JP7790056B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサに関する。

特許文献１には、非磁性基板上に形成された硬磁性体膜からなる薄膜磁石と、前記薄膜磁石の上を覆う絶縁層と、前記絶縁層上に形成された一軸異方性を付与された一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる感磁部とを備えた磁気インピーダンス効果素子が記載されている。

非特許文献１には、Ｎｉ－Ｐめっき膜は、高Ｐ濃度側でアモルファス構造をとるとともに非磁性となることが記載されている。

特開２００８－２４９４０６号公報

伊藤、王、渡辺、"電析Ｎｉ－Ｐ合金めっき膜の微細構造と磁性"、東京都立産業技術研究所研究報告、２００１、第４号、ｐ．１－４

軟磁性体層を有する感受素子を磁気インピーダンス効果素子として用いた磁気センサでは、感受素子の構造によっては、磁気センサからの出力における信号（Signal）と雑音（Noise）との比であるＳ／Ｎが低下してしまうことがあった。
本発明は、磁気インピーダンス効果を利用した磁気センサの出力におけるＳ／Ｎの低下を抑制することを目的とする。

本発明が適用される磁気センサは、複数の軟磁性体層と、複数の軟磁性体層の間に設けられる非磁性アモルファス金属層と、を有し、非磁性アモルファス金属層を挟んで対向する軟磁性体層が反強磁性結合し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子を備える。
このような磁気センサにおいて、感受素子は、軟磁性体層より導電性が高い導電体層を、さらに備え、導電体層は、一対の軟磁性体層が非磁性アモルファス金属層を挟んで対向するように積層された積層体の複数の間に設けられていることを特徴とすることができる。
そして、非磁性アモルファス金属層は、Ｔｉを含むアモルファス金属で構成されていることを特徴とすることができる。
ここで、非磁性アモルファス金属層は、ＣｒＴｉ及びＡｌＴｉのいずれかであることを特徴とすることができる。
さらに、非磁性アモルファス金属層がＣｒＴｉである場合、厚さが１５ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下の範囲であることを特徴とすることができる。

また、非磁性アモルファス金属層は、Ｎｉ及びＰを含むアモルファス金属で構成されていることを特徴とすることができる。
そして、非磁性アモルファス金属層は、ＮｉとＰとを主としたアモルファス金属で構成され、Ｐの原子％が１９％以上且つ３１％以下であることを特徴とすることができる。

このような磁気センサにおいて、非磁性アモルファス金属層は、厚さが３０ｎｍ以上のＡｌＴｉで構成されており、感受素子は、軟磁性体層を軟磁性体層の厚さ方向から見た場合に、還流磁区が形成されていないことを特徴とすることができる。
また、非磁性アモルファス金属層が、厚さが１５ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下の範囲のＣｒＴｉであり、感受素子は、軟磁性体層を軟磁性体層の厚さ方向から見た場合に、還流磁区が形成されていないことを特徴とすることができる。
さらに、非磁性アモルファス金属層は、ＮｉとＰとを主としたアモルファス金属で構成され、Ｐの原子％が１９％以上且つ３１％以下であり、感受素子は、軟磁性体層を軟磁性体層の厚さ方向から見た場合に、還流磁区が形成されていないことを特徴とすることができる。

また、このような磁気センサにおいて、非磁性の基板と、基板と感受素子との間に、硬磁性体で構成され面内方向に磁気異方性を有する薄膜磁石と、をさらに備え、感受素子は、長手方向と短手方向とを有し、長手方向が薄膜磁石の発生する磁界の方向に向いていることを特徴とすることができる。
さらに、このような磁気センサにおいて、感受素子の長手方向の端部に対向するように薄膜磁石上に積層され、薄膜磁石の発生する磁束が感受素子を長手方向に透過するように誘導する一対のヨークを、さらに備え、ヨークは、複数の軟磁性体層と、軟磁性体層の間に積層される非磁性アモルファス金属層とを備えることを特徴とすることができる。

本発明によれば、磁気インピーダンス効果を利用した磁気センサの出力におけるＳ／Ｎの低下を抑制することができる。

（ａ）～（ｂ）は、本実施の形態が適用される磁気センサの一例を説明する図である。 （ａ）～（ｂ）は、本実施の形態が適用される感受部のそれぞれの感受素子の構成を説明する図である。 磁気センサの感受部における感受素子の長手方向に印加された磁界と感受部のインピーダンスとの関係を説明する図である。 （ａ）～（ｄ）は、従来の磁気センサにおいて、感受素子に印加される磁界の強さと、感受素子における磁区の変化との関係を説明するための図である。 感受素子に印加される磁界の強さと、感受素子における磁化の強さとの関係を説明するための図である。 （ａ）～（ｄ）は、図２に示した構造を有する本実施の形態が適用される感受素子の磁区の状態を撮影して得た写真である。 感受素子のＳ／Ｎを示す図である。 感受素子の異方性磁界を示す図である。 （ａ）～（ｂ）は、本実施の形態における感受部のそれぞれの感受素子の変形例の構成を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態（本実施の形態）について説明する。
図１（ａ）～（ｂ）は、本実施の形態が適用される磁気センサ１の一例を説明する図である。図１（ａ）は、磁気センサ１の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩＢ－ＩＢ線での断面図である。
図１（ｂ）に示すように、本実施の形態が適用される磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に設けられた硬磁性体（硬磁性体層１０３）で構成された薄膜磁石２０と、薄膜磁石２０に対向して設けられた磁界を感受する感受部３０とを備える。なお、磁界を磁場と表記することがある。
磁気センサ１の断面構造については、後に詳述する。

ここで硬磁性体とは、外部磁界によって磁化されると、外部磁界を取り除いても磁化された状態が保持される、いわゆる保磁力の大きい材料である。一方、軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。

なお、本明細書においては、磁気センサ１を構成する要素（薄膜磁石２０など）を二桁の数字で表し、要素に加工される層（硬磁性体層１０３など）を１００番台の数字で表す。そして、要素に対して、要素に加工される層を（ ）内に表記する場合がある。例えば薄膜磁石２０の場合、薄膜磁石２０（硬磁性体層１０３）と表記する。図においては、２０（１０３）と表記する。他の場合も同様である。

図１（ａ）により、磁気センサ１の平面構造を説明する。磁気センサ１は、一例として四角形の平面形状を有する。ここでは、磁気センサ１の最上部に形成された感受部３０及びヨーク４０を説明する。
感受部３０は、複数の感受素子３１と、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する接続部３２と、電流供給のための電線が接続される端子部３３ａ、３３ｂとを備える。図１（ａ）に示す磁気センサ１の感受部３０では、４個の感受素子３１が、長手方向が並列するように配置されている。この感受素子３１が、磁気インピーダンス効果によって磁界を感受する磁気インピーダンス効果素子である。感受素子３１は、例えば、長手方向の長さが１ｍｍ～２ｍｍ、短手方向の幅が５０μｍ～１５０μｍである。また、隣接する感受素子３１同士の間隔は、５０μｍ～１５０μｍである。

接続部３２は、隣接する感受素子３１の端部間に設けられ、隣接する感受素子３１をつづら折りに直列接続する。図１（ａ）に示す磁気センサ１では、４個の感受素子３１が並列に配置されているため、接続部３２は３個ある。接続部３２の数は、感受素子３１の数によって異なる。例えば、感受素子３１が３個であれば、接続部３２は２個である。また、感受素子３１が１個であれば、接続部３２を備えない。なお、接続部３２の幅は、感受部３０に印加するパルス電圧の大きさ等によって設定すればよい。例えば、接続部３２の幅は、感受素子３１と同じであってもよい。

端子部３３ａ、３３ｂは、接続部３２で接続されていない感受素子３１の端部（２個）にそれぞれ設けられている。端子部３３ａ、３３ｂをそれぞれ区別しないときは、端子部３３と表記する。端子部３３は、電線を接続しうる大きさであればよい。なお、本実施の形態の感受部３０は、感受素子３１が４個であるため、２個の端子部３３は、図１（ａ）において左側に設けられている。感受素子３１の数が奇数の場合には、２個の端子部３３を左右に分けて設ければよい。

