装置1の構成]
最初に、図1A,図1Bおよび図2などを参照して、本発明における第1の実施の形態としての磁場検出装置1の構成について説明する。図1Aは、磁場検出装置1の全体構成例を表す斜視図である。図1Bは、図1Aに示したIB−IB線に沿った矢視方向における磁場検出装置1の断面構成例を表すものである。図2は、図1Aおよび図1Bに示した磁気検出素子20の断面構成例を表すものである。
<1. First Embodiment>
[Configuration of magnetic field detection device 1]
First, the configuration of the magnetic field detection device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, 2 and the like. FIG. 1A is a perspective view showing an example of the overall configuration of the magnetic field detection device 1. FIG. 1B shows a cross-sectional configuration example of the magnetic field detection device 1 in the arrow direction along the line IB-IB shown in FIG. 1A. FIG. 2 shows an example of a sectional configuration of the magnetic detection element 20 shown in FIGS. 1A and 1B.

磁場検出装置1は、自らに及ぶ外部磁場の有無や方向、強度などを検出するデバイスであり、例えば電子コンパスに搭載されるものである。磁場検出装置1は、例えばZ軸方向において対向配置された1対の軟磁性層11,12と、Z軸方向において軟磁性層11と軟磁性層12との間に設けられた磁気検出素子20とを備えている。磁場検出装置1は、さらに、磁気検出素子20へセンス電流を流すためのリード21,22を有している。なお、図2では、リード21,22の図示を省略している。   The magnetic field detection device 1 is a device that detects the presence, direction, strength, and the like of an external magnetic field reaching itself, and is mounted on, for example, an electronic compass. The magnetic field detection device 1 includes, for example, a pair of soft magnetic layers 11 and 12 arranged to face each other in the Z-axis direction, and a magnetic detection element 20 provided between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 in the Z-axis direction. It has and. The magnetic field detection device 1 further has leads 21 and 22 for flowing a sense current to the magnetic detection element 20. Note that, in FIG. 2, illustration of the leads 21 and 22 is omitted.

(軟磁性層11,12)
軟磁性層11,12は、いずれも、Z軸方向と直交するXY平面に沿って広がっている。軟磁性層11,12は、例えばニッケル鉄合金(NiFe)などの高飽和磁束密度を有する軟磁性金属材料により構成されている。軟磁性層11,12は、図1Aに示したように、XY平面における平面形状が矩形であり、X軸方向の寸法をLXとし、Y軸方向の寸法をLYとしたとき、寸法LYに対する寸法LXの比(LX/LY)が1以上4以下であることが望ましい。すなわち、下記の条件式(1)を満たすことが望ましい。
1≦LX/LY≦4 ……(1)
その場合、軟磁性層11,12は、Y軸方向の外部磁場が磁気検出素子20に及ぶのをより効果的に防止する磁気シールドとして機能するからである。したがって、この磁場検出装置1を用いる際には、Y軸方向を、検出対象とする外部磁場成分と異なる方向の不要な外部磁場成分の方向と一致させるようにするとよい。そのように磁場検出装置1の姿勢(向き)を設定することで、不要な外部磁場成分から磁気検出素子20を磁気的にシールドすることができるからである。軟磁性層11は、軟磁性層12と対向する平坦面11Sを含んでおり、一方の軟磁性層12は、軟磁性層11と対向する平坦面12Sを含んでいる。平坦面11Sおよび平坦面12Sは、いずれもXY平面に実質的に平行である。
(Soft magnetic layers 11 and 12)
Each of the soft magnetic layers 11 and 12 extends along the XY plane orthogonal to the Z-axis direction. The soft magnetic layers 11 and 12 are made of, for example, a soft magnetic metal material having a high saturation magnetic flux density such as nickel iron alloy (NiFe). As shown in FIG. 1A, the soft magnetic layers 11 and 12 have a rectangular planar shape in the XY plane, and when the dimension in the X-axis direction is LX and the dimension in the Y-axis direction is LY, the dimension with respect to the dimension LY is set. It is desirable that the LX ratio (LX / LY) be 1 or more and 4 or less. That is, it is desirable to satisfy the following conditional expression (1).
1 ≦ LX / LY ≦ 4 (1)
In that case, the soft magnetic layers 11 and 12 function as a magnetic shield that more effectively prevents the external magnetic field in the Y-axis direction from reaching the magnetic detection element 20. Therefore, when using this magnetic field detection device 1, it is preferable to make the Y-axis direction coincide with the direction of an unnecessary external magnetic field component in a direction different from the external magnetic field component to be detected. This is because by setting the attitude (direction) of the magnetic field detection device 1 in this way, the magnetic detection element 20 can be magnetically shielded from unnecessary external magnetic field components. The soft magnetic layer 11 includes a flat surface 11S facing the soft magnetic layer 12, and the one soft magnetic layer 12 includes a flat surface 12S facing the soft magnetic layer 11. Both the flat surface 11S and the flat surface 12S are substantially parallel to the XY plane.

