JP6684854B2 - 磁気センサ及び診断装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、磁気センサ及び診断装置に関する。
磁性層を用いた磁気センサがある。磁気センサを用いた診断装置がある。磁気センサにおいて、検出感度の向上が望まれる。
特開２０１７−３３３６号公報
本発明の実施形態は、検出感度の向上が可能な磁気センサ及び診断装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、磁気センサは、第１磁性層を含む第１素子と、第２磁性層を含む第２素子と、第１配線と、第２配線と、前記第１配線及び前記第２配線と電気的に接続された第１回路部と、前記第１素子及び前記第２素子と電気的に接続された第２回路部と、を含む。前記第１回路部は、前記第１配線に第１交流電流を供給し、前記第２配線に第２交流電流を供給する。前記第２回路部は、前記第１素子に第１素子電流を供給し、前記第２素子に第２素子電流を供給する。第１時刻において、前記第１交流電流は、第１交流電流向きを有し、前記第２交流電流は、第２交流電流向きを有する。第２時刻において、前記第１交流電流は、前記第１交流電流向きと反対の向きを有し、前記第２交流電流は、前記第２交流電流向きと反対の向きを有する。前記第１時刻において、前記第１素子電流は、第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、第２素子電流向きを有する。前記第２時刻において、前記第１素子電流は、前記第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、前記第２素子電流向きを有する。前記第１交流電流向きは、前記第１素子電流の向きの成分を有する。前記第２交流電流向きは、前記第２素子電流の向きとは反対の向きの成分を有する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。 図２（ａ）〜図２（ｆ）は、第１実施形態に係る磁気センサにおける動作を例示する模式図である。 図３は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図４は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図５は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図６は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図９は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図１１は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図１２は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式的斜視図である。 図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図１９は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図２１は、第２実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、磁気センサを例示する模式的斜視図である。 図２３（ａ）〜図２３（ｆ）は、第２実施形態に係る磁気センサにおける動作を例示する模式図である。 図２４は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図２５（ａ）〜図２５（ｃ）は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図２６（ａ）及び図２６（ｂ）は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図２７（ａ）及び図２７（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図２８（ａ）及び図２８（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図２９（ａ）〜図２９（ｄ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図３０（ａ）及び図３０（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図３１は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図３２（ａ）及び図３２（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図３３（ａ）及び図３３（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。 図３４は、実施形態に係る磁気センサにおける動作を例示する模式図である。 図３５は、磁気センサの試料を例示する模式図である。 図３６は、磁気センサの試料の特性の測定回路を例示する模式図である。 図３７は、磁気センサの試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、磁気センサの試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図３９は、第３実施形態に係る磁気センサ及び診断装置を示す模式図である。 図４０は、第４実施形態に係る別の磁気センサを示す模式図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。
図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、磁気センサの一部を例示する斜視図である。
図１（ａ）に示すように、実施形態に係る磁気センサ１１０は、第１素子５１、第２素子５２、第１配線６１、第２配線６２及び第１回路部７１を含む。この例では、磁気センサ１１０は、第２回路部７２をさらに含む。
第１素子５１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎを含む。第１非磁性層１１ｎは、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｏとの間に設けられる。第１磁性層１１及び第１対向磁性層１１ｏは、例えば強磁性である。１つの例において、第１非磁性層１１ｎは、非磁性の金属を含む。第１素子５１は、例えば、面内通電型のＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果：Giant Magneto-Resistance）素子である。
図１（ｂ）に示すように、第１対向磁性層１１ｏから第１磁性層１１への第１積層方向Ｄｓ１をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
上記の第１積層方向Ｄｓ１と交差する１つの方向を第１磁性層方向Ｄｘ１とする。第１積層方向Ｄｓ１及び第１磁性層方向Ｄｘ１を含む平面と交差する方向を第１磁性層交差方向Ｄｙ１とする。例えば、第１磁性層方向Ｄｘ１は、Ｘ軸方向に沿う。例えば、第１磁性層交差方向Ｄｙ１は、Ｙ軸方向に沿う。
１つの例において、第１磁性層方向Ｄｘ１に沿う第１磁性層１１の長さＬ１は、第１磁性層交差方向Ｄｙ１に沿う第１磁性層１１の長さＷ１よりも長い。長さＷ１は、例えば、幅である。第１磁性層方向Ｄｘ１に沿う第１磁性層１１の長さＬ１は、第１積層方向Ｄｓ１に沿う第１磁性層１１の長さｔ１よりも長い。長さｔ１は、例えば、厚さである。長さＷ１は、長さｔ１よりも長い。第１磁性層方向Ｄｘ１は、例えば、長軸方向である。第１磁性層交差方向Ｄｙ１は、例えば、短軸方向である。第１積層方向Ｄｓ１は、例えば、厚さ方向である。
第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎのそれぞれの第１磁性層方向Ｄｘ１に沿う長さは、長さＬ１と実質的に同じでも良い。第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎのそれぞれの第１磁性層交差方向Ｄｙ１に沿う長さは、長さＷ１と実質的に同じでも良い。第１対向磁性層１１ｏの第１積層方向Ｄｓ１に沿う長さは、長さｔ１と実質的に同じでも良い。
第２素子５２は、第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎを含む。第２非磁性層１２ｎは、第２磁性層１２と第２対向磁性層１２ｏとの間に設けられる。第２磁性層１２及び第２対向磁性層１２ｏは、例えば強磁性である。１つの例において、第２非磁性層１２ｎは、非磁性の金属を含む。第２素子５２は、例えば、面内通電型のＧＭＲ素子である。
図１（ｃ）に示すように、第２対向磁性層１２ｏから第２磁性層１２への第２積層方向Ｄｓ２は、Ｚ軸方向に沿う。第２積層方向Ｄｓ２と交差する１つの方向を第２磁性層方向Ｄｘ２とする。第２積層方向Ｄｓ２及び第２磁性層方向Ｄｘ２を含む平面と交差する方向を第２磁性層交差方向Ｄｙ２とする。この例では、第２磁性層方向Ｄｘ２は、Ｘ軸方向に沿う。第２磁性層交差方向Ｄｙ２は、Ｙ軸方向に沿う。
１つの例において、第２磁性層方向Ｄｘ２に沿う第２磁性層１２の長さＬ２は、第２磁性層交差方向Ｄｙ２に沿う第２磁性層１２の長さＷ２よりも長い。長さＷ２は、例えば、幅である。第２磁性層方向Ｄｘ２に沿う第２磁性層１２の長さＬ２は、第２積層方向Ｄｓ２に沿う第２磁性層１２の長さｔ２よりも長い。長さｔ２は、例えば、厚さである。長さＷ２は、長さｔ２よりも長い。第２磁性層方向Ｄｘ２は、例えば、長軸方向である。第２磁性層交差方向Ｄｙ２は、例えば、短軸方向である。第２積層方向Ｄｓ２は、例えば、厚さ方向である。
第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎのそれぞれの第２磁性層方向Ｄｘ２に沿う長さは、長さＬ２と実質的に同じでも良い。第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎのそれぞれの第２磁性層交差方向Ｄｙ２に沿う長さは、長さＷ２と実質的に同じでも良い。第２対向磁性層１２ｏの第２積層方向Ｄｓ２に沿う長さは、長さｔ２と実質的に同じでも良い。
第２磁性層１２には、第１磁性層１１の構成（材料を含む）が適用されても良い。第２対向磁性層１２ｏには、第１対向磁性層１１ｏの構成（材料を含む）が適用されても良い。第２非磁性層１２ｎには、第１非磁性層１１ｎの構成（材料を含む）が適用されても良い。
第１素子５１は、第１素子端部５１ａ及び第２素子端部５１ｂを含む。第１素子端部５１ａから第２素子端部５１ｂへの方向は、第１磁性層方向Ｄｘ１（例えばＸ軸方向）に沿う。第１素子端部５１ａ及び第２素子端部５１ｂは、第１素子５１の２つの端子部に対応する。
第２素子５２は、第３素子端部５２ｃ及び第４素子端部５２ｄを含む。第３素子端部５２ｃから第４素子端部５２ｄへの方向は、第２磁性層方向Ｄｘ２（例えばＸ軸方向）に沿う。第３素子端部５２ｃ及び第４素子端部５２ｄは、第２素子５２の２つの端子部に対応する。
第１磁性層１１は、第１磁性層磁化１１Ｍを有する。第１対向磁性層１１ｏは、第１対向磁性層磁化１１ｏＭを有する。第２磁性層１２は、第２磁性層磁化１２Ｍを有する。第２対向磁性層１２ｏは、第２対向磁性層磁化１２ｏＭを有する。
例えば、これらの磁化の向きのいずれかは、外部から磁性層に加わる磁界に応じて変化する。１つの例において、第１磁性層磁化１１Ｍの向き及び第２磁性層磁化１２Ｍの向きは、第１対向磁性層磁化１１ｏＭの向き及び第２対向磁性層磁化１２ｏＭの向きよりも変化し易い。例えば、第１磁性層１１及び第２磁性層１２は、磁化自由層（例えば、検出層）である。第１対向磁性層１１ｏ及び第２対向磁性層１２ｏは、磁化固定層（例えば、参照層）である。
第１磁性層磁化１１Ｍと第１対向磁性層磁化１１ｏＭとの間の角度の変化に応じて、第１素子５１の電気抵抗が変化する。第１素子５１の電気抵抗は、例えば、第１素子端部５１ａと第２素子端部５１ｂとの間の電気抵抗に対応する。第２磁性層磁化１２Ｍと第２対向磁性層磁化１２ｏＭとの間の角度の変化に応じて、第２素子５２の電気抵抗が変化する。第２素子５２の電気抵抗は、例えば、第３素子端部５２ｃと第４素子端部５２ｄとの間の電気抵抗に対応する。
図１（ａ）に示すように、この例では、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄは、互いに電気的に接続される。この接続は、例えば、配線２８Ｌｃにより行われる。
この例では、第２回路部７２は、第１素子端部５１ａ及び第３素子端部５２ｃと電気的に接続される。例えば、第２回路部７２と第１素子端部５１ａとが、配線２８Ｌａにより電気的に接続される。例えば、第２回路部７２と第３素子端部５２ｃとが、配線２８Ｌｂにより電気的に接続される。これらの配線のいずれかは、グランド導電部でも良い。
このように、この例では、第１素子５１及び第２素子５２は、直列に電気的に接続される。第２回路部７２は、第１素子５１及び第２素子５２に、第１電流Ｉｄ１を供給する。第１電流Ｉｄ１は、少なくとも直流成分を含む。第２回路部７２は、例えば定電圧源である。
第１電流Ｉｄ１がこれらの素子を流れたときに得られる信号は、これらの素子の電気抵抗の変化に関する情報を含む。例えば、これらの素子に磁界が加わったときに、これらの素子の電気抵抗が変化する。例えば、後述するように、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄの接続点（配線２８Ｌｃ）の電位の変化に対応する信号ＳｉｇＡが検出されても良い。信号ＳｉｇＡにより、これらの素子に加わる磁界に関する情報が得られる。
第１回路部７１は、第１配線６１及び第２配線６２と電気的に接続される。第１配線６１及び第２配線６２に、第１回路部７１から交流電流が供給される。これらの配線から交流磁界が発生する。第１配線６１は、第１磁界発生部６１Ｈの１つの例である。第２配線６２は、第２磁界発生部６２Ｈの１つの例である。
図１（ａ）に示すように、第１配線６１と第１素子５１との間の距離は、第１配線６１と第２素子５２との間の距離よりも短い。第２配線６２と第２素子５２との間の距離は、第２配線６２と第１素子５１との間の距離よりも短い。
第１配線６１は、第１素子５１用の磁界発生部である。第２配線６２は、第２素子５２用の磁界発生部である。第１素子５１から第１配線６１への方向は、例えば、第１積層方向Ｄｓ１（例えば、Ｚ軸方向）に沿う。第２素子５２から第２配線６２への方向は、例えば、第２積層方向Ｄｓ２（例えば、Ｚ軸方向）に沿う。
例えば、第１配線６１は、第１配線端部６１ａ及び第２配線端部６１ｂを含む。第２配線６２は、第３配線端部６２ｃ及び第４配線端部６２ｄを含む。これらの端子が、第１回路部７１と電気的に接続される。電気的な接続はグランド導電部を介した電気的な接続を含む。
図１（ａ）に示すように、第３配線端部６２ｃから第４配線端部６２ｄへの向きは、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きに沿う。これらの向きは、例えば、Ｘ軸方向に沿う。
例えば、第１回路部７１は、第１配線６１に第１交流電流Ｉａ１を供給する。第１配線６１から第１交流磁界Ｈａ１が発生する。第１交流磁界Ｈａ１は、第１素子５１に印加される。例えば、第１交流電流Ｉａ１は、第１周波数ｆ１を有する。例えば、第１交流磁界Ｈａ１は、第１周波数ｆ１を有する。
例えば、第１回路部７１は、第２配線６２に第２交流電流Ｉａ２を供給する。第２配線６２から第２交流磁界Ｈａ２が発生する。第２交流磁界Ｈａ２は、第２素子５２に印加される。例えば、第２交流電流Ｉａ２は、第１周波数ｆ１を有する。例えば、第２交流磁界Ｈａ２は、第１周波数ｆ１を有する。
第１素子５１には、検出対象の磁界に加えて、上記の第１交流磁界Ｈａ１が印加される。第２素子５２には、検出対象の磁界に加えて、上記の第２交流磁界Ｈａ２が印加される。第１交流磁界Ｈａ１及び第２交流磁界Ｈａ２の位相は、互いに逆である。
このように、実施形態において、第１回路部７１は、第１配線６１に第１交流電流Ｉａ１を供給し、第２配線６２に第２交流電流Ｉａ２を供給する。一方、第２回路部７２は、第１素子５１に第１素子電流Ｉｅ１を供給し、第２素子５２に第２素子電流Ｉｅ２を供給する（図１（ａ）参照）。第１時刻において、第１交流電流Ｉａ１は、第１交流電流向き（例えば、図１（ａ）に例示する向き）を有し、第２交流電流Ｉａ２は、第２交流電流向き（例えば、図１（ａ）に例示する向き）を有する。上記の第１時刻は、任意の１つの時刻であり、例えば、図１（ａ）に例示する状態に対応する時刻である。
第２時刻において、第１交流電流Ｉａ１は、第１交流電流向きと反対の向きを有し、第２交流電流Ｉａ２は、第２交流電流向きと反対の向きを有する。第２時刻は、交流電流の極性が反転する任意の時刻である。
このとき、上記の第１時刻において、第１素子電流Ｉｅ１は、第１素子電流向き（例えば、図１（ａ）に例示する向き）を有し、第２素子電流Ｉｅ２は、第２素子電流向き（例えば、図１（ａ）に例示する向き）を有する。第２時刻においても、第１素子電流Ｉｅ１は、上記の第１素子電流向きを有し、第２素子電流Ｉｅ２は、上記の第２素子電流向きを有する。実施形態においては、上記の第１交流電流向きは、第１素子電流Ｉｅ１の向きの成分を有する。上記の第２交流電流向きは、第２素子電流Ｉｅ２の向きとは反対の向きの成分を有する。
