JP6829707B2 - センサ - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、センサに関する。
例えば、磁性層を用いたセンサがある。センサにより、例えば、ひずみが検出される。
特開２０１１−２４４９３８号公報
本発明の実施形態は、感度を向上できるセンサを提供する。
本発明の実施形態によれば、センサは、膜部と、前記膜部に固定された１つ以上の検知部と、処理部と、を含む。前記膜部のひずみの大きさは、第１範囲と、前記第１範囲よりも大きい第２範囲と、を含む。前記検知部は、第１磁性層を含む第１検知素子と、第２磁性層を含む第２検知素子と、を含む。前記第１検知素子の第１電気抵抗に対応する第１信号の第１変化率は、前記第１信号の第２変化率よりも高い。前記第１変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率である。前記第２変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率である。前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第２検知素子の第２電気抵抗に対応する第２信号の変化率は、前記第２変化率よりも高い。前記処理部は、前記膜部に第１ひずみが生じたときの前記第１信号に基づく第１値と、前記膜部に前記第１ひずみが生じたときの前記第２信号と、に基づく第２値を出力する第１動作を少なくとも実施可能である。
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。 図２は、第１実施形態に係るセンサの動作を例示するフローチャート図である。 図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式図である。 図４は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。 図５は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的斜視図である。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。 図８は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。 図９は、実施形態に係るセンサを例示する模式斜視図である。 図１０は、実施形態に係るセンサを例示する模式斜視図である。 図１１は、実施形態に係るセンサを例示する模式的斜視図である。
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（ｄ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図１（ａ）は、斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を例示する斜視図である。図１（ｃ）及び図１（ｄ）は、センサの特性を例示するグラフ図である。
図１（ａ）に示すように、実施形態に係るセンサ１１０は、膜部６０及び検知部２０を含む。検知部２０は、膜部６０に固定される。検知部２０の数は、１つ以上である。この例では、膜部６０の第１面６０ｆに、複数の検知部２０が設けられている。
この例では、処理部７０が設けられている。処理部７０は、複数の検知部２０の少なくとも１つと電気的に接続される。例えば、第１導電部Ｅ１及び第２導電部Ｅ２により検知部２０と処理部７０とが電気的に接続される。第１導電部Ｅ１及び第２導電部Ｅ２は、例えば、配線である。第１導電部Ｅ１及び第２導電部Ｅ２は、例えば、電極である。第１導電部Ｅ１及び第２導電部Ｅ２は、例えば、端子である。処理部７０は、例えば、処理回路を含む。
膜部６０は、変形可能である。膜部６０に力が加わると、膜部６０は変形する。膜部６０にひずみが生じる。膜部６０のひずみは、センサ１１０の検知対象である。
図１（ｂ）は、複数の検知部２０の１つを例示している。複数の検知部２０の１つは、第１検知素子５１及び第２検知素子５２を含む。
図１（ｂ）に示すように、第１検知素子５１は、第１磁性層１１を含む。この例では、第１検知素子５１は、第１対向磁性層１１ｏ及び第１非磁性層１１ｎをさらに含む。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２検知素子５２は、第２磁性層１２を含む。この例では、第２検知素子５２は、第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎをさらに含む。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。
膜部６０にひずみが生じると、これらの検知素子の電気抵抗が変化する。例えば、膜部６０のひずみに応じて、検知素子に含まれる磁性層にひずみが生じる。磁性層に歪が生じると、磁性層の磁化の向きが変化する。磁化の向きの変化は、例えば、逆磁歪効果（例えばビラリ現象）に基づく。検知素子に複数の磁性層が含まれる場合、複数の磁性層の磁化の向きの角度が、ひずみに応じて変化する。磁化の向きの角度の変化に基づいて、検知素子の電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化は、例えば、磁気抵抗効果に基づく。検知素子は、例えば、ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子を含んでも良い。
例えば、第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きは、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭの向きに比べて変化し易い。第２磁性層１２の磁化１２Ｍは、第２対向磁性層１２ｏの磁化１２ｏＭに比べて変化し易い。第１磁性層１１及び第２磁性層１２は、例えば、磁化自由層として機能しても良い。第１対向磁性層１１ｏ及び第２対向磁性層１２ｏは、例えば、参照層として機能しても良い。
この例では、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭは、第２対向磁性層１２ｏの磁化１２ｏＭに沿う。例えば、磁化１１ｏＭと磁化１２ｏＭとの間の角度は、−４５度を超え４５度未満である。または、この角度は、１３５度を超え２２５度未満である。この例では磁化１１ｏＭ及び磁化１２ｏＭは、Ｘ軸方向に対して、実質的に平行である。
実施形態において、膜部６０から第１磁性層１１への方向を便宜的に「積層方向」という。積層方向を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。積層方向は、例えば、膜部６０の第１面６０ｆと交差する。１つの例において、積層方向は、第１面６０ｆに対して垂直である。
実施形態において、積層方向（Ｚ軸方向）において、第１磁性層１１及び第１対向磁性層１１ｏの一方と、第１面６０ｆと、の間に、第１磁性層１１及び第１対向磁性層１１ｏの他方が設けられる。この例では、第１磁性層１１と第１面６０ｆとの間に、第１対向磁性層１１ｏが設けられている。
実施形態において、積層方向において、第２磁性層１２及び第２対向磁性層１２ｏの一方と、第１面６０ｆと、の間に、第２磁性層１２及び第２対向磁性層１２ｏの他方が設けられる。この例では、第２磁性層１２と第１面６０ｆとの間に、第２対向磁性層１２ｏが設けられている。
これらの検知素子の特性の例について説明する。
図１（ｃ）は、第１検知素子５１の特性を例示している。図１（ｄ）は、第２検知素子５２の特性を例示している。これらの図の横軸は、膜部６０のひずみεの大きさに対応する。図１（ｃ）の縦軸は、第１検知素子５１の第１電気抵抗Ｒ１に対応する。第１電気抵抗Ｒ１は、第１電気抵抗Ｒ１、第１電気抵抗Ｒ１に対応する電圧、または、第１電気抵抗Ｒ１に対応する電流でも良い。図１（ｄ）の縦軸は、第２検知素子５２の第２電気抵抗Ｒ２に対応する。第２電気抵抗Ｒ２は、第２電気抵抗Ｒ２、第２電気抵抗Ｒ２に対応する電圧、または、第２電気抵抗Ｒ２に対応する電流でも良い。
図１（ｃ）及び図１（ｄ）においては、膜部６０に生じるひずみεの方向の角度θが０度〜９０度の特性が示されている。角度θは、Ｘ軸方向と、ひずみεの方向と、の間の角度である。
図１（ｃ）に示すように、第１信号Ｓｇ１（例えば、第１電気抵抗Ｒ１）は、ひずみεが小さいときには、高い感度で変化する。第１信号Ｓｇ１（例えば、第１電気抵抗Ｒ１）は、ひずみεが大きいときには、実質的に変化せず飽和する。
図１（ｄ）に示すように、第２信号Ｓｇ２（例えば、第２電気抵抗Ｒ２）は、ひずみεが小さいとき、及び、大きいときに、変化する。
例えば、これらの図に示すように、膜部６０のひずみεの大きさは、第１範囲ｒ１及び第２範囲ｒ２を含む。第２範囲ｒ２は、第１範囲ｒ１よりも大きい。
第１信号Ｓｇ１の第１変化率ＣＲ１を、第１範囲ｒ１内のひずみεの大きさの変化に対する、第１信号Ｓｇ１の変化率とする（図１（ｃ）参照）。第１信号Ｓｇ１の第２変化率ＣＲ２を、第２範囲ｒ２内のひずみεの大きさの変化に対する、第１信号Ｓｇ１の変化率とする（図１（ｃ）参照）。第１変化率ＣＲ１は、第２変化率ＣＲ２よりも高い。この例では、第２変化率ＣＲ２は、実質的に０である。
図１（ｄ）に示すように、第２範囲ｒ２内のひずみεの大きさの変化に対する、第２信号Ｓｇ２の変化率Ｃａ２は、上記の第２変化率ＣＲ２（この例では、実質的に０）よりも高い。この例においては、実施形態において、第１範囲ｒ１内のひずみεの変化に対する、第２信号Ｓｇ２の変化率Ｃａ２は、第１変化率ＣＲ１（図１（ｃ）参照）よりも低い。例えば、第２信号Ｓｇ２の変化率（変化率Ｃａ１及び変化率Ｃａ２）は、第１検知素子５１の第２変化率ＣＲ２よりも高く、第１変化率ＣＲ１よりも低い。
図１（ｃ）に示すように、第１信号Ｓｇ１は、小さいひずみεで飽和する。第１信号Ｓｇ１の飽和した値は、ひずみεの方向（角度θ）に応じている。従って、第１信号Ｓｇ１の飽和した値から、ひずみεの方向（角度θ）を知ることができる。
一方、図１（ｄ）に示すように、ひずみの方向（角度θ）が分かれば、第２信号Ｓｇ２の値から、ひずみεの大きさが分かる。
実施形態においては、例えば、第１信号Ｓｇ１及び第２信号Ｓｇ２から、ひずみに関する情報を得ることができる。このひずみは、センサ１１０の検知対象のひずみ（例えば、第１ひずみ）である。
例えば、処理部７０は、以下の第１動作を少なくとも実施可能である。第１動作において、処理部７０は、第２値ＶＡ２（図１（ｄ）参照）を出力する。第１動作において、第１値ＶＡ１（図１（ｃ）参照）がさらに出力されても良い。第１値ＶＡ１は、膜部６０に第１ひずみε１（図１（ｃ）参照）が生じたときの第１信号Ｓｇ１に基づいている。第２値ＶＡ２は、膜部６０に第１ひずみε１が生じたときの第２信号Ｓｇ２と、この第１値ＶＡ１と、に基づく。例えば、処理部７０の出力部ＯＳ１から上記の値が出力される。
図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、第１ひずみε１は、第２範囲ｒ２内である。図１（ｃ）に示すように、ひずみεが第２範囲ｒ２内のときは、第１信号Ｓｇ１は、ひずみεの大きさに実質的に依存せず、ひずみεの方向（角度θ）に依存する。第１信号Ｓｇ１の値から、第１ひずみε１の方向（角度θ）に関する情報を得ることができる。この情報が、第１値ＶＡ１に対応する。第１値ＶＡ１は、第１ひずみε１の方向（角度θ）に対応し、図１（ｃ）の例では、６０度である。
図１（ｄ）に示すように、第１ひずみε１の方向（角度θ）が６０度のときにおいて、第２信号Ｓｇ２の値から、第２値ＶＡ２が得られる。
このように、第１値ＶＡ１は、第１ひずみε１の方向（角度θ）に関する情報を含む。第２値ＶＡ２は、第１ひずみε１の大きさに関する情報を含む。
例えば、第１検知素子５１だけを用いる第１参考例がある。この場合、第２範囲ｒ２の大きさのひずみεに対して第１信号は実質的に変化しない。このため、第１参考例においては、ひずみεの大きさを高感度で検出することが困難である。
一方、第２検知素子５２だけを用いる第２参考例がある。この場合、第２範囲ｒ２の大きさのひずみεに対して第２信号が変化する。しかしながら、図１（ｄ）に示すように、第２信号Ｓｇ２は、ひずみεの大きさに加えて、ひずみεの方向（角度θ）にも依存する。このため、第２参考例においても、ひずみεを高感度で検出することが困難である。
これに対して、実施形態においては、２種類の検知素子が設けられることで、検知対象の第１ひずみε１の、方向（角度θ）及び大きさを検出できる。実施形態によれば、感度を向上できるセンサを提供できる。
上記の例においては、角度θは、０度〜９０度である。上記の説明は、角度θが９０度〜１８０度、１８０度〜２７０度、または、２７０度〜３６０度の場合にも適用できる。