(磁気検出素子20)
磁気検出素子20は、例えば外部磁場の方向や強度に応じて抵抗変化を示す磁気抵抗効果(MR;Magneto-Resistive effect)素子が用いられる。磁気検出素子20は、例えば図2に示したように、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造を有するCPP(Current Perpendicular to Plane)型のMR素子であり、センス電流が自らの内部を積層方向に流れるものである。具体的には、磁気検出素子20は、図2に示したように、反強磁性層31と、一定方向に固着された磁化を有する磁化固着層32と、特定の磁化方向を発現しない中間層33と、外部磁場に応じて変化する磁化を有する磁化自由層34とが順に積層された積層体を含むものである。なお、反強磁性層31、磁化固着層32,中間層33および磁化自由層34は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。このようなMR素子においては、その積層方向と直交する膜面内に沿った磁束の変化に応じて抵抗変化が生じる。この磁場検出装置1において磁気検出素子20の積層方向をZ軸方向とした場合、Z軸方向の磁束F(図1B)の変化に応じて抵抗変化を生じるようにするためには、第2の実施の形態以降で説明するとおり、磁気検出素子20の近傍において磁束Fの向きを磁気検出素子20の感磁方向であるXY面内方向に沿うように曲げることができる凸部等を設けることが好ましい。
(Magnetic detection element 20)
As the magnetic detection element 20, for example, a magnetoresistive effect (MR) element that exhibits a resistance change according to the direction and strength of an external magnetic field is used. The magnetic detection element 20 is, for example, as shown in FIG. 2, a CPP (Current Perpendicular to Plane) type MR element having a spin valve structure in which a plurality of functional films including a magnetic layer are stacked, and the sense current itself is Flowing in the stacking direction. Specifically, as shown in FIG. 2, the magnetic detection element 20 includes an antiferromagnetic layer 31, a magnetization pinned layer 32 having a magnetization pinned in a certain direction, and an intermediate layer not expressing a specific magnetization direction. 33 and a magnetization free layer 34 having a magnetization that changes in accordance with an external magnetic field are sequentially laminated. Each of the antiferromagnetic layer 31, the magnetization pinned layer 32, the intermediate layer 33, and the magnetization free layer 34 may have a single-layer structure or a multilayer structure composed of a plurality of layers. In such an MR element, the resistance changes in accordance with the change in the magnetic flux along the film surface orthogonal to the stacking direction. In the magnetic field detection device 1, when the stacking direction of the magnetic detection elements 20 is set to the Z-axis direction, in order to cause the resistance change according to the change of the magnetic flux F (FIG. 1B) in the Z-axis direction, the second As described in the embodiments and subsequent embodiments, a convex portion or the like which can bend the direction of the magnetic flux F in the vicinity of the magnetic detection element 20 so as to be along the XY in-plane direction which is the magnetic sensitive direction of the magnetic detection element 20 is provided. preferable.

反強磁性層31は、白金マンガン合金(PtMn)やイリジウムマンガン合金(IrMn)などの反強磁性材料により構成されるものである。反強磁性層31は、例えば隣接する磁化固着層32の磁化の向きと実質的に同じ方向のスピン磁気モーメントと、それと正反対の方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固着層32の磁化の向きを、一定方向へ固定するように作用する。   The antiferromagnetic layer 31 is made of an antiferromagnetic material such as a platinum manganese alloy (PtMn) or an iridium manganese alloy (IrMn). The antiferromagnetic layer 31 is in a state in which, for example, the spin magnetic moment substantially in the same direction as the magnetization direction of the adjacent magnetization pinned layer 32 and the spin magnetic moment in the opposite direction to the magnetization direction are completely canceled each other. It acts so as to fix the magnetization direction of the pinned layer 32 in a fixed direction.

磁化固着層32は、例えばコバルト(Co)やコバルト鉄合金(CoFe)、コバルト鉄ボロン合金(CoFeB)などの強磁性材料からなる。   The magnetization fixed layer 32 is made of a ferromagnetic material such as cobalt (Co), cobalt iron alloy (CoFe), or cobalt iron boron alloy (CoFeB).

中間層33は、磁気検出素子20が磁気トンネル接合(MTJ:magnetic tunneling junction)素子である場合、例えば酸化マグネシウム(MgO)からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。MgOからなるトンネルバリア層は、例えば、MgOからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム(Mg)の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、MgOのほか、アルミニウム(Al),タンタル(Ta),ハフニウム(Hf)の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層33を構成することも可能である。また、磁気検出素子20が例えばGMR(Giant Magnetoresistive)素子である場合、中間層33は銅(Cu)、ルテニウム(Ru)または金(Au)などの非磁性高導電性材料により構成される。   When the magnetic detection element 20 is a magnetic tunneling junction (MTJ: magnetic tunneling junction) element, the intermediate layer 33 is a non-magnetic tunnel barrier layer made of, for example, magnesium oxide (MgO), and a tunneling current based on quantum mechanics passes therethrough. It is as thin as possible. The tunnel barrier layer made of MgO is obtained by, for example, a sputtering process using a target made of MgO, an oxidation process of a thin film of magnesium (Mg), or a reactive sputtering process of sputtering magnesium in an oxygen atmosphere. .. In addition to MgO, the intermediate layer 33 can be formed using an oxide or a nitride of aluminum (Al), tantalum (Ta), or hafnium (Hf). When the magnetic detection element 20 is, for example, a GMR (Giant Magnetoresistive) element, the intermediate layer 33 is made of a nonmagnetic highly conductive material such as copper (Cu), ruthenium (Ru) or gold (Au).

磁化自由層34は軟質強磁性層であり、例えば磁化固着層32の磁化の向きと実質的に直交する磁化容易軸を有するものである。磁化自由層34は、例えばコバルト鉄合金(CoFe)、ニッケル鉄合金(NiFe)あるいはコバルト鉄ボロン(CoFeB)などによって構成される。   The magnetization free layer 34 is a soft ferromagnetic layer, and has, for example, an easy axis of magnetization substantially orthogonal to the magnetization direction of the magnetization pinned layer 32. The magnetization free layer 34 is made of, for example, a cobalt iron alloy (CoFe), a nickel iron alloy (NiFe), or cobalt iron boron (CoFeB).

(リード21,22)
リード21は磁気検出素子20の一端面(例えば磁化自由層34)と接するようにXY平面において延在し、リード22は磁気検出素子20の他端面(例えば反強磁性層31)と接するようにXY平面において延在している。リード21,22は、例えば銅やアルミニウム(Al)などの、高導電性非磁性材料により形成されている。
(Leads 21, 22)
The lead 21 extends in the XY plane so as to come into contact with one end surface (for example, the magnetization free layer 34) of the magnetic detection element 20, and the lead 22 comes into contact with the other end surface (for example, the antiferromagnetic layer 31) of the magnetic detection element 20. It extends in the XY plane. The leads 21 and 22 are formed of a highly conductive non-magnetic material such as copper or aluminum (Al).

