特開 2024-139308 グラニュラー薄膜

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139308

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】グラニュラー薄膜

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/032 20060101AFI20241002BHJP

   G01R 15/24 20060101ALI20241002BHJP

   H01F 10/16 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

G01R15/24 D

H01F10/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050187

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000173795

【氏名又は名称】公益財団法人電磁材料研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】宮本 光教

(72)【発明者】

【氏名】久保 利哉

(72)【発明者】

【氏名】饗場 哲也

(72)【発明者】

【氏名】小林 伸聖

(72)【発明者】

【氏名】池田 賢司

(72)【発明者】

【氏名】岩佐 忠義

(72)【発明者】

【氏名】荒井 賢一

【テーマコード（参考）】

2G017

2G025

5E049

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AD12

2G017AD15

2G017BA05

2G025AB10

5E049AA01

5E049AA04

5E049BA22

(57)【要約】

【課題】性能指数ＦＯＭ〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕が高く、電流検出感度が高いグラニュラー薄膜を提供することを目的とする。
【解決手段】グラニュラー薄膜１は、誘電体マトリックスに磁性ナノ粒子が分散されたグラニュラー薄膜１であって、磁性ナノ粒子３は、Ｃｏ及びＦｅから構成され、磁性ナノ粒子３に含有されるＣｏの原子量を磁性ナノ粒子３に含有されるＦｅの原子量で除した（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、１．２以上１７．０以下であり、性能指数ＦＯＭが１．００×１０-4〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上である。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体マトリックスに磁性ナノ粒子が分散されたグラニュラー薄膜であって、
前記磁性ナノ粒子は、Ｃｏ及びＦｅから構成され、
前記磁性ナノ粒子に含有されるＣｏの原子量を前記磁性ナノ粒子に含有されるＦｅの原子量で除した（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、１．２以上１７．０以下であり、性能指数ＦＯＭが１．００×１０-4〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上であることを特徴とするグラニュラー薄膜。

【請求項2】

前記（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、３．５以上１０．０以下であり、性能指数ＦＯＭが１．２５×１０-4〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上である、請求項１に記載のグラニュラー薄膜。

【請求項3】

前記誘電体マトリックスはＢａＦを含み、
前記グラニュラー薄膜における前記ＢａＦの含有率は、７５ａｔ％以上９０ａｔ％以下である、請求項１～２の何れか一項に記載のグラニュラー薄膜。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、グラニュラー薄膜に関する。

【背景技術】

【0002】

ファラデー効果とも称され、直線光を磁場に透過させたときに偏光面が回転する磁気光学効果を示す透光性磁性体薄膜が知られている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１に記載される磁性体薄膜は、ＬをＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選択される１種以上の元素、ＭをＬｉ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＢｉ、希土類元素から選択される少なくとも１種以上の元素、並びにＦを含有する組成を有する。特許文献１に記載される磁性体薄膜では、Ｍの原子比率が１０％以上４０％以下で、Ｆの原子比率が２０％以上７０％以下で、且つＭとＦの合計の原子比率が６０％以上である。特許文献１に記載される磁性体薄膜は、このような組成を有することで、高い磁化特性及び良好な透光性を有し、且つ近赤外領域で優れた磁気光学特性を示し、種々の光通信デバイスに適用可能となる。

【0003】

また、特許文献２には、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉＣｏ合金、及びＮｉＣｏ合金等の磁性体粒子、並びに磁性体粒子と安定的に分離するフッ化物である誘電体を含有するグラニュラー薄膜を磁界センサ素子として使用する磁界センサが記載される。特許文献２に記載される磁界センサ素子は、グラニュラー薄膜を電流検出用の磁界センサ素子として使用することで、磁界センサ素子の小型化を図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－９８４２３号公報

【特許文献2】特開２０２０－１２６００６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献２において電流検出用の磁界センサ素子として使用されるグラニュラー薄膜は、単位磁界、単位光透過損失当たりのファラデー回転角で定義される性能指数ＦＯＭ〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕が十分では無いため、電流検出感度が低いことが課題である。