さらに、磁気センサ１は、感受素子３１の長手方向の端部に対向して設けられたヨーク４０を備える。ここでは、感受素子３１の長手方向の両端部に対向してそれぞれ設けられた２個のヨーク４０ａ、４０ｂを備える。なお、ヨーク４０ａ、４０ｂをそれぞれ区別しない場合は、ヨーク４０と表記する。ヨーク４０は、感受素子３１の長手方向の端部に磁力線を誘導する。このため、ヨーク４０は、磁力線が透過しやすい軟磁性体層１０９で構成されている。
なお、感受素子３１の長手方向に磁力線が十分透過する場合には、ヨーク４０を備えなくてもよい。

磁気センサ１の大きさは、平面形状において数ｍｍ角である。なお、磁気センサ１の大きさは、他の値であってもよい。

次に、図１（ｂ）により、磁気センサ１の断面構造を説明する。磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に、密着層１０１、制御層１０２、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３、及び誘電体層１０４がこの順に積層（配置）され、誘電体層１０４上に感受部３０とヨーク４０とが設けられて構成されている。

基板１０は、非磁性体からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板等が挙げられる。
密着層１０１は、基板１０に対する制御層１０２の密着性を向上させるための層である。密着層１０１としては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金を用いるのがよい。Ｃｒ又はＮｉを含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＴａ、ＮｉＴａ等が挙げられる。密着層１０１の厚さは、例えば５ｎｍ～５０ｎｍである。なお、基板１０に対する制御層１０２の密着性に問題がなければ、密着層１０１を設けることを要しない。なお、本明細書においては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金の組成比を示さない。以下、組成比を明示する場合を除き、同様である。

制御層１０２は、硬磁性体層１０３で構成される薄膜磁石２０の磁気異方性が膜の面内方向に発現しやすいように制御する層である。制御層１０２としては、Ｃｒ、Ｍｏ若しくはＷ又はそれらを含む合金（以下では、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金と表記する。）を用いるのがよい。制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶ、ＣｒＷ等が挙げられる。制御層１０２の厚さは、例えば１０ｎｍ～３００ｎｍである。

薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３は、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ又はＰｔのいずれか一方又は両方を含む合金（以下では、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いることがよい。薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＢ等が挙げられる。なお、Ｆｅが含まれていてもよい。硬磁性体層１０３の厚さは、例えば１μｍ～３μｍである。

制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金は、ｂｃｃ（body-centered cubic（体心立方格子））構造を有する。よって、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体（硬磁性体層１０３）は、ｂｃｃ構造のＣｒ等を含む合金で構成された制御層１０２上において結晶成長しやすいｈｃｐ（hexagonal close-packed（六方最密充填））構造であるとよい。ｂｃｃ構造上にｈｃｐ構造の硬磁性体層１０３を結晶成長させると、ｈｃｐ構造のｃ軸が面内に向くように配向しやすい。よって、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０が面内方向に磁気異方性を有するようになりやすい。なお、硬磁性体層１０３は結晶方位の異なる集合からなる多結晶であり、各結晶が面内方向に磁気異方性を有する。この磁気異方性は結晶磁気異方性に由来するものである。
なお、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金及び薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金の結晶成長を促進するために、基板１０を１００℃～６００℃に加熱するとよい。この加熱により、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金が結晶成長しやすくなり、ｈｃｐ構造を持つ硬磁性体層１０３が面内に磁化容易軸を持つように結晶配向されやすくなる。つまり、硬磁性体層１０３の面内に磁気異方性が付与されやすくなる。

誘電体層１０４は、非磁性の誘電体で構成され、薄膜磁石２０と感受部３０との間を電気的に絶縁する。誘電体層１０４を構成する誘電体としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等の酸化物、又はＳｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ等の窒化物等が挙げられる。また、誘電体層１０４の厚さは、例えば０．１μｍ～３０μｍである。

次に、感受部３０のそれぞれの感受素子３１の構造を説明する。
図２（ａ）～（ｂ）は、本実施の形態が適用される感受部３０のそれぞれの感受素子３１の構成を説明する図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）に示した磁気センサ１における感受素子３１の拡大断面図、図２（ｂ）は、感受素子３１における磁化方向を示す図である。なお、図２（ｂ）における矢印は、磁化方向を示す。なお、図２（ａ）～（ｂ）は、感受素子３１の短手方向の断面図である。

図２（ａ）に示すように、感受部３０のそれぞれの感受素子３１は、誘電体層１０４（図１（ｂ）参照）側から、軟磁性体層１０５ａ、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、軟磁性体層１０５ｂ、導電体層１０７、軟磁性体層１０５ｃ、非磁性アモルファス金属層１０６ｂ、及び軟磁性体層１０５ｄが順に積層されて構成されている。なお、軟磁性体層１０５ａ～１０５ｄ、及び非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂをそれぞれ区別しない場合は、軟磁性体層１０５、及び非磁性アモルファス金属層１０６と表記する。また、軟磁性体層１０５ａ、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、及び軟磁性体層１０５ｂを積層体１０８ａ、軟磁性体層１０５ｃ、非磁性アモルファス金属層１０６ｂ、及び軟磁性体層１０５ｄを積層体１０８ｂと表記する。なお、積層体１０８ａ、１０８ｂをそれぞれ区別しない場合は積層体１０８と表記する。

言い換えると、図２に示すように、本実施の形態が適用される感受素子３１は、一対の軟磁性体層１０５が非磁性アモルファス金属層１０６を挟んで対向するように積層された（設けられた）積層体１０８（図２では、積層体１０８ａ、１０８ｂと表記する。）の複数（ここでは、二個）が、導電体層１０７を挟んで積層されて（設けられて）いる。なお、積層体１０８は、二個であることを要せず、三個以上がそれぞれ導電体層１０７を介して積層されていてもよい。
ここで、導電体層１０７は、感受素子３１の抵抗を低減するために設けられている。例えば、導電体層１０７は、軟磁性体層１０５に比べて導電性が高い層である。なお、導電性が高いとは、例えばシート抵抗が小さいことをいう。

図２（ｂ）に示すように、感受素子３１では、非磁性アモルファス金属層１０６を挟んで対向する軟磁性体層１０５同士が、非磁性アモルファス金属層１０６の作用により反強磁性結合（ＡＦＣ：Anti-Ferro-Coupling）している。より具体的には、感受素子３１では、非磁性アモルファス金属層１０６ａを挟んで対向する軟磁性体層１０５ａと軟磁性体層１０５ｂとが反強磁性結合し、非磁性アモルファス金属層１０６ｂを挟んで対向する軟磁性体層１０５ｃと軟磁性体層１０５ｄとが反強磁性結合する。なお、導電体層１０７を挟んで対向する軟磁性体層１０５ｂと軟磁性体層１０５ｃとが反強磁性結合している。

軟磁性体層１０５としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金（以下では、軟磁性体層１０５を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いるのがよい。軟磁性体層１０５を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ等が挙げられる。
また、図２（ａ）において軟磁性体層１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄとして示すそれぞれの軟磁性体層１０５の厚さは、１０ｎｍ以上且つ２０００ｎｍ以下の範囲とすることができ、１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。

非磁性アモルファス金属層１０６としては、非磁性アモルファス金属層１０６を挟んで対向する軟磁性体層１０５を反強磁性結合させる作用を有する非磁性のアモルファス金属を用いることができ、具体的には、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＮｉＰ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷ等が挙げられる。
また、非磁性アモルファス金属層１０６の厚さは、非磁性アモルファス金属層１０６を構成する材料によっても異なる。後述するが、薄すぎる場合は、感受素子３１のＳ／Ｎが小さくなり、厚すぎる場合は、非磁性アモルファス金属層１０６を挟んで対向する軟磁性体層１０５同士の反強磁性結合エネルギーが弱くなるおそれがある。
なお、アモルファス合金、アモルファス金属とは、結晶のような原子の規則的な配列を有しない構造を有し、スパッタリング法などで形成されるものをいう。

導電体層１０７は、感受素子３１の抵抗を低減する層であればよく、例えば軟磁性体層１０５に比べて導電性が高い層である。導電体層１０７としては、導電性が高い金属又は合金を用いることが好ましく、導電性が高く且つ非磁性の金属又は合金を用いることがより好ましい。具体的には、導電体層１０７として、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属を用いるのがよい。導電体層１０７の厚さは、例えば、１０ｎｍ～５００ｎｍである。なお、導電体層１０７の厚さは、後述する感受素子３１の抵抗Ｒや感受する磁界の値等が所望の値となるよう、軟磁性体層１０５として用いる感受素子３１を構成するＣｏ合金や導電体層１０７として用いる導電体の種類等によって変更できる。
導電体層１０７を用いることについては、後に詳述する。

