JP2022101452A

JP2022101452A - Optical sensor, optical sensor unit, optical sensor device, and information terminal device

Info

Publication number: JP2022101452A
Application number: JP2021154423A
Authority: JP
Inventors: 英明福澤; Hideaki Fukuzawa; 大松岡; Masaru Matsuoka; 友人水野; Tomohito Mizuno; 哲也柴田; Tetsuya Shibata
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2022-07-06

Abstract

To provide an optical sensor, optical sensor unit, optical sensor device, and information terminal device.SOLUTION: An optical sensor provided herein comprises a wavelength filter configured to pass light in a given wavelength range, and a magnetic element comprising a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. The light passing through the wavelength filter irradiates the magnetic element, and the light irradiating the magnetic element is detected.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、光センサー、光センサーユニット、光センサー装置及び情報端末装置に関する。 The present invention relates to an optical sensor, an optical sensor unit, an optical sensor device, and an information terminal device.

イメージセンサーは、カメラデバイスに用いられており、年々需要が高まっている。イメージセンサーは、光を電気信号に変換する撮像素子である。 Image sensors are used in camera devices, and demand is increasing year by year. An image sensor is an image sensor that converts light into an electrical signal.

例えば、特許文献１には、半導体のｐｎ接合を用いた光センサー及びこの光センサーを用いたイメージセンサーが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes an optical sensor using a pn junction of a semiconductor and an image sensor using this optical sensor.

米国特許第９８４２８７４号明細書US Pat. No. 9,842,874

半導体のｐｎ接合を用いた光センサーは広く利用されているが、更なる発展のために新たなブレイクスルーが求められている。 Optical sensors using semiconductor pn junctions are widely used, but new breakthroughs are required for further development.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、新規な光センサー、光センサーユニット、光センサー装置及び情報端末装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new optical sensor, an optical sensor unit, an optical sensor device, and an information terminal device.

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 The following means are provided to solve the above problems.

（１）第１の態様にかかる光センサーは、特定の波長域の光を透過させる波長フィルターと、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備える磁性素子と、を有し、前記波長フィルターを透過した光が前記磁性素子に照射され、前記磁性素子に照射された光を検知する。 (1) The optical sensor according to the first aspect includes a wavelength filter that transmits light in a specific wavelength range, a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer, and the second. It has a magnetic element including a spacer layer sandwiched between the ferromagnetic layers, and the light transmitted through the wavelength filter is irradiated to the magnetic element, and the light emitted to the magnetic element is detected.

（２）上記態様にかかる光センサーにおいて、前記波長フィルターは、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域の光を透過させてもよい。 (2) In the optical sensor according to the above aspect, the wavelength filter may transmit light in a specific wavelength range among the wavelength ranges of 380 nm or more and less than 800 nm.

（３）上記態様にかかる光センサーにおいて、前記波長フィルターは、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下の波長域のうちの特定の波長域の光を透過させてもよい。 (3) In the optical sensor according to the above aspect, the wavelength filter may transmit light in a specific wavelength range in the wavelength range of 800 nm or more and 1 mm or less.

（４）上記態様にかかる光センサーにおいて、前記波長フィルターは、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域の光を透過させてもよい。 (4) In the optical sensor according to the above aspect, the wavelength filter may transmit light in a specific wavelength range in the wavelength range of 200 nm or more and less than 380 nm.

（５）第２の態様にかかる光センサーユニットは、上記態様にかかる光センサーを複数有する。 (5) The optical sensor unit according to the second aspect has a plurality of optical sensors according to the above aspect.

（６）上記態様にかかる光センサーユニットにおいて、前記光センサーとして、第１波長域の光を通過させる前記波長フィルターを有する第１光センサーと、第２波長域の光を通過させる前記波長フィルターを有する第２光センサーと、を少なくとも有してもよい。 (6) In the optical sensor unit according to the above aspect, as the optical sensor, a first optical sensor having the wavelength filter for passing light in the first wavelength region and the wavelength filter for passing light in the second wavelength region are used. It may have at least a second optical sensor.

（７）上記態様にかかる光センサーユニットにおいて、前記第１波長域は、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域であり、前記第２波長域は、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下の波長域のうちの特定の波長域であってもよい。 (7) In the optical sensor unit according to the above aspect, the first wavelength region is a specific wavelength region among the wavelength regions of 380 nm or more and less than 800 nm, and the second wavelength region is a wavelength region of 800 nm or more and 1 mm or less. It may be in a specific wavelength range of.

（８）上記態様にかかる光センサーユニットにおいて、前記光センサーとして、第３波長域の光を透過させる前記波長フィルターを有する第３光センサーをさらに有し、前記第３波長域は、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域であってもよい。 (8) In the optical sensor unit according to the above aspect, the optical sensor further includes a third optical sensor having the wavelength filter that transmits light in the third wavelength region, and the third wavelength region is 200 nm or more and 380 nm. It may be a specific wavelength range among the wavelength ranges less than.

（９）上記態様にかかる光センサーユニットにおいて、光センサーが一次元的に配列していてもよい。 (9) In the optical sensor unit according to the above aspect, the optical sensors may be arranged one-dimensionally.

（１０）上記態様にかかる光センサーユニットにおいて、光センサーが二次元的に配列していてもよい。 (10) In the optical sensor unit according to the above aspect, the optical sensors may be arranged two-dimensionally.

（１１）第３の態様にかかる光センサー装置は、上記態様にかかる光センサーと、前記光センサーの前記磁性素子と電気的に接続された半導体回路と、を備える。 (11) The optical sensor device according to the third aspect includes the optical sensor according to the above aspect and a semiconductor circuit electrically connected to the magnetic element of the optical sensor.

（１２）上記態様にかかる光センサー装置において、前記半導体回路上に前記光センサーがあってもよい。 (12) In the optical sensor device according to the above embodiment, the optical sensor may be located on the semiconductor circuit.

（１３）第４の態様にかかる情報端末装置は、上記態様にかかる光センサーを備える。 (13) The information terminal device according to the fourth aspect includes an optical sensor according to the above aspect.

上記態様にかかる光センサー、光センサーユニット、光センサー装置及び情報端末装置は、新規な原理で動作する。 The optical sensor, the optical sensor unit, the optical sensor device, and the information terminal device according to the above embodiment operate on a novel principle.

第１実施形態に係る光センサー装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the optical sensor device which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る光センサーユニットの具体的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the optical sensor unit which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る光センサー装置の断面の概念図である。It is a conceptual diagram of the cross section of the optical sensor device which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る磁性素子の断面図である。It is sectional drawing of the magnetic element which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る光センサーの動作の第１メカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st mechanism of operation of the optical sensor which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る光センサーの動作の第２メカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd mechanism of operation of the optical sensor which concerns on 1st Embodiment. 第１変形例にかかる光センサーユニットの具体的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the optical sensor unit which concerns on the 1st modification. 第１変形例に係る光センサー装置の断面の概念図である。It is a conceptual diagram of the cross section of the optical sensor device which concerns on 1st modification. 第２変形例にかかる光センサーユニットの具体的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the optical sensor unit which concerns on the 2nd modification. 第３変形例にかかる光センサーユニットの具体的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the optical sensor unit which concerns on the 3rd modification. 第４変形例にかかる光センサーユニットの具体的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the optical sensor unit which concerns on 4th modification. 第１実施形態に係る情報端末装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the information terminal apparatus which concerns on 1st Embodiment.

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following description, the featured portion may be enlarged for convenience in order to make the feature easy to understand, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and can be appropriately modified and carried out within the range in which the effects of the present invention are exhibited.

方向について定義する。磁性素子３０の積層方向をｚ方向とし、ｚ方向と直交する面内の一方向をｘ方向、ｘ方向及びｚ方向と直交する方向をｙ方向とする。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。＋ｚ方向は、回路基板１０から磁性素子３０へ向かう方向である。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。 Define the direction. The stacking direction of the magnetic elements 30 is the z direction, one direction in the plane orthogonal to the z direction is the x direction, and the x direction and the direction orthogonal to the z direction are the y direction. Hereinafter, the + z direction may be expressed as “up” and the −z direction may be expressed as “down”. The + z direction is the direction from the circuit board 10 toward the magnetic element 30. The top and bottom do not always match the direction in which gravity is applied.

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係る光センサー装置１の概念図である。図１に示す光センサー装置１は、光センサーユニット２と半導体回路５とを有する。 "First embodiment"
FIG. 1 is a conceptual diagram of the optical sensor device 1 according to the first embodiment. The optical sensor device 1 shown in FIG. 1 has an optical sensor unit 2 and a semiconductor circuit 5.

光センサーユニット２は、例えば、複数の光センサー３を有する。光センサー３は、例えば、行列状に２次元的に配列している。光センサー３のそれぞれは、行方向に延びる第１選択線と列方向に延びる第２選択線とに接続されている。光センサーユニット２は、複数の光センサー３で光を検知し、電気信号に置き換える。本明細書における光とは、可視光線に限らず、可視光線よりも波長の長い赤外線や、可視光線よりも波長の短い紫外線も含む。可視光線の波長は例えば、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満である。赤外線の波長は例えば、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下である。紫外線の波長は例えば、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である。 The optical sensor unit 2 has, for example, a plurality of optical sensors 3. The optical sensors 3 are arranged two-dimensionally in a matrix, for example. Each of the optical sensors 3 is connected to a first selection line extending in the row direction and a second selection line extending in the column direction. The optical sensor unit 2 detects light by a plurality of optical sensors 3 and replaces it with an electric signal. The light in the present specification is not limited to visible light, but also includes infrared rays having a wavelength longer than that of visible light and ultraviolet rays having a wavelength shorter than that of visible light. The wavelength of visible light is, for example, 380 nm or more and less than 800 nm. The wavelength of infrared rays is, for example, 800 nm or more and 1 mm or less. The wavelength of ultraviolet rays is, for example, 200 nm or more and less than 380 nm.