図２は、第１実施形態に係るセンサの動作を例示するフローチャート図である。
図２に示すように、第１信号Ｓｇ１に基づく第１値ＶＡ１を出力する（ステップＳ１１０）。第１信号Ｓｇ１は、膜部６０に第１ひずみε１が生じたときの第１電気抵抗Ｒ１に応じている。第１値ＶＡ１と、第２信号Ｓｇ２と、に基づく第２値ＶＡ２を出力する（ステップＳ１２０）。例えば、上記のステップＳ１１０及び１２０をふくむ第１動作を少なくとも実施する。このような動作は、例えば、処理部７０で行われても良い。
実施形態において、第２変化率ＣＲ２は、実質的に０でも良い。例えば、第１変化率ＣＲ１は、第２変化率ＣＲ２の５倍以上でも良い。例えば、第１変化率ＣＲ１は、第２変化率ＣＲ２の１０倍以上でも良い。
第１電気抵抗Ｒ１は、例えば、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｏとの間の電気抵抗に対応する。第２電気抵抗Ｒ２は、例えば、第２磁性層１２と第２対向磁性層１２ｏとの間の電気抵抗に対応する。
（第２実施形態）
図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図３（ａ）は、センサの一部を例示する斜視図である。図３（ｂ）〜図３（ｅ）は、センサの特性を例示するグラフ図である。
図３（ａ）に示すように実施形態に係るセンサ１２０は、膜部６０及び検知部２０を含む。センサ１２０は、処理部７０（図１（ａ）参照）をさらに含んでも良い。
センサ１２０においても、検知部２０は、膜部６０に固定される。膜部６０の第１面６０ｆに、複数の検知部２０が設けられても良い（図１（ａ）参照）。
検知部２０は、第１検知素子５１及び第２検知素子５２に加えて、第３検知素子５３及び第４検知素子５３をさらに含む。センサ１２０における第１検知素子５１及び第２検知素子５２の構成は、センサ１１０における第１検知素子５１及び第２検知素子５２の構成と同様でも良い。以下、第３検知素子５３及び第４検知素子５３の例について説明する。
図３（ａ）に示すように、第３検知素子５３は、例えば、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。
図３（ａ）に示すように、第４検知素子５４は、例えば、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。
例えば、積層方向（Ｚ軸方向）において、第３磁性層１３及び第３対向磁性層１３ｏの一方と、第１面６０ｆと、の間に、第１磁性層１３及び第１対向磁性層１３ｏの他方が設けられる。この例では、第３磁性層１３と第１面６０ｆとの間に、第１対向磁性層１３ｏが設けられる。
例えば、１方向において、第４磁性層１４及び第４対向磁性層１４ｏの一方と、第１面６０ｆと、の間に、第４磁性層１４及び第４対向磁性層１４ｏの他方が設けられる。この例では、第４磁性層１４と第１面６０ｆとの間に、第４対向磁性層１４ｏが設けられる。
実施形態において、第３対向磁性層１３ｏの磁化１３ｏＭは、第４対向磁性層１４ｏの磁化１４ｏＭに沿う。例えば、磁化１３ｏＭは、磁化１４ｏＭに対して実質的に平行でも良い。
第３対向磁性層１３ｏの磁化１３ｏＭは、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭと交差する。例えば、第４対向磁性層１４ｏの磁化１４ｏＭは、第２対向磁性層１２ｏの磁化１２ｏＭと交差する。
図３（ｂ）〜図３（ｅ）は、第１〜第４検知素子５１〜５４のそれぞれの特性を例示している。これらの図の横軸は、膜部６０のひずみεの大きさに対応する。センサ１２０においても、膜部６０のひずみεの大きさは、第１範囲ｒ１及び第２範囲ｒ２を含む。第２範囲ｒ２は、第１範囲ｒ１よりも大きい。図３（ｂ）〜図３（ｅ）の縦軸は、第１〜第４検知素子５１〜５４のそれぞれに対応する第１〜第４電気抵抗Ｒ１〜Ｒ４に対応する。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、センサ１２０における第１電気抵抗Ｒ１及び第２電気抵抗Ｒ２の特性は、センサ１１０における第１電気抵抗Ｒ１及び第２電気抵抗Ｒ２の特性と同様である。
第３検知素子５３の第３電気抵抗Ｒ３に対応する第３信号Ｓｇ３の第３変化率ＣＲ３（図３（ｄ）参照）は、第３信号Ｓｇ３の第４変化率ＣＲ４（図３（ｄ）参照）よりも高い。この第３変化率ＣＲ３は、第１範囲ｒ１内のひずみεの変化に対する第３信号Ｓｇ３の変化率である。この第４変化率ＣＲ４は、第２範囲ｒ２内のひずみεの変化に対する第３信号Ｓｇ３の変化率である。
第２範囲ｒ２内のひずみεの変化に対する第４検知素子５４の第４電気抵抗Ｒ４に対応する第４信号Ｓｇ４の変化率Ｃｂ２（図３（ｅ））は、上記の第４変化率ＣＲ４（図３（ｄ）参照）よりも高い。
処理部７０は、以下の第２動作を少なくともさらに実施可能でも良い。第２動作においては、処理部７０は、第４値ＶＡ４（図３（ｅ）参照）を出力する。第２動作において、処理部７０は、第３値ＶＡ３（図３（ｄ）参照）をさらに出力しても良い。第３値ＶＡ３は、膜部６０に第１ひずみε１が生じたときの第３信号Ｓｇ３に基づく（図３（ｄ）参照）。第４値ＶＡ４は、膜部６０に第１ひずみε１が生じたときの第４信号Ｓｇ４、及び、上記の第３値ＶＡ３に基づく（図３（ｅ）参照）。
図３（ｂ）に示すように、第１ひずみε１の方向（角度θ）が、第１検知素子５１の磁性層の磁化の方向に沿う場合、第１信号Ｓｇ１は、実質的に変化しない。このとき、図３（ｄ）に示すように、第１ひずみε１の方向（角度θ）は、第３検知素子５３の磁性層の磁化の方向と交差する。このため、第１ひずみε１に応じて第３信号Ｓｇ３が変化する。従って、第１検知素子５１で第１ひずみε１の検出が困難な場合でも、第３検知素子５３により、この第１ひずみε１を検出できる。同様に、第１ひずみε１の方向（角度θ）が、第２検知素子５２の磁性層の磁化の方向に沿う場合、第２信号Ｓｇ２は、実質的に変化しない。このとき、第４検知素子５４により、この第１ひずみε１を検出できる。
例えば、第３値ＶＡ３は、第１ひずみε１の方向（角度θ）に関する情報を含む。図３（ｄ）に示す例では、第３値ＶＡ３は、０度の角度θに対応する。第４値ＶＡ４は、第１ひずみε１の大きさに関する情報を含む。
センサ１２０においては、第１〜第４検知素子５１〜５４により、任意の方向の第１ひずみε１の方向（角度θ）及び大きさを検出できる。
実施形態に係る１つの例において、第１範囲ｒ１のひずみεの変化に対する第４検知素子５４の第４電気抵抗Ｒ４に対応する第４信号の変化率Ｃｂ１（図３（ｅ）参照）は、上記の第４変化率ＣＲ４（図３（ｄ）参照）よりも低い。
既に説明したように、第３対向磁性層１３ｏの磁化１３ｏＭは、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭと交差する。例えば、第３対向磁性層１３ｏの磁化１３ｏＭと、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭと、の間の角度は、４５度以上１３５度以下である。この角度は、例えば、６０度以上１２０度以下でも良い。図３（ｂ）〜図３（ｅ）では、この角度が９０度の場合が例示されている。
第３電気抵抗Ｒ３は、例えば、第３磁性層１３と第３対向磁性層１３ｏとの間の電気抵抗に対応する。第４電気抵抗Ｒ４は、例えば、第４磁性層１４と第４対向磁性層１４ｏとの間の電気抵抗に対応する。
図４は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。
図４は、膜部６０及び検知部２０の例を示している。図４に示すように、センサ１２０において、複数の検知部２０が設けられても良い。センサ１２０においては、複数の検知部２０のそれぞれにおける第１〜第４検知素子５１〜５４の位置は、同じである。
図５は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。
図５は、膜部６０及び検知部２０の例を示している。図５に示すように、実施形態に係るセンサ１２１においても、複数の検知部２０が設けられている。センサ１２１においては、複数の検知部２０の１つに含まれる第３検知素子５３と、複数の検知部２０の別の１つに含まれる第３検知素子５３と、の間に、複数の検知部２０の上記の１つに含まれる第１検知素子５１が設けられる。複数の検知部２０の上記の１つに含まれる第１検知素子５１と、複数の検知部２０の上記の別の１つに含まれる第３検知素子５３と、の間に、複数の検知部２０の上記の別の１つに含まれる第１検知素子５１が設けられる。
センサ１２１においては、複数の検知部２０の１つに含まれる第４検知素子５４と、複数の検知部２０の別の１つに含まれる第４検知素子５４と、の間に、複数の検知部２０の上記の１つに含まれる第２検知素子５２が設けられる。複数の検知部２０の上記の１つに含まれる第２検知素子５２と、複数の検知部２０の上記の別の１つに含まれる第４検知素子５４と、の間に、複数の検知部２０の上記の別の１つに含まれる第２検知素子５２が設けられる。
このように、複数の検知部２０のそれぞれにおける第１〜第４検知素子５１〜５４の位置は、種々の変形が可能である。
第２実施形態に係るセンサ１２０（図３（ａ）参照）は、以下の構成を含んでも良い。センサ１２０は、膜部６０と、膜部６０に固定された１つ以上の検知部２０と、を含む。検知部２０は、第１〜第４検知素子５１〜５４を含む。第１検知素子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検知素子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。第３検知素子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検知素子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。
例えば、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭは、第２対向磁性層１２ｏの磁化１２ｏＭに沿う。第３対向磁性層１３ｏの磁化１３ｏＭは、第４対向磁性層１４ｏの磁化１４ｏＭに沿う。第３対向磁性層１３ｏの磁化１３ｏＭは、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭと交差する。
図３（ｂ）〜図３（ｅ）に示すように、膜部６０のひずみεの大きさは、第１範囲ｒ１と、第１範囲ｒ１よりも大きい第２範囲ｒ２と、を含む。第１検知素子５１の第１電気抵抗Ｒ１に対応する第１信号Ｓｇ１の第１変化率ＣＲ１は、第１信号Ｓｇ１の第２変化率ＣＲ２よりも高い。第１変化率ＣＲ１は、第１範囲ｒ１内のひずみεの大きさの変化に対する第１信号Ｓｇ１の変化率である。第２変化率ＣＲ２は、第２範囲ｒ２内のひずみεの大きさの変化に対する第１信号Ｓｇ１の変化率である。第２範囲ｒ２内のひずみεの大きさの変化に対する第２検知素子５２の第２電気抵抗Ｒ２に対応する第２信号Ｓｇ２の変化率Ｃａ２は、第２変化率ＣＲ２よりも高い。第３検知素子５３の第３電気抵抗Ｒ３に対応する第３信号Ｓｇ３の第３変化率ＣＲ３は、第３信号Ｓｇ３の第４変化率ＣＲ４よりも高い。第３変化率ＣＲ３は、第１範囲ｒ１内のひずみεの変化に対する第３信号Ｓｇ３の変化率である。第４変化率ＣＲ４は、第２範囲ｒ２内のひずみεの変化に対する第３信号Ｓｇ３の変化率である。第２範囲ｒ２内のひずみεの変化に対する第４検知素子５４の第４電気抵抗Ｒ４に対応する第４信号Ｓｇ４の変化率Ｃｂ２は、上記の第４変化率ＣＲ４よりも高い。
図４及び図５に示すように、センサ１２０及び１２１は、膜部６０と、複数の第１検知素子５１と、第２検知素子５２と、を含んでも良い。これらの検知素子は、膜部６０に固定される。複数の第１検知素子５１の間に、第２検知素子５２が設けられる。センサ１２０及び１２１は、複数の第３検知素子５３と、第４検知素子５４と、を含んでも良い。これらの検知素子は、膜部６０に固定される。複数の第３検知素子５３の間に、第４検知素子５３が設けられる。
膜部６０と、第１検知素子５１と、複数の第２検知素子５２と、が設けられても良い。これらの検知素子は、膜部６０に固定される。複数の第２検知素子５２の間に、第１検知素子５１が設けられる。第３検知素子５３と、複数の第４検知素子５４と、を含んでも良い。これらの検知素子は、膜部６０に固定される。複数の第４検知素子５４の間に、第３検知素子５３が設けられる。
上記のセンサ１１０、１２０及び１２１において、検知部２０は、複数の第１〜第４検知素子５１〜５４を含んでも良い。以下、これらの検知素子の少なくとも一部が電気的に直列に接続されても良い。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的斜視図である。
