JP2022150153A

JP2022150153A - 磁気センサ

Info

Publication number: JP2022150153A
Application number: JP2021052624A
Authority: JP
Inventors: 翔利根川; Sho TONEGAWA; 彰坂脇; Akira Sakawaki; 麟平金田一; Rimpei Kindaichi
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-10-07
Also published as: DE102022105016A1; US20220308124A1; US11733319B2; CN115201723A

Abstract

【課題】磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサの感度を向上させる。【解決手段】磁気センサは、非磁性の基板と、前記基板上に設けられ、軟磁性体を含み、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、軟磁性体を含み、前記感受素子の前記長手方向の端部から突出する突出部とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサに関する。

公報記載の従来技術として、非磁性体からなる基板と、該基板上に形成され、その長手方向両端に電極が設けられた薄膜磁気コアとからなる磁気インピーダンス素子において、前記薄膜磁気コアは少なくとも２個以上、並列配置されてなり、かつ、前記それぞれの薄膜磁気コアは互いに電気的に直列接続されていることを特徴とする磁気インピーダンス素子が存在する（特許文献１参照）。

特開２０００－２９２５０６号公報

ところで、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子を備えた磁気センサは、感受素子にかかる磁界（内部磁界）によってインピーダンスが変化することを利用する。従って、磁気センサの感度を向上させるためには、一定の外部磁界を印加した際の内部磁界をより大きくすることが求められる。
本発明は、磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサの感度を向上させることを目的とする。

本発明が適用される磁気センサは、非磁性の基板と、前記基板上に設けられ、軟磁性体を含み、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、軟磁性体を含み、前記感受素子の前記長手方向の端部から突出する突出部とを備える。
また、前記突出部は、前記長手方向に突出していることを特徴とすることができる。
さらに、前記感受素子は、前記長手方向の端部に、当該長手方向の中央部よりも前記短手方向の幅が広い幅広形状を有することを特徴とすることができる。
さらにまた、前記感受素子は、前記幅広形状から前記中央部に向けて幅が狭まるテーパ形状を有することを特徴とすることができる。
また、前記突出部は、前記感受素子の前記短手方向における最大幅と等しい幅を有することを特徴とすることができる。

本発明が適用される磁気センサは、非磁性の基板と、前記基板上に設けられ、軟磁性体を含み、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受し、当該短手方向へ間隙を介して並ぶ複数の感受素子と、前記短手方向に隣接する前記感受素子の前記長手方向の端部を接続する接続部と、少なくとも１つの前記感受素子にて、軟磁性体を含み、当該感受素子の前記長手方向の端部から突出する突出部とを備えることを特徴とすることができる。
また、このような磁気センサにおいて、前記接続部を複数有し、複数の前記感受素子は、複数の前記接続部によってつづら折り状に直列接続されることを特徴とすることができる。

本発明によれば、磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサの感度を向上させることができる。

第１の実施の形態が適用される磁気センサの例を説明する図である。感受素子の長手方向に印加された磁界Ｈと感受素子のインピーダンスＺとの関係を説明する図である。突出部を有しない従来の磁気センサの平面形状を示す図である。磁気センサに対し予め定めた大きさの外部磁界を印加した場合の、感受部における内部磁界の大きさのシミュレーション結果を示す図である。突出部の効果について説明する図である。第２の実施の形態が適用される磁気センサの例を説明する図である。突出部を有しない従来の磁気センサの平面形状を示す図である。磁気センサに対し予め定めた大きさの外部磁界を印加した場合の、感受部における内部磁界の大きさのシミュレーション結果を示す図である。１つの感受素子を備える磁気センサの例を示す図である。磁気センサの変形例１～４について説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
（第１の実施形態が適用される磁気センサ１の構成）
図１は、第１の実施の形態（以下、第１の実施形態と表記する）が適用される磁気センサ１の例を説明する図である。
図１は磁気センサの第１の実施形態を説明する図であり、（Ａ）は磁気センサの平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。

図１（Ａ）に示すように、第１の実施形態が適用される磁気センサ１は、非磁性の基板１０と、基板１０上に設けられ、磁界を感受する軟磁性体層を含む感受部３０と、軟磁性体層を含む突出部４０とを備える。

図１（Ａ）により、磁気センサ１の平面構造を説明する。磁気センサ１は、一例として四角形の平面形状を有する。磁気センサ１の平面形状は、数ｍｍ角である。例えば、長手方向の長さが４ｍｍ～６ｍｍ、短手方向の長さが３ｍｍ～５ｍｍである。なお、磁気センサ１の平面形状の大きさは、他の値であってよい。

まず、磁気センサ１に形成された感受部３０を説明する。感受部３０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する矩形形状である複数の感受素子３１と、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する接続部３２と、電流供給のための電線が接続される端子部３３とを備える。なお、長手方向は図１（Ａ）の左右方向、短手方向は上下方向に夫々対応する。また、磁気センサ１では、感受素子３１が、磁界または磁界の変化を感受する磁気インピーダンス効果素子である。つまり、感受素子３１が直列接続された感受部３０のインピーダンス変化により磁界又は磁界の変化が計測される。以下では、感受部３０のインピーダンスを、磁気センサ１のインピーダンスと表記することがある。なお、磁界を磁場と呼ぶことがある。