(磁気検出素子20の配置位置)
図1Bに示したように、磁場検出装置1では、平坦面11Sに対する、磁気検出素子20と平坦面11SのY軸方向の両端に位置する端縁11T1,11T2とを結ぶ直線LA1,LA2のなす角度A1,A2がいずれも45°以下であるとよい。さらに、平坦面12Sに対する、磁気検出素子20と平坦面12SのY軸方向の両端に位置する端縁12T1,12T2とを結ぶ直線LB1,LB2のなす角度B1,B2がいずれも45°以下であるとよい。すなわち、磁気検出素子20は、図1Bに示した4つの直線LA1,LA2,LB1,LB2より取り囲まれた空間に配置されているとよい。磁気検出素子20が、Y軸方向の外部磁場成分から軟磁性層11,12により十分にシールドされるからである。なお、図1Bに示したように、端縁11T1は端面11E1と平坦面11Sとが交差する部分であり、端縁11T2は端面11E2と平坦面11Sとが交差する部分である。同様に、端縁12T1は端面12E1と平坦面12Sとが交差する部分であり、端縁12T2は端面12E2と平坦面12Sとが交差する部分である。端縁11T1,11T2,12T1,12T2はいずれもX軸方向に直線状に延在している。
(Arrangement position of the magnetic detection element 20)
As shown in FIG. 1B, in the magnetic field detection device 1, straight lines LA1 and LA2 connecting the magnetic detection element 20 to the flat surface 11S and the edges 11T1 and 11T2 located at both ends of the flat surface 11S in the Y-axis direction are formed. Both angles A1 and A2 are preferably 45 ° or less. Further, the angles B1 and B2 formed by the straight lines LB1 and LB2 connecting the magnetic detection element 20 and the edges 12T1 and 12T2 located at both ends of the flat surface 12S in the Y-axis direction with respect to the flat surface 12S are both 45 ° or less. Good. That is, the magnetic detection element 20 is preferably arranged in the space surrounded by the four straight lines LA1, LA2, LB1, LB2 shown in FIG. 1B. This is because the magnetic detection element 20 is sufficiently shielded from the external magnetic field component in the Y-axis direction by the soft magnetic layers 11 and 12. As shown in FIG. 1B, the edge 11T1 is a portion where the end surface 11E1 and the flat surface 11S intersect, and the edge 11T2 is a portion where the end surface 11E2 and the flat surface 11S intersect. Similarly, the edge 12T1 is a portion where the end surface 12E1 and the flat surface 12S intersect, and the edge 12T2 is a portion where the end surface 12E2 and the flat surface 12S intersect. Each of the end edges 11T1, 11T2, 12T1 and 12T2 extends linearly in the X-axis direction.

図1Bに示したように、Z軸方向において、軟磁性層11の端縁11T1,11T2の位置と軟磁性層12の端縁12T1,12T2の位置とがそれぞれ実質的に一致している場合、下記の条件式(2)を満たすことが望ましい。この場合も、磁気検出素子20が、Y軸方向の外部磁場成分から軟磁性層11,12により十分にシールドされるからである。   As shown in FIG. 1B, when the positions of the edges 11T1 and 11T2 of the soft magnetic layer 11 and the positions of the edges 12T1 and 12T2 of the soft magnetic layer 12 substantially coincide with each other in the Z-axis direction, It is desirable to satisfy the following conditional expression (2). Also in this case, the magnetic detection element 20 is sufficiently shielded from the external magnetic field component in the Y-axis direction by the soft magnetic layers 11 and 12.

L≧D/2 ……(2)
ただし、Lは、Y軸方向における、端縁11T1,11T2と磁気検出素子20の端縁との距離であり、Dは、平坦面11Sと平坦面12Sとの距離である(図1B参照)。
L ≧ D / 2 (2)
However, L is the distance between the edges 11T1 and 11T2 and the edge of the magnetic detection element 20 in the Y-axis direction, and D is the distance between the flat surface 11S and the flat surface 12S (see FIG. 1B).

(信号検出回路)
磁場検出装置1は、例えば図3に示した信号検出回路を有している。この信号検出回路は、例えば電圧印加部101と、磁気検出素子20と、抵抗変化検出部102と、信号処理部103とを含んでいる。磁気検出素子20には、電圧印加部101と、抵抗変化検出部102とが接続されている。信号処理部103は抵抗変化検出部102と接続されている。
(Signal detection circuit)
The magnetic field detection device 1 has, for example, the signal detection circuit shown in FIG. This signal detection circuit includes, for example, a voltage application unit 101, a magnetic detection element 20, a resistance change detection unit 102, and a signal processing unit 103. A voltage application unit 101 and a resistance change detection unit 102 are connected to the magnetic detection element 20. The signal processing unit 103 is connected to the resistance change detection unit 102.

[磁場検出装置1の作用効果]
磁場検出装置1では、上記の信号検出回路により、磁場検出装置1に及ぶ外部磁場に応じた出力が得られる。具体的には、上記の信号検出回路において、電圧印加部101により、リード21とリード22との間に所定の電圧を印加することで、そのときの磁気検出素子20の電気抵抗に対応したセンス電流が流れる。磁気検出素子20の電気抵抗は、磁気検出素子20の磁化状態、すなわち、磁化固着層32の磁化の向きに対する磁化自由層34の磁化の向きによって変化する。磁気検出素子20を流れるセンス電流は抵抗変化検出部102において検出され、抵抗変化検出部102により信号処理部103へ信号が出力される。さらに、信号処理部103において抵抗変化検出部102からの出力に基づいた信号が生成されて外部へ出力される。これにより、磁場検出装置1に及ぶ外部磁場に応じた出力が信号検出回路から得られる。
[Operation and Effect of Magnetic Field Detector 1]
In the magnetic field detection device 1, the signal detection circuit described above can provide an output according to the external magnetic field reaching the magnetic field detection device 1. Specifically, in the above signal detection circuit, by applying a predetermined voltage between the lead 21 and the lead 22 by the voltage application unit 101, a sense corresponding to the electric resistance of the magnetic detection element 20 at that time. An electric current flows. The electric resistance of the magnetic detection element 20 changes depending on the magnetization state of the magnetic detection element 20, that is, the magnetization direction of the magnetization free layer 34 with respect to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 32. The sense current flowing through the magnetic detection element 20 is detected by the resistance change detection unit 102, and the resistance change detection unit 102 outputs a signal to the signal processing unit 103. Further, the signal processing unit 103 generates a signal based on the output from the resistance change detection unit 102 and outputs the signal to the outside. As a result, an output corresponding to the external magnetic field reaching the magnetic field detection device 1 is obtained from the signal detection circuit.