感受素子３１は、長手方向に交差する方向、例えば長手方向に直交する短手方向（すなわち、感受素子３１の幅方向）に、一軸磁気異方性が付与されている。つまり、短手方向が磁化方向になっている。なお、長手方向に交差する方向とは、長手方向に対して４５°を超えた角度を有すればよい。

図１（ａ）～（ｂ）に戻って、接続部３２、端子部３３及びヨーク４０を説明する。
接続部３２及び端子部３３を構成する導電体層１１０は、導電性に優れた導電体であればよく、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ等が用いられるが特に限定されるものではない。また、接続部３２及び端子部３３を、感受素子３１と一体に形成してもよい。このようにすることで、接続部３２及び端子部３３を、別途形成することを要しない。

ヨーク４０は、感受素子３１の長手方向の端部に磁力線を誘導する。このため、ヨーク４０は、磁力線が透過しやすい軟磁性体層１０９で構成されていることがよい。前述したように、感受素子３１は、軟磁性体層１０５を含んで構成されているので、ヨーク４０を感受素子３１と同じ構造としてもよい。このようにすれば、ヨーク４０を別途形成することを要しない。

本実施の形態の磁気センサ１では、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、及び誘電体層１０４は、平面形状が四角形（図１参照）になるように加工されている。そして、露出した側面のうち、対向する２つの側面において、薄膜磁石２０がＮ極（図１（ｂ）における（Ｎ））及びＳ極（図１（ｂ）における（Ｓ））となっている。なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ線が、感受部３０の感受素子３１の長手方向に向くようになっている。ここで、長手方向を向くとは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度が４５°未満であることをいう。なお、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度は、小さいほどよい。

磁気センサ１において、薄膜磁石２０のＮ極から出た磁力線は、一旦磁気センサ１の外部に出る。そして、一部の磁力線が、ヨーク４０ａを介して感受素子３１を透過し、ヨーク４０ｂを介して再び外部に出る。そして、感受素子３１を透過した磁力線が感受素子３１を透過しない磁力線とともに薄膜磁石２０のＳ極に戻る。つまり、薄膜磁石２０は、感受素子３１の長手方向に磁界（後述するバイアス磁界Ｈｂ）を印加する。
なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とをまとめて両磁極と表記し、Ｎ極とＳ極とを区別しない場合は磁極と表記する。

なお、図１（ａ）に示すように、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）は、基板１０の表面側から見た形状が、感受部３０に近づくにつれて狭くなっていくように構成されている。これは、感受部３０に磁界を集中させる（磁力線を集める）ためである。つまり、感受部３０における磁界を強くして感度のさらなる向上を図っている。なお、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）の感受部３０に対向する部分の幅を狭くしなくてもよい。

ここで、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）と感受部３０との間隔は、例えば１μｍ～１００μｍであればよい。

（磁気センサ１の作用）
続いて、磁気センサ１の作用について説明する。
図３は、磁気センサ１の感受部３０における感受素子３１の長手方向に印加された磁界Ｈと感受部３０のインピーダンスＺとの関係を説明する図である。図３において、横軸が磁界Ｈ、縦軸がインピーダンスＺである。感受部３０のインピーダンスＺは、２個の端子部３３間に高周波電流を供給して（流して）測定される。

図３に示すように、感受部３０のインピーダンスＺは、感受素子３１の長手方向に印加する磁界Ｈが大きくなるにしたがい大きくなる。そして、印加する磁界Ｈが感受素子３１の異方性磁界Ｈｋより小さい範囲において、磁界Ｈの変化量ΔＨに対してインピーダンスＺの変化量ΔＺが急峻な部分（ΔＺ／ΔＨが大きい）を用いると、磁界Ｈの微弱な変化をインピーダンスＺの変化量ΔＺとして取り出すことができる。図３では、ΔＺ／ΔＨが大きい磁界Ｈの中心を磁界Ｈｂとして示している。つまり、磁界Ｈｂの近傍（図３で矢印で示す範囲）における磁界Ｈの変化量（ΔＨ）が高精度に測定できる。磁界Ｈｂは、バイアス磁界と呼ばれることがある。以下では、磁界Ｈｂをバイアス磁界Ｈｂと表記する。

磁気インピーダンス効果素子として、導電体層１０７を含まない感受素子３１を用いた磁気センサ１では、供給する電流の周波数が高いと、磁界Ｈの変化量ΔＨに対するインピーダンスＺの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が低下する場合がある。例えば、供給する電流の周波数が１００ＭＨｚ未満においては、インピーダンスＺの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が増加するが、供給する電流の周波数が１００ＭＨｚ以上において、インピーダンスＺの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が低下する場合がある。言い換えると、導電体層１０７を含まない感受素子３１を用いた磁気センサ１では、供給する電流の周波数が高いと、磁界Ｈの変化に対する感度が低下する場合がある。

周波数の高い電流を供給した場合の磁気センサ１の感度の低下は、並列する感受素子３１同士の間隙や、感受素子３１（感受部３０）とヨーク４０との間隙で生じる浮遊容量の影響によるものと推測される。付言すると、磁気センサ１におけるインピーダンスＺのうち、虚部の容量性成分（容量性リアクタンス）が大きくなることの影響によるものと推測される。
そして、磁気センサ１において、感受素子３１の長さを長くしたり、並列させる感受素子３１の個数を多くしたりすると、感受素子３１同士の間隙や感受素子３１（感受部３０）とヨーク４０との間隙が多くなるため、浮遊容量の影響が大きくなりやすい。この結果、磁気センサ１の感度の低下が顕著になるものと考えられる。

磁気センサ１において感受素子３１の抵抗をＲ、浮遊容量をＣとし、感受素子３１が抵抗Ｒと浮遊容量Ｃとの並列回路で構成されているとする。すると、この磁気センサ１の緩和周波数ｆ_０は、抵抗Ｒが小さいほど、又は浮遊容量Ｃが小さいほど高くなる。つまり、抵抗Ｒが小さいほど、又は浮遊容量Ｃが小さいほど、周波数が高い電流を供給した場合の磁気センサ１の感度が向上する。そこで、本実施の形態が適用される磁気センサ１では、感受素子３１に導電体層１０７を設け、供給する電流の周波数が高い場合でも、インピーダンスＺの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が低下することを抑制している。

（従来の磁気センサにおいて生じうる課題）
ところで、磁気インピーダンス効果素子として感受素子３１を備える従来の磁気センサでは、感受素子３１の構造によっては、磁気センサからの出力における信号（Signal）と雑音（Noise）との比であるＳ／Ｎが低下してしまう場合がある。例えば、感受素子３１が１層の軟磁性体層から構成される場合、Ｓ／Ｎが低下してしまう場合がある。これは、感受素子３１に磁化の向きが環状を呈する還流磁区（詳細については後述する。）が形成され、バイアス磁界Ｈｂの近傍において、磁界Ｈの変化に伴って還流磁区を構成する磁壁が移動することによるものと推測される。
以下、感受素子３１に形成される還流磁区によって磁気センサのＳ／Ｎが低下する現象について、具体的に説明する。

図４（ａ）～（ｄ）は、従来の磁気センサにおいて、感受素子３１に印加される磁界Ｈの強さと、感受素子３１における磁区の変化との関係を説明するための図である。なお、ここでは、磁界Ｈが０である初期状態において、既に、感受素子３１の短手方向に一軸磁気異方性が付与されているものとする。

図４（ａ）は、磁界Ｈが０に近い非常に弱い状態（「初透磁率範囲」と称する、詳細は後述する）における、感受素子３１の磁区構造の一例を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す状態よりも磁界Ｈを強くした状態（「不可逆磁壁移動範囲」と称する、詳細は後述する）における、感受素子３１の磁区構造の一例を示している。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す状態よりも磁界Ｈを強くした状態（「回転磁化範囲」と称する、詳細は後述する）における、感受素子３１の磁区構造の一例を示している。図４（ｄ）は、図４（ｃ）に示す状態よりも磁界Ｈを強くした状態（「飽和」と称する、詳細は後述する）における、感受素子３１の磁区構造の一例を示している。

