JP2023048919A - 磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気検出装置の回路において、発振を防ぐことが好ましい。【解決手段】検出した磁気に応じた検出信号を出力する磁気検出部と、検出信号に応じたフィードバック電流を生成するアンプ回路と、フィードバック電流に応じて磁気を生成し、磁気検出部に入力するコイルとを備え、磁気検出部、アンプ回路およびコイルは、フィードバック回路を構成し、磁気検出部は、感磁軸を有する磁気センサと、磁気を収束して磁気センサに入力する磁気収束板とを有し、磁気収束板は、感磁軸の方向と垂直でない方向に延伸するスリットを有する磁気検出装置を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、磁気検出装置に関する。

従来から、磁場を検出する磁気センサとして巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果やトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を用いた磁気抵抗（ＭＲ：Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサを備える磁気検出装置では、感度を向上するため磁気収束板（磁場コンセントレータ）が設けられている。（例えば、特許文献１）。
特許文献１ 特開２０１７－２１９５３９号公報

磁気検出装置の回路において、発振を防ぐことが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、磁気検出装置を提供する。磁気検出装置は、磁気検出部を備えてよい。磁気検出部は、検出した磁気に応じた検出信号を出力してよい。磁気検出装置は、アンプ回路を備えてよい。アンプ回路は、検出信号に応じたフィードバック電流を生成してよい。磁気検出装置は、コイルを備えてよい。コイルは、フィードバック電流に応じて磁気を生成し、磁気検出部に入力してよい。磁気検出部、アンプ回路およびコイルは、フィードバック回路を構成してよい。磁気検出部は、磁気センサを有してよい。磁気センサは、感磁軸を有してよい。磁気検出部は、磁気収束板を有してよい。磁気収束板は、磁気を収束して磁気センサに入力してよい。磁気収束板は、感磁軸の方向と垂直でない方向に延伸するスリットを有してよい。

磁気収束板は、感磁軸の方向と平行な方向に延伸するスリットを有してよい。

磁気センサの感度をα（Ｖ／Ｔ）、コイルのコイル係数をβ（Ｔ／Ｖ）、アンプ回路のオープンループゲインをＡとした場合に、磁気収束板に発生する渦電流による位相回転が９０ｄｅｇになる周波数で、Ａ×α×β＜１を満たしてよい。磁気収束板に発生する渦電流による位相回転が４５ｄｅｇになる周波数で、Ａ×α×β＜１を満たしてよい。

磁気収束板は、第１部分および第２部分を有してよい。第１部分および第２部分は、スリットを挟んでよい。磁気収束板は、接続部分を有してよい。接続部分は、第１部分と第２部分を接続してよい。第１部分と第２部分は、分離していてよい。

スリットは、感磁軸の方向と平行な方向において、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板の長さの半分以上にわたって設けられていてよい。スリットは、感磁軸の方向と平行な方向において、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板の長さ全体にわたって設けられていてよい。

スリットは、磁気収束板の上面と垂直であってよい。スリットは、磁気収束板の上面と平行であってよい。

第１部分と第２部分に挟まれる方向におけるスリットの最小幅は、１０μｍ以下であってよい。

磁気検出装置は、位相補償回路を備えてよい。位相補償回路は、フィードバック回路において磁気検出部とアンプ回路の間に設けられてよい。位相補償回路は、検出信号の特定周波数以上のゲインを下げてよい。特定周波数は、磁気収束板に発生する渦電流のカットオフ周波数より低くてよい。磁気センサは、磁気抵抗素子であってよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る磁場検出装置１０００の回路図の一例を示す図である。 比較例に係る磁気検出部２００の一例を示す図である。 実施例に係る磁気検出部２００の一例を示す図である。 磁気センサ１００の一例を示す図である。 図４のＸ１－Ｘ１断面図の一例である。 図５のＹ２－Ｙ２断面図の一例である。 磁場検出装置１０００の回路において発振を防ぐ条件を説明する図である。 実施例に係る磁気検出部２００の他の例を示す図である。 実施例に係る磁気検出部２００の他の例を示す図である。 他の実施形態に係る磁場検出装置２０００の回路図の一例を示す図である。 位相補償回路１１０の一例を示す図である。 位相補償回路１１０のゲインと位相の周波数特性を示す図である。 実施例および比較例におけるゲインの周波数特性を示す図である。 実施例および比較例における位相の周波数特性を示す図である。 長さＬ１を変化させた場合のゲインの周波数特性を示す図である。 長さＬ１を変化させた場合の位相の周波数特性を示す図である。 厚さＴ１を変化させた場合のゲインの周波数特性を示す図である。 厚さＴ１を変化させた場合の位相の周波数特性を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、又、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、１つの図面において、同一の機能、構成を有する要素については、代表して符合を付し、その他については符合を省略する場合がある。