ここで、図１（Ａ）に示すように、磁気センサ１における複数の感受素子３１は、短手方向の幅がＷ１、長手方向の長さがＬ１の矩形形状にて構成されている。この複数の感受素子３１は、短手方向に間隙Ｇ１を介して並んでいる。なお、このように短手方向に並ぶ複数の感受素子３１の紙面下から数えて１本目、２本目、３本目、…を、夫々、ライン１、ライン２、ライン３、…と記載することがある。
ところで、図１（Ａ）には複数の感受素子３１を図示しているが、感受素子３１は１本であってもよい。また、図示した８本より多く設けてもよい。

接続部３２は、感受素子３１の端部に設けられ、隣接する感受素子３１を長手方向の端部にてつづら折りに直列接続する。例えば、後述する表１にて示す磁気センサの実施例１では、感受素子３１を２４本有するため、接続部３２を２３個有する。
なお、他の実施形態において感受素子３１を１本とした場合、接続部３２を有しない場合もある。

端子部３３は、接続部３２で接続されていない感受素子３１の２個の端部にそれぞれ設けられている。端子部３３は、電流を供給する電線を接続するパッド部として機能する。端子部３３は、電線を接続しうる大きさであればよい。なお、図１（Ａ）において、２つの端子部３３は何れも紙面右側に設けられているが、左側に設けてもよく、左右側に分けて設けてもよい。

さらに、磁気センサ１は、感受素子３１の長手方向の両端部に突出部４０を備える。より詳しくは、感受素子３１の長手方向の両端部から長手方向側に突出した突出部４０を備える。つまり、突出部４０は、感受素子３１の長手方向に向けて突出している。突出部４０は、短手方向の幅が感受素子３１の幅と等しいＷ１であり、長手方向の長さがＬ２である矩形形状にて設けられている。

外部から磁力線が入力する側の突出部４０は、感受素子３１に対し外部から磁力線を誘導する。また、磁力線が感受素子３１から出力する側の突出部４０は、感受素子３１を通過した磁力線が、そのまま突出部４０を通過するように誘導する。つまり、突出部４０は、磁力線を誘導するヨークとして機能する。このため、突出部４０は、磁力線が透過しやすい軟磁性体（後述する軟磁性体層１０１）を含んでいる。

ここでは、突出部４０は、感受素子３１の長手方向に向けて突出している。しかし、突出部４０は長手方向と異なる（交差する）方向に突出させてもよいが、突出部４０を長手方向に突出させることで、後述するように磁力線を誘導し易くなる。そして、磁気センサ１が感受素子３１を複数備える場合には、突出部４０は、感受部３０から櫛歯状に突出している。

次に、図１（Ｂ）により、磁気センサ１の断面構造を詳述する。磁気センサ１は、一例として、基板１０側から４層の軟磁性体層１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを備える。そして、軟磁性体層１０１ａと軟磁性体層１０１ｂとの間に、軟磁性体層１０１ａと軟磁性体層１０１ｂとに還流磁区の発生を抑制する磁区抑制層１０２ａを備える。さらに、感受部３０は、軟磁性体層１０１ｃと軟磁性体層１０１ｄとの間に、軟磁性体層１０１ｃと軟磁性体層１０１ｄとに還流磁区の発生を抑制する磁区抑制層１０２ｂを備える。そしてまた、感受部３０は、軟磁性体層１０１ｂと軟磁性体層１０１ｃとの間に、感受部３０の抵抗（ここでは、電気抵抗をいう）を低減させる導電体層１０３を備える。軟磁性体層１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄをそれぞれ区別しない場合は、軟磁性体層１０１と表記する。磁区抑制層１０２ａ、１０２ｂをそれぞれ区別しない場合には、磁区抑制層１０２と表記する。

基板１０は、非磁性体からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコンなどの半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板等が挙げられる。以下では、基板１０がガラスであるとして説明する。

軟磁性体層１０１は、磁気インピーダンス効果を示すアモルファス合金の軟磁性体で構成される。軟磁性体層１０１を構成する軟磁性体としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金を用いるのがよい。このようなＣｏを主成分とした合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ、ＣｏＦｅＣｒＭｎＳｉＢ等が挙げられる。軟磁性体層１０１の厚さは、例えば１００ｎｍ～１μｍである。
ここで軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がない状態または磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。
また、本明細書において、アモルファス合金、アモルファス金属とは、結晶のような原子の規則的な配列を有しない構造を有し、スパッタリング法などで形成されるものをいう。

磁区抑制層１０２は、磁区抑制層１０２を挟む上下の軟磁性体層１０１に還流磁区の発生を抑制する。
一般に、軟磁性体層１０１には、それぞれの磁化の向きが異なる複数の磁区が形成されやすい。この場合、磁化の向きが環状を呈する還流磁区が形成される。外部磁界が大きくなると、磁壁が移動し、外部磁界の向きと磁化の向きとが同じ磁区の面積が大きくなり、外部磁界の向きと磁化の向きとが逆の磁区の面積が小さくなる。そして、さらに外部磁界が大きくなると、磁化の向きが外部磁界の向きと異なる磁区において、磁化の向きが外部磁界の向きと同じ向きを向くように磁化回転が生じる。そして、ついには隣接する磁区同士の間に存在していた磁壁が消滅し、１つの磁区（単磁区）となる。つまり、還流磁区が形成されていると、外部磁界の変化に伴って、還流磁区を構成する磁壁が階段状に不連続に移動するバルクハウゼン効果が生じる。この磁壁の不連続な移動は、磁気センサ１におけるノイズとなり、磁気センサ１から得られる出力におけるＳ／Ｎの低下を生じるおそれがある。磁区抑制層１０２は、磁区抑制層１０２の上下に設けられた軟磁性体層１０１に面積の小さな複数の磁区が形成されるのを抑制する。これにより、還流磁区が形成されることが抑制され、磁壁が不連続に移動することによるノイズの発生を抑制する。なお、磁区抑制層１０２は、磁区抑制層１０２を含まない場合に比べて、形成される磁区の数が少なく、つまり磁区の大きさが大きくなる効果が得られればよい。