このように、実施形態においては、互いに位相が逆の交流磁界を発生させる第１磁界発生部６１Ｈ及び第２磁界発生部６２Ｈが設けられる。
以下、第１磁界発生部６１Ｈ及び第２磁界発生部６２Ｈの例である第１配線６１及び第２配線６２にそれぞれ供給される第１交流電流Ｉａ１及び第２交流電流Ｉａ２の例について説明する。
図２（ａ）〜図２（ｆ）は、第１実施形態に係る磁気センサにおける動作を例示する模式図である。
これらの図の横軸は、時間ｔｍである。図２（ａ）の縦軸は、第１配線６１に供給される第１交流電流Ｉａ１に対応する。第１交流電流Ｉａ１において、例えば、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きを、正とする。図２（ｂ）の縦軸は、第２配線６２に供給される第２交流電流Ｉａ２に対応する。第２交流電流Ｉａ２において、第３配線端部６２ｃから第４配線端部６２ｄへの向きを、正とする。
図２（ｃ）の縦軸は、第１配線６１の第１配線端部６１ａの第１電位Ｅａ１に対応する。この例では、第１配線端部６１ａの電位が第２配線端部６１ｂの電位よりも高いときに、第１電位Ｅａ１は正とする。図２（ｄ）の縦軸は、第２配線６２の第３配線端部６２ｃの第２電位Ｅａ２に対応する。この例では、第３配線端部６２ｃの電位が第４配線端部６２ｄの電位よりも高いときに、第２電位Ｅａ２は正とする。
図２（ｅ）の縦軸は、第１配線６１により発生する第１交流磁界Ｈａ１の強度に対応する。図２（ｆ）の縦軸は、第２配線６２により発生する第２交流磁界Ｈａ２の強度に対応する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１交流電流Ｉａ１及び第２交流電流Ｉａ２は、周期Ｔ１で変化する。第１交流電流Ｉａ１及び第２交流電流Ｉａ２は、第１周波数ｆ１を有する。周期Ｔ１は、「１／ｆ１」で表される。図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、第１電位Ｅａ１及び第２電位Ｅａ２は、周期Ｔ１で変化する。図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、第１交流磁界Ｈａ１及び第２交流磁界Ｈａ２は、周期Ｔ１で変化する。実施形態において、第１周波数ｆ１は、例えば、検出対象の磁界の周波数よりも高い。第１周波数ｆ１は、例えば、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。第１周波数ｆ１は、例えば、１０ｋＨｚ以上１００ＭＨｚ以下でも良い。
これらの図に示すように、実施形態において、２つの配線（２つの交流磁界発生部）に関して、電流、電位、及び磁界において、位相が互いに逆である。
例えば、第１交流電流Ｉａ１は、第１時刻（任意の１つの時間ｔｍ）において、正である。このとき、第１交流電流Ｉａ１は、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きを有する(図２（ａ）及び図１（ａ）参照）。
例えば、第２交流電流Ｉａ２は、上記の第１時刻において、負である。このとき、第２交流電流Ｉａ２は、第４配線端部６２ｄから第３配線端部６２ｃへの向きを有する（図２（ｂ）及び図１（ａ）参照）。
このように、少なくとも一部の時間において、第１配線６１における交流電流の位相は、第２配線６２における交流電流の位相と逆である。
例えば、第１時刻（任意の１つの時間ｔｍ）において、第１電位Ｅａ１は、正である（図２（ｃ）参照）。このとき、第１配線端部６１ａの電位は第２配線端部６１ｂの電位よりも高い。この第１時刻において、第２電位Ｅａ２は、負である（図２（ｄ）参照）。このとき、第４配線端部６２ｄの電位は、第３配線端部６２ｃの電位よりも高い。
例えば、第１時刻（任意の１つの時間ｔｍ）において、第１交流磁界Ｈａ１は正である（図２（ｅ）参照）。この第１時刻において、第２交流磁界Ｈａ２は負である（図２（ｆ）参照）。このように、少なくとも一部の時間において、第１磁界発生部６１Ｈ（例えば第１配線６１）による第１交流磁界Ｈａ１の位相は、第２磁界発生部６２Ｈ（例えば第２配線６２）による第２交流磁界Ｈａ２の位相と逆である。
実施形態においては、このような交流電流が用いられる。これにより、以下に説明するように、不要な信号成分が抑制される。これにより、検出感度の向上が可能な磁気センサが提供できる。
図３は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図３の横軸は、素子（例えば、第１素子５１及び第２素子５２など）に印加される磁界Ｈｘに対応する。縦軸は、素子の抵抗Ｒｘに対応する。例えば、外部からの磁界Ｈｘは、素子の長軸方向と交差する方向（例えばＹ軸方向）の成分を有する。図３に示すように、磁界Ｈｘは、磁界Ｈｘ０、磁界Ｈｘ１及び磁界Ｈｘ２となる場合があり得る。磁界Ｈｘ０の絶対値は、磁界Ｈｘ１の絶対値及び磁界Ｈｘ２の絶対値よりも小さい。磁界Ｈｘ０は、例えば、０である。磁界Ｈｘ１は負であり、磁界Ｈｘ２は正である。磁界Ｈｘ０における抵抗Ｒｘは、磁界Ｈｘ１における抵抗Ｒｘよりも小さく、磁界Ｈｘ２における抵抗Ｒｘよりも小さい。抵抗Ｒｘは、磁界Ｈｘに対して偶関数である。
図３に、第１磁性層１１の第１磁性層磁化１１Ｍ、及び、第１対向磁性層１１ｏの第１対向磁性層磁化１１ｏＭが模式的に示されている。例えば、磁界Ｈｘ０における、第１磁性層磁化１１Ｍと第１対向磁性層磁化１１ｏＭとの間の角度の絶対値は、磁界Ｈｘ１における、第１磁性層磁化１１Ｍと第１対向磁性層磁化１１ｏＭとの間の角度の絶対値よりも小さく、磁界Ｈｘ２における、第１磁性層磁化１１Ｍと第１対向磁性層磁化１１ｏＭとの間の角度の絶対値よりも小さい。素子の長軸方向と交差する方向の成分を有する磁界Ｈｘが加わることで、上記のような磁化の向きの変化が生じる。これに伴い、上記のような抵抗Ｒｘの変化が生じる。
以下、図３に例示するような偶関数の特性が利用されるときの素子の特性の例について説明する。
図４は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図４は、素子（例えば、第１素子５１及び第２素子５２など）に磁界Ｈｘとして、交流磁界Ｈａｘ及び磁界Ｈｍが印加されたときの特性を例示している。磁界Ｈｍは、測定対象（検出対象）の磁界である。横軸は、磁界Ｈｘに対応する。縦軸は、素子の抵抗Ｒｘに対応する。図４の例では、交流磁界は、三角波である。交流磁界は、正弦波またはパルス波などでも良い。交流磁界Ｈａｘの周波数を、第１周波数ｆ１とする。
図４に示すように、交流磁界Ｈａｘ及び磁界Ｈｍが印加されたときに、例えば、素子から信号Ｓｉｇｘが得られる。信号Ｓｉｇｘは、抵抗Ｒｘの変化に対応する。信号Ｓｉｇｘにおいて、抵抗Ｒ０を基準とした２種類の周波数成分を有する波形が得られる。
信号Ｓｉｇｘ（抵抗Ｒｘ）は、第１周波数ｆ１の周波数の成分と、２倍の周波数２ｆ１の成分と、を含む。第１周波数ｆ１の周波数に対応する波形成分は、磁界Ｈｍに起因する。磁界Ｈｍが０の場合は、第１周波数ｆ１の周波数に対応するピークは実質的に生じず、２倍の周波数２ｆ１の成分が生じる。例えば、フィルタなどを用いて、第１周波数ｆ１の周波数に対応する成分を取り出すことができる。第１周波数ｆ１の周波数に対応するピークの強度を測定することで、検知対象の磁界Ｈｍを知ることができる。２倍の周波数２ｆ１の信号は、例えば、不要な信号（例えばノイズ）である。
磁界Ｈｍは直流磁界でも良く、交流磁界でも良い。磁界Ｈｍが交流磁界である場合、磁界Ｈｍの周波数は、交流磁界Ｈａｘの周波数（第１周波数ｆ１）よりも低い。
図４は、１つの素子に１つの交流磁界Ｈａｘが印加される場合を例示している。実施形態においては、第１素子５１に第１磁界発生部６１Ｈ（例えば、第１配線６１）から第１交流磁界Ｈａ１が印加され、第２素子５２に第２磁界発生部６２Ｈ（例えば第２配線６２）から第２交流磁界Ｈａ２が印加される。
図５は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図５の横軸は、磁界Ｈｘに対応する。図５の縦軸は、抵抗Ｒｘに対応する。図５に例示するように、第１交流磁界Ｈａ１と第２交流磁界Ｈａ２において、位相が互いに逆である。第１交流磁界Ｈａ１及び第２交流磁界Ｈａ２のそれぞれに対応した２種類の信号Ｓｉｇｘ（図４参照）が生じる。２種類の信号Ｓｉｇｘにおいては、位相が「１／２ｆ１」の周期でシフトしている。このため、例えば、２種類の信号Ｓｉｇｘの合成信号においては、２倍の周波数２ｆ１の成分が、実質的にキャンセルされる。第１周波数ｆ１の周波数に対応する信号が残る。第１周波数ｆ１の周波数に対応する信号（例えばピーク）の強度を測定することで、検知対象の磁界Ｈｍを知ることができる。このような逆位相の交流磁界を用いることで、２倍の周波数２ｆ１の成分（例えば、不要な信号）が抑制できる。実施形態によれば、検出感度の向上が可能な磁気センサを提供できる。
例えば、図１に例示した、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄの接続点の電位の変化に対応する信号ＳｉｇＡが検出される。信号ＳｉｇＡにおいて、第１周波数ｆ１の周波数に対応する信号強度を測定することで、検知対象である磁界Ｈｍに関する情報が得られる。例えば、信号ＳｉｇＡにおいて、２倍の周波数２ｆ１に対応する信号強度は、第１周波数ｆ１の周波数に対応する信号強度よりも小さい。信号ＳｉｇＡにおいて、２倍の周波数２ｆ１に対応する成分は実質的に生じない。
実施形態において、複数の素子（第１素子５１及び第２素子５２）の特性のばらつき、及び、これらの素子と電気的に接続される配線の特性などにより、２倍の周波数２ｆ１に対応する成分が生じても良い。２倍の周波数２ｆ１に対応する成分が著しく低減することで、不要な信号を抑制できる。検出感度の向上が可能になる。例えば、増幅が容易になる。例えば、増幅率の高いアンプを使うことができる。
例えば、図１（ａ）に示すように、第３回路部７３がさらに設けられても良い。第３回路部７３は、例えば、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄの接続点（配線２８Ｌｃ）に電気的に接続される。第３回路部７３は、例えば、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄの電位の変化に対応する信号ＳｉｇＡを出力する。実施形態において、例えば、信号ＳｉｇＡが検出される。
例えば、第１交流電流Ｉａ１及び第２交流電流Ｉａ２は、第１周波数ｆ１を有する。上記の信号ＳｉｇＡは、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄの電位の変化の、上記の第１周波数ｆ１の成分に対応する。信号ＳｉｇＡを検出することにより、検知対象である磁界Ｈｍに関する情報が得られる。
図６は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。
図６に示すように、実施形態に係る磁気センサ１１１も、第１素子５１、第２素子５２、第１配線６１、第２配線６２及び第１回路部７１を含む。この例では、磁気センサ１１１は、第２回路部７２及び第３回路部７３をさらに含む。
この例では、第１素子５１は、第１素子端部５１ａ及び第２素子端部５１ｂを含む。第２素子５２は、第３素子端部５２ｃ及び第４素子端部５２ｄを含む。この例では、第２回路部７２は、第３素子端部５２ｃと電気的に接続される。第１素子端部５１ａと第４素子端部５２ｄとが電気的に接続される。第２素子端部５１ｂは、例えば、グランド導電部ＧＮＤと電気的に接続される。第１素子端部５１ａと第４素子端部５２ｄとの接続点に、第３回路部７３が電気的に接続される。
図６に示すように、第１配線６１は、第１配線端部６１ａと第２配線端部６１ｂとを含む。第２配線６２は、第３配線端部６２ｃと第４配線端部６２ｄとを含む。第３配線端部６２ｃから第４配線端部６２ｄへの向きは、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きに沿う。
第１回路部７１は、第１配線端部６１ａと、配線６１Ｌにより電気的に接続される。第１回路部７１は、第４配線端部６２ｄと、配線６２Ｌにより電気的に接続される。一方、第２配線端部６１ｂ及び第３配線端部６２ｃは、グランド（例えば、グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。
第１回路部７１から、１つの交流電流が、第１配線６１及び第２配線６２に供給される。第１配線６１において、この交流電流は、第１交流電流Ｉａ１である。第２配線６２において、この交流電流は、第２交流電流Ｉａ２である。このとき、第１交流電流Ｉａ１が第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きを有する時刻においては、第２交流電流Ｉａ２は第４配線端部６２ｄから第３配線端部６２ｃへの向きを有する。第１交流電流Ｉａ１が第２配線端部６１ｂから第１配線端部６１ａへの向きを有する時刻においては、第２交流電流Ｉａ２は、第３配線端部６２ｃから第４配線端部６２ｄへの向きを有する。このように、第１配線６１及び第２配線６２において、供給される交流電流の位相が逆である。
このように、磁気センサ１１１においては、第１素子５１及び第２素子５２に加わる外部磁界（例えば磁界Ｈｍでも良い）の向きに対して、少なくとも一部の時間において、第１交流電流Ｉａ１の位相は、第２交流電流Ｉａ２の位相と、逆である。
第１素子５１には、第１磁界発生部６１Ｈ（例えば、第１配線６１）から発生する第１交流磁界Ｈａ１と、検知対象の磁界Ｈｍと、が印加される。第２素子５２には、第２磁界発生部６２Ｈ（例えば、第２配線６２）から発生する第２交流磁界Ｈａ２と、検知対象の磁界Ｈｍと、が印加される。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、図６に例示した磁気センサ１１１の特性を例示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、横軸は、磁界Ｈｘに対応する。縦軸は、抵抗Ｒｘに対応する。図７（ａ）は、磁気センサ１１１における第１素子５１に対応する。図７（ｂ）は、磁気センサ１１１における第２素子５２に対応する。
図７（ａ）に示すように、検知対象の磁界Ｈｍ、及び、第１交流磁界Ｈａ１が、第１素子５１に印加される。図７（ｂ）に示すように、検知対象の磁界Ｈｍ、及び、第２交流磁界Ｈａ２が、第２素子５２に印加される。図６に示すように、第１素子５１と第２素子５２は、外部からの磁界Ｈｍに対して、互いに逆の向きを有する。従って、図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、第１素子５１と第２素子５２との向きが同じになるような特性の示し方をした場合、磁界Ｈｍの極性が逆転した（正及び負となる）特性となる。
このような第１交流磁界Ｈａ１及び第２交流磁界Ｈａ２が、第１素子５１及び第２素子５２にそれぞれ印加される。このため、第１素子５１の抵抗Ｒｘの変化と、第２素子５２の抵抗Ｒｘの変化と、において、位相が互いに逆になる。このため、既に説明したように、互いに接続された第１素子５１及び第２素子５２の接続点の信号において、２倍の周波数２ｆ１に対応する成分の強度は、第１周波数ｆ１の周波数に対応する成分の強度よりも小さくなる。これにより、検出感度が向上できる。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、磁界Ｈｍ、第１対向磁性層磁化１１ｏＭ、第２磁性層磁化１２ｏＭ、第１交流磁界Ｈａ１、及び、第２交流磁界Ｈａ２の向きを例示している。図８（ａ）に示す例においては、第１素子５１に磁界Ｈｍ１（検知対象の磁界Ｈｍの一部）が印加され、第２素子５２に磁界Ｈｍ２（検知対象の磁界Ｈｍの一部）が印加される。磁界Ｈｍ１の向きと、磁界Ｈｍ２の向きとは、互いに同じである。このとき、第１素子５１に印加される第１交流磁界Ｈａ１と、第２素子５２に印加される第２交流磁界Ｈａ２とは、ある時刻に互いに逆の向きの成分を含むような逆位相の関係にある。
図８（ｂ）に示す例においては、第１素子５１に印加される磁界Ｈｍ１（検知対象の磁界Ｈｍの一部）と、第２素子５２に印加される磁界Ｈｍ２（検知対象の磁界Ｈｍの一部）とは、互いに逆の向きの成分を含む。このとき、第１素子５１に印加される第１交流磁界Ｈａ１と、第２素子５２に印加される第２交流磁界Ｈａ２とは、図面上ではある時刻に互いに同じ向きの成分を含むような同位相の関係にある。磁界Ｈｍを基準にすると、逆位相の関係となる。図８（ｂ）の構成は、図６、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した例に対応する。
図８（ａ）に例示した構成、及び、図８（ｂ）に例示した構成は、複数の素子、複数の配線（磁界発生部）、及び、それらに接続された接続配線の構成に基づいて、決まる。
既に説明したように、実施形態に係る例において、偶関数型の特性の素子が用いられる。例えば、第１素子５１の電気抵抗は、第１素子５１に印加される磁界に対して偶関数の特性を有する。第２素子５２の電気抵抗は、第２素子５２に印加される磁界に対して偶関数の特性を有する。実施形態においては、２倍の周波数２ｆ１の成分が抑制できる。これにより、例えば、高いＳＮＲを得ることができる。