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る磁場検出装置１０００の回路図の一例を示す図である。磁場検出装置１０００は、アンプ回路６０、コイル７０、抵抗８０、抵抗８２、抵抗８４、電流検出部８６および磁気検出部２００を備える。抵抗８０と磁気検出部２００の接続点をＴ１とし、抵抗８２と抵抗８４の接続点をＴ２とする。またＶｒｅｆは、一定の電位であってよい。Ｖｒｅｆは、グランド電位であってよい。また図示しないが、磁気検出部２００と抵抗８４の接続点には電源が、抵抗８０と抵抗８２の接続点にはグランドが接続されている。

本例において、磁気検出部２００は、磁気を検出してよい。磁気検出部２００は、検出した磁気に応じた検出信号を出力してよい。検出信号とは、接続点Ｔ１における電位および接続点Ｔ２における電位である。磁気検出部２００は、入力磁場に応じて抵抗値が変化してよい。図１において、磁気検出部２００の抵抗の接続を示している。磁気検出部２００の抵抗値が変化することにより、接続点Ｔ１における電位または接続点Ｔ２における電位が変化する。本例において磁気検出部２００は、磁気センサを有する。磁気検出部２００の一端は、接続点Ｔ１と接続し、磁気検出部２００の他端は、抵抗８４と接続する。

抵抗８０、抵抗８２および抵抗８４は、固定抵抗である。抵抗８０、抵抗８２および抵抗８４は、一例として、金属皮膜抵抗、チップ抵抗等である。小型化のため抵抗８０、抵抗８２および抵抗８４は、チップ抵抗であることが好ましい。抵抗８０の一端は、接続点Ｔ１と接続し、抵抗８０の他端は、抵抗８２と接続する。抵抗８２の一端は、接続点Ｔ２と接続し、抵抗８２の他端は、抵抗８０と接続する。抵抗８４の一端は、接続点Ｔ２と接続し、抵抗８４の他端は、磁気検出部２００と接続する。

アンプ回路６０は、検出信号に応じたフィードバック電流を生成する。本例において、アンプ回路６０は、オープンループで使用するオペアンプである。アンプ回路６０の非反転入力端子は、接続点Ｔ１と接続する。アンプ回路６０の反転入力端子は、接続点Ｔ２と接続する。アンプ回路６０の出力端子は、コイル７０と接続する。

コイル７０は、アンプ回路６０が生成しフィードバック電流に応じて磁気を生成する。コイル７０は、磁気検出部２００に生成した磁気を入力する。コイル７０を設けることにより、磁気検出部２００に入力される入力磁場を相殺するように磁気（キャンセル磁場）を生成する。外部からの入力磁場を相殺するようにキャンセル磁場が形成されるため、フィードバック電流が図１の回路に流し得る最大値となるまでは、磁気検出部２００の磁気センサにかかる入力磁場は常に一定となる。したがって、磁気検出部２００の測定可能な磁場レンジは磁気検出部２００の磁気センサが飽和する磁場ではなく、フィードバック電流が流れるコイル７０の形状と、流し得るフィードバック電流の最大値に依存する。コイル７０の一端は、アンプ回路６０の出力端子と接続する。コイル７０の他端は、電流検出部８６と接続する。

電流検出部８６は、コイル７０に流れるフィードバック電流を検出する。電流検出部８６は、例えば固定抵抗である。電流検出部８６の両端にかかる電圧を測定することにより、フィードバック電流を検出することができる。フィードバック電流を検出することで、入力磁場を検出可能である。電流検出部８６の一端は、コイル７０と接続する。電流検出部８６の一端は、Ｖｒｅｆと接続する。

本例において、アンプ回路６０、コイル７０、抵抗８０、抵抗８２、抵抗８４、電流検出部８６および磁気検出部２００は、フィードバック回路を構成する。したがって、図１のフィードバック回路は、閉ループ制御である。

図２は、比較例に係る磁気検出部２００の一例を示す図である。磁気検出部２００は、磁気収束板９０および磁気センサ１００を有する。

磁気センサ１００は、ＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、または、ホール素子等であってよく、ＧＭＲセンサやＴＭＲセンサ等の磁気抵抗素子であることが好ましい。

磁気センサ１００は、感磁軸（磁化方向）を有する。本明細書において、感磁軸とは後述する磁化固定層の磁化が固定されている方向であり、磁化方向と表現される場合もある。磁気センサ１００は、感磁軸（磁化方向）の正の方向を＋Ｘ軸方向とした場合に、＋Ｘ軸方向の磁場が入力すると抵抗値が増加し、－Ｘ軸方向の磁場が入力すると抵抗値が減少するように形成されてよい。磁気センサ１００は、感磁軸（磁化方向）の正の方向を－Ｘ軸方向とした場合に、＋Ｘ軸方向の磁場が入力すると抵抗値が減少し、－Ｘ軸方向の磁場が入力すると抵抗値が増加するように形成されてもよい。即ち、磁気センサ１００の抵抗値の変化を観測することにより、磁気センサ１００に入力する入力磁場の大きさを検出することができる。例えば、磁気センサ１００の磁気感度をＳとし、入力磁場をＢとすると、磁気センサ１００の入力磁場Ｂに対する検出結果はＳ×Ｂと算出できる。