図５は、感受素子３１に印加される磁界Ｈの強さと、感受素子３１における磁化Ｍの強さとの関係を説明するための図である。図５において、横軸は磁界Ｈ（Ｏｅ）であり、縦軸は磁化Ｍ（ａ．ｕ．）である。なお、図５には、磁界Ｈ及び磁化Ｍと、上記「初透磁率範囲」、「不可逆磁壁移動範囲」、「回転磁化範囲」及び「飽和」との関係も示されている。

図５において、外部から感受素子３１に印加される磁界Ｈが、０から磁壁移動磁界Ｈｗ（詳細は後述する）に至るまでの範囲が「初透磁率範囲」である。
初透磁率範囲において、感受素子３１には、それぞれの磁化Ｍの向きが異なる複数の磁区が形成されている。図４（ａ）を参照してより具体的に説明すると、感受素子３１は、磁化Ｍの向きが磁化容易軸方向（短手方向）を向く第１の磁区Ｄ１及び第２の磁区Ｄ２と、磁化Ｍの向きが磁化困難軸方向（長手方向）を向く第３の磁区Ｄ３及び第４の磁区Ｄ４とを有している。このとき、第１の磁区Ｄ１及び第２の磁区Ｄ２は互いに逆向きであり、第３の磁区Ｄ３及び第４の磁区Ｄ４も互いに逆向きである。そして、これら４つの磁区は、図中時計回り方向に、「第１の磁区Ｄ１」→「第３の磁区Ｄ３」→「第２の磁区Ｄ２」→「第４の磁区Ｄ４」→「第１の磁区Ｄ１」となるように循環して配置される。その結果、これら４つの磁区は、全体としてみたときに、磁化Ｍの向きが環状を呈する還流磁区を形成している。

また、マクロ的にみれば、感受素子３１では、複数の還流磁区が長手方向に沿って並べて配置されている。そして、各還流磁区では、上述した磁化容易軸と磁化困難軸との関係に基づき、磁化容易軸に沿う第１の磁区Ｄ１及び第２の磁区Ｄ２の各面積が、磁化困難軸に沿う第３の磁区Ｄ３及び第４の磁区Ｄ４の各面積よりも大きくなっている。

そして、初透磁率範囲では、磁界Ｈの変化に対して各還流磁区を構成する各磁区がそのままの状態に維持される。換言すれば、磁界Ｈが０～磁壁移動磁界Ｈｗにある場合、磁界Ｈが増加したとしても、図４（ａ）に示す磁区構造は変化しないままである。

図５において、外部から感受素子３１に印加される磁界Ｈが、磁壁移動磁界Ｈｗから磁化回転磁界Ｈｒ（詳細は後述する）に至るまでの範囲を、「不可逆磁壁移動範囲」という。
磁界Ｈが、感受素子３１を構成する軟磁性体層１０５の特性（材料、構造、寸法など）に基づいて定まる磁壁移動磁界Ｈｗを超えると、各還流磁区では、隣接する磁区同士の間に存在する磁壁の位置が磁界Ｈの作用に伴って移動する、磁壁移動が生じる。図４（ｂ）を参照してより具体的に説明すると、各還流磁区では、磁界Ｈと磁化Ｍの向きとが同じ第４の磁区Ｄ４と、第４の磁区Ｄ４に隣接する第１、第２の磁区Ｄ１、Ｄ２との間に存在する磁壁が、第４の磁区Ｄ４の面積を増加させる側に移動する。また、磁界Ｈと磁化Ｍの向きとが逆の第３の磁区Ｄ３と、第３の磁区Ｄ３に隣接する第１、第２の磁区Ｄ１、Ｄ２との間に存在する磁壁が、第３の磁区Ｄ３の面積を減少させる側に移動する。その結果、第４の磁区Ｄ４の面積は、図４（ａ）に示す初透磁率範囲のときよりも増加し、残りの第１の磁区Ｄ１～第３の磁区Ｄ３の各面積は、初透磁率範囲のときよりも減少する。

また、不可逆磁壁移動範囲における磁壁の移動は、磁界Ｈの増加に伴って不連続に生じる。その結果、磁界Ｈに対する感受素子３１全体での磁化Ｍの変化は、図５に要部を拡大して示すように、直線状や曲線状ではなく、階段状（ギザギザ状）となる。なお、このような磁界Ｈと磁化Ｍとの関係は、バルクハウゼン効果と呼ばれている。

そして、不可逆磁壁移動範囲では、磁界Ｈの変化に対して各還流磁区を構成する各磁区の面積比が徐々に変化していく状態が続く。より具体的に説明すると、磁界Ｈが磁壁移動磁界Ｈｗ～磁化回転磁界Ｈｒにある場合、磁界Ｈの増加に伴って、第４の磁区Ｄ４の面積は漸次増加していき、第１の磁区Ｄ１～第３の磁区Ｄ３の各面積は漸次減少していく。

図５において、外部から印加される磁界Ｈが、磁化回転磁界Ｈｒから異方性磁界Ｈｋに至るまでの範囲を、「回転磁化範囲」という。
磁界Ｈが、感受素子３１を構成する軟磁性体層１０５の特性（材料、構造、寸法など）に基づいて定まる磁化回転磁界Ｈｒを超えると、各還流磁区では、隣接する磁区同士の間に存在する磁壁の位置が略固定された状態で、磁化Ｍの向きが磁界Ｈの向きとは異なる磁区において、磁化Ｍの向きが磁界Ｈの向きと同じ側を向くように磁化回転が生じる。図４（ｃ）を参照してより具体的に説明すると、磁化Ｍの向きが磁界Ｈの向きとは異なる第１～第３の磁区Ｄ１～Ｄ３のそれぞれにおいて、磁化Ｍの向きが磁界Ｈの向きと同じ側を向くように徐々に回転していく、磁化回転が生じる。このとき、第４の磁区Ｄ４は、自身の磁化の向きが既に磁界Ｈの向きと一致していることから、そのままの状態を維持する。

そして、回転磁化範囲では、磁界Ｈの変化に対して各還流磁区を構成する各磁区の面積比はほぼ変わらない一方、第１～第３の磁区Ｄ１～Ｄ３の磁化Ｍの向きが徐々に変化していく状態が続く。つまり、磁界Ｈが磁化回転磁界Ｈｒ～異方性磁界Ｈｋにある場合、磁界Ｈの増加に伴って、第４の磁区Ｄ４の磁化Ｍの向きは変わらないものの、他の第１～第３の磁区Ｄ１～Ｄ３の各磁化Ｍの向きは磁界Ｈの向きと一致する側に向かって徐々に回転していく。

ただし、回転磁化範囲では、第１～第３の磁区Ｄ１～Ｄ３における各磁化Ｍの向きの回転が連続的に生じる。したがって、回転磁化範囲では、磁界Ｈに対する感受素子３１全体での磁化Ｍの変化は、図５に示したように曲線状となる。そして、回転磁化範囲では、磁界Ｈの増加に対する感受素子３１全体での磁化Ｍの増加は、磁界Ｈの増加に伴って鈍化し、最大値となる異方性磁界Ｈｋの近傍において略平坦となる。

図５において、外部から印加される磁界Ｈが、異方性磁界Ｈｋを超えた領域を、「飽和」という。
磁界Ｈが、上記異方性磁界Ｈｋを超えると、各還流磁区における磁化Ｍの向きが、磁界Ｈの向きに揃う。図４（ｄ）を参照してより具体的に説明すると、第１～第３の磁区Ｄ１～Ｄ３における磁化Ｍの向きが、第４の磁区Ｄ４における磁化Ｍの向きに揃う。その結果として、隣接する磁区同士の間に存在していた磁壁が消滅し、感受素子３１が１つの磁区（単磁区）で形成されることになる。

また、飽和では、複数の還流磁区を備えた構成から単磁区を備えた構成へと磁区構造が変化したことに伴い、磁界Ｈの変化に対して感受素子３１全体の磁化Ｍが変化しなくなって、略一定の値をとるようになる。

