WO2024101254A1 - 磁気検出装置及びデコーディングシステム - Google Patents

磁気検出装置及びデコーディングシステム Download PDF

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WO2024101254A1
WO2024101254A1 PCT/JP2023/039519 JP2023039519W WO2024101254A1 WO 2024101254 A1 WO2024101254 A1 WO 2024101254A1 JP 2023039519 W JP2023039519 W JP 2023039519W WO 2024101254 A1 WO2024101254 A1 WO 2024101254A1
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magnetoresistance
detection device
magnetic field
unit
array
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PCT/JP2023/039519
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豊 肥後
雅博 瀬上
政功 細見
塁 阪井
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/242—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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

  • This disclosure relates to a magnetic detection device and a decoding system.
  • Magnetic detection devices that use the principles of the Hall effect and magnetoresistance effect are widely used because of their ease of use.
  • the sensitivity of the magnetic detection devices that have been commonly used up until now has been insufficient for such measurements, because the biomagnetic fields are weak. Therefore, when measuring biomagnetic fields associated with brain activity, cardiac activity, etc., it is common to use SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) magnetic detection devices that utilize the magnetic quantum effect.
  • SQUID Superconducting Quantum Interference Device
  • Patent Document 1 proposes, for example, a magnetocardiogram measuring device (magnetic detection device) that can measure magnetocardiograms (magnetic fields caused by weak currents that are generated when the myocardium of the heart expands and contracts to pump blood into the body) with high accuracy by arranging multiple magnetic resistance elements in a matrix.
  • the magnetocardiogram measuring device (magnetic detection device) proposed in the above Patent Document 1 measures the input magnetic field in three axial directions by arranging magnetoresistance elements capable of measuring the input magnetic field (external magnetic field) in one axial direction along the X-axis, Y-axis, and Z-axis.
  • the magnetocardiogram measuring device proposed in the above Patent Document 1 has a problem that it is difficult to avoid a complex structure, and the position of the magnetic field measured by the magnetoresistance elements corresponding to each axis does not match.
  • this disclosure proposes a magnetic detection device and decoding system that has a simpler structure and can measure input magnetic fields in multiple axial directions at coincident positions in space.
  • a magnetic detection device having a pixel array section in which pixel units including a magnetoresistance element and a detection section are arranged in an array, or in which a basic array consisting of a plurality of the pixel units is arranged in an array, the magnetoresistance element has a fixed layer in which the magnetization direction is fixed, a non-magnetic layer arranged on the fixed layer, and a memory layer arranged on the non-magnetic layer, and the detection section detects an external magnetic field based on a change in the resistance value of the magnetoresistance element.
  • the present disclosure also provides a decoding system that includes a magnetic detection device worn by a user, an encoder, and a computing unit, the magnetic detection device having a pixel array unit in which pixel units including a magnetic resistance element and a detection unit are arranged in an array, or in which a basic array consisting of a plurality of the pixel units is arranged in an array, the magnetic resistance element having a fixed layer with a fixed magnetization direction, a non-magnetic layer arranged on the fixed layer, and a memory layer arranged on the non-magnetic layer, the detection unit detects an external magnetic field based on a change in the resistance value of the magnetic resistance element, the encoder obtains the external magnetic field from the magnetic detection device as input data and calculates a feature vector based on the input data, and the computing unit outputs the user's thoughts or a stimulus to be given to the user based on the feature vector.
  • the magnetic detection device having a pixel array unit in which pixel units including a magnetic resistance element and a detection unit
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of a magnetoresistance element according to a first embodiment of the present disclosure
  • 3 is a schematic diagram showing a more detailed configuration example of the magnetoresistance element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another schematic configuration example of the magnetoresistance element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing the direction of an input magnetic field with respect to a memory layer according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a diagram showing the relationship between the direction of an input magnetic field and an output signal (dwell time difference) when an in-plane magnetization film is used for a memory layer according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration example of a magnetoresistance element according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration example of another magnetoresistance element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration example of still another magnetoresistance element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration example of still another magnetoresistance element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration example of still another magnetoresistance element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration example of still another magnetoresistance element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a planar layout diagram showing a first example of an arrangement of magnetoresistance elements according to a first embodiment of the present disclosure, the arrangement being an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field along one axis (X-axis) in a plane.
  • FIG. 11 is a planar layout diagram showing a second example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, the arrangement being an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field along one axis (Y-axis).
  • FIG. 11 is a planar layout diagram showing a first example of an arrangement of magnetoresistance elements according to a first embodiment of the present disclosure, the arrangement being an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field along one axis (Y-axis).
  • FIG. 11 is a planar layout diagram showing a third example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field along one axis (Z axis).
  • FIG. 11 is a planar layout diagram showing a fourth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in two in-plane axes (X-axis and Y-axis).
  • FIG. 11 is a planar layout diagram showing a third example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field along one axis (Z axis).
  • FIG. 11 is a planar layout diagram showing a fourth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a fifth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in two in-plane axes (X-axis and Y-axis).
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a sixth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a fifth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in two in-plane axes (X-axis and Y-axis).
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a sixth example of an arrangement of magnetoresistance
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a seventh example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing an eighth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field along two axes (X-axis and X-axis).
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a seventh example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing an eighth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a ninth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field along two axes (Y-axis and X-axis).
  • FIG. 17 is a planar layout diagram showing a tenth example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • 11 is an oblique view showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements according to the first embodiment of the present disclosure, which is an eleventh example of an arrangement of magnetoresistance elements that detects an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • 1A to 1C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method of a magnetoresistive element according to a first embodiment of the present disclosure (part 1).
  • 5A to 5C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 2).
  • 5A to 5C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 3).
  • 4A to 4C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 4).
  • 5A to 5C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 5).
  • 6A to 6C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 6).
  • 7A to 7C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 7).
  • 8A to 8C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure;
  • 9A to 9C are process cross-sectional views showing an example of a manufacturing method for the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure;
  • 10A to 10C are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 1).
  • 6A to 6C are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 2).
  • 10A to 10C are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 3).
  • 11A to 11C are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 4).
  • 5A to 5C are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 5).
  • FIG. 6A to 6C are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 6).
  • 7A to 7C are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present disclosure (part 7).
  • 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a magnetic detection device according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a block diagram showing a first example of a pixel unit array according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a second example of a pixel unit array according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a third example of a pixel unit array according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a fourth example of a pixel unit array according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 5 is a flowchart showing a first example of a write operation of the magnetic detection device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a timing diagram showing a first example of a writing operation of a magnetic field measuring device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a second example of a writing operation of the magnetic field measuring device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first example of a circuit configuration in a pixel unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a second example of a circuit configuration in a pixel unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a third example of a circuit configuration in a pixel unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a fourth example of a circuit configuration in a pixel unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a fifth example of a circuit configuration in a pixel unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a sixth example of a circuit configuration in a pixel unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first example circuit configuration of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a second example circuit configuration of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a third example circuit configuration of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a fourth example circuit configuration of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a fifth example circuit configuration of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a sixth example circuit configuration of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the operation of a sixth circuit configuration example of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a seventh example circuit configuration of a digitizing means according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a first configuration example of a decoding system according to a second embodiment of the present disclosure. A diagram showing an example of use of a first configuration of a decoding system according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a second configuration example of a decoding system according to a second embodiment of the present disclosure.
  • First embodiment 1.1 Configuration example of magnetoresistance element 1.2 Variation example of magnetoresistance element 1.3 Configuration example of magnetoresistance element array 1.4 Example of manufacturing method 1.5 Configuration example of magnetic detection device 1.6 Operation example of magnetic detection device 1.7 Example of output data format 1.8 Example of pixel-by-pixel circuit configuration 1.9 Example of digitization means 2. Second embodiment 2.1 First configuration example of decoding system 2.2 Second configuration example of decoding system 3. Supplementary information
  • Fig. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the magnetoresistance element 10 according to the present embodiment
  • Fig. 2 is a schematic diagram showing a more detailed configuration example of the magnetoresistance element 10 according to the present embodiment
  • Fig. 3 is a schematic diagram showing another schematic configuration example of the magnetoresistance element 10 according to the present embodiment.
  • Fig. 4 is a diagram showing the direction of the input magnetic field with respect to the memory layer 13 according to the present embodiment
  • Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the direction of the input magnetic field (external magnetic field) and the output signal (dwell time difference) when an in-plane magnetization film is used for the memory layer 13 according to the present embodiment.
  • the magnetoresistance element 10 has, for example, a magnetization fixed layer (fixed layer) 11 whose magnetization direction is fixed, a memory layer 13 whose magnetization direction changes in response to an input magnetic field, and a non-magnetic layer 12 disposed between the magnetization fixed layer 11 and the memory layer 13.
  • a magnetization fixed layer fixed layer
  • a memory layer 13 whose magnetization direction changes in response to an input magnetic field
  • a non-magnetic layer 12 disposed between the magnetization fixed layer 11 and the memory layer 13.
  • the magnetization fixed layer 11 can be a layer whose magnetization direction is fixed by combining a ferromagnetic material such as a cobalt iron (CoFe) alloy with an antiferromagnetic material such as a platinum manganese (PtMn) alloy or an iridium manganese (IrMn) alloy.
  • the magnetization fixed layer 11 can be configured to include a structure in which at least two ferromagnetic layers are stacked with an extremely thin ruthenium (Ru) layer or iridium (Ir) layer. With this configuration, the magnetization direction of the magnetization fixed layer 11 is fixed. Furthermore, with this configuration, the ferromagnetic layers are coupled in antiparallel to each other, making it possible to reduce the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer 11.
  • the memory layer 13 is made of a magnetic material with weak magnetic anisotropy, such as a CoFe alloy, a nickel-iron (NiFe) alloy, or a cobalt-iron-boron (CoFeB) alloy, so that it is easily affected by an input magnetic field.
  • a magnetic material with weak magnetic anisotropy such as a CoFe alloy, a nickel-iron (NiFe) alloy, or a cobalt-iron-boron (CoFeB) alloy, so that it is easily affected by an input magnetic field.
  • the nonmagnetic layer 12 can be formed of an insulator such as alumina (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), etc.
  • an insulator such as alumina (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), etc.
  • the easy axis of magnetic anisotropy of the memory layer 13 (hereinafter simply referred to as the easy axis) is configured to be parallel to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 11.
  • the magnetization direction of the memory layer 13 is limited to either a state close to parallel to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 11 (hereinafter simply referred to as the parallel state) or a state close to anti-parallel to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 11 (hereinafter simply referred to as the anti-parallel state) depending on the direction and magnitude of the input magnetic field. Furthermore, since the magnetization direction of the memory layer 13 is limited to two states, the resistance of the magnetoresistance element 10 will be in two states (high resistance, low resistance).
  • FIG. 2 and 3 are schematic diagrams showing a more detailed configuration example of the magnetoresistance element 10 according to this embodiment.
  • the easy axis of the memory layer 13 shown in FIG. 1 may be in the film plane direction or perpendicular to the film plane.
  • the magnetization direction of the memory layer 13 is equal to the easy axis, the magnetization is stable.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a magnetoresistance element 210E in which an in-plane magnetized film that is stable when the magnetization direction is in the film plane is used for the memory layer 213.
  • the upper part of FIG. 2 shows a top view of the magnetoresistance element 210E, and the lower part of FIG.
  • FIG. 2 shows a vertical cross-sectional view parallel to the long axis direction (X direction in this example) of the magnetoresistance element 210E.
  • FIG. 3 is a diagram showing a magnetoresistance element 210C in which a perpendicular magnetized film that is stable when the magnetization direction is perpendicular to the film plane (Z direction in this example) is used for the memory layer 218.
  • the upper part of FIG. 3 shows a top view of the magnetoresistance element 210C
  • the lower part of FIG. 3 shows a vertical cross-sectional view of the magnetoresistance element 210C.
  • the magnetization directions of the memory layers 213 and 218 are variable depending on the input magnetic field, whereas the magnetization directions of the magnetization fixed layers 211 and 216 are fixed.
  • the top surface shape of the magnetoresistance element 210E in which an in-plane magnetized film is used for the memory layer 213 has a longitudinal direction in the in-plane direction and has a shape that is linearly symmetrical about a straight line perpendicular to the longitudinal direction and passing through the center point.
  • FIG. 2 shows, for example, a case in which the top surface shape of the magnetoresistance element 210E is an ellipse with its major axis in the in-plane direction. In this case, the magnetization direction of the memory layer 213 tends to be oriented in the major axis direction.
  • the longitudinal direction can be said to be the easy axis direction along which the magnetization direction of the memory layer 213 tends to be oriented.
  • the magnetization direction of the memory layer 213 is unlikely to be oriented in the short axis direction, and this direction is called the hard axis direction.
  • this embodiment is not limited to this, and the shape of the top surface of the magnetoresistance element 210E can be changed as appropriate, such as a polygon with its longitudinal direction in the in-plane direction, such as a rectangle. Also, the magnetization direction of the magnetization fixed layer 211 of the magnetoresistance element 210E is set to a direction parallel to the longitudinal direction. Furthermore, in the example shown in FIG. 2, a non-magnetic layer 212 is disposed between the magnetization fixed layer 211 and the memory layer 213.
  • the top surface shape of the magnetoresistance element 210C in which a perpendicular magnetization film is used for the memory layer 218 has a point-symmetric shape with the center point as the axis and does not have a longitudinal direction in the in-plane direction.
  • FIG. 3 shows, for example, a case in which the top surface shape of the magnetoresistance element 210E is a circle that does not have a long axis in the in-plane direction.
  • this embodiment is not limited to this, and the top surface shape of the magnetoresistance element 210E can be changed as appropriate, such as a polygon that does not have a longitudinal direction in the in-plane direction, such as a square or a regular hexagon.
  • the magnetization direction of the magnetization fixed layer 216 of the magnetoresistance element 210C is set to a direction perpendicular to the formation surface of each layer. Furthermore, in the example shown in FIG. 3, a nonmagnetic layer 217 is disposed between the magnetization fixed layer 216 and the memory layer 218.
  • the magnetization direction of memory layer 13 will be explained in more detail.
  • the volume of memory layer 13 is large, the magnetization of memory layer 13 is stable in either the parallel or antiparallel state.
  • the effect of thermal fluctuation causes the magnetization of memory layer 13 to transition between the parallel and antiparallel states.
  • the index ⁇ 0 of the thermal stability of the state of the storage layer 13 is expressed as the following formula (1) using the magnetic anisotropy energy K u , the volume V of the magnetic material, the temperature T, and the Boltzmann constant kB .
  • the reversal probability P of the magnetization direction of the storage layer 13 during time t can be expressed as the following formula (2):
  • ⁇ 0 is a relaxation constant.
  • the thermal stability index ⁇ + in a state (S + ) close to the direction of the input magnetic field and the thermal stability index ⁇ - in a state (S - ) far from the direction of the input magnetic field are different from each other.
  • the thermal stability index ⁇ + in a state (S + ) close to the direction of the input magnetic field is larger than the thermal stability index ⁇ - in a state (S - ) far from the direction of the input magnetic field ( ⁇ + > ⁇ - ).
  • a value S obtained by dividing the difference between the stay time in state S + and the stay time in state S- by the sum of the stay time in state S+ and the stay time in state S- (hereinafter, in this specification, the value S will be referred to as the "stay time difference”) can be expressed by the following formula (3).
  • Ms represents the saturation magnetization of the storage layer 13
  • B ⁇ represents the easy axis component of the input magnetic field B.
  • the residence time difference S can be obtained, making it possible to detect only the components along the easy axis direction from an input magnetic field having any angle.
  • Figures 4 and 5 show the relationship between the direction of the input magnetic field and the output signal (dwell time difference) S when an in-plane magnetized film is used for the memory layer 213.
  • A shows the case where the direction of the input magnetic field B is parallel to the easy axis
  • B shows the case where the direction of the input magnetic field B is tilted at 60 degrees to the easy axis
  • C shows the case where the direction of the input magnetic field B is tilted at 90 degrees to the easy axis, i.e., perpendicular.
  • the change in the output signal S is the largest, in other words, the sensitivity is the highest.
  • the change in the output signal S is zero, in other words, the sensitivity is zero.
  • the magnetoresistance elements 210E and 210C configured to have such an easy axis have directionality in their sensitivity to the input magnetic field. Therefore, in this embodiment, by combining magnetoresistance elements with easy axes having different directions, it is possible to detect not only the magnitude of the input magnetic field but also the direction of the input magnetic field.
  • Fig. 6 to Fig. 10 are top views showing some of the variations of the magnetoresistance element according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a top view showing an example of the planar configuration of a magnetoresistance element (first magnetoresistance element) 210L whose easy axis is parallel to the horizontal direction (X direction) (first direction) among magnetoresistance elements 210E in which an in-plane magnetized film having an easy axis in the in-plane direction is used for the memory layer 213.
  • the magnetoresistance element 210L whose easy axis is parallel to the horizontal direction (X direction) can detect the X-direction component of the input magnetic field B with good sensitivity.
  • FIG. 7 is a top view showing an example of the planar configuration of a magnetoresistance element (second magnetoresistance element) 210V of the same magnetoresistance element 210E, the easy axis of which is parallel to the vertical direction (Y direction) (second direction).
  • the magnetoresistance element 210V whose easy axis is parallel to the vertical direction (Y direction), can detect the Y-direction component of the input magnetic field B with good sensitivity.
  • FIG. 8 is a top view showing an example of the planar configuration of magnetoresistance element 210NW, which is also one of magnetoresistance elements 210E, and whose easy axis is parallel to a direction tilted 135° counterclockwise with respect to the X direction (hereinafter also referred to as the -XY direction or left diagonal direction).
  • This magnetoresistance element NW is a variation that complements the in-plane magnetic field detection by magnetoresistance elements 210L and 210V, and can detect the left diagonal component of the input magnetic field B with good sensitivity.
  • FIG. 9 is a top view showing an example of the planar configuration of magnetoresistance element 210NE, which is also one of magnetoresistance elements 210E, and whose easy axis is parallel to a direction tilted 45° counterclockwise with respect to the X direction (hereinafter also referred to as the +XY direction or right diagonal direction).
  • this magnetoresistance element NE is a variation that complements the in-plane magnetic field detection by magnetoresistance elements 210L and 210V, and can detect the right diagonal component of the input magnetic field B with good sensitivity.
  • FIG. 10 is a top view showing an example of the planar configuration of a magnetoresistance element (third magnetoresistance element) 210C in which a perpendicular magnetization film having an easy axis in the perpendicular direction (Z direction) (third direction) is used for the memory layer 218.
  • the magnetoresistance element 210C whose easy axis is parallel to the perpendicular direction (Z direction), can detect the perpendicular (Z direction) component of the input magnetic field B with good sensitivity.
  • this embodiment is not limited to magnetoresistance elements having the configurations shown in Figures 6 to 10.
  • magnetoresistance elements in which the easy axis is parallel to a direction inclined at an angle other than the angles shown in Figures 6 to 10 may be used.
  • Fig. 11 is a first example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to this embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in one axis (X-axis) in a plane.
  • Fig. 12 is a second example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to this embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in one axis (Y-axis).
  • Fig. 11 is a first example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to this embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in one axis (X-axis) in a plane.
  • Fig. 12 is a second example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to this embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in
  • FIG. 13 is a third example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to this embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in one axis (Z-axis).
  • Fig. 14 is a fourth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to this embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in two axes (X-axis and Y-axis) in a plane.
  • FIG. 15 is a fifth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to this embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in two axes (X-axis and Y-axis) in a plane.
  • FIG. 16 is a sixth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to the present embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • FIG. 16 is a sixth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to the present embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • FIG. 17 is a seventh example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to the present embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • FIG. 18 is an eighth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to the present embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in two axes (X-axis and X-axis).
  • FIG. 18 is an eighth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to the present embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in two axes (X-axis and X-axis).
  • FIG. 19 is a ninth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to the present embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in two axes (Y-axis and X-axis).
  • FIG. 20 is a tenth example of the arrangement of the magnetoresistance elements according to the present embodiment, and is a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • FIG. 21 is an oblique view showing an eleventh example of an arrangement of magnetoresistive elements according to this embodiment, which detects an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and X-axis).
  • the direction and magnitude of the input magnetic field B are detected with high sensitivity by measuring the residence time difference (output signal) S.
  • the residence time difference output signal
  • these transitions occur probabilistically, there is a large temporal fluctuation in the residence time difference S. Therefore, in this embodiment, in order to ensure that the transition occurs and reduce the fluctuation, it is effective to increase the number of transitions per observation time, that is, to reduce ⁇ 0. In this embodiment, for example, it is preferable to set the average reversal time to 10 milliseconds or less.
  • the influence of the fluctuations can be reduced by increasing the number of magnetoresistance elements and averaging the states.
  • the magnetoresistance elements are arranged in series or parallel, and the information on the difference between the number of magnetoresistance elements in the parallel state and the number of magnetoresistance elements in the anti-parallel state is measured as the resistance value of the entire assembly, thereby reducing the influence of the fluctuations.
  • the influence of the fluctuations can be reduced by, for example, integrating the resistance value as an electrical signal for a predetermined length of time, or passing it through a low-pass filter circuit that removes high-frequency components.
  • the configuration when forming an assembly of magnetic resistance elements, may be a configuration in which multiple magnetic resistance elements are connected in series, a configuration in which they are connected in parallel, or a configuration in which direct connection and parallel connection are combined.
  • FIG. 11 to 20 only show the magnetoresistance elements that make up the array of magnetoresistance elements, but each magnetoresistance element is connected to each other by wiring and circuits (not shown) that are necessary for detecting the magnetic field. Details of these wiring and circuits will be described later.
  • FIG. 11 is a planar layout diagram showing a first example of a magnetoresistance element array 221 according to this embodiment, which is an example of an array of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field on the X-axis.
  • magnetoresistance elements 210L that are highly sensitive to magnetic field components in the X-direction are arranged. In this way, by arranging magnetoresistance elements 210L that detect magnetic field components in the X-direction with high sensitivity, it becomes possible to detect the magnitude of the input magnetic field B in the X-direction with high sensitivity.