【0006】

本発明は、このような課題を解決するものであり、性能指数ＦＯＭが高く、高感度に電流検出可能なグラニュラー薄膜を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るグラニュラー薄膜は、誘電体マトリックスに磁性ナノ粒子が分散されたグラニュラー薄膜であって、磁性ナノ粒子は、Ｃｏ及びＦｅから構成され、磁性ナノ粒子に含有されるＣｏの原子量を磁性ナノ粒子に含有されるＦｅの原子量で除した（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、１．２以上１７．０以下であり、性能指数ＦＯＭが１．００×１０-4〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上である。

【0008】

また、本発明に係るグラニュラー薄膜では、（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、３．５以上１０．０以下であり、性能指数ＦＯＭが１．２５×１０-4〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上であることが好ましい。

【0009】

また、本発明に係るグラニュラー薄膜では、誘電体マトリックスはＢａＦを含み、
グラニュラー薄膜におけるＢａＦの含有率は、７５ａｔ％以上９０ａｔ％以下であることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係るグラニュラー薄膜は、性能指数ＦＯＭが高く、高感度に電流検出可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るグラニュラー薄膜のＴＥＭ画像を示す図である。

【図2】（ａ）は図１に示すグラニュラー薄膜を磁界センサ素子とした磁界センサ装置の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す破線Ａで囲まれた部分の拡大断面図である。

【図3】図２（ａ）に示す電流演算装置の内部ブロック図である。

【図4】実施例５を電流検出用の磁界センサ素子として使用する磁界センサ装置によってパルス電流を測定した結果である。

【図5】横軸は実施例１～９及び比較例１～３グラニュラー薄膜の（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比と性能指数ＦＯＭとの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る好適な実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、各図において同一、又は相当する機能を有するものは、同一符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。

【0013】

（実施形態に係るグラニュラー薄膜の概要）
本願発明の発明者等は、Ｃｏ及びＦｅから構成される磁性ナノ粒子において、（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比を所定の範囲内とすることで、グラニュラー薄膜を電流検出用の磁界センサ素子として使用したときに、性能指数ＦＯＭを高くできることを見出した。（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、磁性ナノ粒子に含有されるＣｏの原子量を磁性ナノ粒子に含有されるＦｅの原子量で除した値である。（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、１．２以上１７．０以下であることが好ましく、３．５以上１０．０以下であることが更に好ましい。（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比を１．２以上１７．０以下とすることで、グラニュラー薄膜の性能指数ＦＯＭは、１．００×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上となり、電流検出した場合のノイズレベルが１０〔Ａ〕以下に低下して、ＳＮ比が高い電流検出用の磁界センサ素子を実現できる。また、（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比を３．５以上１０．０以下とすることで、性能指数ＦＯＭは、１．２５×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上となり、電流検出した場合のノイズレベルが５〔Ａ〕以下と更に低下して、ＳＮ比が更に高い電流検出用の磁界センサ素子を実現できる。

【0014】

（実施形態に係るグラニュラー薄膜の構成）
図１は、実施形態に係るグラニュラー薄膜の透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy、ＴＥＭ）画像を示す図である。

【0015】

グラニュラー薄膜１は、誘電体マトリックス２と、誘電体マトリックス２から安定的に相分離した状態で誘電体マトリックス２中に分散している磁性ナノ粒子３とを有するグラニュラー膜である。

【0016】

誘電体マトリックス２の材料は、フッ化バリウム（ＢａＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）等のフッ化物（金属フッ化物）が好ましく、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）が特に好ましい。なお、誘電体マトリックス２の材料は、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、五酸化二ニオビウム（Ｎｂ_２Ｏ_５）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、及び三酸化二アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物であってもよい。誘電体マトリックス２の材料は、誘電体マトリックス２と磁性ナノ粒子３との良好な相分離のためには、酸化物よりもフッ化物の方が好ましい。

【0017】

磁性ナノ粒子３の材料は、強磁性金属である鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）から構成されることが好ましい。なお、磁性ナノ粒子３の材料は、ファラデー効果を生じるものであればよく、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉＣｏ合金、ＮｉＣｏ合金等のニッケル（Ｎｉ）並びに鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）の合金であってもよい。