実施形態に係る１つの例において、第１磁性層方向Ｄｘ１に沿う第１磁性層１１の長さＬ１（図１（ｂ）参照）は、第１磁性層交差方向Ｄｙ１に沿う第１磁性層１１の長さＷ１（図１（ｂ）参照）の１０倍以上である。第２磁性層方向Ｄｘ２に沿う第２磁性層１２の長さＬ２（図１（ｃ）参照）は、第２磁性層交差方向Ｄｙ２に沿う第２磁性層１２の長さＷ２（図１（ｃ）参照）の１０倍以上である。
１つの例において、第１積層方向Ｄｓ１に沿う第１磁性層１１の長さｔ１（図１（ｂ）参照）は、第１磁性層交差方向Ｄｙ１に沿う第１磁性層１１の長さＷ１（図１（ｂ）参照）の１／２倍以下である。第２積層方向Ｄｓ２に沿う第２磁性層１２の長さｔ２（図１（ｃ）参照）は、第２磁性層交差方向Ｄｙ２に沿う第２磁性層１２の長さＷ２（図１（ｃ）参照）の１／２倍以下である。
例えば、第１素子５１に外部磁界が実質的に印加されていないときに、第１磁性層１１の第１磁性層磁化１１Ｍは、第１磁性層方向Ｄｘ１に沿う。第２素子５２に外部磁界が実質的に印加されていないときに、第２磁性層１２の第２磁性層磁化１２Ｍは、第２磁性層方向Ｄｘ２に沿う。第１素子５１に外部磁界が実質的に印加されていないときに、第１対向磁性層１１ｏの第１対向磁性層磁化１１ｏＭは、第１磁性層方向Ｄｘ１に沿う。第２素子５２に外部磁界が実質的に印加されていないときに、第２対向磁性層１２ｏの第２対向磁性層磁化１２ｏＭは、第２磁性層方向Ｄｘ２に沿う。
図９は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。
図９に示すように、実施形態に係る磁気センサ１２０は、第１素子５１、第２素子５２、第１配線６１、第２配線６２及び第１回路部７１に加えて、第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２をさらに含む。この例では、磁気センサ１２０は、第２回路部７２及び第３回路部７３をさらに含む。
磁気センサ１２０における第１素子５１及び第２素子５２の構成は、磁気センサ１１０における第１素子５１及び第２素子５２の構成と同様である。例えば、第１素子５１は、第１磁性層１１と、第１対向磁性層１１ｏと、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｏとの間に設けられた第１非磁性層１１ｎと、を含む（図１（ｂ）参照）。例えば、第２素子５２は、第２磁性層１２と、第２対向磁性層１２ｏと、第２磁性層１２と第２対向磁性層１２ｏとの間に設けられた第２非磁性層１２ｎと、を含む（図１（ｃ）参照）。
図９に示すように、第１素子５１は、第１素子端部５１ａ及び第２素子端部５１ｂを含む。第２素子５２は、第３素子端部５２ｃ及び第４素子端部５２ｄを含む。この例では、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄは、互いに電気的に接続される。
第１抵抗部４１は、第１抵抗端部４１ａ及び第２抵抗端部４１ｂを含む。第２抵抗部４２は、第３抵抗端部４２ｃ及び第４抵抗端部４２ｄを含む。第２抵抗端部４１ｂ及び第１素子端部５１ａは、互いに電気的に接続される。第４抵抗端部４２ｄ及び第３素子端部５２ｃは、互いに電気的に接続される。
第２回路部７２は、第１抵抗端部４１ａ、第３抵抗端部４２ｃ、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄと電気的に接続される。後述するように、第２回路部７２は、第１抵抗端部４１ａ及び第３抵抗端部４２ｃと、グランド導電部ＧＮＤを介して電気的に接続されても良い。第２回路部７２は、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄと、グランド導電部ＧＮＤを介して電気的に接続されても良い。
第２回路部７２は、第１抵抗部４１及び第１素子５１の組みに第１電流Ｉｄ１を供給する。第１電流Ｉｄ１は、少なくとも直流成分を含む。第２回路部７２は、第２抵抗部４２及び第２素子５２の組みに、第２電流Ｉｄ２を供給する。第２電流Ｉｄ２は、少なくとも直流成分を含む。第１電流Ｉｄ１の大きさは、第２電流Ｉｄ２の大きさと実質的に同じでも良い。第１電流Ｉｄ１は、例えば、第１抵抗部４１から第１素子５１への向きを有する。第２電流Ｉｄ２は、例えば、第２抵抗部４２から第２素子５２への向きを有する。第２回路部７２は、例えば定電圧源である。
磁気センサ１２０においても、第１回路部７１は、第１配線６１（第１磁界発生部６１Ｈ）及び第２配線６２（第２磁界発生部６２Ｈ）と接続される。この例においても、第１配線６１と第１素子５１との間の距離は、第１配線６１と第２素子５２との間の距離よりも短い。第２配線６２と第２素子５２との間の距離は、第２配線６２と第１素子５１との間の距離よりも短い。
この場合も、第１回路部７１により、第１磁界発生部６１Ｈ（例えば第１配線６１）、及び、第２磁界発生部６２Ｈ（例えば第２配線６２）から交流磁界が発生する。これらの交流磁界の位相は、互いに逆である。
例えば、磁気センサ１２０の複数の配線において、磁気センサ１１０における複数の配線と同様の構成が採用されても良い。例えば、第１配線６１は、第１配線端部６１ａ及び第２配線端部６１ｂを含む（図１（ａ）参照）。第２配線６２は、第３配線端部６２ｃ及び第４配線端部６２ｄを含む（図１（ａ）参照）。例えば、第３配線端部６２ｃから第４配線端部６２ｄへの向きは、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きに沿う（図１（ａ）参照）。
第１回路部７１は、第１配線６１に第１交流電流Ｉａ１を供給する（図１（ａ）参照）。第１交流電流Ｉａ１は、第１時刻（任意の１つの時間ｔｍ）において、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きを有する（図１（ａ）参照）。第１回路部７１は、第２配線６２に第２交流電流Ｉａ２を供給する（図１（ａ）参照）。第２交流電流Ｉａ２は、上記の第１時刻において、第４配線端部６２ｄから第３配線端部６２ｃへの向きを有する。
磁気センサ１２０においても、例えば、２倍の周波数２ｆ１の成分が抑制される。検出感度が向上できる。
図９に示すように、例えば、第１抵抗部４１、第２抵抗部４２、第１素子５１及び第２素子５２により、ブリッジが形成される。例えば、第１抵抗部４１の第２抵抗端部４１ｂと、第１素子５１の第１素子端部５１ａと、の接続点を第１接続点ＣＰ１とする。例えば、第２抵抗部４２の第４抵抗端部４２ｄと、第２素子５２の第３素子端部５２ｃと、の接続点を第２接続点ＣＰ２とする。例えば、第１接続点ＣＰ１と第２接続点ＣＰ２との間の電位差が検出されても良い。例えば、２倍の周波数２ｆ１の成分が抑制され、さらに、図４における定抵抗成分Ｒ０に対応する定電圧を抑制できる。例えば、第１周波数ｆ１の成分をより検出し易くできる。検出感度をさらに向上できる。
図９に示すように、磁気センサ１２０は、第３回路部７３をさらに含んでも良い。第３回路部７３は、第１接続点ＣＰ１及び第２接続点ＣＰ２と電気的に接続される。例えば、第３回路部７３は、第１素子端部５１ａの電位と、第３素子端部５２ｃの電位と、の差の変化に対応する信号Ｓｉｇ０（図９参照）を出力できる。第３回路部７３は、例えば、差動増幅機能を有する。
既に説明したように、第１交流電流Ｉａ１及び第２交流電流Ｉａ２は、第１周波数ｆ１を有する。このとき、上記の信号Ｓｉｇ０は、第１素子端部５１ａの上記の電位と、第３素子端部５２ｃの上記の電位と、の上記の差の第１周波数ｆ１の成分に対応する。
１つの例において、第３回路部７３は、差動回路部７３Ａ及びフィルタ７３Ｂを含む。差動回路部７３Ａは、第１入力端子７３Ａａ、第２入力端子７３Ａｂ、及び、差動回路部出力端子７３Ａｃを含む。第１入力端子７３Ａａは、第１素子端部５１ａ（例えば、第１接続点ＣＰ１）と電気的に接続される。第２入力端子７３Ａｂは、第３素子端部５２ｃ（例えば、第２接続点ＣＰ２）と電気的に接続される。差動回路部出力端子７３Ａｃは、第１入力端子７３Ａａの電位と、第２入力端子７３Ａｂの電位と、の差に対応する信号ＳｉｇＢを出力する。
フィルタ７３Ｂの入力端子７３Ｂｉは、差動回路部出力端子７３Ａｃと電気的に接続される。フィルタ７３Ｂは、差動回路部出力端子７３Ａｃの信号ＳｉｇＢの一部の周波数成分（例えば、第１周波数ｆ１の成分）に対応した信号、信号Ｓｉｇ０として出力できる。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。
図１０（ａ）に示すように、実施形態に係る磁気センサ１２０ａにおいては、第２回路部７２は、第１抵抗端部４１ａ及び第３抵抗端部４２ｃと電気的に接続される。第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄは、グランド導電部ＧＮＤと電気的に接続される。第２回路部７２は、グランド導電部ＧＮＤを介して、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄと電気的に接続される。
図１０（ｂ）に示すように、実施形態に係る磁気センサ１２０ｂにおいては、第２回路部７２は、第２素子端部５１ｂ及び第４素子端部５２ｄと電気的に接続される。第１抵抗端部４１ａ及び第３抵抗端部４２ｃは、グランド導電部ＧＮＤと電気的に接続される。第２回路部７２は、グランド導電部ＧＮＤを介して、第１抵抗端部４１ａ及び第３抵抗端部４２ｃと電気的に接続される。
磁気センサ１２０ａ及び磁気センサ１２０ｂにおいても、磁気センサ１２０に関して説明した同様の動作が行われても良い。磁気センサ１２０ａ及び磁気センサ１２０ｂにおいても、２倍の周波数２ｆ１の成分が抑制される。検出感度が向上できる。
以下、磁気センサの特性の例について説明する。
実験試料の素子（第１素子５１及び第２素子５２に対応する）は、以下の構成を有する。以下において、括弧内の値は、厚さを示す。磁化固定層は、ＩｒＭｎ膜（７ｎｍ）／ＣｏＦｅ膜（２ｎｍ）／Ｒｕ膜（０．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ膜（２ｎｍ）を含む。非磁性層は、Ｃｕ膜（３．４ｎｍ）を含む。検出層は、ＣｏＦｅ膜（３ｎｍ）を含む。この例では、さらに、素子は、Ｃｕ膜（３．４ｎｍ）/ＣｏＦｅ膜（２ｎｍ）/Ｒｕ膜（０．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ膜（２ｎｍ）/ＩｒＭｎ膜（７ｎｍ）を含む。実験試料の素子は、さらに、Ｔａ下地層、Ｔａ保護層、その他の下地層及び保護層を含む。上記の構造を有する積層膜が加工されて、素子の形状が得られる。素子の２つの端部に、Ｃｕ配線が接続される。上記で得られた素子に印加される外部磁界を変更して、素子の電気抵抗が測定される。
図１１は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図１１は、上記で得られた素子の磁界−電気抵抗特性を例示する。図１１の横軸は、素子に印加される磁界Ｈｘに対応する。縦軸は、電気抵抗の変化率ｄＲ／Ｒである。図１１においては、図４における定抵抗成分Ｒ０を除いた、抵抗変化分のみが、プロットされている。変化率ｄＲ／Ｒは、磁界Ｈｘが０のときの電気抵抗と、磁界Ｈｘにおける電気抵抗と、の差の、磁界Ｈｘが０のときの電気抵抗に対する比である。図１１には、作製された素子の特性の測定結果Ｃｅｘが例示されている。図１１に示すように、素子は、偶関数の特性を有する。
図１１には、以下の（１）式に例示する解析式に基づく特性Ｃｓｍ（近似特性）も示されている。

ｄ／ｄＲ＝０．０５５×［１−｛−２｜Ｈｘ｜／３０＋（（２Ｈｘ／３０）２＋４）１／２＋４｝２］２．５ …（１）

図１１から分かるように、解析式に基づく特性Ｃｓｍは、測定結果Ｃｅｘとよく一致する。従って、解析式に基づくシミュレーションにより、実際の素子の特性が精度よく推定できる。
以下、解析式を用いたシミュレーション結果の例について説明する。シミュレーションにおいて、測定対象の磁界Ｈｍを直流成分Ｈｄｃのみと仮定する（Ｈｍ＝Ｈｄｃ）。交流磁界Ｈａｃの向きは、直流成分Ｈｄｃの向きに沿う。交流磁界Ｈａｃは、以下の（２）式で表される。

Ｈａｃ＝Ｈａｃ０×｛ｓｉｎ（２π×ｔｍｄ／６４）｝ …（２）

（２）式において、時間ｔｍｄは、無次元の数値である。交流磁界Ｈａｃの周期は、「ｔｍｄ＝６４」である。シミュレーションにおいて、Ｈａｃ０＝１０Ｏｅ（エルステッド）、Ｈｄｃ＝１Ｏｅである。シミュレーションにおいて、電気抵抗は、規格化される。シミュレーションモデルにおいては、２つの素子に印加される交流磁界（第１交流磁界Ｈａ１及び第２交流磁界Ｈａ２）の位相が互いに逆（図８（ａ）の構成）である。
図１２は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図１２は、図９に例示した磁気センサ１２０の特性のシミュレーション結果を例示している。図１２の横軸は、時間ｔｍｄである。時間ｔｍが０〜６４である期間が、１周期Ｔ１（１／ｆ１）に対応する。図１２の縦軸は、磁気センサ１２０から得られる信号Ｓｉｇである。図１２には、第１素子５１の第１素子端部５１ａの電位に対応する信号ＳｉｇＺ（図９参照）が例示されている。信号ＳｉｇＺは、１つの素子の両端の間の電圧の変化に対応する。さらに、図１２には、第１接続点ＣＰ１と第２接続点ＣＰ２との差に対応する信号ＳｉｇＢ（図９参照）が例示されている。
図１２に示すように、１つの素子（第１素子５１）の両端の間の電圧（信号ＳｉｇＺ）においては、２種類の周波数成分が存在する。信号ＳｉｇＺは、交流磁界の第１周波数ｆ１の成分と、２倍の周波数２ｆ１の成分と、を含む。
これに対して、信号ＳｉｇＢにおいては、２倍の周波数２ｆ１が観察されず、第１周波数ｆ１の成分が観察される。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、図１２に例示した信号ＳｉｇＺ及びＳｉｇＢをＦＦＴ処理した結果を例示している。これらの図の横軸は、時間ｔｍｄの周波数成分に対応する。これらの図の縦軸は、複数の周波数成分の強度に対応する。
図１３（ａ）に示すように、信号ＳｉｇＺにおいては、第１周波数ｆ１の成分Ｃｆ１に加えて、２倍の周波数２ｆ１の成分Ｃｆ２が生じる。成分Ｃｆ２は、成分Ｃｆ１よりも高い。
これに対して、図１３（ｂ）に示すように、信号ＳｉｇＢにおいては、２倍の周波数２ｆ１の成分Ｃｆ２が観測されず、第１周波数ｆ１の成分Ｃｆ１が生じる。この例では、図１１に示した磁気抵抗特性の非線形性によって、第１周波数ｆ１の３倍の周波数の成分が観測される。
例えば、信号ＳｉｇＺをフィルタ処理することで、２倍の周波数２ｆ１の成分を除去して、第１周波数ｆ１の成分を取り出すことができる。これに対して、信号ＳｉｇＢを用いる場合には、２倍の周波数２ｆ１が実質的に生じないため、フィルタ処理を行わなくても、第１周波数ｆ１の成分が得られる。
実施形態においては、２倍の周波数２ｆ１の成分が実質的に生じない。例えば、信号の増幅が容易になる。例えば、アンプの設計が容易になる。例えば、誤差またはノイズの影響が抑制される。高いＳＮ比で、信号を増幅することが容易である。これに対して、図１３（ａ）に例示したような、２倍の周波数２ｆ１の成分がある場合には、第１周波数ｆ１の成分を効果的に増幅することが困難である。例えば、誤差またはノイズが大きくなり易い。
磁気センサ１２０の例では、ブリッジ構成が適用される。これにより、図１２に例示するように、信号ＳｉｇＢにおいては、ＤＣ成分を実質的に除去できる。例えば、ＤＣフィルタ処理することなく、微弱な検出信号を大きく増幅できる。
図１１に関して説明した実験試料の素子の特性から導かれる磁界検出感度は、約１０ｎＶ／ｎＴである。磁気抵抗効果には周波数依存性がないため、１００ｋＨｚの交流磁界をこの素子に印加した場合でも、この感度は維持される。１００ｋＨｚにおける素子におけるノイズが約１ｎＴであることを考慮すると、限界感度(測定可能な磁界強度)は、約９０ｐＴであると考えられる。
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式的斜視図である。
図１４（ａ）に示すように、実施形態に係る磁気センサ１２１において、第１抵抗部４１は、第３磁性層１３、第３対向磁性層１３ｏ及び第３非磁性層１３ｎを含んでも良い。第３非磁性層１３ｎは、第３磁性層１３と第３対向磁性層１３ｏとの間に設けられる。第３対向磁性層１３ｏから第３磁性層１３への方向を第３積層方向Ｄｓ３（例えばＺ軸方向）とする。
図１４（ｃ）に示すように、１つの例において、第３磁性層方向Ｄｘ３に沿う第３磁性層１３の長さＬ３は、第３磁性層交差方向Ｄｙ３に沿う第３磁性層１３の長さＷ３よりも長い。長さＷ３は、例えば、幅である。第３磁性層方向Ｄｘ３に沿う第３磁性層１３の長さＬ３は、第３積層方向Ｄｓ３に沿う第３磁性層１３の長さｔ３よりも長い。長さｔ３は、例えば、厚さである。長さＷ３は、長さｔ３よりも長い。第３磁性層方向Ｄｘ３は、例えば、長軸方向である。第３磁性層交差方向Ｄｙ３は、例えば、短軸方向である。第３積層方向Ｄｓ３は、例えば、厚さ方向である。
第３対向磁性層１３ｏ及び第３非磁性層１３ｎのそれぞれの第３磁性層方向Ｄｘ３に沿う長さは、長さＬ３と実質的に同じでも良い。第３対向磁性層１３ｏ及び第３非磁性層１３ｎのそれぞれの第３磁性層交差方向Ｄｙ３に沿う長さは、長さＷ３と実質的に同じでも良い。第３対向磁性層１３ｏ及び第３非磁性層１３ｎのそれぞれの第３積層方向Ｄｓ３に沿う長さは、長さｔ３と実質的に同じでも良い。
