WO2014148437A1 - 磁気センサ - Google Patents

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WO2014148437A1
WO2014148437A1 PCT/JP2014/057152 JP2014057152W WO2014148437A1 WO 2014148437 A1 WO2014148437 A1 WO 2014148437A1 JP 2014057152 W JP2014057152 W JP 2014057152W WO 2014148437 A1 WO2014148437 A1 WO 2014148437A1
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WO
WIPO (PCT)
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current line
current
magnetic sensor
magnetoresistive effect
effect element
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/057152
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English (en)
French (fr)
Inventor
高木　保規
川上　誠
泰典 阿部
Original Assignee
日立金属株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2015506770A priority patent/JP6406245B2/ja
Priority to CN201480016300.7A priority patent/CN105143902B/zh
Priority to US14/777,877 priority patent/US9964602B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G01R33/0041—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration using feed-back or modulation techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one galvanomagnetic or Hall-effect element covered by groups H10N50/00 - H10N52/00

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor and a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element.
  • a magnetic core C-shaped magnetic core having a ring shape so as to surround a conductor such as a current line and having a gap in a part of the ring shape is disposed in the gap portion.
  • a magnetic sensor having a magnetic detection element such as a Hall element and a winding (coil) wound around a magnetic core is known.
  • a magnetic detection element arranged in a gap detects a magnetic field induced in a magnetic core by a current flowing through a conductor, and a feedback current is supplied to the winding so that the magnetic field in the magnetic core becomes zero.
  • the value is converted into a voltage by a detection resistor, and the magnitude of the current flowing through the conductor is obtained from this voltage value.
  • the magnetic sensor having the above-described magnetic core is formed so that the magnetic core surrounds the conductor, an induced magnetic field generated in the magnetic core becomes large. Therefore, there is a problem that the amount of current flowing as the feedback current increases, and as a result, power consumption increases. For this reason, for example, in a device in which current is supplied by a battery, various problems such as shortening of a usable time by one charge have occurred.
  • a planar coil including a linear portion in which a plurality of linearly extending current lines are arranged in parallel and a direction extending in the same direction as a direction in which the current lines of the linear portion extend.
  • a feedback current is passed through the current line (planar coil), and the magnitude of the detection target current is obtained from the magnitude of the feedback current.
  • the magnetic sensor having such a configuration has an advantage that power consumption can be reduced as compared with the above-described magnetic sensor in which a magnetic core is formed so as to surround a conductor to be measured.
  • the present invention aims to provide a magnetic sensor that operates with less power consumption, especially with less feedback current. To do.
  • the present inventors do not use a method of driving one magnetoresistive effect element by an induced magnetic field generated by one current line closest to the magnetoresistive effect element, but in series with respect to one magnetoresistive effect element.
  • the present inventors have found a system that can be practically driven by an induced magnetic field generated by a plurality of current lines connected to the, and arrived at the present invention.
  • Aspect 1 of the present invention includes a first current line, a second current line, and a third current line that are arranged in parallel to each other in the width direction and are electrically connected in series, and the second current Induction caused by currents disposed in the lower part of the line, extending along the direction in which the second current line extends, and flowing through the first current line, the second current line and the third current line
  • a magnetoresistive effect element whose electrical resistance changes according to a magnetic field, and a length L s from the outside of the first current line to the outside of the third current line in the width direction and the magnetoresistive effect element the width direction length W g of a magnetic sensor, characterized by the following formula (1) is satisfied.
  • L s / W g ⁇ 5 (1)
  • Embodiment 2 of the present invention is characterized in that the second and the length W g of the width direction of the current line length W p the width direction of the magnetoresistive element satisfies the following expression (2)
  • the magnetic sensor according to aspect 1. W p ⁇ W g (2)
  • Aspect 3 of the present invention is the magnetic sensor according to aspect 1 or 2, wherein a plurality of the magnetoresistive effect elements are arranged.
  • Aspect 4 of the present invention is characterized in that the first current line, the second current line, and the third current line are part of a planar coil. It is a sensor.
  • a yoke layer covering the first current line, the second current line, and the third current line is formed of the first current line, the second current line, and the third current line. 5.
  • Aspect 6 of the present invention is characterized in that the first current line, the second current line, and the third current line are each formed in two or more layers in the vertical direction.
  • the magnetic sensor according to any one of the above.
  • Aspect 7 of the present invention is a plurality of bias magnetic field applying current lines extending in a direction perpendicular to a direction in which the second current line extends, wherein the magnetoresistance is generated by an induced magnetic field generated by a flowing current. 7.
  • Aspect 8 of the present invention is characterized in that the plurality of bias magnetic field applying current lines are arranged above the first current line, the second current line, and the third current line. It is a magnetic sensor as described in above.
  • a ninth aspect of the present invention is the magnetic sensor according to the seventh aspect, wherein the plurality of bias magnetic field applying current lines are arranged between the second current line and the magnetoresistive element. is there.
  • Aspect 10 of the present invention is characterized in that the plurality of bias magnetic field applying current lines are arranged below the first current line, the second current line, and the third current line. It is a magnetic sensor as described in above.
  • Aspect 11 of the present invention is the magnetic sensor according to any one of aspects 1 to 10, wherein the magnetoresistive element is a spin valve giant magnetoresistive element.
  • a fourth current line extending in parallel with the first current line and disposed outside the first current line, and in parallel with the third current line
  • a fifth current line extending outside the third current line and a lower part of the fourth current line, comprising a soft magnetic material; 5, a first yoke layer not electrically connected to the magnetoresistive effect element, and a lower portion of the fifth current line, comprising a soft magnetic material, the first to second
  • the magnetic sensor according to any one of aspects 1 to 11, further comprising: 5 current lines; and a second yoke layer not electrically connected to the magnetoresistive effect element.
  • Aspect 13 of the present invention is characterized in that two or more magnetoresistive elements are arranged, and the two or more magnetoresistive elements are electrically connected to form a bridge circuit.
  • the magnetic sensor according to any one of 1 to 12.
  • Aspect 14 of the present invention is the magnetic sensor according to aspect 13, wherein the bridge circuit is a half-bridge circuit.
  • Aspect 15 of the present invention is characterized in that four or more magnetoresistive elements are arranged, and the bridge circuit is a full bridge circuit using the four or more magnetoresistive elements.
  • the magnetic sensor according to the present invention has an appropriate arrangement of a current line through which a feedback current flows and a magnetoresistive element whose electrical resistance changes due to an induced magnetic field (feedback magnetic field) generated by the current flowing through the current line. .
  • a magnetic sensor that operates with low power consumption can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing one current line 20 and a magnetoresistive effect element 10 for flowing a feedback current.
  • 1A is a perspective view
  • FIG. 1B is a cross-sectional view
  • FIG. 1C is a plan view.
  • FIG. 2 is a plan view showing a planar coil 70 including the current line 20 shown in FIG.
  • FIG. 3A is a top view of the magnetic sensor 100 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing a 1b-1b cross section of FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the relationship between the length L s and the length W g of the magnetoresistive effect element 10.
  • FIG. 5 is a top view illustrating a form in which a plurality of magnetoresistive elements 10 are arranged.
  • FIG. 6 is a diagram showing a model used for examining the influence of the number of current lines.
  • FIG. 7 is a graph showing simulation results.
  • FIG. 8 is a diagram showing a model used for examining the influence of the number of magnetoresistive elements.
  • FIG. 9 is a graph showing simulation results.
  • FIG. 10 is a graph showing a simulation result.
  • FIG. 11 is a graph showing a simulation result different from FIG. 12 shows a magnetic sensor 120 which is a modification of the first embodiment described above,
  • FIG. 12A is a top view of the magnetic sensor 120, and
  • FIG. 12B is a plan view shown in FIG. FIG.
  • FIG. 12C is an enlarged top view of the straight portion B of the coil 70
  • FIG. 12C is a cross-sectional view showing a 2c-2c cross section of FIG. 13 shows a magnetic sensor 130 according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 13 (a) is a top view of the magnetic sensor 130
  • FIG. 13 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 13 (a).
  • FIG. 13C is a cross-sectional view showing a 3c-3c cross section of FIG. 13B.
  • FIG. 14 is a graph showing a simulation result.
  • 15 shows a magnetic sensor 140 according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 15 (a) is a top view of the magnetic sensor 140
  • FIG. 15 (a) is a top view of the magnetic sensor 140
  • FIG. 15 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 15 (a).
  • FIG. 15C is a cross-sectional view showing a 4c-4c cross section of FIG. 15B.
  • FIG. 16 is a graph showing a simulation result.
  • 17 shows a magnetic sensor 150 according to Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 17 (a) is a top view of the magnetic sensor 150
  • FIG. 17 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 17 (a).
  • FIG. 17C is a cross-sectional view showing a 5c-5c cross section of FIG. 17B.
  • 18 shows a magnetic sensor 160 according to a modification of the fourth embodiment
  • FIG. 18 (a) is a top view of the magnetic sensor 160
  • FIG. 18 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 18 (a).
  • FIG. 18C is a cross-sectional view showing a 6c-6c cross section of FIG. 18B.
  • 19 shows a magnetic sensor 170 according to Embodiment 5 of the present invention, FIG. 19 (a) is a top view of the magnetic sensor 170, and FIG. 19 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 19 (a).
  • FIG. 19 (c) is a cross-sectional view showing a 7c-7c cross section of FIG. 19 (b).
  • 20 shows a magnetic sensor 180 according to Embodiment 6 of the present invention, FIG. 20 (a) is a top view of the magnetic sensor 180, and FIG. 20 (b) is a planar coil 70 shown in FIG.
  • FIG. 20C is a cross-sectional view showing an 8c-8c cross section of FIG. 20B.
  • FIG. 21 shows a magnetic sensor 190 according to a modification of the sixth embodiment, FIG. 21 (a) is a top view of the magnetic sensor 190, and FIG. 21 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 21 (a).
  • FIG. 21 (c) is a cross-sectional view showing a 9c-9c cross section of FIG. 21 (b).
  • 22 shows a magnetic sensor 200 according to Embodiment 7 of the present invention, FIG. 22 (a) is a top view of the magnetic sensor 200, and FIG. 22 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 22 (a).
  • FIG. 22 shows a magnetic sensor 200 according to Embodiment 7 of the present invention, FIG. 22 (a) is a top view of the magnetic sensor 200, and FIG. 22 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 22 (a).
  • FIG. 22 shows a magnetic sensor 200 according
  • FIG. 22 (c) is a cross-sectional view showing a 10c-10c cross section of FIG. 22 (b).
  • FIG. 23 shows a magnetic sensor 210 according to a modification of the seventh embodiment, FIG. 23 (a) is a top view of the magnetic sensor 210, and FIG. 23 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 23 (a).
  • FIG. 23C is a cross-sectional view showing a cross section 11c-11c of FIG. 23B.
  • 24 shows a magnetic sensor 220 according to Embodiment 8 of the present invention, FIG. 24 (a) is a top view of the magnetic sensor 220, and FIG. 24 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 24 (a).
  • FIG. 24 shows a magnetic sensor 220 according to Embodiment 8 of the present invention, FIG. 24 (a) is a top view of the magnetic sensor 220, and FIG. 24 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 24 (a).
  • FIG. 24 shows
  • FIG. 24C is a cross-sectional view showing a cross section 12c-12c of FIG. 24B.
  • 25 shows a magnetic sensor 230 according to a modification of the eighth embodiment
  • FIG. 25 (a) is a top view of the magnetic sensor 230
  • FIG. 25 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 25 (a).
  • FIG. 25C is a cross-sectional view showing a 13c-13c cross-section of FIG. 25B.
  • FIG. 26 is a plan view showing a magnetic sensor 240 according to Embodiment 9 of the present invention.
  • FIG. 27 is a schematic circuit diagram showing an example of a magnetic sensor circuit (feedback circuit).
  • FIG. 28 is a schematic circuit diagram showing an example in which a full bridge circuit is configured using four magnetoresistive elements 10.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing a cross section of Example Sample 1.
  • FIG. 28 is a schematic circuit diagram showing an example in which a full bridge circuit is configured using four magnetoresistive
  • FIG. 1 is a diagram showing one current line 20 and a magnetoresistive effect element 10 for flowing a feedback current.
  • 1A is a perspective view
  • FIG. 1B is a cross-sectional view
  • FIG. 1C is a plan view.
  • FIG. 2 is a plan view showing a planar coil 70 including the current line 20 shown in FIG.
  • FIG. 1 (hereinafter referred to as “FIG. 1”) collectively refers to a plurality of figures having the same number as shown in FIG. 1A to FIG.
  • the magnetoresistive effect element 10 is disposed below the current line 20 via the insulating layer 12 disposed as necessary.
  • the magnetoresistive element 10 extends in parallel to the direction in which the current line 20 extends (that is, the magnetoresistive element 10 extends in the direction in which the current line 20 extends).
  • the magnetoresistive effect element 10 is an element whose electric resistance changes according to the direction and strength of a magnetic field (external magnetic field) applied from the outside, preferably a GMR element (giant magnetoresistive effect element), more preferably.
  • the current line 20 is a linearly extending conductor, and is, for example, the long side direction (Y direction) in the rectangular appearance of the planar coil 70 shown in FIG. 2 (viewed from the ⁇ Z direction in FIG. 2). ) And extending in parallel with each other, and one of the conductors of the portion where the plurality of conductors are arranged (straight line portion B shown in FIG. 2).
  • the magnetoresistive effect element 10 and the current line 20 are connected to a feedback circuit (magnetic sensor circuit) not shown in FIGS.
  • a feedback circuit magnetic sensor circuit
  • FIG. 1A when an external magnetic field 32 that is a part of an induced magnetic field generated by a conductor to be measured is applied to the magnetoresistive effect element 10, the electrical resistance of the magnetoresistive effect element 10 changes.
  • the feedback current is fed from the feedback circuit to the current line 20 so as to form a feedback magnetic field 30 that cancels the external magnetic field 32 (ie, has the same magnitude as the external magnetic field 32 and in the opposite direction). 34 is supplied.
  • the magnitude of the feedback current 34 (or the magnitude of the voltage for flowing the current 34)
  • the magnitude of the external magnetic field 32 can be obtained.
  • the magnitude of the current flowing through the detection target conductor can be obtained from the magnitude of the external magnetic field 32.
  • the term “external magnetic field” means an induced magnetic field caused by a current flowing through a detection target (current to be measured).
  • the feedback current 34 occupies a considerable portion of the power consumption of the entire sensor. Reducing the feedback current leads to a reduction in power consumption of the entire sensor.
  • the inventors of the present application have arranged three current lines arranged in parallel with each other in the width direction and electrically connected in series (in order, the first current line and the second current).
  • the length L s (that is, L s in the width direction is the first length from the outside of the first current line to the outside of the third current line in the width direction).
  • the length of the current line, the distance (gap) between the first current line and the second current line, the length of the second current line, and the distance between the second current line and the third current line And the length W g of the magnetoresistive element in the width direction satisfy the following expression (1).
  • the feed formed by the first current line is arranged by arranging the first to third current lines and the magnetoresistive effect element.
  • the present inventors have found that a magnetic field and a feedback magnetic field formed by a third current line can be effectively applied to the magnetoresistive element, and that a desired feedback magnetic field can be applied to the magnetoresistive element with a small current. is there. L s / W g ⁇ 5 (1) Details of the present invention will be described below.
  • FIG. 3A is a top view of the magnetic sensor 100 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing a 1b-1b cross section of FIG. It is.
  • the magnetic sensor 100 has a plurality of current lines 20 extending in the same direction and electrically connected in series.
  • the current line 20 is a current line that constitutes the straight portion B of the planar coil 70 shown in FIG. This is because a feedback current can be passed through all the current lines 20 by applying a voltage to both ends of the planar coil.
  • the magnetic sensor 100 has one or a plurality of magnetoresistive elements 10.
  • the number of magnetoresistive elements 10 should be larger.
  • a differential output can be obtained only with a sensor chip including a magnetoresistive effect element without an external resistor or the like, and therefore at least two magnetoresistive effect elements 10 are arranged. It is preferable. If there are the magnetoresistive effect element 10 on both sides parallel to the extending direction of the two magnetoresistive effect elements, the magnetic flux density of the magnetoresistive effect element is amplified. Therefore, four or more magnetoresistive effect elements 10 are arranged. More preferably. In the embodiment shown in FIG.
  • the magnetic sensor 100 has five magnetoresistive elements 10. The positional relationship between the magnetoresistive effect element 10 and the current line 20 will be described below with reference to FIG. In FIG. 3, in order to individually identify the magnetoresistive effect elements, any one of the reference numerals “10a” to “10e” is assigned to each of the magnetoresistive effect elements 10.
  • a current line (first current line) 20a, a current line (second current line) 20b, and a current line (third current) are sequentially arranged along the width direction (X direction).
  • Line) 20c,... are arranged in parallel to the current line 20k.
  • each of the current lines 20a to 20k has a width direction (X direction) length Wp , and the adjacent current lines 20 are distances (current lines).
  • the gap between the two members 20) is separated by d2.
  • the magnetoresistive effect element 10a extends below the current line (second current line) 20b (below (or directly below) in the height direction of the current line (Z direction in FIG. 3)).
  • the current line 20 (20b) and the magnetoresistive effect element 10 (10a) are arranged so as to be parallel to the current direction.
  • the current line 20 (20b) and the magnetoresistive effect element 10 (10a) may be disposed between the two.
  • the magnetoresistive element 10a has a length in the width direction (X direction) of W g (in the embodiment of FIG. 3, the other magnetoresistive elements 10b to 10e have a length in the width direction of W g ).
  • the length L s shown in FIG. 3B is the third current from the outside of the first current line 20a in the width direction (the left end of the first current line 20a in FIG. 3B). This is the length to the outside of the line (in FIG. 3B, the right end of the third current line 20c).
  • the length L s is the length of the first current line 20a in the width direction, the distance (gap) between the first current line 20a and the second current line 20b, and the second The total of the length of the current line 20b, the distance (gap) between the second current line 20b and the third current line 20c, and the length of the third current line 20c.
  • L s is 3W p + 2d 2 .
  • the magnetic sensor 100 is configured such that the length L s and the length W g satisfy the expression (1).
  • L s / W g ⁇ 5 (1) Satisfying the expression (1) is that the magnetoresistive effect element 10a has a sufficient length in the width direction with respect to the length in the width direction of the current line 20 (current lines 20a to 20c). It means that in addition to the feedback magnetic field by the current line 20b positioned immediately above the element 10a, the feedback magnetic field by the current line 20a and the current line 20c located on both sides of the current line 20b is also efficiently applied.
  • the magnetic sensor 100 allows a current to flow through one current line. This means that a stronger feedback magnetic field can be applied to the magnetoresistive effect element 10 with a smaller amount of current.