図６（ａ）に示すように、複数の積層体が設けられている。複数の積層体は、磁性層１０Ａ、磁性層１０Ｂ及び非磁性層１０Ｃが設けられている。非磁性層１０Ｃは、磁性層１０Ａ及び磁性層１０Ｂの間に設けられる。積層体は、第１〜第４検知素子５１〜５４のいずれかに対応する。磁性層１０Ａは、例えば、第１〜第４磁性層１１〜１４のいずれかに対応する。磁性層１０Ｂは、例えば、第１〜第４対向磁性層１１ｏ〜１４ｏのいずれかに対応する。非磁性層１０Ｃは、例えば、第１〜第４非磁性層１１ｎ〜１４ｎのいずれかに対応する。
これらの複数の積層体の１つは、第１導電部Ｅ１及び第２導電部Ｅ２の間に設けられる。図６（ａ）に示す例では、接続導電部Ｅ３が設けられている。第１導電部Ｅ１、第２導電部Ｅ２及び接続導電部Ｅ３を介して、複数の積層体（第１〜第４検知素子５１〜５４のいずれか）の少なくとも２つは、電気的に直列に接続される。
図６（ｂ）に示す例では、第１導電部Ｅ１及び第２導電部Ｅ２を介して、複数の積層体（第１〜第４検知素子５１〜５４のいずれか）の少なくとも２つは、電気的に直列に接続される。
複数の積層体（第１〜第４積層体のいずれか）が電気的に直列に接続されることで、ノイズが抑制できる。
このとき、第１電気抵抗Ｒ１は、複数の第１検知素子５１の電気抵抗を含む。第２電気抵抗Ｒ２は、複数の第２検知素子５２の電気抵抗を含む。第３電気抵抗Ｒ３は、複数の第３検知素子５３の電気抵抗を含む。第４電気抵抗Ｒ４は、複数の第４検知素子５４の電気抵抗を含む。
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。
これらの図は、第１〜第４検知素子５１〜５４の構成の例を示している。これらの図においては、図の見易さのために、磁性層の位置と対向磁性層の位置とがシフトされて図示されている。
図７（ａ）に示すように、第１方向Ｄ１に沿う第１磁性層１１の第１長さ１１Ｌａは、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に沿う第１磁性層１１の第１交差方向長さ１１Ｌｂよりも長い。第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、第１面６０ｆ（図３（ａ）参照）に沿う。
図７（ｃ）に示すように、第１方向Ｄ１に沿う第２磁性層１２の第２長さ１２Ｌａは、第２方向Ｄ２に沿う第２磁性層１２の第２交差方向長さ１２Ｌｂよりも長い。
第１方向Ｄ１に沿う第２対向磁性層１２ｏの長さ１２Ｌｏａは、第２方向Ｄ２に沿う第２対向磁性層１２ｏの長さ１２ｏＬｂよりも長い。
図７（ｂ）に示すように、第１面６０ｆ（図３（ａ）参照）に沿う第３方向Ｄ３に沿う第３磁性層１３の第３長さ１３Ｌａは、第１面６０ｆに沿い第３方向Ｄ３と交差する第４方向Ｄ４に沿う第３磁性層１３の第３交差方向長さ１３Ｌｂよりも長い。
図７（ｄ）に示すように、第３方向Ｄ３に沿う第４磁性層１４の第４長さ１４Ｌａは、第４方向Ｄ４に沿う第４磁性層１４の第４交差方向長さ１４Ｌｂよりも長い。
このような第１磁性層１１においては、第１磁性層１１の磁化１１Ｍは、第１方向Ｄ１に沿い易い。このような第２磁性層１２においては、第２磁性層１２の磁化１２Ｍは、第１方向Ｄ１に沿い易い。このような第３磁性層１３においては、第３磁性層１３の磁化１３Ｍは、第３方向Ｄ３に沿い易い。このような第４磁性層１４においては、第４磁性層１４の磁化１４Ｍは、第３方向Ｄ３に沿い易い。
このような構成により、図３（ｂ）〜図３（ｅ）に例示した特性が得易くなる。
第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１と交差する。第４方向Ｄ４は、第２方向Ｄ２と交差する。
第１方向Ｄ１は、例えば、Ｘ軸方向に沿う。第２方向Ｄ２は、例えば、Ｙ軸方向に沿う。第３方向Ｄ３は、例えば、Ｙ軸方向に沿う。第４方向Ｄ４は、例えば、Ｘ軸方向に沿う。第１方向Ｄ１は、例えば、第２方向Ｄ２と直交する。第３方向Ｄ３は、例えば、第４方向Ｄ４と直交する。
第１磁性層１１及び第２磁性層１２において、アスペクト比が互いに異なっても良い。例えば、第１長さ１１Ｌａの第１交差方向長さ１１Ｌｂに対する比は、第２長さ１２Ｌａの第２交差方向長さ１２Ｌｂに対する比よりも低い。これにより、例えば、第１磁性層１１の磁化１１Ｍは、第２磁性層１２の磁化１２Ｍよりも変化し易い。
第３磁性層１３及び第４磁性層１４において、アスペクト比が互いに異なっても良い。例えば、第３長さ１３Ｌａの第３交差方向長さ１３Ｌｂに対する比は、第４長さ１４Ｌａの第４交差方向長さ１４Ｌｂに対する比よりも低い。これにより、例えば、第３磁性層１３の磁化１３Ｍは、第４磁性層１４の磁化１４Ｍよりも変化し易い。
図７（ａ）に示すように、第１方向Ｄ１に沿う第１対向磁性層１１ｏの長さ１１ｏＬａは、第２方向Ｄ２に沿う第１対向磁性層１１ｏの長さ１１ｏＬｂよりも長い。図７（ｃ）に示すように、第１方向Ｄ１に沿う第２対向磁性層１２ｏの長さ１２ｏＬａは、第２方向Ｄ２に沿う第２対向磁性層１２ｏの長さ１２ｏＬｂよりも長い。図７（ｂ）に示すように、第３方向Ｄ３に沿う第３対向磁性層１３ｏの長さ１３ｏＬａは、第４方向Ｄ４に沿う第３対向磁性層１３ｏの長さ１３ｏＬｂよりも長い。図７（ｄ）に示すように、第３方向Ｄ３に沿う第４対向磁性層１４ｏの長さ１４ｏＬａは、第４方向Ｄ４に沿う第４対向磁性層１４ｏの長さ１４ｏＬｂよりも長い。
図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すような構成により、磁性層に形状異方性が生じる。形状異方性により、例えば、第１〜第４検知素子５１〜５４のそれぞれにおいて、図３（ｂ）〜図３（ｅ）に例示したそれぞれの特性が得易くなる。
実施形態において、第１磁性層１１は、例えば、強磁性体材料を含む。第１磁性層１１は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含む強磁性体材料を含む。第１磁性層１１は、例えば、ＦｅＣｏ合金等を含む。第１磁性層１１は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ（磁歪定数）が大きいＦｅ−Ｇａ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ合金、Ｔｂ−Ｍ−Ｆｅ合金、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金、Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌ、及び、フェライトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの材料においては、例えば、λｓ（磁歪定数）が大きい。上記のＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金において、Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。上記のＴｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金において、Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ２は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。上記のＦｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金において、Ｍ３は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａよりなる群から選択された少なくとも１つである。Ｍ４は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＥｒよりなる群から選択された少なくとも１つである。上記のフェライトは、Ｆｅ３Ｏ４、及び、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１の厚さは、例えば２ｎｍ以上である。
第１磁性層１１は、ホウ素を含む磁性材料を含んでも良い。第１磁性層１１は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）とを含む合金を含んでも良い。第１磁性層１１は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｂ合金を含んでも良い。例えば、第１磁性層１１は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０合金を含む。第１磁性層１１が、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉよりなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）と、を含む合金を含む場合、第１磁性層１１は、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つをさらに含んでも良い。これらの元素を含むことで、例えば、高い磁歪定数が得やすくなる。第１磁性層１１は、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金を含んでも良い。第１磁性層１１がこのようなホウ素を含む磁性材料を含むことで、例えば、第１磁性層１１の保磁力（Ｈｃ）が低くなる。例えば、歪に対する磁化方向の変化が容易となる。これにより、高い感度が得られる。
第１磁性層１１におけるホウ素濃度（例えば、ホウ素の組成比）は、５ａｔ．％（原子パーセント）以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得易くなる。第１磁性層１１（例えば磁化自由層）におけるホウ素濃度は、３５ａｔ．％以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。第１磁性層１１におけるホウ素濃度は、例えば、５ａｔ．％以上３５ａｔ．％以下が好ましく、１０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下がさらに好ましい。
第１磁性層１１に含まれる磁性膜の一部が、Ｆｅ１−ｙＢｙ（０＜ｙ≦０．３）、または（ＦｅｚＸ１−ｚ）１−ｙＢｙ（Ｘは、ＣｏまたはＮｉ、０．８≦ｚ＜１、０＜ｙ≦０．３）を含む場合、例えば、大きい磁歪定数λと、低い保磁力と、が得やすくなる。このため、高い歪感度を得る観点で、特に好ましい。例えば、第１磁性層１１は、Ｆｅ８０Ｂ２０（厚さは４ｎｍ）を含む。第１磁性層１１は、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（厚さは０．５ｎｍ）／Ｆｅ８０Ｂ２０（厚さは、４ｎｍ）を含む。
第２磁性層１２は、例えば、第１磁性層１１と同じ材料を含んでも良い。第３磁性層１３は、第１磁性層１１と同じ材料を含んでも良い。第４磁性層１４は、第１磁性層１１と同じ材料を含んでも良い。
実施形態においては、第２磁性層１２は、第１磁性層１１と異なる材料を含んでも良い。第４磁性層１４は、第１磁性層１１と異なる材料を含んでも良い。
例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）における組成は、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）における組成とは異なる。例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの少なくとも１つを第１濃度で含む。第２磁性層１２（および第４磁性層１４）は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮ１の上記の少なくとも１つを第２濃度で含む。第２濃度は、第１濃度とは異なる。
例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）におけるＦｅの濃度（組成比）は、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）におけるＦｅの濃度（組成比）とは異なる。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）におけるＣｏの濃度（組成比）は、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）におけるＣｏの濃度（組成比）とは異なる。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）におけるＮｉの濃度（組成比）は、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）におけるＮｉの濃度（組成比）とは異なる。