半導体回路５は、例えば、光センサーユニット２の外周の外側に配置される。また半導体回路５は、後述する回路基板１０に形成され、光センサーユニット２とｚ方向に重なる位置にあってもよい。 The semiconductor circuit 5 is arranged, for example, on the outside of the outer periphery of the optical sensor unit 2. Further, the semiconductor circuit 5 may be formed on a circuit board 10 described later and may be located at a position overlapping with the optical sensor unit 2 in the z direction.

半導体回路５は、光センサー３のそれぞれと電気的に接続されている。半導体回路５は、光センサーユニット２から送られてきた電気信号を演算する。半導体回路５は、例えば、ロウデコーダー６とカラムデコーダー７と有する。ロウデコーダー６とカラムデコーダー７とで、光を検知した光センサー３の位置を特定する。半導体回路５は、ロウデコーダー６とカラムデコーダー７との他に、メモリ、演算回路、レジスタ等を有してもよい。 The semiconductor circuit 5 is electrically connected to each of the optical sensors 3. The semiconductor circuit 5 calculates an electric signal sent from the optical sensor unit 2. The semiconductor circuit 5 has, for example, a row decoder 6 and a column decoder 7. The row decoder 6 and the column decoder 7 specify the position of the optical sensor 3 that has detected the light. The semiconductor circuit 5 may have a memory, an arithmetic circuit, a register, and the like in addition to the row decoder 6 and the column decoder 7.

図２は、光センサーユニットの具体的な構成の一例を示す。図２に示す光センサーユニット２Ａは、複数の画素ｐ１を有する。画素ｐ１のそれぞれは、例えば、赤色センサー３Ｒと緑色センサー３Ｇと青色センサー３Ｂとを有する。図２に示す光センサーユニット２Ａでは、一つの画素ｐ１に視感度の高い緑色センサー３Ｇを２つ配置した例を示したが、この場合に限られない。 FIG. 2 shows an example of a specific configuration of the optical sensor unit. The optical sensor unit 2A shown in FIG. 2 has a plurality of pixels p1. Each of the pixels p1 has, for example, a red sensor 3R, a green sensor 3G, and a blue sensor 3B. In the optical sensor unit 2A shown in FIG. 2, an example in which two green sensors 3G having high visual sensitivity are arranged in one pixel p1 is shown, but the present invention is not limited to this case.

赤色センサー３Ｒ、緑色センサー３Ｇ及び青色センサー３Ｂのそれぞれは、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域の光を検知する。青色センサー３Ｂは、例えば、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長域の光を検知する。緑色センサー３Ｇは、例えば、４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の波長域の光を検知する。赤色センサー３Ｒは、例えば、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長域の光を検知する。 Each of the red sensor 3R, the green sensor 3G, and the blue sensor 3B detects light in a specific wavelength range of 380 nm or more and less than 800 nm. The blue sensor 3B detects light in a wavelength range of 380 nm or more and less than 490 nm, for example. The green sensor 3G detects, for example, light in a wavelength range of 490 nm or more and less than 590 nm. The red sensor 3R detects, for example, light in a wavelength range of 590 nm or more and 800 nm or less.

図２に示す場合において、例えば、赤色センサー３Ｒを第１光センサーの一例とすると、青色センサー３Ｂと緑色センサー３Ｇのうちの一方が第２光センサーの一例となり、青色センサー３Ｂと緑色センサー３Ｇのうちの選択されなかった他方が第３光センサーの一例となる。第１光センサーは、第１波長域の光を透過させる波長フィルターを有する光センサーである。第２光センサーは、第２波長域の光を透過させる波長フィルターを有する光センサーである。第３光センサーは、第３波長域の光を透過させる波長フィルターを有する光センサーである。第１波長域、第２波長域、第３波長域は、それぞれ異なる波長域である。 In the case shown in FIG. 2, for example, assuming that the red sensor 3R is an example of the first optical sensor, one of the blue sensor 3B and the green sensor 3G is an example of the second optical sensor, and the blue sensor 3B and the green sensor 3G are used. The other of them, which was not selected, is an example of the third optical sensor. The first optical sensor is an optical sensor having a wavelength filter that transmits light in the first wavelength region. The second optical sensor is an optical sensor having a wavelength filter that transmits light in the second wavelength region. The third optical sensor is an optical sensor having a wavelength filter that transmits light in the third wavelength region. The first wavelength region, the second wavelength region, and the third wavelength region are different wavelength regions.

図３は、第１実施形態に係る光センサー装置１の断面の概念図である。光センサー装置１は、例えば、回路基板１０と配線層２０と複数の光センサー３とを有する。配線層２０及び複数の光センサー３のそれぞれは、回路基板１０上に形成されている。 FIG. 3 is a conceptual diagram of a cross section of the optical sensor device 1 according to the first embodiment. The optical sensor device 1 has, for example, a circuit board 10, a wiring layer 20, and a plurality of optical sensors 3. Each of the wiring layer 20 and the plurality of optical sensors 3 is formed on the circuit board 10.

回路基板１０には、上述の半導体回路５が形成されている。回路基板１０は、例えば、アナログデジタル変換器１１と出力端子１２とを有する。光センサー３から送られた電気信号は、アナログデジタル変換器１１でデジタルデータに置換され、出力端子１２から出力される。 The above-mentioned semiconductor circuit 5 is formed on the circuit board 10. The circuit board 10 has, for example, an analog-to-digital converter 11 and an output terminal 12. The electric signal sent from the optical sensor 3 is replaced with digital data by the analog-digital converter 11 and output from the output terminal 12.

配線層２０は、複数の配線２１を有する。複数の配線２１の間には、層間絶縁膜２２がある。配線２１は、光センサー３のそれぞれと回路基板１０との間、回路基板１０に形成された各演算回路の間を電気的に繋ぐ。光センサー３のそれぞれと回路基板１０とは、例えば、層間絶縁膜２２をｚ方向に貫通する貫通配線を介して接続される。光センサー３のそれぞれと回路基板１０との間の配線間距離を短くすることで、ノイズを低減できる。 The wiring layer 20 has a plurality of wirings 21. There is an interlayer insulating film 22 between the plurality of wirings 21. The wiring 21 electrically connects each of the optical sensors 3 and the circuit board 10 and between the arithmetic circuits formed on the circuit board 10. Each of the optical sensors 3 and the circuit board 10 are connected, for example, via a through wiring penetrating the interlayer insulating film 22 in the z direction. Noise can be reduced by shortening the distance between the wirings between each of the optical sensors 3 and the circuit board 10.

配線２１は、導電性を有する。配線２１は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等である。層間絶縁膜２２は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁体である。層間絶縁膜２２は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。層間絶縁膜２２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等である。 The wiring 21 has conductivity. The wiring 21 is, for example, Al, Cu, or the like. The interlayer insulating film 22 is an insulator that insulates between wirings of multilayer wiring and between elements. The interlayer insulating film 22 is, for example, an oxide of Si, Al, or Mg, a nitride, or an oxynitride. The interlayer insulating film 22 is, for example, silicon oxide (SiO _x ), silicon nitride (SiN _x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbide (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al ₂ ). O ₃ ), zirconium oxide (ZrO _x ) and the like.

複数の光センサー３のそれぞれは、例えば、磁性素子３０と波長フィルター４０とレンズ５０とを有する。磁性素子３０には、波長フィルター４０を透過した光が照射される。磁性素子３０は、磁性素子３０に照射された光を検知する。具体的には、磁性素子３０は、磁性素子３０に照射された光を電気信号に置換する。波長フィルター４０は、特定の波長の光を選別して特定の波長域の光を透過させる。レンズ５０は、光を磁性素子３０に向かって集光する。図３に示す光センサー３は、一つの波長フィルター４０の下方に一つの磁性素子３０が配置されているが、一つの波長フィルター４０の下方に複数の磁性素子３０を配置してもよい。 Each of the plurality of optical sensors 3 has, for example, a magnetic element 30, a wavelength filter 40, and a lens 50. The magnetic element 30 is irradiated with light that has passed through the wavelength filter 40. The magnetic element 30 detects the light emitted to the magnetic element 30. Specifically, the magnetic element 30 replaces the light applied to the magnetic element 30 with an electric signal. The wavelength filter 40 selects light having a specific wavelength and transmits light in a specific wavelength range. The lens 50 collects light toward the magnetic element 30. In the optical sensor 3 shown in FIG. 3, one magnetic element 30 is arranged below one wavelength filter 40, but a plurality of magnetic elements 30 may be arranged below one wavelength filter 40.

複数の光センサー３は、赤色センサー３Ｒと、緑色センサー３Ｇと、青色センサー３Ｂとを有する。赤色センサー３Ｒ、緑色センサー３Ｇ、青色センサー３Ｂのそれぞれは、可視光のセンサーである。赤色センサー３Ｒ、緑色センサー３Ｇ、青色センサー３Ｂのそれぞれは、例えば、磁性素子３０とレンズ５０の構成は同一であり、波長フィルター４０が透過させる光の波長域が異なる。赤色センサー３Ｒは、波長フィルター４１を有する。緑色センサー３Ｇは、波長フィルター４２を有する。青色センサー３Ｂは、波長フィルター４３を有する。 The plurality of optical sensors 3 have a red sensor 3R, a green sensor 3G, and a blue sensor 3B. Each of the red sensor 3R, the green sensor 3G, and the blue sensor 3B is a visible light sensor. The red sensor 3R, the green sensor 3G, and the blue sensor 3B each have the same configuration of the magnetic element 30 and the lens 50, but have different wavelength ranges of light transmitted by the wavelength filter 40. The red sensor 3R has a wavelength filter 41. The green sensor 3G has a wavelength filter 42. The blue sensor 3B has a wavelength filter 43.

