磁传感器及磁检测的新方法pdf

  

  磁传感器具备波导(1)、第1电极(2)、第2电极(3)及检测电极(4)。在波导(1)中，依次排列有第1位置(1A)、检测位置(1C)及第2位置(1B)。第1电极(2)激励第1自旋波(21)。第1自旋波(21)从第1位置(1A)向检测位置(1C)传播。第2电极(3)激励第2自旋波(22)。第2自旋波(22)从第2位置(1B)向检测位置(1C)传播。检测电极(4)从检测位置(1C)取出信号。

  (19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 117121215 A (43)申请公布日 2023.11.24 (21)申请号 9.X (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 (22)申请日 2022.02.18 专利代理师 安香子 (30)优先权数据 (51)Int.Cl . 2021.04.28 JP H01L 29/82 (2006.01) (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2023.10.09 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2022/006557 2022.02.18 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2022/230316 JA 2022.11.03 (71)申请人 松下知识产权经营株式会社 地址 日本大阪府 (72)发明人 西谷雄 权利要求书2页 说明书13页 附图11页 (54)发明名称 磁传感器及磁检测的新方法 (57)摘要 磁传感器具备波导(1)、第1电极(2)、第2电 极(3)及检测电极(4)。在波导(1)中，依次排列有 第1位置(1A)、检测位置(1C)及第2位置(1B)。第1 电极(2)激励第1自旋波(21)。第1自旋波(21)从 第1位置(1A)向检测位置(1C)传播。第2电极(3) 激励第2自旋波(22)。第2自旋波(22)从第2位置 (1B)向检测位置(1C)传播。检测电极(4)从检测 位置(1C)取出信号。 A 5 1 2 1 2 1 7 1 1 N C CN 117121215 A 权利要求书 1/2页 1.一种磁传感器，其中，具备： 波导，依次排列有第1位置、检测位置及第2位置； 第1电极，激励从上述第1位置向上述检测位置传播的第1自旋波； 第2电极，激励从上述第2位置向上述检测位置传播的第2自旋波；以及 检测电极，从上述检测位置取出信号。 2.如权利要求1所述的磁传感器，其中， 从上述第1位置到上述检测位置的距离是第1距离； 从上述第2位置到上述检测位置的距离是第2距离； 上述第1距离及上述第2距离互不相同。 3.如权利要求1或2所述的磁传感器，其中， 上述第1位置、上述第2位置及上述检测位置在直线中任一项所述的磁传感器，其中， 还具备与上述第1电极及上述第2电极连接的至少1个交流电源。 5.如权利要求1～4中任一项所述的磁传感器，其中， 还具备与上述检测电极连接的检测器。 6.如权利要求1～5中任一项所述的磁传感器，其中， 还具备对上述波导施加偏置磁场的磁场源。 7.如权利要求6所述的磁传感器，其中， 上述波导具有膜形状； 上述磁场源在与上述膜形状的厚度方向交叉的交叉方向上施加上述偏置磁场。 8.如权利要求7所述的磁传感器，其中， 上述交叉方向是连结上述第1位置与上述第2位置的方向。 9.如权利要求7所述的磁传感器，其中， 上述交叉方向是与连结上述第1位置与上述第2位置的方向正交的方向。 10.如权利要求6所述的磁传感器，其中， 上述波导具有膜形状； 上述磁场源在上述膜形状的厚度方向上施加上述偏置磁场。 11.如权利要求1～10中任一项所述的磁传感器，其中， 上述波导具有膜形状； 上述膜形状的长边方向是连结上述第1位置及上述第2位置的方向。 12.如权利要求1～11中任一项所述的磁传感器，其中， 上述波导包含钇铁石榴石。 13.如权利要求1～12中任一项所述的磁传感器，其中， 上述第1自旋波及上述第2自旋波是表面自旋波；或者 上述第1自旋波及上述第2自旋波是后向体自旋波；或者 上述第1自旋波及上述第2自旋波是前向体自旋波。 14.一种磁检测的新方法，其中， 使用依次排列有第1位置、检测位置及第2位置的波导； 上述磁检测方法有： 2 2 CN 117121215 A 权利要求书 2/2页 激励从上述第1位置向上述检测位置传播的第1自旋波和从上述第2位置向上述检测位 置传播的第2自旋波；以及 从上述检测位置取出信号。 3 3 CN 117121215 A 说明书 1/13页 磁传感器及磁检测的新方法 技术领域 [0001] 本公开涉及磁传感器及磁检测的新方法。 背景技术 [0002] 对各种磁传感器进行了研究。在专利文献1中，作为磁传感器而记载了SQUID (Superconducting Quantum  Interference Device：超导量子干涉仪)。磁传感器的另一例 是霍尔元件传感器。 [0003] 现存技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：日本特开2000－275312号公报 发明内容 [0006] 发明要解决的课题 [0007] 本公开的目的是提供小型且灵敏度好的磁传感器。 [0008] 用来解决课题的手段 [0009] 本公开的磁传感器具备：波导，依次排列有第1位置、检测位置及第2位置；第1电 极，激励从上述第1位置向上述检测位置传播的第1自旋波；第2电极，激励从上述第2位置向 上述检测位置传播的第2自旋波；以及检测电极，从上述检测位置取出信号。 [0010] 发明效果 [0011] 本公开提供小型且灵敏度好的磁传感器。 附图说明 [0012] 图1A是示意地表示第1实施方式的磁传感器的俯视图。 [0013] 图1B是示意地表示第1实施方式的磁传感器的剖视图。 [0014] 图1C是第1实施方式的波导的第1位置、第2位置及检测位置的说明图。 [0015] 图2A是第1自旋波及第2自旋波的说明图。 [0016] 图2B是测定对象的外部磁场为零时的第1自旋波、第2自旋波及干涉波的说明图。 [0017] 图2C是测定对象的外部磁场为非零时的第1自旋波、第2自旋波及干涉波的说明 图。 [0018] 图3A是示意地表示第1变形例的磁传感器的俯视图。 [0019] 图3B是第1变形例的波导的第1位置、第2位置及检测位置的说明图。 [0020] 图4A是示意地表示第2变形例的磁传感器的俯视图。 [0021] 图4B是第2变形例的波导的第1位置、第2位置及检测位置的说明图。 [0022] 图5A是示意地表示第2实施方式的磁传感器的俯视图。 [0023] 图5B是示意地表示第2实施方式的磁传感器的剖视图。 [0024] 图5C是第2实施方式的波导的第1位置、第2位置及检测位置的说明图。 4 4 CN 117121215 A 说明书 2/13页 [0025] 图6A是示意地表示第3实施方式的磁传感器的俯视图。 [0026] 图6B是示意地表示第3实施方式的磁传感器的剖视图。 [0027] 图6C是第3实施方式的波导的第1位置、第2位置及检测位置的说明图。 [0028] 图7是示意地表示第4实施方式的磁传感器的立体图。 [0029] 图8是追加的部件的示意性的说明图。 [0030] 图9是示意地表示第5实施方式的磁传感器的立体图。 [0031] 图10是示意地表示实施例1的磁传感器的立体图。 [0032] 图11是表示从第2电磁铁施加的磁场的大小与由检测电极得到的检测电压的振幅 的关系的曲线A是表示有关参考形态的磁传感器的立体图。 [0034] 图12B是表示使用第1实施方式到第5实施方式的波导的磁传感器的立体图。 具体实施方式 [0035] (作为本公开的基础的认识) [0036] 已知在磁性体内相邻的自旋的相位错开而自旋进行岁差运动的现象。岁差运动的 相位信息在磁性体中作为波传播。该波被称作自旋波。自旋波能够在铁磁性体及反铁磁性 体中传播。根据本发明人的研究，通过利用自旋波的物理特性根据磁场而变化的性质，能够 实现小型且灵敏度好的磁传感器。 [0037] (有关本公开的一技术方案的概要) [0038] 有关本公开的第1技术方案的磁传感器具备：波导，依次排列有第1位置、检测位置 及第2位置；第1电极，激励从上述第1位置向上述检测位置传播的第1自旋波；第2电极，激励 从上述第2位置向上述检测位置传播的第2自旋波；以及检测电极，从上述检测位置取出信 号。 [0039] 根据第1技术方案，能够提供小型且灵敏度好的磁传感器。 [0040] 在本公开的第2技术方案中，例如在有关第1技术方案的磁传感器中，从上述第1位 置到上述检测位置的距离也可以是第1距离；从上述第2位置到上述检测位置的距离也可以 是第2距离；上述第1距离及上述第2距离也可以互不相同。 [0041] 根据第2技术方案，容易用小的偏置磁场进行磁检测。 [0042] 在本公开的第3技术方案中，例如在有关第1技术方案或第2技术方案的磁传感器 中，上述第1位置、上述第2位置及上述检测位置也可以在直线技术方案，容易用小的偏置磁场进行磁检测。 [0044] 在本公开的第4技术方案中，例如有关第1至第3技术方案的任一项的磁传感器也 可以还具备与上述第1电极及上述第2电极连接的至少1个交流电源。 [0045] 根据第4技术方案的至少1个交流电源，能够激励第1自旋波及第2自旋波。 [0046] 在本公开的第5技术方案中，例如有关第1至第4技术方案的任一项的磁传感器也 可以还具备与上述检测电极连接的检测器。 [0047] 根据第5技术方案的检测器，能够检测信号。 [0048] 在本公开的第6技术方案中，例如有关第1至第5技术方案的任一项的磁传感器也 可以还具备对上述波导施加偏置磁场的磁场源。 5 5 CN 117121215 A 说明书 3/13页 [0049] 根据第6技术方案的磁场源，能够对波导施加偏置磁场。 [0050] 在本公开的第7技术方案中，例如在有关第6技术方案的磁传感器中，上述波导也 可以具有膜形状；上述磁场源也可以在与上述膜形状的厚度方向交叉的交叉方向上施加上 述偏置磁场。 [0051] 第7技术方案的偏置磁场的施加方向是偏置磁场的施加方向的一例。 [0052] 在本公开的第8技术方案中，例如在有关第7技术方案的磁传感器中，上述交叉方 向也可以是连结上述第1位置与上述第2位置的方向。 [0053] 第8技术方案的偏置磁场的施加方向是偏置磁场的施加方向的一具体例。 [0054] 在本公开的第9技术方案中，例如在有关第7技术方案的磁传感器中，上述交叉方 向也可以是与连结上述第1位置与上述第2位置的方向正交的方向。 [0055] 第9技术方案的偏置磁场的施加方向是偏置磁场的施加方向的一具体例。 [0056] 在本公开的第10技术方案中，例如在有关第6技术方案的磁传感器中，上述波导也 可以具有膜形状；上述磁场源也可以在上述膜形状的厚度方向上施加上述偏置磁场。 [0057] 第10技术方案的偏置磁场的施加方向是偏置磁场的施加方向的一具体例。 [0058] 在本公开的第11技术方案中，例如在有关第1至第10技术方案的任一项的磁传感 器中，上述波导也可以具有膜形状；上述膜形状的长边方向也可以是连结上述第1位置及上 述第2位置的方向。 [0059] 第11技术方案的形状是磁传感器的形状的一例。 [0060] 在本公开的第12技术方案中，例如在有关第1至第11技术方案的任一项的磁传感 器中，上述波导也可以包含钇铁石榴石。 [0061] 钇铁石榴石是波导中包含的材料的一例。 [0062] 在本公开的第13技术方案中，例如在有关第1至第12技术方案的任一项的磁传感 器中，上述第1自旋波及上述第2自旋波也可以是表面自旋波；上述第1自旋波及上述第2自 旋波也可以是后向体自旋波；或者上述第1自旋波及上述第2自旋波也可以是前向体自旋 波。 [0063] 第13技术方案的自旋波是自旋波的具体例中。 [0064] 有关在本公开的第14技术方案的磁检测方法，使用依次排列有第1位置、检测位置 及第2位置的波导；包括：激励从上述第1位置向上述检测位置传播的第1自旋波和从上述第 2位置向上述检测位置传播的第2自旋波；以及从上述检测位置取出信号。 [0065] 进行第14技术方案的检测方法的磁传感器能够是小型且灵敏度好的磁传感器。 [0066] 以下，参照附图详细地说明本公开的实施方式。另外，以下的实施方式是一例，本 公开并不限定于以下的实施方式。 [0067] (第1实施方式) [0068] 以下，说明第1实施方式的磁传感器。 [0069] 图1A是示意地表示第1实施方式的磁传感器100的俯视图。图1B是示意地表示第1 实施方式的磁传感器100的剖视图。 [0070] 如图1A及图1B所示，磁传感器100具备波导1、第1电极2、第2电极3及检测电极4。第 1电极2、第2电极3及检测电极4设置在波导1上。具体而言，第1电极2、第2电极3及检测电极4 设置在波导1的表面上。在波导1中，检测电极4设置在第1电极2与第2电极3之间。 6 6 CN 117121215 A 说明书 4/13页 [0071] 波导1使自旋波传播。也可以将波导1称作自旋波传播层。也可以将第1电极2称作 第1激励电极。也可以将第2电极3称作第2激励电极。 [0072] 构成第1电极2、第2电极3及检测电极4的材料是导电体。作为导电体，可以例示Au (金)、Ag(银)、Cu(铜)、Al(铝)、Pt(白金)、C(碳)等。 [0073] 波导1例如包含从由铁磁性体及反铁磁性体构成的组中选择的至少1种。铁磁性体 及反铁磁性体能够传播自旋波。波导1也可以在铁磁性体及反铁磁性体中仅包含铁磁性体。 波导1也可以在铁磁性体及反铁磁性体中仅包含反铁磁性体。波导1也可以包含铁磁性体及 反铁磁性体双方。具体而言，波导1也可以是铁磁性体的层和反铁磁性体的层层叠而成的结 构体。 [0074] 作为铁磁性体，可以例示Y Fe O (钇铁石榴石)、(Y，Bi) Fe O 、LuFe O 、(Ni，Zn) 3 5 12 3 5 12 3 5 12 (Fe，Al) O 、Mg(Fe，Al) O 、Li Fe O 、(La，Sr)MnO 、Fe、Co、Ni、NiFe(坡莫合金)、CoFe、 2 4 2 4 0.5 2.5 4 3 CoFeB、CoNi、GdCo等。作为反铁磁性体，可以例示NiO 、Cr O 、YMnO 等。在本实施方式中，波 x 2 3 3 导1包含钇铁石榴石。 [0075] 在本实施方式中，波导1是绝缘体或电介体。根据该结构，即使在电极2、3及4与波 导1之间不设置波导1以外的另外的绝缘体或电介体，也容易使磁传感器100作为传感器动 作。这从实现低成本的磁传感器的观点来看是有利的。 [0076] 以下，使用第1位置、检测位置、第2位置、第1自旋波、第2自旋波及干涉波等这样的 用语，参照图1C等对本实施方式的磁传感器100进一步进行说明。图1C是第1实施方式的波 导1的第1位置1A、第2位置1B及检测位置1C的说明图。 [0077] 磁传感器100具备波导1、第1电极2、第2电极3及检测电极4。在波导1中，依次排列 有第1位置1A、检测位置1C及第2位置1B。第1电极2激励第1自旋波。第1自旋波从第1位置1A 向检测位置1C传播。第2电极3激励第2自旋波。第2自旋波从第2位置1B向检测位置1C传播。 检测电极4从检测位置1C取出信号。根据该结构，能够提供小型且灵敏度好的磁传感器100。 信号例如是电压信号。 [0078] 此外，本实施方式的磁检测方法使用波导1。在波导1中，依次排列有第1位置1A、检 测位置1C及第2位置1B。检测方法包括第1工序及第2工序。在第1工序中，激励第1自旋波及 第2自旋波。第1自旋波从第1位置1A向检测位置1C传播。第2自旋波从第2位置1B向检测位置 1C传播。在第2工序中，从检测位置1C取出信号。进行这样的检测方法的磁传感器能够是小 型且灵敏度好的磁传感器。信号例如是电压信号。 [0079] 参照图2A对磁传感器100的动作进行说明。图2A是第1自旋波21及第2自旋波22的 说明图。通过在对波导1施加了偏置磁场25的状态下对第1电极2施加交流电流，在波导1中 激励出第1自旋波21。通过在对波导1施加了偏置磁场25的状态下对第2电极3施加交流电 流，在波导1中激励出第2自旋波22。第1自旋波21以接近于检测位置1C的方式在波导1中传 播。第2自旋波22以接近于检测位置1C的方式在波导1中传播。在形成了这样的第1自旋波21 及第2自旋波22的状态下，能够从检测位置1C取出反映了外部磁场26的信号。另外，在图2A 的例子中，在与电极2、3及4的厚度方向交叉的方向、具体而言与该厚度方向正交的方向上 施加偏置磁场25。也可以在电极2、3及4的厚度方向上施加偏置磁场25。