通常、磁気センサでは、バイアス磁界Ｈｂの大きさを、磁界Ｈの変化量ΔＨに対する磁化Ｍの変化量ΔＭが大きい（すなわち、磁界Ｈの変化量ΔＨに対するインピーダンスＺの変化量ΔＺが大きい）不可逆磁壁移動範囲に設定する。そして、不可逆磁壁移動範囲では、感受素子３１に還流磁区が形成されていると、磁界Ｈの変化に伴って、還流磁区を構成する磁壁が階段状に不連続に移動するバルクハウゼン効果が生じる。この感受素子３１における磁壁の不連続な移動がノイズとなり、磁気センサから得られる出力におけるＳ／Ｎが低下するものと推測される。
したがって、磁壁の不連続な移動に伴うノイズを低減し、磁気センサから得られる出力におけるＳ／Ｎの低下を抑制するためには、感受素子３１に形成される磁区を大きくし、感受素子３１に還流磁区が形成されないようにすることが好ましい。

（本実施の形態の感受素子３１の磁区構造）
これに対し、本実施の形態の磁気センサ１における感受素子３１は、二つの軟磁性体層１０５が非磁性アモルファス金属層１０６を介して対向するように構成されている。このようにすることで、感受素子３１に還流磁区が形成されにくくしている。なお、図２（ａ）に示したように、本実施の形態の磁気センサ１における感受素子３１では、誘電体層１０４（図１（ｂ）参照）上に、軟磁性体層１０５ａ、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、軟磁性体層１０５ｂ、導電体層１０７、軟磁性体層１０５ｃ、非磁性アモルファス金属層１０６ｂ、軟磁性体層１０５ｄが順に積層されて構成されている。

本実施の形態の磁気センサ１は、磁界Ｈの変化量ΔＨに対して磁化Ｍが変化するのではなく、透磁率μが変化する。透磁率μの変化によって表皮深さ（δ＝√（２ρ／ωμ））が変化し、その結果、インピーダンスＺが変化する。
以下、本実施の形態が適用される感受素子３１の磁区構造を、非磁性アモルファス金属層１０６の厚さとの関係において説明する。

図６（ａ）～（ｄ）は、図２に示した構造を有する本実施の形態が適用される感受素子３１の磁区の状態を撮影して得た写真である。
感受素子３１は、図２（ａ）に示したように、軟磁性体層１０５ａ、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、軟磁性体層１０５ｂ、導電体層１０７、軟磁性体層１０５ｃ、非磁性アモルファス金属層１０６ｂ、軟磁性体層１０５ｄが順に積層されて構成されている。そして、軟磁性体層１０５（軟磁性体層１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ）は、厚さ２５０ｎｍのＣｏ_８０Ｎｂ_１７Ｚｒ_３（数字は、原子％）である。非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂは、ＣｒＴｉ（原子％は共に５０％）である。導電体層１０７は、厚さ３００ｎｍのＡｇである。
ただし、図６（ａ）は、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂを含まない場合（ＣｒＴｉ＝０ｎｍと表記）であって、軟磁性体層１０５ａと軟磁性体層１０５ｂとが一体となった５００ｎｍのＣｏ_８０Ｎｂ_１７Ｚｒ_３の軟磁性体層と、軟磁性体層１０５ｃと軟磁性体層１０５ｄとが一体となった５００ｎｍのＣｏ_８０Ｎｂ_１７Ｚｒ_３の軟磁性体層とが、Ａｇの導電体層を挟んで積層されている。
図６（ｂ）は、ＣｒＴｉの非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂの厚さが１５ｎｍの場合（ＣｒＴｉ＝１５ｎｍと表記）、図６（ｃ）は、ＣｒＴｉの非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂの厚さが３０ｎｍの場合（ＣｒＴｉ＝３０ｎｍと表記）、図６（ｄ）は、ＣｒＴｉの非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂの厚さが５０ｎｍの場合（ＣｒＴｉ＝５０ｎｍと表記）である。なお、図６（ａ）～（ｄ）は、外部磁界を印加していない状態（０Ｏｅ）において、ネオアーク社製のNeomagnesia Liteを用いて撮影した。

図６（ａ）に示すように、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂを含まない場合（ＣｒＴｉ＝０ｎｍ）では、感受素子３１の長手方向に並んだ複数の磁区が観察された。この状態は、図４（ａ）に示した磁区構造と同様である。
これに対して、図６（ｂ）～（ｄ）に示すように、ＣｒＴｉの非磁性アモルファス金属層１０６ａ、１０６ｂの厚さが１５ｎｍ以上において、感受素子３１に、磁区（還流磁区）が観察されない。つまり、Ｃｏ_８０Ｎｂ_１７Ｚｒ_３を軟磁性体層１０５とし、非磁性アモルファス金属層１０６がＣｒＴｉである場合、ＣｒＴｉの非磁性アモルファス金属層１０６の厚さが１５ｎｍ以上であれば、磁区が観察されない。つまり、ＣｒＴｉの非磁性アモルファス金属層１０６は、軟磁性体層１０５における磁区の発生を抑制する層として機能する。

図６（ｂ）～（ｄ）には、磁区の発生を抑制する層である非磁性アモルファス金属層１０６としてＣｒＴｉを用いた場合を示したが、非磁性アモルファス金属層１０６として、ＡｌＴｉ、ＮｉＰ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷなどであってもよい。
なお、非磁性アモルファス金属層１０６の代わりに、Ｒｕ又はＳｉＯ_２の非磁性体層を用いても、磁区の発生が抑制される場合がある。
よって、これらの磁区の発生を抑制しうる層を、磁区抑制層と表記する。

図７は、感受素子３１のＳ／Ｎを示す図である。ここでは、磁区抑制層として、非磁性アモルファス金属層１０６であるＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ及びＮｉＰを用いた場合（それぞれＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＮｉＰと表記）、及び非磁性体層であるＳｉＯ_２を用いた場合（ＳｉＯ_２と表記）を示す。図７において、横軸が磁区抑制層の厚さ（ｎｍ）、縦軸がＳ／Ｎである。なお、磁区抑制層の厚さ０は、磁区抑制層を用いていない場合である。

Ｓ／Ｎは、ＡＭ変調ブリッジ回路を使って、磁気センサ１の信号（Signal）と雑音（Noise）とから評価した。具体的な評価方法は、磁気センサ１をＡＭ変調ブリッジ回路に設置し、ソレノイドコイルから１Ｈｚの正弦波信号磁界を磁気センサ１に入れ、その信号磁界によって発生するＡＭ変調ブリッジ回路の出力を信号（Signal）とし、信号磁界を入れていない時の出力をノイズ（Noise）とする。そして、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、１Ｈｚにおける信号（Signal）と雑音（Noise）との比をＳ／Ｎとした。

図７において、磁区抑制層を非磁性アモルファス金属層１０６のＣｒＴｉとした場合（ＣｒＴｉ）の感受素子３１の構成は、図６に示した感受素子３１と同じである。磁区抑制層を非磁性アモルファス金属層１０６のＡｌＴｉとした場合（ＡｌＴｉ）の感受素子３１においてＡｌとＴｉとの原子％は、共に５０％であり、感受素子３１の各層の厚さは、ＣｒＴｉを用いた場合と同じである。さらに、磁区抑制層を非磁性アモルファス金属層１０６のＮｉＰとした場合（ＮｉＰ）の感受素子３１においてＮｉとＰとの原子％は、８０％と２０％であり、感受素子３１の各層の厚さは、ＣｒＴｉを用いた場合と同じである。また、磁区抑制層を非磁性体層であるＳｉＯ_２とした場合（ＳｉＯ_２）の感受素子３１の構成における各層の厚さは、ＣｒＴｉを用いた場合と同じである。

まず、図７において、磁区抑制層として非磁性アモルファス金属層１０６のＣｒＴｉを用いた場合（ＣｒＴｉ）を説明する。
ＣｒＴｉの厚さが０ｎｍの場合、つまり磁区抑制層を有しない場合のＳ／Ｎは、４．０である。そして、磁区抑制層としてＣｒＴｉを用いることで、Ｓ／Ｎは、磁区抑制層を有しない場合より大きくなる。そして、ＣｒＴｉが厚くなるにしたがいＳ／Ｎが向上する。つまり、ＣｒＴｉの厚さが１０ｎｍの場合のＳ／Ｎは１７．２で、磁区抑制層を有しない場合の４倍である。そして、ＣｒＴｉの厚さが１５ｎｍの場合のＳ／Ｎは３６．５で、磁区抑制層を有しない場合の９倍である。また、ＣｒＴｉの厚さが２５ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下の場合のＳ／Ｎは４０で、磁区抑制層を有しない場合の１０倍である。言い換えれば、非磁性アモルファス金属であるＣｒＴｉを軟磁性体層１０５の間に磁区抑制層として挟むことにより、Ｓ／Ｎが向上することが分かる。特に、厚さが１５ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下のＣｒＴｉにおいて、Ｓ／Ｎがほぼ同じであって、厚さ１５ｎｍでＳ／Ｎの向上が飽和する傾向にある。