本実施の形態の磁場検出装置1では、磁気検出素子20をZ軸方向において挟むように対向配置された1対の軟磁性層11と軟磁性層12とを設けるようにした。このため、Z軸方向の外部磁場成分に対しては、軟磁性層11および軟磁性層12がいずれも磁気ヨークとして振舞うこととなる。一方、Y軸方向の外部磁場成分に対しては、軟磁性層11および軟磁性層12がいずれも磁気シールドとして振舞うこととなる。すなわち、磁場検出装置1によれば、軟磁性層11および軟磁性層12が、Y軸方向の外部磁場成分に対してシールド効果を発揮する一方でZ軸方向の外部磁場成分に対してはその増強を行うこととなる。したがって、Z軸方向の外部磁場成分に対し、高い磁場検出性能を発揮することができる。   In the magnetic field detection device 1 of the present embodiment, a pair of soft magnetic layer 11 and soft magnetic layer 12 are arranged so as to face each other so as to sandwich the magnetic detection element 20 in the Z-axis direction. Therefore, both the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 behave as magnetic yokes with respect to the external magnetic field component in the Z-axis direction. On the other hand, for the external magnetic field component in the Y-axis direction, both the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 behave as magnetic shields. That is, according to the magnetic field detection device 1, the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 exert the shield effect on the external magnetic field component in the Y-axis direction, while exhibiting the shield effect on the external magnetic field component in the Z-axis direction. It will be strengthened. Therefore, high magnetic field detection performance can be exhibited for the external magnetic field component in the Z-axis direction.

<2.第2の実施の形態>
[2.1 磁場検出装置2]
次に、図4Aおよび図4Bを参照して、本発明における第2の実施の形態としての磁場検出装置2の構成について説明する。図4Aは、磁場検出装置2の全体構成例を表す斜視図である。図4Bは、図4Aに示したIVB−IVB線に沿った矢視方向における磁場検出装置2のYZ断面の構成例を表すものである。
<2. Second Embodiment>
[2.1 Magnetic field detector 2]
Next, with reference to FIGS. 4A and 4B, the configuration of the magnetic field detection device 2 according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4A is a perspective view showing an example of the overall configuration of the magnetic field detection device 2. FIG. 4B shows a configuration example of the YZ cross section of the magnetic field detection device 2 in the arrow direction along the line IVB-IVB shown in FIG. 4A.

本実施の形態の磁場検出装置2では、軟磁性層11の平坦面11S上に凸部11Pを設けると共に、軟磁性層12の平坦面12S上に凸部12Pを設けるようにした。さらに、磁気検出素子20としてのMR素子の積層方向をZ軸方向とし、リード21を磁気検出素子20の上面と接続し、リード22を磁気検出素子20の下面と接続するようにした。磁場検出装置2は、これらの点を除き、他は上記第1の実施の形態における磁場検出装置1と実質的に同様の構成を有する。   In the magnetic field detection device 2 of the present embodiment, the convex portion 11P is provided on the flat surface 11S of the soft magnetic layer 11, and the convex portion 12P is provided on the flat surface 12S of the soft magnetic layer 12. Furthermore, the stacking direction of the MR element as the magnetic detection element 20 is set to the Z-axis direction, the lead 21 is connected to the upper surface of the magnetic detection element 20, and the lead 22 is connected to the lower surface of the magnetic detection element 20. Except for these points, the magnetic field detection device 2 has substantially the same configuration as the magnetic field detection device 1 in the first embodiment described above.

図4Aおよび図4Bに示したように、凸部11Pは、平坦面11S上において、平坦面12Sへ向けて突出するように立設されている。一方凸部12Pは、平坦面12S上において、対向する平坦面11Sへ向けて突出するように立設されている。但し、凸部11Pと凸部12Pとは、XY面内において互いに異なる位置に設けられている。また、磁気検出素子20は、XY面内において(ここではY軸方向において)凸部11Pと凸部12Pとの間に挟まれる位置に配置されている。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the convex portion 11P is erected on the flat surface 11S so as to project toward the flat surface 12S. On the other hand, the convex portion 12P is erected on the flat surface 12S so as to project toward the opposing flat surface 11S. However, the convex portion 11P and the convex portion 12P are provided at different positions in the XY plane. Further, the magnetic detection element 20 is arranged at a position sandwiched between the convex portion 11P and the convex portion 12P in the XY plane (here, in the Y-axis direction).

このように磁場検出装置2では、軟磁性層11,12に凸部11P,12Pを設け、それらの間に磁気検出素子20を設けるようにしたので、Z軸方向の外部磁場成分による磁束Fを磁気検出素子20に集中させることができる。その際、磁気検出素子20の近傍において磁束Fの向きを磁気検出素子20の感磁方向であるXY面内方向に沿うように曲げることができる。よって、軟磁性層11,12の延在方向と磁気検出素子20の各層の延在方向とを実質的に一致させることができ、製造が容易となる。   As described above, in the magnetic field detection device 2, since the soft magnetic layers 11 and 12 are provided with the convex portions 11P and 12P and the magnetic detection element 20 is provided between them, the magnetic flux F due to the external magnetic field component in the Z-axis direction is generated. It can be concentrated on the magnetic detection element 20. At that time, the direction of the magnetic flux F in the vicinity of the magnetic detection element 20 can be bent along the XY in-plane direction, which is the magnetically sensitive direction of the magnetic detection element 20. Therefore, the extending directions of the soft magnetic layers 11 and 12 and the extending directions of the respective layers of the magnetic detection element 20 can be substantially matched with each other, which facilitates manufacturing.