図１４（ａ）に示すように、第１抵抗端部４１ａから第２抵抗端部４１ｂへの方向は、例えば、第３磁性層方向Ｄｘ３（例えばＸ軸方向）に沿う。
図１４（ｂ）に示すように、磁気センサ１２１において、第２抵抗部４２は、第４磁性層１４、第４対向磁性層１４ｏ及び第４非磁性層１４ｎを含んでも良い。第４非磁性層１４ｎは、第４磁性層１４と第４対向磁性層１４ｏとの間に設けられる。第４対向磁性層１４ｏから第４磁性層１４への方向を第４積層方向Ｄｓ４（例えばＺ軸方向）とする。
図１４（ｄ）に示すように、１つの例において、第４磁性層方向Ｄｘ４に沿う第４磁性層１４の長さＬ４は、第４磁性層交差方向Ｄｙ４に沿う第４磁性層１４の長さＷ４よりも長い。長さＷ４は、例えば、幅である。第４磁性層方向Ｄｘ４に沿う第４磁性層１４の長さＬ４は、第４積層方向Ｄｓ４に沿う第４磁性層１４の長さｔ４よりも長い。長さｔ４は、例えば、厚さである。長さＷ４は、長さｔ４よりも長い。第４磁性層方向Ｄｘ４は、例えば、長軸方向である。第４磁性層交差方向Ｄｙ４は、例えば、短軸方向である。第４積層方向Ｄｓ４は、例えば、厚さ方向である。
第４対向磁性層１４ｏ及び第４非磁性層１４ｎのそれぞれの第４磁性層方向Ｄｘ４に沿う長さは、長さＬ４と実質的に同じでも良い。第４対向磁性層１４ｏ及び第４非磁性層１４ｎのそれぞれの第４磁性層交差方向Ｄｙ４に沿う長さは、長さＷ４と実質的に同じでも良い。第４対向磁性層１４ｏ及び第４非磁性層１４ｎのそれぞれの第４積層方向Ｄｓ４に沿う長さは、長さｔ４と実質的に同じでも良い。
図１４（ｂ）に示すように、第３抵抗端部４２ｃから第４抵抗端部４２ｄへの方向は、例えば、第４磁性層方向Ｄｘ４（例えばＸ軸方向）に沿う。
第３磁性層１３及び第４磁性層１４の少なくともいずれかには、第１磁性層１１の構成（材料を含む）が適用されても良い。第３対向磁性層１３ｏ及び第４対向磁性層１４ｏの少なくともいずれかには、第１対向磁性層１１ｏの構成（材料を含む）が適用されても良い。第３非磁性層１３ｎ及び第４非磁性層１４ｎの少なくともいずれかには、第１非磁性層１１ｎの構成（材料を含む）が適用されても良い。磁性層を含む上記のような抵抗部を用いることで、製造が容易になる。
磁気センサ１２１において、例えば、第３対向磁性層１３ｏの磁化、及び、第４対向磁性層１４ｏの磁化は、Ｙ軸方向に沿っても良い。これにより、例えば、外部から加わる磁界Ｈｍに対して、第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２の電気抵抗が変化することが抑制できる。
実施形態において、これらの抵抗部は磁性層を含まなくても良い。これらの抵抗部は、例えばシリコンを含んでも良い。これらの抵抗部は、例えば金属などにより形成されても良い。
図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
図１５（ａ）は、図１５（ｂ）の矢印ＡＲ１からみた平面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１６（ａ）は、図１６（ｂ）の矢印ＡＲ２からみた平面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ３−Ａ４線断面図である。
これらの図に示すように、実施形態に係る磁気センサ１２２において、第１磁性部５１Ｆ、第１非磁性領域１１ｉ、第２磁性部５２Ｆ及び第２非磁性領域１２ｉが設けられる。
図１５（ｂ）に示すように、第１非磁性領域１１ｉは、第１磁性部５１Ｆと第１素子５１との間に設けられる。第１素子５１から第１磁性部５１Ｆへの方向に沿う第１非磁性領域１１ｉの厚さ（距離ｄ１）は、例えば、１０ｎｍ以下である。
図１６（ｂ）に示すように、第２非磁性領域１２ｉは、第２磁性部５２Ｆと第２素子５２との間に設けられる。第２素子５２から第２磁性部５２Ｆへの方向に沿う第２非磁性領域１２ｉの厚さ（距離ｄ２）は、例えば、１０ｎｍ以下である。
図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）に示すように、この例では、絶縁部１０ｉが設けられる。絶縁部１０ｉの一部の上に、第１素子５１及び第２素子５２が設けられる。絶縁部１０ｉの別の一部の上に、第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆが設けられる。第１磁性部５１Ｆの２つの領域の間に、第１素子５１が設けられる。第２磁性部５２Ｆの２つの領域の間に、第２素子５２が設けられる。第１素子５１及び第２素子５２の上に、絶縁部材６５ｉが設けられる。絶縁部材６５ｉは、第１磁性部５１Ｆの２つの領域の間に設けられる。絶縁部材６５ｉは、第２磁性部５２Ｆの２つの領域の間に設けられる。
第１磁性部５１Ｆの上、及び、第２磁性部５２Ｆの上に、絶縁層６０ｉが設けられる。絶縁層６０ｉの上において、第１素子５１に対応して、第１配線６１が設けられる。絶縁層６０ｉの上において、第２素子５２に対応して、第２配線６２が設けられる。
第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆは、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏ合金及びＣｏＺｒＮｂ合金よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆは、例えば、アモルファス合金を含む。第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆは、例えば、高い透磁率を有する材料を含む。第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆは、例えば、軟磁性材料を含む。高透磁率により、例えば、外部磁界が、第１素子５１及び第２素子５２の部分に集まり易くなる。第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆは、例えば、ＭＦＣ（Magnetic Flux Concentrator）として機能する。ＮｉＦｅ系合金においては、透磁率は１０００よりも高い。
第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆを設けることで、例えば、交流磁界と、検出対象の磁界Ｈｍと、が、第１素子５１及び第２素子５２に効率良く集まる。第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２に、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に関して説明した磁性層が用いられる例において、第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２には、磁性部（例えばＭＦＣ）が設けられてなくても良い。これにより、これらの抵抗部において、電気抵抗の変動が抑制できる。
例えば、第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆにより、これらの磁性部に到達する磁束が収束する。例えば、磁束は、素子（第１素子５１または第２素子）と、これらの磁性部と、の間のギャップに集中する。例えば、ギャップの幅の１０倍以上１０００倍以下のサイズの磁性部（ＭＦＣ）が設けられる。例えば、１０倍以上１０００倍以下の磁界増強効果が得られる。
例えば、素子と磁性部との間の距離（距離ｄ１及び距離ｄ２）は、例えば、１０ｎｍ以下である。これにより、磁界収束効果が効果的に得られる。例えば、素子と磁性部との間の距離は、交換結合が作用しない程度に長い。
磁気センサ１２２の例では、第１配線６１及び第１素子５１の少なくとも一部は、Ｚ軸方向で重ならない。第２配線６２及び第２素子５２の少なくとも一部は、Ｚ軸方向で重ならない。このような構成においては、製造が容易である。
第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２ＦのＺ軸方向の厚さは、第１素子５１及び第２素子５２のＺ軸方向の厚さよりも厚い。これにより、例えば、磁界収束効果が効果的に得られる。
図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
図１７（ａ）及び図１７（ｃ）は、平面図である。図１７（ｂ）及び図１７（ｄ）は、断面図である。図１７（ｂ）に示すように、第１素子５１と第１配線６１との間に、絶縁層６０ｉが設けられても良い。図１７（ｄ）に示すように、第２素子５２と第２配線６２との間に、絶縁層６０ｉが設けられても良い。図１７（ａ）及び図１７（ｃ）に示すように、第１素子５１のＹ軸方向の長さ（幅）、及び、第２素子５２のＹ軸方向の長さ（幅）のそれぞれは、第１配線６１のＹ軸方向の長さ（幅）、及び、第２配線６２のＹ軸方向の長さ（幅）のそれぞれよりも広くても良い。
例えば、Ｙ軸方向に沿う磁界Ｈｍがこれらの素子に印加される。第１配線６１（第１磁界発生部６１Ｈ）及び第２配線６２（第２磁界発生部６２Ｈ）から発生する交流磁界は、磁界Ｈｍの方向に沿う成分を有する。
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
これらの図は、第１配線６１、第１素子５１のレイアウトを例示している。これらの図において、見やすさのために、第１配線６１と第１素子５１とが分かれて図示されている。図１８（ａ）は、第１配線６１を例示している。図１８（ｂ）は、第１素子５１を例示している。図１８（ａ）に例示する構造（検出部５０Ｓ）と、図１８（ｂ）に例示する構造（検出部５０Ｓ）と、がＺ軸方向において重なる。
図１８（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って延びる複数の帯状の導電部６０Ｌが設けられる。複数の帯状の導電部６０Ｌの各々が、第１配線６１の少なくとも一部に対応する。この例では、複数の帯状の導電部６０Ｌの一方の端が、接続導電部ＣＮ３により電気的に接続される。複数の帯状の導電部６０Ｌの他方の端が、接続導電部ＣＮ４により電気的に接続される。例えば、接続導電部ＣＮ３と接続導電部ＣＮ４との間に電流（交流電流）が供給される。供給は、第１回路部７１により行われる。電流の供給により、複数の複数の帯状の導電部６０Ｌ（例えば、第１配線６１）に電流（交流電流）が流れる。複数の第１配線６１が、Ｙ軸方向において、交互に並ぶ。
図１８（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って延びる複数の帯状の構造体５０Ｌが設けられる。複数の帯状の構造体５０Ｌの１つが、第１素子５１の少なくとも一部に対応する。この例では、複数の帯状の構造体５０Ｌの１つの端が、複数の帯状の構造体５０Ｌの別の１つの端と、接続部材５１Ｐにより電気的に接続される。複数の帯状の構造体５０Ｌの上記の別の１つの別の端が、複数の帯状の構造体５０Ｌのさらに別の１つの端と、接続部材５１Ｑにより電気的に接続される。複数の第１素子５１が、Ｙ軸方向において、交互に並ぶ。これらの素子は、折りたたまれて、つづら折り状に直列に並ぶ。
例えば、接続導電部ＣＮ６（端子）が、第１素子５１の一方の端に電気的に接続される。接続導電部ＣＮ５（端子）が、第１素子５１の別の端に電気的に接続される。例えば、これらの端子の間に電流が供給される。供給は、例えば、第２回路部７２により行われる。
複数の帯状の導電部６０Ｌの１つの幅（例えばＹ軸方向の長さ）は、例えば、約５μｍである。複数の帯状の導電部６０Ｌどうしの間の間隔（例えばＹ軸方向の長さ）は、例えば、約８μｍである。複数の帯状の導電部６０Ｌの１つの長さ（例えばＸ軸方向の長さ）は、約１５０μｍである。複数の帯状の導電部６０Ｌの数は、例えば１０である。複数の帯状の導電部６０Ｌに流れる電流（交流電流）により生じる交流磁界は、Ｙ軸方向に沿う成分を含む。検出対象の磁界Ｈｍは、例えば、Ｙ軸方向の成分を含む。
複数の帯状の構造体５０Ｌの１つの幅（例えばＹ軸方向の長さ）は、例えば、約８μｍである。複数の帯状の構造体５０Ｌどうしの間隔（例えばＹ軸方向の長さ）は、例えば、約３μｍである。複数の帯状の構造体５０Ｌの実効的な長さＬｘは、約１００μｍである。例えば、複数の帯状の構造体５０Ｌにより、第１素子５１及び第２素子５２が形成される。これらの第１素子５１及び第２素子５２の電気抵抗は、約６８０Ωである。
図１９は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
図１９に示すように、実施形態に係る磁気センサ１２３において、第１配線６１、第２配線６２、第１素子５１、第２素子５２、第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２が設けられる。この例では、第１〜第４パッドＰＤ１〜ＰＤ４が設けられる。
第１配線６１の１つの端部が第２パッドＰＤ２と電気的に接続される。第１配線６１の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第２配線６２の１つの端部が第２パッドＰＤ２と電気的に接続される。第２配線６２の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第１配線６１の上記の別の端部と、第２配線６２の上記の別の端部と、の間に、第１配線６１の上記の端部と、第２配線６２の上記の端部と、が設けられる。
第１素子５１の１つの端部が第３パッドＰＤ３と電気的に接続される。第１素子５１の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第２素子５２の１つの端部が第４パッドＰＤ４と電気的に接続される。第２素子５２の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第１素子５１の上記の端部と、第２素子５２の上記の端部と、の間に、第１素子５１の上記の別の端部と、第２素子５２の上記の別の端部と、が設けられる。
第１抵抗部４１の１つの端部が第３パッドＰＤ３と電気的に接続される。第１抵抗部４１の別の端部が第１パッドＰＤ１と電気的に接続される。第２抵抗部４２の１つの端部が第４パッドＰＤ４と電気的に接続される。第２抵抗部４２の別の端部が第１パッドＰＤ１と電気的に接続される。第１抵抗部４１の上記の端部と、第２抵抗部４２の上記の端部と、の間に、第１抵抗部４１の上記の別の端部と、第２抵抗部４２の上記の別の端部と、が設けられる。
例えば、第２パッドＰＤ２が、第１回路部７１と電気的に接続される。第２パッドＰＤ２に交流電流が供給される。この交流電流は、第１配線６１において、第１交流電流Ｉａ１となる。この交流電流は、第２配線６２において、第２交流電流Ｉａ２となる。
第１素子５１、第２素子５２、第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２により、１つのブリッジが形成される。第３パッドＰＤ３及び第４パッドＰＤ４が、第２回路部７２と電気的に接続される。これらのパッドの間に電流が供給される。この電流は、第１素子５１において、第１電流Ｉｄ１となる。この電流は、第２素子５２において、第２電流Ｉｄ２となる。例えば、第２回路部７２は定電圧源である。
第１パッドＰＤ１及び第２パッドＰＤ２は、第３回路部７３と電気的に接続される。第１パッドＰＤ１及び第２パッドＰＤ２は、ブリッジの中点に対応する。第３回路部７３において、信号が検出される。この信号において、２倍の周波数２ｆ１の成分が抑制される。信号は、第１周波数ｆ１の成分を含む。
磁気センサ１２３において、第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆが設けられる。これにより、第１素子５１及び第２素子５２に作用する磁界が、増強される。第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２は、磁性層を含む構成（図１４（ａ）〜図１４（ｄ）参照）を有する。この場合に、第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２には、磁性部（例えばＭＦＣ）が設けられない。これらの抵抗部に作用する磁界の強度は、素子に作用する磁界の強度よりも小さい。これらの抵抗部における電気抵抗が安定する。
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
これらの図は、実施形態に係る磁気センサ１２４の配線のレイアウトを例示している。図２０（ａ）は、第１配線６１及び第２配線６２に電気的に接続される配線Ｌ６０を例示している。図２０（ｂ）は、第１素子５１及び第２素子５２に電気的に接続される配線Ｌ５０を例示している。これらの図においては、見やすさのために、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示す構造が分離されて図示されている。実際の磁気センサ１２４において、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示す構造は、絶縁体を介して、Ｚ軸方向に沿って重なる。
これらの図において、グランドパッドＰＧは、グランド導電部ＧＮＤに対応し、グランドに設定される。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に例示する構成により、例えば、磁気センサ１２３（図１９参照）の構成が得られる。
（第２実施形態）