磁気収束板９０は、導入された磁化を増幅する。磁気収束板９０は、磁気を収束して磁気センサ１００に入力する。磁気収束板９０によって、磁気センサ１００の感度を高くすることができる。磁気収束板９０は、強磁性材料によって構成されてよい。磁気収束板９０に用いられる強磁性材料は、一例として、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅＴａＢ、ＮｉＦｅＣｕＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ等である。磁気収束板９０に用いられる強磁性材料の例はこれらに限られない。磁気収束板９０は、加工したバルク材量を貼り付けてもよいし、めっきやスパッタリング法等公知の方法で成膜し形成されてよい。

磁気収束板９０は、磁気センサ１００の両端に配置される。磁気センサ１００は、２つの磁気収束板９０に挟まれてよい 。図２において、磁気収束板９０は、磁気センサ１００のＸ軸方向の両端に配置される。図２において、Ｘ軸正側に設けられた磁気収束板９０を磁気収束板９０－１とし、Ｘ軸負側に設けられた磁気収束板９０を磁気収束板９０－２とする。

感磁軸の方向と平行な方向（Ｘ軸方向）における磁気収束板９０の長さをＬ１とする。長さＬ１は、一例として５．０ｍｍ以上、３０．０ｍｍ以下である。またＹ軸方向における磁気収束板９０の幅をＷ１とする。幅Ｗ１は、一例として０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。Ｚ軸方向における磁気収束板９０の厚さをＴ１とする。厚さＴ１は、一例として０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

磁気収束板９０に入力磁場が入力されると、図２に示すように入力磁場を打ち消す方向に渦電流が生じる。入力磁場がＸ軸方向の場合に、渦電流はＹＺ平面に沿って流れる。磁気収束板９０に渦電流が生じることにより、図１の回路のフィードバックループ内に渦電流を原因とする、低域通過フィルタに相当する周波数特性が加わる場合がある。この場合、低域通過フィルタのカットオフ周波数（磁場出力のゲインが－３ｄＢ落ちる周波数）を超える周波数では位相が回転し、図１の回路が発振してしまう恐れがある。

図３は、実施例に係る磁気検出部２００の一例を示す図である。図３の磁気検出部２００は、磁気収束板９０がスリット９２を有する点で、図２の磁気検出部２００と異なる。図３の磁気検出部２００のそれ以外の構成は、図２の磁気検出部２００と同一であってよい。

本例において、磁気収束板９０は、スリット９２を有する。スリット９２は、磁気収束板９０に設けられる空隙である。スリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と垂直でない方向に延伸する。本例においてスリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と平行な方向に延伸する。磁気収束板９０が感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と垂直でない方向に延伸するスリット９２を有しているため渦電流の流れる経路が遮断され、渦電流の発生を抑えることができる。したがって、磁場検出装置１０００の回路において、発振を防ぐことができる。

スリット９２は、板状であってよい。板状とは、他よりも面積の大きい２つの主面が対向する形状であってよい。スリット９２は、ＸＺ平面において主面を有する。

磁気収束板９０は、第１部分９４および第２部分９６を有してよい。本例において第１部分９４は、第２部分９６よりＹ軸正側に設けられている。第１部分９４と第２部分９６は、スリット９２を挟んでよい。第１部分９４と第２部分９６は、Ｙ軸方向においてスリット９２を挟んでよい。第１部分９４と第２部分９６は、分離していてよい。第１部分９４と第２部分９６は、完全に分離せず、部分的に接続していてもよい。磁気収束板９０がスリット９２を挟む第１部分９４および第２部分９６を有するため、渦電流の発生を抑えることができる。

スリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と平行な方向において、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板９０の長さＬ１の半分以上にわたって設けられていてよい。磁気収束板９０の長さＬ１の半分以上にわたって設けることにより、渦電流の発生を抑えることができる。なお渦電流の発生を更に抑えるため、スリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と平行な方向において、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板９０の長さＬ１全体にわたって設けられることが好ましい。

なおスリット９２は、磁気収束板９０の上面９７と垂直であってよい。スリット９２と磁気収束板９０の上面９７の成す角度が８０度以上１００度以下であってよい。

第１部分９４と第２部分９６に挟まれる方向（Ｙ軸方向）におけるスリット９２の最小幅Ｗ２１は、１０μｍ以下であってよい。第１部分９４と第２部分９６に挟まれる方向（Ｙ軸方向）におけるスリット９２の最小幅Ｗ２１は、５μｍ以下であってよい。磁気収束板９０の磁化の増幅率を下げないため、スリット９２の最小幅Ｗ２１は小さいことが好ましい。