  • FIG. 12 is a planar layout diagram showing a second example of a magnetoresistance element array 222 according to this embodiment, which is an example of an array of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in the Y axis.
  • magnetoresistance elements 210V that are highly sensitive to magnetic field components in the Y direction are arranged. In this way, by arranging magnetoresistance elements 210V that detect magnetic field components in the Y direction with high sensitivity, it becomes possible to detect the magnitude of the input magnetic field B in the Y direction with high sensitivity.
  • FIG. 13 is a planar layout diagram showing a third example of a magnetoresistance element arrangement 223 according to this embodiment, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detect an input magnetic field in the Z axis.
  • magnetoresistance elements 210C that are highly sensitive to magnetic field components in the Z direction are arranged. In this way, by arranging magnetoresistance elements 210C that detect magnetic field components in the Z direction with high sensitivity, it becomes possible to detect the magnitude of the input magnetic field B in the Z direction with high sensitivity.
  • FIG. 14 is a planar layout diagram showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements 224 according to a fourth example of the present embodiment, which detects an input magnetic field in two in-plane axes (X-axis and Y-axis).
  • magnetoresistance elements 210L having high sensitivity to magnetic field components in the X direction and magnetoresistance elements 210V having high sensitivity to magnetic field components in the Y direction are arranged alternately in a checkerboard pattern. In this way, by arranging the magnetoresistance elements 210L and 210V without bias, it is possible to detect the magnitude and direction of the input magnetic field B in the in-plane direction with good sensitivity.
  • the arrangement pattern is not limited to the pattern shown in FIG. 14.
  • the arrangement pattern can be changed as appropriate, for example, by arranging the magnetoresistance elements 210L and 210V in every other row or column.
  • FIG. 15 is a planar layout diagram showing a fifth example of a magnetoresistance element arrangement 225 according to this embodiment, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detects an input magnetic field in two in-plane axes (X-axis and Y-axis).
  • magnetoresistance elements 210L and 210V magnetoresistance elements 210NW, which are highly sensitive to magnetic field components in the -XY direction, and magnetoresistance elements 210NE, which are highly sensitive to magnetic field components in the +XY direction, are arranged alternately.
  • the arrangement pattern is not limited to the pattern shown in FIG. 15.
  • the arrangement pattern can be changed as appropriate, for example, by arranging the magnetoresistance elements 210L, 210V, 210NW, and 210NE in every other row or column.
  • 16 is a planar layout diagram showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements 226 of a sixth example according to the present embodiment, which detects an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis).
  • the magnetoresistance element 210C having high sensitivity to the magnetic field component in the Z direction is arranged alternately.
  • the magnetoresistance elements 210L and 210V that detect the magnetic field component in the in-plane direction with high sensitivity and the magnetoresistance element 210C that detects the magnetic field component in the Z direction with high sensitivity without bias it is possible to detect the magnitude and direction of the input magnetic field B in not only the in-plane direction but also the Z direction with high sensitivity.
  • the arrangement pattern is not limited to the pattern shown in FIG. 16.
  • the arrangement pattern can be changed as appropriate, for example, by arranging the magnetoresistance elements 210L, 210V, and 210C in every other row or column.
  • FIG. 17 is a planar layout diagram showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements 227 of a seventh example according to the present embodiment, which detects an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis).
  • the magnetoresistance elements 210C having high sensitivity to magnetic field components in the Z direction are arranged alternately.
  • the magnetoresistance elements 210L, 210V, 210NW, and 210NE that detect the magnetic field components in the in-plane direction with good sensitivity and the magnetoresistance elements 210C that detect the magnetic field components in the Z direction with good sensitivity without bias it is possible to detect the magnitude and direction of the input magnetic field B in not only the in-plane direction but also the Z direction with good sensitivity.
  • the arrangement pattern is not limited to the pattern shown in FIG. 17.
  • the arrangement pattern can be changed as appropriate, for example, by arranging the magnetoresistance elements 210L, 210V, 210NW, 210NE, and 210C in every other row or column.
  • magnetoresistance element arrangements shown in Figures 11 to 17 the magnetoresistance elements are formed on the same layer of a semiconductor wafer.
  • Figures 18 to 20 on the other hand, different types of magnetoresistance elements are formed on different layers of a semiconductor wafer.
  • FIG. 18 is a planar layout diagram showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements 228 according to an eighth example of the present embodiment, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detects an input magnetic field in two in-plane axes (X-axis and Z-axis).
  • magnetoresistance elements 210C having high sensitivity to magnetic field components in the Z direction are arranged in the first layer (shown by a dashed line in FIG. 18).
  • magnetoresistance elements 210L having high sensitivity to magnetic field components in the X direction are arranged in the second layer (shown by a solid line in FIG. 18).
  • the magnetoresistance elements 210L and 210C without any bias, it is possible to detect the magnitude and direction of the input magnetic field B in the XZ in-plane direction with good sensitivity. Note that in this example, the stacking order of the first layer and the second layer may be reversed from that shown in the figure.
  • FIG. 19 is a planar layout diagram showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements 229 according to a ninth example of the present embodiment, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detects an input magnetic field in two in-plane axes (Y-axis and Z-axis).
  • magnetoresistance elements 210C having high sensitivity to magnetic field components in the Z direction are arranged in the first layer (shown by a dashed line in FIG. 19).
  • magnetoresistance elements 210V having high sensitivity to magnetic field components in the Y direction are arranged in the second layer (shown by a solid line in FIG. 19).
  • the magnetoresistance elements 210V and 210C without any bias, it is possible to detect the magnitude and direction of the input magnetic field B in the YZ in-plane direction with good sensitivity. Note that in this example, the stacking order of the first layer and the second layer may be reversed from that shown in the figure.
  • FIG. 20 is a planar layout diagram showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements 230 of a tenth example according to the present embodiment, which detects an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis).
  • magnetoresistance elements 210C having high sensitivity to magnetic field components in the Z direction are arranged in the first layer (shown by dashed lines in FIG. 20).
  • magnetoresistance elements 210L having high sensitivity to magnetic field components in the X direction and magnetoresistance elements 210V having high sensitivity to magnetic field components in the Y direction are arranged alternately in a checkerboard pattern in the second layer (shown by solid lines in FIG. 20).
  • the arrangement pattern of the second layer is not limited to the pattern shown in FIG. 20.
  • the arrangement pattern can be changed as appropriate, for example, by arranging the magnetoresistance elements 210L, 210V in every other row or column. Also, in this example, the stacking order of the first layer and the second layer may be reversed to that shown in the figure.
  • a new array of magnetoresistance elements can be constructed by attaching one or more of the arrays of magnetoresistance elements shown in Figures 11 to 20 to another circuit board.
  • FIG. 21 is a perspective view showing an example of an arrangement of magnetoresistance elements 231 of an eleventh example according to this embodiment, which is an example of an arrangement of magnetoresistance elements that detects an input magnetic field in three axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis).
  • a new arrangement of magnetoresistance elements 231 is formed by bonding an arrangement of magnetoresistance elements 221 that detects the X-axis, an arrangement of magnetoresistance elements 222 that detects the Y-axis, and an arrangement of magnetoresistance elements 223 that detects the Z-axis to another circuit board.
  • the arrangements of magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in the X-axis, Y-axis, and Z-axis may be obtained from the same wafer or from different wafers. Furthermore, the arrangement of magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in the Y-axis may be obtained by rotating the arrangement of magnetoresistance elements that detect the input magnetic field in the X-axis by 90 degrees.
  • the arrangement of the magnetoresistance elements is not limited to the configurations shown in Figures 11 to 21.
  • magnetoresistance elements 210L, 210V, 210NW, and 210NE all use an in-plane magnetization film for memory layer 213, and therefore can be formed and processed in the same process.
  • magnetoresistance element 210C uses a perpendicular magnetization film for memory layer 218, and therefore cannot be formed in the same process as magnetoresistance element 210E, and must be formed and processed in a different process.
  • the magnetoresistance element 210E in which an in-plane magnetization film is used for the memory layer 213, and the magnetoresistance element 210C, in which a perpendicular magnetization film is used for the memory layer 218, are formed in the same layer ( Figures 16 and 17), and in the case where the magnetoresistance element 210E and the magnetoresistance element 210C are formed in different layers ( Figures 18, 19, and 20), they can be manufactured using the method described below.
  • FIGS. 22 to 30 are process cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a magnetoresistance element according to this embodiment.
  • a laminated film 250E is formed on the entire surface of a base substrate 40 equipped with peripheral circuits, in which a first layer 251 to be processed into the magnetization fixed layer 211 in the magnetoresistance element 210E, a second layer 252 to be processed into the nonmagnetic layer 212, and a third layer 253 to be processed into the memory layer 213 are laminated in this order.
  • the third layer 253 may be an in-plane magnetized film.
  • photolithography and etching techniques are used to process the laminated film 250E into a mesa-shaped magnetoresistance element 210E, and an upper electrode 214 is formed on the upper surface of this magnetoresistance element 10.
  • an insulating layer 241 is formed so as to embed the structure 255E consisting of the magnetoresistance element 210E and the upper electrode 214, for example, by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method. Then, as shown in FIG. 24, a trench A21 for forming the magnetoresistance element 210C is formed in the formed insulating layer 241, for example, by using a photolithography technique and an etching technique.
  • the upper surface of the insulating layer 241 may be planarized, for example, by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like.
  • a laminated film 250C is formed on the base substrate 40 exposed in the trench A21, in which a first layer 256 to be processed into the magnetization fixed layer 216 in the magnetoresistance element 210C, a second layer 257 to be processed into the nonmagnetic layer 217, and a third layer 258 to be processed into the memory layer 218 are laminated in this order.
  • the third layer 258 may be a perpendicular magnetization film.
  • the laminated film 250C formed on the insulating layer 241 may be removed by a lift-off method, CMP, or the like.
  • a mask M21 is formed on the laminated film 250C by using, for example, photolithography, and the laminated film 250C exposed from the mask M21 is excavated by using an etching technique such as RIE (Reactive Ion Etching), thereby forming a mesa-shaped magnetoresistance element 210C.
  • RIE reactive Ion Etching
  • an upper electrode 219 is formed on the upper surface of the magnetoresistance element 210C by using, for example, a lift-off method.
  • the trench A21 in the insulating layer 241 is filled using, for example, a CVD method or a sputtering method to form an insulating layer 242 that covers the structure 255E consisting of the magnetoresistance element 210E and the upper electrode 214, and the structure 255C consisting of the magnetoresistance element 210C and the upper electrode 219.
  • the upper surface of the insulating layer 242 may be planarized, for example, by CMP or the like.
  • photolithography and etching techniques are used to form openings A22 that expose portions of the upper surfaces of the upper electrodes 214 and 219.
  • wiring 42 connected to the upper electrode 214 or 219 is embedded in the opening A22.
  • wiring (not shown) that connects the wiring 42 to the power supply voltage VDD is formed on the insulating layer 242, thereby producing the magnetoresistance element according to this embodiment.
  • FIGS 31 to 37 are process cross-sectional views showing another example of a manufacturing method for the magnetoresistance element according to this embodiment.
  • a structure 255E consisting of a magnetoresistance element 210E and an upper electrode 214 is formed on a base substrate 40 equipped with peripheral circuits.
  • an insulating layer 241 is formed so as to embed the structure 255E consisting of the magnetoresistance element 210E and the upper electrode 214. Then, as shown in FIG. 31, for example, by using a photolithography technique and an etching technique, a trench A23 is formed in the formed insulating layer 241 to expose the lower electrode in the base substrate 40.
  • the upper surface of the insulating layer 241 may be planarized, for example, by CMP or the like.
  • wiring 243 connected to the lower electrode of the base substrate 40 is embedded in the trench A23 of the insulating layer 241.
  • a laminated film 250C is formed on the insulating layer 241, in which a first layer 256 to be processed into the magnetization fixed layer 216 in the magnetoresistance element 210C, a second layer 257 to be processed into the nonmagnetic layer 217, and a third layer 258 to be processed into the memory layer 218 are laminated in this order.
  • the third layer 258 may be a perpendicular magnetization film.
  • a mask M23 is formed on the laminated film 250C by using, for example, photolithography, and the laminated film 250C exposed from the mask M23 is excavated by using an etching technique such as RIE to form a mesa-shaped magnetoresistance element 210C.
  • an upper electrode 219 is formed on the upper surface of the magnetoresistance element 210C by using, for example, a lift-off method.
  • an insulating layer 244 is formed so as to embed the structure 255C consisting of the magnetoresistance element 210C and the upper electrode 219.
  • the upper surface of the insulating layer 244 may be planarized, for example, by CMP or the like.
  • photolithography and etching techniques are used to form openings A24 that expose portions of the upper surfaces of the upper electrodes 214 and 219.
  • wiring 245 connected to the upper electrode 214 or 219 is embedded in the opening A24.
  • wiring (not shown) that connects the wiring 245 to the power supply voltage VDD is formed on the insulating layer 244, thereby producing the magnetoresistance element according to this embodiment.
  • Fig. 38 is a block diagram showing a schematic configuration example of the magnetic detection device according to this embodiment.
  • the magnetic detection device 20 mainly has a control unit 21, a vertical scanning unit (decoder) 22, a horizontal scanning unit (selector + interface) 23, and a pixel array (pixel array unit) 24.
  • the pixel array 24 is configured by arranging pixel units 25 in an array of M rows and N columns.
  • M and N are 1 or 2 or more.
  • the vertical scanning unit 22 is connected to a row selection signal line (LS) 26 extending in the row direction of the pixel array 24.
  • the row selection signal line 26 is one or more wirings for each row of the pixel array 24, and is connected to the corresponding pixel unit 25 in the pixel array 24.
  • the horizontal scanning unit 23 is connected to a vertical signal line (VSL) 27 extending in the column direction of the pixel array 24.
  • the vertical signal line 27 is one or more wirings for each column of the pixel array 24, and is connected to the corresponding pixel unit 25 in the pixel array 24.
  • the horizontal scanning unit 23 is also connected to a data output line (DL) 28 to output the detected magnetic field information as output data.
  • DL data output line
  • the control unit 21 receives input signals 30 including a control signal, a synchronization signal, and a clock signal.
  • the control signal may be in the format of I2C, I3C, SPI, GPIO, etc.
  • the synchronization signal may be generated inside the control unit 21 instead of being input from the outside.
  • the clock signal may be generated inside the control unit 21 by incorporating an oscillator instead of being input from the outside.
  • the control unit 21 controls the magnetic detection device 20 by outputting a row address to the vertical scanning unit 22, outputting a column address to the horizontal scanning unit 23, and outputting other necessary signals to the vertical scanning unit 22, the horizontal scanning unit 23, and the pixel unit 25 in response to the input signal 30.
  • the decoder of the vertical scanning unit 22 vertically scans the pixel array 24 and enables only the row selection signal specified by the row address input from the control unit 21.
  • the selector of the horizontal scanning unit 23 horizontally scans the pixel array 24, and selects a specific one of the vertical signals input in parallel from the pixel units 25, which is specified by the column address input from the control unit 21, and provides it for output.
  • the interface of the horizontal scanning unit 23 converts the signal selected by the selector of the horizontal scanning unit 23 into a specified format (serial, parallel, hybrid, etc.) and outputs it to the data output line 28.
  • the data output line 28 of the magnetic detection device 20 can be connected to an information processing device 29 such as a computer, smartphone, or dedicated electronic device to display a magnetic field-related image based on the measurement results by the magnetic detection device 20.
  • the magnetic field-related image may be a magnetic field image generated from data detected by the magnetic detection device 20, or may be an image further processed by any conversion operation.
  • the pixel unit 25 or the basic array pattern 31 composed of multiple pixel units 25 includes multiple magnetoresistance elements 10 whose resistance value changes depending on the strength and direction of the input magnetic field.
  • the magnetoresistance elements 10 have an easy axis along which the magnetization direction of the memory layer 13 is more likely to be oriented than other directions, and a hard axis along which the magnetization direction of the memory layer 13 is more difficult to be oriented than other directions.
  • the direction of the easy axis of at least one magnetoresistance element 10 included in the pixel unit 25 or basic array pattern 31 is different from the direction of the easy axis of the other magnetoresistance elements 10 included in the pixel unit 25 or basic array pattern 31. In this way, in this embodiment, it is possible to sensitively detect the magnitude of the input magnetic field B in two or more axial directions at the same position in space.
  • the basic array pattern 31 consisting of a pixel unit 25 or multiple pixel units 25 may include different types of magnetoresistance elements 10 formed in different layers of the semiconductor wafer, as shown in FIGS. 18 to 20.
  • the pixel unit 25 includes a readout circuit.
  • the readout circuit outputs a readout signal to the vertical signal line 27 based on the enable setting of the row selection signal line 26.
  • the pixel unit 25 may include a readout signal holding unit (not shown) that holds the readout signal.
  • the pixel unit 25 may also include a circuit configuration using resistors, comparators, transistors, capacitors, etc. as a circuit for reading out the change in the resistance value of the magnetoresistance element 10.
  • the time during which the magnetoresistance element 10 is in a parallel state (first residence time) and the time during which it is in an antiparallel state (second residence time), that is, the time during which it is in a high resistance state and the time during which it is in a low resistance state, can be measured, and the residence time difference S, which is the difference between these, can be calculated.
  • the calculated residence time difference S can be used to detect only the component along the easy axis direction of the magnetoresistance element 10, which is determined by the magnetization direction of the magnetization fixed layer 11 of the magnetoresistance element 10, from an input magnetic field having an arbitrary angle.
  • the pixel unit 25 is pre-linked to coordinate information indicating its position on the pixel array 24, and therefore the signal output from the pixel unit 25 can be linked to the above-mentioned coordinate information.
  • the magnetic detection device 20 can output data related to the magnetic field measurement results in a specific direction in association with coordinate information, and the information processing device 29 can display a magnetic field-related image.
  • the detection circuit may calculate the input magnetic field based on the difference between the integrated value of the time that each of the multiple magnetoresistance elements 10 is in a parallel state and the integrated value of the time that each of the multiple magnetoresistance elements 10 is in an anti-parallel state.
  • the magnetization direction of the memory layer 13 is limited to two states, the parallel state and the antiparallel state
  • at least one of the time that the magnetoresistance element 10 is in the parallel state and the time that it is in the antiparallel state may be measured, and the residence time difference S may be calculated based on the result.
  • the configuration of the magnetic detection device is not limited to the example shown in FIG. 38.
  • Fig. 39 is a block diagram showing a first example of a pixel unit arrangement according to this embodiment
  • Fig. 40 is a block diagram showing a second example of a pixel unit arrangement according to this embodiment
  • Fig. 41 is a block diagram showing a third example of a pixel unit arrangement according to this embodiment
  • Fig. 42 is a block diagram showing a fourth example of a pixel unit arrangement according to this embodiment.
  • a pixel unit 25 includes one or multiple magnetoresistance elements 10 of the same or different types that are identified as being located at a specific coordinate point on the pixel array 24 of the magnetic detection device 20.
  • FIG. 39 is a diagram showing a first example of an array of pixel units according to this embodiment.
  • One pixel unit 25 includes an array of one type of magnetoresistance element 10.
  • a basic array pattern 31 consisting of a plurality of pixel units 25 arranged in an array is further arranged in an array.
  • the basic array pattern 31 can include multiple types of magnetoresistance element type pixel units grouped according to the type of magnetoresistance element 10.
  • the pixel unit 25A at the bottom left of the pixel array 24 includes the above-mentioned magnetoresistance element array 222.
  • the pixel unit 25B and pixel unit 25C adjacent to the pixel unit 25A include the above-mentioned magnetoresistance element array 221, and the pixel unit 25D adjacent to the pixel unit 25B and pixel unit 25C includes the above-mentioned magnetoresistance element array 222.
  • the basic array pattern 31 is configured with an array of 2 ⁇ 2 pixel units.
  • the remaining pixel units 25 include the magnetoresistance element array 221 or the magnetoresistance element array 222 that repeats this basic array pattern 31.
  • the magnetoresistance element array 221 can detect the magnitude of the input magnetic field B in the X direction with good sensitivity, and the magnetoresistance element array 222 can detect the magnitude of the input magnetic field B in the Y direction with good sensitivity. Therefore, the pixel unit array shown in FIG. 39 can realize two-axis magnetic field detection.
  • FIG. 40 is a diagram showing a second example of an array of pixel units according to this embodiment.
  • One pixel unit 25 includes an array of one type of magnetoresistance element 10.
  • a basic array pattern 31 consisting of a plurality of pixel units 25 arranged in an array is further arranged in an array.
  • the basic array pattern 31 can include multiple types of magnetoresistance element type pixel units grouped according to the type of magnetoresistance element 10.
  • the pixel unit 25A at the bottom left of the pixel array 24 includes the above-mentioned magnetoresistance element array 223, and the pixel unit 25B adjacent to the pixel unit 25A includes the above-mentioned magnetoresistance element array 222.
  • Another pixel unit 25C adjacent to the pixel unit 25A includes the above-mentioned magnetoresistance element array 221, and the pixel unit 25D adjacent to the pixel unit 25B and the pixel unit 25C includes the above-mentioned magnetoresistance element array 223.
  • the basic array pattern 31 is configured with an array of 2 x 2 pixel units.
  • the remaining pixel units 25 include the magnetoresistance element array 221, the magnetoresistance element array 222, or the magnetoresistance element array 223 that repeats this basic array pattern 31.
  • the magnetoresistance element array 221 can detect the magnitude of the input magnetic field B in the X direction with high sensitivity
  • the magnetoresistance element array 222 can detect the magnitude of the input magnetic field B in the Y direction with high sensitivity.
  • the magnetoresistance element array 223 can detect the magnitude of the input magnetic field B in the Z direction with high sensitivity. Therefore, the pixel-by-pixel array shown in FIG. 40 can realize three-axis magnetic field detection.
  • FIG. 41 is a diagram showing a third example of an arrangement of pixel units according to this embodiment.
  • One pixel unit 25 includes an array of one type of magnetoresistance element 10.