偏置磁场25的方向 和外部磁场26的方向既可以相同也可以不同。对于电极2及3，由在图2A中省略了图示的交 流电源施加交流电流。对于波导1，由在图2A中省略了图示的磁场源施加偏置磁场25。关于 7 7 CN 117121215 A 说明书 5/13页 交流电源的例子及磁场源的例子，在后述的实施方式中进行说明。 [0080] 关于详细情况需要等待今后的研究，但可以想到，通过以下的机理，能够进行外部 磁场26的检测。参照图2B及图2C对该机理进行说明。图2B是测定对象的外部磁场26为零时 的第1自旋波21、第2自旋波22及干涉波23的说明图。图2C是测定对象的外部磁场26为非零 时的第1自旋波21、第2自旋波22及干涉波23的说明图。这里，干涉波23是第1自旋波21及第2 自旋波22的干涉波。图2B及图2C的横轴是时间t。纵轴是检测位置1C处的各波的电平。 [0081] 如图2B及图2C所示，对应于外部磁场26，第1自旋波21的波数及第2自旋波22的波 数变化。对应于这些波数的变化，检测位置1C处的自旋波21及22的相位差变化。对应于该相 位差，检测位置1C处的干涉波23的振幅24变化。振幅24被反映到从检测位置1C取出的信号 中。可以想到，通过这样的机理，对应于外部磁场26而信号变化，能够进行外部磁场26的检 测。慎重起见说明如下，振幅是波的零电平与峰值电平之差。 [0082] 具体而言，在图2B中，例示性地描绘了当外部磁场26为零时检测位置1C处的自旋 波21及22的相位差为零，自旋波21及22相互加强而振幅24大的状况。相对于此，在图2C中， 例示性地描绘了当外部磁场26为非零时检测位置1C处的自旋波21及22的相位差为非零，振 幅24小的状况。 [0083] 在本实施方式中，波导1具有膜形状。在本实施方式中，根据图1A及图1C可以理解， 第1位置1A是在平面观察膜形状时与第1电极2重复的位置。第2位置1B是在平面观察膜形状 时与第2电极3重复的位置。检测位置1C是在平面观察膜形状时与检测电极4重复的位置。 [0084] 波导1的膜形状的厚度例如是5nm以上且100μm以下。该厚度也可以是20nm以上且 10μm以下。 [0085] 图1C所示的第1距离D1是从第1位置1A到检测位置1C的距离。第2距离D2是从第2位 置1B到检测位置1C的距离。在本实施方式中，第1距离D1及第2距离D2互不相同。根据该结 构，容易用小的偏置磁场25进行磁检测。考虑这是因为以下的理由。即，在第1距离D1≠第2 距离D2的情况下，外部磁场26使第1自旋波21的波数变化的程度与外部磁场26使第2自旋波 22的波数变化的程度之间容易有差异。因此，容易带来检测位置1C处的第1自旋波21及第2 自旋波22的相位差。因此，通过外部磁场26，检测位置1C处的干涉波23的振幅24容易变化。 因此，即使是因为偏置磁场25小而通过自旋波的分散关系难以带来相位差的状况，也可以 通过第1距离D1及第2距离D2互不相同，由外部磁场26带来的影响容易反映到从检测位置1C 取出的信号中。另外，在该上下文中，距离是几何中心彼此之间的距离，是直线距离。具体而 言，在图1C的例子中，第1距离D1比第2距离D2短。 [0086] 第1自旋波21及第2自旋波22可以是表面自旋波。根据该结构，容易用小的偏置磁 场25进行磁检测。另外，表面自旋波是表面模式的自旋波。在自旋波21及22是表面自旋波的 状况下，偏置磁场25相对于自旋波21及22的波数矢量正交，相对于波导1的磁性体膜面平 行。 [0087] 此外，第1自旋波21及第2自旋波22可以是后向体自旋波。在该结构中，也容易用小 的偏置磁场25进行磁检测。另外，后向体自旋波是后向体模式的自旋波。在自旋波21及22是 后向体自旋波的状况下，偏置磁场25相对于自旋波21及22的波数矢量平行。 [0088] 此外，第1自旋波21及第2自旋波22也可以是前向体自旋波。前向体自旋波是前向 体模式的自旋波。在自旋波21及22是前向体自旋波的状况下，偏置磁场25相对于自旋波21 8 8 CN 117121215 A 说明书 6/13页 及22的波数矢量正交，相对于波导1的磁性体膜面正交。 [0089] 在本实施方式中，第1位置1A、第2位置1B及检测位置1C在直线上排列。根据该结 构，能够使第1自旋波21的模式及第2自旋波22的模式相同，并且使第1自旋波21及第2自旋 波22为表面自旋波或后向体自旋波。因此，容易用小的偏置磁场25进行磁检测。关于该理由 的详细情况在后面叙述。具体而言，如图1C所示，在平面观察波导1的膜形状时，直线C。此外，在平面观察波导1的膜形状时，直线] 在本实施方式中，波导1的膜形状的长边方向是连结第1位置1A及第2位置1B的方 向。波导1的膜形状的短边方向是与连结第1位置1A及第2位置1B的方向正交的方向。在典型 例中，长边方向及短边方向是属于与膜形状的厚度方向正交的面内方向的方向。具体而言， 膜形状是短条形状。 [0091] 第1电极2、第2电极3及检测电极4不经由绝缘体或者电介体与波导1连接。在图示 的例子中，第1电极2、第2电极3及检测电极4与波导1直接相接。该结构简单。 [0092] 在本实施方式中，第1电极2、第2电极3及检测电极4构成天线构成微带天线的形状能够适当变更。第1电极2、第2电极3及检测电极4的形状能够适当变 更。此外，第1位置1A、第2位置1B及检测位置1C的位置关系能够适当变更。 [0094] 图3A是示意地表示第1变形例的磁传感器100A的俯视图。图3B是第1变形例的波导 1的第1位置1A、第2位置1B及检测位置1C的说明图。如图3B所示，在第1变形例中，在平面观 察波导1的膜形状时，膜形状是“く”形状。