図４は、磁気センサ１００の一例であり、ＴＭＲ素子の構造を示す図である。磁気センサ１００は、基板１０および積層部２０を備える。積層部２０は、磁化自由層２１、第１非磁性層および磁化固定層２３を含む。また、磁化固定層２３の磁化が固定されている方向（磁化方向）を矢印（＋Ｘ軸方向）で示している。磁化方向は、－Ｘ軸方向であってもよい。本例では、積層部２０の積層方向をＺ軸方向としているが、積層部２０の積層方向はＹ軸方向であってもよい。積層部２０の積層方向は、Ｚ軸方向、Ｙ軸方向に限定されなくてよい。積層部２０の積層方向は、Ｘ軸方向と垂直であってよい。積層部２０の積層方向は、Ｘ軸方向と略垂直であってもよい。本例において複数の積層部２０（２つの積層部２０）が基板１０に設けられている。

図５は、図４のＸ１－Ｘ１断面図の一例である。Ｘ１－Ｘ１断面は、積層部２０を通るＸＺ断面である。当該断面において、磁気センサ１００は、基板１０、磁化自由層２１、第１非磁性層２２および磁化固定層２３を備える。図５では、基板１０において積層部２０が設けられる一方の側を「上」、積層部２０が設けられない他方の側を「下」と称する。基板１０、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または磁気センサ１００の実装時における方向に限定されない。

基板１０には、積層部２０が設けられる。基板１０は、一例として、Ｓｉ基板やガラス基板等である。積層部２０との絶縁性を確保する観点から、基板１０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２等の絶縁膜を成膜した基板であることが好ましい。このとき、基板１０は、集積回路（ＩＣ）等と組み合わせる目的でパターニングされた基板であってもよい。

本例において積層部２０は、磁化自由層２１、第１非磁性層２２および磁化固定層２３を含む。図５において、磁化自由層２１は、基板１０の上方に設けられる。磁化自由層２１は、基板１０の上面に設けられてよい。図５において、第１非磁性層２２は、磁化自由層２１の上方に設けられる。第１非磁性層２２は、磁化自由層２１の上面に設けられてよい。図５において、磁化固定層２３は、第１非磁性層２２の上方に設けられる。磁化固定層２３は、第１非磁性層２２の上面に設けられてよい。第１非磁性層２２は、積層方向（Ｚ軸方向）において磁化自由層２１と磁化固定層２３の間に配置されてよい。磁化自由層２１は、積層方向において基板１０と第１非磁性層２２の間に配置されてよい。磁化自由層２１を基板１０と第１非磁性層２２の間に配置することにより、磁気センサ１００の感度を向上させることができる。

積層部２０の各層は、一例として、スパッタリング法により形成される。積層部２０の各層は、その他公知の方法により形成されてよい。複数の積層部２０は、フォトリソグラフィー法で形成されたマスクを用いて積層部２０の各層をエッチングすることにより形成されてよい。エッチングは、例えば、ドライエッチングやウェットエッチングである。

磁化自由層２１は、外部磁場に応じて磁化が変化する層である。磁化自由層２１は、第１強磁性層２１１、第２非磁性層２１２および第２強磁性層２１３を少なくとも含む。本例において、磁化自由層２１は、第１強磁性層２１１、第２非磁性層２１２、第２強磁性層２１３、第３非磁性層２１４および第３強磁性層２１５を含む。図５において、第１強磁性層２１１は、基板１０の上方に設けられる。第１強磁性層２１１は、基板１０の上面に設けられてよい。図５において、第２非磁性層２１２は、第１強磁性層２１１の上方に設けられる。第２非磁性層２１２は、第１強磁性層２１１の上面に設けられてよい。図５において、第２強磁性層２１３は、第２非磁性層２１２の上方に設けられる。第２強磁性層２１３は、第２非磁性層２１２の上面に設けられてよい。図５において、第３非磁性層２１４は、第２強磁性層２１３の上方に設けられる。第３非磁性層２１４は、第２強磁性層２１３の上面に設けられてよい。図５において、第３強磁性層２１５は、第３非磁性層２１４の上方に設けられる。第３強磁性層２１５は、第３非磁性層２１４の上面に設けられてよい。

第１強磁性層２１１、第２強磁性層２１３および第３強磁性層２１５は、外部磁場によって容易に磁化される材料であってよい。第１強磁性層２１１、第２強磁性層２１３および第３強磁性層２１５は、強磁性材料で構成されてよい。第１強磁性層２１１、第２強磁性層２１３および第３強磁性層２１５に用いられる強磁性材料は、一例として、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＴａＢ、ＮｉＦｅＳｉＢ等である。第１強磁性層２１１、第２強磁性層２１３および第３強磁性層２１５は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｂのうち２種類以上の元素を含んでよい。強磁性材料は、これらに限られない。第１強磁性層２１１、第２強磁性層２１３および第３強磁性層２１５は、平坦性向上の観点から、非晶質であることが好ましい。第１強磁性層２１１、第２強磁性層２１３および第３強磁性層２１５の両方またはいずれかは、非晶質であってよい。