  • a basic array pattern 31 consisting of a plurality of pixel units 25 arranged in an array is further arranged in an array.
  • the basic array pattern 31 can include multiple types of magnetoresistance element type pixel units grouped according to the type of magnetoresistance element 10.
  • the pixel unit 25A at the bottom left of the pixel array 24 includes the above-mentioned magnetoresistance element array 228, and the pixel unit 25B and pixel unit 25C adjacent to the pixel unit 25A include the above-mentioned magnetoresistance element array 229.
  • the pixel unit 25D adjacent to the pixel unit 25B and pixel unit 25C includes the above-mentioned magnetoresistance element array 228.
  • the basic array pattern 31 is configured with an array of 2 ⁇ 2 pixel units.
  • the remaining pixel units 25 include the magnetoresistance element array 228 or the magnetoresistance element array 229 that repeats this basic array pattern 31.
  • the magnetoresistance element array 228 can sensitively detect the magnitude and direction of the input magnetic field B in the XZ in-plane direction, and the magnetoresistance element array 229 can sensitively detect the magnitude of the input magnetic field B in the YZ in-plane direction. Therefore, the pixel unit array shown in FIG. 41 can realize three-axis magnetic field detection.
  • FIG. 42 is a diagram showing a fourth example of a pixel unit array according to this embodiment.
  • the pixel array 24 is composed of pixel units 25 including an array of one type of magnetoresistance element 10.
  • the array of the magnetoresistance elements 10 can be selected from the above-mentioned magnetoresistance element array 226, magnetoresistance element array 227, magnetoresistance element array 230, and magnetoresistance element array 231.
  • the magnetoresistance element array 226 is selected as the magnetoresistance element array
  • the pixel unit array shown in FIG. 42 can realize magnetic field detection on two axes, and when a magnetoresistance element array other than the above is selected, the pixel unit array shown in FIG. 42 can realize magnetic field detection on three axes.
  • the magnetic detection device 20 can improve the resolution of the magnetic field-related image.
  • the arrangement of pixel units in the pixel array 24 is not limited to the examples shown in Figures 39 to 42.
  • FIGS. 43 and 44 are a flow chart and a timing diagram, respectively, showing a first operation example of the magnetic detection device 20 according to this embodiment.
  • This operation example corresponds to a case in which magnetic field detection by the magnetoresistance element 10 is performed at any time during scanning, which will be described later.
  • various control signals are generated using a clock signal as a time reference, and a selection signal is generated to select the row to be read out based on the control signal.
  • step S101 the power is turned on.
  • step S102 the magnetoresistance element (MTJ) 10 included in the pixel unit 25 detects an input magnetic field, causing the resistance value of the magnetoresistance element 10 to change.
  • step S103 a readout signal is generated by a readout circuit included in the pixel unit 25 (step S103).
  • step S104 when the magnetic detection device 20 receives a synchronization signal (step S104), the read row is initialized and the counter R is set to 1 (step S105). Then, a header (H) indicating the beginning of the readout is output (step S106). The row specified by the counter R is selected by the vertical scanning unit 22, and the selected row selection signal line 26 is enabled (step S107).
  • the readout signals resulting from the readout of the pixel unit 25 connected to the selected row selection signal line 26 are output as vertical signals VSL_1 to VSL_N and vertical signals V_R_1 to V_R_N, as shown in FIG. 44 (step S108).
  • R is the value of counter R
  • V_i_j is the readout data of the pixel unit 25 in row i and column j.
  • the horizontal scanning unit 23 sequentially outputs the vertical signal V_R_C to the data line DL as output data D_R_C based on the column counter C.
  • C is the value of the counter C
  • D_i_j is the output data of the pixel unit 25 in the i-th row and j-th column.
  • the horizontal scanning unit 23 may convert the vertical signal into output data by an arbitrary conversion operation using the image output interface unit. This data output is performed for all pixel units 25 connected to the selected row selection signal line 26 by the horizontal scanning unit 23 scanning the column counter C (step S109).
  • step S110 counter R is incremented (step S110), and the value of counter R is compared with the number of rows M (step S111). If R>M (step S111; Yes), a footer indicating the end of reading is output, and reading ends (step S112). If R ⁇ M (step S111; No), the process returns to step S107 to read the next row.
  • the method of generating the selection signal may be changed based on the control signal received by the magnetic detection device 20. For example, various variations can be adopted, such as scanning only one of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, or scanning the X-axis, Y-axis, and Z-axis in sequence.
  • the readout signals from the two-dimensionally arranged pixel units 25 are scanned based on a synchronization signal, and are output in association with coordinate information.
  • the information processing device 29 can perform information processing, for example, image display.
  • FIGS. 45 and 46 are a flowchart and a timing diagram, respectively, showing a second operation example of the magnetic detection device 20 according to this embodiment. This operation example corresponds to a case where magnetic field detection is performed simultaneously at a predetermined timing by a plurality of pixel units. In the flowchart of FIG. 45, it is assumed that the power is turned on first.
  • the magnetic detection device 20 receives a synchronization signal (step S201).
  • steps S202 and S203 are performed, but since these are similar to steps S102 and S103 in FIG. 43 described above, their explanation will be omitted here.
  • the read signal generated in the pixel unit 25 is held in a read signal holding section (not shown) of the pixel unit 25 (step S204).
  • steps S205 and S206 are performed, but because these are similar to steps S105 and S106 of FIG. 43 described above, a description thereof will be omitted here.
  • the row specified by counter R is selected by the vertical scanning unit 22, and the selected row selection signal line 26 is enabled (step S207).
  • the readout signals held in the readout signal holding sections of the pixel units 25 connected to the selected row selection signal line 26 are output as vertical signals VSL_1 to VSL_N and vertical signals V_R_1 to V_R_N (step S208).
  • R is the value of counter R
  • V_i_j is the readout data of the pixel unit 25 in row i and column j.
  • the horizontal scanning unit 23 sequentially outputs the vertical signal V_R_C to the data line DL as output data D_R_C based on the column counter C.
  • C is the value of the counter C
  • D_i_j is the output data of the pixel unit 25 in the i-th row and j-th column.
  • the horizontal scanning unit 23 may convert the vertical signal into output data by an arbitrary conversion operation using the image output interface unit. This data output is performed for all pixel units 25 connected to the selected row selection signal line 26 by the horizontal scanning unit 23 scanning the column counter C (step S209).
  • step S210 counter R is incremented (step S210), and the value of counter R is compared with the number of rows M (step S211). If R>M (step S211; Yes), a footer indicating the end of reading is output, and reading ends (step S212). If R ⁇ M (step S211; No), the process returns to step S207 to read the next row.
  • the method of generating the selection signal may be changed based on the control signal received by the magnetic detection device 20. For example, various variations can be adopted, such as scanning only one of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, or scanning the X-axis, Y-axis, and Z-axis in sequence.
  • the readout signals from the two-dimensionally arranged pixel units 25 are held based on a synchronization signal, thereby ensuring the simultaneity of the measured magnetic field.
  • Fig. 47 shows a first example of the output data format of the magnetic detection device 20 according to this embodiment
  • Fig. 48 shows a second example of the output data format of the magnetic detection device 20 according to this embodiment
  • Fig. 49 shows a third example of the output data format of the magnetic detection device 20 according to this embodiment.
  • #R indicates the row number
  • #C indicates the row number
  • Bx indicates the X-axis component of the magnetic field
  • Bz indicates the Z-axis component of the magnetic field.
  • FIG. 47 shows an example of a first output data format of the magnetic detection device 20 according to this embodiment.
  • the first output data format example three read operations are performed consecutively to detect magnetic field components of three axes. In this way, it becomes possible to transmit magnetic field measurement data for each axis to the information processing device 29.
  • FIG. 48 shows a second example of an output data format of the magnetic detection device 20 according to this embodiment. Unlike the example of FIG. 47, in the second output data format example, a single read operation is performed to detect magnetic field components of three axes. In this way, it becomes possible to transmit magnetic field measurement data for each axis to the information processing device 29.
  • FIG. 49 is a third example of an output data format for the magnetic detection device 20 according to this embodiment. Unlike the examples in FIGS. 47 and 48, in the third output data format example, the magnetic field components of the three axes are output together. In this way, when performing readout that emphasizes simultaneity of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, it is not necessary to store one frame's worth of data, making it possible to conserve memory hardware.
  • both or either of line number #R and line number #C can be omitted if the information processing device 29 allows it.
  • Fig. 50 is a first circuit configuration example of the pixel unit 25 according to this embodiment
  • Fig. 51 is a second circuit configuration example of the pixel unit 25 according to this embodiment
  • Fig. 52 is a third circuit configuration example of the pixel unit 25 according to this embodiment
  • Fig. 53 is a fourth circuit configuration example of the pixel unit 25 according to this embodiment
  • Fig. 54 is a fifth circuit configuration example of the pixel unit 25 according to this embodiment
  • Fig. 55 is a sixth circuit configuration example of the pixel unit 25 according to this embodiment.
  • the first and second circuit configuration examples of FIG. 50 and FIG. 51 are suitable for the case where the array of the magnetoresistance elements 10 included in the pixel unit 25 is composed of one type of magnetoresistance elements 10. Note that, in the pixel unit 25 of FIG. 50 and FIG. 51, the magnetoresistance elements 10 are illustrated as being connected in parallel, but this is not limited to this in the present circuit configuration.
  • all the magnetoresistance elements 10 of the pixel unit 25 may be connected in series, or a group formed by connecting a plurality of magnetoresistance elements 10 in series may be connected in parallel.
  • the above-mentioned detection circuit calculates the input magnetic field based on the resistance value of such an array of the magnetoresistance elements 10.
  • the parallel-connected magnetoresistance elements 10 and bias means are connected in series, and electricity is passed between the power supply voltage and the ground voltage.
  • the bias means can be, for example, a series resistor R4.
  • the voltage (read signal) generated by the parallel-connected magnetoresistance elements 10 and bias means is output to the vertical signal line 27 via the buffer B1 and row selection switch SW1.
  • a filter means for example, a capacitor
  • the buffer B1 is provided for the purpose of driving the vertical signal line 27.
  • the buffer B1 means a circuit configured to be able to drive a predetermined load and having a gain of approximately 1.
  • the circuit configuration example of the pixel unit 25 in FIG. 50 it is possible to output a read signal of the selected pixel unit 25. Furthermore, in the circuit configuration of FIG. 50, even before the above-mentioned filter means F1 is added, a pseudo filter is formed by the resistance of the magnetoresistance element 10 itself, the bias means (resistor R4), the parasitic capacitance of the wiring, and the input capacitance of the buffer B1. Therefore, the read signal is smoothed by such a pseudo filter. Furthermore, by adding the filter means F1, the smoothing ability of the read signal can be further improved.
  • a reference voltage generating means is further provided, and the reference voltage generating means is configured as a bridge using resistors R1, R2, and R4. Furthermore, in FIG. 51, a differential amplifier circuit D1 is provided instead of buffer B1. Note that in this specification, the differential amplifier circuit D1 refers to a circuit that receives two input signals and amplifies the difference between them.
  • the difference between the read signal and the reference voltage is amplified and transmitted, which cancels out the noise caused by fluctuations in the power supply voltage VDD, thereby reducing the effect of the noise superimposed on the read signal.
  • FIGS. 52 to 55 show third to sixth circuit configuration examples of the pixel unit 25 according to this embodiment.
  • the magnetoresistance elements 10 are divided into a plurality of groups, and the magnetoresistance elements 10 belonging to each group are connected in parallel. Therefore, the circuit configuration examples shown in FIG. 52 to FIG. 55 are suitable for a case where the array of the magnetoresistance elements 10 included in the pixel units 25 is composed of two or more types of magnetoresistance elements 10, but a configuration in which the same type of magnetoresistance elements 10 are divided into a plurality of groups is also possible.
  • FIG. 52 a circuit configuration similar to that in FIG. 50 is provided for each group of magnetoresistance elements 10, but a circuit configuration similar to that in FIG. 51 may be provided for each group of magnetoresistance elements 10. Also, in FIG. 52, row selection signal lines 26 are provided in the same number as the number of groups of magnetoresistance elements 10. In such a configuration, the detection circuit described above calculates the input magnetic field from the resistance value of the magnetoresistance elements 10 for each group.
  • the circuit configuration in FIG. 52 is configured to output a read signal generated from a group of a predetermined part of magnetoresistance elements 10 in a pixel unit 25 corresponding to one row selection signal line 26 to a vertical signal line 27.
  • a magnetic field detection signal can be output by direction.
  • FIG. 53 a circuit configuration similar to that in FIG. 50 is provided for each group of magnetoresistance elements 10, but a circuit configuration similar to that in FIG. 51 may be provided for each group of magnetoresistance elements 10.
  • FIG. 53 has a selection means including a magnetoresistance element selection switch SW2 connected to the magnetoresistance element 10 in front of the buffer B1.
  • a row selection switch SW1 configured to be turned on based on the logical sum of multiple different row selection signals is provided between the buffer B1 and the vertical signal line 27.
  • the number of buffers B1 is one compared to the circuit configuration example of the pixel unit 25 in FIG. 52, so the circuit layout area and power consumption can be reduced.
  • each group of magnetoresistance elements 10 has a sample-and-hold (S/H) means SH1 for holding a signal and a sample-and-hold pre-read reset switch SW3, so that the measurement timing can be determined externally.
  • S/H sample-and-hold
  • SW3 sample-and-hold pre-read reset switch
  • the circuit configuration example of the pixel unit 25 in FIG. 54 if the sampling pulse is the same between groups of magnetoresistance elements 10, the simultaneity of measurement is guaranteed, and if the sampling pulse is different between groups of magnetoresistance elements 10, time series data can be acquired.
  • the circuit configuration example of the pixel unit 25 in FIG. 54 has a function of retaining read data, it is suitable for the second operation example of the magnetic detection device 20 according to this embodiment shown in FIGS. 45 and 46.
  • the circuit configuration is the same as in FIG. 52, but instead of the row selection signal lines 26 having a number equal to the number of groups of magnetoresistance elements 10, the vertical signal lines 27 have a number equal to the number of groups of magnetoresistance elements 10.
  • one vertical signal line 27 is connected to a predetermined part of the groups of magnetoresistance elements 10 in the pixel unit 25.
  • the circuit configuration of the pixel unit 25 of the magnetic detection device 20 is not limited to the examples shown in Figures 50 to 55.
  • Fig. 56 is a first circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment
  • Fig. 57 is a second circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment
  • Fig. 58 is a third circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment.
  • Fig. 59 is a fourth circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment
  • Fig. 60 is a fifth circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment.
  • Fig. 61 is a sixth circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment
  • Fig. 62 is an operation example of the sixth circuit configuration example.
  • Fig. 63 is a seventh circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment.
  • FIG. 56 shows a first circuit configuration example of the digitization means according to this embodiment.
  • the horizontal scanning unit 23 has one analog/digital converter (ADC) (conversion unit) 50.
  • ADC analog/digital converter
  • the analog signal of the vertical signal line 27 is converted to a digital signal (digital value) by the ADC 50 and output to the data output line 28 via the interface 51.
  • the digitization means of FIG. 56 allows the pixel unit 25 to extract the measured input magnetic field output as a digital signal.
  • FIG. 57 shows a second circuit configuration example of the digitization means according to this embodiment.
  • the horizontal scanning section 23 has analog/digital converters (ADCs) 50 equal in number to the number of vertical signal lines 27.
  • ADCs analog/digital converters
  • analog signals transmitted from each pixel unit 25 via the vertical signal lines 27 are converted in parallel to digital signals by the ADCs 50, and sequentially selected ones are output to the data output line 28 via the interface 51.
  • the digitization means of FIG. 57 improves the frame rate of the output image by parallelizing the ADCs 50 in multiple directions.
  • FIG. 58 shows a third example circuit configuration of the digitization means according to this embodiment.
  • the pixel unit 25 has one ADC 50, and converts an analog read signal into a digital read signal within the pixel unit 25. The converted signal is then output to a vertical signal line 27 having a bus width according to the resolution of the ADC 50.
  • the digitization means of FIG. 58 allows the long-distance wiring of the output of the pixel unit 25 to be digitally transmitted, reducing noise that is superimposed on analog signal transmission.
  • FIG. 59 shows a fourth circuit configuration example of the digitization means according to this embodiment.
  • the data holding units (latches) of the ADCs 50 are connected vertically to form a shift register.
  • a shift clock is used to serially output multiple bits from multiple ADCs 50 to the vertical signal line 27.
  • the digitization means of FIG. 59 eliminates the need for row selection signal line 26 and allows for a 1-bit vertical signal (a single vertical signal line 27 is sufficient), reducing the circuit layout area.
  • the differential configuration shown in Figure 51 is used, but the single-phase configuration shown in Figure 50 may also be used.
  • the magnetoresistance elements 10 may be divided into a plurality of groups.
  • FIG. 60 shows a fifth circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment.
  • the count unit has one counter 52 for one magnetoresistance element 10.
  • the comparator 53 outputs the output of the magnetoresistance element 10, i.e., the comparison result between the resistance value of the magnetoresistance element 10 and the reference resistance value.
  • the comparator 53 outputs an enable signal only when the state of the magnetoresistance element 10 is in a parallel state, for example.
  • the counter 52 receives a clock signal as an input in addition to the output of the comparator 53.
  • the counter 52 counts the clock signal only when the output of the comparator 53 is enabled.
  • the digitization means of FIG. 60 allows the state difference of the magnetoresistance element 10 to be directly measured using a clock signal and a counter, further reducing noise superimposed on the analog signal.
  • FIG. 61 is a sixth circuit configuration example of the digitizing means according to this embodiment.
  • the count unit has two counters 52 for two magnetoresistance elements 10.
  • the counter 52 is a circuit that counts when the two magnetoresistance elements 10 are in the same state.
  • the resistance values of the resistors R11, R12, R21, and R22 are set so as to satisfy Vth1 >Vmiddle> Vth2 .
  • the two counters 52 output COUTH and COUTL.
  • FIG. 62 which is an example of the operation of the sixth circuit configuration example, the counter value of COUTH increments when the two magnetic resistance elements 10 are both in an anti-parallel state.
  • the counter value of COUTL increments when the two magnetic resistance elements 10 are both in a parallel state. In this way, the residence time difference S described above can be calculated using (COUTH-COUTL)/(COUTH+COUTL).
  • the above calculations may be performed by a circuit within the magnetic detection device 20, or may be performed by an external processor after being output outside the magnetic detection device 20.
  • FIG. 63 shows a seventh example of the circuit configuration of the digitization means according to this embodiment.
  • COUT1, COUT2, ..., COUTk are selected in sequence by internal selection signals 1 to k, and the results of calculations in the accumulator (ACC) 54 are output to the vertical signal line 27 based on the row selection signal.
  • the circuit configuration of the digitization means is not limited to the examples shown in Figures 56 to 63.
  • the easy axis direction of at least one magnetoresistance element 10 included in the pixel unit 25 is made different from the easy axis direction of the other magnetoresistance elements 10 included in the pixel unit 25.
  • the easy axis direction of the magnetoresistance element 10 constituting at least one pixel unit 25 included in the basic array pattern 31 is made different from the easy axis direction of the magnetoresistance elements 10 constituting the other pixel units 25 included in the basic array pattern 31.
  • the pixel units 25 and the basic array pattern 31 are arranged in an array to constitute the pixel array 24, so that it is possible to realize a magnetic detection device 20 having spatial and temporal resolution while having a simpler structure.
  • magnetic field measurements can be performed over a wider spatial range.
  • a magnetocardiogram can be measured by placing multiple magnetic detection devices 20 on a person's chest.
  • a magnetoencephalogram can be measured by placing multiple magnetic detection devices 20 on a person's head.
  • FIG. 64 is a configuration example of a decoding system according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the decoding system 300 includes a magnetoencephalogram sensor 310 that can measure the magnetoencephalogram of a human or animal using the magnetic detection device 20 according to the first embodiment.
  • the decoding system 300 also includes a stimulus information output unit 320 that outputs information about stimuli given to the human or animal, a bioinformation sensor 330 that acquires bioinformation of the human or animal, an environmental information sensor 340 that outputs information about the environment around the human or animal, and the like.
  • the decoding system 300 has an encoder 350 that calculates a feature vector based on the input data that has been input, and a calculator 360 that estimates information about the thinking of the human or animal based on the feature vector.
  • the magnetoencephalogram sensor 310 can measure the magnetoencephalogram of a human or animal using the magnetic detection device 20 according to the first embodiment.
  • the magnetoencephalogram sensor 310 is attached to the head of a human or animal, measures the magnetoencephalogram, and inputs the measurement results as input data to the encoder 350 described below.
  • the stimulation information output unit 320 inputs information about stimulation given to humans or animals, such as vision, hearing, touch, etc., as input data to the encoder 350 described below.
  • the stimulation information output unit 320 may be a display device or audio device that is viewed by humans or animals, in which case the stimulation information output unit 320 inputs image data or audio data to be output to the encoder 350.
  • a person inputs subjective information about the feel of an object they are touching, the taste they are tasting, and the hearing they are smelling to the stimulation information output unit 320, and the stimulation information output unit 320 inputs the input information to the encoder 350.
  • the bioinformation sensor 330 can be an electromyography sensor, a heart rate sensor, a pulse sensor, a blood flow sensor, a blood pressure sensor, a respiration sensor, an electroencephalography sensor, a sweat sensor, a skin temperature sensor, a skin conductivity sensor, or the like, which is attached to a part of the human or animal body.
  • the bioinformation sensor 330 may also be a motion sensor that detects the movement and posture of the human or animal body.
  • the motion sensor unit includes an acceleration sensor, a gyro sensor, a geomagnetic sensor, or the like.
  • the bioinformation sensor 330 may be an imaging device that captures the facial expression, gaze, and eye movement of the human or animal. The bioinformation sensor 330 then inputs sensing data from the various sensors described above as input data to the encoder 350, which will be described later.
  • the environmental information sensor 340 may include a location information sensor such as a GPS (Global Positioning System) receiver that acquires location information of a human or animal.