[2.2 磁場検出装置2A]
次に、図5Aおよび図5Bを参照して、上記第2の実施の形態における第1の変形例としての磁場検出装置2Aについて説明する。図5Aは、磁場検出装置2Aの全体構成例を表す斜視図である。図5Bは、図5Aに示したVB−VB線に沿った矢視方向における磁場検出装置2Aの断面構成例を表すものである。
[2.2 Magnetic Field Detector 2A]
Next, with reference to FIG. 5A and FIG. 5B, a magnetic field detection device 2A as a first modification example of the second embodiment will be described. FIG. 5A is a perspective view showing an example of the overall configuration of the magnetic field detection device 2A. FIG. 5B shows an example of a cross-sectional configuration of the magnetic field detection device 2A in the arrow direction along the line VB-VB shown in FIG. 5A.

磁場検出装置2Aは、1対の軟磁性層11,12の間に挟まれた複数の磁気検出素子20を備えるようにしたものである。図5Aでは2行3列で配列された6つの磁気検出素子20を例示しているが、複数の磁気検出素子20の個数およびそれらの配列の形態についてはそれに限定されるものではない。但し、複数の磁気検出素子20は、全て同一の階層に設けられているとよい。複数の磁気検出素子20は、例えば、複数のリード23と複数のリード24とによって全体として直列に接続されている。また、隣り合う磁気検出素子20同士の間に、凸部11Pまたは凸部12Pが設けられている(図5B)。こうすることにより、磁場検出装置2Aでは、磁場検出装置2と比較して全体の出力を増大させることができる。なお、図5Aでは、煩雑さを避けるため、凸部11Pおよび凸部12Pの図示を省略している。   The magnetic field detection device 2A is provided with a plurality of magnetic detection elements 20 sandwiched between a pair of soft magnetic layers 11 and 12. Although FIG. 5A illustrates six magnetic detection elements 20 arranged in two rows and three columns, the number of the plurality of magnetic detection elements 20 and the arrangement form thereof are not limited thereto. However, it is preferable that the plurality of magnetic detection elements 20 are all provided in the same layer. The plurality of magnetic detection elements 20 are connected in series as a whole by a plurality of leads 23 and a plurality of leads 24, for example. Further, the convex portion 11P or the convex portion 12P is provided between the adjacent magnetic detection elements 20 (FIG. 5B). By doing so, the magnetic field detection device 2A can increase the overall output as compared with the magnetic field detection device 2. In addition, in FIG. 5A, in order to avoid complexity, illustration of the convex portion 11P and the convex portion 12P is omitted.

[2.3 磁場検出装置2B]
次に、図6を参照して、上記第2の実施の形態における第2の変形例としての磁場検出装置2Bについて説明する。図6は、磁場検出装置2Bの全体構成例を表す断面図である。上記磁場検出装置2Aでは、軟磁性層11に凸部11Pを設けると共に軟磁性層12に凸部12Pを設けるようにしたが、本変形例としての磁場検出装置2Bでは、軟磁性層11のみに凸部11Pを設けるようにした。なお、軟磁性層12のみに凸部12Pを設けるようにしてもよい。この場合であっても。第1の実施の形態の磁場検出装置1のように凸部を有しない場合と比較して、Z軸方向の外部磁場成分の磁束を集束させて磁気検出素子20へ導くことができる。
[2.3 Magnetic field detector 2B]
Next, with reference to FIG. 6, a magnetic field detection device 2B as a second modification of the second embodiment will be described. FIG. 6 is a sectional view showing an example of the overall configuration of the magnetic field detection device 2B. In the magnetic field detecting device 2A, the soft magnetic layer 11 is provided with the convex portion 11P and the soft magnetic layer 12 is provided with the convex portion 12P. The convex portion 11P is provided. The convex portion 12P may be provided only on the soft magnetic layer 12. Even in this case. The magnetic flux of the external magnetic field component in the Z-axis direction can be focused and guided to the magnetic detection element 20, as compared with the case where the magnetic field detection device 1 of the first embodiment does not have a convex portion.

本変形例としての磁場検出装置2Bによれば、磁場検出装置2Aと比較してZ軸方向に対する磁場の検出感度は低下するものの、磁気検出素子20の設置場所の自由度が高まる。例えば、1つの凸部11Pの周囲に複数の磁気検出素子20を配置することも可能となる。また、下地となる軟磁性層12の平坦面12Sが各々の磁気検出素子20と対向することとなるので、複数の磁気検出素子20の相互間における、各々の磁気検出素子20におよぶ磁束密度のばらつきや検出感度のばらつきを低減しやすい。さらに、軟磁性層12に凸部12Pを設ける工程が不要となるので、磁場検出装置2Aの製造プロセスと比較して磁場検出装置2Bの製造プロセスは簡略化される。   According to the magnetic field detection device 2B as the present modification, the magnetic field detection sensitivity in the Z-axis direction is lower than that of the magnetic field detection device 2A, but the degree of freedom of the installation location of the magnetic detection element 20 is increased. For example, it is possible to arrange a plurality of magnetic detection elements 20 around one convex portion 11P. In addition, since the flat surface 12S of the soft magnetic layer 12 as the base faces the respective magnetic detection elements 20, the magnetic flux density of the magnetic detection elements 20 between the plurality of magnetic detection elements 20 is reduced. It is easy to reduce variations and variations in detection sensitivity. Further, since the step of providing the convex portion 12P on the soft magnetic layer 12 is unnecessary, the manufacturing process of the magnetic field detecting device 2B is simplified as compared with the manufacturing process of the magnetic field detecting device 2A.

[2.4 磁場検出装置2C]
次に、図7を参照して、上記第2の実施の形態における第3の変形例としての磁場検出装置2Cについて説明する。図7は、磁場検出装置2Cの全体構成例を表す断面図である。上記磁場検出装置2では、軟磁性層11に矩形状の凸部11Pを設けると共に軟磁性層12に矩形状の凸部12Pを設けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。本変形例としての磁場検出装置2Cでは、頭頂部が丸みを帯びた略円錐台形状の凸部11P,12Pを設けるようにした。また、本変形例では、凸部11P,12Pの一部は、XY平面に対して実質的に平行である、磁気検出素子20を含む階層と同一の階層に存在している。
[2.4 Magnetic field detector 2C]
Next, a magnetic field detection device 2C as a third modification example of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the overall configuration of the magnetic field detection device 2C. In the magnetic field detection device 2, the soft magnetic layer 11 is provided with the rectangular convex portion 11P and the soft magnetic layer 12 is provided with the rectangular convex portion 12P, but the present invention is not limited to this. .. In the magnetic field detection device 2C as the present modified example, the convex portions 11P and 12P having a substantially truncated cone shape with rounded tops are provided. Further, in this modification, a part of the convex portions 11P and 12P exists in the same layer as the layer including the magnetic detection element 20 that is substantially parallel to the XY plane.