  • the length L s and the length W g satisfy the formula (1A). This is because a strong feedback magnetic field can be more reliably applied to the magnetoresistive effect element 10 with a small current.
  • L s / W g ⁇ 3 (1A) The effect obtained by satisfying the expressions (1) and (1A) is also clarified in the simulation results described later.
  • the center of the length L s coincides with the center of the length W g of the magnetoresistive effect element 10 (the center in the width direction of the magnetoresistive effect element 10). This is because the magnetoresistive effect element 10 can efficiently receive the feedback magnetic field from the first current line 20a and the third current line 20c located on both sides of the second current line 20b.
  • the length W g in the width direction of the magnetoresistive element 10 and the length W p in the width direction of the current line 20 satisfy the following expression (2).
  • the expression (2) means that the length in the width direction of the magnetoresistive effect element 10 is longer than the length in the width direction of the current line 20 (in particular, the current line 20b).
  • satisfying the expression (2) means that the end portion in the width direction of the magnetoresistive effect element 10 is close to the first current line 20a or the third current line 20c. Thereby, the feedback magnetic field by the current line 20a and the current line 20c can be reliably applied to the magnetoresistive effect element 10.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the relationship between the length L s and the length W g of the magnetoresistive effect element 10.
  • 4A shows the case of W g ⁇ W p + 2d 2
  • FIG. 4B shows the case of W g ⁇ W p + 2d 2
  • FIG. 4D shows a case where W g > L s .
  • FIG. 4A is the same as the embodiment of FIG.
  • the end of the magnetoresistive effect element 10a (both ends) is the outer end of the first current line 20a (the left end in FIG. 4C).
  • the outer end of the third current line 20c (the right end in FIG. 4C).
  • the end (both ends) of the magnetoresistive effect element 10a is the outer end of the first current line 20a (the left end in FIG. 4D).
  • the outer end portion of the third current line 20c (the right end portion in FIG. 4D).
  • the extending direction of the magnetoresistive effect element (second magnetoresistive effect element) 10b extends below the current line 20d via the insulating layer 12b, and the extending direction is parallel to the extending direction of the current line 20d. It is arranged to be.
  • the first current line is the current line 20c
  • the second current line is the current line 20d
  • the third current line is the current line 20e, which satisfies the expression (1).
  • a magnetoresistive effect element (third magnetoresistive effect element) 10c is arranged below the current line 20f via the insulating layer 12c so that its extending direction is parallel to the extending direction of the current line 20f. Yes.
  • the first current line is the current line 20e
  • the second current line is the current line 20f
  • the third current line is the current line 20g, which satisfies the expression (1).
  • the magnetoresistive effect element (fourth magnetoresistive effect element) 10d is arranged below the current line 20h via the insulating layer 12d so that its extending direction is parallel to the extending direction of the current line 20h. ing.
  • the first current line is the current line 20g
  • the second current line is the current line 20h
  • the third current line is the current line 20i, which satisfies the expression (1).
  • the magnetoresistive effect element (fifth magnetoresistive effect element) 10e is arranged below the current line 20j via the insulating layer 12e so that its extending direction is parallel to the extending direction of the current line 20j.
  • the first current line is the current line 20i
  • the second current line is the current line 20j
  • the third current line is the current line 20k, which satisfies the expression (1).
  • the current line 20c is a third current line in the case where the current line 20b in which the magnetoresistive effect element 10a is arranged is the second current line, and a magnetic line is formed below the current line 20c.
  • This is also the first current line when the current line 20d on which the resistance effect element 10b is disposed is the second current line (the same applies to the current lines 20e, 20g, and 20i). In this way, one current line may serve as two of the first to third current lines.
  • the current line may function as any one of the first to third current lines by arranging two or more current lines in which no magnetoresistive effect element is disposed.
  • FIG. 5 is a top view illustrating a form in which a plurality of magnetoresistive elements 10 are arranged.
  • FIG. 5A shows the same form as FIG. 3, and the magnetoresistive effect element 10 is arranged below every other current line 20a to 20d arranged in order.
  • FIG. 5B the magnetoresistive effect element 10 is arranged on both the adjacent current line 20b and current line 20c.
  • the current line 20b is the second current line for the magnetoresistive effect element 10a
  • the current line 20c is the third current line
  • the current line 20c is the second current line for the magnetoresistive effect element 10b.
  • the current line 20b is the first current line.
  • a plurality of magnetoresistive elements 10 are arranged below one current line. Any form shown in FIG. 5 can satisfy the expression (1).
  • Current lines 20 shown in FIG. 3 (current lines 20a ⁇ 20k), as described above, have the same width W p, are arranged at equal intervals d 1. This form is preferable because the formed feedback magnetic field can be made uniform. However, it is not limited to this. As long as the expression (1) is satisfied, at least one of the lengths in the width direction of the first current line, the second current line, and the third current line may be different from the others. Further, the distance between the first current line and the second current line in the width direction may be different from the distance between the second current line and the third current line.
  • the center in the width direction (X direction) of the current line 20b coincides with the center in the width direction (X direction) of the magnetoresistive effect terminal 10a (that is, the alternate long and short dash lines 36 and 38 passing through the current line 20b are also the center line in the width direction of the magnetoresistive effect element 10a). Is preferred. This is because the feedback magnetic field generated by the current line 20 is more uniformly applied to the magnetoresistive effect element 10a.
  • the centers in the width direction of the current line 20d, current line 20f, current line 20h, and current line 20j are the magnetoresistive effect element 10b, magnetoresistive effect element 10c, magnetoresistive effect element 10d, and magnetoresistive effect element 10e, respectively. It coincides with the center in the width direction.
  • FIG. 6 is a diagram showing a model used for examining the influence of the number of current lines.
  • one current line 20 and an insulating layer 12 are provided below. 6B.
  • the magnetoresistive element 10 is provided below the magnetoresistive effect element 10.
  • One current line 20 not having a magnetoresistive effect element disposed under each of the arranged current lines 20 is disposed one by one.
  • the model of FIG. 6C the model of FIG.
  • two current lines 20 each having no magnetoresistive effect element are disposed below each of the current lines 20 in which the magnetoresistive effect element 10 is disposed below. . That is, in the model of FIG. 6A, a total of one current line 20 is arranged, in the model of FIG. 6B, a total of three current lines 20 are arranged, and in the model of FIG. 6C, a total of five current lines 20 are arranged. Has been.
  • the current line 20 is a conductor made of copper having a width (X direction length) of 4 ⁇ m and a thickness (length in the Z direction) of 0.8 ⁇ m, and the current line 20 has a current of 10 mA. It was decided to shed.
  • the distance (gap) between adjacent current lines 20 was 4 ⁇ m.
  • the insulating layer 12 was 1 ⁇ m thick.
  • the magnetoresistive effect element 10 is assumed to be an SVGMR element.
  • the SVGMR element has a fixed layer composed of one or a plurality of layers including, for example, a CoFe layer in which the spin direction is fixed, and a free layer composed of, for example, a NiFe layer that easily changes the spin direction by an external magnetic field.
  • the magnetoresistive effect element 10 was simulated as a single layer film of NiFe having a saturation magnetic flux density Bs of 1.4T, a length of 100 ⁇ m, a width of 10 ⁇ m, and a thickness of 20 nm. Using these models and parameters, simulation was performed using magnetic field analysis software J-MAG manufactured by JSOL Corporation.
  • FIG. 7 is a graph showing simulation results. 7 indicates the position in the width direction of the magnetoresistive effect element 10, and 0 ⁇ m is the center in the width direction of the magnetoresistive effect element 10. The distance is shown as positive in the X direction and negative in the -X direction. As can be seen from FIG. 7, the magnetic flux density in the magnetoresistive effect element 10 is remarkably increased when the number of the current lines 20 is three compared to the case where the number of the current lines 20 is one. On the other hand, in the case where there are three and five current lines 20, the magnetic flux density in the magnetoresistive effect element 10 is larger in the case of five, but the difference is smaller.
  • FIG. 8 is a diagram showing a model used for examining the influence of the number of magnetoresistive elements, and each model has the same 11 current lines 20 as FIG. 3, but FIG. In the model), only one magnetoresistive element 10 is arranged under the middle (sixth from the top in the figure) current line 20 via an insulating layer 12 (not shown). In the model of b), a total of three magnetoresistive effect elements 10 are arranged via the insulating layer 12 below the fourth, sixth and eighth current lines 20 from the top in FIG. 3) has the same configuration as the magnetic sensor 100 shown in FIG. 3, and therefore, a total of five magnetoresistive elements 10 are arranged. Using such a model, a simulation was performed under the same conditions as described above for [Influence of Number of Current Lines].
  • FIG. 9 shows the simulation result.
  • the horizontal axis “position in the X direction” of the graph of FIG. 9 indicates the magnetoresistive effect element 10 in the middle of the width direction in each model (the magnetoresistive effect element 10 shown only in FIG. 8A, FIG. 8B). ) Of the three magnetoresistive effect elements 10 shown in the drawing, the second magnetoresistive effect element 10 from the top of the drawing, and among the five magnetoresistive effect elements 10 shown in FIG.
  • the position in the width direction in the third magnetoresistive effect element 10) from the top of the paper is shown, where 0 ⁇ m is the center in the width direction of the magnetoresistive effect element 10, and the distance from the center in the width direction is expressed as X The direction is positive and the -X direction is negative.
  • the magnetic flux density in the magnetoresistive effect element 10 is remarkably increased by arranging a plurality of magnetoresistive effect elements 10.
  • the number of the magnetoresistive effect elements 10 is 3 and 5 no significant difference is observed in the magnitude of the magnetic flux density in the magnetoresistive effect element 10.
  • a simulation was performed using a configuration including the magnetoresistive effect element 10a disposed below the current line 20b via 12a.
  • Current lines 20a, 20b, 20c have respective widths W p, the distance between the current line adjacent (clearance) has a d 2.
  • Magneto-resistive element 10a has a width W g. Obtained by simulating a magnetic flux density of the magnetic resistance effect element in 10a, varying the ratio of the width W g of the length L s L s / W g.
  • L s / W g was changed by changing W p from 2 ⁇ m to 10 ⁇ m, changing W g from 5 ⁇ m to 20 ⁇ m, and changing d 2 from 2 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the other conditions of the simulation are the same as those shown in the above [Influence of the number of current lines].
  • FIG. 10 shows the simulation results. Each point on the graph is a calculated value, and the curve is a power approximation curve obtained from the points (calculated values) on these graphs. From FIG. 10, it can be seen that when L s / W g is 5 or less, the magnetic flux density in the magnetoresistive element can be set to a sufficiently large value of 0.15 (T) or more. In particular, it can be seen that when L s / W g is 3 or less, the magnetic flux density in the magnetoresistive effect element can provide a remarkably large feedback magnetic field of 0.26 or more.
  • FIG. 11 is a graph showing a simulation result different from FIG. From FIG.
  • FIG. 10 shows the result of the feedback current of 10 mA
  • the magnetic flux density in the magnetoresistive effect element by applying the external magnetic field to be measured (for example, the external magnetic field induced by the current to be measured) is 0.15 (T).
  • it can be canceled with a feedback current of 10 mA to achieve a magnetic equilibrium state.
  • 11 (a) shows a magnetic flux density of the magnetic resistance effect element 10 when an external magnetic field parallel to the width direction to the magnetoresistive element 10 having a width W g is 5 ⁇ m is applied.
  • the magnetic flux density is about 0.6 T with an external magnetic field of 50 Oe, and the magnetic flux density is about 0.2 T with a magnetic field to be measured of 20 Oe.
  • FIG. 10 shows the result of the feedback current of 10 mA, it can be seen that the measurement target magnetic field of 20 Oe can be canceled with the feedback current of about 13 mA. It can also be seen that even if a disturbance magnetic field of 50 Oe is applied, if the reset current 39 mA is instantaneously applied, the magnetoresistive effect element 10 can be magnetically initialized. All of these current consumptions are clearly lower than those of conventional magnetic sensors.
  • one of the conventional magnetic balance type current sensors is that the current wire to be measured generates an induced magnetic field in the C-type core, and a feedback current is applied to the winding so as to cancel the induced magnetic field.
  • the current to be measured is measured by flowing a current value or a voltage value proportional to the current value.
  • a value obtained by dividing the number of windings N1 of the measurement current line by the number of windings N2 of the feedback winding and multiplying by the measurement current value I, I ⁇ (N1 / N2) is a consumption current value necessary for feedback.
  • the size of the sensor itself is required to be compact (for example, because it is mounted on a vehicle), and there is a limit to increasing N2 due to the limitation due to the allowable current value of the current line, resulting in an increase in current consumption.
  • FIG. 11B shows the ratio of the magnetic flux density in the magnetoresistive element in the case of three current lines to the magnetic flux density in the magnetoresistive element in the case of one current line as an amplification factor.
  • Widthwise length W g of the magnetoresistive element was 5 [mu] m. From FIG. 11 (b), it can be seen that when L s / W g is 5 or less, a significantly large feedback magnetic field can be applied. That is, when W g is 5 ⁇ m, L s is preferably 25 ⁇ m or less.
  • the thickness of the current line 20 is preferably 0.4 .mu.m ⁇ 5 [mu] m, the width W p 2 [mu] m ⁇ 10 [mu] m, the distance between adjacent current lines 20 (gap) is 2 [mu] m ⁇ 10 [mu] m.
  • the current line 20 is formed of a material having excellent electrical conductivity such as copper, silver, or aluminum.
  • the width W g of the magnetoresistive effect element 10 is preferably 4 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the length of the magnetoresistive element 10 (the length in the direction along the current line 20) is preferably 500 ⁇ m or more in consideration of the withstand voltage.
  • FIG. 12 shows a magnetic sensor 120 which is a modification of the first embodiment
  • FIG. 12 (a) is a top view of the magnetic sensor 120
  • FIG. 12 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 12 (a).
  • FIG. 12C is a cross-sectional view showing a 2c-2c cross section of FIG. 12B.
  • the magnetic sensor 120 is different from the magnetic sensor 100 in that the number of the current lines 20 arranged in the linear portion of the coil 70 is nine and the number of the magnetoresistive effect elements 10 is four. Other configurations are the same as those of the magnetic sensor 100.
  • Embodiment 2 13 shows a magnetic sensor 130 according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 13 (a) is a top view of the magnetic sensor 130
  • FIG. 13 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 13 (a).
  • FIG. 13C is a cross-sectional view showing a 3c-3c cross section of FIG. 13B.
  • the magnetic sensor 130 is different from the magnetic sensor 120 according to the first embodiment in that the yoke layer 16 is provided above the current line 20.
  • the yoke layer 16 includes three current lines (i.e., one current line 20 in which the magnetoresistive effect element 10 is disposed below and two current lines disposed on both sides of the current line 20 (that is, The combination of the first to third current lines) is arranged on the current line 20 so as to cover at least one set.
  • two or more sets more preferably, as shown in FIG. 13, all sets of current lines 20 (in FIG. 13, four current lines have the magnetoresistive effect element 10 arranged below them, and the current lines
  • the yoke layer 16 is provided on (upper part of) the current line 20 so as to cover a total of five current lines 20 arranged on both sides of each of the 20 current lines 20. Yes.
  • the two outermost current lines 20 are Although only a part in the width direction (X direction) is covered by the yoke layer 16, the current line 20 in which the magnetoresistive effect element is not disposed in the lower portion may be covered only in the width direction. .
  • an insulating layer 12 may be formed between the yoke layer 16 and the current line 20 as shown in FIG. .
  • the yoke layer such as the yoke layer 16 may be made of any known soft magnetic material, and examples of suitable soft magnetic materials include permalloy (Ni—Fe alloy).
  • the yoke layer can be formed, for example, by sputtering or plating a soft magnetic material.
  • a magnetic field passing over the current line 20 that is, a magnetic field sandwiching the current line 20.
  • Magnetic field passing through the opposite side to the side where the resistance effect element 10 is present passes through the yoke layer 16, so that the magnetic flux density of the portion increases, and the magnetic circuit is high together with the magnetoresistance effect element 10 located below the current line 20. It is considered that a larger amount of feedback magnetic field is applied to the magnetoresistive effect element 10 when current of the same magnitude is passed through the current line 20 because it is formed efficiently.
  • the yoke layer 16 preferably has a thickness of 0.2 ⁇ m or more. Further, as shown in FIG. 13, the yoke layer preferably has a length (Y-direction length) that can cover the magnetoresistive effect element 10 in the length direction when viewed in plan. Further, as shown in FIG. 13C, when the insulating layer 12 is formed between the current line 20 and the yoke layer 16 and the yoke layer is conductive, the thickness of the insulating layer 12 is 1 ⁇ m or more. Is preferred.
  • the current line 20 is a conductor made of copper and having a width (X direction length) of 4 ⁇ m and a thickness (Z direction length) of 1 ⁇ m.
  • the distance (gap) between the adjacent current lines 20 was 4 ⁇ m.
  • the insulating layer 12 disposed between the current line 20 and the magnetoresistive effect element 10 has a length (Y direction length) of 100 ⁇ m, a width of 4 ⁇ m, and a thickness of 1 ⁇ m.
  • the magnetoresistive effect element 10 is assumed to be an SVGMR element.
  • the SVGMR element has a fixed layer composed of one or a plurality of layers including, for example, a CoFe layer in which the spin direction is fixed, and a free layer composed of, for example, a NiFe layer that easily changes the spin direction by an external magnetic field.
  • the magnetoresistive effect element 10 is a single layer film of NiFe having a saturation magnetic flux density Bs of 1.4T, a total magnetization of 28, a length of 100 ⁇ m, a width of 10 ⁇ m, and a thickness of 20 nm.
  • a yoke layer 16 having a length (Y direction) of 100 ⁇ m, a width (X direction) of 10 ⁇ m, and a thickness of 0.2 ⁇ m was arranged as shown in FIG.
  • the insulating layer 12 disposed between the current line 20 and the yoke layer 16 has a length of 100 ⁇ m, a width of 4 ⁇ m, and a thickness of 1 ⁇ m.
  • FIG. 14 is a graph showing a simulation result.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 14 indicates the magnitude of the current (feedback current) flowing through the current line, and the vertical axis indicates the magnitude of the magnetic field (magnetic flux density) applied to the magnetoresistive effect element 10.
  • the magnitude of the magnetic field is indicated by a minus value, but a larger magnetic field indicates that a larger magnetic field is applied. From the result of FIG. 14, when the same current flows, the magnetic sensor 130 having the yoke layer 16 can apply a larger feedback magnetic field to the magnetoresistive effect element 10 as compared with the magnetic sensor 120 not having the soft magnetic material 16. I understand.
  • Embodiment 3 15 shows a magnetic sensor 140 according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 15 (a) is a top view of the magnetic sensor 140
  • FIG. 15 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 15 (a).
  • FIG. 15C is a cross-sectional view showing a 4c-4c cross section of FIG. 15B.
  • the first current line 20A in the height direction (Z direction) and the insulating layer 12 thereon are interposed.
  • the magnetic sensor 120 according to the first embodiment is different from the magnetic sensor 120 according to the first embodiment in that the second current line 20B is arranged in two layers. That is, in the present embodiment, the current line 20 includes the first current line 20A and the second current line 20B that are stacked with the insulating layer 12 interposed therebetween.
  • the first current line 20 ⁇ / b> A and the magnetoresistive effect element 10 have the same configuration as the magnetic sensor 120.
  • the 2nd current line 20B is arrange