  • the environmental information sensor 340 may also include various other sensors such as a sound collecting microphone, an air pressure sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor to acquire environmental information indicating the state of the environment around the human or animal. The environmental information sensor 340 then inputs the sensing data from the various sensors described above as input data to the encoder 350 described below.
  • the input data from the magnetoencephalography sensor 310, the stimulation information output unit 320, the bioinformation sensor 330, and the environmental information sensor 340 may be time-series data, and there are no particular limitations on the format, etc.
  • the encoder 350 acquires input data from the magnetoencephalography sensor 310, the stimulation information output unit 320, the bioinformation sensor 330, and the environmental information sensor 340, calculates features such as feature vectors from the input data, and inputs the calculation results to the calculator 360 described below.
  • the encoder 350 may calculate the features from the input data by referring to a model previously obtained by machine learning, or may calculate the features by statistically processing the input data (average, variance, normalization, etc.).
  • the encoder 350 may also have a pre-processing unit that pre-processes the input data.
  • the calculator 360 converts (decodes) the feature vector into a human or animal thought.
  • the calculator 360 may convert the feature vector into an index indicating a human or animal thought by referring to a model (formula, etc.) previously obtained by machine learning.
  • the model previously obtained by the above machine learning can be obtained by, for example, inputting the feature vector obtained from the input data and the human subjectivity or human or animal behavior linked to the input data as input signals and teacher signals into a supervised learner such as support vector regression or a deep neural network, and performing machine learning. Note that such machine learning can be performed by incorporating a learner into the configuration of FIG. 64.
  • the magnetoencephalography sensor 310 includes a plurality of magnetic detection devices 20 according to the first embodiment, and may further include a plurality of the above-mentioned bioinformation sensors 330 and environmental information sensors 340 as auxiliary sensors.
  • input data consisting of the output of the magnetoencephalography sensor 310, the output from the stimulation information output unit 320, the output of the bioinformation sensor 330, and at least one output of the output of the environmental information sensor is input to the encoder 350.
  • the output from the stimulation information output unit 320 is information on stimuli such as vision, hearing, and touch given to a human.
  • the output of the bioinformation sensor 330 is bioinformation such as the human heart rate, blood flow, sweat, gaze, and facial expression.
  • the output from the environmental information sensor 340 includes information on sounds around the human.
  • the input data is converted into a feature vector by the encoder 350. Furthermore, the feature vector is converted into human thoughts by the calculator 360. In this embodiment, the input data includes at least the output of the magnetoencephalography sensor 310.
  • an automatic control device such as a robot that infers the desires, which are one type of thought of a human or animal, and operates according to the inferred request. Even if a human has a disability in the skill to communicate their request to the outside world (speech, hand movements, etc.), such an automatic control device can operate according to the request of the person, and therefore can support the daily life of the person.
  • the decoding system 300 it is possible to estimate the thoughts of a human or animal based on the magnetoencephalogram of the human or animal, and therefore, for example, it is possible to estimate emotions, which are one type of human thought, by providing such stimuli (e.g., images or music). Then, based on this estimation, it is possible to appropriately suggest music that evokes joy, etc., according to the individual person.
  • stimuli e.g., images or music
  • the decoding system may be a decoding system that generates stimulus information to be given to a human or an animal.
  • Fig. 66 shows another configuration example of a decoding system according to the second embodiment of the present disclosure. In this configuration example, a decoding system is described that uses the magnetic detection device 20 according to the first embodiment of the present disclosure described above to estimate the thoughts of a human or an animal and determines a stimulus to be given to the human in accordance with the estimated thoughts.
  • the decoding system 300 in the second configuration example basically has the same configuration as the first configuration example described with reference to FIG. 64, but instead of estimating the thoughts of the human or animal, it determines stimuli (stimulus information) to be given to the human or animal.
  • the determined stimuli can be, for example, music, videos, images, scents, textures, dishes, products (daily necessities, clothing, etc.), schedule suggestions, etc. to be given to the human or animal.
  • the calculator 360 converts (decodes) the feature vector into information on stimuli to be given to humans or animals.
  • the calculator 360 may convert the feature vector, etc., into information on stimuli to be given to humans or animals by referring to a model (formula, etc.) previously obtained by machine learning.
  • the model previously obtained by the above-mentioned machine learning can be obtained by inputting input data obtained when a specific stimulus (music, video, image, scent, food, product) is given as a teacher signal into a supervised learner such as support vector regression or a deep neural network, and performing machine learning. Note that such machine learning can be performed by incorporating a learner into the configuration of FIG. 66.
  • the stimuli that each person or animal finds comfortable differ, by using this configuration example, it is possible to determine the appropriate stimuli that each person or animal finds comfortable. Therefore, by using the above-described decoding system 300, it is possible to appropriately suggest, for example, music that makes people feel comfortable, depending on each individual person. Also, although the appropriate stimuli that bring about behavioral change differ depending on each person or animal, by using this configuration example, it is possible to determine the appropriate stimuli for each person or animal and effectively encourage behavioral change.
  • the above-mentioned magnetoencephalography sensor 310 can be mounted on a wearable device such as a head mounted display (HMD) or headphones that are attached to the human head.
  • a wearable device such as a head mounted display (HMD) or headphones that are attached to the human head.
  • HMD head mounted display
  • a pixel array unit in which pixel units each including a magnetoresistive element and a detection unit are arranged in an array, or a basic array each including a plurality of the pixel units is arranged in an array,
  • the magnetoresistive element is a fixed layer whose magnetization direction is fixed; a non-magnetic layer disposed on the pinned layer; a storage layer disposed on the nonmagnetic layer; having
  • the detection unit detects an external magnetic field based on a change in a resistance value of the magnetoresistive element. Magnetic detection device.
  • the storage layer has an easy axis along which the magnetization direction is more easily oriented than other directions, and a hard axis along which the magnetization direction of the storage layer is more difficult to oriented than other directions
  • the detection unit is outputting a detection result of the external magnetic field based on a change in resistance value of the magnetoresistance element in a predetermined direction determined by a magnetization direction of the fixed layer of the magnetoresistance element in the pixel unit, in association with coordinate information on the pixel array unit of the pixel unit corresponding to the detected magnetoresistance element;
  • a direction of the easy axis of at least one of the plurality of magnetoresistive elements is different from a direction of the easy axis of the other magnetoresistive elements.
  • the magnetic detection device according to (1) above.
  • (3) The magnetoresistive element is outputting at least one of information regarding a first residence time during which the magnetization direction of the memory layer is maintained parallel to the magnetization direction of the fixed layer and information regarding a second residence time during which the magnetization direction of the memory layer is maintained anti-parallel to the magnetization direction of the fixed layer to the detection unit;
  • the detection unit is detecting the external magnetic field based on a difference between the first residence time and the second residence time, the difference being determined based on at least one of information related to the first residence time and information related to the second residence time;
  • the magnetic detection device according to (1) or (2) above.
  • a control unit for controlling the magnetic detection device a vertical scanning unit that vertically scans the pixel array unit under control of the control unit; a horizontal scanning unit that horizontally scans the pixel array unit under control of the control unit; Further comprising: The magnetic detection device according to any one of (1) to (3) above.
  • the pixel unit includes a plurality of the magnetoresistance elements, The detection unit is detecting the external magnetic field based on a difference between an integrated value of the first residence time and an integrated value of the second residence time in each of the plurality of magnetoresistance elements; The magnetic detection device according to (3) above.
  • the pixel unit is an array of magnetoresistance elements comprising a plurality of the magnetoresistance elements connected in parallel and/or in series;
  • the detection unit is detecting the external magnetic field based on a resistance value of the array of magnetoresistance elements;
  • the magnetic detection device according to any one of (1) to (4) above.
  • the pixel unit includes a plurality of the magnetoresistance elements, the detection unit divides the plurality of magnetoresistance elements included in the corresponding pixel unit into a plurality of groups, and detects the external magnetic field for each of the groups.
  • the magnetic detection device according to any one of (1) to (4) above.
  • the horizontal scanning unit converts the external magnetic field detected for each pixel into a digital value.
  • the magnetic detection device according to (4) above.
  • the pixel unit further includes a conversion unit that converts the detected external magnetic field into a digital value.
  • the magnetic detection device according to any one of (1) to (7) above.
  • At least one of the magnetoresistive elements has a length in the easy axis direction longer than a length in the hard axis direction.
  • (11) At least one of the plurality of magnetoresistive elements has an elliptical planar shape.
  • (12) At least one of the magnetoresistive elements has a circular planar shape.
  • the magnetic detection device according to any one of (1) to (11) above.
  • the pixel unit is a first magnetoresistance element, the easy axis of which is oriented in a first direction; a second magnetoresistance element, the easy axis of which is oriented in a second direction that is 90° different from the first direction; including, The magnetic detection device according to (2) above.
  • the pixel unit is a third magnetoresistance element, the easy axis of which is oriented in a third direction that is 90° different from each of the first direction and the second direction; The magnetic detection device according to (13) above.
  • the base sequence is a first pixel unit including a first magnetoresistance element having an easy axis in a first direction; a second pixel unit including a second magnetoresistance element having an easy axis oriented in a second direction that is 90° different from the first direction; including, The magnetic detection device according to (2) above.
  • the base sequence is a third pixel unit including a third magnetoresistance element having an easy axis aligned in a third direction that is 90° different from each of the first direction and the second direction; The magnetic detection device according to (15) above.
  • the base sequence is a fourth pixel unit configured with the first magnetoresistive element and the third magnetoresistive element; a fifth pixel unit including the second magnetoresistive element and the third magnetoresistive element; Further comprising: The magnetic detection device according to (16) above.
  • the base sequence is a sixth pixel unit configured with the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element; The magnetic detection device according to (16) or (17) above.