波長フィルター４１、波長フィルター４２および波長フィルター４３のそれぞれは、例えば、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域の光を透過させる。波長フィルター４１は、例えば、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域の光を透過させる。波長フィルター４２は、例えば、４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の波長域の光を透過させる。波長フィルター４３は、例えば、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長域の光を透過させる。 Each of the wavelength filter 41, the wavelength filter 42, and the wavelength filter 43 transmits light in a specific wavelength range of, for example, a wavelength range of 380 nm or more and less than 800 nm. The wavelength filter 41 transmits light in a wavelength range of 590 nm or more and less than 800 nm, for example. The wavelength filter 42 transmits light in a wavelength range of 490 nm or more and less than 590 nm, for example. The wavelength filter 43 transmits light in a wavelength range of 380 nm or more and less than 490 nm, for example.

図４は、第１実施形態に係る磁性素子３０の断面図である。図４では、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２を同時に図示し、強磁性体の初期状態における磁化の向きを矢印で表している。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the magnetic element 30 according to the first embodiment. In FIG. 4, the first electrode E1 and the second electrode E2 are shown at the same time, and the direction of magnetization in the initial state of the ferromagnet is indicated by an arrow.

磁性素子３０は、少なくとも第１強磁性層３１と第２強磁性層３２とスペーサ層３３とを有する。スペーサ層３３は、第１強磁性層３１と第２強磁性層３２との間に位置する。磁性素子３０は、これらの他に、第３強磁性層３４、磁気結合層３５、下地層３６、垂直磁化誘起層３７、キャップ層３８、側壁絶縁層３９を有してもよい。 The magnetic element 30 has at least a first ferromagnetic layer 31, a second ferromagnetic layer 32, and a spacer layer 33. The spacer layer 33 is located between the first ferromagnetic layer 31 and the second ferromagnetic layer 32. In addition to these, the magnetic element 30 may have a third ferromagnetic layer 34, a magnetic coupling layer 35, a base layer 36, a perpendicular magnetization induced layer 37, a cap layer 38, and a side wall insulating layer 39.

磁性素子３０は、例えば、スペーサ層３が絶縁材料で構成されたＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子である。この場合、磁性素子３０は、外部からの光が照射されると抵抗値が変化する光検知素子である。この場合、磁性素子３０は、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の状態と第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２の状態との相対的な変化に応じて、ｚ方向の抵抗値（ｚ方向に電流を流した場合の抵抗値）が変化する。このような素子は磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。 The magnetic element 30 is, for example, an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element in which the spacer layer 3 is made of an insulating material. In this case, the magnetic element 30 is a photodetection element whose resistance value changes when it is irradiated with light from the outside. In this case, the magnetic element 30 has a resistance value in the z direction (in the z direction) according to a relative change between the state of the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 and the state of the magnetization M32 of the second ferromagnetic layer 32. The resistance value when a current is passed) changes. Such an element is also called a magnetoresistive effect element.

第１強磁性層３１は、外部から光が照射されると磁化の状態が変化する光検知層である。第１強磁性層３１は、磁化自由層とも呼ばれる。磁化自由層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の状態が変化する磁性体を含む層である。所定の外部からのエネルギーは、例えば、外部から照射される光、磁性素子３０のｚ方向に流れる電流、外部磁場である。第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は、照射される光の強度に応じて状態が変わり、光センサー３は光を電気信号に置き借ることができる。 The first ferromagnetic layer 31 is a photodetection layer whose magnetization state changes when light is irradiated from the outside. The first ferromagnetic layer 31 is also called a magnetization free layer. The magnetization free layer is a layer containing a magnetic material whose magnetization state changes when a predetermined external energy is applied. The predetermined energy from the outside is, for example, light emitted from the outside, a current flowing in the z direction of the magnetic element 30, and an external magnetic field. The magnetized M31 of the first ferromagnetic layer 31 changes its state according to the intensity of the irradiated light, and the optical sensor 3 can borrow the light into the electric signal.

第１強磁性層３１は、強磁性体を含む。第１強磁性層３１は、例えば、Ｃｏ、ＦｅまたはＮｉ等の磁性元素のいずれかを少なくとも含む。第１強磁性層３１は、上述のような磁性元素と共に、Ｂ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｇｄ等の非磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層３１は、例えば、磁性元素と非磁性元素とを含む合金でもよい。第１強磁性層３１は、複数の層から構成されていてもよい。第１強磁性層３１は、例えば、ＣｏＦｅＢ合金、ＣｏＦｅＢ合金層をＦｅ層で挟んだ積層体、ＣｏＦｅＢ合金層をＣｏＦｅ層で挟んだ積層体である。 The first ferromagnetic layer 31 contains a ferromagnet. The first ferromagnetic layer 31 contains at least one of magnetic elements such as Co, Fe or Ni. The first ferromagnetic layer 31 may contain non-magnetic elements such as B, Mg, Hf, and Gd in addition to the magnetic elements as described above. The first ferromagnetic layer 31 may be, for example, an alloy containing a magnetic element and a non-magnetic element. The first ferromagnetic layer 31 may be composed of a plurality of layers. The first ferromagnetic layer 31 is, for example, a CoFeB alloy, a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between Fe layers, and a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between CoFe layers.

第１強磁性層３１は、膜面内方向（ｘｙ面内のいずれかの方向）に磁化容易軸を有する面内磁化膜でも、膜面直方向（ｚ方向）に磁化容易軸を有する垂直磁化膜でもよい。 The first ferromagnetic layer 31 is a vertical magnetization having an easy magnetization axis in the direct direction (z direction) of the film surface even if the in-plane magnetized film has an easy magnetization axis in the in-plane direction (any direction in the xy plane). It may be a membrane.

第１強磁性層３１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１強磁性層３１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが好ましい。第１強磁性層３１が垂直磁化膜の場合、第１強磁性層３１の膜厚が薄いと、第１強磁性層３１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が強まり、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性が高まる。つまり、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性が高いと、磁化Ｍ３１がｚ方向に戻ろうとする力が強まる。一方、第１強磁性層３１の膜厚が厚いと、第１強磁性層３１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が相対的に弱まり、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性が弱まる。 The thickness of the first ferromagnetic layer 31 is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the first ferromagnetic layer 31 is preferably 1 nm or more and 2 nm or less, for example. When the first ferromagnetic layer 31 is a vertical magnetization film, if the thickness of the first ferromagnetic layer 31 is thin, the effect of applying vertical magnetic anisotropy from the layers above and below the first ferromagnetic layer 31 is strengthened, and the first is 1 The vertical magnetic anisotropy of the ferromagnetic layer 31 is increased. That is, when the vertical magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 31 is high, the force for the magnetization M31 to return in the z direction is strengthened. On the other hand, when the thickness of the first ferromagnetic layer 31 is thick, the effect of applying vertical magnetic anisotropy from the layers above and below the first ferromagnetic layer 31 is relatively weakened, and the vertical magnetism of the first ferromagnetic layer 31 is reduced. The anisotropy weakens.

第１強磁性層３１の膜厚が薄くなると強磁性体としての体積は小さくなり、厚くなると強磁性体としての体積は大きくなる。外部からのエネルギーが加わったときの第１強磁性層３１の磁化の反応しやすさは、第１強磁性層３１の磁気異方性（Ｋｕ）と体積（Ｖ）との積（ＫｕＶ）に反比例する。つまり、第１強磁性層３１の磁気異方性と体積との積が小さくなると、光に対する反応性が高まる。このような観点から、光に対する反応を高めるためには、第１強磁性層３１の磁気異方性を適切に設計したうえで第１強磁性層３１の体積を小さくすることが好ましい。 When the film thickness of the first ferromagnetic layer 31 becomes thin, the volume as a ferromagnet becomes small, and when the film thickness becomes thick, the volume as a ferromagnet becomes large. The susceptibility of the magnetization of the first ferromagnetic layer 31 when external energy is applied depends on the product (KuV) of the magnetic anisotropy (Ku) and the volume (V) of the first ferromagnetic layer 31. Inversely proportional. That is, when the product of the magnetic anisotropy and the volume of the first ferromagnetic layer 31 becomes small, the reactivity with light increases. From this point of view, in order to enhance the reaction to light, it is preferable to appropriately design the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 31 and then reduce the volume of the first ferromagnetic layer 31.

第１強磁性層３１の膜厚が２ｎｍより厚い場合は、例えばＭｏ，Ｗからなる挿入層を第１強磁性層３１内に設けてもよい。すなわち、ｚ方向に強磁性層、挿入層、強磁性層が順に積層された積層体を第１強磁性層３１としてもよい。挿入層と強磁性層との界面における界面磁気異方性により第１強磁性層３１全体の垂直磁気異方性が高まる。挿入層の膜厚は、例えば、０．１ｎｍ～０．６ｎｍである。 When the film thickness of the first ferromagnetic layer 31 is thicker than 2 nm, an insertion layer made of, for example, Mo and W may be provided in the first ferromagnetic layer 31. That is, the first ferromagnetic layer 31 may be a laminate in which the ferromagnetic layer, the insertion layer, and the ferromagnetic layer are laminated in order in the z direction. The interfacial magnetic anisotropy at the interface between the insertion layer and the ferromagnetic layer enhances the vertical magnetic anisotropy of the entire first ferromagnetic layer 31. The film thickness of the insertion layer is, for example, 0.1 nm to 0.6 nm.

第２強磁性層３２は、磁化固定層である。磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の状態が磁化自由層よりも変化しにくい磁性体からなる層である。例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の向きが磁化自由層よりも変化しにくい。また、例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の大きさが磁化自由層よりも変化しにくい。第２強磁性層３２の保磁力は、例えば、第１強磁性層３１の保磁力よりも大きい。第２強磁性層３２は、第１強磁性層３１と同じ方向に磁化容易軸を有する。第２強磁性層３２は、面内磁化膜でも、垂直磁化膜でもよい。 The second ferromagnetic layer 32 is a magnetization fixed layer. The magnetization fixed layer is a layer made of a magnetic material whose magnetization state is less likely to change than the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. For example, in the magnetization fixed layer, the direction of magnetization is less likely to change than in the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. Further, for example, in the magnetization fixed layer, the magnitude of magnetization is less likely to change than in the magnetization free layer when a predetermined energy from the outside is applied. The coercive force of the second ferromagnetic layer 32 is, for example, larger than the coercive force of the first ferromagnetic layer 31. The second ferromagnetic layer 32 has an easy magnetization axis in the same direction as the first ferromagnetic layer 31. The second ferromagnetic layer 32 may be an in-plane magnetization film or a perpendicular magnetization film.