在第1变形例的波导1中，也依次排列有第1位置1A、 检测位置1C及第2位置1B。 [0095] 图4A是示意地表示第2变形例的磁传感器100B的俯视图。图4B是第2变形例的波导 1的第1位置1A、第2位置1B及检测位置1C的说明图。如图4B所示，在第2变形例中，在平面观 察波导1的膜形状时，膜形状是波形状。在第2变形例的波导1中，也依次排列有第1位置1A、 检测位置1C及第2位置1B。此外，在第2变形例中，第1位置1A、第2位置1B及检测位置1C在直 线] 以下，对其他实施方式进行说明。以下，对于在已经说明的实施方式和之后说明的 实施方式间共同的要素赋予相同的参照标号，有将其说明省略的情况。关于各实施方式的 说明，只要在技术上不矛盾就能够相互适用。只要在技术上不矛盾，也可以将各实施方式相 互组合。 [0097] (第2实施方式) [0098] 以下，说明第2实施方式的磁传感器。 [0099] 图5A是示意地表示第2实施方式的磁传感器200的俯视图。图5B是示意地表示第2 实施方式的磁传感器200的剖视图。图5C是第2实施方式的波导1的第1位置1A、第2位置1B及 检测位置1C的说明图。 [0100] 如图5C所示，在第2实施方式的波导1中，也依次排列有第1位置1A、检测位置1C及 第2位置1B。 [0101] 也可以在波导1的表面上设置从由第1电极2、第2电极3及检测电极4构成的组中选 择的至少1个。也可以在波导1的背面上设置从由第1电极2、第2电极3及检测电极4构成的组 9 9 CN 117121215 A 说明书 7/13页 中选择的另外的至少1个。 [0102] 在第2实施方式中，第1电极2及第2电极3设置在波导1的表面上。检测电极4设置在 波导1的背面上。 [0103] (第3实施方式) [0104] 以下，说明第3实施方式的磁传感器。 [0105] 图6A是示意地表示第3实施方式的磁传感器300的俯视图。图6B是示意地表示第3 实施方式的磁传感器300的剖视图。图6C是第3实施方式的波导1的第1位置1A、第2位置1B及 检测位置1C的说明图。 [0106] 如图6C所示，在第3实施方式的波导1中，也依次排列有第1位置1A、检测位置1C及 第2位置1B。 [0107] 第1电极2、第2电极3及检测电极4也可以不与波导1直接相接。例如，也可以在第1 电极2与波导1之间存在间隙。也可以在第2电极3与波导1之间存在间隙。也可以在与检测电 极4之间存在间隙。电极与波导1之间的间隙的宽度例如大于0且为1cm以下。在该上下文中， 间隙的宽度是指波导1与电极之间的距离。 [0108] 第1电极2与波导1既可以电连接也可以不电连接。第2电极3与波导1既可以电连接 也可以不电连接。检测电极4与波导1既可以电连接也可以不电连接。 [0109] 此外，例如也可以在第1电极2与波导1之间存在夹装物。也可以在第2电极3与波导 1之间存在夹装物。也可以在检测电极4与波导1之间存在夹装物。夹装物例如是薄片。 [0110] 在第3实施方式中，磁传感器300具备支承体5。第1电极2、第2电极3及检测电极4设 置于支承体5。在第1电极2与波导1之间存在间隙。在第2电极3与波导1之间存在间隙。在与 检测电极4之间存在间隙。 [0111] 在变形例中，第1电极2、第2电极3及检测电极4设置于支承体5。波导1置于设有第1 电极2、第2电极3及检测电极4的支承体5。但是，波导1与设有第1电极2、第2电极3及检测电 极4的支承体5没有接合。 [0112] (第4实施方式) [0113] 以下，说明第4实施方式的磁传感器。 [0114] 图7是示意地表示第4实施方式的磁传感器的立体图。 [0115] 如图7所示，磁传感器400具备交流电源10、检测器11及磁场源12。交流电源10与第 1电极2及第2电极3连接。检测器11与检测电极4连接。磁场源12对波导1施加偏置磁场25。在 本实施方式中，偏置磁场25是静磁场。 [0116] 偏置磁场25的大小例如是800奥斯特(Oe)以下。偏置磁场25的大小例如是400Oe以 上。在一数值例中，偏置磁场25的大小是600Oe左右。 [0117] 在第4实施方式中，磁场源12在与波导1的膜形状的厚度方向交叉的交叉方向上施 加偏置磁场25。交叉方向具体而言是与膜形状的厚度方向正交的面内方向。在图7的例子 中，交叉方向是连结第1位置1A与第2位置1B的方向。此外，磁场源12配置在连结第1电极2及 第2电极3的直线为后向体自旋 波。 [0118] 磁场源12也可以具有永久磁铁。能够使用永久磁铁施加偏置磁场25。此外，磁场源 12也可以具有直流电源和卷绕的电线。能够将通过电流流过电线而产生的奥斯特磁场作为 10 10 CN 117121215 A 说明书 8/13页 偏置磁场25来施加。 [0119] 检测器11例如是电压计。作为电压计，可以例示示波器、检波电路等。 [0120] 磁传感器400也可以具备追加的部件。以下，参照图8对追加的部件进行说明。图8 是追加的部件的示意性的说明图。 [0121] 在图8的例子中，磁传感器400具备分离器30、第1衰减机31、第2衰减机32、第1移相 器33及第2移相器34。交流电源10与分离器30通过共用电路36连接。分离器30与第1电极2通 过第1分支电路37连接。分离器30与第2电极3通过第2分支电路38连接。在第1分支电路37 上，设有第1衰减机31及第1移相器33。在第2分支电路38上，设有第2衰减机32及第2移相器 34。 [0122] 通过第1衰减机31，能够调整对第1电极2施加的交流电流的振幅。通过第2衰减机 32，能够调整对第2电极3施加的交流电流的振幅。