これは、図６（ｂ）～（ｄ）に示したように、厚さが１５ｎｍ以上のＣｒＴｉが磁区の発生を抑制する磁区抑制層として機能することによる。つまり、磁区の発生が抑制されることにより、還流磁区を構成する磁壁の不連続な移動に伴うノイズ、つまりバルクハウゼン効果によるノイズが抑制され、磁気センサ１から得られるＳ／Ｎの低下が抑制されるためと考えられる。

なお、ＣｒＴｉの厚さが５０ｎｍ超となると、ＣｒＴｉの非磁性アモルファス金属層１０６を挟んで対向する軟磁性体層１０５同士の反強磁性結合エネルギーが弱くなるおそれがある。このため、ＣｒＴｉは、厚さが１５ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下であることが好ましい。

次に、図７において、磁区抑制層を非磁性アモルファス金属層１０６のＡｌＴｉとした場合（ＡｌＴｉ）を説明する。
この場合も、ＡｌＴｉが厚くなるにしたがいＳ／Ｎが大きくなる。つまり、ＡｌＴｉの厚さが１５ｎｍの場合のＳ／Ｎは５．６であり、磁区抑制層を有しない場合（ＣｒＴｉの０ｎｍにおける４．０）の１．４倍である。ＡｌＴｉの厚さが３０ｎｍの場合のＳ／Ｎは３６．１になり、磁区抑制層を有しない場合の９倍である。そして、ＡｌＴｉの厚さが３５ｎｍの場合のＳ／Ｎは３２．５、ＡｌＴｉの厚さが４０ｎｍの場合のＳ／Ｎは３５．１である。つまり、ＡｌＴｉの厚さが３０ｎｍ以上において、Ｓ／Ｎは、ほぼ３５である。このＳ／Ｎは、磁区抑制層を有しない場合の８．８倍である。
ＡｌＴｉにおけるＳ／Ｎ向上の傾向は、ＣｒＴｉの場合と同様で、厚くなるとＳ／Ｎが向上するが、ある厚さで飽和する。しかし、ＡｌＴｉにおいてＳ／Ｎが飽和に達する厚さ（３０ｎｍ）は、ＣｒＴｉの場合（１５ｎｍ）に比べて大きい。また、ＡｌＴｉにおいて飽和に達したＳ／Ｎ（３５）は、ＣｒＴｉにおいて飽和に達したＳ／Ｎ（４０）に比べて小さい。

そして、図７において、磁区抑制層を非磁性アモルファス金属層１０６のＮｉＰとした場合（ＮｉＰ）を説明する。
この場合も、ＮｉＰが厚くなるにしたがいＳ／Ｎが大きくなる。つまり、ＮｉＰの厚さが１５ｎｍの場合のＳ／Ｎは２０．２であり、磁区抑制層を有しない場合（ＣｒＴｉの０ｎｍにおける４．０）の５．１倍である。ＮｉＰの厚さが２０ｎｍの場合のＳ／Ｎは２１．６になり、ＮｉＰの厚さが２５ｎｍの場合のＳ／Ｎは３７．９になる。そして、ＮｉＰの厚さが３０ｎｍの場合のＳ／Ｎは４１になり、磁区抑制層を有しない場合の１０倍である。

ＮｉＰにおけるＳ／Ｎ向上の傾向は、ＣｒＴｉの場合と同様で、厚くなるとＳ／Ｎが向上するが、厚さが２５ｎｍ以上で飽和する傾向がある。しかし、ＮｉＰにおいてＳ／Ｎが飽和に達する厚さ（２５ｎｍ）は、ＣｒＴｉの場合（１５ｎｍ）に比べて大きい。また、ＮｉＰにおいて飽和に達したＳ／Ｎ（４１）は、ＣｒＴｉにおいて飽和に達したＳ／Ｎ（４０）とほぼ同じである。ＮｉＰは、厚さが２５ｎｍ以上であることが好ましい。

非特許文献１には、ＮｉＰは、めっき膜において、Ｐの原子％が１９％以上においてアモルファス構造をとることが記載され、Ｐの原子％が少なくとも３１．０％までアモルファス構造をとることが記載されている。さらに、Ｐの原子％が１８％以上において、保磁力、残留磁化、飽和磁化がともに０になり、非磁性となることが記載されている。スパッタリング法で形成された膜は、めっき法で形成された膜よりアモルファス構造をとりやすいと考えられる。よって、少なくともめっき膜がアモルファス構造や非磁性となるＰの原子％の範囲においては、スパッタリング法で形成されたＮｉとＰとを主とするＮｉＰにおいても、アモルファス構造や非磁性となると考えられる。よって、磁区抑制層を非磁性アモルファス金属層１０６のＮｉＰとした場合でも、Ｐの原子％を１９％以上且つ３１％以下とするのが好ましい。

次に、図７において、ＳｉＯ_２と表記する、磁区抑制層を非磁性体層ＳｉＯ_２とした場合（ＳｉＯ_２）を説明する。
この場合も、ＳｉＯ_２が厚くなるにしたがいＳ／Ｎが大きくなる。つまり、ＳｉＯ_２の厚さが３０ｎｍの場合、Ｓ／Ｎは９．３であり、磁区抑制層を有しない場合（ＣｒＴｉの０ｎｍにおける４．０）の２．３倍となる。そして、ＳｉＯ_２の厚さが５０ｎｍの場合のＳ／Ｎは１５．９であり、磁区抑制層を有しない場合の４．０倍となる。しかし、このＳ／Ｎ（１５．９）は、磁区抑制層としてＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ又はＮｉＰを用いた場合に飽和に達したＳ／Ｎ（４０、３５、４１）に比べて小さい。

以上説明したように、ＳｉＯ_２の非磁性体層を磁区抑制層として用いた場合であっても、Ｓ／Ｎの向上が見られる。しかし、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＮｉＰなどの非磁性アモルファス金属を磁区抑制層として用いた方が、ＳｉＯ_２の非磁性体層を磁区抑制層として用いた場合に比べ、Ｓ／Ｎの向上効果が大きい。

なお、上述したＳ／Ｎの向上は、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ又はＮｉＰの非磁性アモルファス金属層１０６や、ＳｉＯ_２の非磁性体層を軟磁性体層１０５の間に挟むことにより、これらが磁区の発生を抑制する磁区抑制層として機能して、バルクハウゼン効果によるノイズの発生が抑制されるためと考えられる。

図８は、感受素子３１の異方性磁界Ｈｋを示す図である。ここでは、磁区抑制層として、非磁性アモルファス金属層１０６であるＣｒＴｉを用いた場合（ＣｒＴｉと表記）、及び非磁性体層であるＲｕを用いた場合（Ｒｕと表記）を示す。図８において、横軸が磁区抑制層の厚さ（ｎｍ）、縦軸が異方性磁界Ｈｋ（Ｏｅ）である。なお、磁区抑制層の厚さ０は、磁区抑制層を用いていない場合である。

磁気センサ１においては、図３に示したように、印加する磁界Ｈが感受素子３１の異方性磁界Ｈｋより小さい範囲において、磁界Ｈの変化量ΔＨに対してインピーダンスＺの変化量ΔＺが急峻な部分（ΔＺ／ΔＨが大きい）が用いられる。このため、異方性磁界Ｈｋが小さいほど、磁界Ｈの変化量ΔＨに対するインピーダンスＺの変化が急峻になるとともに、印加するバイアス磁界Ｈｂが小さくてよい。

図８において、磁区抑制層として非磁性アモルファス金属層１０６のＣｒＴｉを用いた場合（ＣｒＴｉ）を説明する。
感受素子３１は、前述した構成と同じである。

ＣｒＴｉの厚さが０ｎｍの場合、つまり磁区抑制層を有しない場合の異方性磁界Ｈｋは、７．５Ｏｅである。そして、磁区抑制層として厚さが５ｎｍ～３０ｎｍの範囲におけるＣｒＴｉを用いた場合の異方性磁界Ｈｋは、約７．９である。この範囲において、異方性磁界Ｈｋは、厚さによる差が小さい。つまり、磁区抑制層としてＣｒＴｉを用いた場合、異方性磁界Ｈｋは、厚さ依存性がほとんど見られない。さらに、磁区抑制層を有しない場合と、磁区抑制層としてＣｒＴｉを用いた場合とで、異方性磁界Ｈｋの差が小さい。つまり、磁区抑制層として非磁性アモルファス金属層１０６としてＣｒＴｉを用いても、異方性磁界Ｈｋに変化を生じさせにくい。