【0018】

磁性ナノ粒子に含有されるＣｏの原子量を磁性ナノ粒子に含有されるＦｅの原子量で除した（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、１．２以上１７．０以下であることが好ましく、３．５以上１０．０以下であることが更に好ましい。

【0019】

（グラニュラー薄膜１の製造方法）
グラニュラー薄膜１は、蒸着装置及びＲＦスパッタ装置において、誘電体マトリックス２及び磁性ナノ粒子３のそれぞれの原材料をターゲットとして５．０×１０^－４〔Ｐａ〕以下の真空度中で５００〔℃〕に加熱された基板上に成膜される。磁性ナノ粒子３に含有されるＣｏとＦｅ原子の含有比は、磁性ナノ粒子３を構成するＣｏおよびＦｅを含有するターゲットの含有量を調整することで制御される。得られたグラニュラー薄膜１は５００℃以上で真空熱処理される。

【0020】

（グラニュラー薄膜１を磁界センサ素子とした磁界センサ装置）
図２（ａ）はグラニュラー薄膜１を磁界センサ素子とした磁界センサ装置の斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す破線Ａで囲まれた部分の拡大断面図である。

【0021】

磁界センサ装置１０は、グラニュラー薄膜１と、ミラー素子１１と、光ファイバ１２と、電流演算装置１３とを有し、φが０．５〔ｍｍ〕である導線１４に流れる直流電流の電流値を検出する。グラニュラー薄膜１は、光ファイバ１２の先端に配置され、導線１４に電流が流れることで導線１４の周囲に発生する磁界に応じて、光ファイバ１２を介して入射する光が変調される。

【0022】

ミラー素子１１は、グラニュラー薄膜１上に形成されており、グラニュラー薄膜１を透過した光をグラニュラー薄膜１に向けて反射して戻り光を発生する。ミラー素子１１は、グラニュラー薄膜１を透過した円偏波光と回転方向が反対の円偏波光をグラニュラー薄膜１に出射する。ミラー素子１１としては、例えば、銀（Ａｇ）膜、金（Ａｕ）膜、アルミニウム（Ａｌ）膜又は誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。

【0023】

光ファイバ１２は、第１光ファイバ１５と、第２光ファイバ１６とを有し、グラニュラー薄膜１と電流演算装置１３との間を光学的に接続する。第１光ファイバ１５及び第２光ファイバ１６は、ＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバであり、入射光及び戻り光の偏波面を保持しながら入射光及び戻り光を伝搬する。第１光ファイバ１５は、ビート長Ｌ_ｂの４分の１の長さを有し、接続部１７において、遅相軸及び進相軸が第２光ファイバ１６の遅相軸及び進相軸に対して４５度傾くように第２光ファイバ１６に接続される。第１光ファイバ１５は、第２ファイバから導入された直線偏波光を円偏波光に変換すると共に、グラニュラー薄膜１から導入された円偏光を直線偏光に変換する1/4波長板として機能する。第２光ファイバ１６は、第１光ファイバ１５と電流演算装置１３との間を光学的に接続する。

【0024】

図３は、電流演算装置１３の内部ブロック図である。

【0025】

電流演算装置１３は、発光部２０と、サーキュレータ３０と、第１光学素子４０と、光路部５０と、検出信号発生部６０とを有する。発光部２０、サーキュレータ３０、第１光学素子４０、光路部５０及び検出信号発生部６０の間の光路は、ＰＡＮＤＡファイバ８０によって形成される。なお、第１光学素子３０、光路部４０、圧力センサ５０及び検出信号発生部６０の間の光路は、ボウタイ（Bow-tie）ファイバ及び楕円ジャケット（Elliptical Jacket）ファイバ等の偏波保持型の光ファイバによって形成されてもよい。

【0026】

発光部２０は、発光素子２１と、アイソレータ２２と、偏光子２３とを有する。発光素子２１は、例えば半導体レーザ又は発光ダイオードである。具体的には、発光素子２１として、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセンスダイオード等を好ましく用いることができる。