第２非磁性層２１２および第３非磁性層２１４は、非磁性材料で構成されてよい。非磁性材料は、一例として、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＢ等である。第２非磁性層２１２および第３非磁性層２１４に用いられる非磁性材料は、これらに限られない。

第１非磁性層２２は、非磁性材料で構成されてよい。磁気センサ１００がＧＭＲセンサの場合、非磁性材料は、Ｃｕ等の金属材料であってよい。磁気センサ１００がＴＭＲセンサの場合、非磁性材料は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の絶縁材料であってよい。第１非磁性層２２は、ＭｇとＯを含んでよい。高磁気感度化のため、非磁性材料はＭｇＯにすることが好ましい。

磁化固定層２３は、外部磁場によって磁化方向が容易に変化しないように、強磁性材料を主に用いて構成される。磁化固定層２３は、Ｘ軸方向に磁化が固定されている。磁化固定層２３は、単一の材料で構成されてもよく、積層された材料で構成されてもよい。一例として磁化固定層２３は、強磁性材料を反強磁性材料でピン止めした構造が用いられる。磁化固定層２３に用いられる強磁性材料は、一例として、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅ等である。強磁性材料は、これらに限られない。磁化固定層２３に用いられる反強磁性材料は、一例として、ＩｒＭＮ、ＰｔＭｎ等である。磁化固定層２３中には、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＢ等の非磁性層が挿入されてよい。

図６は、図５のＹ２－Ｙ２断面図の一例である。Ｙ２－Ｙ２断面は、複数の第１非磁性層２２および複数の磁化固定層２３を通るＹＺ断面である。当該断面において、磁気センサ１００は、基板１０、磁化自由層２１、２つの第１非磁性層２２および２つの磁化固定層２３を備える。

本例では、１つの磁化自由層２１に複数の第１非磁性層２２および複数の磁化固定層２３が設けられている。図６では、磁化自由層２１の一方の面側（上面側）に複数の磁化固定層２３が配置されている。複数の磁化固定層２３は、Ｙ軸方向に沿って配置されている。この場合、複数の積層部２０が基板１０に設けられているとしてよい。複数の積層部２０は、共通の磁化自由層２１を有している。本例において各第１非磁性層２２は、他の第１非磁性層２２と分離している。また本例において各磁化固定層２３は、他の磁化固定層２３と分離している。複数の積層部２０は、それぞれ電極として機能してよい。複数の積層部２０は、配線部によって、直列または並列に接続されてよい。

図７は、磁場検出装置１０００の回路において発振を防ぐ条件を説明する図である。本例において磁気検出部２００の磁気センサ感度をα（単位：Ｖ（電圧）／Ｔ（磁場））とする。αは入力磁場に応じて、磁気検出部２００がＴ１に出力する電圧値である。また、コイル７０のコイル係数をβ（単位：Ｔ（磁場）／Ｖ（電圧））とする。βはアンプ回路６０の出力電圧に応じて、コイルが磁気検出部２００へ出力する磁場の大きさである。またアンプ回路６０のオープンループゲインをＡとする。オープンループゲインＡは、周波数に反比例する。本例の磁場検出装置１０００のフィードバック回路における閉ループのゲインはＡ×α×βで表される。

一般的に閉ループ制御の発振条件は、位相が１８０ｄｅｇ回転する周波数において閉ループのゲインが１より大きくなることである。アンプ回路６０は、オープンループで使用するため、位相が９０ｄｅｇ回転する。したがって、磁気収束板９０に発生する渦電流による位相回転が９０ｄｅｇになる周波数で、Ａ×α×β＜１を満たしてよい。磁気収束板９０に発生する渦電流による位相回転が９０ｄｅｇになる周波数で、Ａ×α×β＜１を満たすことにより、磁場検出装置１０００の回路において発振を防ぐことができる。なお、閉ループの制御において一般には４５ｄｅｇ以上の位相マージンは必要であり、マージンをもたせるため磁気収束板９０に発生する渦電流による位相回転が４５ｄｅｇになる周波数で、Ａ×α×β＜１を満たすことが好ましい。

図８は、実施例に係る磁気検出部２００の他の例を示す図である。図８の磁気検出部２００は、スリット９２の構成が、図３の磁気検出部２００と異なる。図８の磁気検出部２００のそれ以外の構成は、図３の磁気検出部２００と同一であってよい。本例においてスリット９２は、ＸＹ平面において主面を有する。

本例においても図３の磁気検出部２００と同様に、磁気収束板９０は、スリット９２を有する。スリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と垂直でない方向に延伸する。本例においてスリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と平行な方向に延伸する。磁気収束板９０が感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と垂直でない方向に延伸するスリット９２を有しているため、渦電流の流れる経路を遮断し、渦電流の発生を抑えることができる。したがって、磁場検出装置１０００の回路において、発振を防ぐことができる。