一方、図８において、磁区抑制層として非磁性体層のＲｕを用いた場合（Ｒｕ）を説明する。なお、Ｒｕの非磁性体層を非磁性体層（Ｒｕ）と表記する。
感受素子３１は、軟磁性体層、非磁性体層（Ｒｕ）、及び軟磁性体層が順に積層して構成されている。軟磁性体層は、５００ｎｍのＣｏ_８５Ｎｂ_１２Ｚｒ_３で構成され、非磁性体層（Ｒｕ）は、厚さ１．８ｎｍのＲｕで構成されている。なお、磁区抑制層が０ｎｍとは、非磁性体層（Ｒｕ）を有しない場合である。つまり、磁区抑制層が０ｎｍでは、感受素子３１が、厚さ１０００ｎｍのＣｏ_８５Ｎｂ_１２Ｚｒ_３の単層で構成されている。

磁区抑制層を有しない場合（０ｎｍ）の異方性磁界Ｈｋは、９．３Ｏｅである。そして、磁区抑制層として厚さが１．８ｎｍのＲｕを用いる場合の異方性磁界Ｈｋは、約１０．８である。つまり、Ｒｕの非磁性層を用いた磁区抑制層を有すると、磁区抑制層を有しない場合に比べて、異方性磁界Ｈｋが増大する。

また、感受素子３１を、軟磁性体層、非磁性体層（Ｒｕ）、軟磁性体層、非磁性体層（Ｒｕ）、軟磁性体層、非磁性体層（Ｒｕ）、及び軟磁性体層を順に積層して構成した場合であっても、異方性磁界Ｈｋは、１２．５Ｏｅであった。この場合、軟磁性体層は、厚さ２５０ｎｍのＣｏ_８５Ｎｂ_１２Ｚｒ_３で構成され、非磁性体層（Ｒｕ）は、厚さ１．８ｎｍである。つまり、軟磁性体層の厚さを１／２にして、磁区抑制層として機能する非磁性体層（Ｒｕ）の数を増やしても、異方性磁界Ｈｋは、磁区抑制層を有しない場合より増大する。

なお、図８において、磁区抑制層を有しない場合（厚さが０ｎｍ）の異方性磁界Ｈｋが、ＣｒＴｉの場合とＲｕの場合とで異なるのは、軟磁性体層１０５の組成が異なるためである。軟磁性体層１０５の組成が異なっても、磁区抑制層としてＣｒＴｉを用いた場合とＲｕを用いた場合とにおける異方性磁界Ｈｋに与える傾向は、上記の結果と同様であると考えられる。

以上説明したように、磁区抑制層としてＲｕを用いると、異方性磁界Ｈｋは、磁区抑制層を用いない場合から増大する。一方、磁区抑制層としてＣｒＴｉを用いれば、異方性磁界Ｈｋは、磁区抑制層を用いない場合と同程度であって、且つ厚さに対する依存性が少ない。
磁区抑制層として、ＣｒＴｉと同様に非磁性アモルファス金属であるＡｌＴｉ、ＮｉＰ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷを用いた場合も同様である。

（磁気センサ１の製造方法について）
次に、磁気センサ１の製造方法の一例を説明する。
基板１０は、上述したように、非磁性材料からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキなどを施した金属等の金属基板である。基板１０には、研磨機などを用いて、例えば曲率半径Ｒａが０．１ｎｍ～１００ｎｍの筋状の溝又は筋状の凹凸が設けられていてもよい。なお、この筋状の溝又は筋状の凹凸の筋の方向は、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向に設けられているとよい。このようにすることで、硬磁性体層１０３における結晶成長が、溝の方向へ促進される。よって、硬磁性体層１０３により構成される薄膜磁石２０の磁化容易軸がより溝方向（薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向）に向きやすい。つまり、薄膜磁石２０の着磁をより容易にする。

ここでは、基板１０は、一例として直径約９５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのガラスとして説明する。磁気センサ１の平面形状が数ｍｍ角である場合、基板１０上には、複数の磁気センサ１が一括して製造され、後に個々の磁気センサ１に分割（切断）される。

基板１０を洗浄した後、基板１０の一方の面（以下、表面と表記する。）上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３及び誘電体層１０４を順に成膜（堆積）する。

まず、Ｃｒ又はＮｉを含む合金である密着層１０１、Ｃｒ等を含む合金である制御層１０２、及び、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金である硬磁性体層１０３を順に連続して成膜（堆積）する。この成膜は、スパッタリング法などにより行える。それぞれの材料で形成された複数のターゲットに順に対面するように、基板１０を移動させることで密着層１０１、制御層１０２及び硬磁性体層１０３が基板１０上に順に積層される。前述したように、制御層１０２及び硬磁性体層１０３の形成では、結晶成長を促進するために、基板１０を例えば１００℃～６００℃に加熱するとよい。

なお、密着層１０１の成膜では、基板１０の加熱を行ってもよく、行わなくてもよい。基板１０の表面に吸着している水分などを除去するために、密着層１０１を成膜する前に、基板１０を加熱してもよい。

次に、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等の酸化物、又は、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ等の窒化物等である誘電体層１０４を成膜（堆積）する。誘電体層１０４の成膜は、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタリング法などにより行える。

そして、感受部３０の感受素子３１が形成される部分を開口とするフォトレジストによるパターン（レジストパターン）を、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。

続いて、感受素子３１の軟磁性体層１０５ａを構成するＣｏ合金、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、軟磁性体層１０５ｂを構成するＣｏ合金、導電体層１０７、軟磁性体層１０５ｃを構成するＣｏ合金、非磁性アモルファス金属層１０６ｂ、及び軟磁性体層１０５ｄを構成するＣｏ合金を順に成膜（堆積）する。軟磁性体層１０５、非磁性アモルファス金属層１０６、及び導電体層１０７の成膜は、例えばスパッタリング法を用いて行える。

その後、レジストパターンを除去するとともに、レジストパターン上の軟磁性体層１０５ａ、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、軟磁性体層１０５ｂ、導電体層１０７、軟磁性体層１０５ｃ、非磁性アモルファス金属層１０６ｂ、及び軟磁性体層１０５ｄを除去（リフトオフ）する。これにより、感受素子３１が形成される。

次に、ヨーク４０が形成される部分を開口とするフォトレジストによるレジストパターンを、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。
そして、軟磁性体層１０９を構成するＣｏ合金を成膜（堆積）する。

その後、レジストパターンを除去するとともに、レジストパターン上の軟磁性体層１０９を除去（リフトオフ）する。これにより、軟磁性体層１０９によるヨーク４０が形成される。

次に、感受部３０の接続部３２及び端子部３３を形成する。接続部３２及び端子部３３は、例えば、メタルマスクを用いて、スパッタリング法又は真空蒸着法にて導電体層１１０を成膜することにより形成する。

この後、感受素子３１を構成する軟磁性体層１０５には、感受部３０の感受素子３１（図１（ａ）参照）の幅方向（短手方向）に一軸磁気異方性を付与する。この軟磁性体層１０５への一軸磁気異方性の付与は、例えば３ｋＧ（０．３Ｔ）の回転磁場中における４００℃での熱処理（回転磁場中熱処理）と、それに引き続く３ｋＧ（０．３Ｔ）の静磁場中における４００℃での熱処理（静磁場中熱処理）とで行える。この時、ヨーク４０を構成する軟磁性体層１０９にも同様の一軸磁気異方性が付与される。しかし、ヨーク４０は、磁気回路としての役割を果たせばよく、一軸磁気異方性が付与されなくてもよい。

次に、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３を着磁する。硬磁性体層１０３に対する着磁は、静磁場中又はパルス状の磁場中において、硬磁性体層１０３の保磁力より大きい磁界を、硬磁性体層１０３の磁化が飽和するまで印加することで行える。