以下において、第１実施形態に関して説明した構成と同様の構成の少なくとも一部に関する説明は、適宜省略される。
図２１は、第２実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、磁気センサを例示する模式的斜視図である。
図２３（ａ）〜図２３（ｆ）は、第２実施形態に係る磁気センサにおける動作を例示する模式図である。
図２１、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１３０は、第１〜第４素子５１〜５４、第１〜第４配線６１〜６４、及び、第１回路部７１を含む。この例では、第２回路部７２及び第３回路部７３がさらに設けられている。
図２２（ａ）に示すように、第１素子５１は、第１磁性層１１と、第１対向磁性層１１ｏと、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｏとの間に設けられた第１非磁性層１１ｎと、を含む。第２素子５２は、第２磁性層１２と、第２対向磁性層１２ｏと、第２磁性層１２と第２対向磁性層１２ｏとの間に設けられた第２非磁性層１２ｎと、を含む。
図２２（ｂ）に示すように、第３素子５３は、第３磁性層１３と、第３対向磁性層１３ｏと、第３磁性層１３と第３対向磁性層１３ｏとの間に設けられた第３非磁性層１３ｎと、を含む。第４素子５４は、第４磁性層１４と、第４対向磁性層１４ｏと、第４磁性層１４と第４対向磁性層１４ｏとの間に設けられた第４非磁性層１４ｎと、を含む。
第１〜第４磁性層１１〜１４は、第１〜第４磁性層磁化１１Ｍ〜１４Ｍを有する。第１〜第４対向磁性層１１ｏ〜１４ｏは、第１〜第４対向磁性層磁化１１ｏＭ〜１４ｏＭを有する。例えば、第１〜第４磁性層磁化１１Ｍ〜１４Ｍは、第１〜第４対向磁性層磁化１１ｏＭ〜１４ｏＭよりも動きやすい。
例えば、第３素子５３の電気抵抗は、第３素子５３に印加される磁界に対して偶関数の特性を有する。例えば、第４素子５４の電気抵抗は、第４素子５４に印加される磁界に対して偶関数の特性を有する。既に説明したように、例えば、第１素子５１の電気抵抗は、第１素子５１に印加される磁界に対して偶関数の特性を有する。第２素子５２の電気抵抗は、第２素子５２に印加される磁界に対して偶関数の特性を有する。
第１回路部７１は、第１〜第４配線６１〜６４と電気的に接続される。
図２１及び図２２（ａ）に示すように、第１配線６１と第１素子５１との間の距離は、第１配線６１と第２素子５２との間の距離よりも短く、第１配線６１と第３素子５３との間の距離よりも短く、第１配線６１と第４素子５４との間の距離よりも短い。
第２配線６２と第２素子５２との間の距離は、第２配線６２と第１素子５１との間の距離よりも短く、第２配線６２と第３素子５３との間の距離よりも短く、第２配線６２と第４素子５４との間の距離よりも短い。
図２１及び図２２（ｂ）に示すように、第３配線６３と第３素子５３との間の距離は、第３配線６３と第１素子５１との間の距離よりも短く、第３配線６３と第２素子５２との間の距離よりも短く、第３配線６３と第４素子５４との間の距離よりも短い。
第４配線６４と第４素子５４との間の距離は、第４配線６４と第１素子５１との間の距離よりも短く、第４配線６４と第２素子５２との間の距離よりも短く、第４配線６４と第３素子５３との間の距離よりも短い。
図２２（ａ）に示すように、第１配線６１は、第１配線端部６１ａと第２配線端部６１ｂとを含む。第２配線６２は、第３配線端部６２ｃと第４配線端部６２ｄとを含む。図２２（ｂ）に示すように、第３配線６３は、第５配線端部６３ｅと第６配線端部６３ｆとを含む。第４配線６４は、第７配線端部６４ｇと第８配線端部６４ｈとを含む。
図２２（ａ）に示すように、第３配線端部６２ｃから記第４配線端部６２ｄへの向きは、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きに沿う。図２２（ｂ）に示すように、第７配線端部６４ｇから第８配線端部６４ｈへの向きは、第５配線端部６３ｅから第６配線端部６３ｆへの向きに沿う。図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、第７配線端部６４ｇから第８配線端部６４ｈへの向きは、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの前記向きに沿う。
図２２（ａ）に示すように、第１回路部７１は、第１配線６１に第１交流電流Ｉａ１を供給する。第１回路部７１は、第２配線６２に第２交流電流Ｉａ２を供給する。図２２（ｂ）に示すように、第１回路部７１は、第３配線６３に第３交流電流Ｉａ３を供給する。第１回路部７１は、第４配線６４に第４交流電流Ｉａ４を供給する。
第１交流電流Ｉａ１は、第１時刻（任意の１つの時間）において、第１配線端部６１ａから第２配線端部６１ｂへの向きを有する。第２交流電流Ｉａ２は、その第１時刻において、第４配線端部６２ｄから第３配線端部６２ｃへの向きを有する。第３交流電流Ｉａ３は、その第１時刻において、第５配線端部６３ｅから第６配線端部６３ｆへの向きを有する。第４交流電流Ｉａ４は、その第１時刻において、第８配線端部６４ｈから第７配線端部６４ｇへの向きを有する。
第１〜第４配線６１〜６４は、第１〜第４磁界発生部６１Ｈ〜６４Ｈの例である。例えば、第１〜第４磁界発生部６１Ｈ〜６４Ｈ（第１〜第４配線６１〜６４）から、第１〜第４交流磁界Ｈａ１〜Ｈａ４が発生する。
第１交流電流Ｉａ１、第２交流電流Ｉａ２、第１配線６１の端部の第１電位Ｅａ１、第２配線６２の端部の第２電位Ｅａ２、第１交流磁界Ｈａ１、及び、第２交流磁界Ｈａ２は、図２（ａ）〜図２（ｆ）に関して説明した特性を有する。
第３交流電流Ｉａ３、第４交流電流Ｉａ４、第３配線６３の端部の第３電位Ｅａ３、第４配線６４の端部の第４電位Ｅａ４、第３交流磁界Ｈａ３、及び、第４交流磁界Ｈａ４は、図２３（ａ）〜図２３（ｆ）に例示する特性を有する。
第１交流電流Ｉａ１と第２交流電流Ｉａ２とは、互いに逆の位相を有する（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。第３交流電流Ｉａ３と第４交流電流Ｉａ４とは、互いに逆の位相を有する（図２３（ａ）及び図２３（ｂ）参照）。第１交流電流Ｉａ１と第３交流電流Ｉａ３とは、同じ位相を有する。第２交流電流Ｉａ２と第４交流電流Ｉａ４とは、同じ位相を有する。
第１電位Ｅａ１と第２電位Ｅａ２とは、互いに逆の位相を有する（図２（ｃ）及び図２（ｄ）参照）。第３電位Ｅａ３と第４電位Ｅａ４とは、互いに逆の位相を有する（図２３（ｃ）及び図２３（ｄ）参照）。第１電位Ｅａ１と第３電位Ｅａ３とは、同じ位相を有する。第２電位Ｅａ２と第４電位Ｅａ４とは、同じ位相を有する。
第１交流磁界Ｈａ１と第２交流磁界Ｈａ２とは、互いに逆の位相を有する（図２（ｅ）及び図２（ｆ）参照）。第３交流磁界Ｈａ３と第４交流磁界Ｈａ４とは、互いに逆の位相を有する（図２３（ｅ）及び図２３（ｆ）参照）。第１交流磁界Ｈａ１と第３交流磁界Ｈａ３とは、同じ位相を有する。第２交流磁界Ｈａ２と第４交流磁界Ｈａ４とは、同じ位相を有する。
第１〜第４交流電流Ｉａ１〜Ｉａ４は、第１周波数ｆ１を有する。第１〜第４交流磁界Ｈａ１〜Ｈａ４は、第１周波数ｆ１を有する。

このように、第１回路部７１は、第１〜第４配線６１〜６４に、第１〜第４交流電流Ｉａ１〜Ｉａ４をそれぞれ供給する。第２回路部７２は、第１〜第４素子５１〜５４に第１〜第４素子電流Ｉｅ１〜Ｉｅ４をそれぞれ供給する（図２１、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）参照）。
第１時刻において、第１〜第４交流電流Ｉａ１〜Ｉａ４は、第１〜第４交流電流向き（図２１、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に例示された向き）をそれぞれ有する。第２時刻において、第１〜第４交流電流Ｉａ１〜Ｉａ４は、上記の第１〜第４交流電流向きと反対の向きをそれぞれ有する。第２時刻は、第１時刻に対して、交流電流の極性が反転された時刻である。
第１時刻において、第１〜第４素子電流Ｉｅ１〜Ｉｅ４は、第１〜第４素子電流の向き（図２１、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に例示された向き）を有する。第２時刻においても、第１〜第４素子電流Ｉｅ１〜Ｉｅ４は、上記と同じ第１〜第４素子電流の向きを有する。
図２２（ａ）に示すように、第１交流電流向きは、第１素子電流Ｉｅ１の向きの成分を有する。第２交流電流向きは、第２素子電流Ｉｅ２の向きとは反対の向きの成分を有する。図２２（ｂ）に示すように、第３交流電流向きは、第３素子電流Ｉｅ３の向きの成分を有する。第４交流電流向きは、第４素子電流Ｉｅ４の向きとは反対の向きの成分を有する。
第１〜第４素子５１〜５４は、ブリッジを形成する。上記のような交流電流（交流磁界）を用いることにより、第１〜第４素子５１〜５４から得られる信号において、２倍の周波数２ｆ１の成分が抑制できる。第１周波数ｆ１の成分の検出が容易になる。検出対象の磁界Ｈｍを高い精度で検出できる。本実施形態においても、検出感度の向上が可能になる。
例えば、図２１、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、第１素子５１及び第２素子５２は、直列に電気的に接続される。第４素子５４及び第３素子５３は、直列に電気的に接続される。第１素子５１及び第２素子５２は、配線２８Ｌｃにより電気的に接続される。第３素子５３及び第４素子５４は、配線２８Ｌｆにより電気的に接続される。
第２回路部７２は、第１素子５１及び第２素子５２と電気的に接続される。この接続は、例えば、配線２８Ｌａ及び配線２８Ｌｂにより行われる。第２回路部７２は、第３素子５３及び第４素子５４と電気的に接続される。この接続は、例えば、配線２８Ｌｄ及び配線２８Ｌｅにより行われる。
図２２（ａ）に示すように、第２回路部７２は、第１素子５１及び第２素子５２に、第１電流Ｉｄ１を供給する。第１電流Ｉｄ１は、少なくとも直流成分を含む。図２２（ｂ）に示すように、第２回路部７２は、第２電流Ｉｄ２を供給する。第２電流Ｉｄ２は、少なくとも直流成分を含む。
この例では、第１素子５１は、第１素子端部５１ａ及び第２素子端部５１ｂを含む。第２素子５２は、第３素子端部５２ｃ及び第４素子端部５２ｄを含む。第３素子５３は、第５素子端部５３ｅ及び第６素子端部５３ｆを含む。第４素子５４は、第７素子端部５４ｇ及び第８素子端部５４ｈを含む。
図２１に示すように、例えば、第１素子端部５１ａ及び第７素子端部５４ｇは、互いに電気的に接続される。第４素子端部５２ｄ及び第６素子端部５３ｆは、互いに電気的に接続される。第２素子端部５１ｂ及び第３素子端部５２ｃは、互いに電気的に接続される。第８素子端部５４ｈ及び第５素子端部５３ｅは、互いに電気的に接続される。
第２回路部７２は、第１素子端部５１ａ、第７素子端部５４ｇ、第４素子端部５２ｄ及び第６素子端部５３ｆと電気的に接続される。
図２２（ａ）に示すように、第２回路部７２は、第１素子５１及び第２素子５２の組みに、少なくとも直流成分を含む第１電流Ｉｄ１を供給する。図２２（ｂ）に示すように、第２回路部７２は、第４素子５４及び第３素子５３の組みに、少なくとも直流成分を含む第２電流Ｉｄ２を供給する。
このような電流により、第１素子５１及び第２素子５２の組みの接続点、及び、第４素子５４及び第３素子５３の組みの接続点に信号が生じる。この信号は、第１周波数ｆ１の成分を含む。
図２１に示すように、例えば、第３回路部７３は、第２素子端部５１ｂの電位と、第８素子端部５４ｈの電位と、の差の対応する信号を出力する。この信号は、例えば、第２素子端部５１ｂの電位と、第８素子端部５４ｈの電位と、の差の第１周波数ｆ１の成分に対応する。第３回路部７３は、例えば、差動回路を含む。
この例では、第３回路部７３は、差動回路部７３Ａ及びフィルタ７３Ｂを含む。差動回路部７３Ａは、第１入力端子７３Ａａ、第２入力端子７３Ａｂ、及び、差動回路部出力端子７３Ａｃを含む。第１入力端子７３Ａａは、第２素子端部５１ｂと電気的に接続される。第２入力端子７３Ａｂは、第８素子端部５４ｈと電気的に接続される。差動回路部出力端子７３Ａｃは、第１入力端子７３Ａａの電位と、第２入力端子７３Ａｂの電位と、の差に対応する信号ＳｉｇＣを出力する。
フィルタ７３Ｂの入力端子７３Ｂｉは、差動回路部出力端子７３Ａｃと電気的に接続される。フィルタ７３Ｂは、差動回路部出力端子７３Ａｃの信号ＳｉｇＣの一部の周波数成分（例えば第１周波数ｆ１の成分）に対応した信号Ｓｉｇ０を出力する。
以下、磁気センサに関するシミュレーション結果の例について説明する。
図２４は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図２４は、上記の磁気センサ１１０、１２０及び１３０の特性のシミュレーション結果を例示している。図２４の横軸は、時間ｔｍｄである。時間ｔｍが０〜６４である期間が、１周期Ｔ１（１／ｆ１）に対応する。図２４の縦軸は、磁気センサ１２０から得られる信号Ｓｉｇである。図２４には、第１素子５１の第１素子端部５１ａの電位に対応する信号ＳｉｇＺ（図２１参照）が例示されている。信号ＳｉｇＺは、１つの素子の両端の間の電圧の変化に対応する。図２４には、信号ＳｉｇＡ（図１参照）、信号ＳｉｇＢ（図９参照）及び信号ＳｉｇＣ（図２１参照）が例示されている。
図２４に示すように、信号ＳｉｇＺは、第１周波数ｆ１の成分と、２倍の周波数２ｆ１の成分と、を含む。これに対して、信号ＳｉｇＡ、ＳｉｇＢ及びＳｉｇＣにおいては、２倍の周波数２ｆ１が観察されず、第１周波数ｆ１の成分が観察される。信号ＳｉｇＡは、第１周波数ｆ１の成分に加えて、直流成分を有する。信号ＳｉｇＢ及びＳｉｇＣにおいては、直流成分が実質的に生じない。これは、ブリッジ構成に起因する。信号ＳｉｇＣの振幅は、信号ＳｉｇＢの振幅よりも大きい。信号ＳｉｇＣにより、より高い感度が得やすくなる。
図２５（ａ）〜図２５（ｃ）は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、図２４に例示した信号ＳｉｇＡ〜ＳｉｇＣをＦＦＴ処理した結果を例示している。これらの図の横軸は、信号の周波数成分に対応する。これらの図の縦軸は、複数の周波数成分の強度に対応する。信号ＳｉｇＡ〜ＳｉｇＣにおいて、２倍の周波数２ｆ１の成分Ｃｆ２が観測されず、第１周波数ｆ１の成分Ｃｆ１が生じる。信号ＳｉｇＣにおける成分Ｃｆ１の大きさは、信号ＳｉｇＢにおける成分Ｃｆ１の大きさよりも大きい。磁気センサ１３０の構成により、より大きな出力が得られる。
以下、磁気センサ１２０及び１３０に関して、複数の素子の特性、または、交流磁界の特性が変動したときの、出力信号の変化の例について説明する。例えば、複数の素子のサイズなどが変動すると、抵抗変化率が変動すると考えられる。例えば、配線の幅、または、回路部から配線までの距離などの影響により、生じる交流磁界の位相がずれる場合があると考えられる。
図２６（ａ）及び図２６（ｂ）は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、磁気センサ１２０及び１３０の特性を例示している。これらの図には、第１〜第４条件Ｃ１〜Ｃ４における特性のシミュレーション結果が例示されている。第１条件Ｃ１においては第１素子５１、第２素子５２、第３素子５３及び第４素子５４の抵抗変化率（振幅）が互いに同じであり、第１交流磁界Ｈａ１、第２交流磁界Ｈａ２、第３交流磁界Ｈａ３及び第４交流磁界Ｈａ４の位相が互いに一致している。第２条件Ｃ２においては、第１素子５１、第２素子５２、第３素子５３及び第４素子５４の抵抗変化率（振幅）が互いに同じであり、第１交流磁界Ｈａ１および第３交流磁界Ｈａ３の位相が、第２交流磁界Ｈａ２および第４交流磁界Ｈａ４の位相に対して１０％シフトしている。第３条件Ｃ３においては、第１素子５１および第３素子５３の抵抗変化率（振幅）が、第２素子５２および第４素子５４の抵抗変化率（振幅）に対して１０％異なっており、第１交流磁界Ｈａ１、第２交流磁界Ｈａ２、第３交流磁界Ｈａ３及び第４交流磁界Ｈａ４の位相が互いに一致している。第４条件Ｃ４においては、第１素子５１および第３素子５３の抵抗変化率（振幅）が、第２素子５２および第４素子５４の抵抗変化率（振幅）に対して１０％異なっており、第１交流磁界Ｈａ１および第３交流磁界Ｈａ３の位相が、第２交流磁界Ｈａ２および第４交流磁界Ｈａ４の位相に対して１０％シフトしている。
これらの図の横軸は、上記の第１〜第４条件Ｃ１〜Ｃ４に対応する。図２６（ａ）の縦軸は、ＦＦＴ処理によって得られた信号の第１周波数ｆ１の成分の強度ＦＦＴ−１ｆである。図２６（ｂ）の縦軸は、ＦＦＴ処理によって得られた信号の２倍の周波数２ｆ１の成分の強度ＦＦＴ−２ｆである。
図２６（ａ）に示すように、磁気センサ１２０及び１３０において、第１〜第４条件Ｃ１〜Ｃ４のように条件が変化した場合においても、第１周波数ｆ１の成分の強度ＦＦＴ−１ｆは実質的に変化しない。
図２６（ｂ）に示すように、磁気センサ１２０及び１３０において、第２条件Ｃ２及び第４条件Ｃ４のように条件が変化すると、２倍の周波数２ｆ１の成分の強度ＦＦＴ−２ｆは大きく変化する。このように、複数の交流磁界の位相のシフトが大きいと２倍の周波数２ｆ１の成分が大きくなる。これに対して、第３条件Ｃ３のように、複数の素子における抵抗変化率（振幅）が変動しても、２倍の周波数２ｆ１の成分は低く維持される。磁気センサ１２０においては、磁気センサ１３０と比べて、複数の素子における抵抗変化率（振幅）が変動したときの影響が小さい。使用目的に応じて、磁気センサ１２０または１３０を使い分けても良い。