通过第1移相器33，能够调整对第1电极2 施加的交流电流的相位。通过第2移相器34，能够调整对第2电极3施加的交流电流的相位。 [0123] 通过第1衰减机31及第2衰减机32，能够调整对第1电极2施加的交流电流的振幅与 对第2电极3施加的交流电流的振幅的振幅差。也可以仅设置第1衰减机31及第2衰减机32中 的一方。在此情况下也能够调整振幅差。 [0124] 在一例中，通过第1衰减机31及第2衰减机32中的至少一方，使对第1电极2施加的 交流电流的振幅比对第2电极3施加的交流电流的振幅小。如果这样，则在第1距离D1第2距 离D2的情况下，能够使外部磁场26为零时的检测位置1C处的第1自旋波21的振幅及第2自旋 波22的振幅一致。 [0125] 通过第1移相器33及第2移相器34，能够调整对第1电极2施加的交流电流的相位与 对第2电极3施加的交流电流的相位的相位差。也可以仅设置第1移相器33及第2移相器34中 的一方。在此情况下也能够调整相位差。 [0126] 在一例中，第1移相器33及第2移相器34中的至少一方被设定为，使得外部磁场26 为零时的检测位置1C处的第1自旋波21的相位及第2自旋波22的相位一致。 [0127] 也可以代替第1衰减机31而设置第1放大器。也可以代替第2衰减机32而设置第2放 大器。 [0128] 也可以设置两个交流电源。例如，也可以将第1交流电源与第1电极2连接，将第2交 流电源与第2电极3连接。根据该例及图7可以理解，在第1电极2及第2电极3上能够连接至少 1个交流电源。 [0129] (第5实施方式) [0130] 以下，说明第5实施方式的磁传感器。 [0131] 图9是示意地表示第5实施方式的磁传感器的立体图。 [0132] 在第5实施方式的磁传感器500中，与第4实施方式的磁传感器400同样，磁场源12 在与波导1的膜形状的厚度方向交叉的交叉方向上施加偏置磁场25。但是，在第5实施方式 中，交叉方向是与连结第1位置1A与第2位置1B的方向正交的方向。根据第5实施方式，能够 使第1自旋波21及第2自旋波22为表面自旋波。 [0133] 与第4实施方式及第5实施方式的磁传感器不同，磁场源12也可以在波导1的膜形 状的厚度方向上施加偏置磁场25。根据该结构，能够使第1自旋波21及第2自旋波22为前向 体自旋波。 11 11 CN 117121215 A 说明书 9/13页 [0134] 以下，参照以下的实施例更详细地说明本公开。在实施例中，制作磁传感器并评价 了其特性。图10表示实施例1的磁传感器的示意图。 [0135] (实施例1) [0136] [磁传感器的制作] [0137] 在Gd Ga O 单晶体基板上设有导电路1。导电路1是用液相外延生长法制作的钇铁 3 5 12 石榴石膜(INNOVENT Technologieentwicklung制造)。具体而言，单晶体基板及导电路1被 设置为，当将它们沿着厚度方向观察时它们的外周端一致。 [0138] 单晶体基板的厚度为0.5mm，宽度为2mm，长度为12mm。在图10中省略了单晶体基板 的图示。导电路1的厚度为3.0μm，宽度为2mm，长度为12mm。 [0139] 准备设有第1电极2、第2电极3及检测电极4的支承体5。支承体5是厚度为0.2mm、短 边方向长度为20mm、长边方向长度为38mm的印刷基板。具体而言，支承体5是MEGTRON7(松下 株式会社制造)。第1电极2、第2电极3及检测电极4分别是厚度为18μm、宽度为75μm、长度为 10mm的Cu薄膜。具体而言，这些Cu薄膜向支承体5上的安装委托给了式会社。 [0140] 关于第1电极2、检测电极4及第2电极3，以它们的长度方向平行的方式以该顺序进 行了配置。从第1电极2到检测电极4的距离是3mm。从检测电极4到第2电极3的距离是5mm。 [0141] 在支承体5之上配置有导电路1。该配置以导电路1的长边方向与第1电极2、检测电 极4及第2电极3的长边方向正交的方式进行。此外，该配置以第1电极2、检测电极4及第2电 极3面向导电路1即钇铁石榴石膜的方式进行。具体而言，导电路1不与支承体5以及电极2、3 及4接合而被放置于支承体5。 [0142] 在第1电极2及第2电极3上，经由分离器(Agilent  Technologies，Inc.制造， 873008)连接着交流电源10。在分离器与第2电极之间连接着移相器(SAGE  LABS制造 6705K－2)。交流电源10是信号发生器(Agilent Technologies，Inc.制，83732B)。在检测电 极4上连接着检测器11。检测器11是示波器 (Agilent  Technologies，Inc.制造， infiniium54855A)。 [0143] 通过以上，得到了实施例1的磁传感器。 [0144] [传感器灵敏度的评价] [0145] 关于实施例1的磁传感器，根据与施加的微小磁场27对应的由检测电极4得到的检 测电压，对磁场灵敏度(单位：V/T)进行了评价。微小磁场27模拟了外部磁场26。 [0146] 准备第1磁场源12及第2磁场源13。第1磁场源12是一对第1电磁铁(特斯拉株式会 社制造)。第1磁场源12用来施加偏置磁场25。第2磁场源13是一对第2电磁铁(自制)。第2磁 场源13用来施加微小磁场27。一对第2电磁铁分别是在直径为5cm的轮上将直径为0.2mm的 漆包线电磁铁的间隙之间设置了一对第2电磁铁。并且，在一 对第2电磁铁的间隙之间设置了印刷基板5及导电路1。这些以在导电路1的短边方向上排列 的方式配置。 [0147] 在第1磁场源12上连接第1直流电源(菊水电子工业株式会社制造，PBX20－20)。