このような磁区抑制層１０２としては、Ｒｕ、ＳｉＯ_２等の非磁性体や、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷ等の非磁性アモルファス金属が挙げられる。このような磁区抑制層１０２の厚さは、例えば１０ｎｍ～１００ｎｍである。

導電体層１０３は、感受部３０の抵抗を低減する。より詳しくは、導電体層１０３は、軟磁性体層１０１より導電性が高く、導電体層１０３を含まない場合に比べて、感受部３０の抵抗を小さくする。磁気センサ１は、磁界又は磁界の変化を、２つの端子部３３の間に交流電流を流した際におけるインピーダンス（以下では、インピーダンスＺと表記する）の変化（ΔＺと表記する）として計測する。この際、交流電流の周波数が高いほど、外部磁界の変化（ここでは、ΔＨと表記する）に対するインピーダンスＺの変化率ΔＺ／ΔＨ（以下ではインピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨ）が大きくなる。しかし、導電体層１０３を含まない状態で交流電流の周波数を高くすると、磁気センサ１とした状態における浮遊容量により、逆にインピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨが小さくなってしまう。感受部３０の抵抗をＲ、浮遊容量をＣとし、磁気センサ１を抵抗Ｒと浮遊容量Ｃとの並列回路とすると、磁気センサ１の緩和周波数ｆ_０は、式（１）で表せる。

式（１）から分かるように、浮遊容量Ｃが大きいと、緩和周波数ｆ_０が小さくなり、緩和周波数ｆ_０より交流電流の周波数を高くすると、逆にインピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨが低下する。そこで、導電体層１０３を設けて、感受部３０の抵抗Ｒを低減させることで、緩和周波数ｆ_０を高くしている。

このような導電体層１０３としては、導電性が高い金属または合金を用いることが好ましく、導電性が高く且つ非磁性の金属または合金を用いることがより好ましい。このような導電体層１０３としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属が挙げられる。導電体層１０３の厚さは、例えば、１０ｎｍ～１μｍである。導電体層１０３は、導電体層１０３を含まない場合に比べて、感受部３０の抵抗が低減されるものであればよい。

なお、磁区抑制層１０２を挟む上下の軟磁性体層１０１、及び導電体層１０３を挟む上下の軟磁性体層１０１は、互いに反強磁性結合（ＡＦＣ：Antiferromagnetically Coupled）している。上下の軟磁性体層１０１が反強磁性結合することで、反磁界が抑制され、磁気センサ１の感度が向上する。

（磁気センサの製造）
本発明の実施の形態が適用される磁気センサ１は、次のようにして製造される。
まず、基板１０上に、基板１０の表面において、感受部３０および突出部４０の平面形状の部分を除いた部分を覆うフォトレジストのパターンを公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。ついで、基板１０上に、軟磁性体層１０１ａ、磁区抑制層１０２ａ、軟磁性体層１０１ｂ、導電体層１０３、軟磁性体層１０１ｃ、磁区抑制層１０２ｂ、軟磁性体層１０１ｄを順に、例えばスパッタリング法により堆積する。そして、フォトレジスト上に堆積された軟磁性体層１０１ａ、磁区抑制層１０２ａ、軟磁性体層１０１ｂ、導電体層１０３、軟磁性体層１０１ｃ、磁区抑制層１０２ｂ、軟磁性体層１０１ｄを、フォトレジストとともに除去する。すると、基板１０上に、感受部３０および突出部４０の平面形状に加工された、軟磁性体層１０１ａ、磁区抑制層１０２ａ、軟磁性体層１０１ｂ、導電体層１０３、軟磁性体層１０１ｃ、磁区抑制層１０２ｂ、軟磁性体層１０１ｄからなる積層体が残る。このようにして、図１（Ｂ）に示す積層構造が形成される。

軟磁性体層１０１は、長手方向と交差する方向、例えば短手方向に一軸磁気異方性が付与されている。なお、長手方向と交差する方向とは、長手方向に対して４５°を超え、且つ９０°以下の角度を有すればよい。一軸磁気異方性は、基板１０上に形成された感受素子３１を、例えば３ｋＧ（０．３Ｔ）の回転磁界中における４００℃での熱処理（回転磁界中熱処理）と、それに引き続く３ｋＧ（０．３Ｔ）の静磁界中における４００℃での熱処理（静磁界中熱処理）とを行うことで付与できる。一軸磁気異方性の付与を回転磁界中熱処理及び静磁界中熱処理で行う代わりに、感受素子３１を構成する軟磁性体層１０１の堆積時にマグネトロンスパッタリング法を用いて行ってもよい。つまり、マグネトロンスパッタリング法に用いられる磁石（マグネット）が形成する磁界により、軟磁性体層１０１の堆積と同時に、軟磁性体層１０１に一軸磁気異方性が付与される。