第２強磁性層３２を構成する材料は、例えば、第１強磁性層３１と同様である。第２強磁性層３２は、例えば、０．４ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏ、０．１ｎｍ～０．５ｎｍの厚みのＭｏ、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏＦｅＢ合金、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＦｅが順に積層された積層体でもよい。 The material constituting the second ferromagnetic layer 32 is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 31. The second ferromagnetic layer 32 is, for example, Co having a thickness of 0.4 nm to 1.0 nm, Mo having a thickness of 0.1 nm to 0.5 nm, a CoFeB alloy having a thickness of 0.3 nm to 1.0 nm, and 0.3 nm. A laminated body in which Fe having a thickness of up to 1.0 nm is laminated in order may be used.

第２強磁性層３２の磁化は、例えば、磁気結合層３５を介した第３強磁性層３４との磁気結合によって固定してもよい。この場合、第２強磁性層３２、磁気結合層３５及び第３強磁性層３４を合わせたものを磁化固定層と称する場合もある。 The magnetization of the second ferromagnetic layer 32 may be fixed, for example, by magnetic coupling with the third ferromagnetic layer 34 via the magnetic coupling layer 35. In this case, the combination of the second ferromagnetic layer 32, the magnetic coupling layer 35, and the third ferromagnetic layer 34 may be referred to as a magnetization fixed layer.

第３強磁性層３４は、例えば、第２強磁性層３２と磁気結合する。磁気結合は、例えば、反強磁性的な結合であり、ＲＫＫＹ相互作用により生じる。第３強磁性層３４を構成する材料は、例えば、第１強磁性層３１と同様である。第３強磁性層３４は、例えば、ＣｏとＰｔとが交互に積層された積層膜、ＣｏとＮｉとが交互に積層された積層膜である。磁気結合層３５は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ等である。磁気結合層３５の膜厚は、例えば、ＲＫＫＹ相互作用によって第２強磁性層３２と第３強磁性層３４とが反強磁性的に結合する膜厚である。 The third ferromagnetic layer 34 is magnetically coupled to, for example, the second ferromagnetic layer 32. The magnetic bond is, for example, an antiferromagnetic bond and is caused by the RKKY interaction. The material constituting the third ferromagnetic layer 34 is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 31. The third ferromagnetic layer 34 is, for example, a laminated film in which Co and Pt are alternately laminated, and a laminated film in which Co and Ni are alternately laminated. The magnetic coupling layer 35 is, for example, Ru, Ir, or the like. The film thickness of the magnetic coupling layer 35 is, for example, a film thickness at which the second ferromagnetic layer 32 and the third ferromagnetic layer 34 are antiferromagnetically coupled by the RKKY interaction.

スペーサ層３３は、第１強磁性層３１と第２強磁性層３２との間に配置される非磁性層である。スペーサ層３３は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。スペーサ層３３の膜厚は、後述する初期状態における第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１と第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２の配向方向に応じて調整できる。 The spacer layer 33 is a non-magnetic layer arranged between the first ferromagnetic layer 31 and the second ferromagnetic layer 32. The spacer layer 33 is composed of a layer made of a conductor, an insulator or a semiconductor, or a layer containing an energizing point made of a conductor in the insulator. The film thickness of the spacer layer 33 can be adjusted according to the orientation direction of the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 and the magnetization M32 of the second ferromagnetic layer 32 in the initial state described later.

例えば、スペーサ層３３が絶縁体からなる場合は、磁性素子３０は、第１強磁性層１とスペーサ層３と第２強磁性層２とからなる磁気トンネル接合（ＭＴＪ：ＭａｇｎｅｔｉｃＴｕｎｎｅｌＪｕｎｃｔｉｏｎ）を有する。このような素子はＭＴＪ素子と呼ばれる。この場合、磁性素子３０はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：ＴｕｎｎｅｌＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。例えば、スペーサ層３３が金属からなる場合は、磁性素子３０は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。このような素子はＧＭＲ素子と呼ばれる。磁性素子３０は、スペーサ層３の構成材料によって、ＭＴＪ素子、ＧＭＲ素子などと呼び名が異なることがあるが、総称して磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。 For example, when the spacer layer 33 is made of an insulator, the magnetic element 30 has a magnetic tunnel junction (MTJ: Magnetic Tunnel Junction) including a first ferromagnetic layer 1, a spacer layer 3, and a second ferromagnetic layer 2. .. Such an element is called an MTJ element. In this case, the magnetic element 30 can exhibit a tunnel magnetoresistive (TMR) effect. For example, when the spacer layer 33 is made of metal, the magnetic element 30 can exhibit a giant magnetoresistive (GMR) effect. Such an element is called a GMR element. The magnetic element 30 may be referred to as an MTJ element, a GMR element, or the like depending on the constituent material of the spacer layer 3, but is also collectively referred to as a magnetoresistive effect element.

スペーサ層３３が絶縁材料で構成される場合、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化シリコン等を含む材料を用いることができる。また、これら絶縁材料に、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｇなどの元素や、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層３１と第２強磁性層３２との間に高いＴＭＲ効果が発現するようにスペーサ層３３の膜厚を調整することで、高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。 When the spacer layer 33 is made of an insulating material, a material containing aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon oxide and the like can be used. Further, these insulating materials may contain elements such as Al, B, Si and Mg, and magnetic elements such as Co, Fe and Ni. A high rate of change in magnetic resistance can be obtained by adjusting the film thickness of the spacer layer 33 so that a high TMR effect is exhibited between the first ferromagnetic layer 31 and the second ferromagnetic layer 32. In order to efficiently utilize the TMR effect, the film thickness of the spacer layer 33 may be about 0.5 to 5.0 nm or about 1.0 to 2.5 nm.

スペーサ層３３を非磁性導電材料で構成する場合、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＲｕ等の導電材料を用いることができる。ＧＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、２．０～３．０ｎｍ程度としてもよい。 When the spacer layer 33 is made of a non-magnetic conductive material, a conductive material such as Cu, Ag, Au or Ru can be used. In order to efficiently utilize the GMR effect, the film thickness of the spacer layer 33 may be about 0.5 to 5.0 nm or about 2.0 to 3.0 nm.

スペーサ層３３を非磁性半導体材料で構成する場合、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム又はＩＴＯ等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層３３の膜厚は１．０～４．０ｎｍ程度としてもよい。 When the spacer layer 33 is made of a non-magnetic semiconductor material, a material such as zinc oxide, indium oxide, tin oxide, germanium oxide, gallium oxide or ITO can be used. In this case, the film thickness of the spacer layer 33 may be about 1.0 to 4.0 nm.

スペーサ層３３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムによって構成される非磁性絶縁体中に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌなどの非磁性の導体によって構成される通電点を含む構造としてもよい。また、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素によって導体を構成してもよい。この場合、スペーサ層３３の膜厚は、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。通電点は、例えば、膜面に垂直な方向からみたときの直径が１ｎｍ以上５ｎｍ以下の柱状体である。 When a layer including a current-carrying point composed of a conductor in a non-magnetic insulator is applied as the spacer layer 33, non-magnetic materials such as Cu, Au, and Al are contained in the non-magnetic insulator composed of aluminum oxide or magnesium oxide. The structure may include a current-carrying point composed of the conductors of the above. Further, the conductor may be composed of magnetic elements such as Co, Fe and Ni. In this case, the film thickness of the spacer layer 33 may be about 1.0 to 2.5 nm. The energizing point is, for example, a columnar body having a diameter of 1 nm or more and 5 nm or less when viewed from a direction perpendicular to the film surface.

図４に示す下地層３６は、例えば、第２電極Ｅ２上にある。下地層３６は、シード層又はバッファ層である。シード層は、シード層上に積層される層の結晶性を高める。シード層は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｚｒ、ＮｉＦｅＣｒである。シード層の膜厚は、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。バッファ層は、異なる結晶間の格子不整合を緩和する層である。バッファ層は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ又はこれらの元素の窒化物である。バッファ層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。 The base layer 36 shown in FIG. 4 is, for example, on the second electrode E2. The base layer 36 is a seed layer or a buffer layer. The seed layer enhances the crystallinity of the layer laminated on the seed layer. The seed layer is, for example, Pt, Ru, Hf, Zr, NiFeCr. The film thickness of the seed layer is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. The buffer layer is a layer that alleviates lattice mismatch between different crystals. The buffer layer is, for example, Ta, Ti, W, Zr, Hf or a nitride of these elements. The film thickness of the buffer layer is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less.

垂直磁化誘起層３７は、第１強磁性層３１が垂直磁化膜の場合に形成される。垂直磁化誘起層３７は、第１強磁性層３１上に積層される。垂直磁化誘起層３７は、第１強磁性層３１の垂直磁気異方性を誘起する。垂直磁化誘起層３７は、例えば酸化マグネシウム、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ等である。垂直磁化誘起層３７が酸化マグネシウムの場合は、導電性を高めるために、酸化マグネシウムが酸素欠損していることが好ましい。垂直磁化誘起層３７の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。 The perpendicular magnetization induced layer 37 is formed when the first ferromagnetic layer 31 is a perpendicular magnetization film. The perpendicular magnetization induced layer 37 is laminated on the first ferromagnetic layer 31. The perpendicular magnetization-inducing layer 37 induces the perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 31. The perpendicular magnetization induced layer 37 is, for example, magnesium oxide, W, Ta, Mo or the like. When the perpendicular magnetization induced layer 37 is magnesium oxide, it is preferable that magnesium oxide is oxygen-deficient in order to enhance conductivity. The film thickness of the perpendicular magnetization induced layer 37 is, for example, 0.5 nm or more and 2.0 nm or less.