【0027】

アイソレータ２２は、発光素子２１から入射された光をサーキュレータ３０側に透過すると共に、サーキュレータ３０から入射された光を発光素子２１側に透過しないことで、発光素子２１を保護する。アイソレータ２２は、例えば偏光依存型光アイソレータであり、偏光無依存型光アイソレータであってもよい。

【0028】

偏光子２３は、発光素子２１が発した光を直線偏波光にするための光学素子であり、その種類は特に限定されない。偏光子２３で得られる第１直線偏波光は、サーキュレータ３０を介して第１光学素子４０に入射される。

【0029】

サーキュレータ３０は、発光部２０から出射された第１直線偏波光を第１光学素子４０に透過すると共に、第１光学素子４０から出射された第２直線偏波光を検出信号発生部６０に分岐する光分岐部である。サーキュレータ３０は、例えばファラデー回転子、１／２波長板、偏光ビームスプリッタ、及び反射ミラーによって形成される。

【0030】

第１光学素子４０は、例えばサーキュレータ３０から入射される第１直線偏波光の偏光面に対して方位角が２２．５度になるように配置された１／２波長板である。第１光学素子４０は、サーキュレータ３０から入射される第１直線偏波光の偏光面を４５度回転し、光路部５０に第１直線偏波光を出射する。第１光学素子４０で偏光面が４５度回転した第１直線偏波光は、Ｐ偏光である第１直線偏光ＣＷ１と、第１直線偏光ＣＷ１に直交するＳ偏光である第２直線偏光ＣＣＷ１とを有する。

【0031】

また、第１光学素子４０は、光路部５０から入射される直線偏波光である第２直線偏波光の偏光面を４５度回転し、サーキュレータ３０に出射する。

【0032】

光路部５０は、第１ビームスプリッタ５１と、第２ビームスプリッタ５２と、第１光路５３と、第２光路５４と、第２光学素子５５とを有する。

【0033】

第１ビームスプリッタ５１は、第１直線偏光ＣＷ１を第１光路４３に出射すると共に、第２直線偏光ＣＣＷ１を第２光路５４に出射する。また、第１ビームスプリッタ５１は、第３直線偏光ＣＷ２が第２光路５４から入射されると共に、第４直線偏光ＣＣＷ２が第１光路５３から入射される。第３直線偏光ＣＷ２及び第４直線偏光ＣＷ２は、第１光学素子４０に出射される第２直線偏波光の互いに直交する偏光成分である。

【0034】

第２ビームスプリッタ５２は、第１直線偏光ＣＷ１が第１光路４３から入射されると共に、第２直線偏光ＣＣＷ１が第２光路４４から入射され、入射された第１直線偏光ＣＷ１及び第２直線偏光ＣＣＷ１を第２光ファイバ１６に出射する。また、第２ビームスプリッタ５２は、第２光ファイバ１６から入射された第３直線偏光ＣＷ２を第２光路５４に出射すると共に、第２光ファイバ１６から入射された第４直線偏光ＣＣＷ２を第１光路５３に出射する。

【0035】

第１ビームスプリッタ５１及び第２ビームスプリッタ５２は、入射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離し、且つ、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを合成し出射する。第１ビームスプリッタ５１及び第２ビームスプリッタ５２は、例えばプリズム型ビームスプリッタであるが、平面型ビームスプリッタ又はウェッジ型ビームスプリッタであってもよい。

【0036】

第１光路５３は、第１ビームスプリッタ５１から導入された第１直線偏光ＣＷ１を第２ビームスプリッタ５２に導出すると共に、第２ビームスプリッタ５２から導入された第４直線偏光ＣＣＷ２を第１ビームスプリッタ５１に導出する。第２光路５４は、第１ビームスプリッタ５１から導入された第２直線偏光ＣＣＷ２を第２ビームスプリッタ５２に導出すると共に、第２ビームスプリッタ５２から導入された第３直線偏光ＣＷ２を第１ビームスプリッタ５１に導出する。

【0037】

第１光路５３は、一端が第１ビームスプリッタ５１に光学的に接続され且つ他端が第２ビームスプリッタ５２に光学的に接続されたＰＡＮＤＡファイバである。第２光路５４は、一端が第１ビームスプリッタ５１に光学的に接続され且つ他端が第２ビームスプリッタ５２に光学的に接続されたＰＡＮＤＡファイバである。なお、第１光路５３及び第２光路５４は、ボウタイファイバ及び楕円ジャケットファイバ等の偏波保持ファイバであってもよい。第２光路５４には、第２光学素子５５が配置される。