  • a magnetic field can be applied to the magnetoresistive element 10.
  • the first current line 20 ⁇ / b> A and the second current line 20 ⁇ / b> B may have the same dimensions and materials as the current line 20.
  • the first layer of the coil 70 constituted by the first current line 20A and the second layer of the coil 70B constituted by the second current line 20B; are the same when viewed from above.
  • the first layer of the coil 70 and the second layer of the coil 70 are connected in series, and the same current flows through the first current line 20A and the second current line 20B.
  • three or more layers of current lines through which feedback current flows may be formed.
  • the first current line 20A was a conductor made of copper having a width (X direction length) of 4 ⁇ m and a thickness (Z direction length) of 1 ⁇ m and a rectangular cross section.
  • the distance (gap) between the adjacent current lines 20A was 4 ⁇ m.
  • the insulating layer 12 disposed between the first current line 20A and the magnetoresistive element 10 has a length (Y direction length) of 100 ⁇ m, a width of 4 ⁇ m, and a thickness of 1 ⁇ m.
  • the second current line 20B is also a conductor made of copper having a width of 4 ⁇ m and a thickness of 1 ⁇ m and a rectangular cross section. The distance (gap) between the adjacent current lines 20B was 4 ⁇ m.
  • the insulating layer 12 disposed between the first current line 20A and the second current line 20B has a length of 100 ⁇ m, a width of 4 ⁇ m, and a thickness of 1 ⁇ m. Other conditions were the same as the simulation conditions of the magnetic sensor 120 shown in the second embodiment.
  • FIG. 16 is a graph showing a simulation result.
  • the horizontal axis of the graph of FIG. 16 indicates the magnitude of the current (feedback current) that flows through the first current line 20A and the second current line 20B, and the vertical axis indicates the magnetic field (magnetic flux) applied to the magnetoresistive effect element 10. The density).
  • the simulation result of the magnetic sensor 120 shown in Embodiment 2 is shown again.
  • the magnitude of the magnetic field is shown as minus, but the larger the absolute value, the larger the magnetic field is applied. From the result of FIG. 16, when the same current is applied, the magnetic sensor 140 having the current line having the two-layer structure has a larger feedback than the magnetic sensor 120 having the current line having the one-layer structure. It can be seen that a magnetic field is applied.
  • Embodiment 4 17 shows a magnetic sensor 150 according to Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 17 (a) is a top view of the magnetic sensor 150
  • FIG. 17 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 17 (a).
  • FIG. 17C is a cross-sectional view showing a 5c-5c cross section of FIG. 17B.
  • the magnetic sensor 150 is different from the magnetic sensor 120 according to the first embodiment in that a bias magnetic field applying current line 22 is provided on the current line 20 via the insulating layer 12.
  • the magnetic sensor when an SVGMR element is used as the magnetoresistive effect element 10, it is preferable to apply a bias magnetic field and align the magnetic domains in the free layer whose spin direction is changed by external magnetization in order to obtain higher measurement accuracy.
  • the magnetic sensor according to the present embodiment has a bias magnetic field application current line 22 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive effect element 10 in addition to the current line 20.
  • the bias magnetic field applying current line 22 extends in a direction perpendicular to the extending direction (Y direction) of the magnetoresistive effect element 10 (that is, a direction perpendicular to the extending direction of the current line 20). As shown in FIG.
  • a plurality of bias magnetic field applying current lines 22 are provided in parallel in the extending direction of the magnetoresistive effect element 10 so that a bias magnetic field can be applied over the entire length of the magnetoresistive effect element 10. It is preferable that they are arranged. In the embodiment of FIG. 17, 11 are arranged.
  • the bias magnetic field applying current line 22 is preferably a part of the planar coil 72. This is because by applying a voltage to both ends of the planar coil 72, a current can be passed through the plurality of bias magnetic field applying current lines 22.
  • the dimensions and constituent materials of the bias magnetic field application current line 22 may be the same as those of the current line 20.
  • FIG. 18 shows a magnetic sensor 160 according to a modification of the fourth embodiment
  • FIG. 18 (a) is a top view of the magnetic sensor 160
  • FIG. 18 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 18 (a).
  • FIG. 18C is a cross-sectional view showing a 6c-6c cross section of FIG. 18B.
  • the insulating layer 12 may be disposed between the magnetoresistive effect element 10 and the current line 20 via the insulating layer 12 (both between the magnetoresistive effect element and between the current line 20.
  • the magnetic sensor 120 according to the first embodiment is different from the magnetic sensor 120 according to the first embodiment in that a bias magnetic field applying current line 22 is provided.
  • Other configurations of the magnetic sensor 160 may be the same as the configuration of the magnetic sensor 150. That is, in the magnetic sensor 150, the current line 20 is disposed closer to the magnetoresistive effect element 10 than the bias magnetic field applying current line 22, and in the magnetic sensor 160, the bias magnetic field applying current line 22 is positioned more than the current line 20. It is arranged at a position closer to the magnetoresistive element 10.
  • the arrangement of the magnetic sensor 150 is preferable, and when more accurate measurement is required, the arrangement of the magnetic sensor 160 is preferable.
  • Embodiment 5 19 shows a magnetic sensor 170 according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 19 (a) is a top view of the magnetic sensor 170
  • FIG. 19 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 19 (a).
  • FIG. 19 (c) is a cross-sectional view showing a 7c-7c cross section of FIG. 19 (b).
  • the magnetic sensor 170 has a configuration in which the current line 20 in the magnetic sensor 130 described above is changed to a two-layer structure including the first current line 20A and the second current line 20B shown in the magnetic sensor 140 described above. Have.
  • Embodiment 6 20 shows a magnetic sensor 180 according to Embodiment 6 of the present invention
  • FIG. 20 (a) is a top view of the magnetic sensor 180
  • FIG. 20 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 20 (a).
  • FIG. 20C is a cross-sectional view showing an 8c-8c cross section of FIG. 20B.
  • the magnetic sensor 180 has a configuration in which the yoke layer 16 shown in the magnetic sensor 130 described above is provided on the bias magnetic field applying current line via the insulating layer 12 in the magnetic sensor 150 described above.
  • FIG. 21 shows a magnetic sensor 190 according to a modification of the sixth embodiment
  • FIG. 21 (a) is a top view of the magnetic sensor 190
  • FIG. 21 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 21 (a).
  • FIG. 21 (c) is a cross-sectional view showing a 9c-9c cross section of FIG. 21 (b).
  • the magnetic sensor 190 has a configuration in which the yoke layer 16 shown in the magnetic sensor 130 described above is provided on the current line 20 via the insulating layer 12 in the magnetic sensor 160 described above.
  • Embodiment 7 22 shows a magnetic sensor 200 according to Embodiment 7 of the present invention
  • FIG. 22 (a) is a top view of the magnetic sensor 200
  • FIG. 22 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 22 (a).
  • FIG. 22 (c) is a cross-sectional view showing a 10c-10c cross section of FIG. 22 (b).
  • the magnetic sensor 200 has a configuration in which the bias magnetic field applying current line 22 shown in the magnetic sensor 150 is provided on the second current line 20B via the insulating layer 12 in the magnetic sensor 140 described above. is doing.
  • FIG. 23 shows a magnetic sensor 210 according to a modification of the seventh embodiment
  • FIG. 23 (a) is a top view of the magnetic sensor 210
  • FIG. 23 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 23 (a).
  • FIG. 23C is a cross-sectional view showing a cross section 11c-11c of FIG. 23B.
  • the magnetic sensor 210 is the same as the magnetic sensor 140 described above, with the insulating layer 12 interposed between the magnetoresistive effect element 10 and the first current line 20A (between the magnetoresistive effect element 10 and the current line 20). In this case, the insulating layer 12 may be disposed on both of them), and the bias magnetic field applying current line 22 shown in the magnetic sensor 160 is provided.
  • Embodiment 8 24 shows a magnetic sensor 220 according to Embodiment 8 of the present invention
  • FIG. 24 (a) is a top view of the magnetic sensor 220
  • FIG. 24 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 24 (a).
  • FIG. 24C is a cross-sectional view showing a cross section 12c-12c of FIG. 24B.
  • the magnetic sensor 220 has a configuration in which the yoke layer 16 shown in the magnetic sensor 130 described above is provided on the bias magnetic field applying current line 22 via the insulating layer 12 in the magnetic sensor 200 described above. .
  • FIG. 25 shows a magnetic sensor 230 according to a modification of the eighth embodiment
  • FIG. 25 (a) is a top view of the magnetic sensor 230
  • FIG. 25 (b) is a planar coil 70 shown in FIG. 25 (a).
  • FIG. 25C is a cross-sectional view showing a 13c-13c cross-section of FIG. 25B.
  • the magnetic sensor 230 has a configuration in which the yoke layer 16 shown in the magnetic sensor 130 is provided on the second current line 20B in the magnetic sensor 210 with the insulating layer 12 interposed therebetween.
  • FIG. 26 is a plan view showing a magnetic sensor 240 according to Embodiment 9 of the present invention.
  • a second current line 20 having the magnetoresistive effect element 10 disposed below it and a first current line disposed on both sides of the current line 20 (from the second current line in the X direction).
  • Position) and the third current line (positioned in the ⁇ X direction from the second current line), and located on the outer side (X direction) of the first current line and provided with a yoke layer 14 below the first current line.
  • a current line (fourth current line) 20 and a current line (fifth current line) 20 which is located outside ( ⁇ X direction) from the third current line and includes a yoke layer 14 below the current line.
  • the fourth current line 20 and the fifth current line 20 extend in parallel with the first current line 20 (that is, extend in parallel with the second and third current lines).
  • the magnetic field formed by the current line forms a magnetic circuit by the yoke layer and the magnetoresistive effect element, so that a higher magnetic field can be obtained with the same current. Can be applied to the magnetoresistive element 10.
  • the fourth current line and the fifth current line are preferably electrically connected in series with the first to third current lines.
  • the yoke layer 14 includes a soft magnetic material and is not electrically connected to the first to fifth current lines 20 and the magnetoresistive effect element 10.
  • an alloy film such as permalloy may be formed. Further, it may be a multilayer film including a soft magnetic material layer.
  • One form of such a multilayered yoke layer 14 is to form a magnetoresistive effect element (dummy magnetoresistive effect element) that is not electrically connected (for example, in FIG. 14 may be a dummy magnetoresistance effect element). Further, for example, in the magnetic sensor shown in FIG.
  • the magnetoresistive effect elements 10a, 10b, 10d, and 10e are not electrically connected (not used as the magnetoresistive effect element) as the yoke layer 14 and are used as the magnetoresistive effect element. May use only the magnetoresistive effect element 10c.
  • the configuration using the fourth current line, the fifth current line, and the yoke layer may be combined with one or more configurations of the first to eighth embodiments described above.
  • the magnetic sensors 100, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, and 240 according to the present invention described above are, for example, sputtering, photolithography, etching, and plating. It can be formed by a known process such as
  • the magnetic sensor of the present invention can be used as a magnetic sensor and / or a current sensor by connecting both ends of the coil 70 and the magnetoresistive element 10 to a magnetic sensor circuit (feedback circuit), for example.
  • the magnetic sensor circuit may have any known configuration.
  • FIG. 27 is a schematic circuit diagram showing an example of a magnetic sensor circuit (feedback circuit).
  • the magnetic sensor circuit shown in FIG. 27 is a so-called magnetic balance type circuit, and can be used as, for example, a current sensor.
  • one end side of the magnetoresistive effect element 10 (which may be two or more magnetoresistive effect elements 10) is connected so that current is supplied from the DC constant current source Icc or the constant voltage source Vcc.
  • the other end side of the magnetoresistive effect element 10 is connected to a common terminal (GND) via a fixed resistor.
  • GND common terminal
  • the fixed resistance portion is one of the two types.
  • the positive terminal (+) of the comparator 314 is connected to the common terminal (GND) via the reference power source 315.
  • the output potential of the reference power source 315 is the potential of the magnetoresistive effect element 10 in a place where there is no magnetic field.
  • the output of the comparator 314 is connected to one end of the coil 313 via a waveform shaping unit 341 and a low pass filter (LPF) 342, and is also connected to the output terminal OUT. Furthermore, the other end side of the coil 313 (which becomes the feedback coil 20) is connected to a common terminal (GND) via a fixed resistor 316.
  • the magnetic sensor having the circuit shown in FIG. 27 obtains the voltage signal output from the magnetoresistive effect element 10 through the comparator 314, the waveform shaping unit 341, and the LPF 342. The output obtained through the LPF 342 becomes a voltage signal proportional to the difference between the potential of the reference power supply and the potential of the voltage signal output from the magnetoresistive effect element 10.
  • this magnetic sensor when this magnetic sensor is arranged in the vicinity of a conductor (for example, a bus bar) through which the current to be measured flows, the resistance value of the magnetoresistive effect element 10 is changed by an induced magnetic field generated by the current to be measured. Then, since the output potential deviates from the potential when there is no magnetic field (as described above, the potential of the reference power supply is equal to this potential) (offset), it is obtained through the comparator 314, the waveform shaping unit 341, and the LPF 342. The output is a voltage signal having a magnitude corresponding to the amount of potential deviation. This voltage signal represents the strength of the induced magnetic field generated by the current to be measured (current flowing in the bus bar).
  • This voltage signal is supplied to one end of the coil 313, and when a current flows through the coil 313, a feedback magnetic field (cancellation magnetic field) is generated.
  • the magnetic flux generated by the cancel magnetic field is applied to the magnetoresistive effect element 10 together with the induced magnetic field generated from the current to be measured.
  • a voltage signal V proportional to the amount of current supplied to the coil 313 when the magnetic flux passing through the magnetoresistive element 10 becomes zero (when the output voltage of the magnetoresistive element 10 is the same as the reference potential 315) is fixed resistance.
  • the voltage is taken out as the voltage across the capacitor 316 (OUT). Then, this voltage signal V becomes an output signal proportional to the amount of current of the current under measurement (current flowing in the bus bar in the above example).
  • FIG. 28 is a schematic circuit diagram showing an example in which a full bridge circuit is configured using four magnetoresistive elements 10. As shown in FIG.
  • magnetoresistive effect elements 10 are arranged in one magnetic sensor to form a full bridge, so that the magnetoresistive effect element 10 cancels voltage changes such as common mode noise. Measurement accuracy is improved.
  • one magnetoresistive element 10 is arranged on one current line by arranging two magnetoresistive elements 10 on one current line of the feedback coil along the direction in which the current of the current line flows. Compared to the case, the number of turns of the feedback coil can be reduced. As a result, the length of the feedback coil can be shortened and the resistance of the feedback coil is lowered, so that the feedback voltage can be lowered, and operation at a low voltage is possible.
  • canceling magnetic noise can be expected by arranging the magnetoresistive effect element 10 in consideration of the direction of the magnetosensitive axis. For example, when a full bridge circuit is configured with two half bridges, noise due to a uniform external magnetic field can be reduced by placing the half bridges at positions where the directions of the induced magnetic fields generated from the same current line are opposite. Canceled. Note that, as described above, the full bridge circuit may be configured using, for example, three magnetoresistive elements 10 in addition to the four or four or more magnetoresistive elements 10.
  • FB means a feedback coil
  • Bias means a bias coil
  • NiFe means a yoke layer
  • Table 1 shows the corresponding embodiment for each sample. However, it should be noted that this indicates the closest embodiment and does not mean that the constituent requirements of the embodiments other than those described in Table 1 are not satisfied.
  • a diagram showing the same configuration as each sample, and a more specific diagram showing a stacking order of the feedback coil, the bias coil, and the yoke layer (only when arranged) are shown in the “ Figure” column.
  • the “ Figure” column among the feedback coil, bias coil, and yoke layer (only when arranged), the one located on the lowermost side (side closer to the magnetoresistive element 10) is shown on the left.
  • the stacked feedback coil, bias coil, and yoke layer are shown from left to right in the stacking order.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing a cross section of Example Sample 1.
  • FIG. The cross section of FIG. 29 is a cross section corresponding to FIG. 22c, that is, a cross section corresponding to the 10c-10c cross section of FIG. 22b.
  • the details of the example sample will be described with reference to FIG.
  • the dimensions described below are design values (target values), and due to manufacturing accuracy problems, the actual dimensions slightly deviate from these design values within the range where there is no problem in confirming the effect of the present invention. Note that it may be. All samples were formed on a substrate 40 made of non-magnetic silicon. Specifically, the two magnetoresistive elements 10 are arranged on the SiO 2 insulating layer 12 formed by oxidizing the surface of the substrate 40.
  • the magnetoresistive effect element 10 used is a SVGMR element having a GMR magnetosensitive film (SVGMR magnetosensitive film).
  • SVGMR magnetosensitive film GMR magnetosensitive film
  • one of the two magnetoresistive effect elements 10 (the left side in FIG. 29) is further formed on the insulating layer 12 of the above-described SiO 2 with a thickness of 0.03 ⁇ m.
  • the insulating layer 12 having a thickness of 0.03 ⁇ m.
  • the width (length in the X direction) W g of the GMR magnetosensitive film of the magnetoresistive effect element 10 is appropriately selected so that L s / W g satisfies the conditions described in Table 1, and the magnetoresistive effect element 10
  • the length of the GMR magnetosensitive film (the length in the Y direction) was selected according to the width so that the electric resistance was constant under all conditions.
  • an insulating layer 12 having a thickness of 0.2 ⁇ m so as to cover the two magnetoresistive elements 10 an insulating layer 12 having a thickness of 1.3 ⁇ m was further formed.
  • the feedback coil was a 7-turn planar coil, and seven current lines 20 were formed for one feedback coil on the cross section shown in FIG.
  • the width W p of the current line 20 is 4 ⁇ m (the width can be measured, for example, by measuring the distance between the end portions in the top view), and the distance d 2 between the adjacent current lines 20 is 4 ⁇ m, and the thickness was 0.8 ⁇ m. Therefore, the length L s from the outside of the first current line to the outside of the third current line was 20 ⁇ m.
  • the bias coil is a 16-turn planar coil
  • the current line 22 has a width of 4 ⁇ m
  • the distance between adjacent current lines 22 is 4 ⁇ m
  • the thickness is 0.8 ⁇ m. there were.
  • the feedback coil, bias coil, and wiring were formed by sputtering Al—Cu.
  • a yoke layer having a width of 52 ⁇ m, a length of 138 ⁇ m, and a thickness of 1 ⁇ m was formed by plating Ni—Fe.
  • any one of the feedback coil, bias coil, and yoke layer is laminated, and when another feedback coil, bias coil, or yoke layer is used, an insulating layer 12 having a thickness of 1.3 ⁇ m is provided therebetween.
  • an insulating layer 12 having a thickness of 1.3 ⁇ m was provided on the uppermost one of the feedback coil, bias coil, and yoke layer. Therefore, in the case of Sample 1 shown in FIG. 29, the insulating layer 12 having a thickness of 1.3 ⁇ m is formed on the first current line 20A that is the current line of the first feedback coil.
  • the second current line 20B which is the current line of the second feedback coil, is formed.
  • An insulating film 12 is formed on the second current line 20 ⁇ / b> B, and a bias coil current line 22 is formed on the insulating layer 12. Further, the insulating layer 12 is also formed on the current line 22.
  • the insulating layer 12 used in the example samples was formed by appropriately selecting from SiO 2 film, Al 2 O 3 film, and hard bake resist.
  • Example Samples 1 to 18 produced in this manner while a bias current was applied.
  • the operating range is the range that is output linearly with respect to the magnetic field.
  • the maximum current required for feedback was measured.
  • the obtained maximum feedback current (maximum FB current in Table 1) is shown in Table 1.
  • Table 1 shows the maximum feedback current (maximum FB current in Table 1).