第２実施形態において、第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆ（図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）などを参照）が設けられても良い。さらに、以下に説明する磁性部がさらに設けられても良い。
図２７（ａ）、図２７（ｂ）、図２８（ａ）及び図２８（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
図２７（ａ）は、図２７（ｂ）の矢印ＡＲ３からみた平面図である。図２７（ｂ）は、図２７（ａ）のＡ５−Ａ６線断面図である。図２８（ａ）は、図２８（ｂ）の矢印ＡＲ４からみた平面図である。図２８（ｂ）は、図２８（ａ）のＡ７−Ａ８線断面図である。
これらの図に示すように、実施形態に係る磁気センサ１３２において、第３磁性部５３Ｆ、第３非磁性領域１３ｉ、第４磁性部５４Ｆ及び第４非磁性領域１４ｉが設けられる。
図２７（ｂ）に示すように、第３非磁性領域１３ｉは、第３磁性部５３Ｆと第３素子５３との間に設けられる。第３素子５３から第３磁性部５３Ｆへの方向に沿う第３非磁性領域１３ｉの厚さ（距離ｄ３）は、例えば、１０ｎｍ以下である。
図２８（ｂ）に示すように、第４非磁性領域１４ｉは、第４磁性部５４Ｆと第４素子５４との間に設けられる。第４素子５４から第４磁性部５４Ｆへの方向に沿う第４非磁性領域１４ｉの厚さ（距離ｄ４）は、例えば、１０ｎｍ以下である。
第３磁性部５３Ｆ及び第４磁性部５４Ｆは、例えば、第１磁性部５１Ｆ及び第２磁性部５２Ｆの材料と同様の材料を含む。第３磁性部５３Ｆ及び第４磁性部５４Ｆは、例えば、ＭＦＣとして機能する。第３磁性部５３Ｆ及び第４磁性部５４Ｆを設けることで、例えば、交流磁界と、検出対象の磁界Ｈｍと、が、第３素子５３及び第４素子５４に効率良く集まる。
第３磁性部５３Ｆ及び第４磁性部５４ＦのＺ軸方向の厚さは、第３素子５３及び第４素子５４のＺ軸方向の厚さよりも厚い。これにより、例えば、磁界収束効果が効果的に得られる。
図２９（ａ）〜図２９（ｄ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
第３素子５３と第３配線６３との間に、絶縁層６０ｉが設けられても良い。第４素子５４と第４配線６４との間に、絶縁層６０ｉが設けられても良い。例えば、Ｙ軸方向に沿う磁界Ｈｍがこれらの素子に印加される。第３配線６３（第３磁界発生部６３Ｈ）及び第４配線６４（第４磁界発生部６４Ｈ）から発生する交流磁界は、磁界Ｈｍの方向に沿う成分を有する。
図３０（ａ）及び図３０（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
これらの図は、第３配線６３、第３素子５３のレイアウトを例示している。これらの図において、見やすさのために、配線及び素子が分かれて図示されている。図３０（ａ）に例示する構造と、図３０（ｂ）に例示する構造と、がＺ軸方向において重なる。
図３０（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って延びる複数の帯状の導電部６０Ｌが設けられる。複数の帯状の導電部６０Ｌの１つが、第３配線６３の少なくとも一部に対応する。
図３０（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って延びる複数の帯状の構造体５０Ｌが設けられる。複数の帯状の構造体５０Ｌの１つが、第３素子５３の少なくとも一部に対応する。この例では、複数の帯状の構造体５０Ｌの１つの端が、複数の帯状の構造体５０Ｌの別の１つの端と、接続部材５３Ｐにより電気的に接続される。複数の帯状の構造体５０Ｌの上記の別の１つの別の端が、複数の帯状の構造体５０Ｌのさらに別の１つの端と、接続部材５３Ｑにより電気的に接続される。複数の第３素子５３及び複数の第４素子５４が、Ｙ軸方向において、交互に並ぶ。これらの素子は、折りたたまれて、つづら折り状に直列に接続される。
例えば、接続導電部ＣＮ６（端子）が、第３素子５３の一方の端に電気的に接続される。接続導電部ＣＮ５（端子）が、第３素子５３の別の端に電気的に接続される。例えば、これらの端子の間に電流が供給される。供給は、例えば、第２回路部７２により行われる。
図３１は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
図３１に示すように、実施形態に係る磁気センサ１３３において、第１配線６１、第２配線６２、第３配線６３、第４配線６４、第１素子５１、第２素子５２、第３素子５３、及び、第４素子５４、が設けられる。この例では、第１〜第４パッドＰＤ１〜ＰＤ４が設けられる。
第１配線６１の１つの端部が第２パッドＰＤ２と電気的に接続される。第１配線６１の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第２配線６２の１つの端部が第２パッドＰＤ２と電気的に接続される。第２配線６２の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第１配線６１の上記の別の端部と、第２配線６２の上記の別の端部と、の間に、第１配線６１の上記の端部と、第２配線６２の上記の端部と、が設けられる。
第３配線６３の１つの端部が第２パッドＰＤ２と電気的に接続される。第３配線６３の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第４配線６４の１つの端部が第２パッドＰＤ２と電気的に接続される。第４配線６４の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第３配線６３の上記の端部と、第４配線６４の上記の端部と、の間に、第３配線６３の上記の別の端部と、第４配線６４の上記の別の端部と、が設けられる。
第１素子５１の１つの端部が第３パッドＰＤ３と電気的に接続される。第１素子５１の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第２素子５２の１つの端部が第４パッドＰＤ４と電気的に接続される。第２素子５２の別の端部がグランド（グランド導電部ＧＮＤ）と電気的に接続される。第１素子５１の上記の端部と、第２素子５２の上記の端部と、の間に、第１素子５１の上記の別の端部と、第２素子５２の上記の別の端部と、が設けられる。
第３素子５３の１つの端部が第４パッドＰＤ４と電気的に接続される。第３素子５３の別の端部が第１パッドＰＤ１と電気的に接続される。第４素子５４の１つの端部が第３パッドＰＤ３と電気的に接続される。第４素子５４の別の端部が第１パッドＰＤ１と電気的に接続される。第３素子５３の上記の端部と、第４素子５４の上記の端部と、の間に、第３素子５３の上記の別の端部と、第４素子５４の上記の別の端部と、が設けられる。
例えば、第２パッドＰＤ２が、第１回路部７１と電気的に接続される。第２パッドＰＤ２に交流電流が供給される。この交流電流は、第１〜第４配線６１〜６４において、第１〜第４交流電流Ｉａ１〜Ｉａ４となる。
第１〜第４素子５１〜５４により、１つのブリッジが形成される。第１パッドＰＤ１が、第２回路部７２と電気的に接続される。第１パッドＰＤ１に電流が供給される。この電流は、第１及び第２素子５１及び５２において、第１電流Ｉｄ１となる。この電流は、第３素子５３及び第４素子５４において、第２電流Ｉｄ２となる。
第３パッドＰＤ３と第４パッドＰＤ４は、第３回路部７３と電気的に接続される。第３パッドＰＤ３および第４パッドＰＤ４は、ブリッジの中点に対応する。第３回路部７３において、信号が検出される。この信号において、２倍の周波数２ｆ１の成分が抑制される。信号は、第１周波数ｆ１の成分を含む。
磁気センサ１３３において、第１〜第４磁性部５１Ｆ〜５４Ｆが設けられる。
図３２（ａ）及び図３２（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
これらの図は、実施形態に係る磁気センサ１３３の配線のレイアウトを例示している。図３２（ｂ）は、第１〜第４配線６１〜６４に電気的に接続される配線Ｌ６０を例示している。図３２（ａ）は、第１〜第４素子５１〜５４に電気的に接続される配線Ｌ５０を例示している。これらの図においては、見やすさのために、図３２（ａ）及び図３２（ｂ）に示す構造が分離されて図示されている。実際の磁気センサ１３３において、図３２（ａ）及び図３２（ｂ）に示す構造は、Ｚ軸方向において重なる。このレイアウトでは、第１〜第４磁性部５１Ｆ〜５４Ｆが連続した磁性体として共用される構造となっている。このような構造とすることで、加工形状がシンプルになり、素子の作製が容易になる。
図３３（ａ）及び図３３（ｂ）は、第２実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
これらの図は、実施形態に係る磁気センサ１３４の配線のレイアウトを例示している。図３３（ａ）は、第１〜第４配線６１〜６４に電気的に接続される配線Ｌ６０を例示している。図３３（ｂ）は、第１〜第４素子５１〜５４に電気的に接続される配線Ｌ５０を例示している。これらの図においては、見やすさのために、図３３（ａ）及び図３３（ｂ）に示す構造が分離されて図示されている。実際の磁気センサ１３４において、図３３（ａ）及び図３３（ｂ）に示す構造は、Ｚ軸方向において重なる。
上記の第１及び第２実施形態において、第１電流Ｉｄ１及び第２電流Ｉｄ２は、直流成分に加えて交流成分を含んでも良い。
図３４は、実施形態に係る磁気センサにおける動作を例示する模式図である。
図３４は、第１交流電流Ｉａ１及び第２交流電流Ｉａ２を例示している。図３４の横軸は、時間ｔｍである。縦軸は、電流Ｉａ０である。図３４に示すように、第１交流電流Ｉａ１及び第２交流電流Ｉａ２は、交流成分に加えて、バイアス成分Ｉｂｉａｓを含んでも良い。
例えば、バイアス成分Ｉｂｉａｓは、外部の磁界などを抑制するように設定される。１つの例において、外部の磁界は、例えば、地磁気などである。後述するように、外部の磁界は交流成分を含んでも良い。例えば、素子に印加する交流磁界に、地磁気を実質的にキャンセルする直流磁界が重畳される。これにより、例えば、地磁気の影響が抑制できる。外部の磁界が交流成分を含む場合、バイアス成分Ｉｂｉａｓを時間とともに変化させても良い。
例えば、図９に例示した磁気センサ１２０において、バイアス成分Ｉｂｉａｓを設ける場合、２つの第１回路部７１の一方にプラスのバイアスを重畳させ、例えば、２つの第１回路部７１の他方にマイナスのバイアスを重畳させても良い。
バイアス成分Ｉｂｉａｓは、第１及び第２実施形態に係る任意の磁気センサ及びその変形に適用されても良い。
例えば、第１回路部７１から出力される電流（または、電圧）が、上記のようなバイアス成分Ｉｂｉａｓを含んでも良い。第１回路部７１と他の回路部とが組み合わされて、他の回路部によりバイアス成分Ｉｂｉａｓが重畳されても良い。例えば、外部交流電源が共用化され、回路の工夫で逆位相を形成することができ、回路が簡単になる。
以下、磁気センサの特性の測定結果の例について説明する。
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に関して説明した構造（検出部５０Ｓ）が作製される。２つの検出部５０Ｓが用意される。
図３５は、磁気センサの試料を例示する模式図である。
図３５において、２つの検出部５０Ｓは省略されて記載されている。２つの検出部５０Ｓのそれぞれに、接続導電部ＣＮ３、接続導電部ＣＮ４、接続導電部ＣＮ５及び接続導電部ＣＮ６（図１８（ａ）及び図１８（ｂ）参照）が設けられる。
２つの検出部５０Ｓの１つ（第１評価素子５０ＳＡ）において、接続導電部ＣＮ３は、ボンディングパッドＢＰ１と接続される。接続導電部ＣＮ４はボンディングパッドＢＰ３と接続される。接続導電部ＣＮ５は、ボンディングパッドＢＰ４と接続される。接続導電部ＣＮ６は、ボンディングパッドＢＰ２と接続される。
２つの検出部５０Ｓの別の１つ（第２評価素子５０ＳＢ）において、接続導電部ＣＮ３は、ボンディングパッドＢＰ５と接続される。接続導電部ＣＮ４はボンディングパッドＢＰ７と接続される。接続導電部ＣＮ５は、ボンディングパッドＢＰ８と接続される。接続導電部ＣＮ６は、ボンディングパッドＢＰ６と接続される。
第１評価素子５０ＳＡ及び第２評価素子５０ＳＢが評価素子５０ＳＣとなる。素子に含まれる磁性層の長軸は、Ｘ軸方向に沿う。測定対象の磁界Ｈｍは、Ｙ軸方向に沿う。
図３６は、磁気センサの試料の特性の測定回路を例示する模式図である。
図３６に示すように、第１回路部７１の出力が、ボンディングパッドＢＰ１及びボンディングパッドＢＰ７に入力される。ボンディングパッドＢＰ３及びボンディングパッドＢＰ５が接地される。ボンディングパッドＢＰ４及びボンディングパッドＢＰ８が接地される。ボンディングパッドＢＰ２及びボンディングパッドＢＰ６が、第３回路部７３と電気的に接続される。第３回路部７３は、例えば、差動増幅器である。差動増幅器の増幅率は１でも良い。第３回路部７３の出力ＳｉｇＤが、オシロスコープ７３Ｄに供給される。
この例では、第１抵抗部４１及び第２抵抗部４２として、６７７Ωの抵抗が用いられる。第１回路部７１から、９Ｖの振幅で１０ｋＨｚの交流電流が出力される。第２回路部７２から、５Ｖの直流電圧（直流電流）が出力される。
図３７は、磁気センサの試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
図３７は、オシロスコープ７３Ｄで観察される信号を例示している。横軸は、時間ｔｍに対応する。縦軸は、信号Ｓｉｇの強度に対応する。図３７においては、第３回路部７３の出力ＳｉｇＤが例示されている。この他、図３７には、ボンディングパッドＢＰ２及びボンディングパッドＢＰ６の信号が例示されている。図３７に示した各信号は、比較がしやすいように、縦軸の倍率を変えて表示してある。
図３７に示すように、ボンディングパッドＢＰ２及びボンディングパッドＢＰ６の信号は、第１周波数ｆ１の成分と、２倍の周波数２ｆ１の成分と、を含む。第３回路部７３の出力ＳｉｇＤにおいては、２倍の周波数２ｆ１の成分が実質的に観察されず、第１周波数ｆ１の成分が観察される。
図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、磁気センサの試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
これらの図は、図３７に例示した信号をＦＦＴ処理した結果を例示している。これらの図の横軸は、周波数ｆ（Ｈｚ）に対応する。これらの図の縦軸は、各出力信号の各周波数成分の強度に対応する（ｄＢＶで表示している）。図３８（ａ）は、ボンディングパッドＢＰ２及びボンディングパッドＢＰ６の信号に対応する。図３８（ｂ）は、第３回路部７３の出力ＳｉｇＤに対応する。
図３８（ａ）に示すように、ボンディングパッドＢＰ２及びボンディングパッドＢＰ６の信号においては、第１周波数ｆ１（１０ｋＨｚ）のピークと、２倍の周波数２ｆ１（２０ｋＨｚ）のピークと、が観察される。２倍の周波数２ｆ１（２０ｋＨｚ）のピークの強度は、第１周波数ｆ１（１０ｋＨｚ）のピークと同程度であり、高い。
図３８（ｂ）に示すように、第３回路部７３の出力ＳｉｇＤにおいては、第１周波数ｆ１（１０ｋＨｚ）のピークが高く、２倍の周波数２ｆ１（２０ｋＨｚ）のピークは低い。
トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用した磁気センサにおいて、４つのＴＭＲ素子４個を用いるブリッジを含む参考例がある。この参考例においては、磁化自由層の磁化の方向は、参照層の磁化の方向と交差するように設定される。このような構成により、外部からの磁界に対して大きな抵抗の変化を得ることができるとされている。この参考例においては、素子は、例えば、磁界−抵抗特性は奇関数の特性を持つ。逆位相の交流磁界を用いたときに２倍の周波数２ｆ１の成分の信号を除去することが困難である。
以下、実施形態に係る磁気センサの応用例について説明する。
（第３実施形態）
実施形態に係る磁気センサは、例えば、診断装置などに応用できる。
図３９は、第３実施形態に係る磁気センサ及び診断装置を示す模式図である。
図３９に示すように、診断装置５００は、磁気センサ１５０を含む。磁気センサ１５０は、第１実施形態及び第２実施形態に関して説明した磁気センサ（及び磁気センサ装置）、及び、それらの変形を含む。
診断装置５００において、磁気センサ１５０は、例えば、脳磁計である。脳磁計は、脳神経が発する磁界を検出する。磁気センサ１５０が脳磁計に用いられる場合、磁気センサ１５０に含まれる磁気素子のサイズは、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満である。このサイズは、例えば、ＭＦＣを含めた長さである。
図３９に示すように、磁気センサ１５０（脳磁計）は、例えば、人体の頭部に装着される。磁気センサ１５０（脳磁計）は、センサ部３０１（第１センサ部ＳＵ１など）を含む。磁気センサ１５０（脳磁計）は、複数のセンサ部３０１（第１センサ部ＳＵ１及び第２センサ部ＳＵ２など）を含んでも良い。複数のセンサ部３０１の数は、例えば、約１００個（例えば５０個以上１５０個以下）である。複数のセンサ部３０１は、柔軟性を有する基体３０２に設けられる。