キャップ層３８は、第１強磁性層３１と第１電極Ｅ１との間にある。キャップ層３８は、プロセス過程で下層へのダメージを防ぐと共に、アニール時に下層の結晶性を高める。キャップ層３８の膜厚は、第１強磁性層３１に十分な光が照射されるように、例えば３ｎｍ以下である。 The cap layer 38 is between the first ferromagnetic layer 31 and the first electrode E1. The cap layer 38 prevents damage to the lower layer during the process and enhances the crystallinity of the lower layer during annealing. The film thickness of the cap layer 38 is, for example, 3 nm or less so that the first ferromagnetic layer 31 is sufficiently irradiated with light.

側壁絶縁層３９は、第１強磁性層３１及び第２強磁性層３２を含む積層体の周囲を覆う。側壁絶縁層３９は、例えば、層間絶縁膜２２と同様の材料からなる。 The side wall insulating layer 39 covers the periphery of the laminate including the first ferromagnetic layer 31 and the second ferromagnetic layer 32. The side wall insulating layer 39 is made of, for example, the same material as the interlayer insulating film 22.

第１電極Ｅ１は、例えば、磁性素子３０に照射される光の波長域に対して透過性を有する。第１電極Ｅ１は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）等の酸化物の透明電極材料を含む透明電極である。第１電極Ｅ１は、こられの透明電極材料の中に複数の柱状金属を有する構成としてもよい。この場合、第１電極Ｅ１の膜厚は、例えば１０ｎｍ～３００ｎｍである。第１電極Ｅ１として上記のような透明電極材料を用いることは必須ではなく、Ａｕ、ＣｕまたはＡｌなどの金属材料を薄い膜厚で用いることで、外部からの光を第１強磁性層３１に到達させるようにしてもよい。第１電極Ｅ１の材料として金属を用いる場合、第１電極Ｅ１の膜厚は、例えば、３～１０ｎｍである。特にＡｕは、青色近辺の波長の光の透過率が他の金属材料よりも高い。また第１電極Ｅ１は、光が照射される照射面に反射防止膜を有してもよい。 The first electrode E1 has, for example, transparency with respect to the wavelength range of the light radiated to the magnetic element 30. The first electrode E1 is a transparent electrode containing a transparent electrode material of an oxide such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), and zinc oxide gallium zinc (IGZO). The first electrode E1 may be configured to have a plurality of columnar metals in these transparent electrode materials. In this case, the film thickness of the first electrode E1 is, for example, 10 nm to 300 nm. It is not essential to use the transparent electrode material as described above as the first electrode E1, and by using a metal material such as Au, Cu, or Al with a thin film thickness, light from the outside is sent to the first ferromagnetic layer 31. You may try to reach it. When a metal is used as the material of the first electrode E1, the film thickness of the first electrode E1 is, for example, 3 to 10 nm. In particular, Au has a higher transmittance of light having a wavelength near blue than other metal materials. Further, the first electrode E1 may have an antireflection film on the irradiation surface irradiated with light.

第２電極Ｅ２は、導電性を有する材料からなる。第２電極Ｅ２は、例えば、Ｃｕ、ＡｌまたはＡｕなどの金属により構成される。これらの金属の上下にＴａやＴｉを積層してもよい。また、ＣｕとＴａの積層膜、ＴａとＣｕとＴｉの積層膜、ＴａとＣｕとＴａＮの積層膜を用いてもよい。また、第２電極Ｅ２として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。第２電極Ｅ２の膜厚は、例えば２００ｎｍ～８００ｎｍである。第２電極Ｅ２は、磁性素子３０に照射される光に対して透過性を有するようにしてもよい。第２電極Ｅ２の材料として、第１電極Ｅ１と同様に、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）等の酸化物の透明電極材料を用いてもよい。第１電極Ｅ１のほうから光が照射される場合においても、光の強度によっては光が第２電極Ｅ２まで到達する場合もありうるが、この場合、第２電極Ｅ２が酸化物の透明電極材料を含んで構成されていることで、第２電極Ｅ２が金属で構成されている場合に比べて、第２電極Ｅ２とそれに接する層との界面における光の反射を抑制できる。 The second electrode E2 is made of a conductive material. The second electrode E2 is made of a metal such as Cu, Al or Au. Ta and Ti may be laminated above and below these metals. Further, a laminated film of Cu and Ta, a laminated film of Ta, Cu and Ti, and a laminated film of Ta, Cu and TaN may be used. Further, TiN or TaN may be used as the second electrode E2. The film thickness of the second electrode E2 is, for example, 200 nm to 800 nm. The second electrode E2 may have transparency to the light applied to the magnetic element 30. As the material of the second electrode E2, as in the case of the first electrode E1, for example, an oxide such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), zinc oxide gallium (IGZO), etc. A transparent electrode material may be used. Even when light is emitted from the first electrode E1, the light may reach the second electrode E2 depending on the intensity of the light. In this case, the second electrode E2 is an oxide transparent electrode material. The reflection of light at the interface between the second electrode E2 and the layer in contact with the second electrode E2 can be suppressed as compared with the case where the second electrode E2 is made of metal.

磁性素子３０は、各層の積層工程、アニール工程、加工工程によって作製される。まず、第２電極Ｅ２上に、下地層３６、第３強磁性層３４、磁気結合層３５、第２強磁性層３２、スペーサ層３３、第１強磁性層３１、垂直磁化誘起層３７、キャップ層３８の順に積層する。各層は、例えば、スパッタリングにより成膜される。 The magnetic element 30 is manufactured by a laminating step, an annealing step, and a processing step of each layer. First, on the second electrode E2, the base layer 36, the third ferromagnetic layer 34, the magnetic coupling layer 35, the second ferromagnetic layer 32, the spacer layer 33, the first ferromagnetic layer 31, the vertical magnetization induced layer 37, and the cap. The layers 38 are laminated in this order. Each layer is formed by, for example, sputtering.

次いで、積層膜をアニールする。アニール温度は、例えば、２５０℃から４５０℃である。積層膜が回路基板１０上に形成される場合においては、４００℃以上でアニールしておくことが好ましい。その後、積層膜をフォトリソグラフィ及びエッチングにより所定の柱状体に加工する。柱状体は、円柱でも角柱でもよい。例えば、柱状体をｚ方向から見た際の最短幅は、１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下としてもよく、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としてもよい。 Then, the laminated film is annealed. The annealing temperature is, for example, 250 ° C to 450 ° C. When the laminated film is formed on the circuit board 10, it is preferable to anneal it at 400 ° C. or higher. After that, the laminated film is processed into a predetermined columnar body by photolithography and etching. The columnar body may be a cylinder or a prism. For example, the shortest width when the columnar body is viewed from the z direction may be 10 nm or more and 2000 nm or less, or 30 nm or more and 500 nm or less.

次いで、柱状体の側面を被覆するように、絶縁層を形成する。絶縁層は、側壁絶縁層３９となる。側壁絶縁層３９は、複数回に亘って積層してもよい。次いで、化学機械研磨（ＣＭＰ）により側壁絶縁層３９からキャップ層３８の上面を露出し、キャップ層３８上に、第１電極Ｅ１を作製する。上記工程により、磁性素子３０が得られる。 Next, an insulating layer is formed so as to cover the side surface of the columnar body. The insulating layer is the side wall insulating layer 39. The side wall insulating layer 39 may be laminated a plurality of times. Next, the upper surface of the cap layer 38 is exposed from the side wall insulating layer 39 by chemical mechanical polishing (CMP), and the first electrode E1 is produced on the cap layer 38. By the above steps, the magnetic element 30 is obtained.

次いで、第１実施形態に係る光センサー３のそれぞれの動作について説明する。光センサー３に照射された光は、レンズ５０のそれぞれで集光され、波長フィルター４１、４２、４３を介して磁性素子３０に至る。 Next, each operation of the optical sensor 3 according to the first embodiment will be described. The light emitted to the optical sensor 3 is collected by each of the lenses 50 and reaches the magnetic element 30 via the wavelength filters 41, 42, and 43.

赤色センサー３Ｒの磁性素子３０は、波長フィルター４１を介して光が照射されるため、赤色の光（５９０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域の光）が照射される。緑色センサー３Ｇの磁性素子３０は、波長フィルター４２を介して光が照射されるため、緑色の光（４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の波長域の光）が照射される。青色センサー３Ｂの磁性素子３０は、波長フィルター４３を介して光が照射されるため、青色の光（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長域の光）が照射される。 Since the magnetic element 30 of the red sensor 3R is irradiated with light through the wavelength filter 41, it is irradiated with red light (light in the wavelength range of 590 nm or more and less than 800 nm). Since the magnetic element 30 of the green sensor 3G is irradiated with light through the wavelength filter 42, it is irradiated with green light (light in the wavelength range of 490 nm or more and less than 590 nm). Since the magnetic element 30 of the blue sensor 3B is irradiated with light through the wavelength filter 43, it is irradiated with blue light (light in the wavelength range of 380 nm or more and less than 490 nm).

磁性素子３０からの出力電圧は、第１強磁性層３１に照射される光の強度により変化する。磁性素子３０からの出力電圧が光の照射によって変化する厳密なメカニズムはまだ明確になっていないが、例えば、以下の２つのメカニズムが考えられる。 The output voltage from the magnetic element 30 changes depending on the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 31. The exact mechanism by which the output voltage from the magnetic element 30 changes due to light irradiation has not yet been clarified, but for example, the following two mechanisms can be considered.