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Abstract

　より少ない消費電力、とりわけ少ないフィードバック電流により作動する磁気センサを提供する。　幅方向に順に互いに平行に配置され、電気的に直列に接続されている第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線と、該第２の電流線の下部に配置され、該第２の電流線の延在する方向に沿って延在し、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線を流れる電流により生じた誘導磁界により電気抵抗が変化す磁気抵抗効果素子と、を有し、幅方向における、前記第１の電流線の外側から前記第３の電流線の外側までの長さＬｓと前記磁気抵抗効果素子の幅方向の長さＷｇとが下記（１）式を満足することを特徴とする磁気センサである。　Ｌｓ／Ｗｇ≦５　（１）

Description

磁気センサ
　本発明は磁気センサ、磁気抵抗効果素子を用いる磁気センサに関する。
　ハイブリッドカーおよび電気自動車の電流制御、及び電池の充放電制御、パワーエレクトロニクス分野の電力変換装置、スマートグリッド等多くの分野において非接触で電流を測定するため、またはスロットルポジション、アクセル位置もしくは電動パワステトルクなどの磁界強度を測定するために磁気センサが用いられている。
　このような磁気センサとして、電流線等の導電体の周りを取り囲むようにリング形状を有し、リング形状の一部分にギャップが設けられた磁心（Ｃ型形状の磁心）と、ギャップ部に配置されたホール素子等の磁気検出素子と、磁心の周りに巻き付けられた巻線（コイル）とを有する磁気センサが知られている。
　この磁気センサでは、導電体を流れる電流によって磁心内に誘導された磁界をギャップに配置した磁気検出素子が検出し、磁心内の磁界がゼロになるように巻線にフィードバック電流を流し、この電流値を検出抵抗により電圧換算し、この電圧値より導電体を流れる電流の大きさを求めている。
　しかし、上述の磁心を有する磁気センサは、磁心が導電体の周囲を取り囲むように形成されていることから、磁心内に生ずる誘導磁界が大きくなる。従って、フィードバック電流として流す電流量が大きくなり、この結果、消費電力が大きくなるという問題があった。
　このため、例えば、バッテリーにより電流を供給している装置では、１回の充電で使用可能な時間が短くなる等の諸々の問題が生じていた。
　例えば特許文献１に示されるように、直線状に延在する複数の電流線が平行に配置されている直線部を含む平面コイルと、直線部の電流線が延在する方向と同じ方向に延在する１または２以上の磁気抵抗効果素子とを有する磁気センサ（電流センサー）が知られている。
　この磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、測定対象の導電体を流れる電流（検出対象電流）による誘導磁界のうち、一部分（測定対象の導電体を取り囲む円周方向の一部分）の磁界を磁気抵抗効果素子により検出し、検出した磁界をキャンセルするように（検出対象電流により磁気抵抗効果素子に印加された外部磁界と反対向きで同じ大きさの磁界を磁気抵抗効果素子に印加するように）電流線（平面コイル）にフィードバック電流を流し、このフィードバック電流の大きさから検出対象電流の大きさを求めている。
　このような構成を有する磁気センサは、測定対象である導電体の周囲を取り囲むように磁心を形成する上述の磁気センサと比べて消費電力を低減できるという利点がある。
特開２０１１－１９６７９８号公報
　しかしながら、各種装置の小型化、軽量化に対する要望は益々増加しており、例えば、より小型で小容量のバッテリーを最大容量まで充電して使用する際に使用回数や使用時間を従来と同じにしたいとの要望がある。また、従来と同じバッテリーを最大容量まで充電して使用する際でも、より長い時間使用したいまたは使用回数を増やしたいとの要望がある。さらには、バッテリーを用いずに商用電源を用いる装置であっても省エネルギーに対する要望はよりいっそう強くなっている。
　そして、これらの要望は全て、より少ない消費電力で機能する磁気センサを求めていることに他ならない
　そこで本発明はより少ない消費電力、とりわけ少ないフィードバック電流により作動する磁気センサを提供することを目的とする。
　本発明者らは、１つの磁気抵抗効果素子に対し、当該磁気抵抗効果素子に最も近接した１つの電流線により発生した誘導磁界により駆動する方式ではなく、１つの磁気抵抗効果素子に対し、直列に接続した複数の電流線により発生した誘導磁界により実用的に駆動する方式を見出し、本発明に到達した。
　本発明の態様１は、幅方向に順に互いに平行に配置され、電気的に直列に接続されている第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線と、該第２の電流線の下部に配置され、該第２の電流線の延在する方向に沿って延在し、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線を流れる電流により生じた誘導磁界により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子と、を有し、幅方向における、前記第１の電流線の外側から前記第３の電流線の外側までの長さＬｓと前記磁気抵抗効果素子の幅方向の長さＷｇとが下記（１）式を満足することを特徴とする磁気センサである。

　　　　　　　　　Ｌｓ／Ｗｇ≦５　　　（１）
　本発明の態様２は、前記第２の電流線の幅方向の長さＷｐと前記磁気抵抗効果素子の幅方向の長さＷｇとが下記（２）式を満足することを特徴とする態様１に記載の磁気センサである。