以上に説明した製造方法では、接続部３２、端子部３３、突出部４０は、感受素子３１と同時に一体として形成される。
接続部３２、端子部３３は、導電性のＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属で形成してもよい。また、感受素子３１と同時に一体に形成された接続部３２、端子部３３上に、導電性のＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属を積層してもよい。
さらに、突出部４０は、感受素子３１とは異なる種類の軟磁性体により構成されてもよい。

（磁界とインピーダンスとの関係）
ここで、図２を用いて、磁気センサの感受素子３１の長手方向に印加された磁界と感受部３０のインピーダンスとの関係を説明する。図２において、横軸が磁界Ｈ、縦軸がインピーダンスＺである。

図２に示すように、感受部３０のインピーダンスＺは、感受素子３１の長手方向に印加される磁界Ｈが０のとき値Ｚ０をとる。そして、インピーダンスＺは、磁界Ｈが大きくなるにしたがい大きくなり、磁界Ｈが異方性磁界Ｈｋとなったとき最大値Ｚｋとなる。そして、磁界Ｈが異方性磁界Ｈｋより大きくなると逆に小さくなる。なお、インピーダンスＺ０からインピーダンスＺの最大値Ｚｋへの変化量Ｚｋ－Ｚ０を、インピーダンス変化量ΔＺｍａｘと記載する。
磁界Ｈが異方性磁界Ｈｋより小さい範囲において、磁界Ｈの変化量ΔＨに対してインピーダンスＺの変化量ΔＺが大きい部分、つまりインピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨが大きい部分を用いると、磁界Ｈの微弱な変化ΔＨをインピーダンスＺの変化量ΔＺとして取り出すことができる。図２では、インピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨが大きい磁界Ｈの中心を磁界Ｈｂとして示している。つまり、磁界Ｈｂの近傍（図２でΔＨの矢印で示す範囲）における磁界Ｈの変化量ΔＨが高精度に計測できる。
ここで、インピーダンス変化率ΔＺ／ΔＨが最も大きい部分、つまり磁界Ｈｂにおける単位磁界当たりのインピーダンスの変化量Ｚｍａｘを、磁界ＨｂでのインピーダンスＺｂで割ったもの（Ｚｍａｘ／Ｚｂ）が感度である。感度Ｚｍａｘ／Ｚｂが高いほど、磁気インピーダンス効果が大きく、磁界又は磁界の変化を計測しやすい。換言すれば、磁界Ｈに対するインピーダンスＺの変化が急峻なほど感度Ｚｍａｘ／Ｚｂが高くなる。これには、異方性磁界Ｈｋが小さいほどよい。また、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘが大きいほどよい。

つまり、磁気センサにおいては、感度Ｚｍａｘ／Ｚｂが高いことが好ましく、これには、異方性磁界Ｈｋが小さいことが好ましい。また、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘが大きいことが好ましい。
なお、以下の説明において、感度Ｚｍａｘ／Ｚｂを感度Ｓｍａｘと記載する。また、磁界Ｈｂは、バイアス磁界Ｈｂと呼ばれることがある。

（磁気センサ１の作用）
続いて、第１の実施形態が適用される磁気センサ１の作用を、突出部４０を有しない従来の磁気センサ（以下、従来の磁気センサと表記する）１’と比較しながら説明する。

図３は、突出部４０を有しない従来の磁気センサ１’の平面形状を示した図である。
従来の磁気センサ１’は、突出部４０を有しないことを除いて図１（Ａ）に示した磁気センサ１と同様の構成を有している。より詳しくは、従来の磁気センサ１’は、複数の感受素子３１および接続部３２、端子部３３からなる感受部３０と、非磁性の基板１０とにより構成されている。

図４は、磁気センサ１，１’に対し予め定めた大きさの外部磁界を印加した場合の、感受部３０における内部磁界の大きさのシミュレーション結果を示した図である。図４（Ａ）は感受部３０における内部磁界の大きさを長手方向に沿った分布として示し、図４（Ｂ）は磁気センサ１，１’の各ラインにおける内部磁界を示している。なお、図４（Ａ）には、感受部３０に係る磁界の大きさに加えて、磁気センサ１，１’について、感受素子３１および接続部３２、突出部４０の形状を示している。

なお、このシミュレーションでは、磁気センサ１，１’に印加する外部磁界を１０Ｏｅとしている。また、磁気センサ１，１’における感受素子３１の本数を２４本（ライン１～ライン２４）とし、感受素子３１の幅Ｗ１が０．１ｍｍ、長さＬ１が４．２ｍｍ、隣接する感受素子３１同士の間隙Ｇ１が０．０５ｍｍであり、さらに磁気センサ１の突出部４０の長さＬ２を１．０ｍｍとしている。

まず、図４（Ａ）では、磁気センサ１，１’の感受部３０における内部磁界の大きさを、長手方向に沿った分布として示している。横軸は、感受部３０の長手方向の位置Ｘ（ｍｍ）、縦軸は、位置Ｘにおける内部磁界の大きさ（Ｏｅ）である。なお、感受部３０の長手方向全体ではなく、破線で示す領域ＩＶの結果のみを示している。