図５は、第１実施形態に係る光センサー３の動作の第１メカニズムを説明するための図である。図５の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層３１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図５の下のグラフは、縦軸が磁性素子３０のｚ方向の抵抗値であり、横軸が時間である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a first mechanism of operation of the optical sensor 3 according to the first embodiment. In the upper graph of FIG. 5, the vertical axis is the intensity of light irradiating the first ferromagnetic layer 31, and the horizontal axis is time. In the graph at the bottom of FIG. 5, the vertical axis is the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction, and the horizontal axis is time.

まず第１強磁性層３１に第１強度の光が照射された状態（以下、初期状態と称する）において、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１と第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２とは平行の関係にあり、磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は第１抵抗値Ｒ_１を示し、磁性素子３０からの出力電圧の大きさは第１の値を示す。第１強度は、第１強磁性層３１に照射される光の強度がゼロの場合でもよい。 First, in a state where the first ferromagnetic layer 31 is irradiated with light of the first intensity (hereinafter referred to as an initial state), the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 and the magnetization M32 of the second ferromagnetic layer 32 are parallel to each other. The resistance value of the magnetic element 30 in the z direction indicates the first resistance value R ₁ , and the magnitude of the output voltage from the magnetic element 30 indicates the first value. The first intensity may be a case where the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 31 is zero.

磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は、磁性素子３０のｚ方向にセンス電流を流すことで、磁性素子３０のｚ方向の両端に電圧が発生し、その電圧値からオームの法則を用いて求められる。磁性素子３０からの出力電圧は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に発生する。図５に示す例の場合、センス電流を第１強磁性層３１から第２強磁性層３２に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１に対して、第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが平行になる。また、この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１が動作時に反転することを防止することができる。 The resistance value of the magnetic element 30 in the z direction is obtained by passing a sense current in the z direction of the magnetic element 30 to generate a voltage across the magnetic element 30 in the z direction and using Ohm's law from the voltage value. Be done. The output voltage from the magnetic element 30 is generated between the first electrode E1 and the second electrode E2. In the case of the example shown in FIG. 5, it is preferable that the sense current flows from the first ferromagnetic layer 31 toward the second ferromagnetic layer 32. By passing a sense current in this direction, a spin transfer torque acts on the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 in the same direction as the magnetization M32 of the second ferromagnetic layer 32, and in the initial state, the magnetization M31 and the magnetization M31 are magnetized. It becomes parallel to M32. Further, by passing a sense current in this direction, it is possible to prevent the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 from being inverted during operation.

次いで、第１強磁性層３１に照射される光の強度が変化する。光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は初期状態から傾く。第１強磁性層３１に光が照射されていない状態における第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の方向と、光が照射された状態における磁化Ｍ３１の方向との角度は、いずれも０°より大きく９０°より小さい。 Next, the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 31 changes. The magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 is tilted from the initial state by the external energy due to the irradiation of light. The angle between the direction of the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 when the first ferromagnetic layer 31 is not irradiated with light and the direction of the magnetization M31 when the first ferromagnetic layer 31 is irradiated with light is larger than 0 °. Less than 90 °.

第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１が初期状態から傾くと、磁気抵抗効果素子３０のｚ方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子３０からの出力電圧は変化する。例えば、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の傾きに応じて、磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化し、磁性素子３０からの出力電圧は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。第１抵抗値Ｒ_１、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４の順に抵抗値は大きくなる。第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子３０からの出力電圧は大きくなる。 When the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 is tilted from the initial state, the resistance value of the magnetoresistive element 30 in the z direction changes. Then, the output voltage from the magnetic element 30 changes. For example, the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction changes from the second resistance value _R2 , the _third resistance value R3, and the _fourth resistance value R4 according to the inclination of the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31. However, the output voltage from the magnetic element 30 changes to a second value, a third value, and a fourth value. The resistance value increases in the order of the first resistance value R ₁ , the second resistance value R ₂ , the third resistance value R ₃ , and the fourth resistance value R ₄ . The output voltage from the magnetic element 30 increases in the order of the first value, the second value, the third value, and the fourth value.

光センサー３は、磁性素子３０に照射される光の強度が変化した際に、磁性素子３０からの出力電圧（磁性素子３０のｚ方向の抵抗値）が変化する。アナログデジタル変換器１１において磁性素子３０からの出力電圧（磁性素子３０の抵抗値）の閾値を複数段階に分けて規定しておくと、光センサー装置１は、例えば、第１の値（第１抵抗値Ｒ_１）を“０”、第２の値（第２抵抗値Ｒ_２）を“１”、第３の値（第３抵抗値Ｒ_３）を“２”、第４の値（第４抵抗値Ｒ_４）を“３”として、４値の情報を出力できる。ここでは一例として４値を読み出す場合を示したが、磁性素子３０からの出力電圧（磁性素子３０の抵抗値）の閾値の設定により読み出す値の数は自由に設計できる。またアナログデジタル変換器１１を用いない場合は、アナログ値をそのまま出力してもよい。 In the optical sensor 3, when the intensity of the light applied to the magnetic element 30 changes, the output voltage from the magnetic element 30 (the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction) changes. If the threshold value of the output voltage (resistance value of the magnetic element 30) from the magnetic element 30 is defined in the analog-digital converter 11 in a plurality of stages, the optical sensor device 1 may have, for example, a first value (first value). The resistance value R ₁ ) is "0", the second value (second resistance value R ₂ ) is "1", the third value (third resistance value R ₃ ) is "2", and the fourth value (fourth). 4 Resistance value R ₄ ) can be set to "3" and 4-value information can be output. Here, the case where four values are read out is shown as an example, but the number of values to be read out can be freely designed by setting the threshold value of the output voltage (resistance value of the magnetic element 30) from the magnetic element 30. When the analog-to-digital converter 11 is not used, the analog value may be output as it is.

第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１には第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用するので、第１強磁性層３１に光が照射されていない場合は、初期状態から傾いた磁化Ｍ３１は、初期状態に戻る。磁化Ｍ３１が初期状態に戻ると、磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ_１に戻る。 Since the spin transfer torque in the same direction as the magnetization M32 of the second ferromagnetic layer 32 acts on the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31, if the first ferromagnetic layer 31 is not irradiated with light, the initial state The magnetization M31 tilted from returns to the initial state. When the magnetization M31 returns to the initial state, the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction returns to the _first resistance value R1.

ここでは初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが平行な場合を例に説明したが、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行でもよい。この場合、磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は、磁化Ｍ３１が傾くほど（磁化Ｍ３１の初期状態からの角度変化が大きくなるほど）小さくなる。磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流は第２強磁性層３２から第１強磁性層３１に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１に対して、第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と反対方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行になる。 Here, the case where the magnetization M31 and the magnetization M32 are parallel to each other in the initial state has been described as an example, but the magnetization M31 and the magnetization M32 may be antiparallel in the initial state. In this case, the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction becomes smaller as the magnetization M31 is tilted (as the angle change from the initial state of the magnetization M31 becomes larger). When the initial state is the case where the magnetization M31 and the magnetization M32 are antiparallel, it is preferable that the sense current flows from the second ferromagnetic layer 32 toward the first ferromagnetic layer 31. By passing a sense current in this direction, a spin transfer torque in the direction opposite to the magnetization M32 of the second ferromagnetic layer 32 acts on the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31, and the magnetization M31 and the magnetization M31 are magnetized in the initial state. It becomes antiparallel to M32.

図６は、第１実施形態に係る光センサー３の動作の第２メカニズムを説明するための図である。図６の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層３１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図６の下のグラフは、縦軸が磁性素子３０のｚ方向の抵抗値であり、横軸が時間である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a second mechanism of operation of the optical sensor 3 according to the first embodiment. In the upper graph of FIG. 6, the vertical axis is the intensity of light irradiating the first ferromagnetic layer 31, and the horizontal axis is time. In the graph at the bottom of FIG. 6, the vertical axis is the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction, and the horizontal axis is time.

図６に示す初期状態は、図５に示す初期状態と同様である。図６に示す例の場合も、センス電流を第１強磁性層３１から第２強磁性層３２に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１に対して、第２強磁性層３２の磁化Ｍ３２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態が維持される。 The initial state shown in FIG. 6 is the same as the initial state shown in FIG. Also in the case of the example shown in FIG. 6, it is preferable that the sense current flows from the first ferromagnetic layer 31 toward the second ferromagnetic layer 32. By passing a sense current in this direction, a spin transfer torque in the same direction as the magnetization M32 of the second ferromagnetic layer 32 acts on the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31, and the initial state is maintained.

次いで、第１強磁性層３１に照射される光の強度が変化する。光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の大きさは初期状態から小さくなる。第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１が初期状態から小さくなると、磁気抵抗効果素子３０のｚ方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子３０からの出力電圧は変化する。例えば、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の大きさに応じて、磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化し、磁性素子３０からの出力電圧は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。第１抵抗値Ｒ_１、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４の順に抵抗値は大きくなる。第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子３０からの出力電圧は大きくなる。図５の場合と同様に、光センサー３は、これらの出力電圧（抵抗値）の違いを、多値又はアナログデータとして出力する。 Next, the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 31 changes. The magnitude of the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 becomes smaller from the initial state due to the external energy generated by the irradiation of light. When the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 becomes smaller than the initial state, the resistance value of the magnetoresistive element 30 in the z direction changes. Then, the output voltage from the magnetic element 30 changes. For example, depending on the magnitude of the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31, the resistance values of the magnetic element 30 in the z direction are the second resistance value _R2 , the _third resistance value R3, and the fourth resistance value _R4 . The output voltage from the magnetic element 30 changes to a second value, a third value, and a fourth value. The resistance value increases in the order of the first resistance value R ₁ , the second resistance value R ₂ , the third resistance value R ₃ , and the fourth resistance value R ₄ . The output voltage from the magnetic element 30 increases in the order of the first value, the second value, the third value, and the fourth value. Similar to the case of FIG. 5, the optical sensor 3 outputs the difference between these output voltages (resistance values) as multi-valued or analog data.