例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）と第２磁性層１２（および第４磁性層１４）とで、Ｂ（ボロン）の濃度が異なっても良い。例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）におけるＢの組成比は、１０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下である。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）におけるＢの組成比は、０ａｔ．％以上１０ａｔ．％未満である。例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの少なくとも１つと、Ｂと、を含む。第２磁性層１２（および第４磁性層１４）は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮ１の少なくとも１つを含み、Ｂを含まない。
例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの少なくとも１つと、Ｂと、を含む。第２磁性層１２（および第４磁性層１４）は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮ１の少なくとも１つと、Ｂと、を含む。そして、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）含まれるＢの濃度（組成比）は、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）に含まれるＢの濃度（組成比）よりも低い。例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）におけるＦｅの組成比は、６０ａｔ．％（原子パーセント）以上１００ａｔ．％以下である。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）におけるＦｅの組成比は、０ａｔ．％以上６０ａｔ．％未満である。例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）におけるＢの組成比は、１０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下である。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）におけるＢの組成比は、０ａｔ．％以上１０ａｔ．％未満である。
例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を含む。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）は、Ｃｏ５０Ｆｅ５０を含む。
例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）は、Ｆｅ８０Ｂ２０を含む。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を含む。
これらの磁性層における組成は、例えば、断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）及びＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）の組み合わせの分析手法により、求められる。これらの磁性層における組成は、例えば、断面ＴＥＭ、及び、ＥＥＬＳ（Electron Energy-Loss Spectroscopy）の組み合わせの分析手法により、求められる。これらの磁性層における組成は、例えば、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）などの分析手法により、求められる。
例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）及び第２磁性層１２（および第４磁性層１４）において、結晶性が異なっても良い。例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）は、アモルファス領域を含む。第２磁性層１２（および第４磁性層１４）は、結晶領域を含む。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）は、アモルファス領域を含まない。例えば、第２磁性層１２（および第４磁性層１４）におけるアモルファス領域の量（例えば、単位断面積あたりのアモルファス領域の広さ）は、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）におけるアモルファス領域の量（例えば、単位断面積あたりのアモルファス領域の広さ）よりも少ない。例えば、第１磁性層１１（および第３磁性層１３）は、結晶領域を実質的に含まなくても良い。
これらの磁性層における結晶性は、例えば、断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）などの分析手法により、求められる。
このような材料の違いにより、例えば、第１〜第４検知素子５１〜５４のそれぞれにおいて、図３（ｂ）〜図３（ｅ）に例示したそれぞれの特性が得易くなる。
実施形態において、第１対向磁性層１１ｏは、例えば、強磁性体材料を含む。第１対向磁性層１１ｏは、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉを含む強磁性体材料を含む。第１対向磁性層１１ｏは、例えば、ＮｉＦｅ等を含む。第１対向磁性層１１ｏは、例えばＮｉＦｅＣｏ等を含む。第１対向磁性層１１ｏが、λｓ（磁歪定数）の低い、またはλｓ（磁歪定数）が実質的にゼロの材料を含むでも良い。これにより、例えば、第１磁性層１１と比較して歪に対して磁化回転が生じ難くなる。または、歪に対して磁化回転が実質的に生じなくなる。例えば、第１対向磁性層１１ｏは、Ｎｉ１−ｙＦｅｙ（０．１５≦ｙ≦０．２５）を含む磁性層を含む。
実施形態において、第１非磁性層１１ｎは、例えば、金属、絶縁体または半導体を含む。この金属は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ及びＡｇよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１非磁性層１１ｎが金属を含む、第１非磁性層１１ｎの厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下程度である。上記の絶縁体または上記の半導体は、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（ＴｉＯ等）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ等）、及び、ガリウム酸化物（Ｇａ−Ｏ）よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１非磁性層１１ｎが絶縁体または半導体を含む場合、第１非磁性層１１ｎの厚さは、例えば０．６ｎｍ以上３ｎｍ以下程度である。例えば、第１非磁性層１１ｎは、例えば、２ｎｍの厚さのＭｇＯ層を含む。
図８は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。
図８においては、図の見易さのために、非磁性層が省略されている。さらに、磁性層の位置と対向磁性層の位置とがシフトされて図示されている。
図８に示すように、実施形態に係るセンサ１４０においては、検知部２０において、第１〜第４検知素子５１〜５４が設けられる。第１検知素子５１は、複数の積層体を含む。この複数の積層体の１つは、第１磁性層１１及び第１対向磁性層１１ｏを含む。第２検知素子５２は、複数の積層体を含む。この複数の積層体の１つは、第２磁性層１２及び第２対向磁性層１２ｏを含む。第３検知素子５３は、複数の積層体を含む。この複数の積層体の１つは、第３磁性層１３及び第３対向磁性層１３ｏを含む。第４検知素子５４は、複数の積層体を含む。この複数の積層体の１つは、第４磁性層１４及び第４対向磁性層１４ｏを含む。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に関して説明したように、複数の第１検知素子５１の少なくとも２つは、電気的に直列に接続される。
図９は、実施形態に係るセンサを例示する模式斜視図である。
図９に示すように、実施形態に係るセンサ１５０において、検知部２０において、第１〜第４検知素子５１〜５４が設けられる。
第１検知素子５１は、第１下部電極１１ａ、第１下地層１１ｕ、第１ピニング層１１ｖ、第１固着磁性層１１ｐ、第１磁気結合層１１ｅ、第１対向磁性層１１ｏ、第１非磁性層１１ｎ、第１磁性層１１、第１キャップ層１１ｃ及び第１上部電極１１ｂを含む。
第２検知素子５２は、第２下部電極１２ａ、第２下地層１２ｕ、第２ピニング層１２ｖ、第２固着磁性層１２ｐ、第２磁気結合層１２ｅ、第２対向磁性層１２ｏ、第２非磁性層１２ｎ、第２磁性層１２、第２キャップ層１２ｃ及び第１上部電極１２ｂを含む。
第３検知素子５３は、第３下部電極１３ａ、第３下地層１３ｕ、第３ピニング層１３ｖ、第３固着磁性層１３ｐ、第３磁気結合層１３ｅ、第３対向磁性層１３ｏ、第３非磁性層１３ｎ、第３磁性層１３、第３キャップ層１３ｃ及び第１上部電極１３ｂを含む。
第４検知素子５４は、第４下部電極１４ａ、第４下地層１４ｕ、第４ピニング層１４ｖ、第４固着磁性層１４ｐ、第４磁気結合層１４ｅ、第４対向磁性層１４ｏ、第４非磁性層１４ｎ、第４磁性層１４、第４キャップ層１４ｃ及び第１上部電極１４ｂを含む。
図９に示す第１〜第４検知素子５１〜５４の例においては、第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３及び第４磁性層１４は磁化自由層である。第１対向磁性層１１ｏ、第２対向磁性層１２ｏ、第３対向磁性層１３ｏ及び第４対向磁性層１４ｏは、磁化固定層である。磁化固定層において、磁化が固定される。
第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及び、金（Ａｕ）の少なくともいずれかを含む。これらの材料において、電気抵抗が比較的低い、第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂがこれらの材料を含むことで、例えば、第１検知素子５１に効率的に電流を流すことができる。第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂは、非磁性材料を含む。
第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂは、例えば、第１下部電極膜及び第１上部電極膜（図示せず）と、第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂ用のキャップ層（図示せず）と、それらの間に設けられたＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、及び、Ａｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む層と、を含んでも良い。例えば、第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂには、タンタル（Ｔａ）／銅（Ｃｕ）／タンタル（Ｔａ）などを含んでも良い。第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂの下地層がＴａを含むことで、例えば、基板（例えば膜部６０）と、第１下部電極１１ａと、の密着性が向上する。第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂ用の下地層は、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを含んでも良い。
第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂのキャップ層がＴａを含むことで、そのキャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化が抑制される。第１下部電極１１ａ及び第１上部電極１１ｂ用のキャップ層として、チタン（Ｔｉ）、または、窒化チタン（ＴｉＮ）などを含んでも良い。
第２下部電極１２ａ、第３下部電極１３ａ、及び第４下部電極１４ａは、例えば、第１下部電極１１ａに関して説明した材料を含む。第２下部電極１２ａ、第３下部電極１３ａ、及び第４下部電極１４ａは、例えば、第１下部電極１１ａの材料と同じ材料を含んでも良い。