この後、基板１０上に形成された複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割（切断）する。つまり、図１（ａ）の平面図に示したように、平面形状が四角形になるように、基板１０、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４及び軟磁性体層１０９を切断する。すると、分割（切断）された硬磁性体層１０３の側面に薄膜磁石２０の磁極（Ｎ極及びＳ極）が露出する。こうして、着磁された硬磁性体層１０３は、薄膜磁石２０になる。この分割（切断）は、ダイシング法やレーザカッティング法などにより行える。

なお、複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の前に、基板１０上において隣接する磁気センサ１の間の密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４及び軟磁性体層１０５を、平面形状が四角形（図１（ａ）に示した磁気センサ１の平面形状）になるようにエッチング除去してもよい。そして、露出した基板１０を分割（切断）してもよい。
また、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３及び誘電体層１０４を形成する工程の後に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４を、平面形状が四角形（図１（ａ）に示した磁気センサ１の平面形状）になるように加工してもよい。
なお、ここで説明した製造方法は、これらの製造方法に比べ、工程が簡略化される。

このようにして、磁気センサ１が製造される。なお、軟磁性体層１０５への一軸磁気異方性の付与及び／又は薄膜磁石２０の着磁は、磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の後に、磁気センサ１毎又は複数の磁気センサ１に対して行ってもよい。

なお、制御層１０２を備えない場合には、硬磁性体層１０３を成膜後、８００℃以上に加熱して結晶成長させることで、面内に磁気異方性を付与することが必要となる。しかし、本実施の形態が適用される磁気センサ１のように、制御層１０２を備える場合には、制御層１０２により結晶成長が促進されるため、８００℃以上のような高温による結晶成長を要しない。

また、感受素子３１への一軸磁気異方性の付与は、上記の回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う代わりに、軟磁性体層１０５の堆積時にマグネトロンスパッタリング法を用いて行ってもよい。マグネトロンスパッタリング法では、磁石（マグネット）を用いて磁界を形成し、放電によって発生した電子をターゲットの表面に閉じ込める。これにより、電子とガスとの衝突確率を増加させてガスの電離を促進し、膜の堆積速度を向上させる。このマグネトロンスパッタリング法に用いられる磁石（マグネット）が形成する磁界により、軟磁性体層１０５の堆積と同時に、軟磁性体層１０５に一軸磁気異方性が付与される。このようにすることで、回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う一軸磁気異方性を付与する工程が省略できる。

（変形例）
図９（ａ）～（ｂ）は、本実施の形態における感受部３０のそれぞれの感受素子３１の変形例の構成を説明する図である。なお、図９（ａ）～（ｂ）では、図２（ａ）に示したものと同様な部材については、同じ符号を付している。

図２に示した本実施の形態が適用される感受素子３１は、導電体層１０７を備えていた。導電体層１０７は、前述したように、供給する電流の周波数が高い場合における磁界Ｈの変化量ΔＨに対するインピーダンスＺの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が低下することを抑制するために設けられている。よって、導電体層１０７は、インピーダンスＺの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が低下することを抑制することを要しない場合には、設けることを要しない。

図９（ａ）は、第１の変形例である感受素子３１′の構成である。感受素子３１′は、誘電体層１０４（図１（ｂ）参照）側から、軟磁性体層１０５ａ、非磁性アモルファス金属層１０６、及び軟磁性体層１０５ｂが順に積層されて構成されている。つまり、感受素子３１′は、図２に示した感受素子３１において、積層体１０８ａを取り出した構成である。
非磁性アモルファス金属層１０６としては、非磁性アモルファス金属層１０６を挟んで対向する軟磁性体層１０５を反強磁性結合させる作用を有する非磁性のアモルファス金属を用いることができ、具体的には、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＮｉＰ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷ等が挙げられる。
感受素子３１′であっても、磁区の発生が抑制されて、Ｓ／Ｎが向上する。

図９（ｂ）は、第２の変形例の感受素子３１″の構成である。感受素子３１″は、誘電体層１０４（図１（ｂ）参照）側から、軟磁性体層１０５ａ、非磁性アモルファス金属層１０６ａ、軟磁性体層１０５ｂ、非磁性アモルファス金属層１０６ｂ、及び軟磁性体層１０５ｃが順に積層されて構成されている。つまり、誘電体層１０４側及び誘電体層１０４と反対側が、軟磁性体層１０５となるように、軟磁性体層１０５と非磁性アモルファス金属層１０６とが交互に積層されている。なお、層数は、図９（ｂ）に示したものに限定されない。
非磁性アモルファス金属層１０６としては、非磁性アモルファス金属層１０６を挟んで対向する軟磁性体層１０５を反強磁性結合させる作用を有する非磁性のアモルファス金属を用いることができ、具体的には、ＣｒＴｉ、ＡｌＴｉ、ＮｉＰ、ＣｒＢ、ＣｒＴａ、ＣｏＷ等が挙げられる。
感受素子３１″であっても、磁区の発生が抑制されて、Ｓ／Ｎが向上する。

以上に説明した本実施の形態では、磁気センサ１は、薄膜磁石２０を備えるとして説明したが、磁気センサ１は、薄膜磁石２０を備えなくともよい。この場合、バイアス磁界は、磁気センサ１の外部から与えられればよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限りにおいては様々な変形や組み合わせを行っても構わない。

１…磁気センサ、１０…基板、２０…薄膜磁石、３０…感受部、３１、３１′、３１″…感受素子、３２…接続部、３３、３３ａ、３３ｂ…端子部、４０、４０ａ、４０ｂ…ヨーク、１０１…密着層、１０２…制御層、１０３…硬磁性体層、１０４…誘電体層、１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０９…軟磁性体層、１０６、１０６ａ、１０６ｂ…非磁性アモルファス金属層、１０７、１１０…導電体層、Ｈｂ…バイアス磁界、Ｈｋ…異方性磁界、Ｈｒ…磁化回転磁界、Ｈｗ…磁壁移動磁界、Ｒ…抵抗、Ｚ…インピーダンス

Claims (12)

1. 複数の軟磁性体層と、
   複数の前記軟磁性体層の間に設けられる非磁性アモルファス金属層と、を有し、
   前記非磁性アモルファス金属層を挟んで対向する前記軟磁性体層が反強磁性結合し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子を備える磁気センサ。
2. 前記感受素子は、
   前記軟磁性体層より導電性が高い導電体層を、さらに備え、
   前記導電体層は、
   一対の前記軟磁性体層が前記非磁性アモルファス金属層を挟んで対向するように積層された積層体の複数の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記非磁性アモルファス金属層は、Ｔｉを含むアモルファス金属で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
4. 前記非磁性アモルファス金属層は、ＣｒＴｉ及びＡｌＴｉのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
5. 前記非磁性アモルファス金属層がＣｒＴｉである場合、厚さが１５ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
6. 前記非磁性アモルファス金属層は、Ｎｉ及びＰを含むアモルファス金属で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
7. 前記非磁性アモルファス金属層は、ＮｉとＰとを主としたアモルファス金属で構成され、Ｐの原子％が１９％以上且つ３１％以下であることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ。
8. 前記非磁性アモルファス金属層は、厚さが３０ｎｍ以上のＡｌＴｉで構成されており、
   前記感受素子は、前記軟磁性体層を当該軟磁性体層の厚さ方向から見た場合に、還流磁区が形成されていないことを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
9. 前記感受素子は、前記軟磁性体層を当該軟磁性体層の厚さ方向から見た場合に、還流磁区が形成されていないことを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。
10. 前記非磁性アモルファス金属層の厚さは３０ｎｍ以上であり、
    前記感受素子は、前記軟磁性体層を当該軟磁性体層の厚さ方向から見た場合に、還流磁区が形成されていないことを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
11. 非磁性の基板と、
    前記基板と前記感受素子との間に、硬磁性体で構成され面内方向に磁気異方性を有する薄膜磁石と、をさらに備え、
    前記感受素子は、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向が前記薄膜磁石の発生する磁界の方向に向いていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気センサ。
12. 前記感受素子の前記長手方向の端部に対向するように前記薄膜磁石上に積層され、当該薄膜磁石の発生する磁束が当該感受素子を当該長手方向に透過するように誘導する一対のヨークを、さらに備え、
    前記ヨークは、複数の前記軟磁性体層と、当該軟磁性体層の間に積層される非磁性アモルファス金属層とを備えることを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。