　　　　　　　　　　　　Ｗｐ≦Ｗｇ　　　（２）
　本発明の態様３は、前記磁気抵抗効果素子が複数配置されていることを特徴とする態様１又は２に記載の磁気センサである。
　本発明の態様４は、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線が、平面コイルの一部であることを特徴とする態様１～３のいずれかに記載の磁気センサである。
　本発明の態様５は、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線を覆うヨーク層が、該第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線の上に配置されていることを特徴とする態様１～４のいずれかに記載の磁気センサである。
　本発明の態様６は、前記前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線が、それぞれ、上下方向に２層以上形成されていることを特徴とする態様１～５のいずれかに記載の磁気センサである。
　本発明の態様７は、前記の第２の電流線の延在する方向に垂直な方向に延在する複数のバイアス磁界印加用電流線であって、流れる電流により生じた誘導磁界により前記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加用電流線をさらに有することを特徴とする態様１～６のいずれかに記載の磁気センサである。
　本発明の態様８は、前記複数のバイアス磁界印加用電流線が、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線よりも上部に配置されることを特徴とする態様７に記載の磁気センサである。
　本発明の態様９は、前記複数のバイアス磁界印加用電流線が、前記第２の電流線と前記磁気抵抗効果素子との間に配置されることを特徴とする態様７に記載の磁気センサである。
　本発明の態様１０は、前記複数のバイアス磁界印加用電流線が、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線よりも下部に配置されることを特徴とする態様７に記載の磁気センサである。
　本発明の態様１１は、前記磁気抵抗効果素子が、スピンバルブ巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする態様１～１０のいずれかに記載の磁気センサである。
　本発明の態様１２は、前記第１の電流線と平行に延在し、かつ前記第１の電流線よりも外側に配置された第４の電流線と、前記第３の電流線と平行に延在し、かつ前記第３の電流線よりも外側に配置された第５の電流線と、前記第４の電流線の下部に配置され、軟磁性材料を含んで成り、前記第１～第５の電流線および前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続されていない第１のヨーク層と、前記第５の電流線の下部に配置され、軟磁性材料を含んで成り、前記第１～第５の電流線および前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続されていない第２のヨーク層と、を更に含むことを特徴とする態様１～１１のいずれかに記載の磁気センサである。
　本発明の態様１３は、前記磁気抵抗効果素子が２つ以上配置され、該２つ以上の磁気抵抗効果素子が、ブリッジ回路を形成するように電気的に接続されていることを特徴とする態様１～１２のいずれかに記載の磁気センサである。
　本発明の態様１４は、前記ブリッジ回路が、ハーフブリッジ回路であることを特徴とする態様１３に記載の磁気センサである。
　本発明の態様１５は、前記磁気抵抗効果素子が４つ以上配置され、かつ前記ブリッジ回路が該４つ以上の磁気抵抗効果素子を用いたフルブリッジ回路であることを特徴とする態様１３に記載の磁気センサ
　本発明に係る磁気センサは、フィードバック電流を流す電流線と、電流線を流れる電流により生じた誘導磁界（フィードバック磁界）により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子との配置を適正にしたものである。これにより少ない消費電力で作動する磁気センサを提供できる。
図１は、フィードバック電流を流すための１本の電流線２０と磁気抵抗効果素子１０とを示す図である。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は断面図であり、図１（ｃ）は平面図である。 図２は、図１に示す電流線２０を含む平面コイル７０を示す平面図である。 図３（ａ）は、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１００の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の１ｂ－１ｂ断面を示す断面図である。 図４は、長さＬｓと磁気抵抗効果素子１０の長さＷｇの関係を例示する断面図である。 図５は複数の磁気抵抗効果素子１０を配置する形態を例示する上面図である。 図６は、電流線の個数の影響を調べるために用いたモデルを示す図である。 図７はシミュレーション結果を示すグラフである。 図８は、磁気抵抗効果素子の個数の影響を調べるために用いたモデルを示す図である。 図９はシミュレーション結果を示すグラフである。 図１０は、シミュレーション結果を示すグラフである。 図１１は、図１０と別のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１２は、上述した実施形態１の変形例である磁気センサ１２０を示し、図１２（ａ）は磁気センサ１２０の上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）の２ｃ－２ｃ断面を示す断面図である。 図１３は、本発明の実施形態２に係る磁気センサ１３０を示し、図１３（ａ）は磁気センサ１３０の上面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）の３ｃ－３ｃ断面を示す断面図である。 図１４はシミュレーション結果を示すグラフである。 図１５は、本発明の実施形態３に係る磁気センサ１４０を示し、図１５（ａ）は磁気センサ１４０の上面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）の４ｃ－４ｃ断面を示す断面図である。 図１６はシミュレーション結果を示すグラフである。 図１７は、本発明の実施形態４に係る磁気センサ１５０を示し、図１７（ａ）は磁気センサ１５０の上面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１７（ｃ）は図１７（ｂ）の５ｃ－５ｃ断面を示す断面図である。 図１８は、実施形態４の変形例に係る磁気センサ１６０を示し、図１８（ａ）は磁気センサ１６０の上面図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）の６ｃ－６ｃ断面を示す断面図である。 図１９は、本発明の実施形態５に係る磁気センサ１７０を示し、図１９（ａ）は磁気センサ１７０の上面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１９（ｃ）は図１９（ｂ）の７ｃ－７ｃ断面を示す断面図である。 図２０は、本発明の実施形態６に係る磁気センサ１８０を示し、図２０（ａ）は磁気センサ１８０の上面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ｂ）の８ｃ－８ｃ断面を示す断面図である。 図２１は、実施形態６の変形例に係る磁気センサ１９０を示し、図２１（ａ）は磁気センサ１９０の上面図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２１（ｃ）は図２１（ｂ）の９ｃ－９ｃ断面を示す断面図である。 図２２は、本発明の実施形態７に係る磁気センサ２００を示し、図２２（ａ）は磁気センサ２００の上面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２２（ｃ）は図２２（ｂ）の１０ｃ－１０ｃ断面を示す断面図である。 図２３は、実施形態７の変形例に係る磁気センサ２１０を示し、図２３（ａ）は磁気センサ２１０の上面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２３（ｃ）は図２３（ｂ）の１１ｃ－１１ｃ断面を示す断面図である。 図２４は、本発明の実施形態８に係る磁気センサ２２０を示し、図２４（ａ）は磁気センサ２２０の上面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２４（ｃ）は図２４（ｂ）の１２ｃ－１２ｃ断面を示す断面図である。 図２５は、実施形態８の変形例に係る磁気センサ２３０を示し、図２５（ａ）は磁気センサ２３０の上面図であり、図２５（ｂ）は図２５（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２５（ｃ）は図２５（ｂ）の１３ｃ－１３ｃ断面を示す断面図である。 図２６は本発明の実施形態９に係る磁気センサ２４０を示す平面図である。 図２７は、磁気センサ回路（フィードバック回路）の例を示す概略回路図である。 図２８は、４つの磁気抵抗効果素子１０を用いてフルブリッジ回路を構成した例を示す概略回路図である。 図２９は、実施例サンプル１の断面を示す断面図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は、特に断らない限り同一の部分又は部材を示す。
　本発明の理解を容易にするために、最初に図１および図２を用いて磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサにより磁気および／または電流を検出する仕組み概要を説明する。
　図１は、フィードバック電流を流すための１本の電流線２０と磁気抵抗効果素子１０とを示す図である。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は断面図であり、図１（ｃ）は平面図である。図２は、図１に示す電流線２０を含む平面コイル７０を示す平面図である。
　図１（以下、図１（ａ）～図１（ｃ）のように図を示す番号が同じで番号の後ろのアルファベットのみが異なる複数の図を総称して「図１」のように図の番号で呼ぶ場合がある。）に示すように、必要に応じて配置される絶縁層１２を介して電流線２０の下部に磁気抵抗効果素子１０が配置されている。磁気抵抗効果素子１０は、電流線２０が延在する方向に平行に延在している（すなわち、磁気抵抗効果素子１０は、電流線２０が延在する方向に沿って延在している）。磁気抵抗効果素子１０は、外部から印加された磁界（外部磁界）の向きおよび強さに応じて電気抵抗が変化する素子であり、好ましくはＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）であり、より好ましくはＳＶＧＭＲ素子（spin valve giant magnetic resistance（スピンバルブ巨大磁気抵抗効果素子））である。
　電流線２０は、直線的に延在する導電体であり、例えば図２に示す平面コイル７０の平面視した（図２の－Ｚ方向から見た）長方形形状の外観における長辺方向（Ｙ方向）に平行に延在して配置され伝導体が複数配置されている部分（図２に示す直線部Ｂ）の導電体の１つである。
　磁気抵抗効果素子１０および電流線２０（例えばコイル７０）は、図１および２に図示しないフィードバック回路（磁気センサ回路）に接続されている。
　図１（ａ）に示すように測定対象の導電体による誘導磁界の一部である外部磁界３２が磁気抵抗効果素子１０に印加されると磁気抵抗効果素子１０の電気抵抗が変化する。磁気抵抗効果素子１０の電気抵抗が変化すると、外部磁界３２を打ち消す（すなわち外部磁界３２と同じ大きさでかつ反対方向の）フィードバック磁界３０を形成するように、フィードバック回路から電流線２０にフィードバック電流３４が供給される。
　このフィードバック電流３４の大きさ（または電流３４を流すための電圧の大きさ）を求めることで、外部磁界３２の大きさを求めることができる。そして、外部磁界３２の大きさから検出対象導体を流れる電流の大きさを求めることができる。
　なお、本明細書において用語「外部磁界」とは検出対象を流れる電流（測定対象となる電流）による誘導磁界を意味する。
　このような測定原理により磁界の大きさおよび電流の大きさを測定できる、磁気抵抗効果素子１０を用いた磁気センサでは、フィードバック電流３４が、センサ全体の消費電力のかなりの部分を占めることから、フィードバック電流を減らすことがセンサ全体の消費電力を低減することに繋がる。
　本願発明者らは、その詳細を後述するように、幅方向に順に互いに平行に配置され、電気的に直列に接続された３本の電流線（順に、第１の電流線、第２の電流線、第３の電流線）２０と、第２の電流線（真ん中の電流線）の下部に、第２の電流線の延在する方向に平行な方向に延在して配置された磁気抵抗効果素子１０とを有する磁気センサにおいて、幅方向における前記第１の電流線の外側から前記第３の電流線の外側までの長さＬｓ（すなわち、Ｌｓは、幅方向における、第１の電流線の長さと、第１の電流線と第２の電流線との間の距離（隙間）と、第２の電流線の長さと、第２の電流線と第３の電流線との間の距離と、第３の電流線の長さの合計である。）と、前記磁気抵抗効果素子の幅方向の長さＷｇとが以下の（１）式を満足するように、第１～第３の電流線と磁気抵抗効果素子とを配置することにより、第２の電流線により形成されるフィードバック磁界に加えて、第１の電流線により形成されるフィード磁界と第３の電流線により形成されるフィードバック磁界とが効果的に磁気抵抗効果素子に印加でき、少ない電流で所望のフィードバック磁界を磁気抵抗効果素子に印加できることを見出し本発明に至ったものである。

　　　　　　　　　Ｌｓ／Ｗｇ≦５　　　（１）

　以下に本発明の詳細を説明する。
１．実施形態１
１－１．磁気センサ１００の構成
　図３（ａ）は、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１００の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の１ｂ－１ｂ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１００は、同じ方向に延在し、かつ直列に電気的に接続されている複数の電流線２０を有している。好ましい実施形態の１つでは電流線２０は、図２に示す平面コイル７０の直線部Ｂを構成する電流線である。平面コイルの両端部に電圧を印加することにより全ての電流線２０にフィードバック電流を流すことができるからである。
　図３（ａ）に示す実施形態では、１１本の電流線２０が配置されているが、３本以上であれば任意の本数の電流線２０が配置されてよい。
　同様に、図２に示す平面コイル７０の直線部Ｂには７本の電流線２０しか描かれていないが、コイル７０の巻数を変えることにより直線部Ｂの電流線２０の数を３本以上であれば任意の本数としてよい。
　図３では、電流線２０を個別に識別するために、電流線２０のそれぞれに符号「２０ａ」～「２０ｋ」のいずれかを付している。
　磁気センサ１００は、１または複数の磁気抵抗効果素子１０を有している。外部磁界をより高精度に検出するためには磁気抵抗効果素子１０の個数は多い方が良い。また、感磁軸方向を複数持つと、外付け抵抗など無しで、磁気抵抗効果素子を含むセンサチップのみで差動出力が得られるため、磁気抵抗効果素子１０は少なくとも２個以上配置されている
ことが好ましい。
　前記２個の磁気抵抗効果素子の延在方向と平行な両隣に磁気抵抗効果素子１０があると磁気抵抗効果素子の磁束密度が増幅されるため、磁気抵抗効果素子１０が４個以上配置されていることがより好ましい。図３に示す実施形態では、磁気センサ１００は、５つの磁気抵抗効果素子１０を有している。
　図３を用いて磁気抵抗効果素子１０と電流線２０との位置関係を以下に説明する。図３では、磁気抵抗効果素子を個別に識別するために、個々の磁気抵抗効果素子１０のそれぞれに符号「１０ａ」～「１０ｅ」のいずれかを付している。
　図３（ａ）に示すように、その幅方向（Ｘ方向）に沿って順に電流線（第１の電流線）２０ａ、電流線（第２の電流線）２０ｂ、電流線（第３の電流線）２０ｃ、・・・電流線２０ｋと互いに平行に配置されている。図３の実施形態では、図３（ｂ）に示すように電流線２０ａ～２０ｋは、それぞれ、幅方向（Ｘ方向）の長さがＷｐであり、隣り合う電流線２０は距離（電流線２０同士の間の隙間）ｄ２を有して離間している。
　磁気抵抗効果素子１０ａは電流線（第２の電流線）２０ｂの下部（電流線の高さ方向（図３のＺ方向）における下部（または直下））にその延在方向が電流線２０ｂの延在方向と平行になるように配置されている。
　電流線２０（２０ｂ）と磁気抵抗効果素子１０（１０ａ）との間の絶縁をより確実に行うために、図３に示すように電流線２０（２０ｂ）と磁気抵抗効果素子１０（１０ａ）との間に絶縁層１２（１２ａ）を配置してよい。
　磁気抵抗効果素子１０ａはその幅方向（Ｘ方向）の長さがＷｇである（図３の実施形態では他の磁気抵抗効果素子１０ｂ～１０ｅも幅方向の長さはＷｇである）。
　図３（ｂ）に示す長さＬｓは、幅方向における前記第１の電流線２０ａの外側（図３（ｂ）では第１の電流線２０ａの左側の端部）から前記第３の電流線の外側（図３（ｂ）では第３の電流線２０ｃの右側の端部）までの長さである。
　換言すれば、長さＬｓは、幅方向における、第１の電流線２０ａの長さと、第１の電流線２０ａと第２の電流線２０ｂとの間の距離（隙間）と、第２の電流線２０ｂの長さと、第２の電流線２０ｂと第３の電流線２０ｃとの間の距離（隙間）と、第３の電流線２０ｃの長さの合計であり、図３の実施形態ではＬｓは３Ｗｐ＋２ｄ２となる。
　そして、磁気センサ１００は、長さＬｓと長さＷｇが（１）式を満足するように構成されている。

　　　　　　　　　Ｌｓ／Ｗｇ≦５　　　（１）

　（１）式を満足することは、電流線２０（電流線２０ａ～２０ｃ）の幅方向の長さに対して磁気抵抗効果素子１０ａが十分な幅方向の長さを有することにより、磁気抵抗効果素子１０ａには、その直上に位置する電流線２０ｂによるフィードバック磁界に加えて、電流線２０ｂの両隣に位置する電流線２０ａと電流線２０ｃによるフィードバック磁界も効率的に印加されることを意味する。
　そして、このことは、電流線２０ａ、電流線２０ｂおよび電流線２０ｃは同じ向きに、同じ電流が流れるように直列に接続されていることから、磁気センサ１００では１本の電流線に電流を流した場合より少ない電流量で、より強いフィードバック磁界を磁気抵抗効果素子１０に印加できることを意味する。
　また好ましくは、長さＬｓと長さＷｇは（１Ａ）式を満足する。少ない電流でより確実に強いフィードバック磁界を磁気抵抗効果素子１０に印加できるからである。

　　　　　　　　　Ｌｓ／Ｗｇ≦３　　　（１Ａ）

　（１）式および（１Ａ）式を満足することにより得られる効果については、後述するシミュレーションの結果でも明らかになっている。
　好ましくは、長さＬｓの中心と磁気抵抗効果素子１０の長さＷｇの中心（磁気抵抗効果素子１０の幅方向の中心）とは一致している。磁気抵抗効果素子１０が、第２の電流線２０ｂの両隣に位置する第１の電流線２０ａおよび第３の電流線２０ｃのからのフィードバック磁界を効率的に受けることが出来るからである。
　また、好ましくは、磁気抵抗効果素子１０の幅方向の長さＷｇと電流線２０の幅方向の長さＷｐは以下に示す（２）式を満足する。（２）式は、磁気抵抗効果素子１０の幅方向の長さが電流線２０（とりわけ、電流線２０ｂ）の幅方向の長さより長いことを意味する。これにより、磁気抵抗効果素子１０内の反磁界が小さくでき、感度が上がりやすくなる。そのため少ない消費電流でも高い出力が得られる。また、（２）式を満足していることは、磁気抵抗効果素子１０の幅方向の端部が、第１の電流線２０ａまたは第３の電流線２０ｃに接近していることを意味する。これにより、磁気抵抗効果素子１０に電流線２０ａおよび電流線２０ｃによるフィードバック磁界を確実に印可することができる。