第２上部電極１２ｂ、第３上部電極１３ｂ、及び第４上部電極１４ｂは、例えば、第１上部電極１１ｂに関して説明した材料を含む。第２上部電極１２ｂ、第３上部電極１３ｂ、及び第４上部電極１４ｂは、例えば、第１上部電極１１ｂの材料と同じ材料を含んでも良い。
第１下地層１１ｕは、例えば、バッファ層（図示せず）と、シード層（図示せず）とを含む積層構造を有しても良い。このバッファ層は、例えば、第１下部電極１１ａまたは膜部６０等の表面の荒れを緩和する。バッファ層は、例えば、バッファ層の上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層は、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。バッファ層として、上記の群から選択された少なくとも１つを含む合金を含んでも良い。
第１下地層１１ｕに含まれるバッファ層の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。バッファ層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎると、バッファ効果が不十分になる場合がある。バッファ層の厚さが厚すぎると、第１検知素子５１の厚さが過度に厚くなる。バッファ層の上にシード層が形成され、例えば、そのシード層がバッファ効果を有しても良い。この場合、バッファ層は省略されても良い。バッファ層は、例えば、３ｎｍの厚さのＴａ層を含む。
第１下地層１１ｕに含まれるシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶配向を制御する。このシード層は、このシード層の上に積層される層の結晶粒径を制御する。このシード層は、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）の金属等を含む。
第１下地層１１ｕに含まれるシード層は、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）、または、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ、または、ｆｃｃ構造のＣｕを含む。これにより、例えば、シード層の上の磁性層の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。シード層は、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層を含んでも良い。シード層の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。この場合、例えば、シード層の上に形成される層の結晶配向性を高めることができる。シード層の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮される。
第２下地層１２ｕ、第３下地層１３ｕ及び第４下地層１４ｕは、第１下地層１１ｕに関して説明した材料を含む。第２下地層１２ｕ、第３下地層１３ｕ及び第４下地層１４ｕは、第１下地層１１ｕの材料と同じ材料を含んでも良い。
第１ピニング層１１ｖは、例えば、第１ピニング層１１ｖの上に形成される第１固着磁性層１１ｐ（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を与えて、第１固着磁性層１１ｐの磁化を固定する。第１ピニング層１１ｖは、例えば、反強磁性層を含む。第１ピニング層１１ｖは、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ及びＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくとも１つを含む用。第１ピニング層１１ｖは、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ及びＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくとも１つと、他の元素と、を含む合金を含んでも良い。第１ピニング層１１ｖの厚さは、適切に設定される。例えば、十分な強さの一方向異方性が第１固着磁性層１１ｐに与えられる。
例えば、磁界印加中での熱処理が行われる。これにより、例えば、第１ピニング層１１ｖに接する強磁性層の磁化の固定が行われる。熱処理時に印加されている磁界の方向に第１ピニング層１１ｖに接する強磁性層の磁化が固定される。熱処理温度（アニール温度）は、例えば、第１ピニング層１１ｖに用いられる反強磁性材料の磁化固着温度以上である。例えば、第１ピニング層１１ｖがＭｎを含む反強磁性層を含む場合、第１ピニング層１１ｖ以外の層にＭｎが拡散してＭＲ変化率を低減する場合がある。熱処理温度は、Ｍｎの拡散が生じる温度以下に設定することが望ましい。熱処理温度は、例えば２００℃以上５００℃以下である。熱処理温度は、例えば、好ましくは、２５０℃以上４００℃以下である。
第１ピニング層１１ｖがＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎを含む場合には、第１ピニング層１１ｖの厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。第１ピニング層１１ｖの厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。第１ピニング層１１ｖがＩｒＭｎを含む場合には、第１ピニング層１１ｖがＰｔＭｎを含む場合の厚さよりも薄い厚さで、他の層に一方向異方性を与えることができる。第１ピニング層１１ｖがＩｒＭｎを含む場合には、第１ピニング層１１ｖの厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。第１ピニング層１１ｖの厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。第１ピニング層１１ｖには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層を含む。
第１ピニング層１１ｖは、ハード磁性層を含んでも良い。ハード磁性層は、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、及び、Ｆｅ−Ｐｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの材料においては、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、ハード磁性材料である。第１ピニング層１１ｖが、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、及び、Ｆｅ−Ｐｄよりなる群から選択された少なくとも１つと、他の元素と、を含む合金を含んでも良い。例えば、第１ピニング層１１ｖは、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、または、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は、４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）を含んでも良い。
第２ピニング層１２ｖ、第３ピニング層１３ｖ及び第４ピニング層１４ｖは、例えば、第１ピニング層１１ｖに関して説明した材料を含む。第２ピニング層１２ｖ、第３ピニング層１３ｖ及び第４ピニング層１４ｖは、例えば、第１ピニング層１１ｖの材料と同じ材料を含んでも良い。
第３ピニング層１３ｖ（及び第４ピニング層１４ｖ）は、第１ピニング層１１ｖ及び第２ピニング層１２ｖとは異なる材料を含んでも良い。例えば、第３ピニング層１３ｖ（及び第４ピニング層１４ｖ）がＰｔ−Ｍｎ合金を含み、第１ピニング層１１ｖ（及び第２ピニング層１２ｖ）がＩｒ−Ｍｎ合金を含んでも良い。このように異なる材料を用いることによって、第３対向磁性層の磁化１３ｏＭ（及び第４対向磁性層の磁化１４ｏＭ）を、第１対向磁性層の磁化１１ｏＭ（及び第２対向磁性層の磁化１２ｏＭ）と交差させやすくなる（図９参照）。
第１固着磁性層１１ｐは、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）、及び、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下）よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１固着磁性層１１ｐは、これらの材料と、非磁性元素と、を含む材料を含んでも良い。第１固着磁性層１１ｐは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１固着磁性層１１ｐとして、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１を含む合金を含んでも良い。
第１固着磁性層１１ｐの厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、第１固着磁性層１１ｐによる一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第１固着磁性層１１ｐの上に形成される磁気結合層を介して、第１固着磁性層１１ｐと第１対向磁性層１１ｏとの間の反強磁性結合磁界の強度をより強くすることができる。例えば、第１固着磁性層１１ｐの磁気膜厚（飽和磁化と厚さとの積）は、第１対向磁性層１１ｏの磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。
図９に例示するセンサ１５０において、第１検知素子５１において、第１固着磁性層１１ｐと第１磁気結合層１１ｅと第１対向磁性層１１ｏとにより、シンセティックピン構造が設けられている。第１検知素子５１において、１層の磁化固定層のシングルピン構造が設けられても良い。この場合、第１固着磁性層１１ｐと第１磁気結合層１１ｅは省略される。
第２固着磁性層１２ｐ、第３固着磁性層１３ｐ及び第４固着磁性層１４ｐは、例えば、第１固着磁性層１１ｐに関して説明した材料を含む。第２固着磁性層１２ｐ、第３固着磁性層１３ｐ及び第４固着磁性層１４ｐは、例えば、第１固着磁性層１１ｐの材料と同じ材料を含んでも良い。
第１磁気結合層１１ｅは、第１固着磁性層１１ｐと第１対向磁性層１１ｏとの間において、反強磁性結合を生じさせる。第１磁気結合層１１ｅは、シンセティックピン構造を形成する。第１磁気結合層１１ｅは、例えば、Ｒｕを含む。第１磁気結合層１１ｅの厚さは、例えば、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第１磁気結合層１１ｅは、第１固着磁性層１１ｐと第１対向磁性層１１ｏとの間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料を含む。例えば、第１磁気結合層１１ｅは、例えば、Ｉｒを含む。第１磁気結合層１１ｅの厚さは、例えば、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定される。第１磁気結合層１１ｅの厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定されても良い。第１磁気結合層１１ｅの材料は、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層を含む。これにより、高信頼性の結合がより安定して得られる。
第２磁気結合層１２ｅ、第３磁気結合層１３ｅ及び第４磁気結合層１４ｅは、例えば、第１磁気結合層１１ｅに関して説明した材料を含む。第２磁気結合層１２ｅ、第３磁気結合層１３ｅ及び第４磁気結合層１４ｅは、例えば、第１磁気結合層１１ｅの材料と同じ材料を含む。
第１対向磁性層１１ｏは、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を含む。第１対向磁性層１１ｏは、例えば、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金（ｘは、０ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上３０ａｔ．％以下）を含む。
第１対向磁性層１１ｏの上に形成される層（例えば第１非磁性層１１ｎ）を平坦化することができる。第１非磁性層１１ｎの平坦化により、第１非磁性層１１ｎの欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗で、より高いＭＲ変化率が得られる。例えば、第１非磁性層１１ｎがＭｇＯを含む場合に、第１対向磁性層１１ｏは、例えば、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を含む。この場合、ＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性をより高くすることで、より高いＭＲ変化率が得られる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金は、アニール時にＭｇＯ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より高いＭＲ変化率が得られる。