磁気収束板９０は、第１部分１０２および第２部分１０４を有してよい。本例において第１部分１０２は、第２部分１０４よりＺ軸正側に設けられている。第１部分１０２と第２部分１０４は、スリット９２を挟んでよい。第１部分１０２と第２部分１０４は、Ｚ軸方向においてスリット９２を挟んでよい。第１部分１０２と第２部分１０４は、分離していてよい。第１部分１０２と第２部分１０４は、完全に分離せず、部分的に接続していてもよい。磁気収束板９０がスリット９２を挟む第１部分１０２と第２部分１０４を有するため、渦電流の発生を抑えることができる。

スリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と平行な方向において、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板９０の長さＬ２の半分以上にわたって設けられていてよい。磁気収束板９０の長さＬ２の半分以上にわたって設けることにより、渦電流の発生を抑えることができる。なお渦電流の発生を更に抑えるため、スリット９２は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と平行な方向において、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板９０の長さＬ２全体にわたって設けられることが好ましい。

なおスリット９２は、磁気収束板９０の上面９７と平行であってよい。スリット９２と磁気収束板９０の上面９７の成す角度が－２０度以上２０度以下であってよい。

第１部分１０２と第２部分１０４に挟まれる方向（Ｚ軸方向）におけるスリット９２の最小幅Ｗ２２は、１０μｍ以下であってよい。第１部分１０２と第２部分１０４に挟まれる方向（Ｚ軸方向）におけるスリット９２の最小幅Ｗ２２は、５μｍ以下であってよい。磁気収束板９０の磁化の増幅率を下げないため、スリット９２の最小幅Ｗ２２は小さいことが好ましい。

図９は、実施例に係る磁気検出部２００の他の例を示す図である。図９の磁気検出部２００は、接続部分９８を有する点で、図３の磁気検出部２００と異なる。図９の磁気検出部２００のそれ以外の構成は、図３の磁気検出部２００と同一であってよい。

本例において磁気収束板９０は、第１部分９４、第２部分９６および接続部分９８を有する。図９において第１部分９４は、第２部分９６よりＹ軸正側に設けられている。第１部分９４と第２部分９６は、スリット９２を挟んでよい。第１部分９４と第２部分９６は、Ｙ軸方向においてスリット９２を挟んでよい。

接続部分９８は、第１部分９４と第２部分９６を接続する。接続部分９８には、スリット９２が設けられなくてよい。接続部分９８は、スリット９２を分離してよい。接続部分９８よりＸ軸正側に設けられたスリット９２をスリット９２－１とし、接続部分９８よりＸ軸正負側に設けられたスリット９２をスリット９２－２とする。接続部分９８は、Ｘ軸方向においてスリット９２－１とスリット９２－２に挟まれてよい。接続部分９８を設けることにより磁気収束板９０の体積を増やし、磁気センサ１００の感度を向上させることができる。

スリット９２（スリット９２－１およびスリット９２－２）は、感磁軸の方向（Ｘ軸方向）と平行な方向において、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板９０の長さＬ３の半分以上にわたって設けられていてよい。磁気収束板９０の長さＬ３の半分以上にわたって設けることにより、渦電流の発生を抑えることができる。なおこの場合、感磁軸の方向と平行な方向における接続部分９８の長さＬ４は、感磁軸の方向と平行な方向における磁気収束板９０の長さＬ３の半分以下であってよい。

第１部分９４と第２部分９６に挟まれる方向（Ｙ軸方向）におけるスリット９２－１、スリット９２－２の最小幅Ｗ２３は、１０μｍ以下であってよい。第１部分９４と第２部分９６に挟まれる方向（Ｙ軸方向）におけるスリット９２－１、スリット９２－２の最小幅Ｗ２３は、５μｍ以下であってよい。磁気収束板９０の磁化の増幅率を下げないため、スリット９２－１、スリット９２－２の最小幅Ｗ２３は小さいことが好ましい。

図１０は、他の実施形態に係る磁場検出装置２０００の回路図の一例を示す図である。磁場検出装置２０００は、位相補償回路１１０を備える点で、磁場検出装置１０００と異なる。磁場検出装置２０００のそれ以外の構成は、磁場検出装置１０００と同一であってよい。

本例では位相補償回路１１０は、図１０のフィードバック回路において磁気検出部２００とアンプ回路６０の間に設けられる。位相補償回路１１０は、接続点Ｔ１と接続してよい。位相補償回路１１０は、アンプ回路６０の反転入力端子と接続してよい。位相補償回路１１０は、アンプ回路６０の反転入力端子の代わりに、アンプ回路６０の非反転入力端子と接続してよい。この場合位相補償回路１１０は、接続点Ｔ２と接続してよい。

図１１は、位相補償回路１１０の一例を示す図である。本例において位相補償回路１１０は、抵抗１１２、抵抗１１４およびコンデンサ１１６を有する。またＶｒｅｆは、一定の電位であってよい。Ｖｒｅｆは、グランド電位であってよい。