磁気センサ１５０は、例えば、差動検出などの回路を含んでも良い。磁気センサ１５０は、磁気センサとは別のセンサ（例えば、電位端子または加速度センサなど）を含んでも良い。
磁気センサ１５０（第１実施形態及び第２実施形態に関して説明した磁気センサ）のサイズは、従来のＳＱＵＩＤ磁気センサのサイズに比べて小さい。このため、複数のセンサ部３０１の設置が容易である。複数のセンサ部３０１と、他の回路と、の設置が容易である。複数のセンサ部３０１と、他のセンサと、の共存が容易である。
基体３０２は、例えばシリコーン樹脂などの弾性体を含んでも良い。基体３０２に、例えば、複数のセンサ部３０１が繋がって設けられる。基体３０２は、例えば、頭部に密着できる。
センサ部３０１の入出力コード３０３は、診断装置５００のセンサ駆動部５０６及び信号入出力部５０４と接続される。センサ駆動部５０６からの電力と、信号入出力部５０４からの制御信号と、に基づいて、センサ部３０１において、磁界測定が行われる。その結果は、信号入出力部５０４に入力される。信号入出力部５０４で得た信号は、信号処理部５０８に供給される。信号処理部５０８において、例えば、ノイズの除去、フィルタリング、増幅、及び、信号演算などの処理が行われる。信号処理部５０８で処理された信号が、信号解析部５１０に供給される。信号解析部５１０は、例えば、脳磁計測のための特定の信号を抽出する。信号解析部５１０において、例えば、信号位相を整合させる信号解析が行われる。
信号解析部５１０の出力（信号解析が終了したデータ）が、データ処理部５１２に供給される。データ処理部５１２では、データ解析が行われる。このデータ解析において、例えば、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging)などの画像データが取り入られることが可能である。このデータ解析においては、例えば、ＥＥＧ（Electroencephalogram)などの頭皮電位情報などが取り入れられることが可能である。データ解析により、例えば、神経発火点解析、または、逆問題解析などが行われる。
データ解析の結果は、例えば、画像化診断部５１６に供給される。画像化診断部５１６において、画像化が行われる。画像化により、診断が支援される。
上記の一連の動作は、例えば、制御機構５０２によって制御される。例えば、一次信号データ、または、データ処理途中のメタデータなどの必要なデータは、データサーバに保存される。データサーバと制御機構とは、一体化されても良い。
本実施形態に係る診断装置５００は、磁気センサ１５０と、磁気センサ１５０から得られる信号を処理する処理部と、を含む。この処理部は、例えば、信号処理部５０８及びデータ処理部５１２の少なくともいずれかを含む。処理部は、例えば、コンピュータなどを含む。
図３９に示す磁気センサ１５０では、センサ部３０１は、人体の頭部に設置されている。センサ部３０１は、人体の胸部に設置されても良い。これにより、心磁測定が可能となる。例えば、センサ部３０１を妊婦の腹部に設置しても良い。これにより、胎児の心拍検査を行うことができる。
被験者を含めた磁気センサ装置は、シールドルーム内に設置されるのが好ましい。これにより、例えば、地磁気または磁気ノイズの影響が抑制できる。
例えば、人体の測定部位、または、センサ部３０１を局所的にシールドする機構を設けても良い。例えば、センサ部３０１にシールド機構を設けても良い。例えば、信号解析またはデータ処理において、実効的なシールドを行っても良い。
実施形態において、基体３０２は、柔軟性を有しても良く、柔軟性を実質的に有しなくても良い。図３９に示す例では、基体３０２は、連続した膜を帽子状に加工したものである。基体３０２は、ネット状でも良い。これにより、例えば、良好な装着性が得られる。例えば、基体３０２の人体への密着性が向上する。基体３０２は、ヘルメット状で、硬質でも良い。
図４０は、第４実施形態に係る別の磁気センサを示す模式図である。
図４０は、磁計の一例である。図４０に示す例では、平板状の硬質の基体３０５上にセンサ部３０１が設けられる。
図４０に示した例において、センサ部３０１から得られる信号の入出力は、図３９に関して説明した入出力と同様である。図４０に示した例において、センサ部３０１から得られる信号の処理は、図３９に関して説明した処理と同様である。
生体から発生する磁界などの微弱な磁界を計測する装置として、SQUID (Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子)磁気センサを用いる参考例がある。この参考例においては、超伝導を用いるため、装置が大きく、消費電力も大きい。測定対象(患者)の負担が大きい。
実施形態によれば、装置が小型にできる。消費電力を抑制できる。測定対象(患者)の負担が軽減できる。実施形態によれば、磁界検出のＳＮ比を向上できる。検出感度を向上できる。
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
第１磁性層を含む第１素子と、
第２磁性層を含む第２素子と、
第１配線と、
第２配線と、
前記第１配線及び前記第２配線と電気的に接続された第１回路部と、
前記第１素子及び前記第２素子と電気的に接続された第２回路部と、
を備え、
前記第１回路部は、前記第１配線に第１交流電流を供給し、前記第２配線に第２交流電流を供給し、
前記第２回路部は、前記第１素子に第１素子電流を供給し、前記第２素子に第２素子電流を供給し、
第１時刻において、前記第１交流電流は、第１交流電流向きを有し、前記第２交流電流は、第２交流電流向きを有し、
第２時刻において、前記第１交流電流は、前記第１交流電流向きと反対の向きを有し、前記第２交流電流は、前記第２交流電流向きと反対の向きを有し、
前記第１時刻において、前記第１素子電流は、第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、第２素子電流向きを有し、
前記第２時刻において、前記第１素子電流は、前記第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、前記第２素子電流向きを有し、
前記第１交流電流向きは、前記第１素子電流の向きの成分を有し、
前記第２交流電流向きは、前記第２素子電流の向きとは反対の向きの成分を有する、磁気センサ。
（構成２）
前記第１配線と前記第１素子との間の距離は、前記第１配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、
前記第２配線と前記第２素子との間の距離は、前記第２配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、
前記第１配線は、第１配線端部と第２配線端部とを含み、
前記第２配線は、第３配線端部と第４配線端部とを含み、
前記第３配線端部から前記第４配線端部への向きは、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きに沿い、
前記第１時刻において、前記第１交流電流は、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きを有し、
前記第１時刻において、前記第１交流電流は、前記第４配線端部から前記第３配線端部への向きを有する、構成１記載の磁気センサ。
（構成３）
前記第１素子及び前記第２素子は、直列に電気的に接続された、構成１記載の磁気センサ。
（構成４）
第３回路部をさらに備え、
前記第１素子は、第１素子端部及び第２素子端部を含み、
前記第２素子は、第３素子端部及び第４素子端部を含み、
前記第２素子端部及び前記第４素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第２回路部は、前記第１素子端部及び前記第３素子端部と電気的に接続され、
前記第３回路部は、前記第２素子端部及び前記第４素子端部と電気的に接続され、
前記第３回路部は、前記第２素子端部及び前記第４素子端部の電位の変化に対応する信号を出力する、構成３記載の磁気センサ。
（構成５）
前記第１交流電流及び前記第２交流電流は、第１周波数を有し、
前記信号は、前記第２素子端部及び前記第４素子端部の前記電位の変化の前記第１周波数の成分に対応する、構成４記載の磁気センサ。
（構成６）
第１抵抗部と、
第２抵抗部と、
をさらに備え、
前記第１素子は、第１素子端部及び第２素子端部を含み、
前記第２素子は、第３素子端部及び第４素子端部を含み、
前記第２素子端部及び前記第４素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第１抵抗部は、第１抵抗端部及び第２抵抗端部を含み、
前記第２抵抗部は、第３抵抗端部及び第４抵抗端部を含み、
前記第２抵抗端部及び前記第１素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第４抵抗端部及び前記第３素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第２回路部は、前記第１抵抗端部、前記第３抵抗端部、前記第２素子端部及び前記第４素子端部と電気的に接続され、
前記第２回路部は、前記第１抵抗部及び前記第１素子の組みに前記第１素子電流を供給し、前記第２抵抗部及び前記第２素子の組みに前記第２電流を供給する、構成１または２に記載の磁気センサ。
（構成７）
第３回路部をさらに備え、
前記第３回路部は、前記第１素子端部の電位と、前記第３素子端部の電位と、の差に対応する信号を出力する、構成６記載の磁気センサ。
（構成８）
前記第１抵抗部は、第３磁性層と、第３対向磁性層と、前記第３磁性層と前記第３対向磁性層との間に設けられた第３非磁性層と、を含み、
前記第２抵抗部は、第４磁性層と、第４対向磁性層と、前記第４磁性層と前記第４対向磁性層との間に設けられた第４非磁性層と、を含む、構成７記載の磁気センサ。
（構成９）
第１磁性層を含む第１素子と、
第２磁性層を含む第２素子と、
第１配線と、
第２配線と、
前記第１配線及び前記第２配線と電気的に接続された第１回路部と、
前記第１素子及び前記第２素子と電気的に接続された第２回路部と、
を備え、
前記第１回路部は、前記第１配線に第１交流電流を供給し、前記第２配線に第２交流電流を供給し、
前記第２回路部は、前記第１素子に第１素子電流を供給し、前記第２素子に第２素子電流を供給し、
前記第１素子及び前記第２素子に加わる外部磁界の向きに対して、少なくとも一部の時間において、前記第１交流電流の位相は、前記第２交流電流の位相と、逆である、磁気センサ。
（構成１０）
第１磁性部と、
前記第１磁性部と前記第１素子との間に設けられた第１非磁性領域と、
第２磁性部と、
前記第２磁性部と前記第２素子との間に設けられた第２非磁性領域と、
をさらに備えた、構成１〜９のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１１）
第１磁性層を含む第１素子と、
第２磁性層を含む第２素子と、
第３磁性層を含む第３素子と、
第４磁性層を含む第４素子と、
第１〜第４配線と、
前記第１〜前記第４配線と電気的に接続された第１回路部と、
前記第１〜前記第４素子と電気的に接続された第１回路部と、
を備え、
前記第１回路部は、前記第１〜前記第４配線に第１〜第４交流電流をそれぞれ供給し、 前記第２回路部は、前記第１〜前記第４素子に第１〜第４素子電流をそれぞれ供給し、
第１時刻において、前記第１〜前記第４交流電流は、第１〜第４交流電流向きをそれぞれ有し、
第２時刻において、前記第１〜前記第４交流電流は、前記第１〜前記第４交流電流向きと反対の向きをそれぞれ有し、
前記第１時刻において、前記第１〜前記第４素子電流は、第１〜第４素子電流交流向きを有し、
前記第２時刻において、前記第１〜前記第４素子電流は、前記第１〜第４素子電流交流向きを有し、
前記第１交流電流向きは、前記第１素子電流の向きの成分を有し、
前記第２交流電流向きは、前記第２素子電流の向きとは反対の向きの成分を有し、
前記第３交流電流向きは、前記第３素子電流の向きの成分を有し、
前記第４交流電流向きは、前記第４素子電流の向きとは反対の向きの成分を有する、磁気センサ。
（構成１２）
前記第１配線と前記第１素子との間の距離は、前記第１配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、前記第１配線と前記第３素子との間の距離よりも短く、前記第１配線と前記第４素子との間の距離よりも短く、
前記第２配線と前記第２素子との間の距離は、前記第２配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、前記第２配線と前記第３素子との間の距離よりも短く、前記第２配線と前記第４素子との間の距離よりも短く、
前記第３配線と前記第３素子との間の距離は、前記第３配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、前記第３配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、前記第３配線と前記第４素子との間の距離よりも短く、
前記第４配線と前記第４素子との間の距離は、前記第４配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、前記第４配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、前記第４配線と前記第３素子との間の距離よりも短く、
前記第１配線は、第１配線端部と第２配線端部とを含み、
前記第２配線は、第３配線端部と第４配線端部とを含み、
前記第３配線は、第５配線端部と第６配線端部とを含み、
前記第４配線は、第７配線端部と第８配線端部とを含み、
前記第３配線端部から前記第４配線端部への向きは、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きに沿い、
前記第７配線端部から前記第８配線端部への向きは、前記第５配線端部から前記第６配線端部への向きに沿い、
前記第７配線端部から前記第８配線端部への前記向きは、前記第１配線端部から前記第２配線端部への前記向きに沿い、
前記第１時刻において、前記第１交流電流は、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きを有し、
前記第１時刻において、前記第２交流電流は、前記第４配線端部から前記第３配線端部への向きを有し、
前記第１時刻において、前記第３交流電流は、前記第５配線端部から前記第６配線端部への向きを有し、
前記第１時刻において、前記第４交流電流は、前記第８配線端部から前記第７配線端部への向きを有する、構成１１記載の磁気センサ。
（構成１３）
前記第１素子及び前記第２素子は、直列に電気的に接続され、
前記第４素子及び前記第３素子は、直列に電気的に接続された、構成１２記載の磁気センサ。
（構成１４）
前記第１素子は、第１素子端部及び第２素子端部を含み、
前記第２素子は、第３素子端部及び第４素子端部を含み、
前記第３素子は、第５素子端部及び第６素子端部を含み、
前記第４素子は、第７素子端部及び第８素子端部を含み、
前記第１素子端部及び前記第７素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第４素子端部及び前記第６素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第２素子端部及び前記第３素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第８素子端部及び前記第５素子端部は、互いに電気的に接続され、
前記第２回路部は、前記第１素子端部、前記第７素子端部、前記第４素子端部及び前記第６素子端部と電気的に接続された、構成１３記載の磁気センサ。
（構成１５）
第３回路部をさらに備え、
前記第３回路部は、前記第２素子端部の電位と、前記第８素子端部の電位と、の差に対応する信号を出力する、構成１４記載の磁気センサ。
（構成１６）
前記第３素子は、第３対向磁性層と、前記第３磁性層と前記第３対向磁性層との間に設けられた第３非磁性層と、をさらに含み、
前記第４素子は、第４対向磁性層と、前記第４磁性層と前記第４対向磁性層との間に設けられた第４非磁性層と、をさらに含む、構成１１〜１５のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１７）
前記第３対向磁性層から前記第３磁性層への第３積層方向と交差する第３磁性層方向に沿う前記第３磁性層の長さは、前記第３積層方向及び前記第３磁性層方向を含む平面と交差する第３磁性層交差方向に沿う前記第３磁性層の長さよりも長く、
前記第４対向磁性層から前記第４磁性層への第４積層方向と交差する第４磁性層方向に沿う前記第４磁性層の長さは、前記第４積層方向及び前記第４磁性層方向を含む平面と交差する第４磁性層交差方向に沿う前記第４磁性層の長さよりも長い、構成１６記載の磁気センサ。
（構成１８）
前記第１素子は、第１対向磁性層と、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、をさらに含み、
前記第２素子は、第２対向磁性層と、前記第２磁性層と前記第２対向磁性層との間に設けられた第２非磁性層と、をさらに含む、構成１〜１７のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成１９）