図４（Ａ）に示すように、磁気センサ１では、従来の磁気センサ１’と比べて、感受部３０における内部磁界の大きさが大きくなっている。そして、従来の磁気センサ１’で認められる長手方向の端部での急激な磁界の低下が、磁気センサ１では抑制されている。これにより、内部磁界は、長手方向に亘って均一になっている。

次に、図４（Ｂ）では、磁気センサ１，１’が備える感受素子３１のライン１～２４夫々における内部磁界の大きさを示している。横軸は、対応するラインの番号Ｎであり、縦軸は、ラインＮにおける内部磁界の大きさの平均値（Ｏｅ）である。なお、エラーバーは、ラインＮにおける内部磁界の大きさの分布を示す。

図４（Ｂ）に示すように、磁気センサ１では、従来の磁気センサ１’と比べて、感受部３０のすべてのライン（ライン１～２４）で内部磁界の大きさが大きくなっている。また、すべてのラインで内部磁界の大きさの分布（エラーバー）が小さくなっている。すなわち、磁気センサ１は、従来の磁気センサ１’と比べ、すべてのラインにおける内部磁界が長手方向に亘ってより均一になっている。

この結果、磁気センサ１では、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、感受素子３１に磁界が集中して、磁束密度が高くなる。また、感受素子３１の端部における磁束密度の低下が抑制される。そして、従来の磁気センサ１’に比べ、感受素子３１に係る磁界の大きさが長手方向に亘って均一になるとともに、感受素子３１に係る磁界が大きくなる。

ここで、突出部４０の効果について説明する。図５は、外部磁場を印加した場合の内部磁界の大きさを、磁気センサの長手方向全域に亘って示した図である。図５（Ａ）は突出部を有しない従来の磁気センサ１’、図５（Ｂ）は突出部を有する磁気センサ１に対応する。なお、図５における矢印は、磁気センサを動作させる際に印加される電流を示している。

図５（Ａ）に示す従来の磁気センサ１’では、感受素子３１の中央部においては内部磁界が強くなるが、長手方向の両端においては内部磁界が急激に低下する。また、図５（Ａ）に示すように、この従来の磁気センサ１’に電流を印加すると、内部磁界の弱い両端を電流が流れることになる。この結果、磁気センサ１’では、生じるインピーダンス変化が小さくなり、感度が低下する恐れがある。
一方、図５（Ｂ）に示す磁気センサ１では、突出部４０を有することで、外部の広い範囲からの磁力線が感受素子３１へ誘導される。また、感受素子３１を通過した磁力線がそのまま突出部４０を通過するように誘導される。従って、感受素子３１の長手方向の両端における内部磁界の急激な低下が抑制される。言い換えると、内部磁界の弱い領域が、感受素子３１の両端から、突出部４０の端へ押し付けられる。そして、この磁気センサ１においては、電流が流れる部分の内部磁界が強く、且つ長手方向に亘って均一となる。この結果、磁気センサ１では、磁気センサ１’に比べ、生じるインピーダンス変化が大きくなり、感度が向上する。

表１に、本発明の実施の形態が適用される磁気センサ１および従来の磁気センサ１’について、平均磁界、異方性磁界Ｈｋ、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘ、感度Ｓｍａｘの値を示す。
表１における形状は、図１，３にて説明した磁気センサ１，１’の何れの構成に対応するかを示す。形状１は図１（Ａ）に示す第１の実施形態が適用される磁気センサ１、形状１’は図３に示す従来の磁気センサ１’に夫々対応している。

表１に記載の実施例１～３および比較例１，２は、基板１０がガラス基板、軟磁性体層１０１ａ～１０１ｄが厚さ５００ｎｍのＣｏ１７Ｎｂ３Ｚｒ層、磁区抑制層１０２ａ，１０２ｂが厚さ２５ｎｍのＣｒＴｉ層、導電体層１０３が厚さ４００ｎｍのＡｇ層である磁気センサである。

表１における平均磁界は、先述したコンピュータによるシミュレーション結果により求めた。より具体的には、磁気センサに対し１０Ｏｅの外部磁界を印加した場合に、磁気センサの各感受素子３１における内部磁界の長さ方向における平均値を磁気センサが有するすべての感受素子３１（すべてのライン）で平均した値である。
表１における異方性磁界Ｈｋ、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘ、感度Ｓｍａｘの各値は、各磁気センサにおいて、２つの端子部３３の間に１００ＭＨｚの高周波電流を流して測定して求めた。

比較例１および実施例１は、何れも、幅Ｗ１＝０．１ｍｍ、長さＬ１＝４．２ｍｍである２４本の感受素子３１が、間隙Ｇ１＝０．０５ｍｍを介して並んだ構成を有している。また、実施例１は、長さＬ２＝１．０ｍｍの突出部４０を備えている。
表１に示すように、実施例１では、比較例１に比べ、平均磁界が大きくなっている。さらに、異方性磁界Ｈｋが低下し、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘおよび感度Ｓｍａｘが向上している。

比較例２および実施例２，３は、感受素子３１の長さＬ１＝３．２ｍｍである点が比較例１および実施例１とは異なっている。また、実施例２は長さＬ２＝１．０ｍｍ、実施例３は長さＬ２＝１．５ｍｍの突出部４０を夫々備えている。
表１に示すように、実施例２，３では、比較例２に比べ、平均磁界が大きくなっている。また、異方性磁界Ｈｋが低下し、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘおよび感度Ｓｍａｘが向上している。より長い突出部４０を有する実施例３では、実施例２に比べ、平均磁界が大きくなっている。また、異方性磁界Ｈｋが低下し、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘおよび感度Ｓｍａｘが向上している。