第１強磁性層３１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１の大きさは元に戻り、光センサー３は初期状態に戻る。すなわち、磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ_１に戻る。 When the intensity of the light applied to the first ferromagnetic layer 31 returns to the first intensity, the magnitude of the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 returns to the original size, and the optical sensor 3 returns to the initial state. That is, the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction returns to the _first resistance value R1.

図６においても、初期状態において磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行としてもよい。この場合、磁性素子３０のｚ方向の抵抗値は、磁化Ｍ３１の大きさが小さくなるほど、小さくなる。磁化Ｍ３１と磁化Ｍ３２とが反平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流は第２強磁性層３２から第１強磁性層３１に向かって流すことが好ましい。 Also in FIG. 6, the magnetization M31 and the magnetization M32 may be antiparallel in the initial state. In this case, the resistance value of the magnetic element 30 in the z direction becomes smaller as the magnitude of the magnetization M31 becomes smaller. When the initial state is the case where the magnetization M31 and the magnetization M32 are antiparallel, it is preferable that the sense current flows from the second ferromagnetic layer 32 toward the first ferromagnetic layer 31.

光センサー装置１は、光センサーユニット２の各光センサー３の磁性素子３０からの出力電圧（磁性素子３０の抵抗値）をロウデコーダー６及びカラムデコーダー７で求められた位置情報と共に測定し、光センサーユニット２に照射される光を読み取る。光センサー装置１は、例えば、イメージセンサ等に用いられる。 The optical sensor device 1 measures the output voltage (resistance value of the magnetic element 30) from the magnetic element 30 of each optical sensor 3 of the optical sensor unit 2 together with the position information obtained by the row decoder 6 and the column decoder 7, and measures the light. Read the light emitted to the sensor unit 2. The optical sensor device 1 is used, for example, for an image sensor or the like.

また第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は、第１強磁性層３１の体積が小さいほど光の照射に対して変化しやすくなる。つまり、第１強磁性層３１の磁化Ｍ３１は、第１強磁性層３１の体積が小さいほど光の照射により傾きやすい、又は、光の照射により小さくなりやすい。換言すると、第１強磁性層３１の体積を小さくすると、わずかな光量の光でも磁化Ｍ３１を変化させることができる。すなわち、第１実施形態に係る光センサー装置１は、高感度に光を検知できる。 Further, the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 is more likely to change with light irradiation as the volume of the first ferromagnetic layer 31 is smaller. That is, the smaller the volume of the first ferromagnetic layer 31, the smaller the magnetization M31 of the first ferromagnetic layer 31 is, the more likely it is to be tilted by light irradiation, or the smaller the magnetization M31 is by light irradiation. In other words, if the volume of the first ferromagnetic layer 31 is reduced, the magnetization M31 can be changed even with a small amount of light. That is, the optical sensor device 1 according to the first embodiment can detect light with high sensitivity.

より正確には、磁化Ｍ３１の変化しやすさは、第１強磁性層３１の磁気異方性（Ｋｕ）と体積（Ｖ）との積（ＫｕＶ）の大きさで決定される。ＫｕＶが小さいほどより微小な光量でも磁化Ｍ３１は変化し、ＫｕＶが大きいほどより大きな光量でないと磁化Ｍ３１は変化しない。つまり、アプリケーションで使用する外部から照射する光の光量に応じて、第１強磁性層３１のＫｕＶを設計することになる。極めて微量な超微小な光量、フォトン検出のようなことを想定した場合には、第１強磁性層３１のＫｕＶを小さくすることで、これらの微小な光量の光の検出が可能となる。このような微小な光量の光の検出は、従来のｐｎ接合の半導体では素子サイズを小さくすると難しくなるため、大きなメリットである。つまりＫｕＶを小さくするために、第１強磁性層３１の体積を小さくする、つまり素子面積を小さくしたり、第１強磁性層３１の膜厚を薄くすることで、フォトン検出も可能となる。 More precisely, the variability of the magnetization M31 is determined by the magnitude of the product (KuV) of the magnetic anisotropy (Ku) and the volume (V) of the first ferromagnetic layer 31. The smaller the KuV, the smaller the amount of light, the more the magnetization M31 changes, and the larger the KuV, the larger the amount of light, the more the magnetization M31 does not change. That is, the KuV of the first ferromagnetic layer 31 is designed according to the amount of light emitted from the outside used in the application. When it is assumed that an extremely small amount of ultra-small amount of light is detected, such as photon detection, by reducing the KuV of the first ferromagnetic layer 31, it is possible to detect these minute amounts of light. Detection of such a small amount of light is a great merit because it becomes difficult to reduce the element size in a conventional pn junction semiconductor. That is, in order to reduce KuV, the volume of the first ferromagnetic layer 31 is reduced, that is, the element area is reduced, or the film thickness of the first ferromagnetic layer 31 is reduced, so that photon detection is also possible.

また一つの光センサー３のサイズが小さいと、同一面積内に多くの光センサー３を配置できる。同一面積内に配置される光センサー３の数が多いほど、光センサー装置１は高解像度化する。また一つの光センサー３のサイズが小さいと、所定の数の光センサー３を狭い面積内に配置できる。すなわち、所定の画素数を有する光センサー装置１の製造にかかるコストを低減できる。 Further, if the size of one optical sensor 3 is small, many optical sensors 3 can be arranged in the same area. The larger the number of optical sensors 3 arranged in the same area, the higher the resolution of the optical sensor device 1. Further, if the size of one optical sensor 3 is small, a predetermined number of optical sensors 3 can be arranged in a narrow area. That is, it is possible to reduce the cost of manufacturing the optical sensor device 1 having a predetermined number of pixels.

以上、第１実施形態について図面を参照して詳述したが、第１実施形態はこの例に限られるものではない。 Although the first embodiment has been described in detail with reference to the drawings, the first embodiment is not limited to this example.

（第１変形例）
図７は、第１変形例にかかる光センサーユニット２Ｂの具体的な構成の一例を示す。第１変形例の光センサーユニット２Ｂは、複数の画素ｐ２を有する。画素ｐ２のそれぞれは、例えば、赤色センサー３Ｒと緑色センサー３Ｇと青色センサー３Ｂと赤外線センサー３ＩＲと紫外線センサー３ＵＶとを有する。図７に示す光センサーユニット２Ｂは、赤外線センサー３ＩＲと紫外線センサー３ＵＶとを有する点が、図２に示す光センサーユニット２Ａと異なる。第１変形例において図２～図４と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。 (First modification)
FIG. 7 shows an example of a specific configuration of the optical sensor unit 2B according to the first modification. The optical sensor unit 2B of the first modification has a plurality of pixels p2. Each of the pixels p2 has, for example, a red sensor 3R, a green sensor 3G, a blue sensor 3B, an infrared sensor 3IR, and an ultraviolet sensor 3UV. The optical sensor unit 2B shown in FIG. 7 is different from the optical sensor unit 2A shown in FIG. 2 in that it has an infrared sensor 3IR and an ultraviolet sensor 3UV. In the first modification, the same configurations as those in FIGS. 2 to 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

赤外線センサー３ＩＲは、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下の波長域のうちの特定の波長域の光を検知する。紫外線センサー３ＵＶは、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域の光を検知する。図７に示す例において、例えば、赤色センサー３Ｒと緑色センサー３Ｇと青色センサー３Ｂを第１光センサーとみなし、赤外線センサー３ＩＲを第２光センサーとみなし、紫外線センサー３ＵＶを第３光センサーとみなすことができる。 The infrared sensor 3IR detects light in a specific wavelength range in the wavelength range of 800 nm or more and 1 mm or less. The ultraviolet sensor 3UV detects light in a specific wavelength range in the wavelength range of 200 nm or more and less than 380 nm. In the example shown in FIG. 7, for example, the red sensor 3R, the green sensor 3G, and the blue sensor 3B are regarded as the first optical sensor, the infrared sensor 3IR is regarded as the second optical sensor, and the ultraviolet sensor 3UV is regarded as the third optical sensor. Can be done.

図８は、第１変形例に係る光センサー装置１Ｂの断面の概念図である。光センサー装置１Ｂは、例えば、回路基板１０と配線層２０と複数の光センサー３とを有する。 FIG. 8 is a conceptual diagram of a cross section of the optical sensor device 1B according to the first modification. The optical sensor device 1B has, for example, a circuit board 10, a wiring layer 20, and a plurality of optical sensors 3.

複数の光センサー３のそれぞれは、赤色センサー３Ｒ、緑色センサー３Ｇ、青色センサー３Ｂ、赤外線センサー３ＩＲ、紫外線センサー３ＵＶのいずれかである。赤色センサー３Ｒ、緑色センサー３Ｇ、青色センサー３Ｂ、赤外線センサー３ＩＲ、紫外線センサー３ＵＶのそれぞれは、例えば、磁性素子３０とレンズ５０の構成は同一であり、波長フィルター４０が透過させる光の波長域が異なる。 Each of the plurality of optical sensors 3 is one of a red sensor 3R, a green sensor 3G, a blue sensor 3B, an infrared sensor 3IR, and an ultraviolet sensor 3UV. The red sensor 3R, the green sensor 3G, the blue sensor 3B, the infrared sensor 3IR, and the ultraviolet sensor 3UV each have the same configuration of the magnetic element 30 and the lens 50, but the wavelength range of the light transmitted by the wavelength filter 40 is different. ..

赤色センサー３Ｒは、波長フィルター４１を有する。緑色センサー３Ｇは、波長フィルター４２を有する。青色センサー３Ｂは、波長フィルター４３を有する。赤外線センサー３ＩＲは、波長フィルター４４を有する。紫外線センサー３ＵＶは、波長フィルター４５を有する。波長フィルター４４は、例えば、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下の波長域のうちの特定の波長域の光を透過させる。波長フィルター４５は、例えば、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域の光を透過させる。 The red sensor 3R has a wavelength filter 41. The green sensor 3G has a wavelength filter 42. The blue sensor 3B has a wavelength filter 43. The infrared sensor 3IR has a wavelength filter 44. The ultraviolet sensor 3UV has a wavelength filter 45. The wavelength filter 44 transmits light in a specific wavelength range of, for example, 800 nm or more and 1 mm or less. The wavelength filter 45 transmits light in a specific wavelength range of, for example, a wavelength range of 200 nm or more and less than 380 nm.