第１対向磁性層１１ｏは、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を含んでも良い。
第１対向磁性層１１ｏが厚いと、より高いＭＲ変化率が得られる。第１対向磁性層１１ｏが薄いと、例えば、より大きな固定磁界が得られる。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第１対向磁性層１１ｏの厚さにおいてトレードオフの関係が存在する。第１対向磁性層１１ｏがＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を含む場合には、第１対向磁性層１１ｏの厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第１対向磁性層１１ｏの厚さは、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
第１対向磁性層１１ｏは、ｆｃｃ構造のＣｏ９０Ｆｅ１０合金、ｈｃｐ構造のＣｏ、及び、ｈｃｐ構造のＣｏ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対向磁性層１１ｏは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１対向磁性層１１ｏは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む合金を含んでも良い。第１対向磁性層１１ｏは、例えば、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金、５０％以上のコバルト組成を含むＣｏ合金、及び、５０％以上のＮｉ組成の材料（Ｎｉ合金）よりなる群から選択された少なくとも１つを含むことで、例えば、より高いＭＲ変化率が得られる。
第２対向磁性層１２ｏ、第３対向磁性層１３ｏ及び第４対向磁性層１４ｏは、例えば、第１対向磁性層１１ｏに関して説明した材料を含む。第２対向磁性層１２ｏ、第３対向磁性層１３ｏ及び第４対向磁性層１４ｏは、例えば、第１対向磁性層１１ｏの材料と同じ材料を含んでも良い。
第１非磁性層１１ｎ、第２非磁性層１２ｎ、第３非磁性層１３ｎ及び第４非磁性層１４ｎは、例えば、前述のセンサ１２０における第１非磁性層１１ｎ、第２非磁性層１２ｎ、第３非磁性層１３ｎ及び第４非磁性層１４ｎのそれぞれに関して説明した材料を含む。第１非磁性層１１ｎ、第２非磁性層１２ｎ、第３非磁性層１３ｎ及び第４非磁性層１４ｎは、例えば、前述のセンサ１２０における第１非磁性層１１ｎ、第２非磁性層１２ｎ、第３非磁性層１３ｎ及び第４非磁性層１４ｎのそれぞれの材料と同じ材料を含んでも良い。
第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３及び第４磁性層１４は、例えば、前述のセンサ１２０における第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３及び第４磁性層１４のそれぞれも関して説明した材料を含んでも良い。第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３及び第４磁性層１４は、例えば、前述のセンサ１２０における第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３及び第４磁性層１４のそれぞれの材料と同じ材料を含んでも良い。
第１キャップ層１１ｃは、第１キャップ層１１ｃの下に設けられる層を保護する。第１キャップ層１１ｃは、例えば、複数の金属層を含む。第１キャップ層１１ｃは、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）を有する。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。第１キャップ層１１ｃは、他の金属層を含んでも良い。第１キャップ層１１ｃの構成は、任意である。例えば、第１キャップ層１１ｃは、非磁性材料を含む。例えば、第１キャップ層１１ｃは、第１キャップ層１１ｃの下に設けられる層を保護可能な他の材料を含んでも良い。
第２キャップ層１２ｃ、第３キャップ層１３ｃ及び第４キャップ層１４ｃは、第１キャップ層１１ｃに関して説明した材料を含む。第２キャップ層１２ｃ、第３キャップ層１３ｃ及び第４キャップ層１４ｃは、第１キャップ層１１ｃの材料と同じ材料を含んでも良い。
第１磁性層１１がホウ素を含む磁性材料を含む場合、第１磁性層１１と第１キャップ層１１ｃとの間に別の層が設けられても良い。この別の層は、例えば、酸化物及び窒化物よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。この層は、例えば、拡散抑制層として機能する。これにより、例えば、ホウ素の拡散が抑制される。拡散抑制層が設けられることにより、例えば、第１磁性層１１に含まれるホウ素の拡散が抑制される。例えば、第１磁性層１１のアモルファス構造を保つことが容易になる。拡散抑制層は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｄ及びＧａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む酸化物を含む。拡散抑制は、例えば、上記の少なくとも１つの元素を含む窒化物を含む。拡散抑制層は、例えば、磁気抵抗効果には実質的に寄与しない層である。拡散抑制層の面積抵抗は、低いことが好ましい。例えば、拡散抑制層の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層（例えば第１非磁性層１１ｎ）の面積抵抗よりも低く設定されることが好ましい。拡散抑制層は、例えば、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ及びＧａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む酸化物、及び、上記の少なくとも１つの元素を含む窒化物の少なくともいずれかを含む。この場合、拡散抑制層の面積抵抗を下げ易い。これらの材料において、バリアハイトは低い。拡散抑制層は、化学結合の強い酸化物を含むことが好ましい。これにより、例えば、ホウ素の拡散をより抑制し易くなる。拡散抑制層は、例えば、１．５ｎｍのＭｇＯ層を含む。酸窒化物は、酸化物及び窒化物のいずれかに含まれる。
拡散抑制層が、酸化物または窒化物を含む場合、拡散抑制層の厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上が好ましい。これより、ホウ素の拡散抑制機能が十分に発揮される。拡散抑制層の厚さは、５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、低い面積抵抗が得られる。拡散抑制層の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。
拡散抑制層は、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくともいずれかを含んでも良い。拡散抑制層は、これらの軽元素を含む材料を含む。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。拡散抑制層と磁化自由層との界面を含む部分に、例えば、Ｍｇ−Ｂ化合物、Ａｌ−Ｂ化合物、及び、Ｓｉ−Ｂ化合物の少なくともいずれかが形成される。これらの化合物が、ホウ素の拡散を抑制する。
図１０は、実施形態に係るセンサを例示する模式斜視図である。
図１０に示すように、実施形態に係るセンサ１５１において、検知部２０において、第１〜第４検知素子５１〜５４が設けられる。
第１検知素子５１は、第１下部電極１１ａ、第１下地層１１ｕ、第１ピニング層１１ｖ、第１固着磁性層１１ｐ、第１磁気結合層１１ｅ、第１対向磁性層１１ｏ、第１非磁性層１１ｎ、第１磁性層１１、第１磁気結合調整層１１ｄ、第１対向ピニング層１１ｗ、第１キャップ層１１ｃ及び第１上部電極１１ｂを含む。
第２検知素子５２は、第２下部電極１２ａ、第２下地層１２ｕ、第２ピニング層１２ｖ、第２固着磁性層１２ｐ、第２磁気結合層１２ｅ、第２対向磁性層１２ｏ、第２非磁性層１２ｎ、第２磁性層１２、第２磁気結合調整層１２ｄ、第２対向ピニング層１２ｗ、第２キャップ層１２ｃ及び第１上部電極１２ｂを含む。
第３検知素子５３は、第３下部電極１３ａ、第３下地層１３ｕ、第３ピニング層１３ｖ、第３固着磁性層１３ｐ、第３磁気結合層１３ｅ、第３対向磁性層１３ｏ、第３非磁性層１３ｎ、第３磁性層１３、第３磁気結合調整層１３ｄ、第３対向ピニング層１３ｗ、第３キャップ層１３ｃ及び第１上部電極１３ｂを含む。
第４検知素子５４は、第４下部電極１４ａ、第４下地層１４ｕ、第４ピニング層１４ｖ、第４固着磁性層１４ｐ、第４磁気結合層１４ｅ、第４対向磁性層１４ｏ、第４非磁性層１４ｎ、第４磁性層１４、第４磁気結合調整層１４ｄ、第４対向ピニング層１４ｗ、第４キャップ層１４ｃ及び第４上部電極１４ｂを含む。
センサ１５１における第１〜第４検知素子５１〜５４は、センサ１５０における第１〜第４検知素子５１〜５４において、さらに第１〜第４磁気結合調整層１１ｄ〜１４ｄ及び第１〜第４対向ピニング層１１ｗ〜１４ｗをそれぞれ含む。
センサ１５１における第１〜第４下部電極１１ａ〜１４ａ、第１〜第４下地層１１ｕ〜１４ｕ、第１〜第４ピニング層１１ｖ〜１４ｖ、第１〜第４固着磁性層１１ｐ〜１４ｐ、第１〜第４磁気結合層１１ｅ〜１４ｅ、第１対向磁性層１１ｏ〜１４ｏ、第１〜第４非磁性層１１ｎ〜１４ｎ、第１〜第４磁性層１１〜１４、第１〜第４キャップ層１１ｃ〜１４ｃ、及び、第１〜第４上部電極１１ｂ〜１４ｂは、例えば、センサ１５０に関して説明した材料を含む。
第１磁気結合調整層１１ｄは、例えば、非磁性材料を含む。第１磁気結合調整層１１ｄは、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも一つの元素を含む。例えば、第１磁気結合調整層１１ｄは、０．８ｎｍのＲｕ層を含む。第２磁気結合調整層１２ｄ、第３磁気結合調整層１３ｄ及び第４磁気結合調整層１４ｄは、第１磁気結合調整層１１ｄに関して説明した材料を含む。第２磁気結合調整層１２ｄ、第３磁気結合調整層１３ｄ及び第４磁気結合調整層１４ｄは、第１磁気結合調整層１１ｄと同じ材料を含んでも良い。
第１対向ピニング層１１ｗは、例えば、第１対向ピニング層１１ｗの下に第１磁気結合調整層１１ｄを介して形成される第１磁性層１１（強磁性層）に、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を与える。第１磁性層１１の磁化に、磁気的なバイアスが加えられる。例えば、センサ１５１に歪が加われない状態における第１磁性層１１の初期磁化の方向が、一方向に定められる。
第１対向ピニング層１１ｗは、例えば反強磁性層を含む。第１対向ピニング層１１ｗは、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ及びＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１対向ピニング層１１ｗは、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ及びＮｉ−Ｏよりなる群から選択された少なくとも１つと、他の元素と、を含む合金を含んでも良い。第１対向ピニング層１１ｗの厚さは、適切に設定される。これにより、例えば、十分な強さの一方向異方性が付与される。
例えば、磁界印加中での熱処理が行われる。これにより、例えば、第１対向ピニング層１１ｗに接する強磁性層の磁化の固定が行われる。熱処理時に印加されている磁界の方向に、第１対向ピニング層１１ｗに接する強磁性層の磁化が固定される。熱処理温度（アニール温度）は、例えば、第１対向ピニング層１１ｗに用いられる反強磁性材料の磁化固着温度以上である。第１対向ピニング層１１ｗがＭｎを含む反強磁性層を含む場合、第１対向ピニング層１１ｗ以外の層にＭｎが拡散してＭＲ変化率を低減する場合がある。熱処理温度は、Ｍｎの拡散が起こる温度以下に設定することが望ましい。熱処理温度は、例えば２００℃以上５００℃以下である。熱処理温度は、例えば、好ましくは、２５０℃以上４００℃以下である。