以上のように、本発明の実施の形態が適用される磁気センサ１（実施例１～３）では、突出部４０を有することにより、従来の磁気センサ１’（比較例１，２）に対し感度が向上する。
また、突出部４０の長さＬ２を長くすることにより感度の向上が認められたことから、磁気センサ１においては、突出部４０の寸法を調整することで、所望の感度を得ることができる。

［第２の実施の形態］
（第２の実施形態が適用される磁気センサ２の構成）
次に、第２の実施の形態（以下、第２の実施形態と表記する）が適用される磁気センサ２の例について説明する。
図６は磁気センサの第２の実施形態を説明する図であり、（Ａ）は磁気センサ２の平面図、（Ｂ）は（Ａ）における領域ＩＩＩの拡大図である。
なお、以下の第２の実施形態の説明において、第１の実施形態（図１）と同様の構成については、同一の符号を用い、説明を省略することがある。

図６（Ａ）に示すように、磁気センサ２は、第１の実施形態が適用される磁気センサ１と同様に、非磁性の基板１０と、基板１０上に設けられ、磁界を感受する軟磁性体層を含む感受部３０と、軟磁性体層を含む突出部４０とを備える。
なお、磁気センサ２は、例えば、第１の実施形態が適用される磁気センサ１と同様の断面構造（図１（Ｂ）参照）を有する。

磁気センサ２の感受部３０は、磁気センサ１と同様に、複数の感受素子３１と、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する接続部３２と、電流供給のための電線が接続される端子部３３とを備える。

図６（Ｂ）に示すように、磁気センサ２の感受素子３１は、長手方向の両端部の夫々に、中央部よりも短手方向の幅が広い幅広部３１１と、中央部から幅広部３１１に徐々に幅が広がるテーパ部３１２とを有する。テーパ部３１２は、長手方向に沿って伸びる２つの辺３１２ａ、３１２ｂを有し、２つの辺３１２ａ、３１２ｂ同士の間隔が感受素子３１の中央部に近づくに従い狭くなっている。
また、図６（Ｂ）の例では、テーパ部３１２のそれぞれの辺３１２ａ、３１２ｂと長手方向とがなす傾斜角θａ、θｂが、１３５度となっている。傾斜角θａ、θｂは、幅広部３１１や感受素子３１の中央部の短手方向の幅等によっても異なるが、例えば１１０度以上且つ１５０度以下の範囲とすることができる。

ここで、図６（Ａ）に示すように、磁気センサ２における複数の感受素子３１は、長手方向の中央部における幅がＷ１、端部の幅広部３１１の幅がＷ２、長手方向の長さがＬ１の大きさで構成されている。なお、幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも大きくなっている。
この複数の感受素子３１は、短手方向に間隙を介して並んでおり、この間隙は、感受素子３１の幅がＷ２の部分（長手方向の端部の幅広部３１１の部分）ではＧ１、感受素子３１の幅がＷ１の部分（長手方向の中央部）ではＧ２となっている。なお、磁気センサ１と同様に、短手方向に並ぶ複数の感受素子３１の紙面下から数えて１本目、２本目、３本目、…を、夫々、ライン１、ライン２、ライン３、…と記載することがある。

接続部３２は、感受素子３１の長手方向の端部間に設けられ、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する。磁気センサ２では、感受素子３１の端部が幅広部３１１を有しているので、この幅広部３１１の部分にて隣接する感受素子３１を接続する。

突出部４０は、感受素子３１の幅広部３１１における短手方向の幅と等しい幅の矩形形状で構成されている。突出部４０は、磁気センサ１と同様に、長手方向に向けて突出している。さらに、突出部４０は、短手方向の幅が幅広部３１１の幅と等しいＷ２であり、長手方向の長さがＬ２である矩形形状である。これにより、突出部４０の幅が感受素子３１の幅よりも小さい場合に比べ、外部からの磁力線を感受素子３１に誘導し易くなる。また、感受素子３１を通過した磁力線を突出部４０に誘導し易くなる。

（磁気センサ２の作用）
続いて、第２の実施形態が適用される磁気センサ２の作用を、突出部４０を有しない従来の磁気センサ２’と比較しながら説明する。
図７は、突出部４０を有しない従来の磁気センサ２’の平面形状を示した図である。

図７に示す従来の磁気センサ２’は、突出部４０を有しないことを除いて図６（Ａ）に示した磁気センサ２と同様の構成を有している。より詳しくは、従来の磁気センサ２’は、幅広部３１１およびテーパ部３１２を有する複数の感受素子３１、接続部３２、端子部３３からなる感受部３０と、非磁性の基板１０とにより構成されている。

図８は、磁気センサ２，２’に対し予め定めた大きさの外部磁界を印加した場合の、感受部３０における内部磁界の大きさのシミュレーション結果を示した図である。図８（Ａ）は感受部３０における内部磁界の大きさを長手方向に沿った分布として示し、図８（Ｂ）は磁気センサ２，２’の各ラインにおける内部磁界を示している。なお、図８（Ａ）には、感受部３０に係る磁界の大きさに加えて、磁気センサ２，２’について、感受素子３１および接続部３２、突出部４０の形状を示している。