抵抗１１２および抵抗１１４は、固定抵抗である。抵抗１１２および抵抗１１４は、一例として、金属皮膜抵抗、チップ抵抗等である。小型化のため抵抗１１２および抵抗１１４は、チップ抵抗であることが好ましい。抵抗１１２の一端は、接続点Ｔ１と接続し、抵抗１１２の他端は、アンプ回路６０の反転入力端子および抵抗１１４と接続する。抵抗１１４の一端は、アンプ回路６０の反転入力端子および抵抗１１２と接続し、抵抗１１４の他端は、コンデンサ１１６と接続する。抵抗１１２の抵抗値をＲ１とし、抵抗１１４の抵抗値をＲ２とする。抵抗値Ｒ２は、抵抗値Ｒ１より小さくてよい。

コンデンサ１１６は、一例としてチップコンデンサである。コンデンサ１１６の一端は、抵抗１１４と接続し、コンデンサ１１６の他端はＶｒｅｆと接続する。コンデンサ１１６の静電容量をＣとする。

図１２は、位相補償回路１１０のゲインと位相の周波数特性を示す図である。位相補償回路１１０のゲインは低い周波数では１であり、周波数が１／２πＲ１Ｃ以上になると、下がり始める。また位相補償回路１１０のゲインは、周波数が１／２πＲ２Ｃ以上になると、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の一定値となる。したがって、特定の周波数のゲインを下げることができる。位相補償回路１１０は、検出信号の特定周波数以上のゲインを下げてよい。特定周波数とは、１／２πＲ１Ｃや１／２πＲ２Ｃである。本例では特定周波数は、１／２πＲ２であることが好ましい。

特定周波数は、磁気収束板９０に発生する渦電流のカットオフ周波数より低いことが好ましい。磁気収束板９０に発生する渦電流のカットオフ周波数よりも特定周波数をより低く設定することにより、発振する渦電流のカットオフ周波数における閉ループのゲインを下げることができ、磁場検出装置２０００の回路において発振を防ぐことができる。

また周波数が１／２πＲ１Ｃ以上１／２πＲ２Ｃ以下の場合、位相補償回路１１０の位相が遅れるが、１／２πＲ２Ｃ以上の周波数では位相遅れは発生しない。したがって、発振する渦電流のカットオフ周波数において位相は回転せず、ゲインのみを下げ発振を防ぐことができる。

図１３は、実施例および比較例におけるゲインの周波数特性を示す図である。図１３では、実施例として図３の磁気検出部２００、比較例として図２の磁気検出部２００を示している。図１３は、長さＬ１を２０．０ｍｍ、幅Ｗ１を１．０ｍｍ、厚さＴ１を１．０ｍｍとしてシミュレーションを実施した結果である。図１３において、実施例に係る図３の磁気検出部２００のゲインの周波数特性は、比較例に係る図２の磁気検出部２００のゲインの周波数特性に比べて、高周波数帯にシフトしている。

図１４は、実施例および比較例における位相の周波数特性を示す図である。図１４でも、図１３と同様に実施例として図３の磁気検出部２００、比較例として図２の磁気検出部２００を示している。図１４は、長さＬ１を２０．０ｍｍ、幅Ｗ１を１．０ｍｍ、厚さＴ１を１．０ｍｍとしてシミュレーションを実施した結果である。図１４においても、実施例に係る図３の磁気検出部２００の位相の周波数特性は、比較例に係る図２の磁気検出部２００の位相の周波数特性に比べて、高周波数帯にシフトしている。

図１３、図１４より、磁気収束板９０にスリット９２を設けることにより、周波数特性が高周波数帯にシフトする。オープンループゲインＡは周波数に反比例するため、オープンループゲインＡは小さくなる。したがって、図７で説明したＡ×α×β＜１を満たしやすくなり、磁場検出装置１０００の回路において発振を防ぎやすくなる。また位相補償回路１１０を備える場合、磁気収束板９０に発生する渦電流のカットオフ周波数を１／２πＲ１Ｃや１／２πＲ２Ｃより高くすることが容易になり、発振を防ぎやすくなる。

図１５は、長さＬ１を変化させた場合のゲインの周波数特性を示す図である。図１５では、図２の磁気検出部２００の磁気収束板９０において長さＬ１を変化させた場合のゲインの周波数特性の変化を示している。図１５は幅Ｗ１を２．０ｍｍ、厚さＴ１を０．５ｍｍとしてシミュレーションを実施した結果である。図１５において、ゲインの周波数特性は、長さＬ１を大きくするほど低周波数帯にシフトしている。

図１６は、長さＬ１を変化させた場合の位相の周波数特性を示す図である。図１６では、図２の磁気検出部２００の磁気収束板９０において長さＬ１を変化させた場合の位相の周波数特性の変化を示している。図１６は幅Ｗ１を２．０ｍｍ、厚さＴ１を０．５ｍｍとしてシミュレーションを実施した結果である。図１６において、位相の周波数特性は、長さＬ１を大きくするほど低周波数帯にシフトしている。