第１対向ピニング層１１ｗが、ＰｔＭｎ及びＰｄＰｔＭｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む場合は、第１対向ピニング層１１ｗの厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。第１対向ピニング層１１ｗの厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。第１対向ピニング層１１ｗがＩｒＭｎを用いる場合には、第１対向ピニング層１１ｗがＰｔＭｎを含む場合よりも薄い厚さで、一方向異方性を与えることができる。第１対向ピニング層１１ｗがＩｒＭｎを含む場合には、第１対向ピニング層１１ｗの厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。第１対向ピニング層１１ｗがＩｒＭｎを含む場合、第１対向ピニング層１１ｗの厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。第１対向ピニング層１１ｗには、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層を含む。
第１対向ピニング層１１ｗは、ハード磁性層を含んでも良い。このハード磁性層は、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、及び、Ｆｅ−Ｐｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。これらの材料においては、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、ハード磁性材料である。第１対向ピニング層１１ｗは、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、及び、Ｆｅ−Ｐｄよりなる群から選択された少なくとも１つと、別の元素と、を含む合金を含んでも良い。第１対向ピニング層１１ｗは、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏの比率は、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘは、５０ａｔ．％以上８５ａｔ．％以下であり、ｙは、０ａｔ．％以上４０ａｔ．％以下）、及び、ＦｅＰｔ（Ｐｔの比率は、４０ａｔ．％以上６０ａｔ．％以下）よりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。
第２対向ピニング層１２ｗ、第３対向ピニング層１３ｗ及び第４対向ピニング層１４ｗは、第１対向ピニング層１１ｗに関して説明した材料を含む。第２対向ピニング層１２ｗ、第３対向ピニング層１３ｗ及び第４対向ピニング層１４ｗは、第１対向ピニング層１１ｗの材料と同じ材料を含んでも良い。
第３対向ピニング層１３ｗ（及び第４対向ピニング層１４ｗ）は、第１対向ピニング層１１ｗ及び第２対向ピニング層１２ｗのそれぞれの材料と異なる材料を含んでも良い。例えば、第３対向ピニング層１３ｗ（及び第４対向ピニング層１４ｗ）がＰｔ−Ｍｎ合金を含み、第１対向ピニング層１１ｗ（及び第２対向ピニング層１２ｗ）がＩｒ−Ｍｎ合金を含んでも良い。このように異なる材料が用いられることによって、例えば、第３磁性層１３の初期の磁化１３Ｍ（及び第４磁性層１４の初期の磁化１４Ｍ）を第１磁性層１１の初期の磁化１１Ｍ（及び第２磁性層１２の初期の磁化１２Ｍ）とを交差させやすくなる（図１０参照）。
図１１は、実施形態に係るセンサを例示する模式的斜視図である。
図１１に示すように、実施形態に係るセンサ（例えばセンサ１１０など）は、可動部２３０などに設け得られても良い。この例では、可動部２３０は、ヒトの関節などである。例えば、可動部２３０の回転に応じて膜部６０にひずみが生じる。センサ１１０によりひずみを検知することで、可動部２３０のうごきが検出できる。可動部２３０は、機械の一部でも良い。
図１１に示すように、実施形態に係るセンサ（例えばセンサ１１０）は、粘着層６５を含んでも良い。粘着層６５は、膜部６０の少なくとも一部に設けられる。粘着層６５より膜部６０が可動部２３０に固定されても良い。
図１１に示すように、センサ１１０は、剥離シート６６をさらに含んでも良い。例えば、剥離シート６６と、膜部６０の上記の少なくとも一部と、の間に粘着層６５が設けられる。例えば、剥離シート６６は、粘着層６５から剥離可能である。
実施形態は、例えば以下の構成（例えば技術案）を含む。
（構成１）
膜部と、
前記膜部に固定された１つ以上の検知部と、
処理部と、
を備え、
前記膜部のひずみの大きさは、第１範囲と、前記第１範囲よりも大きい第２範囲と、を含み、
前記検知部は、第１磁性層を含む第１検知素子と、第２磁性層を含む第２検知素子と、を含み、
前記第１検知素子の第１電気抵抗に対応する第１信号の第１変化率は、前記第１信号の第２変化率よりも高く、前記第１変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、前記第２変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、
前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第２検知素子の第２電気抵抗に対応する第２信号の変化率は、前記第２変化率よりも高く、
前記処理部は、前記膜部に第１ひずみが生じたときの前記第１信号に基づく第１値と、前記膜部に前記第１ひずみが生じたときの前記第２信号と、に基づく第２値を出力する第１動作を少なくとも実施可能である、センサ。
（構成２）
前記第１ひずみの大きさは、前記第２範囲内である、構成１記載のセンサ。
（構成３）
前記第１値は、前記第１ひずみの方向に関する情報を含み、
前記第２値は、前記第１ひずみの大きさに関する情報を含む、構成２記載のセンサ。
（構成４）
前記第１範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第２検知素子の前記第２信号の変化率は、前記第１変化率よりも低い、構成１〜３のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成５）
前記第１変化率は、前記第２変化率の５倍以上である、構成１〜４のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成６）
前記第１検知素子は、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検知素子は、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、をさらに含み、
前記第１対向磁性層の磁化は、前記第２対向磁性層の磁化に沿う、構成１〜５のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成７）
前記第１磁性層及び前記第１対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第１磁性層及び前記第１対向磁性層の他方が設けられ、
前記第２磁性層及び前記第２対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第２磁性層及び前記第２対向磁性層の他方が設けられた、構成６記載のセンサ。
（構成８）
前記検知部は、第３検知素子及び第４検知素子をさらに含み、
前記第３検知素子は、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４検知素子は、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、を含み、
前記第３対向磁性層の磁化は、前記第４対向磁性層の磁化に沿い、
前記第３対向磁性層の前記磁化は、前記第１対向磁性層の前記磁化と交差した、構成６または７に記載のセンサ。
（構成９）
前記第３検知素子の第３電気抵抗に対応する第３信号の第３変化率は、前記第３信号の第４変化率よりも高く、前記第３変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、前記第４変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、
前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第４検知素子の第４電気抵抗に対応する第４信号の変化率は、前記第４変化率よりも高く、
前記処理部は、前記膜部に前記第１ひずみが生じたときの前記第３信号に基づく第３値と、前記膜部に前記第１ひずみが生じたときの前記第４信号と、に基づく第４値、を出力する第２動作を少なくともさらに実施可能である、構成８記載のセンサ。
（構成１０）
前記第３値は、前記第１ひずみの方向に関する情報を含み、
前記第４値は、前記第１ひずみの大きさに関する情報を含む、構成９記載のセンサ。
（構成１１）
前記第１範囲の前記ひずみの前記変化に対する前記第４検知素子の前記第４電気抵抗に対応する信号の変化率は、前記第３変化率よりも低い、構成９または１０に記載のセンサ。
（構成１２）
前記第３対向磁性層の前記磁化と、前記第１対向磁性層の前記磁化と、の間の角度は、４５度以上１３５度以下である、構成８〜１１のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１３）
膜部と、
前記膜部に固定された１つ以上の検知部と、
を備え、
前記検知部は、第１〜第４検知素子を含み、
前記第１検知素子は、第１磁性層と、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、を含み、
前記第２検知素子は、第２磁性層と、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、を含み、
前記第３検知素子は、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４検知素子は、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、を含み、
前記第１対向磁性層の磁化は、前記第２対向磁性層の磁化に沿い、
前記第３対向磁性層の磁化は、前記第４対向磁性層の磁化に沿い、
前記第３対向磁性層の前記磁化は、前記第１対向磁性層の前記磁化と交差し、
前記膜部のひずみの大きさは、第１範囲と、前記第１範囲よりも大きい第２範囲と、を含み、
前記第１検知素子の第１電気抵抗に対応する第１信号の第１変化率は、前記第１信号の第２変化率よりも高く、前記第１変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、前記第２変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、
前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第２検知素子の第２電気抵抗に対応する第２信号の変化率は、前記第２変化率よりも高く、
前記第３検知素子の第３電気抵抗に対応する第３信号の第３変化率は、前記第３信号の第４変化率よりも高く、前記第３変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、前記第４変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、
前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第４検知素子の第４電気抵抗に対応する第４信号の変化率は、前記第４変化率よりも高い、センサ。
（構成１４）
前記膜部は第１面を含み、
前記第１磁性層及び前記第１対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第１磁性層及び前記第１対向磁性層の他方が設けられ、
前記第２磁性層及び前記第２対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第２磁性層及び前記第２対向磁性層の他方が設けられ、
前記第３磁性層及び前記第３対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第３磁性層及び前記第３対向磁性層の他方が設けられ、
前記第４磁性層及び前記第４対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第４磁性層及び前記第４対向磁性層の他方が設けられ、
前記第１面に沿う第１方向に沿う前記第１磁性層の第１長さは、前記第１面に沿い前記第１方向と交差する第２方向に沿う前記第１磁性層の第１交差方向長さよりも長く、