  • the sixth pixel unit further includes the third magnetoresistance element; The magnetic detection device according to (18) above.
  • a decoding system including a magnetic detection device attached to a user, an encoder, and a calculator
  • the magnetic detection device is A pixel array section is configured by arranging pixel units, each including a magnetoresistive element and a detection section, in an array, or by arranging a basic array, each of the pixel units, in an array,
  • the magnetoresistive element is a fixed layer whose magnetization direction is fixed; a non-magnetic layer disposed on the pinned layer; a storage layer disposed on the nonmagnetic layer; having
  • the detection unit detects an external magnetic field based on a change in a resistance value of the magnetoresistive element
  • the encoder comprises: acquiring the external magnetic field as input data from the magnetic detection device; Calculating a feature vector based on the input data;
  • the computing unit includes: outputting a thought of the user or a stimulus to be given to the user based on the feature vector; Decoding system.
  • the magnetic detection device is A motion sensor for detecting the user's movement and posture is further provided. outputting an output of the motion sensor as the input data to the encoder together with the external magnetic field; The encoder comprises: Calculating the feature vector based on an output of the motion sensor.
  • the magnetic detection device is The device further includes a biometric information sensor for acquiring biometric information of the user, outputting an output of the bioinformation sensor as the input data together with the external magnetic field to the encoder; The encoder comprises: Calculating the feature vector based on an output of the bioinformation sensor.
  • a decoding system according to any one of (20) to (21) above.
  • the input data includes information regarding at least one of an auditory stimulus, a visual stimulus, an olfactory stimulus, a gustatory stimulus, and a tactile stimulus to be provided to the user.
  • a decoding system according to any one of (20) to (22) above.

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Abstract

磁気抵抗素子及び検出部を含む画素単位がアレイ状に配置されて構成される、又は、複数の前記画素単位から構成される基本配列がアレイ状に配置されて構成される、画素アレイ部を備え、前記磁気抵抗素子は、磁化方向が固定された固定層と、前記固定層上に配置された非磁性層と、前記非磁性層上に配置された記憶層とを有し、前記検出部は、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づき、外部磁場を検出する、磁気検出装置を提供する。

Description

磁気検出装置及びデコーディングシステム
　本開示は、磁気検出装置及びデコーディングシステムに関する。
　ホール効果や磁気抵抗効果等の原理を用いた磁気検出装置は、その使い易さから、広く用いられている。しかしながら、脳の活動や心臓の活動等に伴う生体磁気を計測しようとする場合、生体磁気は微弱であるため、これまで一般的に使用されている磁気検出装置では、その感度がこれらの計測に十分であるとは言い難かった。そこで、脳の活動や心臓の活動等に伴う生体磁気の計測においては、磁気量子効果を利用したＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）磁気検出装置を用いることが一般的である。
　しかしながら、ＳＱＵＩＤ磁気検出装置では、極低温に冷却する必要があることから設備が大型になり、簡便な構造とすることが難しい。従って、簡便な構造を持ちながら、子精度に計測が可能な磁気検出装置が求められていた。また、脳や心臓の活動等に伴う生体磁気を計測する時には、頭部表面あるいは胸部表面のうちの１点で計測を行うのではなく、頭部表面あるいは胸部表面の複数点で計測を行うことが望ましい。そこで、下記特許文献１においては、例えば、複数の磁気抵抗素子を行列状に配置することで、心磁（心臓の心筋を拡張・収縮させて体内に血液を送り出す際に発生する弱い電流による磁場）をより高精度に計測することが可能な心磁計測装置（磁気検出装置）が提案されている。
特開２０２０－１５６８７０号公報
　ところで、上記特許文献１で提案されている心磁計測装置（磁気検出装置）は、一軸方向の入力磁場（外部磁場）を計測することができる磁気抵抗素子をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向に沿って配置することで、３軸方向の入力磁場を計測している。しかしながら、上記特許文献１で提案されている心磁計測装置は、構造が複雑になることを避けることが難しく、且つ、各軸に対応する磁気抵抗素子で計測する磁場の位置が一致しないという課題があった。
　そこで、本開示では、より簡便な構造を持ちながら、空間内の一致した位置で複数の軸方向の入力磁場を計測できる磁気検出装置及びデコーディングシステムを提案する。
　本開示によれば、磁気抵抗素子及び検出部を含む画素単位がアレイ状に配置されて構成される、又は、複数の前記画素単位から構成される基本配列がアレイ状に配置されて構成される、画素アレイ部を備え、前記磁気抵抗素子は、磁化方向が固定された固定層と、前記固定層上に配置された非磁性層と、前記非磁性層上に配置された記憶層とを有し、前記検出部は、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づき、外部磁場を検出する、磁気検出装置が提供される。
　また、本開示によれば、ユーザに装着された磁気検出装置と、エンコーダと、演算器とを備えるデコーディングシステムであって、前記磁気検出装置は、磁気抵抗素子及び検出部を含む画素単位がアレイ状に配置されて構成される、又は、複数の前記画素単位から構成される基本配列がアレイ状に配置されて構成される、画素アレイ部を有し、前記磁気抵抗素子は、磁化方向が固定された固定層と、前記固定層上に配置された非磁性層と、前記非磁性層上に配置された記憶層とを有し、前記検出部は、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づき、外部磁場を検出し、前記エンコーダは、前記磁気検出装置から前記外部磁場を入力データとして取得し、前記入力データに基づいて、特徴ベクトルを算出し、前記演算器は、前記特徴ベクトルに基づいて、前記ユーザの思考又は当該ユーザに与える刺激を出力する、デコーディングシステムが提供される。
本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成例を示す模式図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子のより詳細な構成例を示す模式図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の概略構成例を示す模式図である。 本開示の第１の実施形態に係る記憶層に対する入力磁場の方向を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る記憶層に面内磁化膜を用いた場合の入力磁場の方向と出力信号（滞在時間差）との関係を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施形態に係る他の磁気抵抗素子の概略構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施形態に係る更なる他の磁気抵抗素子の概略構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施形態に係る更なる他の磁気抵抗素子の概略構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施形態に係る更なる他の磁気抵抗素子の概略構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第１例であって、入力磁場を面内の１軸（Ｘ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第２例であって、入力磁場を１軸（Ｙ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第３例であって、入力磁場を１軸（Ｚ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第４例であって、入力磁場を面内の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第５例であって、入力磁場を面内の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第６例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第７例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第８例であって、入力磁場を２軸（Ｘ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第９例であって、入力磁場を２軸（Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第１０例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第１１例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す斜視図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その１）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その２）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その３）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その４）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その５）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その６）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その７）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その８）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である（その９）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である（その１）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である（その２）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である（その３）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である（その４）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である（その５）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である（その６）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である（その７）。 本開示の第１の実施形態に係る磁気検出装置の概略構成例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の配列の第１例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の配列の第２例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の配列の第３例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の配列の第４例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁気検出装置の書き込み動作の第１例を示すフローチャートである。 本開示の第１の実施形態に係る磁場計測装置の書き込み動作の第１例を示すタイミング図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁場計測装置の書き込み動作の第２例を示すフローチャートである。 本開示の第１の実施形態に係る磁場計測装置の書き込み動作の第２例を示すタイミング図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁場計測装置の第１の出力データフォーマット例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁場計測装置の第２の出力データフォーマット例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る磁場計測装置の第３の出力データフォーマット例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の第１の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の第２の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の第３の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の第４の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の第５の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素単位の第６の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第１の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第２の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第３の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第４の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第５の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第６の回路構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第６の回路構成例の動作例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るデジタル化手段の第７の回路構成例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係るデコーディングシステムの第１の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係るデコーディングシステムの第１の構成の使用例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係るデコーディングシステムの第２の構成例を示す図である。
　以下に、添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　　１．第１の実施形態
　　　１．１　磁気抵抗素子の構成例
　　　１．２　磁気抵抗素子のバリエーション例
　　　１．３　磁気抵抗素子の配列の構成例
　　　１．４　製造方法例
　　　１．５　磁気検出装置の構成例
　　　１．６　磁気検出装置の動作例
　　　１．７　出力データフォーマット例
　　　１．８　画素単位の回路構成例
　　　１．９　デジタル化手段例
　　２．第２の実施形態
　　　２．１　デコーディングシステムの第１の構成例
　　　２．２　デコーディングシステムの第２の構成例
　　３．補足
　＜＜１．　第１の実施形態＞＞
　＜１．１　磁気抵抗素子の構成例＞
　まずは、図１から図５を参照して、本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗素子１０及び磁気検出装置２０について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る磁気抵抗素子１０の概略構成例を示す模式図であり、図２は、本実施形態に係る磁気抵抗素子１０のより詳細な構成例を示す模式図である。また、図３は、本実施形態に係る磁気抵抗素子１０の他の概略構成例を示す模式図である。さらに、図４は、本実施形態に係る記憶層１３に対する入力磁場の方向を示す図であり、図５は、本実施形態に係る記憶層１３に面内磁化膜を用いた場合の入力磁場（外部磁場）の方向と出力信号（滞在時間差）との関係を示す図である。
　まず、図１を参照して、本実施形態に係る磁気抵抗素子１０について説明する。図１に示すように、磁気抵抗素子１０は、例えば、磁化方向が固定されている磁化固定層（固定層）１１と、入力磁場に応じて磁化方向が変化する記憶層１３と、磁化固定層１１と記憶層１３との間に配置された非磁性層１２とを有する。以下、磁気抵抗素子１０の各層について説明する。
　磁化固定層１１は、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金のような強磁性体を白金マンガン（ＰｔＭｎ）合金やイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）合金等の反強磁性体と結合させることにより、その磁化方向が固定された層とすることができる。もしくは、磁化固定層１１は、少なくとも２つの強磁性層が極めて薄いルテニウム（Ｒｕ）層やイリジウム（Ｉｒ）層等と積層された構造を含む構成とすることができる。このような構成にすることにより、磁化固定層１１の磁化方向は固定される。さらに、このような構成にすることにより、上記強磁性層同士が反平行に結合するため、磁化固定層１１からの漏洩磁場を減らすことが可能となる。
　記憶層１３は、入力磁場に対して変化し易いように、ＣｏＦｅ合金、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）合金等の磁気異方性の弱い磁性材料から形成される。
　非磁性層１２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の絶縁体により形成することができる。このような絶縁体を用い、且つ、膜面垂直方向に電流を流し、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を利用することで、磁気抵抗素子１０においては、大きな抵抗変化を生じさせることが可能となる。
　さらに、図１に示すように、本実施形態に係る磁気抵抗素子１０においては、記憶層１３の磁気異方性の容易軸（以下、単に容易軸と呼ぶ。）を磁化固定層１１の磁化方向と平行になるように構成する。そして、記憶層１３の容易軸と磁化固定層１１の磁化方向とを平行にした場合には、入力磁場の方向や大きさによって、記憶層１３の磁化方向は、磁化固定層１１の磁化方向と平行に近い状態（以下、単に平行状態と呼ぶ。）あるいは反平行に近い状態（以下、単に反平行状態と呼ぶ。）のどちらかに限定される。さらに、記憶層１３の磁化方向が２つの状態に限定されることから、磁気抵抗素子１０の抵抗は、２つの状態（高抵抗、低抵抗）になることとなる。
　図２及び図３は、本実施形態に係る磁気抵抗素子１０のより詳細な構成例を示す模式図である。図１に示した記憶層１３の容易軸は、膜面内方向にある場合と、膜面垂直方向にある場合とがある。また、記憶層１３の磁化方向が容易軸に等しいときその磁化は安定する。詳細には、図２は、磁化方向が膜面内にあるときに安定する面内磁化膜が記憶層２１３に用いられた磁気抵抗素子２１０Ｅの例を示す図である。図２の上段は、磁気抵抗素子２１０Ｅの上視図を示し、図２の下段は、磁気抵抗素子２１０Ｅの長軸方向（本例ではＸ方向）と平行な垂直断面図を示す。一方、図３は、磁化方向が膜面垂直方向（本例ではＺ方向）にあるときに安定する垂直磁化膜が記憶層２１８に用いられた磁気抵抗素子２１０Ｃを示す図である。図３の上段は、磁気抵抗素子２１０Ｃの上視図を示し、図３の下段は、磁気抵抗素子２１０Ｃの垂直断面図を示す。なお、図２及び図３の例では、図１と同様に、記憶層２１３、２１８の磁化方向は入力磁場に応じて可変であるのに対し、磁化固定層２１１、２１６の磁化方向は固定されている。
　図２に示すように、面内磁化膜が記憶層２１３に用いられた磁気抵抗素子２１０Ｅの上面形状は、面内方向に長手方向を持ち、長手方向と垂直であって中心点を通る直線を軸とする線対称の形状を有する。図２には、例えば、磁気抵抗素子２１０Ｅの上面形状が面内方向に長軸を持つ楕円形状である場合が示されている。この場合、記憶層２１３の磁化方向は長軸方向に向き易くなる。すなわち、長手方向は、記憶層２１３の磁化方向が向き易い容易軸方向であるといえる。逆に、図２に示す例では、記憶層２１３の磁化方向は、短手方向には向き難く、この方向を、困難軸方向と呼ぶ。
　ただし、本実施形態においては、これに限定されるものではなく、磁気抵抗素子２１０Ｅの上面形状については、長方形等の面内方向に長手方向を持つ多角形等、適宜変更することができる。また、磁気抵抗素子２１０Ｅの磁化固定層２１１の磁化方向は、長手方向と平行な方向に設定されている。さらに、図２に示す例では、磁化固定層２１１と記憶層２１３との間に、非磁性層２１２が配置されている。
　一方、図３に示すように、垂直磁化膜が記憶層２１８に用いられた磁気抵抗素子２１０Ｃの上面形状は、面内方向に長手方向を持たない、中心点を軸とする点対称の形状を有する。図３には、例えば、磁気抵抗素子２１０Ｅの上面形状が面内方向に長軸を持たない円形状である場合が示されている。ただし、本実施形態においては、これに限定されるものではなく、磁気抵抗素子２１０Ｅの上面形状は、正方形や正六角形等の面内方向に長手方向を持たない多角形等、適宜変更することができる。また、磁気抵抗素子２１０Ｃの磁化固定層２１６の磁化方向は、各層の形成面に対して垂直な方向に設定されている。さらに、図３に示す例では、磁化固定層２１６と記憶層２１８との間には、非磁性層２１７が配置されている。
　図１に戻って、記憶層１３の磁化方向についてさらに詳しく説明する。記憶層１３の体積が大きい場合は、記憶層１３の磁化は、平行状態か反平行状態のどちらかで安定する。しかしながら、記憶層１３の体積を小さくしていくと、熱揺らぎの効果で、記憶層１３の磁化は、平行状態と反平行状態との間を遷移するようになる。
　ここで、記憶層１３の状態の熱安定性の指標Δ０は、磁気異方性エネルギーＫｕ、磁性体の体積Ｖ、温度Ｔ、ボルツマン定数ｋＢを用いて以下の式（１）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　従って、時間ｔの間に記憶層１３の磁化方向が反転する反転確率Ｐは、以下の式（２）のように表すことができる。式（２）において、τ０は緩和定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　磁気抵抗素子１０に入力磁場が加わった場合、入力磁場の方向に近い状態（Ｓ＋）での熱安定性の指標Δ＋と、入力磁場の方向から遠い状態（Ｓ―）での熱安定性の指標Δ－とは、それぞれ異なる。具体的には、入力磁場の方向に近い状態（Ｓ＋）での熱安定性の指標Δ＋は、入力磁場の方向から遠い状態（Ｓ―）での熱安定性の指標Δ－よりも大きくなる（Δ＋＞Δ－）。すなわち、磁気抵抗素子１０に入力磁場が加わると、熱安定性の指標Δ＋と熱安定性の指標Δ－の間に差が生じて、状態Ｓ＋から状態Ｓ―への反転確率Ｐと状態Ｓ―から状態Ｓ＋への反転確率Ｐとに差が生じることとなる。従って、記憶層１３の磁化が、状態Ｓ＋にいる滞在時間と、状態Ｓ―にいる滞在時間とに差が生じることになる。
　本発明者らは、種々の検討を行った結果、状態Ｓ＋の滞在時間と状態Ｓ―の滞在時間との差を状態Ｓ＋の滞在時間と状態Ｓ―の滞在時間との和で除した値Ｓ（以下、本明細書においては、値Ｓを「滞在時間差」と呼ぶ。）は、以下の式（３）で示すことができることを独自に見出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記式（３）において、Ｍｓは、記憶層１３の飽和磁化、Ｂ||は、入力磁場Ｂの容易軸成分を示す。
　上記式（３）を利用することで、滞在時間差Ｓを得ることで、任意の角度を持つ入力磁場から容易軸方向に沿った成分のみを検出することができる。
　図４及び図５に、記憶層２１３に面内磁化膜を用いた場合の入力磁場の方向と出力信号（滞在時間差）Ｓとの関係を示す。図４及び図５において、Ａは、入力磁場Ｂの方向が容易軸と平行な場合を示し、Ｂは、入力磁場Ｂの方向が容易軸に対して６０°傾いている場合を示し、Ｃは、入力磁場Ｂの方向が容易軸に対して９０°傾いている、すなわち垂直な場合を示している。図５に示すように、入力磁場Ｂの方向が容易軸に等しいＡにおいては、出力信号Ｓの変化が最も大きく、言い換えると、最も感度が高くなっている。また、反対に、入力磁場Ｂの方向が容易軸と垂直、すなわち困難軸に等しいＣにおいては、出力信号Ｓの変化がゼロ、言い換えると、感度がゼロになっている。
　このような容易軸を持つように構成された磁気抵抗素子２１０Ｅ、２１０Ｃは、入力磁場に対する感度において指向性を有する。従って、本実施形態においては、容易軸の方向が異なる磁気抵抗素子を組み合わせることで、入力磁場の大きさだけでなく、入力磁場の方向を検出することができる。
　＜１．２　磁気抵抗素子のバリエーション例＞
　次に、図６から図１０を参照して、本実施形態に係る磁気抵抗素子のバリエーション例について説明する。図６から図１０は、本実施形態に係る磁気抵抗素子のバリエーション例の一部を示す上視図である。
　図６は、面内方向に容易軸を有する面内磁化膜が記憶層２１３に用いられた磁気抵抗素子２１０Ｅのうち、容易軸が横方向（Ｘ方向）（第１の方向）と平行な磁気抵抗素子（第１の磁気抵抗素子）２１０Ｌの平面構成例を示す上視図である。容易軸が横方向（Ｘ方向）と平行な磁気抵抗素子２１０Ｌによれば、入力磁場ＢにおけるＸ方向の成分を感度良く検出することができる。
　図７は、同じく磁気抵抗素子２１０Ｅのうち、容易軸が縦方向（Ｙ方向）（第２の方向）と平行な磁気抵抗素子（第２の磁気抵抗素子）２１０Ｖの平面構成例を示す上視図である。容易軸が縦方向（Ｙ方向）と平行な磁気抵抗素子２１０Ｖによれば、入力磁場ＢにおけるＹ方向の成分を感度良く検出することができる。
　図８は、同じく磁気抵抗素子２１０Ｅのうち、容易軸がＸ方向に対して反時計回りに１３５°傾いた方向（以下、－ＸＹ方向又は左斜め方向とも呼ぶ）と平行な磁気抵抗素子２１０ＮＷの平面構成例を示す上視図である。この磁気抵抗素子ＮＷは、磁気抵抗素子２１０Ｌ及び磁気抵抗素子２１０Ｖによる面内方向の磁場検出を補完するためのバリエーションであり、入力磁場Ｂにおける左斜め方向の成分を感度良く検出することができる。
　図９は、同じく磁気抵抗素子２１０Ｅのうち、容易軸がＸ方向に対して反時計回りに４５°傾いた方向（以下、＋ＸＹ方向又は右斜め方向とも呼ぶ）と平行な磁気抵抗素子２１０ＮＥの平面構成例を示す上視図である。この磁気抵抗素子ＮＥは、磁気抵抗素子ＮＷと同様に、磁気抵抗素子２１０Ｌ及び磁気抵抗素子２１０Ｖによる面内方向の磁場検出を補完するためのバリエーションであり、入力磁場Ｂにおける右斜め方向の成分を感度良く検出することができる。