【0038】

第２光学素子５５は、第１（１／４）波長板５６と、第２（１／４）波長板５７と、４５度ファラデー回転子５８とを有する。

【0039】

第１（１／４）波長板５６は、第２光路５４を形成するＰＡＮＤＡファイバの遅相軸及び進相軸に対して光学軸が４５度傾斜して配置される１／４波長板である。第１（１／４）波長板５６は、直線偏光を円偏光に変換すると共に、円偏光を直線偏光に変換する。

【0040】

第２（１／４）波長板５７は、第２光路５４を形成するＰＡＮＤＡファイバの遅相軸及び進相軸に対して光学軸が－４５度傾斜して配置される１／４波長板である。第２（１／４）波長板５７は、４５度ファラデー回転子５８から円偏光を直線偏光に変換すると共に、直線偏光を円偏光に変換する。

【0041】

４５度ファラデー回転子５８は、第１（１／４）波長板５６及び第２（１／４）波長板５７のそれぞれから入射される円偏光の位相を変化させるファラデー回転子である。

【0042】

４５度ファラデー回転子５８は、第２（１／４）波長板５７から出射される第２直線偏光ＣＣＷ１の位相が第１（１／４）波長板５６に入射される直線偏光である第２直線偏光ＣＣＷ１の位相から４５度シフトするように、第１（１／４）波長板４６から入射される円偏光の位相を変化させる。また、４５度ファラデー回転子５８は、第１（１／４）波長板５６から出射される第３直線偏光ＣＷ２の位相が第２（１／４）波長板５７に入射される第３直線偏光ＣＷ２の位相から－４５度シフトするように、円偏光の位相を変化させる。

【0043】

検出信号発生部６０は、第３ビームスプリッタ６１と、第１受光素子６２と、第２受光素子６３と、信号処理回路７０とを有し、サーキュレータ３０で分岐された第２直線偏波光を受光する。検出信号発生部６０は、第２直線偏波光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離し、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分を受光して電気信号に変換して差動増幅することで、グラニュラー薄膜１に印加される磁界に応じた検出信号Ｅｄを出力する。第３ビームスプリッタ６１は、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型及び光導波路型等の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、サーキュレータ３０で分岐された第２直線偏波光をＳ偏光成分６４とＰ偏光成分６５とに分離する。

【0044】

第１受光素子６２及び第２受光素子６３のそれぞれは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。第１受光素子６２はＳ偏光成分６４を受光し、第２受光素子６３はＰ偏光成分６５を受光する。第１受光素子６２及び第２受光素子６３のそれぞれは、受光した光を光電変換して、受光した光の光量の応じた電気信号を出力する。信号処理回路７０は、Ｓ偏光成分を示す電気信号及びＰ偏光成分を示す電気信号を差動増幅することで、グラニュラー薄膜１に印加される磁界に応じた検出信号Ｅｄを出力する。

【0045】

（グラニュラー薄膜１の評価方法）
グラニュラー薄膜１は、ファラデー回転角の大きさと、グラニュラー薄膜１を透過する光の損失との比である性能指数ＦＯＭ（Figure of merit）によって評価される。グラニュラー薄膜１は、膜厚が厚くなるほど、印加される磁界に応じたファラデー回転角は大きくなるが、グラニュラー薄膜１を透過する光の損失も大きくなる。性能指数ＦＯＭをファラデー回転角の大きさと、グラニュラー薄膜１を透過する光の損失との比によって定義することで、膜厚に依存せず、磁性ナノ粒子のＣｏ及びＦｅの含有比率に応じたグラニュラー薄膜１の性能を評価することができる。