本変形例としての磁場検出装置2Cによれば、凸部11P,12Pの頭頂部が丸みを帯びた形状を有するので、例えばZ軸方向の外部磁場成分を検出する場合に、凸部11P,12Pの頭頂部周辺における磁場強度の空間変化が滑らかになる。よって、複数の磁気検出素子20の配置位置のずれに起因する検出誤差が緩和されることが期待できる。   According to the magnetic field detection device 2C as the present modification, since the crowns of the protrusions 11P and 12P have a rounded shape, when detecting the external magnetic field component in the Z-axis direction, for example, the protrusions 11P and 12P. The spatial variation of the magnetic field strength around the parietal region of the is smoothed. Therefore, it can be expected that the detection error caused by the displacement of the arrangement positions of the plurality of magnetic detection elements 20 is alleviated.

[2.5 磁場検出装置2D]
次に、図8を参照して、上記第2の実施の形態における第4の変形例としての磁場検出装置2Dについて説明する。図8は、磁場検出装置2Dの全体構成例を表す断面図である。上記磁場検出装置2Aでは、軟磁性層11に設けられた複数の凸部11Pの配列間隔と、軟磁性層12に設けられた複数の凸部12Pの配列間隔とが実質的に一致するようにした。これに対し本変形例では、複数の凸部11Pの配列間隔が、複数の凸部12Pの配列間隔と異なっている。図8では、複数の凸部11Pの配列間隔P11が複数の凸部12Pの配列間隔P12よりも長い場合を例示している。
[2.5 Magnetic field detector 2D]
Next, a magnetic field detection device 2D as a fourth modification example of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a sectional view showing an example of the overall configuration of the magnetic field detection device 2D. In the above magnetic field detection device 2A, the arrangement interval of the plurality of convex portions 11P provided on the soft magnetic layer 11 and the arrangement interval of the plurality of convex portions 12P provided on the soft magnetic layer 12 are substantially equal to each other. did. On the other hand, in the present modification, the arrangement interval of the plurality of convex portions 11P is different from the arrangement interval of the plurality of convex portions 12P. FIG. 8 illustrates the case where the array interval P11 of the plurality of convex portions 11P is longer than the array interval P12 of the plurality of convex portions 12P.

本変形例としての磁場検出装置2Dによれば、複数の磁気検出素子20における各々の磁場検出感度を、各々の磁気検出素子20と凸部11Pおよび凸部12Pとの距離を変更することで適宜調整することができる。   According to the magnetic field detection device 2D as the present modification, the magnetic field detection sensitivities of the plurality of magnetic detection elements 20 are appropriately changed by changing the distances between the magnetic detection elements 20 and the convex portions 11P and the convex portions 12P. Can be adjusted.

<3.実験例>
[3.1 実験例1−1〜1−5]
次に、本発明の磁場検出装置(例えば磁場検出装置1)に対しY軸方向の外部磁場が印加されたときの、その磁場検出装置周辺の磁場強度分布をシミュレーションにより求めた。ここでは、軟磁性層11,12において、X軸方向の寸法LXを180μm、Y軸方向の寸法LYを140μm、厚さTを10μmとした。また、軟磁性層11と軟磁性層12との間隔Dを10μm〜150μmの範囲で変化させた。具体的には、実験例1−1では間隔Dを10μm、実験例1−2では間隔Dを20μm、実験例1−3では間隔Dを30μm、実験例1−4では間隔Dを100μm、実験例1−5では間隔Dを150μmとした。それらのシミュレーション結果を図9A〜図9Eにそれぞれ示す。図9A〜図9Eに示したように、軟磁性層11と軟磁性層12との間隔D距離(ギャップ)を大きくするほど、軟磁性層11と軟磁性層12とによって挟まれた空間に磁束が少しずつ入り込むことが確認された。図9Aに示したように、間隔Dが小さい場合には軟磁性層11および軟磁性層12によって極めて高いシールド効果が発揮されており、磁束は軟磁性層11と軟磁性層12との間の空間へはほとんど入り込んでいない。一方、間隔Dが大きくなるほど、軟磁性層11および軟磁性層12の各々の周縁部において徐々に磁束が進入する様子が確認された(図9B〜図9E)。しかしながら、軟磁性層11と軟磁性層12とによって挟まれた空間に磁気検出素子を配置すれば、Y軸方向の外部磁場につき、その磁気検出素子に対するシールド効果が得られることがわかった。
<3. Experimental example>
[3.1 Experimental Examples 1-1 to 1-5]
Next, a magnetic field intensity distribution around the magnetic field detection device when an external magnetic field in the Y-axis direction was applied to the magnetic field detection device of the present invention (for example, the magnetic field detection device 1) was obtained by simulation. Here, in the soft magnetic layers 11 and 12, the dimension LX in the X-axis direction is 180 μm, the dimension LY in the Y-axis direction is 140 μm, and the thickness T is 10 μm. Further, the distance D between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 was changed within the range of 10 μm to 150 μm. Specifically, the spacing D is 10 μm in Experimental Example 1-1, the spacing D is 20 μm in Experimental Example 1-2, the spacing D is 30 μm in Experimental Example 1-3, and the spacing D is 100 μm in Experimental Example 1-4. In Example 1-5, the distance D was set to 150 μm. The simulation results are shown in FIGS. 9A to 9E, respectively. As shown in FIGS. 9A to 9E, as the distance D (gap) between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 is increased, the magnetic flux is generated in the space between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12. It was confirmed that was gradually entering. As shown in FIG. 9A, when the distance D is small, the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 exhibit an extremely high shielding effect, and the magnetic flux is generated between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12. Almost no entry into the space. On the other hand, it was confirmed that the magnetic flux gradually entered at the peripheral portions of the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 as the distance D increased (FIGS. 9B to 9E). However, it has been found that when the magnetic detection element is arranged in the space sandwiched by the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12, a shield effect can be obtained for the external magnetic field in the Y-axis direction with respect to the magnetic detection element.