　図１０は、垂直方向（Ｚ方向）（第３の方向）に容易軸を有する垂直磁化膜が記憶層２１８に用いられた磁気抵抗素子（第３の磁気抵抗素子）２１０Ｃの平面構成例を示す上視図である。容易軸が垂直方向（Ｚ方向）と平行な磁気抵抗素子２１０Ｃによれば、入力磁場Ｂにおける垂直方向（Ｚ方向）の成分を感度良く検出することができる。
　本実施形態においては、以上のような容易軸の方向が異なる磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥ、２１０Ｃを適宜組み合わせることで、入力磁場の方向を感度良く検出することが可能となる。
　なお、本実施形態においては、図６から図１０に示すような形態を持つ磁気抵抗素子に限定されるものではなく、例えば、容易軸が図６から図１０に示す角度以外の角度に傾いた方向と平行な磁気抵抗素子を用いてもよい。
　＜１．３　磁気抵抗素子の配列の構成例＞
　次に、図１１から図２１を参照して、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の例について説明する。図１１は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第１例であって、入力磁場を面内の１軸（Ｘ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１２は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第２例であって、入力磁場を１軸（Ｙ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１３は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第３例であって、入力磁場を１軸（Ｚ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１４は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第４例であって、入力磁場を面内の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１５は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第５例であって、入力磁場を面内の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１６は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第６例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１７は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第７例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１８は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第８例であって、入力磁場を２軸（Ｘ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１９は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第９例であって、入力磁場を２軸（Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図２０は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第１０例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図２１は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の配列の第１１例であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す斜視図である。
　先に説明したように、本実施形態においては、滞在時間差（出力信号）Ｓを計測することによって入力磁場Ｂの方向と大きさとを感度良く検出する。ただし、有意な滞在時間差が生じるためには、状態Ｓ＋から状態Ｓ―への遷移及び状態Ｓ―から状態Ｓ＋への遷移がある頻度以上で生じることが必要である。また、これらの遷移は確率的に発生するものであるから、滞在時間差Ｓには大きな時間的揺らぎが存在する。そこで、本実施形態においては、遷移が確実に生じるようにし、且つ、揺らぎを減らすために、観測時間あたりの遷移数を増やす、すなわちΔ０を小さくするのが有効である。本実施形態においては、例えば、平均反転時間を１０ミリ秒以下にすることが好ましい。
　さらに、本実施形態においては、揺らぎの影響を小さくするには、磁気抵抗素子の数を増やして状態を平均化すればよい。例えば、磁気抵抗素子を直列や並列に並べ、平行状態の磁気抵抗素子数と反平行状態の磁気抵抗素子数との差の情報を、集合体としての抵抗値として計測することで、揺らぎの影響を小さくすることができる。また、例えば、抵抗値を電気信号として所定の時間長において積分したり、高周波成分を除去するローバスフィルタ回路を通したりすることによっても、揺らぎの影響を減らすことができる。
　本実施形態においては、磁気抵抗素子の集合体を構成する場合、その構成は、複数の磁気抵抗素子が直列に接続された構成であってもよいし、並列に接続された構成であってもよいし、直接接続と並列接続とが組み合わされた構成であってもよい。
　なお、以下の説明に用いる図１１から図２０においては、磁気抵抗素子の配列を構成する磁気抵抗素子のみが記載されているが、各磁気抵抗素子は、磁場を検出するために必要な不図示の配線・回路によって相互に接続されているものとする。なお、これらの配線・回路の詳細については後述する。
　図１１は、本実施形態に係る第１例の磁気抵抗素子の配列２２１であって、入力磁場をＸ軸で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１１に示すように、第１例では、Ｘ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｌが、配列されている。このように、Ｘ方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｌを配置することで、Ｘ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能となる。
　図１２は、本実施形態に係る第２例の磁気抵抗素子の配列２２２であって、入力磁場をＹ軸で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１２に示すように、第２例では、Ｙ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｖが、配列されている。このように、Ｙ方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｖを配置することで、Ｙ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能となる。
　図１３は、本実施形態に係る第３例の磁気抵抗素子の配列２２３であって、入力磁場をＺ軸で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１３に示すように、第３例では、Ｚ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｃが、配列されている。このように、Ｚ方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｃを配置することで、Ｚ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能となる。
　図１４は、本実施形態に係る第４例の磁気抵抗素子の配列２２４であって、入力磁場を面内の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１４に示すように、第４例では、Ｘ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｌと、Ｙ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｖとが、市松模様状に交互に配列されている。このように、磁気抵抗素子２１０Ｌと磁気抵抗素子２１０Ｖとを片寄りなく配置することで、面内方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向を感度良く検出することが可能となる。なお、当該例においては、配列パターンは図１４に示すパターンに限定されるものではない。当該例では、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖを全体に均等に配列する限りにおいて、配列パターンは、例えば、一行又は一列置きに磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖを配列する等、適宜変更することができる。
　図１５は、本実施形態に係る第５例の磁気抵抗素子の配列２２５であって、入力磁場を面内の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１５に示すように、第５例では、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖに加え、－ＸＹ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０ＮＷと、＋ＸＹ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０ＮＥとが、交互に配列されている。このように、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥを片寄りなく配置することで、面内方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向をより感度良く検出することが可能となる。なお、当該例においては、配列パターンは図１５に示すパターンに限定されるものではない。当該例では、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥを全体に均等に配列する限りにおいて、配列パターンは、例えば、一行又は一列置きに磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥを配列する等、適宜変更することができる。
　図１６は、本実施形態に係る第６例の磁気抵抗素子の配列２２６であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１６に示すように、第６例では、第４例に係る磁気抵抗素子の配列２２４をベースとした上で、第４例に係る磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖに加え、Ｚ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｃが、交互に配列されている。このように、面内方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖと、Ｚ方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｃとを片寄りなく配置することで、面内方向だけでなくＺ方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向も感度良く検出することが可能となる。なお、当該例においては、配列パターンは図１６に示すパターンに限定されるものではない。当該例では、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０Ｃを全体に均等に配列する限りにおいて、配列パターンは、例えば、一行又は一列置きに磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０Ｃを配列する等、適宜変更することができる。
　図１７は、本実施形態に係る第７例の磁気抵抗素子の配列２２７であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１７に示すように、第７例では、第５例に係る磁気抵抗素子の配列２２５をベースとした上で、第５例に係る磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥに加え、Ｚ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｃが、交互に配列されている。このように、面内方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥと、Ｚ方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｃとを片寄りなく配置することで、面内方向だけでなくＺ方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向もより感度良く検出することが可能となる。なお、当該例においては、配列パターンは図１７に示すパターンに限定されるものではない。当該例では、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥ、２１０Ｃを全体に均等に配列する限りにおいて、配列パターンは、例えば、一行又は一列置きに磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥ、２１０Ｃを配列する等、適宜変更することができる。
　図１１から図１７に示した磁気抵抗素子の配列においては、磁気抵抗素子は半導体ウェハの同一層上に形成されていた。一方、図１８から図２０は、異なる種類の磁気抵抗素子が半導体ウェハの別の層上に形成される。
　図１８は、本実施形態に係る第８例の磁気抵抗素子の配列２２８であって、入力磁場を面内の２軸（Ｘ軸及びＺ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１８に示すように、第８例では、第１の層（図１８中、破線で示す）には、Ｚ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｃが、配列されている。また、第２の層（図１８中、実線で示す）には、Ｘ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｌが、配列されている。このように、磁気抵抗素子２１０Ｌと磁気抵抗素子２１０Ｃとを片寄りなく配置することで、ＸＺ面内方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向を感度良く検出することが可能となる。なお、当該例においては、第１の層と第２の層との積層順は、図と逆の順番であってもよい。
　図１９は、本実施形態に係る第９例の磁気抵抗素子の配列２２９であって、入力磁場を面内の２軸（Ｙ軸及びＺ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図１９に示すように、第９例では、第１の層（図１９中、破線で示す）には、Ｚ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｃが、配列されている。また、第２の層（図１９中、実線で示す）には、Ｙ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｖが、配列されている。このように、磁気抵抗素子２１０Ｖと磁気抵抗素子２１０Ｃとを片寄りなく配置することで、ＹＺ面内方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向を感度良く検出することが可能となる。なお、当該例においては、第１の層と第２の層との積層順は、図と逆の順番であってもよい。
　図２０は、本実施形態に係る第１０例の磁気抵抗素子の配列２３０であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す平面レイアウト図である。図２０に示すように、第１０例では、第１の層（図２０中、破線で示す）には、Ｚ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｃが、配列されている。また、第２の層（図２０中、実線で示す）には、Ｘ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｌと、Ｙ方向の磁場成分に対する感度が高い磁気抵抗素子２１０Ｖとが、市松模様状に交互に配列されている。このように、面内方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｌ及び２１０Ｖと、Ｚ方向の磁場成分を感度良く検出する磁気抵抗素子２１０Ｃとを片寄りなく配置することで、面内方向だけでなくＺ方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向も感度良く検出することが可能となる。なお、当該例においては、第２の層の配列パターンは図２０に示すパターンに限定されるものではない。当該例では、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖを全体に均等に配列する限りにおいて、配列パターンは、例えば、一行又は一列置きに磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖを配列する等、適宜変更することができる。また、当該例においては、第１の層と第２の層との積層順は、図と逆の順番であってもよい。
　また、本実施形態においては、図１１から図２０に示した、１つ以上の磁気抵抗素子の配列を別の回路基板に貼り合わせることで、新たに磁気抵抗素子の配列を構成することもできる。
　例えば、図２１は、本実施形態に係る第１１例の磁気抵抗素子の配列２３１であって、入力磁場を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で検出する磁気抵抗素子の配列例を示す斜視図である。図２１に示すように、第１１例では、Ｘ軸を検出する磁気抵抗素子の配列２２１と、Ｙ軸を検出する磁気抵抗素子の配列２２２と、Ｚ軸を検出する磁気抵抗素子の配列２２３とを、別の回路基板に貼り合わせることで、新たな磁気抵抗素子の配列２３１を構成する。このようにして、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で入力磁場Ｂの大きさ及び方向もより感度良く検出することが可能となる。なお、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の入力磁場を検出する各磁気抵抗素子の配列は、同一のウェハから得てもよいし、別々のウェハから得てもよい。さらに、Ｙ軸の入力磁場を検出する磁気抵抗素子の配列は、Ｘ軸の入力磁場を検出する磁気抵抗素子の配列を９０度回転することで得てもよい。
　なお、本実施形態においては、図１１から図２１に示すような形態を持つ磁気抵抗素子の配列に限定されるものではない。
　＜１．４　製造方法例＞
　次に、本実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例について説明する。
　上記において図６から図１０を参照して説明した磁気抵抗素子のバリエーションのうち、磁気抵抗素子２１０Ｌ、２１０Ｖ、２１０ＮＷ、２１０ＮＥ（磁気抵抗素子２１０Ｅのバリエーション）は、いずれも記憶層２１３に面内磁化膜が用いられているため、同一のプロセスで成膜及び加工することが可能である。一方、磁気抵抗素子２１０Ｃは、記憶層２１８に垂直磁化膜が用いられているため、磁気抵抗素子２１０Ｅと同一のプロセスでは形成することができず、別のプロセスで成膜及び加工をする必要がある。
　そして、記憶層２１３に面内磁化膜が用いられた磁気抵抗素子２１０Ｅと、記憶層２１８に垂直磁化膜が用いられた磁気抵抗素子２１０Ｃとが同一の層に形成される場合（図１６及び図１７）、及び、磁気抵抗素子２１０Ｅと磁気抵抗素子２１０Ｃとが異なる層に形成される場合（図１８、図１９及び図２０）については、以下で説明する方法を用いて製造することができる。
　まずは、記憶層２１３に面内磁化膜が用いられた磁気抵抗素子２１０Ｅと、記憶層２１８に垂直磁化膜が用いられた磁気抵抗素子２１０Ｃとが同一の層に形成される場合について例を挙げる。図２２から図３０は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法例を示すプロセス断面図である。
　本製造方法では、図２２に示すように、周辺回路を備えるベース基板４０上の全面に、磁気抵抗素子２１０Ｅにおける磁化固定層２１１に加工される第１層２５１と、非磁性層２１２に加工される第２層２５２と、記憶層２１３に加工される第３層２５３とがこの順に積層された積層膜２５０Ｅを形成する。なお、第３層２５３は、面内磁化膜であってよい。
　次に、図２３に示すように、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いることで、積層膜２５０Ｅをメサ状の磁気抵抗素子２１０Ｅに加工し、この磁気抵抗素子１０の上面上に上部電極２１４を形成する。
　次に、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法を用いることで、磁気抵抗素子２１０Ｅと上部電極２１４とからなる構造体２５５Ｅを埋め込むように絶縁層２４１を形成する。続いて、図２４に示すように、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いることで、形成された絶縁層２４１に磁気抵抗素子２１０Ｃを形成するためのトレンチＡ２１を形成する。なお、絶縁層２４１の上面は、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等で平坦化されてもよい。
　次に、図２５に示すように、トレンチＡ２１内に露出されたベース基板４０上に、磁気抵抗素子２１０Ｃにおける磁化固定層２１６に加工される第１層２５６と、非磁性層２１７に加工される第２層２５７と、記憶層２１８に加工される第３層２５８とがこの順に積層された積層膜２５０Ｃを形成する。なお、第３層２５８は、垂直磁化膜であってよい。また、絶縁層２４１上に形成された積層膜２５０Ｃは、リフトオフ法やＣＭＰ等で除去されてよい。
　次に、図２６に示すように、例えば、フォトリソグラフィ等を用いることで、積層膜２５０Ｃ上にマスクＭ２１を形成し、マスクＭ２１から露出する積層膜２５０ＣをＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のエッチング技術を用いて掘り込むことで、メサ状の磁気抵抗素子２１０Ｃを形成する。
　次に、図２７に示すように、例えば、リフトオフ法などを用いることで、磁気抵抗素子２１０Ｃの上面上に上部電極２１９を形成する。
　次に、図２８に示すように、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて絶縁層２４１のトレンチＡ２１を埋め込むことで、磁気抵抗素子２１０Ｅ及び上部電極２１４よりなる構造体２５５Ｅと、磁気抵抗素子２１０Ｃ及び上部電極２１９よりなる構造体２５５Ｃとを覆う絶縁層２４２を形成する。なお、絶縁層２４２の上面は、例えば、ＣＭＰ等で平坦化されてもよい。
　次に、図２９に示すように、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いることで、上部電極２１４及び２１９それぞれの上面の一部を露出させる開口Ａ２２を形成する。
　次に、図３０に示すように、開口Ａ２２内に上部電極２１４又は２１９に接続された配線４２が埋め込まれる。その後、配線４２を電源電圧ＶＤＤに接続する配線（図示省略）を絶縁層２４２上に形成することで、本実施形態に係る磁気抵抗素子が作製される。
　続いて、磁気抵抗素子２１０Ｅと磁気抵抗素子２１０Ｃとが異なる層に形成される場合の製造方法例について説明する。図３１から図３７は、本実施形態に係る磁気抵抗素子の他の製造方法例を示すプロセス断面図である。
　まずは、先に説明した方法と同様に、周辺回路を備えるベース基板４０上に、磁気抵抗素子２１０Ｅと上部電極２１４とからなる構造体２５５Ｅを形成する。
　次に、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いることで、磁気抵抗素子２１０Ｅと上部電極２１４とからなる構造体２５５Ｅを埋め込むように絶縁層２４１を形成する。続いて、図３１に示すように、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いることで、形成された絶縁層２４１にベース基板４０における下部電極を露出させるためのトレンチＡ２３を形成する。なお、絶縁層２４１の上面は、例えば、ＣＭＰ等で平坦化されてもよい。
　次に、図３２に示すように、絶縁層２４１のトレンチＡ２３内に、ベース基板４０の下部電極に接続された配線２４３が埋め込まれる。
　次に、図３３に示すように、絶縁層２４１上に、磁気抵抗素子２１０Ｃにおける磁化固定層２１６に加工される第１層２５６と、非磁性層２１７に加工される第２層２５７と、記憶層２１８に加工される第３層２５８とがこの順に積層された積層膜２５０Ｃを形成する。なお、第３層２５８は、垂直磁化膜であってよい。
　次に、例えば、フォトリソグラフィ等を用いることで、積層膜２５０Ｃ上にマスクＭ２３を形成し、マスクＭ２３から露出する積層膜２５０ＣをＲＩＥ等のエッチング技術を用いて掘り込むことで、メサ状の磁気抵抗素子２１０Ｃを形成する。続いて、図３４に示すように、例えば、リフトオフ法等を用いることで、磁気抵抗素子２１０Ｃの上面上に上部電極２１９を形成する。
　次に、図３５に示すように、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いることで、磁気抵抗素子２１０Ｃと上部電極２１９とからなる構造体２５５Ｃを埋め込むように絶縁層２４４を形成する。なお、絶縁層２４４の上面は、例えば、ＣＭＰ等で平坦化されてもよい。
　次に、図３６に示すように、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いることで、上部電極２１４、２１９それぞれの上面の一部を露出させる開口Ａ２４を形成する。
　次に、図３７に示すように、開口Ａ２４内に上部電極２１４又は２１９に接続された配線２４５が埋め込まれる。その後、配線２４５を電源電圧ＶＤＤに接続する配線（図示省略）を絶縁層２４４上に形成することで、本実施形態に係る磁気抵抗素子が作製される。
　＜１．５　磁気検出装置の構成例＞
　（磁気検出装置）
　次に、本実施形態に係る磁気検出装置の構成例について図３８を用いて説明する。図３８は、本実施形態に係る磁気検出装置の概略構成例を示すブロック図である。
　図３８に示すように、磁気検出装置２０は、制御部２１と、垂直走査部（デコーダ）２２と、水平走査部（セレクタ＋インターフェース）２３と、画素アレイ（画素アレイ部）２４とを主に有する。
　画素アレイ２４は、画素単位２５がＭ行Ｎ列のアレイ状に配置されることで構成される。ここでＭ及びＮは、１又は２以上である。垂直走査部２２は、画素アレイ２４の行方向に延伸する行選択信号線（ＬＳ）２６に接続される。行選択信号線２６は、画素アレイ２４の各行に対して、１本又は複数本の配線であって、画素アレイ２４内の該当する画素単位２５に接続される。水平走査部２３は、画素アレイ２４の列方向に延伸する垂直信号線（ＶＳＬ）２７に接続される。垂直信号線２７は、画素アレイ２４の各列に対して、１本又は複数本の配線であって、画素アレイ２４内の該当する画素単位２５に接続される。また、水平走査部２３は、検出した磁場情報を出力データとして出力するために、データ出力線（ＤＬ）２８に接続される。
　制御部２１には、制御信号と、同期信号と、クロック信号との入力信号３０が入力される。制御信号の形式は、Ｉ２Ｃ、Ｉ３Ｃ、ＳＰＩ、ＧＰＩＯ等の形式とすることができる。同期信号は、外部から入力される代わりに制御部２１の内部で生成してもよい。クロック信号は、外部から入力される代わりに、制御部２１に発振器を内蔵して、内部で生成してもよい。
　制御部２１は、入力信号３０に応じて、垂直走査部２２に行アドレスを出力し、水平走査部２３に列アドレスを出力し、その他必要な信号を垂直走査部２２、水平走査部２３及び画素単位２５に出力することによって、磁気検出装置２０を制御する。
　垂直走査部２２のデコーダは、画素アレイ２４を垂直に走査し、制御部２１から入力された行アドレスで指定された行選択信号のみをイネーブルに設定する。
　水平走査部２３のセレクタは、画素アレイ２４を水平に走査し、画素単位２５から並列に入力される垂直信号のうち、制御部２１から入力された列アドレスで指定される特定のものを選択して出力に供する。水平走査部２３のインターフェースは、水平走査部２３のセレクタで選択された信号を、所定の形式（シリアル、パラレル、折衷等）に変換してデータ出力線２８に出力する。
　磁気検出装置２０のデータ出力線２８は、コンピュータ・スマートフォン・専用電子デバイス等の情報処理装置２９に接続されることによって、磁気検出装置２０による計測結果に基づく磁場関連画像を表示することができる。なお、磁場関連画像は、磁気検出装置２０によって検出したデータから生成した磁場画像であってもよいし、さらに任意の変換操作によって加工された画像であってもよい。
　画素単位２５又は複数の画素単位２５で構成される基本配列パターン３１（図３９　参照）は、入力磁場の強さと方向に依存して抵抗値が変化する、複数の磁気抵抗素子１０を含む。また、先に説明したように、磁気抵抗素子１０は、記憶層１３の磁化方向が他の方向よりも向き易い容易軸と、記憶層１３の磁化方向が他の方向よりも向き難い困難軸とを有する。そして、本実施形態においては、画素単位２５又は基本配列パターン３１に含まれる少なくとも１つの磁気抵抗素子１０の容易軸の方向は、画素単位２５又は基本配列パターン３１に含まれる他の磁気抵抗素子１０の容易軸の方向と異なる。このようにすることで、本実施形態においては、空間内の一致した位置で、２つ以上の軸方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能となる。