赤外線センサー３ＩＲ及び紫外線センサー３ＵＶは、光センサー３の一例であり、光センサー３と同様の動作を行う。赤外線センサー３ＩＲの磁性素子３０は、波長フィルター４４を介して光が照射されるため、赤外光（８００ｎｍ以上１ｍｍ以下の波長域のうちの特定の波長域の光）が照射される。紫外線センサー３ＵＶの磁性素子３０は、波長フィルター４５を介して光が照射されるため、紫外光（２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の波長域のうちの特定の波長域の光）が照射される。 The infrared sensor 3IR and the ultraviolet sensor 3UV are examples of the optical sensor 3 and perform the same operation as the optical sensor 3. Since the magnetic element 30 of the infrared sensor 3IR is irradiated with light through the wavelength filter 44, it is irradiated with infrared light (light in a specific wavelength range of 800 nm or more and 1 mm or less). Since the magnetic element 30 of the ultraviolet sensor 3UV is irradiated with light through the wavelength filter 45, it is irradiated with ultraviolet light (light in a specific wavelength range of 200 nm or more and less than 380 nm).

第１変形例にかかる光センサー装置１Ｂは、第１実施形態に係る光センサー装置１と同様の効果を奏する。また光センサー装置１Ｂは、可視光以外の赤外光及び紫外光も同時に検知できる。また光センサー装置１Ｂは、波長フィルター４０が透過させる光の波長域を変えるだけで、可視光、赤外光、紫外光まで検知可能であり、低コストに作製できる。 The optical sensor device 1B according to the first modification has the same effect as the optical sensor device 1 according to the first embodiment. Further, the optical sensor device 1B can simultaneously detect infrared light and ultraviolet light other than visible light. Further, the optical sensor device 1B can detect visible light, infrared light, and ultraviolet light only by changing the wavelength range of the light transmitted by the wavelength filter 40, and can be manufactured at low cost.

また図９に示す光センサーユニット２Ｃのように、一つの画素ｐ３が赤色センサー３Ｒと緑色センサー３Ｇと青色センサー３Ｂと赤外線センサー３ＩＲとからなってもよい。また図１０に示す光センサーユニット２Ｄのように、一つの画素ｐ４が赤色センサー３Ｒと緑色センサー３Ｇと青色センサー３Ｂと紫外線センサー３ＵＶとからなってもよい。また光センサーユニットを構成するそれぞれの光センサー３が同じ波長域の光を検知してもよい。この場合、それぞれの光センサー３が検知する波長域は特に問わない。 Further, as in the optical sensor unit 2C shown in FIG. 9, one pixel p3 may be composed of a red sensor 3R, a green sensor 3G, a blue sensor 3B, and an infrared sensor 3IR. Further, as in the optical sensor unit 2D shown in FIG. 10, one pixel p4 may be composed of a red sensor 3R, a green sensor 3G, a blue sensor 3B, and an ultraviolet sensor 3UV. Further, each optical sensor 3 constituting the optical sensor unit may detect light in the same wavelength range. In this case, the wavelength range detected by each optical sensor 3 is not particularly limited.

またここまで、光センサー３を２次元的に配列する例を示したが、図１１に示すように光センサー３を１次元的に配列してもよい。図１１では、一つの画素ｐ５が１次元的に配列した赤色センサー３Ｒと緑色センサー３Ｇと青色センサー３Ｂとからなる例を示したが、これらのいずれかを有していなくてもよいし、赤外線センサー３ＩＲ又は紫外線センサー３ＵＶを有してもよい。またそれぞれの光センサー３が同じ波長域の光を検知してもよく、それぞれの光センサー３が検知する波長域は特に問わない。 Further, although the example in which the optical sensors 3 are arranged two-dimensionally has been shown so far, the optical sensors 3 may be arranged one-dimensionally as shown in FIG. FIG. 11 shows an example in which one pixel p5 is composed of a red sensor 3R, a green sensor 3G, and a blue sensor 3B arranged one-dimensionally, but it is not necessary to have any of these, and infrared rays may be present. It may have a sensor 3IR or an ultraviolet sensor 3UV. Further, each optical sensor 3 may detect light in the same wavelength range, and the wavelength range detected by each optical sensor 3 is not particularly limited.

上述の光センサー装置１、１Ｂは、例えば、情報端末装置に用いることができる。図１２は、情報端末装置１００の一例の模式図である。図１２の左は情報端末装置１００の表面であり、図１２の右は情報端末装置１００の裏面である。情報端末装置１００は、カメラＣＡを有する。上述の光センサー装置１、１Ｂは、このカメラの撮像素子に用いることができる。図１２では、情報端末装置１００の一例として、スマートフォンを例示したが、この場合に限られない。情報端末装置１００は、スマートフォン以外に、例えば、タブレット、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等である。 The above-mentioned optical sensor devices 1 and 1B can be used, for example, in an information terminal device. FIG. 12 is a schematic diagram of an example of the information terminal device 100. The left side of FIG. 12 is the front surface of the information terminal device 100, and the right side of FIG. 12 is the back surface of the information terminal device 100. The information terminal device 100 has a camera CA. The above-mentioned optical sensor devices 1 and 1B can be used as an image sensor of this camera. In FIG. 12, a smartphone is illustrated as an example of the information terminal device 100, but the present invention is not limited to this case. The information terminal device 100 is, for example, a tablet, a personal computer, a digital camera, or the like, in addition to the smartphone.

以上、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications and modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described within the scope of claims.

１…光センサー装置、２…光センサーユニット、３…光センサー、３Ｒ…赤色センサー、３Ｇ…緑色センサー、３Ｂ…青色センサー、３ＩＲ…赤外線センサー、３ＵＶ…紫外線センサー、５…半導体回路、６…ロウデコーダー、７…カラムデコーダー、１０…回路基板、１１…アナログデジタル変換器、１２…出力端子、２０…配線層、２１…配線、２２…層間絶縁膜、３０…磁性素子、３１…第１強磁性層、３２…第２強磁性層、３３…スペーサ層、３４…第３強磁性層、３５…磁気結合層、３６…下地層、３７…垂直磁化誘起層、３８…キャップ層、３９…側壁絶縁層、４０，４１，４２，４３，４４，４５…波長フィルター、５０…レンズ、１００…情報端末装置、ＣＡ…カメラ、ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５…画素、Ｍ３１，Ｍ３２，Ｍ３４…磁化 1 ... Optical sensor device, 2 ... Optical sensor unit, 3 ... Optical sensor, 3R ... Red sensor, 3G ... Green sensor, 3B ... Blue sensor, 3IR ... Infrared sensor, 3UV ... Ultraviolet sensor, 5 ... Semiconductor circuit, 6 ... Row Decoder, 7 ... Column decoder, 10 ... Circuit board, 11 ... Analog digital converter, 12 ... Output terminal, 20 ... Wiring layer, 21 ... Wiring, 22 ... Interlayer insulating film, 30 ... Magnetic element, 31 ... First ferromagnetic Layer, 32 ... 2nd ferromagnetic layer, 33 ... spacer layer, 34 ... 3rd ferromagnetic layer, 35 ... magnetic coupling layer, 36 ... underlayer, 37 ... vertical magnetization induced layer, 38 ... cap layer, 39 ... side wall insulation Layer, 40, 41, 42, 43, 44, 45 ... wavelength filter, 50 ... lens, 100 ... information terminal device, CA ... camera, p1, p2, p3, p4, p5 ... pixel, M31, M32, M34 ... magnetism

Claims

A wavelength filter that transmits light in a specific wavelength range,
It has a magnetic element including a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
An optical sensor that irradiates the magnetic element with light transmitted through the wavelength filter and detects the light radiated to the magnetic element.

The optical sensor according to claim 1, wherein the wavelength filter transmits light in a specific wavelength range among wavelength ranges of 380 nm or more and less than 800 nm.

The optical sensor according to claim 1, wherein the wavelength filter transmits light in a specific wavelength range in a wavelength range of 800 nm or more and 1 mm or less.

The optical sensor according to claim 1, wherein the wavelength filter transmits light in a specific wavelength range in the wavelength range of 200 nm or more and less than 380 nm.

An optical sensor unit having a plurality of optical sensors according to any one of claims 1 to 4.

The optical sensor is claimed to have at least a first optical sensor having the wavelength filter that transmits light in the first wavelength region and a second optical sensor having the wavelength filter that transmits light in the second wavelength region. Item 5. The optical sensor unit according to Item 5.

The first wavelength region is a specific wavelength region among the wavelength regions of 380 nm or more and less than 800 nm.
The optical sensor unit according to claim 6, wherein the second wavelength region is a specific wavelength region among the wavelength regions of 800 nm or more and 1 mm or less.

As the optical sensor, a third optical sensor having the wavelength filter for transmitting light in the third wavelength region is further provided.
The optical sensor unit according to claim 6 or 7, wherein the third wavelength region is a specific wavelength region among the wavelength regions of 200 nm or more and less than 380 nm.

The optical sensor unit according to any one of claims 5 to 8, wherein the optical sensors are arranged one-dimensionally.

The optical sensor unit according to any one of claims 5 to 8, wherein the optical sensors are two-dimensionally arranged.

An optical sensor device comprising the optical sensor according to any one of claims 1 to 4 and a semiconductor circuit electrically connected to the magnetic element of the optical sensor.

The optical sensor device according to claim 11, wherein the optical sensor is located on the semiconductor circuit.

An information terminal device having the optical sensor according to any one of claims 1 to 4.