[3.2 実験例2−1,2−2]
(実験例2−1)
次に、本発明の磁場検出装置(例えば磁場検出装置1)に対しY軸方向の外部磁場が印加されたときの、軟磁性層11,12の端部近傍における磁場強度分布をシミュレーションにより求めた。ここでは、軟磁性層11,12の各々の厚さTを10μmとし、軟磁性層11と軟磁性層12との間隔Dを10μm〜30μmの範囲で変化させた。それらのシミュレーション結果を図10に示す。
[3.2 Experimental Examples 2-1 and 2-2]
(Experimental example 2-1)
Next, a magnetic field strength distribution in the vicinity of the ends of the soft magnetic layers 11 and 12 when an external magnetic field in the Y-axis direction was applied to the magnetic field detection device of the present invention (for example, the magnetic field detection device 1) was obtained by simulation. .. Here, the thickness T of each of the soft magnetic layers 11 and 12 was set to 10 μm, and the distance D between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 was changed in the range of 10 μm to 30 μm. The simulation results are shown in FIG.

(実験例2−2)
軟磁性層11,12の各々の厚さTを20μmとし、軟磁性層11と軟磁性層12との間隔Dを20μm、40μmまたは60μmとしたことを除き、他は同様にして、実験例2−1と同様のシミュレーションを行った。その結果を図11に示す。
(Experimental example 2-2)
Experimental Example 2 was repeated except that the thickness T of each of the soft magnetic layers 11 and 12 was set to 20 μm, and the distance D between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 was set to 20 μm, 40 μm, or 60 μm. A simulation similar to that of -1 was performed. The result is shown in FIG.

図10および図11の結果から、軟磁性層11,12の端縁からほぼ一定の磁場強度となる領域までの侵入長LLは、間隔Dのほぼ1/2(すなわちLL≒D/2)となることがわかった。したがって、軟磁性層11,12の端縁から、間隔Dに相当する長さの半分の長さよりも後退した位置に磁気検出素子20を配置すれば、より正確な磁場検出が可能となることがわかった。   From the results shown in FIGS. 10 and 11, the penetration length LL from the edges of the soft magnetic layers 11 and 12 to the region where the magnetic field strength is substantially constant is approximately 1/2 of the distance D (that is, LL≈D / 2). I found out. Therefore, if the magnetic detection element 20 is arranged at a position retracted from the edges of the soft magnetic layers 11 and 12 by a length that is half the length corresponding to the distance D, more accurate magnetic field detection may be possible. all right.

[3.3 実験例3−1〜3−8]
次に、本発明の磁場検出装置(例えば磁場検出装置1)に対しY軸方向の外部磁場が印加されたときの、軟磁性層11,12の臨界磁場強度をシミュレーションにより求めた。ここでは、軟磁性層11,12の各々の厚さTを10μmとし、軟磁性層11と軟磁性層12との間隔Dを10μmとし、軟磁性層11,12の各々の寸法LYを200μmとし、軟磁性層11,12の各々の寸法LXを20μm〜800μmの範囲(すなわちLX/LY=0.1〜4の範囲)で変化させた。それらのシミュレーション結果を図12に示す。
[3.3 Experimental Examples 3-1 to 3-8]
Next, the critical magnetic field strength of the soft magnetic layers 11 and 12 when an external magnetic field in the Y-axis direction was applied to the magnetic field detection device of the present invention (for example, the magnetic field detection device 1) was obtained by simulation. Here, the thickness T of each of the soft magnetic layers 11 and 12 is 10 μm, the distance D between the soft magnetic layer 11 and the soft magnetic layer 12 is 10 μm, and the dimension LY of each of the soft magnetic layers 11 and 12 is 200 μm. The size LX of each of the soft magnetic layers 11 and 12 was changed in the range of 20 μm to 800 μm (that is, LX / LY = 0.1 to 4). The simulation results are shown in FIG.

図12に示したように、LX/LYが1以下の場合と比べてLX/LYが1以上4以下である場合に、より高い臨界磁場強度が得られることが確認された。   As shown in FIG. 12, it was confirmed that a higher critical magnetic field strength can be obtained when LX / LY is 1 or more and 4 or less as compared with the case where LX / LY is 1 or less.

<4.その他の変形例>
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明では、軟磁性層の形状は上記実施の形態等のものに限定されない。例えば、平面形状については矩形状のものに限定されず、図13A〜13Dにそれぞれ示したように各種形状を採用することができる。その場合も、平面内における最大寸法bと、平面内において最大寸法bを有する方向と直交する方向における寸法aとの比が所定の範囲であることが望ましい。
<4. Other modifications>
Although the present invention has been described above with reference to some embodiments and modifications, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications are possible. For example, in the present invention, the shape of the soft magnetic layer is not limited to that of the above-described embodiments and the like. For example, the planar shape is not limited to the rectangular shape, and various shapes can be adopted as shown in FIGS. 13A to 13D. Also in this case, it is desirable that the ratio between the maximum dimension b in the plane and the dimension a in the direction orthogonal to the direction having the maximum dimension b in the plane is within a predetermined range.