前記第１対向磁性層から前記第１磁性層への第１積層方向と交差する第１磁性層方向に沿う前記第１磁性層の長さは、前記第１積層方向及び前記第１磁性層方向を含む平面と交差する第１磁性層交差方向に沿う前記第１磁性層の長さよりも長く、
前記第２対向磁性層から前記第２磁性層への第２積層方向と交差する第２磁性層方向に沿う前記第２磁性層の長さは、前記第２積層方向及び前記第２磁性層方向を含む平面と交差する第２磁性層交差方向に沿う前記第２磁性層の長さよりも長い、構成１８のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成２０）
前記第１素子の電気抵抗は、前記第１素子に印加される磁界に対して偶関数の特性を有し、
前記第２素子の電気抵抗は、前記第２素子に印加される磁界に対して偶関数の特性を有する、構成１〜１９のいずれか１つに記載の磁気センサ。
（構成２１）
構成１〜２０のいずれか１つに記載の磁気センサと、
前記磁気センサから得られる信号を処理する処理部と、
を備えた診断装置。
実施形態によれば、検出感度の向上が可能な磁気センサ及び診断装置が提供できる。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気センサに含まれる素子、磁性層、非磁性層、配線、抵抗部及び回路部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気センサ及び診断装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気センサ及び診断装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ｉ…絶縁部、 １１〜１４…第１〜第４磁性層、 １１Ｍ〜１４Ｍ…第１〜第４磁性層磁化、 １１ｉ〜１４ｉ…第１〜第４非磁性領域、 １１ｎ〜１４ｎ…第１〜第４非磁性層、 １１ｏ〜１４ｏ…第１〜第４対向磁性層、 １１ｏＭ〜１４ｏＭ…第１〜第４対向磁性層磁化、 ２８Ｌａ〜２７Ｌｆ…配線、 ４１、４２…第１、第２抵抗部、 ４１ａ、４１ｂ、４２ｃ、４２ｄ…第１〜第４抵抗端部、 ５０Ｌ…構造体、 ５０Ｓ…検出部、 ５０ＳＡ、５０ＳＢ…第１、第２評価素子、 ５０ＳＣ…評価素子、 ５１〜５４…第１〜第４素子、 ５１Ｆ〜５４Ｆ…第１〜第４磁性部、 ５１Ｐ、５１Ｑ、５３Ｐ、５３Ｑ…接続部材、 ５１ａ、５１ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５３ｅ、５３ｆ、５４ｇ、５４ｈ…第１〜第８素子端部、 ６０Ｌ…導電部、 ６０ｉ…絶縁層、 ６１〜６４…第１〜第４配線、 ６１Ｈ〜６４Ｈ…第１〜第４磁界発生部、 ６１Ｌ、６２Ｌ…配線、 ６１ａ、６１ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ｅ、６３ｆ、６４ｇ、６４ｈ…第１〜第８配線端部、 ６５ｉ…絶縁部材、 ７１〜７３…第１〜第３回路、 ７３Ａ…差動回路部、 ７３Ａａ、７３Ａｂ…第１、第２入力端子、 ７３Ａｃ…差動回路部出力端子、 ７３Ｂ…フィルタ、 ７３Ｂｉ…入力端子、 ７３Ｄ…オシロスコープ、 １１０、１１１、１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２１〜１２４、１３０、１３２〜１３４、１５０…磁気センサ、 ３０１…センサ部、 ３０２…基体、 ３０３…入出力コード、 ３０５…基体、 ５００…診断装置、 ５０２…制御機構、 ５０４…信号入出力部、 ５０６…センサ駆動部、 ５０８…信号処理部、 ５１０…信号解析部、 ５１２…データ処理部、 ５１６…画像化診断部、 ＡＲ１〜ＡＲ４…矢印、 ＢＰ１〜ＢＰ８…ボンディングパッド、 Ｃ１〜Ｃ４…第１〜第４条件、 ＣＮ３〜ＣＮ６…接続導電部、 ＣＰ１、ＣＰ２…第１、第２接続点、 Ｃｅｘ…測定結果、 Ｃｆ１、Ｃｆ２…成分、 Ｃｓｍ…特性、 Ｄｓ１〜Ｄｓ４…第１〜第４積層方向、 Ｄｘ１〜Ｄｘ４…第１〜第４磁性層方向、 Ｄｙ１〜Ｄｙ４…第１〜第４磁性層交差方向、 Ｅａ１〜Ｅａ４…第１〜第４電位、 ＧＮＤ…グランド導電部、 Ｈａ１〜Ｈａ４…第１〜第４交流磁界、 Ｈａｘ…交流磁界、 Ｈｍ…、Ｈｍ１、Ｈｍ２…磁界、 Ｈｘ、Ｈｘ０、Ｈｘ１、Ｈｘ２…磁界、 Ｉａ０…電流、 Ｉａ１〜Ｉａ４…第１〜第４交流電流、 Ｉｂｉａｓ…バイアス成分、 Ｉｄ１、Ｉｄ２…第１、第２電流、 Ｉｅ１〜Ｉｅ４…第１〜第４素子電流、 Ｌ１〜Ｌ４…長さ、 Ｌ５０、Ｌ６０…配線、 Ｌｘ…長さ、 ＰＤ１〜ＰＤ４…第１〜第４パッド、 ＰＧ…グランドパッド、 Ｒ０、Ｒｘ…抵抗、 ＳＵ１、ＳＵ２…第１、第２センサ部、 Ｓｉｇ、Ｓｉｇ０、ＳｉｇＡ〜ＡｉｇＣ…信号、 ＳｉｇＤ…出力、 ＳｉｇＶ…電圧、 ＳｉｇＺ…信号、 Ｓｉｇｘ…信号、 Ｔ１…周期、 Ｗ１〜Ｗ４…長さ、 ｄ１〜ｄ４…距離、 ｄＲ／Ｒ…変化率、 ｆ…周波数、 ｆ１…第１周波数、 ｔ１〜ｔ４…長さ、 ｔｍ、ｔｍｄ…時間

Claims (9)

  1. 第１磁性層及び第１対向磁性層を含む第１素子と、
    第２磁性層及び第２対向磁性層を含む第２素子と、
    第１配線と、
    第２配線と、
    前記第１配線及び前記第２配線と電気的に接続された第１回路部と、
    前記第１素子及び前記第２素子と電気的に接続された第２回路部と、
    第１抵抗部と、
    第２抵抗部と、
    を備え、
    前記第１回路部は、前記第１配線に第１交流電流を供給し、前記第２配線に第２交流電流を供給し、
    前記第１交流電流により生じる第１交流磁界は、前記第１素子に印加され、
    前記第２交流電流により生じる第２交流磁界は、前記第２素子に印加され、
    前記第２回路部は、前記第１素子に第１素子電流を供給し、前記第２素子に第２素子電流を供給し、
    第１時刻において、前記第１交流電流は、第１交流電流向きを有し、前記第２交流電流は、第２交流電流向きを有し、
    第２時刻において、前記第１交流電流は、前記第１交流電流向きと反対の向きを有し、前記第２交流電流は、前記第２交流電流向きと反対の向きを有し、
    前記第１時刻において、前記第１素子電流は、第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、第２素子電流向きを有し、
    前記第２時刻において、前記第１素子電流は、前記第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、前記第２素子電流向きを有し、
    前記第１交流電流向きは、前記第１素子電流向きの成分を有し、
    前記第２交流電流向きは、前記第２素子電流向きとは反対の向きの成分を有し、
    前記第１素子は、第１素子端部及び第２素子端部を含み、
    前記第２素子は、第３素子端部及び第４素子端部を含み、
    前記第２素子端部及び前記第４素子端部は、互いに電気的に接続され、
    前記第１抵抗部は、第１抵抗端部及び第２抵抗端部を含み、
    前記第２抵抗部は、第３抵抗端部及び第４抵抗端部を含み、
    前記第２抵抗端部及び前記第１素子端部は、互いに電気的に接続され、
    前記第４抵抗端部及び前記第３素子端部は、互いに電気的に接続され、
    前記第２回路部は、前記第１抵抗端部、前記第３抵抗端部、前記第２素子端部及び前記第４素子端部と電気的に接続され、
    前記第２回路部は、前記第１抵抗部及び前記第１素子の組みに前記第１素子電流を供給し、前記第２抵抗部及び前記第２素子の組みに前記第２素子電流を供給し、
    前記第１素子に外部磁界が印加されていないときに、前記第１対向磁性層の磁化の方向は、前記第１磁性層の磁化の方向に沿い、
    前記第２素子に外部磁界が印加されていないときに、前記第２対向磁性層の磁化の方向は、前記第２磁性層の磁化の方向に沿い、
    前記第１配線の少なくとも一部は、前記第１磁性層の前記磁化の前記方向に沿い、
    前記第２配線の少なくとも一部は、前記第２磁性層の前記磁化の前記方向に沿う、磁気センサ。
  2. 前記第１素子の電気抵抗は、前記第１交流磁界に対して偶関数の特性を有し、
    前記第２素子の電気抵抗は、前記第２交流磁界に対して偶関数の特性を有する、請求項１記載の磁気センサ。
  3. 第１磁性層を含む第１素子と、
    第２磁性層を含む第２素子と、
    第１配線と、
    第２配線と、
    前記第１配線及び前記第２配線と電気的に接続された第１回路部と、
    前記第１素子及び前記第２素子と電気的に接続された第２回路部と、
    を備え、
    前記第１回路部は、前記第１配線に第１交流電流を供給し、前記第２配線に第２交流電流を供給し、
    前記第１交流電流により生じる第１交流磁界は、前記第１素子に印加され、
    前記第２交流電流により生じる第２交流磁界は、前記第２素子に印加され、
    前記第２回路部は、前記第１素子に第１素子電流を供給し、前記第２素子に第２素子電流を供給し、
    第１時刻において、前記第１交流電流は、第１交流電流向きを有し、前記第２交流電流は、第２交流電流向きを有し、
    第２時刻において、前記第１交流電流は、前記第１交流電流向きと反対の向きを有し、前記第２交流電流は、前記第２交流電流向きと反対の向きを有し、
    前記第１時刻において、前記第１素子電流は、第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、第２素子電流向きを有し、
    前記第２時刻において、前記第１素子電流は、前記第１素子電流向きを有し、前記第２素子電流は、前記第２素子電流向きを有し、
    前記第１交流電流向きは、前記第１素子電流向きの成分を有し、
    前記第２交流電流向きは、前記第２素子電流向きとは反対の向きの成分を有し、
    前記第１素子の電気抵抗は、前記第１交流磁界に対して偶関数の特性を有し、
    前記第２素子の電気抵抗は、前記第２交流磁界に対して偶関数の特性を有する、磁気センサ。
  4. 前記第１配線と前記第１素子との間の距離は、前記第１配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、
    前記第２配線と前記第２素子との間の距離は、前記第２配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、
    前記第１配線は、第１配線端部と第２配線端部とを含み、
    前記第２配線は、第３配線端部と第４配線端部とを含み、
    前記第３配線端部から前記第４配線端部への向きは、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きに沿い、
    前記第１時刻において、前記第１交流電流は、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きを有し、
    前記第１時刻において、前記第１交流電流は、前記第４配線端部から前記第３配線端部への向きを有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気センサ。
  5. 第１磁性部と、
    前記第１磁性部と前記第１素子との間に設けられた第１非磁性領域と、
    第２磁性部と、
    前記第２磁性部と前記第２素子との間に設けられた第２非磁性領域と、
    をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気センサ。
  6. 第１磁性層及び第１対向磁性層を含む第１素子と、
    第２磁性層及び第２対向磁性層を含む第２素子と、
    第３磁性層及び第３対向磁性層を含む第３素子と、
    第４磁性層及び第４対向磁性層を含む第４素子と、
    第１〜第４配線と、
    前記第１〜前記第４配線と電気的に接続された第１回路部と、
    前記第１〜前記第４素子と電気的に接続された第２回路部と、
    を備え、
    前記第１回路部は、前記第１〜前記第４配線に第１〜第４交流電流をそれぞれ供給し、
    前記第１交流電流により生じる第１交流磁界は、前記第１素子に印加され、
    前記第２交流電流により生じる第２交流磁界は、前記第２素子に印加され、
    前記第３交流電流により生じる第３交流磁界は、前記第３素子に印加され、
    前記第４交流電流により生じる第４交流磁界は、前記第４素子に印加され、
    前記第２回路部は、前記第１〜前記第４素子に第１〜第４素子電流をそれぞれ供給し、
    第１時刻において、前記第１〜前記第４交流電流は、第１〜第４交流電流向きをそれぞれ有し、
    第２時刻において、前記第１〜前記第４交流電流は、前記第１〜前記第４交流電流向きと反対の向きをそれぞれ有し、
    前記第１時刻において、前記第１〜前記第４素子電流は、第１〜第４素子電流向きを有し、
    前記第２時刻において、前記第１〜前記第４素子電流は、前記第１〜第４素子電流向きを有し、
    前記第１交流電流向きは、前記第１素子電流向きの成分を有し、
    前記第２交流電流向きは、前記第２素子電流向きとは反対の向きの成分を有し、
    前記第３交流電流向きは、前記第３素子電流向きの成分を有し、
    前記第４交流電流向きは、前記第４素子電流向きとは反対の向きの成分を有し、
    前記第１素子に外部磁界が印加されていないときに、前記第１対向磁性層の磁化の方向は、前記第１磁性層の磁化の方向に沿い、
    前記第２素子に外部磁界が印加されていないときに、前記第２対向磁性層の磁化の方向は、前記第２磁性層の磁化の方向に沿い、
    前記第３素子に外部磁界が印加されていないときに、前記第３対向磁性層の磁化の方向は、前記第３磁性層の磁化の方向に沿い、
    前記第４素子に外部磁界が印加されていないときに、前記第４対向磁性層の磁化の方向は、前記第４磁性層の磁化の方向に沿い、
    前記第１配線の少なくとも一部は、前記第１磁性層の前記磁化の前記方向に沿い、
    前記第２配線の少なくとも一部は、前記第２磁性層の前記磁化の前記方向に沿い、
    前記第３配線の少なくとも一部は、前記第３磁性層の前記磁化の前記方向に沿い、
    前記第４配線の少なくとも一部は、前記第４磁性層の前記磁化の前記方向に沿う、磁気センサ。
  7. 前記第１配線と前記第１素子との間の距離は、前記第１配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、前記第１配線と前記第３素子との間の距離よりも短く、前記第１配線と前記第４素子との間の距離よりも短く、
    前記第２配線と前記第２素子との間の距離は、前記第２配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、前記第２配線と前記第３素子との間の距離よりも短く、前記第２配線と前記第４素子との間の距離よりも短く、
    前記第３配線と前記第３素子との間の距離は、前記第３配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、前記第３配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、前記第３配線と前記第４素子との間の距離よりも短く、
    前記第４配線と前記第４素子との間の距離は、前記第４配線と前記第１素子との間の距離よりも短く、前記第４配線と前記第２素子との間の距離よりも短く、前記第４配線と前記第３素子との間の距離よりも短く、
    前記第１配線は、第１配線端部と第２配線端部とを含み、
    前記第２配線は、第３配線端部と第４配線端部とを含み、
    前記第３配線は、第５配線端部と第６配線端部とを含み、
    前記第４配線は、第７配線端部と第８配線端部とを含み、
    前記第３配線端部から前記第４配線端部への向きは、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きに沿い、
    前記第７配線端部から前記第８配線端部への向きは、前記第５配線端部から前記第６配線端部への向きに沿い、
    前記第７配線端部から前記第８配線端部への前記向きは、前記第１配線端部から前記第２配線端部への前記向きに沿い、
    前記第１時刻において、前記第１交流電流は、前記第１配線端部から前記第２配線端部への向きを有し、
    前記第１時刻において、前記第２交流電流は、前記第４配線端部から前記第３配線端部への向きを有し、
    前記第１時刻において、前記第３交流電流は、前記第５配線端部から前記第６配線端部への向きを有し、
    前記第１時刻において、前記第４交流電流は、前記第８配線端部から前記第７配線端部への向きを有する、請求項６記載の磁気センサ。
  8. 前記第１素子の電気抵抗は、前記第１交流磁界に対して偶関数の特性を有し、
    前記第２素子の電気抵抗は、前記第２交流磁界に対して偶関数の特性を有し、
    前記第３素子の電気抵抗は、前記第３交流磁界に対して偶関数の特性を有し、
    前記第４素子の電気抵抗は、前記第４交流磁界に対して偶関数の特性を有する、請求項６または７に記載の磁気センサ。
  9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気センサと、
    前記磁気センサから得られる信号を処理する処理部と、
    を備えた診断装置。
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