在 第2磁场源13上连接第2直流电源(横河电机株式会社制造，7651)。向连结一方的第2电磁铁 的间隙中心与另一方的第2电磁铁的间隙中心的直线所经过的位置施加的磁场为从第1磁 场源12施加的磁场及从第2磁场源13施加的磁场之和。磁场的值通过从第1直流电源及第2 直流电源流动的电流进行控制。 12 12 CN 117121215 A 说明书 10/13页 [0148] 在连结一方的第2电磁铁的间隙中心与另一方的第2电磁铁的间隙中心的直线所 经过的位置配置印刷基板5。由此，从第1磁场源12及第2磁场源13对导电路1施加导电路1的 短边方向的偏置磁场25及微小磁场27。 [0149] 在由第1磁场源12施加600Oe的偏置磁场25的状态下，使交流电流从交流电源10流 到第1电极2及第2电极3中。此时，交流电源10的输出频率设定为3.443GHz，输出功率设定为 13.0dBm。在该状态下，将由第2磁场源13叠加的微小磁场27的大小在从0到1Oe的范围中改 变。测定此时的在检测电极4中产生的交流电压的振幅。另外，测定全部在室温下进行。这 里，室温是20℃。 [0150] 图11是表示从第2电磁铁施加的微小磁场27的大小δH与由检测电极4检测出的交 流电压的振幅的关系的曲线的大小δH，其单位是Oe。纵轴 是由检测电极4检测出的交流电压的振幅，其单位是mV。 [0151] 如图11所示，检测交流电压相对于微小磁场27的大小δH线性地变化。因而，可知实 施例1的磁传感器拥有作为能够根据检测交流电压来检测磁场的传感器的功能。根据图11 的曲线图的斜率，掌握作为检测交流电压相对于微小磁场27的大小δH的变化率的检测灵敏 度。检测灵敏度是24V/T即2.4mV/Oe。 [0152] 如以上这样，根据本公开，可以在一定程度上完成能够用小的偏置磁场25驱动并且具有高灵敏 度的磁传感器。 [0153] (参考形态与实施方式的对比) [0154] 如上述那样，在第1实施方式至第5实施方式中，第1位置1A、第2位置1B及检测位置 1C在直线互不相同。通过这些结构，容易用小的偏置 磁场25进行磁检测。关于这一点，与参考形态对比来进行进一步的说明。 [0155] 图12A是表示有关参考形态的磁传感器的立体图。在该磁传感器中，在平面观察波 导1的膜形状时，膜形状是十字型。十字型的波导1具有4个端部。在4个端部中的第1端部设 有第1电极2。在4个端部中的第2端部设有第2电极3。在4个端部中的第3端部设有检测电极 4。第2端部是角度位置与第1端部相差90度的端部。换言之，第2端部是与第1端部相邻的端 部。第3端部是角度位置与第1端部相差180度的端部。换言之，第3端部是位于从第1端部向 十字型的交叉部1X延伸的线自旋波22朝向十字型的交叉部1X传播，在交 叉部1X处干涉。交叉部1X处的第1自旋波21及第2自旋波22的相位差根据外部磁场26而变 化。从检测电极4取出反映了该相位差的信号。通过这样的机理来检测外部磁场26。 [0157] 在图12A的结构中，第1自旋波21在相对于偏置磁场25平行的方向上传播。另一方 面，第2自旋波22在相对于偏置磁场25正交的方向上传播。在此情况下，难以减小检测外部 磁场26所需要的偏置磁场25。其理由是因为，第1自旋波21的模式和第2自旋波22的模式不 会相同。具体而言，在图12A的例子中，第1自旋波21是后向体自旋波。第2自旋波22是表面自 旋波。 [0158] 相对于此，在第1实施方式至第5实施方式的波导1中，第1位置1A、第2位置1B及检 测位置1C在直线的磁传感器 的立体图。在图12B的结构中，第1自旋波21从第1位置1A朝向检测位置1C传播。第2自旋波22 从第2位置1B朝向检测位置1C传播。第1自旋波21及第2自旋波22在检测位置1C处干涉。对应 13 13 CN 117121215 A 说明书 11/13页 于外部磁场26，发生第1自旋波21及第2自旋波22的相位差，从检测电极4取出反映了该相位 差的信号。通过这样的机理来检测外部磁场26。 [0159] 在图12B的结构中，第1自旋波21及第2自旋波22都在相对于偏置磁场25平行的方 向上传播。在图12B的例子中，第1自旋波21及第2自旋波22都是后向体自旋波。在此情况下， 容易减小检测外部磁场26所需要的偏置磁场25。 [0160] 根据上述的说明可以理解，仿照图9及图10，也能够使第1自旋波21及第2自旋波22 在相对于偏置磁场25正交的方向上传播。在此情况下，第1自旋波21及第2自旋波22都为表 面自旋波。在此情况下，也容易减小检测外部磁场26所需要的偏置磁场25。 [0161] 总之，根据第1实施方式至第5实施方式的波导1，能够使第1自旋波21及第2自旋波 22的传播方向平行。因此，能够使相对于偏置磁场25的施加方向的第1自旋波21的传播方向 与相对于偏置磁场25的施加方向的第2自旋波22的传播方向相同。因此，能够使第1自旋波 21的模式与第2自旋波22的模式相同，并且使第1自旋波21及第2自旋波22为表面自旋波或 后向体自旋波。这能够减小所需要的偏置磁场25。进而，在第1实施方式至第5实施方式中， 第1距离D1及第2距离D2互不相同。这使得在第1自旋波21的模式与第2自旋波22的模式相同 的情况下也容易检测磁场。通过第1自旋波21的模式及第2自旋波22的模式相同、第1自旋波 21及第2自旋波22是表面自旋波或后向体自旋波、并且第1距离D1及第2距离D2互不相同，能 够用小的偏置磁场25检测磁场。 [0162] 对第1自旋波21及第2自旋波22是表面自旋波或后向体自旋波的优越性进行说明。 在表面自旋波及后向体自旋波中，与前向体自旋波相比，容易用小的偏置磁场25确保振幅 电平。