また上記実施の形態等では、磁気検出素子として感磁方向がXY面内方向であるスピンバルブ構造を有するCPP型MR素子を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばCIP(Current in Plane)型MR素子や磁気トンネル接合(MTJ素子)素子を用いてもよいし、MR素子以外の、感磁方向がZ軸方向である磁気検出素子(例えばホール素子)などのセンサを用いてもよい。磁気検出素子としてホール素子を用いた場合、例えば図14Aおよび図14Bに例示した磁場検出装置3Aおよび磁場検出装置3Bのように、凸部11P,12P(突起部)とZ軸方向において重複する位置、すなわち、凸部11P,12P(突起部)の直上もしくは直下にホール素子20Hを配置するとよい。   Further, in the above-described embodiments and the like, the CPP MR element having the spin valve structure in which the magnetic sensing direction is the XY in-plane direction has been described as an example of the magnetic detection element, but the present invention is not limited to this. For example, a CIP (Current in Plane) type MR element or a magnetic tunnel junction (MTJ element) element may be used, or a magnetic detection element (for example, a Hall element) other than the MR element whose magnetic sensitive direction is the Z-axis direction, etc. You may use the sensor of. When a Hall element is used as the magnetic detection element, for example, as in the magnetic field detection device 3A and the magnetic field detection device 3B illustrated in FIGS. 14A and 14B, the positions overlapping the protrusions 11P and 12P (protrusions) in the Z-axis direction. That is, it is advisable to dispose the Hall element 20H directly above or directly below the protrusions 11P and 12P (protrusions).

1,2…磁場検出装置、11,12…軟磁性層、11P,12P…凸部、20…磁気検出素子、21〜24…リード。   1, 2 ... Magnetic field detection device, 11, 12 ... Soft magnetic layer, 11P, 12P ... Convex portion, 20 ... Magnetic detection element, 21-24 ... Lead.

Claims (9)

第1の方向および前記第1の方向と直交する第2の方向の双方を含む第1の面に沿って広がると共に、前記第1の方向および前記第2の方向の双方と直交する第3の方向において対向配置された第1の軟磁性体および第2の軟磁性体と、
前記第3の方向において前記第1の軟磁性体と前記第2の軟磁性体との間に設けられた磁気検出素子と
を有する
磁場検出装置。
A third surface that extends along a first surface that includes both a first direction and a second direction that is orthogonal to the first direction and that is orthogonal to both the first direction and the second direction. A first soft magnetic material and a second soft magnetic material that are arranged to face each other in the direction;
A magnetic field detection device comprising: a magnetic detection element provided between the first soft magnetic material and the second soft magnetic material in the third direction.
前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体のうちの少なくとも一方において、下記の条件式(1)を満たす
請求項1記載の磁場検出装置。
1≦LX/LY≦4 ……(1)
ただし、
LX:第1の方向の寸法
LY:第2の方向の寸法
The magnetic field detection device according to claim 1, wherein the following conditional expression (1) is satisfied in at least one of the first soft magnetic material and the second soft magnetic material.
1 ≦ LX / LY ≦ 4 (1)
However,
LX: dimension in the first direction LY: dimension in the second direction
前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子である
請求項1または請求項2に記載の磁場検出装置。
The magnetic field detection device according to claim 1, wherein the magnetic detection element is a magnetoresistive effect element.
前記第1の軟磁性体は、前記第2の軟磁性体と対向する第1の対向面を含み、
前記第2の軟磁性体は、前記第1の軟磁性体と対向する第2の対向面を含み、
前記第1の面に対する、前記磁気検出素子と前記第1の対向面の端縁とを結ぶ第1の直線のなす第1の角度が45°以下であり、
前記第1の面に対する、前記磁気検出素子と前記第2の対向面の端縁とを結ぶ第2の直線のなす第2の角度が45°以下である
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の磁場検出装置。
The first soft magnetic body includes a first facing surface facing the second soft magnetic body,
The second soft magnetic body includes a second facing surface facing the first soft magnetic body,
The first angle formed by the first straight line connecting the magnetic detection element and the edge of the first facing surface with respect to the first surface is 45 ° or less,
The second angle formed by the second straight line connecting the magnetic detection element and the edge of the second facing surface with respect to the first surface is 45 ° or less. The magnetic field detection device according to item 1.
前記第3の方向において、前記第1の対向面の端縁の位置と前記第2の対向面の端縁の位置とが実質的に一致しており、
下記の条件式(2)を満たす
請求項4に記載の磁場検出装置。
L≧D/2 ……(2)
ただし、
L:第1の面に沿った方向における、第1の対向面の端縁と磁気検出素子の端縁との距離。
D:第1の対向面と第2の対向面との距離。
In the third direction, the position of the edge of the first facing surface and the position of the edge of the second facing surface substantially match,
The magnetic field detection device according to claim 4, wherein the following conditional expression (2) is satisfied.
L ≧ D / 2 (2)
However,
L: Distance between the edge of the first facing surface and the edge of the magnetic detection element in the direction along the first surface.
D: Distance between the first facing surface and the second facing surface.
前記第1の軟磁性体は、前記第2の軟磁性体と対向する第1の対向面を含み、
前記第2の軟磁性体は、前記第1の軟磁性体と対向する第2の対向面を含み、
前記第1の対向面および前記第2の対向面のうちの少なくとも一方には、1以上の突起部が形成されている
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁場検出装置。
The first soft magnetic body includes a first facing surface facing the second soft magnetic body,
The second soft magnetic body includes a second facing surface facing the first soft magnetic body,
The magnetic field detection device according to claim 1, wherein one or more protrusions are formed on at least one of the first facing surface and the second facing surface.
前記突起部の一部は、前記第1の面に対して実質的に平行である前記磁気検出素子を含む階層の一部を占めている
請求項6に記載の磁場検出装置。
The magnetic field detection device according to claim 6, wherein a part of the protrusion part occupies a part of a layer including the magnetic detection element that is substantially parallel to the first surface.
前記第1の軟磁性体における前記第1の面に平行な第1の平面形状と、前記第2の軟磁性体における前記第1の面に平行な第2の平面形状とが実質的に等しい
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の磁場検出装置。
A first planar shape of the first soft magnetic body parallel to the first surface and a second planar shape of the second soft magnetic body parallel to the first surface are substantially equal. The magnetic field detection device according to any one of claims 1 to 7.
前記第2の方向は、検出対象とする磁場成分以外の不要な磁場成分の方向と実質的に一致している
請求項2に記載の磁場検出装置。
The magnetic field detection device according to claim 2, wherein the second direction substantially coincides with a direction of an unnecessary magnetic field component other than the magnetic field component to be detected.
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