　　　　　　　　　　　　Ｗｐ≦Ｗｇ　　　（２）
　なお、（１）式を満足する磁気抵抗効果素子１０の長さＷｇの形態は図３（ｂ）に示す実施形態に限定されるものではなく複数の形態が可能である。
　図４は、長さＬｓと磁気抵抗効果素子１０の長さＷｇの関係を例示する断面図である。図４（ａ）は、Ｗｇ≦Ｗｐ＋２ｄ２の場合を示し、図４（ｂ）は、Ｗｇ≧Ｗｐ＋２ｄ２の場合を示し、図４（ｃ）はＷｇ＝Ｌｓの場合を示し、図４（ｄ）はＷｇ＞Ｌｓの場合を示す。
　図４（ａ）は、図３（ｂ）の実施形態と同じであり、幅方向の位置において、磁気抵抗効果素子１０ａの端部（両方の端部）は、第１の電流線２０ａと第２の電流線２０ｂとの間および第２の電流線２０ｂと第３の電流線２０ｃとの間のどちらかに位置している。
　図４（ｂ）の場合、幅方向の位置において、磁気抵抗効果素子１０ａの端部（両方の端部）は、第１の電流線２０ａおよび第３の電流線２０ｃのどちらかと重なる。
　また、図４（ｂ）の実施形態は、Ｗｇ＝２Ｗｐである場合を含み得る。
　図４（ｃ）の場合、幅方向の位置において、磁気抵抗効果素子１０ａの端部（両方の端部）は、第１の電流線２０ａの外側端部（図４（ｃ）では左側端部）および第３の電流線２０ｃの外側端部（図４（ｃ）では右側端部）のどちらかと一致する。
　図４（ｄ）の場合、幅方向の位置において、磁気抵抗効果素子１０ａの端部（両方の端部）は、第１の電流線２０ａの外側端部（図４（ｄ）では左側端部）および第３の電流線２０ｃの外側端部（図４（ｄ）では右側端部）のどちらかよりも外側となっている。
　図３に示す実施形態では、さらに磁気抵抗効果素子（第２の磁気抵抗効果素子）１０ｂが絶縁層１２ｂを介して電流線２０ｄの下部にその延在方向が電流線２０ｄの延在方向と平行になるように配置されている。この場合、第１の電流線が電流線２０ｃであり、第２の電流線が電流線２０ｄであり、第３の電流線が電流線２０ｅであり、（１）式を満足している。
　さらに磁気抵抗効果素子（第３の磁気抵抗効果素子）１０ｃが絶縁層１２ｃを介して電流線２０ｆの下部に、その延在方向が電流線２０ｆの延在方向と平行になるように配置されている。この場合、第１の電流線が電流線２０ｅであり、第２の電流線が電流線２０ｆであり、第３の電流線が電流線２０ｇであり、（１）式を満足している。
　また、磁気抵抗効果素子（第４の磁気抵抗効果素子）１０ｄが絶縁層１２ｄを介して電流線２０ｈの下部に、その延在方向が電流線２０ｈの延在方向と平行になるように配置されている。この場合、第１の電流線が電流線２０ｇであり、第２の電流線が電流線２０ｈであり、第３の電流線が電流線２０ｉであり、（１）式を満足している。
　さらにまた、磁気抵抗効果素子（第５の磁気抵抗効果素子）１０ｅが絶縁層１２ｅを介して電流線２０ｊの下部に、その延在方向が電流線２０ｊの延在方向と平行になるように配置されている。この場合、第１の電流線が電流線２０ｉであり、第２の電流線が電流線２０ｊであり、第３の電流線が電流線２０ｋであり、（１）式を満足している。
　図３に示す実施形態では、例えば電流線２０ｃは、磁気抵抗効果素子１０ａが配置されている電流線２０ｂを第２の電流線とする場合の第３の電流線であるとともに、その下部に磁気抵抗効果素子１０ｂが配置されている電流線２０ｄを第２の電流線とする場合の第１の電流線でもある（電流線２０ｅ、２０ｇ、２０ｉも同様）。このように、１本の電流線を第１～第３の電流線のうちの２つ役割を兼用させてよい。
　また、例えば電流線２０ｂと電流線２０ｄの間、電流線２０ｄと電流線２０ｆとの間、電流線２０ｆと電流線２０ｈの間、および電流線２０ｈと電流線２０ｊの間に、それぞれ、その下部に磁気抵抗効果素子が配置されていない電流線を２本以上配置する等により、電流線が第１～第３の電流線のいずれか１つとしてのみ機能するようにしてもよい。
　また、複数の磁気抵抗効果素子１０を配置する形態は、図３の形態に限定されるものではない。図５は複数の磁気抵抗効果素子１０を配置する形態を例示する上面図である。
　図５（ａ）は、図３と同じ形態であり、順に並ぶ電流線２０ａ～２０ｄの１つおきにその下部に磁気抵抗効果素子１０を配置している。
　図５（ｂ）では、隣り合う電流線２０ｂと電流線２０ｃの両方に磁気抵抗効果素子１０を配置している。この場合、磁気抵抗効果素子１０ａにとっては電流線２０ｂが第２の電流線であり、電流線２０ｃが第３の電流線であり、磁気抵抗効果素子１０ｂにとっては電流線２０ｃが第２の電流線であり、電流線２０ｂが第１の電流線である。
　図５（ｃ）では、１本の電流線の下部に複数の磁気抵抗効果素子１０（図５（ｃ）では磁気抵抗効果素子１０ａ、１０ｂの２つ）が配置されている。
　図５に示したいずれの形態も（１）式を満足させることが可能である。
　図３に示す電流線２０（電流線２０ａ～２０ｋ）は、上述したように、同じ幅Ｗｐを有し、等間隔ｄ１で配置されている。形成されるフィードバック磁界を均一にできることからこの形態が好ましい。しかし、これに限定されるものではない。（１）式を満足する限りは、第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線の幅方向の長さのうち少なくとも１つが他と異なっていてもよい。また、幅方向において第１の電流線と第２の電流線との間の距離と、第２の電流線と第３の電流線との間の距離が異なっていてもよい。
　また、図３に示すように、電流線２０ｂの幅方向（Ｘ方向）の中心（図３（ａ）で電流線２０ｂを通る一点鎖線３６および図３（ｂ）で電流線２０ｂを通る一点鎖線３８）と磁気抵抗効果端子１０ａの幅方向（Ｘ方向）の中心とは一致している（すなわち、電流線２０ｂを通る一点鎖線３６、３８は磁気抵抗効果素子１０ａの幅方向の中心線でもある）ことが好ましい。電流線２０により生じたフィードバック磁界がより均一に磁気抵抗効果素子１０ａに印加されるからである。
　同様に、電流線２０ｄ、電流線２０ｆ、電流線２０ｈおよび電流線２０ｊの幅方向の中心は、それぞれ、磁気抵抗効果素子１０ｂ、磁気抵抗効果素子１０ｃ、磁気抵抗効果素子１０ｄおよび磁気抵抗効果素子１０ｅの幅方向の中心と一致している。
１－２．シミュレーション結果
　次に、本発明の効果をより明確にするために行ったシミュレーションの結果を説明する。
［電流線の個数の影響］
　図６は、電流線の個数の影響を調べるために用いたモデルを示す図であり、図６（ａ）のモデルでは１本の電流線２０とその下に絶縁層１２（不図示）を介して配置されている１つの磁気抵抗効果素子１０とを有しており、図６（ｂ）のモデルでは、図６（ａ）のモデルの構成に加えて、その下部に磁気抵抗効果素子１０が配置されている電流線２０の両隣に、その下に磁気抵抗効果素子が配置されていない電流線２０をそれぞれ１本ずつ配置し、図６（ｃ）のモデルでは、図６（ａ）のモデルの構成に加えて、その下部に磁気抵抗効果素子１０が配置されている電流線２０の両隣に、その下に磁気抵抗効果素子が配置されていない電流線２０をそれぞれ２本ずつ配置している。
　すなわち、図６（ａ）のモデルでは電流線２０が合計１本、図６（ｂ）のモデルでは電流線２０が合計３本、図６（ｃ）のモデルでは電流線２０が合計５本配置されている。
　シミュレーションは、電流線２０を銅より成る幅（Ｘ方向長さ）４μｍ、厚さ（Ｚ方向の長さ）０．８μｍの断面が長方形形状の導体とし、電流線２０のそれぞれには１０ｍＡの電流を流すこととした。また隣り合う電流線２０同士の距離（隙間）は４μｍとした。
　絶縁層１２は、厚さ１μｍとした。
　磁気抵抗効果素子１０は、ＳＶＧＭＲ素子を想定した。通常ＳＶＧＭＲ素子は、スピンの方向を固定した、例えばＣｏＦｅ層等を含む１または複数の層から成る固定層と、外部磁界により容易にスピンの向きが変わる、例えばＮｉＦｅ層等から成るフリー層とを有するが、単純化のため、磁気抵抗効果素子１０は、飽和磁束密度Ｂｓが１．４Ｔ、長さ１００μｍ、幅１０μｍ、厚さ２０ｎｍのＮｉＦｅの単層膜としてシミュレーションを行った。
　これらのモデルおよびパラメータを用い、シミュレーションは株式会社ＪＳＯＬ社製の磁界解析ソフトＪ－ＭＡＧを用いて行った。
　図７はシミュレーション結果を示すグラフである。
　なお、図７のグラフの横軸「Ｘ方向位置」は、磁気抵抗効果素子１０の幅方向の位置を示し、０μｍが磁気抵抗効果素子１０の幅方向の中心であり、幅方向の中心からの距離をＸ方向を正、－Ｘ方向を負で示している。
　図７から判るように、電流線２０が１本の場合と比べて、電流線２０が３本となることで磁気抵抗効果素子１０内の磁束密度が顕著に増加する。一方、電流線２０が３本と５本の場合では、５本の場合の方が磁気抵抗効果素子１０内の磁束密度は大きいが、その差は小さい。
［磁気抵抗効果素子の個数の影響］
　図８は、磁気抵抗効果素子の個数の影響を調べるために用いたモデルを示す図であり、いずれのモデルも図３と同じ１１本の電流線２０を有しているが、図８（ａ）のモデルでは、磁気抵抗効果素子１０は真ん中（図で上から６本目）の電流線２０の下に絶縁層１２（不図示）を介して１つ配置されているだけであり、図８（ｂ）のモデルでは、磁気抵抗効果素子１０は、図で上から４本目、６本目および８本目の電流線２０の下に絶縁層１２を介して合計３つ配置されており、図８（ｃ）のモデルは図３に示した磁気センサ１００と同じ構成を有しており、従って合計５つの磁気抵抗効果素子１０が配置されている。
　このようなモデルを用いて、上述の［電流線の個数の影響］で示したのと同じ条件でシミュレーションを行った。
　図９はシミュレーション結果である。図９のグラフの横軸「Ｘ方向位置」は、それぞれのモデルにおいて幅方向の真ん中の磁気抵抗効果素子１０（図８（ａ）では唯一図示されている磁気抵抗効果素子１０、図８（ｂ）では３つ図示されている磁気抵抗効果素子１０のうち、紙面の上から２つ目の磁気抵抗効果素子１０、図８（ｃ）では５つ図示されている磁気抵抗効果素子１０のうち、紙面の上から３つ目の磁気抵抗効果素子１０）内での幅方向の位置を示し、０μｍが当該磁気抵抗効果素子１０の幅方向の中心であり、幅方向の中心からの距離を、Ｘ方向を正、－Ｘ方向を負で示している。
　図９から判るように、磁気抵抗効果素子１０を複数配置することにより、磁気抵抗効果素子１０内の磁束密度は顕著に増加する。一方、磁気抵抗効果素子１０が３個と５個の場合では、磁気抵抗効果素子１０内の磁束密度の大きさに大きな違いは認められない。
　次にＬｓ／Ｗｇと磁気抵抗効果素子に印加される磁界（磁束密度）との関係をシミュレーションした結果を示す。
　［Ｌｓ／Ｗｇと磁気抵抗効果素子に印加される磁界（磁束密度）との関係］
　図３（ｂ）に示す構成の一部である、電流線（第１の電流線）２０ａ、電流線（第２の電流線）２０ｂおよび電流線（第３の電流線）２０ｃと、絶縁層１２ａを介して電流線２０ｂの下部に配置されている磁気抵抗効果素子１０ａとから成る構成を用いてシミュレーションを行った。
　電流線２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれ幅Ｗｐを有し、隣り合う電流線との距離（隙間）はｄ２となっている。従って、ここで、電流線２０ａ～２０ｃの幅（合計：３×Ｗｐ）と、電流線２０ａと電流線２０ｂとの間の距離ｄ２と、電流線２０ｂと電流線２０ｃとの間の距離ｄ２との合計３Ｗｐ＋２ｄ２が長さＬｓである。
　磁気抵抗効果素子１０ａは幅Ｗｇを有している。
　長さＬｓの幅Ｗｇに対する比率であるＬｓ／Ｗｇを変化させた場合の磁気抵抗効果素子１０ａ内の磁束密度をシミュレーションにより求めた。Ｗｐを２μｍ～１０μｍまで変化させ、Ｗｇを５μｍ～２０μｍまで変化させ、ｄ２を２μｍ～１０μｍまで変化させることによりＬｓ／Ｗｇを変化させた。シミュレーションのその他の条件は上述の［電流線の個数の影響］で示したのと同じ条件である。
　図１０はシミュレーション結果を示す。グラフ上の各点は計算値であり、曲線はこれらのグラフ上の点（計算値）から求めた累乗近似曲線である。
　図１０から、Ｌｓ／Ｗｇが５以下であると磁気抵抗効果素子内の磁束密度を０．１５（Ｔ）以上と十分に大きな値とできることが判る。特に、Ｌｓ／Ｗｇが３以下であると、磁気抵抗効果素子内の磁束密度が０．２６以上と顕著に大きなフィードバック磁界を与えることできることが判る。
　図１１は図１０と別のシミュレーション結果を示すグラフである。
　図１０から、Ｌｓ／Ｗｇが５以下であると、フィードバック電流による磁気抵抗効果素子内の磁束密度が０．１５（Ｔ）以上になる。図１０はフィードバック電流１０ｍＡの結果であるため、測定対象の外部磁界（例えば、測定対象の電流により誘起される外部磁界）印加による磁気抵抗効果素子内の磁束密度が０．１５（Ｔ）であればフィードバック電流１０ｍＡでキャンセルでき磁気平衡状態にできる。
　図１１（a）は、幅Ｗｇが５μｍの磁気抵抗効果素子１０に幅方向に平行な外部磁界が印加された場合の磁気抵抗効果素子１０内の磁束密度を示す。５０Ｏｅの外部磁界で該磁束密度が約０．６Ｔ、同じく２０Ｏｅの測定対象磁界で該磁束密度が約０．２Ｔとなっていることがわかる。図１０はフィードバック電流１０ｍＡの結果であるため、約１３ｍＡのフィードバック電流で２０Ｏｅの測定対象磁界をキャンセルできることがわかる。また、例え５０Ｏｅの外乱磁界が印加されてもリセット電流３９ｍＡを瞬間的に印加すれば磁気抵抗効果素子１０を磁気的に初期状態にすることができることも判る。これらの消費電流はいずれも従来型の磁気センサよりも明らかに低い消費電流である。従来型の磁気平衡型電流センサの１つは、上述したように、測定対象の電流線がC型のコア内に誘導磁界を発生させ、その誘導磁界をキャンセルするようにフィードバック電流を巻線に流し、その電流値、またはそれに比例した電圧値を測定することにより測定対象電流を測定するものである。測定電流線の巻線数Ｎ１をフィードバック巻線の巻線数Ｎ２で割り、測定電流値Ｉをかけた数値、Ｉ×（Ｎ１／Ｎ２）がフィードバックに必要な消費電流値になる。センサ自体の大きさがコンパクトであることが要求され（たとえば車載のため）、電流線の許容電流値による制限などからＮ２を増やすことには限界があり、結果として消費電流は大きくなってしまう。
　ここでＬｓ／Ｗｇ＝５の例として、Ｗｐ＝５μｍ、Ｗｇ＝５μｍ、ｄ２＝５μｍなどＷｐ＝Ｗｇ＝ｄ２の条件を挙げることができる。
　また、図１１（ｂ）は、電流線が１本の場合の磁気抵抗効果素子内の磁束密度、に対する、電流線が３本の場合の磁気抵抗効果素子内磁束密度の比率を増幅率とし、この増幅率とＬｓ／Ｗｇの関係を示すグラフである。磁気抵抗効果素子の幅方向長さＷｇは５μｍとした。図１１（ｂ）より、Ｌｓ／Ｗｇが５以下になると顕著に大きなフィードバック磁界を与えることできることが判る。即ち、Ｗｇが５μｍの場合、Ｌｓは２５μm以下であることが好ましい。
　なお、本発明において、電流線２０の厚さは、０．４μｍ～５μｍ、幅Ｗｐは２μｍ～１０μｍ、隣り合う電流線２０の距離（隙間）は２μｍ～１０μｍであることが好ましい。電流線２０は、例えば銅、銀またはアルミニウムのような電気伝導性に優れた材料により形成される。
　また、磁気抵抗効果素子１０の幅Ｗｇは好ましくは４μｍ～２０μｍである。磁気抵抗効果素子１０の長さ（電流線２０に沿った方向の長さ）は、絶縁耐圧を考慮すると５００μｍ以上であることが好ましい。
　以下に、本発明に係る他の実施形態について説明する。これらの実施形態において、特段の断りの無い部分の構成は、実施形態１と同じであってよい。また特に断りがない限り、同じ符号を有する要素は、異なる実施形態間であっても同じ構成を有してよい。
　それぞれの実施形態を説明する前にこれらの実施形態の説明に用いる図との比較を容易にする目的で磁気センサ１２０について説明しておく。
　図１２は、実施形態１の変形例である磁気センサ１２０を示し、図１２（ａ）は磁気センサ１２０の上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）の２ｃ－２ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１２０では、コイル７０の直線部に配置されている電流線２０の数が９本であり、磁気抵抗効果素子１０の数が４つである点が磁気センサ１００と異なる。これ以外の構成は磁気センサ１００と同じである。
２．実施形態２
　図１３は、本発明の実施形態２に係る磁気センサ１３０を示し、図１３（ａ）は磁気センサ１３０の上面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）の３ｃ－３ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１３０は、電流線２０の上部にヨーク層１６を有する点が実施形態１に係る磁気センサ１２０と異なる。
　ヨーク層１６は、その下部に磁気抵抗効果素子１０が配置されている１つの電流線２０と、この電流線２０の両隣に配置されている電流線２つを含む、３つの電流線（すなわち、第１～第３の電流線）の組合せを少なくとも１組を覆うように電流線２０の上に配置されている。好ましくは、２組以上、より好ましくは図１３に示すように、全て組の電流線２０（図１３では、４つの電流線がその下部に磁気抵抗効果素子１０が配置されており、その電流線２０それぞれの両隣に配置された電流線２０が全部で５本あり、合計９つの電流線２０が示されている）を覆うようにヨーク層１６が電流線２０の上（上部）に設けられている。
　なお、図１３（ｂ）、（ｃ）に示す実施形態では最も外側に位置する２つの電流線２０（図１３（ｂ）において一番上の電流線２０と一番下の電流線２０）は、幅方向（Ｘ方向）の一部しかヨーク層１６により覆われていないが、このように下部に磁気抵抗効果素子が配置されていない電流線２０については幅方向について一部を覆うだけでもよい。
　また、ヨーク層１６と電流線２０との間の絶縁を確実に行うために、図１３（ｃ）に示すように、ヨーク層１６と電流線２０との間に絶縁層１２を形成してよい。
　なお、ヨーク層１６等のヨーク層は、既知の任意の軟磁性材料により構成してよく、好適な軟磁性材料の例としてパーマロイ（Ｎｉ－Ｆｅ合金）を挙げることができる。ヨーク層は、例えば、軟磁性材料をスパッタまたはめっきすることにより構成できる。
　このようなヨーク層１６を電流線２０の上に配置することにより、電流線２０の周りに形成されるフィードバック磁界のうち、電流線２０の上を通る磁界（すなわち、電流線２０を挟んで磁気抵抗効果素子１０がある側と反対側を通る磁界）がヨーク層１６を通ることで当該部分の磁束密度が大きくなり、電流線２０の下側に位置する磁気抵抗効果素子１０とともに磁気回路が高効率に形成されることから、同じ大きさの電流を電流線２０に流した場合、より多くのフィードバック磁界は磁気抵抗効果素子１０に印加されると考えられる。
　ヨーク層１６は、好ましくは０．２μｍ以上の厚さを有する。また、ヨーク層は、図１３に示すように、平面視した場合に、長さ方向について磁気抵抗効果素子１０を覆うことができる長さ（Ｙ方向長さ）を有することが好ましい。
　また、図１３（ｃ）に示すように電流線２０とヨーク層１６との間に絶縁層１２を形成しヨーク層が導伝性である場合、絶縁層１２の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
［シミュレーション結果］
　次に、本実施形態の効果をより明確にするために行ったシミュレーションの結果を説明する。
　図１２に示す構成を有する磁気センサ１２０と図１３に示す構成を有する磁気センサ１３０をモデルとしてシミュレーションを行った。
　シミュレーションは、電流線２０を銅より成る幅（Ｘ方向長さ）４μｍ、厚さ（Ｚ方向長さ）１μｍの断面が長方形形状の導体とした。また隣り合う電流線２０の間の距離（隙間）は４μｍとした。
　電流線２０と磁気抵抗効果素子１０との間に配置した絶縁層１２は、長さ（Ｙ方向長さ）１００μｍ、幅４μｍ、厚さ１μｍとした。
　磁気抵抗効果素子１０は、ＳＶＧＭＲ素子を想定した。通常ＳＶＧＭＲ素子は、スピンの方向を固定した、例えばＣｏＦｅ層等を含む１または複数の層から成る固定層と、外部磁界により容易にスピンの向きが変わる、例えばＮｉＦｅ層等から成るフリー層とを有するが、単純化のため、磁気抵抗効果素子１０は、飽和磁束密度Ｂｓが１．４Ｔ、総磁化量２８、長さ１００μｍ、幅１０μｍ、厚さ２０ｎｍのＮｉＦｅの単層膜とした。
　さらに、磁気センサ１３０については長さ（Ｙ方向）１００μｍ、幅（Ｘ方向）１０μｍ、厚さ０．２μｍのヨーク層１６を図１３に示すように配置した。
　電流線２０とヨーク層１６との間に配置した絶縁層１２は、長さ１００μｍ、幅４μｍ、厚さ１μｍとした。
　これらのモデルおよびパラメータを用い、シミュレーションは上述の磁界解析ソフトＪ－ＭＡＧを用いて行った。
　図１４はシミュレーション結果を示すグラフである。
　図１４のグラフの横軸は電流線に流す電流（フィードバック電流）の大きさを示し、縦軸は磁気抵抗効果素子１０に印加される磁界（磁束密度）の大きさを示す。図１４では、磁界の大きさをマイナスで示しているが絶対値が大きいほどより大きな磁界が印加されることを示す。
　図１４の結果より、同じ電流を流した場合、ヨーク層１６を有する磁気センサ１３０は、軟磁性材料１６を有しない磁気センサ１２０と比べて、より大きなフィードバック磁界を磁気抵抗効果素子１０に印加できることが判る。
３．実施形態３
　図１５は、本発明の実施形態３に係る磁気センサ１４０を示し、図１５（ａ）は磁気センサ１４０の上面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）の４ｃ－４ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１４０は、コイル７０が２層構造を有することにより、図１５（ｃ）に示すように、高さ方向（Ｚ方向）に第１の電流線２０Ａとその上に絶縁層１２を介して配置されている第２の電流線２０Ｂの２層になっている点が実施形態１に係る磁気センサ１２０と異なる。
　すなわち、本実施形態においては電流線２０は、絶縁層１２を介して積層された第１の電流線２０Ａと第２の電流線２０Ｂとから成る。
　磁気センサ１４０では、第１の電流線２０Ａおよび磁気抵抗効果素子１０は磁気センサ１２０と同じ構成を有している。そして、それぞれの第１の電流線２０Ａの上に絶縁層１２を介して第２の電流線２０Ｂが配置されている。
　このように、電流線を２層にすることにより、電流線２０Ａと電流線２０Ｂの両方で形成されたフィードバック磁界が磁気抵抗効果素子１０に印加されることから、同じ電流値でより多くのフィードバック磁界を磁気抵抗効果素子１０に印加できる。