其理由可以如以下这样说明。即，通过偏置磁场25，使磁化朝向偏置磁场25的方向。在 几乎全部材料中，磁化容易朝向磁性体膜面的面内方向。因此，为了使磁化朝向与磁性体膜 面垂直的方向而激励前向体模式，容易需要大的偏置磁场25。相对于此，表面自旋波及后向 体自旋波能够用小的偏置磁场25来激励。根据第1实施方式至第5实施方式的波导1，能够不 仅使自旋波21及22的模式相同，还使自旋波21及22为表面自旋波或后向体自旋波。这从用 小的偏置磁场25检测磁场的观点来看特别有利。 [0163] 根据本发明人的研究，在将实施例1的波导1的形状按照图12A改变为十字型的改 变例中，需要约1100奥斯特(Oe)这样的大的偏置磁场。具体而言，在该磁传感器中，为了同 时激励两个自旋波，需要1100到1120Oe这样的大的偏置磁场。 [0164] 偏置磁场大可能带来各种缺点。例如，在用永久磁铁施加大的偏置磁场的情况下， 需要尺寸大的永久磁铁，传感器尺寸变大。例如，在用电磁铁施加大的偏置磁场的情况下， 需要大的电流，传感器的耗电变大。 [0165] 但是，实施例1的磁传感器的偏置磁场25的大小是改变例的磁传感器的偏置磁场 的大小的约60％。即，与改变例的磁传感器相比，在实施例1的磁传感器中有能够用约小 40％的偏置磁场驱动的优点。此外，与改变例的磁传感器相比，实施例1的磁传感器拥有高 2.4倍的灵敏度。由这些可以理解，根据实施方式，能够实现能够用小的偏置磁场驱动的磁 传感器。 [0166] 有关本公开的磁传感器可以期待各种领域中的利用。例如，将磁传感器以医疗用 途利用。在一具体例中，磁传感器利用于脑磁的测定。通过脑磁的测定，能够确定癫痫的发 生位置或确定脑肿瘤的位置。此外，磁传感器也可以利用于脑机接口、机能恢复训练等。 14 14 CN 117121215 A 说明书 12/13页 [0167] 对于有关上述的说明的技术可以有效的进行各种改变。 [0168] 在有关上述的说明的例子中，第1距离D1第2距离D2。但是，也可以是第1距离D1 第2距离D2。 [0169] 在图2B的例子中，磁传感器构成为，使得外部磁场26为零时的检测位置1C处的第1 自旋波的相位及第2自旋波的相位一致。但是，磁传感器也可以构成为使这些相位错开。 [0170] 在图2B的例子中，第1距离D1第2距离D2，并且对第1电极2施加的交流电流的振幅 比对第2电极3施加的交流电流的振幅小。但是，也可以是第1距离D1第2距离D2，并且对第1 电极2施加的交流电流的振幅比对第2电极3施加的交流电流的振幅大。此外，也可以是第1 距离D1第2距离D2，并且对第1电极2施加的交流电流的振幅与对第2电极3施加的交流电流 的振幅相同。 [0171] 在图10的例子中，第1磁场源12的磁场的施加方向与第2磁场源13的磁场的施加方 向相同。但是，偏置磁场25的方向与应测定的外部磁场26的方向既可以相同也可以不同。 [0172] 工业实用性 [0173] 本公开的磁传感器可以在一定程度上完成高灵敏度，而且能够用低的偏置磁场驱动。本公开的 磁传感器能够用小型的永久磁铁驱动。因此，本公开的磁传感器例如能用来需要设置在 小空间中的机械部件的动作检测。小的磁场对人体的影响小。因此，本公开的磁传感器在用 来检测生物体磁场方面也是有用的。 [0174] 标号说明 [0175] 1 波导 [0176] 1A 第1位置 [0177] 1B 第2位置 [0178] 1C 检测位置 [0179] 1X 交叉部 [0180] 2 第1电极 [0181] 3 第2电极 [0182] 4 检测电极 [0183] 5 支承体 [0184] 10 交流电源 [0185] 11 检测器 [0186] 12 第1磁场源 [0187] 13 第2磁场源 [0188] 21 第1自旋波 [0189] 22 第2自旋波 [0190] 23 干涉波 [0191] 24 振幅 [0192] 25 偏置磁场 [0193] 26 外部磁场 [0194] 27 微小磁场 [0195] 28 直线] 31 第1衰减机 [0198] 32 第2衰减机 [0199] 33 第1移相器 [0200] 34 第2移相器 [0201] 36 共用电路 [0202] 37 第1分支电路 [0203] 38 第2分支电路 [0204] 100、100A、100B、200、300、400、500 磁传感器 [0205] D1 第1距离 [0206] D2 第2距离 16 16 CN 117121215 A 说明书附图 1/11页 图1A 图1B 图1C 17 17 CN 117121215 A 说明书附图 2/11页 图2A 图2B 图2C 18 18 CN 117121215 A 说明书附图 3/11页 图3A 图3B 图4A 19 19 CN 117121215 A 说明书附图 4/11页 图4B 图5A 图5B 20 20 CN 117121215 A 说明书附图 5/11页 图5C 图6A 图6B 21 21 CN 117121215 A 说明书附图 6/11页 图6C 图7 22 22 CN 117121215 A 说明书附图 7/11页 图8 图9 23 23 CN 117121215 A 说明书附图 8/11页 图10 24 24 CN 117121215 A 说明书附图 9/11页 图11 25 25 CN 117121215 A 说明书附图 10/11页 图12A 26 26 CN 117121215 A 说明书附图 11/11页 图12B 27 27

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