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公開番号2025030253
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023135382
出願日2023-08-23
発明の名称集積型ホールセンサ
出願人株式会社日立ハイテク
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類G01N 27/74 20060101AFI20250228BHJP(測定;試験)
要約【課題】確実にかつ効率的に、磁性体粒子をホール素子部に捕獲する。
【解決手段】本開示は、磁性体粒子を捕獲する複数のホール素子部で構成されるホール素子アレイ層と、複数のホール素子部に隣接し、かつ複数のホール素子部の上に検出対象である磁性体を捕獲するための磁場を発生する高透磁率細線と、を備える、集積型ホールセンサを提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
磁性体粒子を捕獲する複数のホール素子部で構成されるホール素子アレイ層と、
前記複数のホール素子部に隣接し、かつ前記複数のホール素子部の上に検出対象である磁性体を捕獲するための磁場を発生する高透磁率細線と、
を備える、集積型ホールセンサ。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記高透磁率細線は、ホール素子アレイ層よりも上の層に配置される、集積型ホールセンサ。
【請求項３】
請求項１において、
さらに、前記複数のホール素子部よりも下層であって、前記複数のホール素子部に対応する位置に２次元電子ガス層を有し、
前記集積型ホールセンサを真上から見たときに、前記高透磁率細線は、前記２次元電子ガス層とは重ならない位置に配置されている、集積型ホールセンサ。
【請求項４】
請求項３において、
前記高透磁率細線は、絶縁層を介して、前記２次元電子ガス層よりも上の層に配置される、集積型ホールセンサ。
【請求項５】
請求項１において、
前記複数のホール素子部において、前記高透磁率細線寄りの場所に前記磁性体を捕獲する、集積型ホールセンサ。
【請求項６】
請求項１において、
さらに、前記ホール素子アレイ層の垂直方向に印加する磁場とは別に、前記ホール素子アレイ層と平行方向の磁場を印加する横磁場印加用磁石を備える、集積型ホールセンサ。
【請求項７】
請求項１において、
高透磁率細線は、構成材料として軟磁性材料を含む、集積型ホールセンサ。
【請求項８】
請求項１において、
さらに、前記複数のホール素子部よりも下層であって、前記複数のホール素子部に対応する位置にグラフェンを有し、
前記集積型ホールセンサを真上から見たときに、前記高透磁率細線は、前記グラフェンとは重ならない位置に配置されている、集積型ホールセンサ。
【請求項９】
請求項１において、
さらに、ＭＯＳトランジスタ構造を有し、
所望のホール素子部に接続するＭＯＳトランジスタのゲートをＯＮにすることにより、前記所望のホール素子部に捕獲された磁性体により発生する電圧を選択的に検出するように構成された、集積型ホールセンサ。
【請求項１０】
請求項９において、
前記高透磁率細線は、前記ＭＯＳトランジスタ構造が設けられた層よりも上層に配置させた、集積型ホールセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、集積型ホールセンサに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来からホール素子は磁気を検出する素子として様々な用途に用いられている。ホール素子は、電流に作用するローレンツ力に起因する起電力、すなわちホール効果を利用して磁気を検出する。そのため、駆動電流のための一対の端子、および起電力検出のための一対の端子を必要とする。
【０００３】
例えば、特許文献１は、磁性体粒子を検出する複数のホール素子から構成されるホールセンサにおいて、選択トランジスタを用いて複数のホール素子から１つ素子の出力を得ることを開示する。また、特許文献２は、磁性体粒子を検出する複数のホール素子において隣り合うホール素子の出力端子間を開閉するトランジスタを設け、端子数を減らす集積化構造としたホールセンサについて開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－２１２２３３号公報
特開２００７－１８０２１５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１および２では測定対象の磁性体粒子をホール素子検出部（ホール素子部）に捕獲する手段を持たない。このため、磁性体粒子がホール素子検出部以外のホール素子の間あるいは端子上に位置する可能性が排除できず、投入する磁性体粒子量に対し、大きなシグナルを得ることは困難である。
本開示は、このような状況に鑑み、確実にかつ効率的に、磁性体粒子をホール素子部に捕獲する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、上記課題を解決するために、磁性体粒子を捕獲する複数のホール素子部で構成されるホール素子アレイ層と、複数のホール素子部に隣接し、かつ複数のホール素子部の上に検出対象である磁性体を捕獲するための磁場を発生する高透磁率細線と、を備える、集積型ホールセンサを提供する。
【０００７】
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の技術によれば、ホールセンサの性能を向上させることができる。具体的には、検出対象である磁性体粒子をホールセンサ検出部に効率的に捕獲することが可能で、磁性体粒子を効率的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１の実施形態による微細構造ホールセンサの構成例を示す図である。
図１におけるゲート配線１４を通る平面での微細構造ホールセンサの断面構成例を示す図である。
図１における微細構造ホールセンサの回路構成例を示す図である。
第２の実施形態によるホールセンサの構成例を示す図である。
図４のホール素子部４１を通る平面における断面構成例を示す図である。
第３の実施形態によるホールセンサの構成例を示す図である。
図６におけるゲート配線１４を通る平面での断面構成例を示す図である。
高透磁率細線１３の短軸方向に外部磁場（横磁場印加用磁石１７などによって）を印加したとき、高透磁率細線１３の短軸方向に生じる磁化のシミュレーション結果を示す図である。
ホール電圧測定において、ホール素子部１１の近傍に高透磁率細線１３を構成した影響（磁性体粒子の磁化の磁場方向）を調べたシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態は、対象物質（例えば、抗原抗体などが挙げられるが、これに限定されるものではない）が低濃度の領域（対象物質を吸着した磁性体粒子が少ない領域）における磁性体粒子を効率良く検出するホールセンサについて提案する。
（【００１１】以降は省略されています）

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