　なお、画素単位２５又は複数の画素単位２５で構成される基本配列パターン３１（図３９　参照）は、図１８から図２０に示されるような、半導体ウェアの異なる層に形成された異なる種類の磁気抵抗素子１０を含んでいてもよい。
　さらに、画素単位２５は、読み出し回路を含む。読み出し回路は、行選択信号線２６のイネーブル設定に基づいて読み出し信号を垂直信号線２７に出力する。画素単位２５は、読み出し信号を保持する読み出し信号保持部（図示省略）を含み得る。また、画素単位２５は、磁気抵抗素子１０の抵抗値の変化を読み出すための回路として、抵抗、コンパレータ、トランジスタ、キャパシタ等による回路構成を含むことができる。本実施形態においては、当該検出回路を用いることにより、磁気抵抗素子１０が平行状態にある時間（第１の滞在時間）と反平行状態にある時間（第２の滞在時間）、すなわち高抵抗状態にある時間と低抵抗状態にある時間とを計測し、これらの差分である滞在時間差Ｓを算出することができる。そして、本実施形態においては、算出した滞在時間差Ｓにより、任意の角度を持つ入力磁場から、磁気抵抗素子１０の磁化固定層１１の磁化方向で定まる当該磁気抵抗素子１０の容易軸方向に沿った成分のみを検出することができる。さらに、本実施形態においては、画素単位２５は、画素アレイ２４上での位置を示す座標情報と予め紐づけられいることから、画素単位２５から出力される信号は、上記座標情報と紐づけることができる。
　従って、本実施形態においては、磁気検出装置２０は、上記の構成をとることにより、特定方向の磁場測定結果に関連するデータを、座標情報に関連付けて出力することができ、情報処理装置２９にて、磁場関連画像を表示することができる。
　また、本実施形態においては、画素単位２５は、複数の同種の磁気抵抗素子１０を含む場合には、上記検出回路は、複数の磁気抵抗素子１０のそれぞれにおける平行状態にある時間の積算値と反平行状態にある時間の積算値との差分に基づいて、入力磁場を算出してもよい。
　また、記憶層１３の磁化方向は、平行状態及び反平行状態の２つの状態に限定されることから、本実施形態においては、磁気抵抗素子１０が平行状態にある時間と反平行状態にある時間とのうちの少なくとも１つを計測し、それに基づいて、滞在時間差Ｓを算出してもよい。
　なお、本実施形態においては、磁気検出装置の構成は、図３８に示される例に限定されるものではない。
　（配列例）
　次に、図３９から図４２を参照して、画素アレイ２４の画素単位の配列例について詳細に説明する。図３９は、本実施形態に係る画素単位の配列の第１例を示すブロック図であり、図４０は、本実施形態に係る画素単位の配列の第２例を示すブロック図である。また、図４１は、本実施形態に係る画素単位の配列の第３例を示すブロック図であり、図４２は、本実施形態に係る画素単位の配列の第４例を示すブロック図である。
　なお、以下の説明においては、画素単位２５は、磁気検出装置２０の画素アレイ２４上で所定の１つの座標点に位置するものとして識別される、１つの、又は、同種あるいは異種の複数の磁気抵抗素子１０を含む。
　図３９は、本実施形態に係る画素単位の配列の第１例を示す図である。１つの画素単位２５は、１種類の磁気抵抗素子１０の配列を含む。また、画素アレイ２４においては、複数の画素単位２５がアレイ状に配列されることからなる基本配列パターン３１が、さらにアレイ状に配置されている。すなわち、基本配列パターン３１は、磁気抵抗素子１０の種類ごとにまとめられた磁気抵抗素子種別画素単位を複数種類含み得る。
　詳細には、図３９の例では、画素アレイ２４の最も左下の画素単位２５Ａは、上述した磁気抵抗素子の配列２２２を含む。画素単位２５Ａに隣接する画素単位２５Ｂ及び画素単位２５Ｃは、上述した磁気抵抗素子の配列２２１を含み、画素単位２５Ｂ及び画素単位２５Ｃに隣接する画素単位２５Ｄは、上述した磁気抵抗素子の配列２２２を含む。このようして、当該例においては、２×２の画素単位のアレイで基本配列パターン３１を構成する。そして、残りの画素単位２５は、この基本配列パターン３１を繰り返した磁気抵抗素子の配列２２１あるいは磁気抵抗素子の配列２２２を含む。上述したように、磁気抵抗素子の配列２２１は、Ｘ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能であり、磁気抵抗素子の配列２２２は、Ｙ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能である。従って、図３９に示した画素単位の配列は、２軸の磁場検出を実現することが可能である。
　図４０は、本実施形態に係る画素単位の配列の第２例を示す図である。１つの画素単位２５は１種類の磁気抵抗素子１０の配列を含む。また、画素アレイ２４においては、複数の画素単位２５がアレイ状に配列されることからなる基本配列パターン３１が、さらにアレイ状に配置されている。すなわち、基本配列パターン３１は、磁気抵抗素子１０の種類ごとにまとめられた磁気抵抗素子種別画素単位を複数種類含み得る。
　詳細には、図４０の例では、画素アレイ２４の最も左下の画素単位２５Ａは、上述した磁気抵抗素子の配列２２３を含み、画素単位２５Ａに隣接する画素単位２５Ｂは、上述した磁気抵抗素子の配列２２２を含む。画素単位２５Ａに隣接する別の画素単位２５Ｃは、上述した磁気抵抗素子の配列２２１を含み、画素単位２５Ｂ及び画素単位２５Ｃに隣接する画素単位２５Ｄは、上述した磁気抵抗素子の配列２２３を含む。このようして、当該例においては、２×２の画素単位のアレイで基本配列パターン３１を構成する。そして、残りの画素単位２５は、この基本配列パターン３１を繰り返した磁気抵抗素子の配列２２１、磁気抵抗素子の配列２２２あるいは磁気抵抗素子の配列２２３を含む。上述したように、磁気抵抗素子の配列２２１は、Ｘ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能であり、磁気抵抗素子の配列２２２は、Ｙ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能である。さらに、磁気抵抗素子の配列２２３は、Ｚ方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能である。従って、図４０に示した画素単位の配列は、３軸の磁場検出を実現することが可能である。
　図４１は、本実施形態に係る画素単位の配列の第３例を示す図である。１つの画素単位２５は１種類の磁気抵抗素子１０の配列を含む。また、画素アレイ２４においては、複数の画素単位２５がアレイ状に配列されることからなる基本配列パターン３１が、さらにアレイ状に配置されている。すなわち、基本配列パターン３１は、磁気抵抗素子１０の種類ごとにまとめられた磁気抵抗素子種別画素単位を複数種類含み得る。
　詳細には、図４１の例では、画素アレイ２４の最も左下の画素単位２５Ａは、上述した磁気抵抗素子の配列２２８を含み、画素単位２５Ａに隣接する画素単位２５Ｂ及び画素単位２５Ｃは、上述した磁気抵抗素子の配列２２９を含む。画素単位２５Ｂ及び画素単位２５Ｃに隣接する画素単位２５Ｄは、上述した磁気抵抗素子の配列２２８を含む。このようして、当該例においては、２×２の画素単位のアレイで基本配列パターン３１を構成する。そして、残りの画素単位２５は、この基本配列パターン３１を繰り返した磁気抵抗素子の配列２２８あるいは磁気抵抗素子の配列２２９を含む。上述したように、磁気抵抗素子の配列２２８は、ＸＺ面内方向における入力磁場Ｂの大きさ及び方向を感度良く検出することが可能であり、磁気抵抗素子の配列２２９は、ＹＺ面内方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能である。従って、図４１に示した画素単位の配列は３軸の磁場検出を実現することが可能である。
　図４２は、本実施形態に係る画素単位の配列の第４例を示す図である。画素アレイ２４は、１種類の磁気抵抗素子１０の配列を含む画素単位２５から構成される。図４２の例においては、磁気抵抗素子１０の配列は、上述した磁気抵抗素子の配列２２６と、磁気抵抗素子の配列２２７と、磁気抵抗素子の配列２３０と、磁気抵抗素子の配列２３１とから選ぶことができる。磁気抵抗素子の配列に磁気抵抗素子の配列２２６を選んだ場合は、図４２に示した画素単位の配列は２軸の磁場検出を実現でき、それ以外の磁気抵抗素子の配列を選んだ場合は、図４２に示した画素単位の配列は３軸の磁場検出を実現できる。図４２に示した画素単位の配列をとることにより、磁気検出装置２０は、磁場関連画像の解像度を向上させることができる。
　なお、本実施形態においては、画素アレイ２４の画素単位の配列は、図３９から図４２に示される例に限定されるものではない。
　＜１．６　磁気検出装置の動作例＞
　次に、図４３から図４６を参照して、本実施形態に係る磁気検出装置２０の動作例について説明する。
　図４３及び図４４は、それぞれ本実施形態に係る磁気検出装置２０の第１の動作例を示すフローチャート及びタイミング図である。当該動作例は、磁気抵抗素子１０による磁場検出が後述する走査の時点で随時行われている場合に相当する。なお、当該動作例においては、図４４に示すように、クロック信号を時間基準として、各種制御信号を発生させ、制御信号に基づき、読み出す行を選択する選択信号を発生させる。
　図４３に示すように、まず電源が投入される（ステップＳ１０１）。電源が投入されると、画素単位２５に電力が供給され、画素単位２５に含まれる磁気抵抗素子（ＭＴＪ）１０が入力磁場を検出することで、磁気抵抗素子１０の抵抗値が変化する（ステップＳ１０２）。次に、磁気抵抗素子１０の抵抗値変化に基づき、画素単位２５に含まれる読み出し回路によって読み出し信号が発生する（ステップＳ１０３）。
　次に、図４３に示すように、磁気検出装置２０が同期信号を受信すると（ステップＳ１０４）、読み出し行の初期化が行われ、カウンタＲが１に設定される（ステップＳ１０５）。そして、読み出しの先頭を意味するヘッダー（Ｈ）が出力される（ステップＳ１０６）。カウンタＲで指定された行が垂直走査部２２で選択され、選択された行選択信号線２６がイネーブルになる（ステップＳ１０７）。
　次に、選択された行選択信号線２６に接続された画素単位２５の読み出し結果となる読み出し信号が、図４４に示すように、垂直信号ＶＳＬ＿１からＶＳＬ＿Ｎに、垂直信号Ｖ＿Ｒ＿１からＶ＿Ｒ＿Ｎとして出力される（ステップＳ１０８）。ここで、ＲはカウンタＲの値であり、Ｖ＿ｉ＿ｊは、ｉ行ｊ列の画素単位２５の読み出しデータである。
　次に、図４４に示すように、水平走査部２３が列カウンタＣに基づき、垂直信号Ｖ＿Ｒ＿Ｃを順次データ線ＤＬに出力データＤ＿Ｒ＿Ｃとして出力する。ここで、ＣはカウンタＣの値であり、Ｄ＿ｉ＿ｊは、ｉ行ｊ列の画素単位２５の出力データである。このとき、水平走査部２３は、画像出力インターフェース部によって、垂直信号を任意の変換操作によって出力データに変換してもよい。このデータ出力は、水平走査部２３が列カウンタＣを走査することによって、選択された行選択信号線２６に接続されたすべての画素単位２５に対して行われる（ステップＳ１０９）。
　次に、カウンタＲがインクリメントされ（ステップＳ１１０）、カウンタＲの値が行数Ｍと比較される（ステップＳ１１１）。Ｒ＞Ｍの場合（ステップＳ１１１；Ｙｅｓ）、読み出しの終了を意味するフッターが出力され、読み出しが終了する（ステップＳ１１２）。Ｒ≦Ｍの場合（ステップＳ１１１；Ｎｏ）、次の行の読み出しを行うために、ステップＳ１０７の処理に戻る。
　以上のようにして、全ての画素単位２５の出力データが出力される。なお、磁気検出装置２０が受信する制御信号に基づいて、選択信号の発生方法を変えてもよい。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうち、いずれか１つの軸のみ走査する、あるいはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を順に走査するなど、さまざまなバリエーションを採用することができる。
　図４３及び図４４に示した本実施形態に係る磁気検出装置２０の第１の動作例においては、同期信号に基づいて、２次元的に配置された画素単位２５からの読み出し信号を走査し、座標情報と関連づけて出力する。このようにすることで、情報処理装置２９で、情報処理、例えば画像表示を行うことが可能となる。
　図４５及び図４６は、それぞれ本実施形態に係る磁気検出装置２０の第２の動作例を示すフローチャート及びタイミング図である。当該動作例は、複数の画素単位による磁場検出が所定のタイミングで同時に行われる場合に相当する。図４５のフローチャートにおいては、電源は先に投入されているものとする。
　まず、図４５に示すように、磁気検出装置２０が同期信号を受信する（ステップＳ２０１）。次に、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３の動作を行うこととなるが、先に説明した図４３のステップＳ１０２及びステップＳ１０３と同様であるため、ここでは説明を省略する。次に、画素単位２５で発生した読み出し信号は、画素単位２５が有する読み出し信号保持部（図示省略）で保持される（ステップＳ２０４）。
　次に、ステップＳ２０５及びステップＳ２０６の動作を行うこととなるが、先に説明した図４３のステップＳ１０５及びステップＳ１０６と同様であるため、ここでは説明を省略する。次に、カウンタＲで指定された行が垂直走査部２２で選択され、選択された行選択信号線２６がイネーブルになる（ステップＳ２０７）。
　図４６に示すように、選択された行選択信号線２６に接続された画素単位２５の読み出し信号保持部に保持されている読み出し信号が、垂直信号ＶＳＬ＿１からＶＳＬ＿Ｎに、垂直信号Ｖ＿Ｒ＿１からＶ＿Ｒ＿Ｎとして出力される（ステップＳ２０８）。ここで、ＲはカウンタＲの値であり、Ｖ＿ｉ＿ｊは、ｉ行ｊ列の画素単位２５の読み出しデータである。
　次に、図４６に示すように、水平走査部２３が列カウンタＣに基づき、垂直信号Ｖ＿Ｒ＿Ｃを順次データ線ＤＬに出力データＤ＿Ｒ＿Ｃとして出力する。ここで、ＣはカウンタＣの値であり、Ｄ＿ｉ＿ｊは、ｉ行ｊ列の画素単位２５の出力データである。このとき、水平走査部２３は、画像出力インターフェース部によって、垂直信号を任意の変換操作によって出力データに変換してもよい。このデータ出力は、水平走査部２３が列カウンタＣを走査することによって、選択された行選択信号線２６に接続されたすべての画素単位２５に対して行われる（ステップＳ２０９）。
　次に、カウンタＲがインクリメントされ（ステップＳ２１０）、カウンタＲの値が行数Ｍと比較される（ステップＳ２１１）。Ｒ＞Ｍの場合（ステップＳ２１１；Ｙｅｓ）、読み出しの終了を意味するフッターが出力され、読み出しが終了する（ステップＳ２１２）。Ｒ≦Ｍの場合（ステップＳ２１１；Ｎｏ）、次の行の読み出しを行うために、ステップＳ２０７の処理に戻る。
　以上のようにして、全ての画素単位２５の出力データが出力される。なお、磁気検出装置２０が受信する制御信号に基づいて、選択信号の発生方法を変えてもよい。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうち、いずれか１つの軸のみ走査する、あるいはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を順に走査するなど、さまざまなバリエーションを採用することができる。
　図４５及び図４６に示した本実施形態に係る磁気検出装置２０の第２の動作例によれば、上述の第１の動作例による作用・効果に加え、同期信号に基づいて、２次元的に配置された画素単位２５からの読み出し信号を保持することで、計測磁場の同時性を担保することができる。
　なお、本実施形態においては、図４３から図４６に示すような磁気検出装置２０の動作に限定されるものではない。
　＜１．７　出力データフォーマット例＞
　次に、図４７から図４９を参照して、本実施形態に係る磁気検出装置２０の出力データフォーマット例について説明する。図４７は、本実施形態に係る磁気検出装置２０の第１の出力データフォーマット例であり、図４８は、本実施形態に係る磁気検出装置２０の第２の出力データフォーマット例であり、図４９は、本実施形態に係る磁気検出装置２０の第３の出力データフォーマット例である。なお、図４７から図４９においては、＃Ｒは行番号、＃Ｃは行番号、Ｂｘは磁場のＸ軸成分、Ｂｙは磁場のＹ軸成分、Ｂｚは磁場のＺ軸成分を示すものとする。
　図４７は、本実施形態に係る磁気検出装置２０の第１の出力データフォーマット例である。第１の出力データフォーマット例では、３軸の磁場成分を検出するために、３回の読み出し動作を連続して行っている。このようにすることで、情報処理装置２９へ軸ごとの磁場計測データを伝送することが可能になる。
　図４８は、本実施形態に係る磁気検出装置２０の第２の出力データフォーマット例である。図４７の例とは異なり、第２の出力データフォーマット例では、３軸の磁場成分を検出するために、１回の読み出し動作を行っている。このようにすることで、情報処理装置２９へ軸ごとの磁場計測データを伝送することが可能となる。
　図４９は、本実施形態に係る磁気検出装置２０の第３の出力データフォーマット例である。図４７及び図４８の例とは異なり、第３の出力データフォーマット例では、３軸の磁場成分をまとめて出力している。このようにすることで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の同時性を重視する読み出しを行う場合に、１フレーム分のデータを蓄積する必要がないため、メモリハードウェアを節約することができる。
　なお、図４７から図４９に示す出力データフォーマット例においては、行番号＃Ｒ及び行番号＃Ｃの両方もしくは一方は、情報処理装置２９がそれを許容する場合には、省略することができる。
　なお、本実施形態においては、図４７から図４９に示すような出力データフォーマット例に限定されるものではない。
　＜１．８　画素単位の回路構成例＞
　次に、図５０から図５５を参照して、本実施形態に係る磁気検出装置２０の画素単位の回路構成例について説明する。図５０は、本実施形態に係る画素単位２５の第１の回路構成例であり、図５１は、本実施形態に係る画素単位２５の第２の回路構成例であり、図５２は、本実施形態に係る画素単位２５の第３の回路構成例である。また、図５３は、本実施形態に係る画素単位２５の第４の回路構成例であり、図５４は、本実施形態に係る画素単位２５の第５の回路構成例であり、図５５は、本実施形態に係る画素単位２５の第６の回路構成例である。
　図５０及び図５１は、本実施形態に係る画素単位２５の第１及び第２の回路構成例である。図５０及び図５１の画素単位２５においては、全ての磁気抵抗素子１０が並列に接続される。従って、図５０及び図５１の第１及び第２の回路構成例は、画素単位２５に含まれる磁気抵抗素子１０の配列が１種類の磁気抵抗素子１０から構成される場合に好適である。なお、図５０及び図５１の画素単位２５においては、磁気抵抗素子１０が並列に接続されているように図示されているが、本回路構成においては、これに限定されるものではない。例えば、画素単位２５の全ての磁気抵抗素子１０が直列に接続されてもよく、もしくは、複数の磁気抵抗素子１０が直列に接続されることで構成されたグループが、並列に接続されていてもよい。そして、上述した検出回路は、このような磁気抵抗素子１０の配列の抵抗値に基づいて、入力磁場を算出する。
　図５０では、並列接続された磁気抵抗素子１０とバイアス手段とを直列接続し、電源電圧と接地電圧との間を通電する。ここで、バイアス手段は、例えば直列抵抗Ｒ４を用いることができる。図５０では、並列接続された磁気抵抗素子１０とバイアス手段とで生成される電圧（読み出し信号）は、バッファＢ１、行選択スイッチＳＷ１を介して、垂直信号線２７へ出力される。また、図５０の画素単位２５の回路構成例では、フィルタ手段（例えば、キャパシタ）Ｆ１を追加してもよい。図５０において、バッファＢ１は、垂直信号線２７を駆動する目的で設けられる。なお、本明細書においては、バッファＢ１は、所定の負荷を駆動できるように構成された回路であり、その利得がおおむね１とするものを意味するものとする。
　図５０の画素単位２５の回路構成例によれば、選択した画素単位２５の読み出し信号を出力することができる。また、図５０の回路構成においては、上記フィルタ手段Ｆ１を追加する前の状態であっても、磁気抵抗素子１０自体の抵抗とバイアス手段（抵抗Ｒ４）と、配線の寄生容量と、バッファＢ１の入力容量とにより、疑似的にフィルタが構成されている。従って、このような疑似的フィルタにより、読み出し信号の平滑化が図られている。さらに、フィルタ手段Ｆ１を追加することにより、読み出し信号の平滑化能力をより向上させることができる。
　図５１では、図５０の回路に加えて、参照電圧発生手段をさらに有し、当該参照電圧発生手段を抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４によるブリッジ構成とする。さらに、図５１では、バッファＢ１に代えて差分増幅回路Ｄ１を有する。なお、本明細書においては、差分増幅回路Ｄ１は、２つの入力信号を受け付け、その差分を増幅する回路を意味するものとする。
　図５１の画素単位２５の回路構成例によれば、読み出し信号と参照電圧との差分を増幅して伝送することで、電源電圧ＶＤＤの変動に起因するノイズが相殺されることから、読み出し信号に重畳する上記ノイズの影響を小さくすることができる。
　図５２から図５５は、本実施形態に係る画素単位２５の第３から第６の回路構成例である。図５２から図５５の画素単位２５では、磁気抵抗素子１０が複数のグループに分けられ、それぞれのグループに属する磁気抵抗素子１０は並列に接続される。従って、図５２から図５５に示す回路構成例は、画素単位２５に含まれる磁気抵抗素子１０の配列が２種類以上の磁気抵抗素子１０から構成される場合に好適であるが、同種の磁気抵抗素子１０が複数のグループに分けられる構成であってもよい。
　図５２では、図５０と同様の回路構成が磁気抵抗素子１０のグループごとに設けられているが、図５１と同様の回路構成が磁気抵抗素子１０のグループごとに設けられてもよい。また、図５２では、行選択信号線２６は、磁気抵抗素子１０のグループ数に等しい数だけ設けられている。このような構成の場合、上述した検出回路は、グループごとに磁気抵抗素子１０の抵抗値から、入力磁場を算出する。そして、図５２の回路構成は、１つの行選択信号線２６に対応する、画素単位２５の所定の一部の磁気抵抗素子１０のグループから生成される読み出し信号を、垂直信号線２７へ出力する構成となっている。
　図５２の画素単位２５の回路構成例によれば、同種の磁気抵抗素子１０のみからなる画素単位２５の場合には、部分的に停止させることで消費電力を削減する効果がある。一方、複数種の磁気抵抗素子１０からなる画素単位２５の場合には、図５２の画素単位２５の回路構成例によれば、磁場検出信号を方向別に出力することができる。
　図５３では、図５０と同様の回路構成が磁気抵抗素子１０のグループごとに設けられているが、図５１と同様の回路構成が磁気抵抗素子１０のグループごとに設けられてもよい。そして、図５２とは異なり、図５３では、バッファＢ１の前に、磁気抵抗素子１０に接続された磁気抵抗素子選択スイッチＳＷ２含む選択手段を有する。また、図５３では、バッファＢ１と垂直信号線２７との間には、複数の異なる行選択信号の論理和に基づいてオンになるように構成された行選択スイッチＳＷ１を有する。
　図５３の画素単位２５の回路構成例によれば、図５２の画素単位２５の回路構成例に比べて、バッファＢ１の数が１つとなるので、回路レイアウト面積及び消費電力を削減することができる。
　図５４では、図５３と同様の回路構成であるが、加えて、磁気抵抗素子１０のグループごとに、信号を保持するサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）手段ＳＨ１やサンプリングホールド読み出し前リセットスイッチＳＷ３を有し、測定タイミングを外部から決定できるように構成される。測定タイミングを決定するサンプリングパルスは、磁気抵抗素子１０のグループごとに与えられる。
　図５４の画素単位２５の回路構成例によれば、サンプリングパルスが、磁気抵抗素子１０のグループ間で同じであれば、測定の同時性が担保され、磁気抵抗素子１０のグループ間で異なれば、時系列データが取得できる効果がある。また、図５４の画素単位２５の回路構成例は、読み出しデータを保持する機能を有するため、図４５及び図４６に示した、本実施形態に係る磁気検出装置２０の第２の動作例に好適である。
　図５５では、図５２と同様の回路構成を有するが、行選択信号線２６が、磁気抵抗素子１０のグループ数に等しい数を有する代わりに、垂直信号線２７が、磁気抵抗素子１０のグループ数に等しい数を有する。そして、図５５では、１つの垂直信号線２７は、画素単位２５の所定の一部の磁気抵抗素子１０のグループに接続する。
　図５５の画素単位２５の回路構成例によれば、複数種の磁気抵抗素子１０からなる画素単位２５の場合、測定の同時性を担保しつつ、並列読み出しによって高速化できる効果がある。
　なお、本実施形態においては、磁気検出装置２０の画素単位２５の回路構成は、図５０から図５５に示される例に限定されるものではない。
　＜１．９　デジタル化手段例＞
　次に、図５６から図６３を参照して、本実施形態に係るデジタル化手段の回路構成例について説明する。図５６は、本実施形態に係るデジタル化手段の第１の回路構成例であり、図５７は、本実施形態に係るデジタル化手段の第２の回路構成例であり、図５８は、本実施形態に係るデジタル化手段の第３の回路構成例である。また、図５９は、本実施形態に係るデジタル化手段の第４の回路構成例であり、図６０は、本実施形態に係るデジタル化手段の第５の回路構成例である。また、図６１は、本実施形態に係るデジタル化手段の第６の回路構成例であり、図６２は、第６の回路構成例の動作例である。さらに、図６３は、本実施形態に係るデジタル化手段の第７の回路構成例である。
　図５６は、本実施形態に係るデジタル化手段の第１の回路構成例である。図５６では、水平走査部２３に１つのアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）（変換部）５０を有する。当該構成例では、水平走査部２３が、複数の垂直信号線２７のうちから１つを選択した後に、当該垂直信号線２７のアナログ信号がＡＤＣ５０によってデジタル信号（デジタル値）に変換され、インターフェース５１を通じてデータ出力線２８に出力される。
　図５６のデジタル化手段によれば、画素単位２５が測定された入力磁場の出力をデジタル信号で取り出すことができる。
　図５７は、本実施形態に係るデジタル化手段の第２の回路構成例である。図５７では、水平走査部２３に複数の垂直信号線２７の数に等しいアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５０を有する。当該構成例では、各画素単位２５から複数の垂直信号線２７を介して伝送されたアナログ信号が、複数のＡＤＣ５０によって並列にデジタル信号に変換され、順次選択されたものからインターフェース５１を通じてデータ出力線２８に出力される。
　図５７のデジタル化手段によれば、ＡＤＣ５０の多並列化によって、出力画像のフレームレートが向上する。
　図５８は、本実施形態に係るデジタル化手段の第３の回路構成例である。図５８では、画素単位２５が１つのＡＤＣ５０を有し、画素単位２５内でアナログの読み出し信号をデジタルの読み出し信号に変換する。そして、変換された信号は、ＡＤＣ５０の分解能に応じたバス幅を持つ垂直信号線２７に出力される。
　図５８のデジタル化手段によれば、画素単位２５の出力の長距離配線をデジタル伝送とすることができるため、アナログ信号伝送で重畳するノイズを低減することができる。
　図５９は、本実施形態に係るデジタル化手段の第４の回路構成例である。図５９では、ＡＤＣ５０のデータ保持部（ラッチ）を垂直方向につないで、シフトレジスタを構成する。そして、当該構成例では、シフト用クロックを用いて、複数のＡＤＣ５０の複数のビットをシリアルに垂直信号線２７に出力する。
　図５９のデジタル化手段によれば、行選択信号線２６が不要となり、垂直信号は１ビットでもよいため（垂直信号線２７は１つでもよいため）、回路レイアウト面積を低減することができる。
　なお、図５８及び図５９の例においては、図５１に示した差動構成を用いているが、図５０に示した単相構成を用いてもよい。また、図５２から図５５に示したように、磁気抵抗素子１０を複数のグループに分けてもよい。さらに、図５８及び図５９の例においては、グループごとにＡＤＣ５０を有し、読み出し信号を入力する、あるいは、グループを選択した後にＡＤＣ５０に読み出し信号を入力する等の構成とすることもできる。
　図６０は、本実施形態に係るデジタル化手段の第５の回路構成例である。図６０では、１つの磁気抵抗素子１０に対して１つのカウンタ５２を持つカウント単位で構成される。比較器５３は、磁気抵抗素子１０の出力、すなわち、磁気抵抗素子１０の抵抗値と参照抵抗値との比較結果を出力する。ここで、比較器５３は、例えば、磁気抵抗素子１０の状態が平行状態のときのみイネーブル信号を出力するものとする。カウンタ５２は、比較器５３の出力に加えて、クロック信号を入力として受け取る。そして、カウンタ５２は、比較器５３の出力がイネーブルであるときに限って、クロック信号を計数する。なお、図６０の回路構成例においては、磁気抵抗素子１０に接続されるフィルタ手段Ｆ１は設けないことが好ましい。
　図６０のデジタル化手段によれば、磁気抵抗素子１０の状態差をクロック信号とカウンタとで直接測定できるので、アナログ信号に重畳したノイズをより低減することができる。
　図６１は、本実施形態に係るデジタル化手段の第６の回路構成例である。図６１では、２つの磁気抵抗素子１０に対して２つのカウンタ５２を持つようなカウント単位で構成される。なお、図６１及び図６２の例においては、２つの磁気抵抗素子１０が異なる状態を取った場合には、それらの抵抗値が相殺し合うことで、２つの磁気抵抗素子１０の抵抗値による電圧ＶｍｔｊがＶｍｉｄｄｌｅとなるものとしている。さらに、図６１の例においては、カウンタ５２は、２つの磁気抵抗素子１０が同一の状態を取った場合にカウントする回路であるものとする。なお、図６１においては、Ｖｔｈ１＞Ｖｍｉｄｄｌｅ＞Ｖｔｈ２を満たすように抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２の抵抗値が設定されるものとする。
　そして、当該例においては、２つのカウンタ５２は、ＣＯＵＴＨ及びＣＯＵＴＬを出力する。第６の回路構成例の動作例である図６２に示すように、ＣＯＵＴＨは、２つの磁気抵抗素子１０がともに反平行状態のときにカウンタ値がインクリメントする。また、ＣＯＵＴＬは、２つの磁気抵抗素子１０がともに平行状態のときにカウンタ値がインクリメントする。このようにすることで、上述した滞在時間差Ｓを、（ＣＯＵＴＨ－ＣＯＵＴＬ）／（ＣＯＵＴＨ＋ＣＯＵＴＬ）を用いて演算することができる。