図１７は、厚さＴ１を変化させた場合のゲインの周波数特性を示す図である。図１７では、図２の磁気検出部２００の磁気収束板９０において厚さＴ１を変化させた場合のゲインの周波数特性の変化を示している。図１７は幅Ｗ１を２．０ｍｍ、長さＬ１を１０．０ｍｍとしてシミュレーションを実施した結果である。図１７において、ゲインの周波数特性は、厚さＴ１を大きくするほど低周波数帯にシフトしている。

図１８は、厚さＴ１を変化させた場合の位相の周波数特性を示す図である。図１８では、図２の磁気検出部２００の磁気収束板９０において厚さＴ１を変化させた場合の位相の周波数特性の変化を示している。図１８は幅Ｗ１を２．０ｍｍ、長さＬ１を１０．０ｍｍとしてシミュレーションを実施した結果である。図１８において、位相の周波数特性は、厚さＴ１を大きくするほど低周波数帯にシフトしている。

図１５から図１８より、磁気検出部２００のサイズが大きくなるほど、周波数特性が低周波数帯にシフトすることがわかる。したがって、スリット９２を設けることにより磁気検出部２００のサイズを小さくし、周波数特性を高周波数帯にシフトすることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０・・基板、２０・・積層部、２１・・磁化自由層、２２・・第１非磁性層、２３・・磁化固定層、６０・・アンプ回路、７０・・コイル、８０・・抵抗、８２・・抵抗、８４・・抵抗、８６・・電流検出部、９０・・磁気収束板、９２・・スリット、９４・・第１部分、９６・・第２部分、９７・・上面、９８・・接続部分、１００・・磁気センサ、１０２・・第１部分、１０４・・第２部分、１１０・・位相補償回路、１１２・・抵抗、１１４・・抵抗、１１６・・コンデンサ、２００・・磁気検出部、２１１・・第１強磁性層、２１２・・第２非磁性層、２１３・・第２強磁性層、２１４・・第３非磁性層、２１５・・第３強磁性層、１０００・・磁場検出装置、２０００・・磁場検出装置

Claims (13)

1. 検出した磁気に応じた検出信号を出力する磁気検出部と、
   前記検出信号に応じたフィードバック電流を生成するアンプ回路と、
   前記フィードバック電流に応じて磁気を生成し、前記磁気検出部に入力するコイルと
   を備え、
   前記磁気検出部、前記アンプ回路および前記コイルは、フィードバック回路を構成し、
   前記磁気検出部は、
   感磁軸を有する磁気センサと、
   磁気を収束して前記磁気センサに入力する磁気収束板と
   を有し、
   前記磁気収束板は、前記感磁軸の方向と垂直でない方向に延伸するスリットを有する
   磁気検出装置。
2. 前記磁気収束板は、前記感磁軸の方向と平行な方向に延伸する前記スリットを有する
   請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記磁気センサの感度をα（Ｖ／Ｔ）、前記コイルのコイル係数をβ（Ｔ／Ｖ）、前記アンプ回路のオープンループゲインをＡとした場合に、
   前記磁気収束板に発生する渦電流による位相回転が９０ｄｅｇになる周波数で、Ａ×α×β＜１を満たす
   請求項１または２に記載の磁気検出装置。
4. 前記磁気センサの感度をα（Ｖ／Ｔ）、前記コイルのコイル係数をβ（Ｔ／Ｖ）、前記アンプ回路のオープンループゲインをＡとした場合に、
   前記磁気収束板に発生する渦電流による位相回転が４５ｄｅｇになる周波数で、Ａ×α×β＜１を満たす
   請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
5. 前記磁気収束板は、
   前記スリットを挟む第１部分および第２部分と、
   前記第１部分と前記第２部分を接続する接続部分と
   を有する
   請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
6. 前記磁気収束板は、前記スリットを挟む第１部分および第２部分を有し、
   前記第１部分と前記第２部分は、分離している
   請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
7. 前記スリットは、前記感磁軸の方向と平行な方向において、前記感磁軸の方向と平行な方向における前記磁気収束板の長さの半分以上にわたって設けられている
   請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
8. 前記スリットは、前記感磁軸の方向と平行な方向において、前記感磁軸の方向と平行な方向における前記磁気収束板の長さ全体にわたって設けられている
   請求項７に記載の磁気検出装置。
9. 前記スリットは、前記磁気収束板の上面と垂直である
   請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
10. 前記スリットは、前記磁気収束板の上面と平行である
    請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
11. 前記第１部分と前記第２部分に挟まれる方向における前記スリットの最小幅は、１０μｍ以下である
    請求項５または６に記載の磁気検出装置。
12. 前記フィードバック回路において前記磁気検出部と前記アンプ回路の間に設けられ、前記検出信号の特定周波数以上のゲインを下げる位相補償回路を更に備え、
    前記特定周波数は、前記磁気収束板に発生する渦電流のカットオフ周波数より低い
    請求項３から５のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
13. 前記磁気センサは、磁気抵抗素子である
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の磁気検出装置。

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