　第１の電流線２０Ａおよび第２の電流線２０Ｂは、その寸法、構成する材料等は電流線２０と同じであってよい。
　好ましい実施形態においては、図１５（ａ）に示すように、第１の電流線２０Ａにより構成されるコイル７０の第１層と第２の電流線２０Ｂにより構成されるコイル７０Ｂの第２層とは上面視した場合一致する。また、好ましくはコイル７０の第１層とコイル７０の第２層等は直列に接続されており、第１の電流線２０Ａと第２の電流線２０Ｂとには同じ大きさの電流が流れる。
　またフィードバック電流を流す電流線を３層以上（高さ方向に３層以上）形成してもよい。
［シミュレーション結果］
　次に、本実施形態の効果をより明確にするために行ったシミュレーションの結果を説明する。
　図１５に示す構成を有する磁気センサ１４０をモデルとしてシミュレーションを行った。
　シミュレーションは、第１の電流線２０Ａを銅より成る幅（Ｘ方向長さ）４μｍ、厚さ（Ｚ方向長さ）１μｍの断面が長方形形状の導体とした。また隣り合う電流線２０Ａの間の距離（隙間）は４μｍとした。
　第１の電流線２０Ａと磁気抵抗効果素子１０との間に配置した絶縁層１２は、長さ（Ｙ方向長さ）１００μｍ、幅４μｍ、厚さ１μｍとした。
　第２の電流線２０Ｂも銅より成る幅４μｍ、厚さ１μｍの断面が長方形形状の導体とした。また隣り合う電流線２０Ｂの間の距離（隙間）は４μｍとした。
　第１の電流線２０Ａと第２の電流線２０Ｂとの間に配置した絶縁層１２は、長さ１００μｍ、幅４μｍ、厚さ１μｍとした。
　これ以外の条件は、実施形態２に示した磁気センサ１２０のシミュレーション条件と同じにした。
　図１６はシミュレーション結果を示すグラフである。
　図１６のグラフの横軸は第１の電流線２０Ａと第２の電流線２０Ｂとに流す電流（フィードバック電流）の大きさを示し、縦軸は磁気抵抗効果素子１０に印加される磁界（磁束密度）の大きさを示す。
　図１６には、実施形態２で示した磁気センサ１２０のシミュレーション結果を再度示した。
図１６では、磁界の大きさをマイナスで示しているが絶対値が大きいほどより大きな磁界が印加されることを示す。
　図１６の結果より、同じ電流を流した場合、電流線が２層構造となっている磁気センサ１４０は、電流線が１層構造である磁気センサ１２０と比べて磁気抵抗効果素子１０により大きなフィードバック磁界が印加されることが判る。
４．実施形態４
　図１７は、本発明の実施形態４に係る磁気センサ１５０を示し、図１７（ａ）は磁気センサ１５０の上面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１７（ｃ）は図１７（ｂ）の５ｃ－５ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１５０は、電流線２０の上に絶縁層１２を介してバイアス磁界印加用電流線２２を有している点が実施形態１に係る磁気センサ１２０と異なる。
　磁気抵抗効果素子１０として、例えばＳＶＧＭＲ素子を用いる場合、外部磁化によってスピンの向きが変わるフリー層は、より高い測定精度を得るために、バイアス磁界を印加し磁区を揃えておくことが好ましい。このため、本実施形態に係る磁気センサでは電流線２０に加えて、磁気抵抗効果素子１０にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁界印加用電流線２２を有する。
　バイアス磁界印加用電流線２２は、磁気抵抗効果素子１０の延在方向（Ｙ方向）に垂直な方向（すなわち電流線２０の延在方向に垂直な方向）に延在している。
　磁気抵抗効果素子１０の全長に亘ってバイアス磁界を印加できるように、バイアス磁界印加用電流線２２は、図１７に示すように、磁気抵抗効果素子１０の延在方向に亘って、平行に複数配置されていることが好ましい。図１７の実施形態では１１本配置されている。
　バイアス磁界印加用電流線２２は、平面コイル７２の一部分であることが好ましい。平面コイル７２の両端に電圧を印加することで、複数のバイアス磁界印加用電流線２２に電流を流すことができるからである。
　なおバイアス磁界印加用電流線２２の寸法および構成材料は電流線２０と同じであってよい。
　図１８は、実施形態４の変形例に係る磁気センサ１６０を示し、図１８（ａ）は磁気センサ１６０の上面図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）の６ｃ－６ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１６０は、磁気抵抗効果素子１０と電流線２０との間に絶縁層１２を介して（磁気抵抗効果素子との間および電流線２０との間の両方に絶縁層１２が配置されてよい）バイアス磁界印加用電流線２２を有している点が実施形態１に係る磁気センサ１２０と異なる。その他の磁気センサ１６０の構成は磁気センサ１５０の構成とおなじでよい。
　すなわち、磁気センサ１５０ではバイアス磁界印加用電流線２２よりも電流線２０の方が磁気抵抗効果素子１０に近い位置に配置され、磁気センサ１６０では電流線２０よりもバイアス磁界印加用電流線２２の方が磁気抵抗効果素子１０に近い位置に配置されている。
　被測定磁界範囲を大きくしたい場合つまりフィードバック磁界を大きくしたい場合は、磁気センサ１５０の配置の方が好ましく、より高精度な測定が必要な場合は、磁気センサ１６０の配置の方が好ましい。
５．実施形態５
　図１９は、本発明の実施形態５に係る磁気センサ１７０を示し、図１９（ａ）は磁気センサ１７０の上面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図１９（ｃ）は図１９（ｂ）の７ｃ－７ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１７０は、上述の磁気センサ１３０において、電流線２０が、上述の磁気センサ１４０に示した第１の電流線２０Ａと第２の電流線２０Ｂとから成る２層構造に変更された構成を有している。
６．実施形態６
　図２０は、本発明の実施形態６に係る磁気センサ１８０を示し、図２０（ａ）は磁気センサ１８０の上面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ｂ）の８ｃ－８ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１８０は、上述の磁気センサ１５０において、バイアス磁界印加用電流線の上に、絶縁層１２を介して、上述の磁気センサ１３０に示したヨーク層１６を設けた構成を有している。
　図２１は、実施形態６の変形例に係る磁気センサ１９０を示し、図２１（ａ）は磁気センサ１９０の上面図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２１（ｃ）は図２１（ｂ）の９ｃ－９ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ１９０は、上述の磁気センサ１６０において、電流線２０の上に、絶縁層１２を介して、上述の磁気センサ１３０に示したヨーク層１６を設けた構成を有している。
７．実施形態７
　図２２は、本発明の実施形態７に係る磁気センサ２００を示し、図２２（ａ）は磁気センサ２００の上面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２２（ｃ）は図２２（ｂ）の１０ｃ－１０ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ２００は、上述の磁気センサ１４０において、第２の電流線２０Ｂの上に、絶縁層１２を介して、上述の磁気センサ１５０に示したバイアス磁界印加用電流線２２を設けた構成を有している。
　図２３は、実施形態７の変形例に係る磁気センサ２１０を示し、図２３（ａ）は磁気センサ２１０の上面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２３（ｃ）は図２３（ｂ）の１１ｃ－１１ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ２１０は、上述の磁気センサ１４０において、磁気抵抗効果素子１０と第１の電流線２０Ａとの間に絶縁層１２を介して（磁気抵抗効果素子１０との間および電流線２０との間の両方に絶縁層１２が配置されてよい）、上述の磁気センサ１６０に示したバイアス磁界印加用電流線２２を設けた構成を有している。
８．実施形態８
　図２４は、本発明の実施形態８に係る磁気センサ２２０を示し、図２４（ａ）は磁気センサ２２０の上面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２４（ｃ）は図２４（ｂ）の１２ｃ－１２ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ２２０は、上述の磁気センサ２００において、バイアス磁界印加用電流線２２の上に、絶縁層１２を介して、上述の磁気センサ１３０に示したヨーク層１６を設けた構成を有している。
　図２５は、実施形態８の変形例に係る磁気センサ２３０を示し、図２５（ａ）は磁気センサ２３０の上面図であり、図２５（ｂ）は図２５（ａ）に示した平面コイル７０の直線部Ｂを拡大した上面図であり、図２５（ｃ）は図２５（ｂ）の１３ｃ－１３ｃ断面を示す断面図である。
　磁気センサ２３０は、上述の磁気センサ２１０において第２の電流線２０Ｂの上に、絶縁層１２を介して、上述の磁気センサ１３０に示したヨーク層１６を設けた構成を有している。
９．実施形態９
　図２６は本発明の実施形態９に係る磁気センサ２４０を示す平面図である。
　磁気センサ２４０では、その下部に磁気抵抗効果素子１０が配置された第２の電流線２０と、この電流線２０の両隣に配置された第１の電流線（第２の電流線からＸ方向に位置）と第３の電流線（第２の電流線から－Ｘ方向に位置）に加えて、第１の電流線よりも外側（Ｘ方向）に位置し、その下部にヨーク層１４を備えた電流線（第４の電流線）２０と、第３の電流線よりも外側（－Ｘ方向）に位置し、その下部にヨーク層１４を備えた電流線（第５の電流線）２０とを有する。
　第４の電流線２０および第５の電流線２０は、第１の電流線２０と平行に延在している（すなわち第２および第３の電流線とも平行に延在している。）
　このように第４の電流線、第５の電流線およびヨーク層を配置することにより、電流線の作る磁界がヨーク層と磁気抵抗効果素子により磁気回路を形成するため、同じ電流でより高い磁界を磁気抵抗効果素子１０に印加できる。
　第４の電流線および第５の電流線は、第１～第３の電流線と直列に電気的に接続されていることが好ましい。
　またヨーク層１４は、軟磁性材料を含んで成り、第１～第５の電流線２０および磁気抵抗効果素子１０と電気的に接続されていない。
　ヨーク層１４として、例えばパーマロイ等の合金膜を形成してよい。また、軟磁性材料層を含む多層膜であってもよい。このような多層膜のヨーク層１４の１つの形態として、電気的に接続されていない磁気抵抗効果素子（ダミーの磁気抵抗効果素子）を形成することを例示できる（例えば、図２６において、ヨーク層１４をダミーの磁気抵抗効果素子としてよい）。
　さらに、例えば、図３に示す磁気センサにおいて、磁気抵抗効果素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅを電気的に接続せず（磁気抵抗効果素子として用いず）ヨーク層１４として用い、磁気抵抗効果素子としては磁気抵抗効果素子１０ｃのみを用いてもよい。
　また、この第４の電流線、第５の電流線およびヨーク層を用いる構成を上述した実施形態１～８の１以上の構成と組み合わせてもよい。
　なお、以上に示した本発明に係る磁気センサ１００、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０は、例えばスパッタリング、フォトリソグラフィー、エッチング、メッキの様な既知のプロセスにより形成することができる。
　なお、本発明の磁気センサは例えばコイル７０の両端および磁気抵抗効果素子１０を磁気センサ回路（フィードバック回路）に接続することで、磁気センサおよび／または電流センサとして利用できる。
　磁気センサ回路は既知の任意の構成を有してよい。
　図２７は、磁気センサ回路（フィードバック回路）の例を示す概略回路図である。
　図２７に示す磁気センサ回路は、いわゆる磁気平衡型の回路であり、例えば電流センサとして利用できる。この磁気センサ回路は、磁気抵抗効果素子１０（２つ以上の磁気抵抗効果素子１０であってもよい）の一端側は直流の定電流源Ｉｃｃまたは定電圧源Ｖｃｃから電流の供給を受けるよう接続され、また、コンパレータ３１４の負極（－）端子に接続される。また、磁気抵抗効果素子１０の他端側は固定抵抗を介して共通端子（ＧＮＤ）に接続される。磁気抵抗効果素子１０が、固定層が反対向きの２種類の場合は、上記固定抵抗部分が２種類のうちのひとつとなる。なお、コンパレータ３１４の正極（＋）端子は、基準電源３１５を介して共通端子（ＧＮＤ）に接続される。基準電源３１５の出力電位は、磁界のない場所における磁気抵抗効果素子１０の電位とする。
　このコンパレータ３１４の出力は、コイル３１３の一端側に、波形整形部３４１とローパスフィルタ（ＬＰＦ）３４２とを介して接続され、また、出力端子ＯＵＴに接続される。さらにコイル３１３（これがフィードバックコイル２０となる）の他端側は固定抵抗器３１６を介して共通端子（ＧＮＤ）に接続される。
　図２７に示す回路を備えた磁気センサは、磁気抵抗効果素子１０が出力する電圧信号を、コンパレータ３１４、波形整形部３４１及びＬＰＦ３４２を通じて得る。このＬＰＦ３４２を介して得られた出力は、基準電源の電位と磁気抵抗効果素子１０の出力する電圧信号の電位との差に比例する電圧信号となる。
　ここで、この磁気センサを被測定電流の流れる導体（例えばバス・バー）の近傍に配すると、この被測定電流により生じる誘導磁界により磁気抵抗効果素子１０の抵抗値が変化する。すると、その出力電位が磁界のないときの電位（既に述べたように基準電源の電位はこの電位に等しくしておく）からずれるので（オフセット）、コンパレータ３１４、波形整形部３４１及びＬＰＦ３４２を通じて得られる出力は、この電位のずれ量に応じた大きさの電圧信号となる。この電圧信号が被測定電流（バス・バー内を流れる電流）により生じる誘導磁界の強さを表す。
　この電圧信号はコイル３１３の一端側に供給され、コイル３１３に電流が流れることにより、フィードバック磁界（キャンセル磁界）を生じる。そしてこのキャンセル磁界による磁束が、被測定電流から生じる誘導磁界とともに、磁気抵抗効果素子１０に印加される。そして磁気抵抗効果素子１０を通る磁束がゼロとなるとき（磁気抵抗効果素子１０の出力電圧が基準電位３１５と同じとなるとき）のコイル３１３に供給した電流量に比例した電圧信号Ｖを固定抵抗器３１６の両端電圧として取り出す（ＯＵＴ）。すると、この電圧信号Ｖが、被測定電流（上記の例ではバス・バー内を流れる電流）の電流量に比例した出力信号となる。
　図２７の「低電圧の場合（２）」に示すように、２つの磁気抵抗効果素子１０をその極性が反対（すなわち、磁気抵抗効果素子１０の固定層の磁化方向が反対）となるように配置し、ハーフブリッジ回路を構成することでフィードバックコイル全体のサイズ（従って、磁気センサ全体のサイズ）を小さく構成でき、抵抗も小さくできる。また、検出信号が２つ重畳されることになり、出力が向上する。
　しかし、２つ以上の磁気抵抗効果素子１０を電気的に接続して、ブリッジ回路を形成する構成はこれに限定されるものでなく、既知の任意の構成を用いてよい。
　図２８は、４つの磁気抵抗効果素子１０を用いてフルブリッジ回路を構成した例を示す概略回路図である。
　図２８に示すように、１つの磁気センサに、４つの磁気抵抗効果素子１０を配置して、フルブリッジの構成とすることで、磁気抵抗効果素子１０がコモンモードノイズなどの電圧変化をキャンセルして、測定精度が向上する。
　その場合に磁気抵抗効果素子１０をフィードバックコイルの１つの電流線に、当該電流線の電流が流れる方向に沿って２つ配置することで、１つの電流線に１つの磁気抵抗効果素子１０を配置した場合と比べ、フィードバックコイルの巻数を少なくできる。この結果、フィードバックコイルの長さを短くでき、フィードバックコイルの抵抗が下がるため、フィードバック電圧を下げる事ができ、低電圧で動作可能になる。
　さらに、その感磁軸の向きを考慮して磁気抵抗効果素子１０を配置することで磁気的なノイズのキャンセルも期待できる。例えば２つのハーフブリッジでフルブリッジ回路を構成した場合であれば、同じ電流線から発生する誘導磁界の向きが反対になる位置に、ハーフブリッジをそれぞれ配置することで、均一な外部磁界によるノイズはキャンセルされる。
　なお、フルブリッジ回路は、上述のように、４つまたは４つ以上の磁気抵抗効果素子１０を用いて構成する以外に、例えば３つの磁気抵抗効果素子１０を用いて構成してもよい。
　次に、上述の実施形態４、７および８に係る、フィードバックコイルおよびバイアスコイルの構成を有する実施例サンプルを作製し、その消費電力１ｍＡあたりの検出した磁界の強さである検出効率により評価した。
　詳細を以下に示す。
　表１は、作製したサンプルの詳細および得られた検出効率の結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　　「ＦＢ」はフィードバックコイルを意味し、「Ｂｉａｓ」はバイアスコイルを意味し、「ＮｉＦｅ」はヨーク層を意味する。
　表１には、各サンプルの対応する実施形態を示している。但し、これは最も近い実施形態を示すものであって、表１に記載した実施形態以外の実施形態の構成要件を満足しないことを意味するものではないことに留意されたい。
　また、それぞれのサンプルと同じ構成を示す図、より具体的な、フィードバックコイルと、バイアスコイルと、ヨーク層（配置された場合のみ）の積層順を示す図を「図」欄に記載した。
　なお、「図」欄では、フィードバックコイルと、バイアスコイルと、ヨーク層（配置された場合のみ）のうち、最も下側（磁気抵抗効果素子１０に近い側）に位置するものを左に記載し、積層したフィードバックコイルと、バイアスコイルと、ヨーク層とを積層順左から右に記載している。
　図２９は、実施例サンプル１の断面を示す断面図である。図２９の断面は、図２２ｃに相当する断面、すなわち図２２ｂの１０ｃ－１０ｃ断面に相当する断面である。
　図２９を用いて、実施例サンプルの詳細を説明する。以下に説明する寸法はいずれも設計値（狙い値）であり、製造上の精度の問題から、実際の寸法は、本発明の効果を確認するのに問題のない範囲でこの設計値から若干ずれている可能性があることに留意されたい。
　いずれのサンプルも非磁性であるシリコンから成る基板４０上に形成した。具体的には、基板４０の表面を酸化して形成したＳｉＯ２の絶縁層１２の上に２つの磁気抵抗効果素子１０を配置した。用いた磁気抵抗効果素子１０はＧＭＲ感磁膜（ＳＶＧＭＲ感磁膜）を有する、ＳＶＧＭＲ素子である。なお、図２９から判るように、２つの磁気抵抗効果素子１０のうちの１つ（図２９の左側）は、上述のＳｉＯ２の絶縁層１２の上に更に厚さ０．０３μｍの絶縁層１２を形成した後、この厚さ０．０３μｍの絶縁層１２上に形成した。磁気抵抗効果素子１０のＧＭＲ感磁膜の幅（Ｘ方向の長さ）Ｗｇは、それぞれＬｓ／Ｗｇが表１に記載した条件になるように適宜選択し、磁気抵抗効果素子１０のＧＭＲ感磁膜の長さ（Ｙ方向の長さ）は、全ての条件で電気抵抗が一定となるように幅に応じて長さを選択した。
　２つの磁気抵抗効果素子１０を覆うように、厚さ０．２μｍの絶縁層１２を形成した後、更に厚さ１．３μｍの絶縁層１２を形成した。
　そして、さらにこの絶縁層１２の上に表１の「構成」欄に示す順序で、フィードバックコイルおよびバイアスコイル、さらに表１に記載のある場合はヨーク層を設けた。
　いずれの実施例サンプルでもフィードバックコイルは、７巻の平面コイルであり、図２９に示す断面上に１つのフィードバックコイルについて７つの電流線２０が形成された。
　電流線２０の幅Ｗｐは４μｍ（幅は、例えば、上面視における端部間の距離を計測することにより測定可能）であり、隣り合う電流線２０の距離ｄ２は４μｍであり、厚さは０．８μｍであった。
　従って、第１の電流線の外側から前記第３の電流線の外側までの長さＬｓは２０μｍであった。
　また、いずれの実施例サンプルでもバイアスコイルは、１６巻の平面コイルであり、その電流線２２が幅は４μｍであり、隣り合う電流線２２の距離は４μｍであり、厚さは０．８μｍであった。
　フィードバックコイル、バイアスコイルおよび配線はＡｌ－Ｃｕをスパッタにより形成した。
　また、ヨーク層を設ける場合は、幅５２μｍ、長さ１３８μｍ、厚さ１μｍのヨーク層をＮｉ－Ｆｅをめっきにより形成した。
　フィードバックコイル、バイアスコイル、ヨーク層の何れかを積層し、更に別のフィードバックコイル、バイアスコイル、ヨーク層の何れかする場合、その間に厚さ１．３μｍの絶縁層１２を設けた。また、フィードバックコイル、バイアスコイル、ヨーク層の何れかのうち最も上側に位置するものの上にも厚さ１．３μｍの絶縁層１２を設けた。
　従って、図２９に示すサンプル１の場合、１つ目のフィードバックコイルの電流線である第１の電流線２０Ａの上に厚さ１．３μｍの絶縁層１２が形成され、この絶縁層１２の上に２つ目のフィードバックコイルの電流線である第２の電流線２０Ｂが形成されている。そして、第２の電流線２０Ｂの上に絶縁膜１２が形成され、この絶縁層１２の上にバイアスコイルの電流線２２が形成されている。さらに、電流線２２の上にも絶縁層１２が形成されている。
　なお、実施例サンプルで用いた絶縁層１２は、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ハードベークレジストの中から適宜選択して形成した。
　このようにして作製した実施例サンプル１～１８のそれぞれについて、バイアス電流を流した状態で、磁界を印加した。磁界に対して線形に出力される範囲を動作範囲として、
フィードバックに必要な最大電流の測定を行った。得られた最大フィードバック電流（表１の最大ＦＢ電流）を表１に示す。
　比較例サンプルとして、Ｌｓ／Ｗｇ≦５を満たさない条件のサンプルを作製し、実施例と比較した。最大フィードバック電流（表１の最大ＦＢ電流）を表１に示す。
　消費電流の比較は動作範囲内のフィードバックに必要な電流量の検出効率によって比較した。より具体的には、以下の式を用いて動作範囲の半分の磁界の強さを最大フィードバック電流で除した値を検出効率として求めた。