　なお、上記演算は、磁気検出装置２０内の回路で行ってもよいし、磁気検出装置２０外に出力した後で外部のプロセッサで行ってもよい。
　図６３は、本実施形態に係るデジタル化手段の第７の回路構成例である。図６３では、図６０あるいは図６１に示したカウント単位を複数有する。そして、当該例では、内部選択信号１～ｋでＣＯＵＴ１、ＣＯＵＴ２、．．．、ＣＯＵＴｋを順次選択し、アキュームレータ（ＡＣＣ）５４で塁算した結果を、行選択信号に基づいて、垂直信号線２７へ出力する。
　なお、本実施形態においては、デジタル化手段の回路構成は、図５６から図６３に示される例に限定されるものではない。
　以上のように、本実施形態においては、画素単位２５に含まれる少なくとも１つの磁気抵抗素子１０の容易軸の方向を、画素単位２５に含まれる他の磁気抵抗素子１０の容易軸の方向と異なるようにする。もしくは、本実施形態においては、基本配列パターン３１に含まれる少なくとも１つの画素単位２５を構成する磁気抵抗素子１０の容易軸の方向を、基本配列パターン３１に含まれる他の画素単位２５を構成する磁気抵抗素子１０の容易軸の方向と異なるようにする。このようにすることで、本実施形態によれば、空間内の一致した位置で、２つ以上の軸方向における入力磁場Ｂの大きさを感度良く検出することが可能となる。さらに、本実施形態においては、画素単位２５や基本配列パターン３１はアレイ状に配置されて画素アレイ２４を構成することから、より簡便な構造を持ちながら、空間・時間分解能を持つ磁気検出装置２０を実現することが可能となる。
　さらに、本実施形態の磁気検出装置２０を複数備えることで、より空間的に広い範囲で磁場計測を行うことができる。例えば、ヒトの胸部に複数の磁気検出装置２０を配置することで心磁図を計測することができる。あるいは、ヒトの頭部に複数の磁気検出装置２０を配置することで脳磁図を計測することができる。
　＜＜２．第２の実施形態＞＞
　＜２．１　デコーディングシステムの第１の構成例＞
　次に、上述した本開示の第１の実施形態に係る磁気検出装置２０を利用した、ヒト又は動物（ユーザと称する）の思考（本明細書においては、「思考」には、ヒト又は動物による想像、意思、認識、判断等が含まれるものとする）をデコーディングするデコーディングシステムを説明する。
　図６４は、本開示の第２の実施形態に係るデコーディングシステムの構成例である。図６４に示すように、本実施形態に係るデコーディングシステム３００は、第１の実施形態に係る磁気検出装置２０を用いてヒト又は動物の脳磁図を計測することができる脳磁センサ３１０を含む。また、デコーディングシステム３００は、ヒト又は動物に与えられる刺激の情報を出力する刺激情報出力部３２０、ヒト又は動物の生体情報を取得する生体情報センサ３３０、ヒト又は動物の周囲の環境の情報を出力する環境情報センサ３４０等を含む。さらに、デコーディングシステム３００は、入力された入力データに基づいて、特徴ベクトルを算出するエンコーダ３５０と、特徴ベクトルに基づいて、ヒト又は動物の思考に関する情報を推定する演算器３６０とを有する。
　脳磁センサ３１０は、第１の実施形態に係る磁気検出装置２０を用いてヒト又は動物の脳磁図を計測することができる。脳磁センサ３１０は、ヒト又は動物の頭部に装着され、脳磁を計測し、計測結果を後述するエンコーダ３５０に入力データとして入力する。
　刺激情報出力部３２０は、視覚・聴覚・触覚等のヒト又は動物に与えられる刺激に関する情報を、後述するエンコーダ３５０に入力データとして入力する。例えば、刺激情報出力部３２０は、ヒト又は動物が視聴するする表示装置や音響装置であってもよく、この場合、刺激情報出力部３２０は、出力する画像データや音響データをエンコーダ３５０に入力する。もしくは、例えば、触覚、味覚、嗅覚、聴覚等についての刺激情報に関しては、ヒトにより、自身が触れている物に対する感触、味わっている味覚、嗅いでいる聴覚についての主観情報が刺激情報出力部３２０に入力され、刺激情報出力部３２０は、その入力情報をエンコーダ３５０に入力する。
　生体情報センサ３３０は、ヒト又は動物の身体の一部に装着される、筋電センサ、心拍センサ、脈拍センサ、血流センサ、血圧センサ、呼吸センサ、脳波センサ、発汗センサ、皮膚温度センサ、皮膚導電率センサ等であることができる。また、生体情報センサ３３０は、ヒト又は動物の身体の動きや姿勢を検出するモーションセンサであってもよい。具体的には、モーションセンサ部は、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等を含む。さらに、生体情報センサ３３０は、ヒト又は動物の表情、視線や眼球の動きを捉える撮像装置であってもよい。そして、生体情報センサ３３０は、上述した各種センサによるセンシングデータを後述するエンコーダ３５０に入力データとして入力する。
　環境情報センサ３４０は、ヒト又は動物の位置情報を取得するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）受信機等の位置情報センサを含んでいてもよい。また、環境情報センサ３４０は、ヒト又は動物の周囲の環境の状態を示す環境情報を取得するために、集音マイクロフォン、気圧センサ、温度センサ、及び、湿度センサ等の他の各種センサを含んでもよい。そして、環境情報センサ３４０は、上述した各種センサによるセンシングデータを後述するエンコーダ３５０に入力データとして入力する。
　なお、脳磁センサ３１０、刺激情報出力部３２０、生体情報センサ３３０、及び、環境情報センサ３４０からの入力データは、時系列データであってもよく、その形式等についても、特に限定されるものではない。
　エンコーダ３５０は、脳磁センサ３１０、刺激情報出力部３２０、生体情報センサ３３０、及び、環境情報センサ３４０から、入力データを取得し、入力データから特徴ベクトル等の特徴量を算出し、算出結果を後述する演算器３６０に入力する。例えば、エンコーダ３５０は、予め機械学習によって予め得られたモデルを参照して、入力データから特徴量を算出してもよく、もしくは、入力データを統計的処理（平均、分散、正規化等）することにより、特徴量を算出してもよい。また、エンコーダ３５０は、入力データを前処理する前処理部を有していてもよい。
　演算器３６０は、特徴ベクトルを、ヒト又は動物の思考に変換する（デコード）。例えば、演算器３６０は、予め機械学習によって予め得られたモデル（数式等）を参照して、特徴ベクトル等をヒト又は動物の思考等を示す指標に変換してもよい。また、上記機械学習によって予め得られるモデルは、例えば、サポートベクターレグレッションやディープニューラルネットワーク等の教師付き学習器に、入力データから得られた特徴ベクトルと、当該入力データに紐づけられるヒトの主観やヒト又は動物の行動とを入力信号及び教師信号として入力して、機械学習させることで得ることができる。なお、図６４の構成に学習器を組み込むことで、このような機械学習を行うことができる。
　図６５は、本実施形態に係るデコーディングシステムの第１の構成の使用例である。図６５に示すように、複数の脳磁センサ３１０は、ヒトの頭部に装着される。脳磁センサ３１０は、第１の実施形態に係る磁気検出装置２０を複数含み、さらに、上述した生体情報センサ３３０や環境情報センサ３４０を補助センサとして複数有していてもよい。そして、本実施形態においては、脳磁センサ３１０の出力と、刺激情報出力部３２０からの出力、生体情報センサ３３０の出力、及び、環境情報センサの出力のうちの少なくとも１つの出力と、から構成される入力データは、エンコーダ３５０に入力される。刺激情報出力部３２０からの出力は、ヒトに与えられる視覚・聴覚・触覚等の刺激に関する情報である。生体情報センサ３３０の出力は、ヒトの心拍・血流・発汗・視線・表情等の生体情報である。また、環境情報センサ３４０からの出力は、ヒトの周囲の音等の情報を含む。そして、エンコーダ３５０によって、入力データは特徴ベクトルに変換される。さらに、特徴ベクトルは、演算器３６０によって、ヒトの思考に変換される。なお、本実施形態においては、入力データは、少なくとも脳磁センサ３１０の出力が含まれる。
　以上のようなデコーディングシステム３００を用いて、ヒト又は動物の脳磁図に基づいて、ヒト又は動物の思考を推定することができることから、例えば、ヒト又は動物の思考の１つである欲求を推定し、推定された要求に応じて動作するロボット等の自動制御装置等を構築することができる。このような自動制御装置は、ヒトがその要求を外部へ伝達する技能（発話、手の動作等）に障害を持つ場合であっても、当該人の要求に応じて動作することができることから、当該人の生活等を支援することができる。
　以上のようなデコーディングシステム３００を用いて、ヒト又は動物の脳磁図に基づいて、ヒト又は動物の思考を推定することができることから、例えば、そのような刺激（例えば、画像や音楽）を与えることによるヒトの思考の１つである感情を推定することができる。そして、当該推定に基づいて、例えば、歓喜を想起させる音楽等の提案を個々のヒトに応じて好適に提案することができる。
　＜２．２　デコーディングシステムの第２の構成例＞
　また、デコーディングシステムは、ヒト又は動物に与える刺激情報を生成するデコーディングシステムであってもよい。図６６は、本開示の第２の実施形態に係るデコーディングシステムの他の構成例である。当該構成例においては、上述した本開示の第１の実施形態に係る磁気検出装置２０を利用して、ヒト又は動物の思考を推定し、推定した思考に応じて、ヒトに与える刺激を決定するデコーディングシステムを説明する。
　第２の構成例におけるデコーディングシステム３００は、基本的には、図６４を参照して説明した第１の構成例と同様の構成を持つが、ヒト又は動物の思考を推定する代わりに、ヒト又は動物に与える刺激（刺激情報）を決定する。決定される刺激は、例えば、ヒト又は動物に与える音楽、映像、画像、香り、感触、料理、商品（日用品、衣服等）、スケジュール提案等とすることができる。
　演算器３６０は、特徴ベクトルを、ヒト又は動物に与える刺激の情報に変換する（デコード）。例えば、演算器３６０は、予め機械学習によって予め得られたモデル（数式等）を参照して、特徴ベクトル等をヒト又は動物の刺激の情報に変換してもよい。また、上記機械学習によって予め得られるモデルは、例えば、サポートベクターレグレッションやディープニューラルネットワーク等の教師付き学習器に、特定の刺激（音楽、映像、画像、香り、料理、商品）を与えた際に得られる入力データを教師信号として入力して、機械学習させることで得ることができる。なお、図６６の構成に学習器を組み込むことで、このような機械学習を行うことができる。
　例えば、個々のヒト又は動物によって心地よいと感じる刺激は異なるが、本構成例を用いることにより、個々のヒト又は動物が心地よく感じられる適切な刺激を決定することできる。従って、以上のようなデコーディングシステム３００を用いることにより、例えば、心地よくさせる音楽等の提案を個々のヒトに応じて好適に提案することができる。また、個々のヒト又は動物によって行動変容をもたらす適切な刺激は異なるが、本構成例を用いることにより、個々のヒト又は動物にとって適切な刺激を決定し、行動変容を効果的に促すことができる。
　なお、本実施形態においては、上述した脳磁センサ３１０は、ヒトの頭部に装着されるＨＭＤ（Ｈｅａｄ　Ｍｏｕｎｔｅｄ　Ｄｉｓｐｌａｙ）、ヘッドフォン等のウェアラブルデバイスに搭載することができる。
　＜＜３．補足＞＞
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　磁気抵抗素子及び検出部を含む画素単位がアレイ状に配置されて構成される、又は、複数の前記画素単位から構成される基本配列がアレイ状に配置されて構成される、画素アレイ部を備え、
　前記磁気抵抗素子は、
　　磁化方向が固定された固定層と、
　　前記固定層上に配置された非磁性層と、
　　前記非磁性層上に配置された記憶層と、
　を有し、
　前記検出部は、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づき、外部磁場を検出する、
　磁気検出装置。
（２）
　前記記憶層は、磁化方向が他の方向よりも向き易い容易軸と、前記記憶層の磁化方向が他の方向よりも向き難い困難軸とを有し、
　前記検出部は、
　検出した前記磁気抵抗素子に対応する前記画素単位の前記画素アレイ部上の座標情報に紐づけて、当該画素単位の前記磁気抵抗素子の前記固定層の磁化方向によって決定される所定の方向における、当該磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づく前記外部磁場の検出結果を出力し、
　前記画素単位又は前記基本配列においては、複数の前記磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子の前記容易軸の方向は、他の前記磁気抵抗素子の容易軸の方向と異なる、
　上記（１）に記載の磁気検出装置。
（３）
　前記磁気抵抗素子は、
　前記記憶層の磁化方向が前記固定層の磁化方向と平行な状態を維持する第１の滞在時間に関する情報、及び、前記記憶層の磁化方向が前記固定層の磁化方向に対して反平行な状態を維持する第２の滞在時間に関する情報のうちの少なくとも１つを前記検出部に出力し、
　前記検出部は、
　前記第１の滞在時間に関する情報及び前記第２の滞在時間に関する情報とのうちの少なくとも１つに基づいて特定される前記第１の滞在時間と前記第２の滞在時間との差分に基づいて、前記外部磁場を検出する、
　上記（１）又は（２）に記載の磁気検出装置。
（４）
　前記磁気検出装置を制御する制御部と、
　前記制御部の制御に従って、前記画素アレイ部を垂直に走査する垂直走査部と、
　前記制御部の制御に従って、前記画素アレイ部を水平に走査する水平走査部と、
　をさらに備える、
　上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
（５）
　前記画素単位は、複数の前記磁気抵抗素子を含み、
　前記検出部は、
　前記複数の磁気抵抗素子のそれぞれにおける前記第１の滞在時間の積算値と前記第２の滞在時間の積算値との差分に基づいて、前記外部磁場を検出する、
　上記（３）に記載の磁気検出装置。
（６）
　前記画素単位は、
　並列、及び／又は、直列に接続された複数の前記磁気抵抗素子からなる磁気抵抗素子の配列を含み、
　前記検出部は、
　前記磁気抵抗素子の配列の抵抗値に基づいて、前記外部磁場を検出する、
　上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
（７）
　前記画素単位は、複数の前記磁気抵抗素子を含み、
　前記検出部は、対応する前記画素単位に含まれる前記複数の磁気抵抗素子を複数のグループに分け、前記グループごとに前記外部磁場を検出する、
　上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
（８）
　前記水平走査部は、前記画素単位ごとに検出された前記外部磁場をデジタル値に変換する、
　上記（４）に記載の磁気検出装置。
（９）
　前記画素単位は、検出された前記外部磁場をデジタル値に変換する変換部をさらに含む、
　上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
（１０）
　前記複数の磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子は、前記容易軸方向の長さが、前記困難軸方向の長さよりも長い、
　上記（２）に記載の磁気検出装置。
（１１）
　前記複数の磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子の平面形状は、楕円形である、
　上記（１０）に記載の磁気検出装置。
（１２）
　複数の前記磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子の平面形状は、円形である、
　上記（１）～（１１）のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
（１３）
　前記画素単位は、
　前記容易軸の方向が第１の方向である第１の磁気抵抗素子と、
　前記容易軸の方向が前記第１の方向に対して９０°異なる第２の方向である第２の磁気抵抗素子と、
　を含む、
　上記（２）に記載の磁気検出装置。
（１４）
　前記画素単位は、
　前記容易軸の方向が、前記第１の方向及び前記第２の方向のそれぞれに対して９０°異なる第３の方向である第３の磁気抵抗素子をさらに含む、
　上記（１３）に記載の磁気検出装置。
（１５）
　前記基本配列は、
　前記容易軸の方向が第１の方向である第１の磁気抵抗素子で構成される第１の画素単位と、
　前記容易軸の方向が前記第１の方向に対して９０°異なる第２の方向である第２の磁気抵抗素子で構成される第２の画素単位と、
　を含む、
　上記（２）に記載の磁気検出装置。
（１６）
　前記基本配列は、
　前記容易軸の方向が、前記第１の方向及び前記第２の方向のそれぞれに対して９０°異なる第３の方向である第３の磁気抵抗素子で構成される第３の画素単位をさらに含む、
　上記（１５）に記載の磁気検出装置。
（１７）
　前記基本配列は、
　前記第１の磁気抵抗素子と前記第３の磁気抵抗素子とで構成される第４の画素単位と、
　前記第２の磁気抵抗素子と前記第３の磁気抵抗素子とで構成される第５の画素単位と、
　をさらに含む、
　上記（１６）に記載の磁気検出装置。
（１８）
　前記基本配列は、
　前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とで構成される第６の画素単位をさらに含む、
　上記（１６）又は（１７）に記載の磁気検出装置。
（１９）
　前記第６の画素単位が、前記第３の磁気抵抗素子をさらに含む、
　上記（１８）に記載の磁気検出装置。
（２０）
　ユーザに装着された磁気検出装置と、エンコーダと、演算器とを備えるデコーディングシステムであって、
　前記磁気検出装置は、
　磁気抵抗素子及び検出部を含む画素単位がアレイ状に配置されて構成される、又は、複数の前記画素単位から構成される基本配列がアレイ状に配置されて構成される、画素アレイ部を有し、
　前記磁気抵抗素子は、
　　磁化方向が固定された固定層と、
　　前記固定層上に配置された非磁性層と、
　　前記非磁性層上に配置された記憶層と、
　を有し、
　前記検出部は、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づき、外部磁場を検出し、
　前記エンコーダは、
　前記磁気検出装置から前記外部磁場を入力データとして取得し、
　前記入力データに基づいて、特徴ベクトルを算出し、
　前記演算器は、
　前記特徴ベクトルに基づいて、前記ユーザの思考又は当該ユーザに与える刺激を出力する、
　デコーディングシステム。
（２１）
　前記磁気検出装置は、
　前記ユーザの動作及び姿勢を検出するモーションセンサをさらに有し、
　前記外部磁場とともに、前記モーションセンサの出力を前記入力データとして、前記エンコーダに出力し、
　前記エンコーダは、
　前記モーションセンサの出力に基づいて、前記特徴ベクトルを算出する、
　上記（２０）に記載のデコーディングシステム。
（２２）
　前記磁気検出装置は、
　前記ユーザの生体情報を取得する生体情報センサをさらに有し、
　前記外部磁場とともに、前記生体情報センサの出力を前記入力データとして、前記エンコーダに出力し、
　前記エンコーダは、
　前記生体情報センサの出力に基づいて、前記特徴ベクトルを算出する、
　上記（２０）又は（２１）に記載のデコーディングシステム。
（２３）
　前記入力データは、前記ユーザに与えられる聴覚刺激、視覚刺激、嗅覚刺激、味覚刺激、及び、触覚刺激のうちの少なくとも１つの刺激に関する情報を含む、
　上記（２０）～（２２）のいずれか１つに記載のデコーディングシステム。
　　１０、２１０Ｃ、２１０Ｅ、２１０Ｌ、２１０ＮＥ、２１０ＮＷ、２１０Ｖ　　磁気抵抗素子
　　１１、２１１、２１６　　磁化固定層
　　１２、２１２、２１７　　非磁性層
　　１３、２１３、２１８　　記憶層
　　２０　　磁気検出装置
　　２１　　制御部
　　２２　　垂直走査部
　　２３　　水平走査部
　　２４　　画素アレイ
　　２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ　　画素単位
　　２６　　行選択信号線
　　２７　　垂直信号線
　　２８　　データ出力線
　　２９　　情報処理装置
　　３０　　入力信号
　　３１　　基本配列パターン
　　４０　　ベース基板
　　４２、２４３、２４５　　配線
　　５０　　アナログ／デジタルコンバータ
　　５１　　インターフェース
　　５２　　カウンタ
　　５３　　比較器
　　５４　　アキュームレータ
　　２１４、２１９　　上部電極
　　２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８、２２９、２３０、２３１　　配列
　　２４１、２４２、２４４　　絶縁層
　　２５０Ｃ、２５０Ｅ　　積層膜
　　２５１、２５６　　第１層
　　２５２、２５７　　第２層
　　２５３、２５８　　第３層
　　２５５Ｃ、２５５Ｅ　　構造体
　　３００　　デコーディングシステム
　　３１０　　脳磁センサ
　　３２０　　刺激情報出力部
　　３３０　　生体情報センサ
　　３４０　　環境情報センサ
　　３５０　　エンコーダ
　　３６０　　演算器
　　Ａ２１、Ａ２３　　トレンチ
　　Ａ２２、Ａ２４　　開口
　　Ｂ１　　バッファ
　　Ｄ１　　差分増幅回路
　　Ｆ１　　フィルタ手段
　　Ｍ２１、Ｍ２３　　マスク
　　Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２　　抵抗
　　ＳＨ１　　サンプリングホールド手段
　　ＳＷ１　　行選択スイッチ
　　ＳＷ２　　磁気抵抗選択スイッチ
　　ＳＷ３　　サンプリングホールド読み出し前リセットスイッチ

Claims (23)

  1. 　磁気抵抗素子及び検出部を含む画素単位がアレイ状に配置されて構成される、又は、複数の前記画素単位から構成される基本配列がアレイ状に配置されて構成される、画素アレイ部を備え、
    　前記磁気抵抗素子は、
    　　磁化方向が固定された固定層と、
    　　前記固定層上に配置された非磁性層と、
    　　前記非磁性層上に配置された記憶層と、
    　を有し、
    　前記検出部は、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づき、外部磁場を検出する、
    　磁気検出装置。
  2. 　前記記憶層は、磁化方向が他の方向よりも向き易い容易軸と、前記記憶層の磁化方向が他の方向よりも向き難い困難軸とを有し、
    　前記検出部は、
    　検出した前記磁気抵抗素子に対応する前記画素単位の前記画素アレイ部上の座標情報に紐づけて、当該画素単位の前記磁気抵抗素子の前記固定層の磁化方向によって決定される所定の方向における、当該磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づく前記外部磁場の検出結果を出力し、
    　前記画素単位又は前記基本配列においては、複数の前記磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子の前記容易軸の方向は、他の前記磁気抵抗素子の容易軸の方向と異なる、
    　請求項１に記載の磁気検出装置。
  3. 　前記磁気抵抗素子は、
    　前記記憶層の磁化方向が前記固定層の磁化方向と平行な状態を維持する第１の滞在時間に関する情報、及び、前記記憶層の磁化方向が前記固定層の磁化方向に対して反平行な状態を維持する第２の滞在時間に関する情報のうちの少なくとも１つを前記検出部に出力し、
    　前記検出部は、
    　前記第１の滞在時間に関する情報及び前記第２の滞在時間に関する情報とのうちの少なくとも１つに基づいて特定される前記第１の滞在時間と前記第２の滞在時間との差分に基づいて、前記外部磁場を検出する、
    　請求項１に記載の磁気検出装置。
  4. 　前記磁気検出装置を制御する制御部と、
    　前記制御部の制御に従って、前記画素アレイ部を垂直に走査する垂直走査部と、
    　前記制御部の制御に従って、前記画素アレイ部を水平に走査する水平走査部と、
    　をさらに備える、
    　請求項１に記載の磁気検出装置。
  5. 　前記画素単位は、複数の前記磁気抵抗素子を含み、
    　前記検出部は、
    　前記複数の磁気抵抗素子のそれぞれにおける前記第１の滞在時間の積算値と前記第２の滞在時間の積算値との差分に基づいて、前記外部磁場を検出する、
    　請求項３に記載の磁気検出装置。
  6. 　前記画素単位は、
    　並列、及び／又は、直列に接続された複数の前記磁気抵抗素子からなる磁気抵抗素子の配列を含み、
    　前記検出部は、
    　前記磁気抵抗素子の配列の抵抗値に基づいて、前記外部磁場を検出する、
    　請求項１に記載の磁気検出装置。
  7. 　前記画素単位は、複数の前記磁気抵抗素子を含み、
    　前記検出部は、対応する前記画素単位に含まれる前記複数の磁気抵抗素子を複数のグループに分け、前記グループごとに前記外部磁場を検出する、
    　請求項１に記載の磁気検出装置。
  8. 　前記水平走査部は、前記画素単位ごとに検出された前記外部磁場をデジタル値に変換する、
    　請求項４に記載の磁気検出装置。
  9. 　前記画素単位は、検出された前記外部磁場をデジタル値に変換する変換部をさらに含む、
    　請求項１に記載の磁気検出装置。
  10. 　前記複数の磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子は、前記容易軸方向の長さが、前記困難軸方向の長さよりも長い、
    　請求項２に記載の磁気検出装置。
  11. 　前記複数の磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子の平面形状は、楕円形である、
    　請求項１０に記載の磁気検出装置。
  12. 　複数の前記磁気抵抗素子のうちの少なくとも１つの前記磁気抵抗素子の平面形状は、円形である、
    　請求項１に記載の磁気検出装置。
  13. 　前記画素単位は、
    　前記容易軸の方向が第１の方向である第１の磁気抵抗素子と、
    　前記容易軸の方向が前記第１の方向に対して９０°異なる第２の方向である第２の磁気抵抗素子と、
    　を含む、
    　請求項２に記載の磁気検出装置。
  14. 　前記画素単位は、
    　前記容易軸の方向が、前記第１の方向及び前記第２の方向のそれぞれに対して９０°異なる第３の方向である第３の磁気抵抗素子をさらに含む、
    　請求項１３に記載の磁気検出装置。
  15. 　前記基本配列は、
    　前記容易軸の方向が第１の方向である第１の磁気抵抗素子で構成される第１の画素単位と、
    　前記容易軸の方向が前記第１の方向に対して９０°異なる第２の方向である第２の磁気抵抗素子で構成される第２の画素単位と、
    　を含む、
    　請求項２に記載の磁気検出装置。
  16. 　前記基本配列は、
    　前記容易軸の方向が、前記第１の方向及び前記第２の方向のそれぞれに対して９０°異なる第３の方向である第３の磁気抵抗素子で構成される第３の画素単位をさらに含む、
    　請求項１５に記載の磁気検出装置。
  17. 　前記基本配列は、
    　前記第１の磁気抵抗素子と前記第３の磁気抵抗素子とで構成される第４の画素単位と、
    　前記第２の磁気抵抗素子と前記第３の磁気抵抗素子とで構成される第５の画素単位と、
    　をさらに含む、
    　請求項１６に記載の磁気検出装置。
  18. 　前記基本配列は、
    　前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とで構成される第６の画素単位をさらに含む、
    　請求項１６に記載の磁気検出装置。
  19. 　前記第６の画素単位が、前記第３の磁気抵抗素子をさらに含む、
    　請求項１８に記載の磁気検出装置。
  20. 　ユーザに装着された磁気検出装置と、エンコーダと、演算器とを備えるデコーディングシステムであって、
    　前記磁気検出装置は、
    　磁気抵抗素子及び検出部を含む画素単位がアレイ状に配置されて構成される、又は、複数の前記画素単位から構成される基本配列がアレイ状に配置されて構成される、画素アレイ部を有し、
    　前記磁気抵抗素子は、
    　　磁化方向が固定された固定層と、
    　　前記固定層上に配置された非磁性層と、
    　　前記非磁性層上に配置された記憶層と、
    　を有し、
    　前記検出部は、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づき、外部磁場を検出し、
    　前記エンコーダは、
    　前記磁気検出装置から前記外部磁場を入力データとして取得し、
    　前記入力データに基づいて、特徴ベクトルを算出し、
    　前記演算器は、
    　前記特徴ベクトルに基づいて、前記ユーザの思考又は当該ユーザに与える刺激を出力する、
    　デコーディングシステム。
  21. 　前記磁気検出装置は、
    　前記ユーザの動作及び姿勢を検出するモーションセンサをさらに有し、
    　前記外部磁場とともに、前記モーションセンサの出力を前記入力データとして、前記エンコーダに出力し、
    　前記エンコーダは、
    　前記モーションセンサの出力に基づいて、前記特徴ベクトルを算出する、
    　請求項２０に記載のデコーディングシステム。
  22. 　前記磁気検出装置は、
    　前記ユーザの生体情報を取得する生体情報センサをさらに有し、
    　前記外部磁場とともに、前記生体情報センサの出力を前記入力データとして、前記エンコーダに出力し、
    　前記エンコーダは、
    　前記生体情報センサの出力に基づいて、前記特徴ベクトルを算出する、
    　請求項２０に記載のデコーディングシステム。
  23. 　前記入力データは、前記ユーザに与えられる聴覚刺激、視覚刺激、嗅覚刺激、味覚刺激、及び、触覚刺激のうちの少なくとも１つの刺激に関する情報を含む、
    　請求項２０に記載のデコーディングシステム。
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