【0046】

（グラニュラー薄膜１の性能指数ＦＯＭの算出方法）
グラニュラー薄膜１の性能指数ＦＯＭ〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕は、以下の式（１）で示される。ここで、Ｍはグラニュラー薄膜１に印加される磁界〔Ｏｅ〕であり、θ_Ｆは磁界Ｍが印加されたときのグラニュラー薄膜１におけるファラデー回転角〔°〕であり、Ｐ_ｌｏｓｓはグラニュラー薄膜１を透過する光の損失〔ｄＢ〕である。

【0047】

【数1】

【0048】

グラニュラー薄膜１を透過する光の損失Ｐ_ｌｏｓｓは、以下の式（２）で示される。ここで、Ｔは、グラニュラー薄膜１を透過する光の透過率である。

【0049】

【数2】

【0050】

（グラニュラー薄膜１のファラデー回転角θ_Ｆの測定方法）
グラニュラー薄膜１のファラデー回転角θ_Ｆは、当該磁界センサ装置を使用し、グラニュラー薄膜１に１〔ｋＯｅ〕の磁界を印加して測定される。この時、使用する光の波長は１５５０〔ｎｍ〕である。

【0051】

（グラニュラー薄膜１の透過率Ｔの測定方法）
グラニュラー薄膜１の透過率Ｔは、分光光度計によって測定される。グラニュラー薄膜１の透過率Ｔの測定に使用される分光光度計は日立製作所製の分光光度計U4100であり、グラニュラー薄膜１の透過率Ｔが測定されるときにグラニュラー薄膜１に入射される光の波長は１５５０〔ｎｍ〕である。

【0052】

（グラニュラー薄膜１における（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比の測定方法）
グラニュラー薄膜１における（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比は、EDX（蛍光X線分析）を用いて定量された各元素量から原子比を計算によって求めた。他にもEPMA（電子プローブマイクロアナライザー）やAES（オージェ電子分光法）、XPS（X線光電分光法）などの一般的表面分析手法によっても同様の測定が可能である。

【0053】

（グラニュラー薄膜１におけるＭｇＦ_２の含有率の測定方法）
グラニュラー薄膜１におけるＭｇＦ_２の含有率についても、前述したものと同様の方法で計算した。

【0054】

（グラニュラー薄膜１の評価）
磁性ナノ粒子３の主成分をＣｏ及びＦｅとし、誘電体マトリックス２の主成分をＢａＦとしたグラニュラー薄膜を複数製造し、磁性ナノ粒子の（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比、及びＢａＦの含有率を変化させたときのＦＯＭを評価した。

【0055】

製造するグラニュラー薄膜では、磁性ナノ粒子の（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比が、０．７、１．２、３．５、５．０、５．５、６．０、８．５、１０．０、１５．０、１７．０、１８．０及び２１．０となるように、Ｃｏ及びＦｅの含有量を調整した。併せて、ＢａＦの含有率が７５〔ａｔ％〕以上９０〔ａｔ％〕以下となるようにＣｏ及びＢａＦの含有量を調整した。製造された複数のグラニュラー薄膜について、前述した「グラニュラー薄膜１のファラデー回転角θ_Ｆの測定方法」及び「グラニュラー薄膜１の透過率Ｔの測定方法」によって測定されたに基づいてファラデー回転角θ_Ｆ及び透過率Ｔを測定した。測定されたファラデー回転角θ_Ｆ及び透過率Ｔを使用して、前述した式（１）に基づいてグラニュラー薄膜のそれぞれの性能指数ＦＯＭを算出した。

【0056】

表１は、製造した１２種類のグラニュラー薄膜について、グラニュラー薄膜の組成、磁性ナノ粒子の組成（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比、ＢａＦの含有率〔ａｔ％〕及び性能指数ＦＯＭ〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕を示す表である。

【0057】

なお、表１では、製造した１２種類のグラニュラー薄膜について、性能指数ＦＯＭ〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕を評価した。前述した様に、性能指数ＦＯＭが１．００×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上である場合、ノイズレベルが１０〔Ａ〕以下に低下すると考えられることから「〇」と記入した。また、性能指数ＦＯＭが１．２５×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上である場合、ノイズレベルが５〔Ａ〕以下に低下すると考えられることから「◎」と記入した。なお、性能指数ＦＯＭが１．００×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕未満である場合、ノイズレベルが高くなりＳＮ比が高い電流検出用の磁界センサ素子が実現されないおそれがあるため、「×」と記入した。