　　検出効率＝(動作範囲／２)／最大フィードバック電流

表１に示すように、比較例に対して、本発明の実施例ではフィードバック電流あたりの検出効率が大きくなっており、消費電流が小さくなっていることが確認できた。また、ヨーク層を設けることにより、さらに検出効率が高くなることもわかった。
　　１０　磁気抵抗効果素子
　　１２　絶縁層
　　１４、１６　ヨーク層
　　２０　電流線
　　２０Ａ　第１の電流線
　　２０Ｂ　第２の電流線
　　２０C　第３の電流線
　　２２　バイアス磁界印加用電流線
　　３６、３８　中心線
　　７０、７２　平面コイル
　　１００、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０　磁気センサ

Claims (15)

  1. 　幅方向に順に互いに平行に配置され、電気的に直列に接続されている第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線と、
    　該第２の電流線の下部に配置され、該第２の電流線の延在する方向に沿って延在し、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線を流れる電流により生じた誘導磁界により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子と、
    を有し、
    　幅方向における、前記第１の電流線の外側から前記第３の電流線の外側までの長さＬｓと前記磁気抵抗効果素子の幅方向の長さＷｇとが下記（１）式を満足することを特徴とする磁気センサ。

    　　　　　　　　　Ｌｓ／Ｗｇ≦５　　　（１）
  2. 　前記第２の電流線の幅方向の長さＷｐと前記磁気抵抗効果素子の幅方向の長さＷｇとが下記（２）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。

    　　　　　　　　　　　　Ｗｐ≦Ｗｇ　　　（２）
  3. 　前記磁気抵抗効果素子が複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
  4. 　前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線が、平面コイルの一部であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  5. 　前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線を覆うヨーク層が、該第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線の上に配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  6. 　前記前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線が、それぞれ、上下方向に２層以上形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  7. 　前記の第２の電流線の延在する方向に垂直な方向に延在する複数のバイアス磁界印加用電流線であって、流れる電流により生じた誘導磁界により前記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加用電流線をさらに有することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  8. 　前記複数のバイアス磁界印加用電流線が、前記第１の電流線、第２の電流線および第３の電流線よりも上部に配置されることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
  9. 　前記複数のバイアス磁界印加用電流線が、前記第２の電流線と前記磁気抵抗効果素子との間に配置されることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
  10. 　前記複数のバイアス磁界印加用電流線が、前記第１の電流線、第２の電流線および第３
    の電流線よりも下部に配置されることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
  11. 　前記磁気抵抗効果素子が、スピンバルブ巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  12. 　前記第１の電流線と平行に延在し、かつ前記第１の電流線よりも外側に配置された第４の電流線と、
    　前記第３の電流線と平行に延在し、かつ前記第３の電流線よりも外側に配置された第５の電流線と、
    　前記第４の電流線の下部に配置され、軟磁性材料を含んで成り、前記第１～第５の電流線および前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続されていない第１のヨーク層と、
    　前記第５の電流線の下部に配置され、軟磁性材料を含んで成り、前記第１～第５の電流線および前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続されていない第２のヨーク層と、
    を更に含むことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  13. 　前記磁気抵抗効果素子が２つ以上配置され、該２つ以上の磁気抵抗効果素子が、ブリッジ回路を形成するように電気的に接続されていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  14. 　前記ブリッジ回路が、ハーフブリッジ回路であることを特徴とする請求項１３に記載の磁気センサ。
  15. 　前記ブリッジ回路が、フルブリッジ回路であることを特徴とする請求項１３に記載の磁気センサ。
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