なお、このシミュレーションでは、磁気センサ２，２’に印加する外部磁界を１０Ｏｅとしている。また、磁気センサ２，２’における感受素子３１の本数を８本（ライン１～ライン８）とし、感受素子３１の幅Ｗ１が０．０８ｍｍかつＷ２が０．３８ｍｍ、長さＬ１が３．９ｍｍ、隣接する感受素子３１同士の間隙Ｇ１が０．１２ｍｍかつＧ２が０．４２ｍｍ、傾斜角θａ＝θｂ＝１３５度であり、さらに磁気センサ２の突出部４０の長さＬ２を１．０ｍｍとしている。

図８（Ａ）に示すように、突出部４０を有する磁気センサ２は、突出部４０を有しない従来の磁気センサ２’と比べて、内部磁界が大きくなっている。また、長手方向の端部での磁界の低下が抑制されている。

次に、図８（Ｂ）では、磁気センサ２，２’が備える感受素子３１のライン１～８夫々における内部磁界の大きさを示している。横軸は、対応するラインの番号Ｎであり、縦軸は、ラインＮにおける内部磁界の大きさの平均値（Ｏｅ）である。なお、エラーバーは、ラインＮにおける内部磁界の大きさの分布を示す。
図８（Ｂ）に示すように、磁気センサ２では、従来の磁気センサ２’と比べて、感受部３０のすべてのライン（ライン１～８）で内部磁界の大きさが大きくなっている。

第２の実施形態が適用される磁気センサ２では、感受素子３１の幅広部３１１における短手方向の幅と等しい幅の突出部４０を有することで、外部の広い範囲からの磁力線が感受素子３１へ誘導される。また、感受素子３１を通過した磁力線がそのまま突出部４０を通過するように誘導する。
この結果、磁気センサ２では、従来の磁気センサ２’に比べ、感受素子３１に磁界が集中して、磁束密度が高くなる。また、感受素子３１の端部における磁束密度の低下が抑制される。そして、従来の磁気センサ２’に比べ、感受素子３１に係る磁界が大きくなる。

さらに、図４と図８とを参照すると、磁気センサ２は、磁気センサ１と比べて、感受素子３１の内部磁界が大きくなっている。
磁気センサ２では、感受素子３１の端部に幅広部３１１およびテーパ部３１２を有するため、感受素子３１が矩形形状である磁気センサ１に比べ、上記した磁力線を誘導する作用がより大きくなる。この結果、磁気センサ２では、磁気センサ１に比べ、感受素子３１に係る磁界が大きくなる。

表２に、本発明の実施の形態が適用される磁気センサ２および従来の磁気センサ２’について、平均磁界、異方性磁界Ｈｋ、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘ、感度Ｓｍａｘの値を示す。
表２における形状は、図６，７にて説明した磁気センサ２，２’の何れの構成に対応するかを示す。形状２は図６（Ａ）に示す第２の実施形態が適用される磁気センサ２、形状２’は図７に示す従来の磁気センサ２’に夫々対応している。

表２に記載の実施例４および比較例３は、表１に記載の実施例１～３および比較例１，２と同様に、基板１０がガラス基板、軟磁性体層１０１ａ～１０１ｄが厚さ５００ｎｍのＣｏ１７Ｎｂ３Ｚｒ層、磁区抑制層１０２ａ，１０２ｂが厚さ２５ｎｍのＣｒＴｉ層、導電体層１０３が厚さ４００ｎｍのＡｇ層である磁気センサである。
また、表２における平均磁界、異方性磁界Ｈｋ、インピーダンスの変化量ΔＺｍａｘ、感度Ｓｍａｘの各値は、表１に記載の各値と同様にして求めた。

比較例３および実施例４は、何れも、幅Ｗ１＝０．０８ｍｍ、Ｗ２＝０．３８ｍｍ、長さＬ１＝３．９ｍｍであり、テーパ部３１２の傾斜角θａ＝θｂ＝１３５度である８本の感受素子３１が、間隙Ｇ１＝０．１２ｍｍ、Ｇ２＝０．４２ｍｍを介して並んだ構成を有している。また、実施例４のみ長さＬ２＝１．０ｍｍの突出部４０を備えている。

表２に示すように、実施例４では、比較例３に比べ、平均磁界が大きくなっている。また、異方性磁界Ｈｋが低下し、感度Ｓｍａｘが向上している。
さらに、幅広部３１１およびテーパ部３１２を有する感受素子３１を備えた実施例４では、矩形形状の感受素子３１を備えた実施例１～３（表１参照）に比べ、平均磁界が大きくなっている。また、異方性磁界Ｈｋが低下し、感度Ｓｍａｘが向上している。

以上のように、本発明の実施の形態が適用される磁気センサ２（実施例４）では、突出部４０を有することにより、従来の磁気センサ２’（比較例３）に対し感度が向上する。
また、幅広部３１１およびテーパ部３１２を有する感受素子３１を備えた磁気センサ２（実施例４）では、矩形形状の感受素子３１を備えた磁気センサ１（実施例１～３）に対し、感度が向上する。このように、幅広部３１１およびテーパ部３１２の付加により感度の向上が認められたことから、感受素子３１の形状を調整することで、所望の感度を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。
例えば、第１の実施形態および第２の実施形態では、複数の感受素子３１を備えた磁気センサ１，２について説明したが、図９に示すように、感受素子３１が１本である磁気センサ３においても、突出部４０を備えることにより、突出部４０を有しない場合に比べ、感度が向上する。