【0058】

表１では、「ＦＯＭ」に「〇」及び「◎」が記入されるグラニュラー薄膜を実施例１～９とし、「ＦＯＭ」に「×」が記入されるグラニュラー薄膜を比較例１～３とした。

【0059】

ここで、本発明の組成範囲で性能指数ＦＯＭが向上する理由を説明する。一般的にファラデー回転角の大きさは磁性膜の飽和磁化の大きさに比例する。従ってＣｏ／Ｆｅ比が１付近において飽和磁化が最大となり、ファラデー回転角が最大化する。しかし、Ｆｅの含有量が増加すると光の透過損失も大きくなるため、結果的に性能指数ＦＯＭは低下する。逆に、Ｆｅの含有量が極端に少なくＣｏが主体とした場合、飽和磁化が小さくファラデー回転角が小さくなるため、性能指数ＦＯＭは低下する。一方、ＦｅＣｏ合金は磁歪（外部磁界を印加して磁性体を磁化させると、形状が変化する現象）の性質があり、Ｃｏ／Ｆｅ比が4以上になると磁歪が大幅に減少し、Ｃｏ／Ｆｅ比が１５付近でゼロ磁歪になることが知られている。特に高温で処理された場合、Ｃｏ／Ｆｅ比が４～１５の範囲で磁歪が小さくなる。磁歪が小さくなるＣｏ／Ｆｅ比の範囲と本発明の性能指数ＦＯＭが上昇するＣｏ／Ｆｅ比の範囲が概ね合致していることから、磁歪を抑制することが性能指数ＦＯＭの向上に寄与しているものと考えられる。

【0060】

【表1】

【0061】

図４は、実施例５を電流検出用の磁界センサ素子として使用する磁界センサ装置１０によって測定される電流Ｉの経時変化を示す図である。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は電流値を示し、波形Ｗ１０１は、導線１４に流れる電流の測定結果である。

【0062】

磁界センサ装置１０は、導線１４に流れる電流を０〔Ａ〕から１００〔Ａ〕に遷移させたときの電流値を検出する。導線１４に流れる電流にグラニュラー薄膜１を介して重畳されるノイズは、導線１４に流れる電流が０〔Ａ〕である－２〔μｓ〕から０〔μｓ〕の間に検出された電流値の３σの値として算出された。

【0063】

実施例５を電流検出用の磁界センサ素子として使用する磁界センサ装置１０によって測定される電流Ｉにおいて、ノイズは３．６８Ａであり、ＳＮ比が高い電流検出用の磁界センサ素子が実現されることが確認された。

【0064】

図５は、実施例１～９及び比較例１～３に示すグラニュラー薄膜の（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比と性能指数ＦＯＭとの関係を示す図である。図５において、横軸は実施例１～９及び比較例１～３の（Ｃｏ／Ｆｅ）原子比を示し、縦軸はグラニュラー薄膜の性能指数ＦＯＭ〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕を示す。図５において、実施例１～９は符号Ｐ_Ｗ１～Ｐ_Ｗ９で示され、比較例１～３は符号Ｐ_Ｃ１～Ｐ_Ｃ３で示される。

【0065】

表１及び図５に示すように、実施例１～９のそれぞれは、性能指数ＦＯＭが１．００×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上であり、ノイズレベルが１０〔Ａ〕以下であるＳＮ比が高い電流検出用の磁界センサ素子を実現することができる。また、実施例２～７のそれぞれは、性能指数ＦＯＭが１．２５×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕以上であり、ノイズレベルが５〔Ａ〕以下であるＳＮ比が更に高い電流検出用の磁界センサ素子を実現することができる。一方、比較例１～３のそれぞれは、１．００×１０^－４〔°／Ｏｅ・ｄＢ〕未満であり、ノイズレベルが１０〔Ａ〕以上となり、ＳＮ比が高い電流検出用の磁界センサ素子を実現することができない。

【符号の説明】

【0066】

１ グラニュラー薄膜
２ 誘電体マトリックス
３ 磁性ナノ粒子
１０ 磁界センサ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】