前記第１方向に沿う前記第２磁性層の第２長さは、前記第２方向に沿う前記第２磁性層の第２交差方向長さよりも長く、
前記第１面に沿う第３方向に沿う前記第３磁性層の第３長さは、前記第１面に沿い前記第３方向と交差する第４方向に沿う前記第３磁性層の第３交差方向長さよりも長く、
前記第３方向に沿う前記第４磁性層の第４長さは、前記第４方向に沿う前記第４磁性層の第４交差方向長さよりも長い、構成１３記載のセンサ。
（構成１５）
前記第３方向は、前記第１方向と交差し、
前記第４方向は、前記第２方向と交差した、構成１４記載のセンサ。
（構成１６）
前記第１長さの前記第１交差方向長さに対する比は、前記第２長さの前記第２交差方向長さに対する比よりも低く、
前記第３長さの前記第３交差方向長さに対する比は、前記第４長さの前記第４交差方向長さに対する比よりも低い、構成１４または１５に記載のセンサ。
（構成１７）
前記第１〜前記第４磁性層は、ＦｅＢを含み、
前記第１〜前記第４対向磁性層は、ＮｉＦｅを含む構成１３〜１６のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１８）
前記検知部は、複数の前記第１検知素子を含み、
前記複数の第１検知素子の少なくとも２つは直列に接続され、
前記第１電気抵抗は、前記複数の第１検知素子の電気抵抗を含む、構成１〜１７のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１９）
前記膜部の少なくとも一部に設けられた粘着層をさらに備えた構成１〜１８のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成２０）
剥離シートをさらに備え、
前記剥離シートと前記膜部の前記少なくとも一部との間に前記粘着層が設けられ、
前記剥離シートは前記粘着層から剥離可能である、構成１９記載のセンサ。
実施形態によれば、感度を向上できるセンサを提供することができる。
本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。
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、センサに含まれる、膜部、検知部、検知素子、磁性層、非磁性層及び処理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センサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、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。
１０Ａ、１０Ｂ…磁性層、 １０Ｃ…非磁性層、 １１〜１４…第１〜第４磁性層、 １１Ｍ〜１４Ｍ…磁化、 １１Ｌａ〜１４Ｌａ…第１〜第４長さ、 １１Ｌｂ〜１４Ｌｂ…第１〜第４交差方向長さ、 １１ａ〜１４ａ…第１〜第４下部電極、 １１ｂ〜１４ｂ…第１〜第４上部電極、 １１ｃ〜１４ｃ…第１〜第４キャップ層、 １１ｄ〜１４ｄ…第１〜第４磁気結合調整層、 １１ｅ〜１４ｅ…第１〜第４磁気結合層、 １１ｎ〜１４ｎ…第１〜第４非磁性層、 １１ｏ〜１４ｏ…第１〜第４対向磁性層、 １１ｏＭ〜１４ｏＭ…磁化、 １１ｏＬａ〜１４ｏＬａ…長さ、 １１ｏＬｂ〜１４ｏＬｂ…長さ、 １１ｐ〜１４ｐ…第１〜第４固着磁性層、 １１ｕ〜１４ｕ…第１〜第４下地層、 １１ｖ〜１４ｖ…第１〜第４ピニング層、 １１ｗ〜１４ｗ…第１〜第４対向ピニング層、 ２０…検知部、 ５１〜５４…第１〜第４検知素子、 ６０…膜部、 ６０ｆ…第１面、 ６５…粘着層、 ６６…剥離シート、 ７０…処理部、 １１０、１２０、１２１、１４０、１５０、１５１…センサ、 ２３０…可動部、 ＣＲ１〜ＣＲ４…第１〜第４変化率、 Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１、Ｃｂ２…変化率、 Ｄ１〜Ｄ４…第１〜第４方向、 Ｅ１、Ｅ２…第１、第２導電部、 Ｅ３…接続導電部、 ＯＳ１…出力部、 Ｒ１〜Ｒ４…第１〜第４電気抵抗、 Ｓｇ１〜Ｓｇ４…第１〜第４信号、 ＶＡ１〜ＶＡ４…第１〜第４値、 ｒ１、ｒ２…第１、第２範囲

Claims (13)

  1. 膜部と、
    前記膜部に固定された１つ以上の検知部と、
    処理部と、
    を備え、
    前記膜部のひずみの大きさは、第１範囲と、前記第１範囲よりも大きい第２範囲と、を含み、
    前記検知部は、第１磁性層を含む第１検知素子と、第２磁性層を含む第２検知素子と、を含み、
    前記第１検知素子の第１電気抵抗に対応する第１信号の第１変化率は、前記第１信号の第２変化率よりも高く、前記第１変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、前記第２変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、
    前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第２検知素子の第２電気抵抗に対応する第２信号の変化率は、前記第２変化率よりも高く、
    前記処理部は、前記膜部に第１ひずみが生じたときの前記第１信号に基づく第１値と、前記膜部に前記第１ひずみが生じたときの前記第２信号と、に基づく第２値を出力する第１動作を少なくとも実施可能である、センサ。
  2. 前記第１ひずみの大きさは、前記第２範囲内である、請求項１記載のセンサ。
  3. 前記第１値は、前記第１ひずみの方向に関する情報を含み、
    前記第２値は、前記第１ひずみの大きさに関する情報を含む、請求項２記載のセンサ。
  4. 前記第１範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第２検知素子の前記第２信号の変化率は、前記第１変化率よりも低い、請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ。
  5. 前記第１検知素子は、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検知素子は、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、をさらに含み、
    前記第１対向磁性層の磁化は、前記第２対向磁性層の磁化に沿う、請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ。
  6. 前記検知部は、第３検知素子及び第４検知素子をさらに含み、
    前記第３検知素子は、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４検知素子は、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、を含み、
    前記第３対向磁性層の磁化は、前記第４対向磁性層の磁化に沿い、
    前記第３対向磁性層の前記磁化は、前記第１対向磁性層の前記磁化と交差した、請求項５記載のセンサ。
  7. 前記第３検知素子の第３電気抵抗に対応する第３信号の第３変化率は、前記第３信号の第４変化率よりも高く、前記第３変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、前記第４変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、
    前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第４検知素子の第４電気抵抗に対応する第４信号の変化率は、前記第４変化率よりも高く、
    前記処理部は、前記膜部に前記第１ひずみが生じたときの前記第３信号に基づく第３値と、前記膜部に前記第１ひずみが生じたときの前記第４信号と、に基づく第４値、を出力する第２動作を少なくともさらに実施可能である、請求項６記載のセンサ。
  8. 膜部と、
    前記膜部に固定された１つ以上の検知部と、
    を備え、
    前記検知部は、第１〜第４検知素子を含み、
    前記第１検知素子は、第１磁性層と、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、を含み、
    前記第２検知素子は、第２磁性層と、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、を含み、
    前記第３検知素子は、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４検知素子は、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、を含み、
    前記第１対向磁性層の磁化は、前記第２対向磁性層の磁化に沿い、
    前記第３対向磁性層の磁化は、前記第４対向磁性層の磁化に沿い、
    前記第３対向磁性層の前記磁化は、前記第１対向磁性層の前記磁化と交差し、
    前記膜部のひずみの大きさは、第１範囲と、前記第１範囲よりも大きい第２範囲と、を含み、
    前記第１検知素子の第１電気抵抗に対応する第１信号の第１変化率は、前記第１信号の第２変化率よりも高く、前記第１変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、前記第２変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第１信号の変化率であり、
    前記第２範囲内の前記ひずみの前記大きさの変化に対する前記第２検知素子の第２電気抵抗に対応する第２信号の変化率は、前記第２変化率よりも高く、
    前記第３検知素子の第３電気抵抗に対応する第３信号の第３変化率は、前記第３信号の第４変化率よりも高く、前記第３変化率は、前記第１範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、前記第４変化率は、前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第３信号の変化率であり、
    前記第２範囲内の前記ひずみの前記変化に対する前記第４検知素子の第４電気抵抗に対応する第４信号の変化率は、前記第４変化率よりも高い、センサ。
  9. 前記膜部は第１面を含み、
    前記第１磁性層及び前記第１対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第１磁性層及び前記第１対向磁性層の他方が設けられ、
    前記第２磁性層及び前記第２対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第２磁性層及び前記第２対向磁性層の他方が設けられ、
    前記第３磁性層及び前記第３対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第３磁性層及び前記第３対向磁性層の他方が設けられ、
    前記第４磁性層及び前記第４対向磁性層の一方と、前記第１面と、の間に、前記第４磁性層及び前記第４対向磁性層の他方が設けられ、
    前記第１面に沿う第１方向に沿う前記第１磁性層の第１長さは、前記第１面に沿い前記第１方向と交差する第２方向に沿う前記第１磁性層の第１交差方向長さよりも長く、
    前記第１方向に沿う前記第２磁性層の第２長さは、前記第２方向に沿う前記第２磁性層の第２交差方向長さよりも長く、
    前記第１面に沿う第３方向に沿う前記第３磁性層の第３長さは、前記第１面に沿い前記第３方向と交差する第４方向に沿う前記第３磁性層の第３交差方向長さよりも長く、
    前記第３方向に沿う前記第４磁性層の第４長さは、前記第４方向に沿う前記第４磁性層の第４交差方向長さよりも長い、請求項８記載のセンサ。
  10. 前記第３方向は、前記第１方向と交差し、
    前記第４方向は、前記第２方向と交差した、請求項９記載のセンサ。
  11. 前記第１長さの前記第１交差方向長さに対する比は、前記第２長さの前記第２交差方向長さに対する比よりも低く、
    前記第３長さの前記第３交差方向長さに対する比は、前記第４長さの前記第４交差方向長さに対する比よりも低い、請求項９または１０に記載のセンサ。
  12. 前記検知部は、複数の前記第１検知素子を含み、
    前記複数の第１検知素子の少なくとも２つは直列に接続され、
    前記第１電気抵抗は、前記複数の第１検知素子の電気抵抗を含む、請求項１〜１１のいずれか１つに記載のセンサ。
  13. 前記膜部の少なくとも一部に設けられた粘着層をさらに備えた請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ。
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