また例えば、磁気センサ１，２，３において、接続部３２の幅を調整してもよい。
ここで、図１０は、表１の実施例１に対し、接続部３２の幅を調整した変形例について説明する図である。図１０（Ａ）は実施例１、図１０（Ｂ）～（Ｄ）は変形例１～４の平面形状を示す。なお、図１０では、基板１０等、磁気センサの構造の一部を省略している。

図１０（Ｂ），（Ｃ）には、実施例１に対し接続部３２の長手方向の幅を広くした変形例１と、さらに幅を広くした変形例２とを夫々示す。
ここで、接続部３２の長手方向の幅が広くなるに従って感受素子３１の長さＬ１が大きくなる。変形例１，２では、長さＬ１が大きくなった分、突出部４０の長さＬ２を小さくしており、長さの和Ｌ１＋Ｌ２が実施例１と変形例１，２とで等しくなるように構成している。なお、図示するように、変形例１，２の複数の感受素子３１のうち、短手方向の端に並ぶ感受素子３１′は、長手方向の一端（図中右側）において接続部３２と接続されていない。従って、この感受素子３１′の一端から突出する突出部４０′の長さＬ２′は、実施例１における長さＬ２と等しくなっている。

また、図１０（Ｄ）に示す変形例３は、長さの和Ｌ１＋Ｌ２が実施例１と等しく、且つ接続部３２の幅がさらに大きくなるように構成した結果、感受素子３１の端部から突出する突出部４０を有しない（Ｌ２＝０）。しかしながら、短手方向の端に並ぶ感受素子３１′では、長手方向の一端（図中右側）から、実施例１の突出部の長さＬ２と等しい長さＬ２′にて、突出部４０′が突出している。
このように複数の感受素子を備える磁気センサにおいては、少なくとも１つの感受素子にて、長手方向の端部から突出した突出部を備えていればよい。

さらに、図１０（Ｅ）に示す変形例４は、変形例３に対し、感受素子３１′の長手方向の端部の形状および突出部４０′の形状のみ異なっている。より詳しくは、感受素子３１′は、長手方向の端部のうち、突出部４０′が突出する端部とは異なる側（図中左側）において、短手方向に延びる台形形状の羽根部４１ａを有している。また、感受素子３１′の突出部４０′は、短手方向に延びる略台形形状の羽根部４１ｂを有している。
このように、接続部３２の幅を大きくすることに加えて、感受素子３１（３１′）および突出部４０（４０′）を矩形形状とは異なる形状へ変更してもよい。

上記した変形例１～４においても、実施例１と略同等の効果を得ることができる。より詳しくは、変形例１～４は、平均磁界およびＨｋ，ΔＺｍａｘ，Ｓｍａｘの値が実施例１と略同等の磁気センサとして機能する。

また、磁気センサ１，２，３では、感受素子３１の長手方向の端部から長手方向（長手方向と平行な向き）に突出する突出部４０を例示したが、突出部４０が長手方向とは異なる方向（長手方向と交差する向き）に突出してもよい。言い換えると、突出部４０は、長手方向に対し傾斜するように設けられていてもよい。
さらに、磁気センサ１，２，３では、感受素子３１の長手方向の両端に同じ長さ、同じ形状の突出部４０を有する例を説明したが、両端の突出部４０の長さや形状を異ならせてもよい。また、上記した変形例３，４における突出部４０′のように、長手方向の何れか一端のみに突出部を備えてもよい。

１，２…磁気センサ、１’，２’…従来の磁気センサ、１０…基板、３０…感受部、３１…感受素子、３２…接続部、３３…端子部、４０…突出部、１０１…軟磁性体層、１０２…磁区抑制層、１０３…導電体層、３１１…幅広部、３１２…テーパ部

Claims

非磁性の基板と、
前記基板上に設けられ、軟磁性体を含み、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、
軟磁性体を含み、前記感受素子の前記長手方向の端部から突出する突出部とを備える
ことを特徴とする磁気センサ。
前記突出部は、前記長手方向に突出していることを特徴とする、請求項１に記載の磁気センサ。
前記感受素子は、前記長手方向の端部に、当該長手方向の中央部よりも前記短手方向の幅が広い幅広形状を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の磁気センサ。
前記感受素子は、前記幅広形状から前記中央部に向けて幅が狭まるテーパ形状を有することを特徴とする、請求項３に記載の磁気センサ。
前記突出部は、前記感受素子の前記短手方向における最大幅と等しい幅を有することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気センサ。
非磁性の基板と、
前記基板上に設けられ、軟磁性体を含み、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受し、当該短手方向へ間隙を介して並ぶ複数の感受素子と、
前記短手方向に隣接する前記感受素子の前記長手方向の端部を接続する接続部と、
少なくとも１つの前記感受素子にて、軟磁性体を含み、当該感受素子の前記長手方向の端部から突出する突出部とを備える
ことを特徴とする、磁気センサ。
前記接続部を複数有し、
複数の前記感受素子は、複数の前記接続部によってつづら折り状に直列接続される
ことを特徴とする、請求項６に記載の磁気センサ。