光传感器、光传感器单元、光传感器装置和信息终端装置的制作方法

1.本发明涉及光传感器、光传感器单元、光传感器装置和信息终端装置。


背景技术：

2.图像传感器被用于摄像机设备，需求逐年提高。图像传感器是将光转换为电信号的摄像元件。
3.例如，在专利文献1中记载有使用了半导体的pn结的光传感器和使用了该光传感器的图像传感器。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：美国专利第9842874号说明书


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.虽然使用了半导体的pn结的光传感器被广泛利用，但为了进一步的发展而要求新的突破。
9.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种新型的光传感器、光传感器单元、光传感器装置和信息终端装置。
10.用于解决课题的方法
11.为了解决上述课题，提供以下的手段。
12.(1)第1方式的光传感器具有：波长滤波器，其使特定的波长区域的光透过；和磁性元件，其具备第1铁磁性层、第2铁磁性层、和被所述第1铁磁性层和所述第2铁磁性层夹持的间隔层，透过了所述波长滤波器的光照射于所述磁性元件，对照射于所述磁性元件的光进行检测。
13.(2)在上述方式的光传感器中，也可以为，所述波长滤波器使380nm以上且小于800nm的波长区域中的特定的波长区域的光透过。
14.(3)在上述方式的光传感器中，也可以为，所述波长滤波器使800nm以上且1mm以下的波长区域中的特定的波长区域的光透过。
15.(4)在上述方式的光传感器中，也可以为，所述波长滤波器使200nm以上且小于380nm的波长区域中的特定的波长区域的光透过。
16.(5)第2方式的光传感器单元具有多个上述方式的光传感器。
17.(6)在上述方式的光传感器单元中，也可以为，作为所述光传感器，至少具有：第1光传感器，其具有使第1波长区域的光透过的所述波长滤波器；和第2光传感器，其具有使第2波长区域的光透过的所述波长滤波器。
18.(7)在上述方式的光传感器单元中，也可以为，所述第1波长区域为380nm以上且小于800nm的波长区域中的特定的波长区域，所述第2波长区域为800nm以上且1mm以下的波长
区域中的特定的波长区域。
19.(8)在上述方式的光传感器单元中，也可以为，作为所述光传感器，还具有：第3光传感器，其具有使第3波长区域的光透过的所述波长滤波器，所述第3波长区域为200nm以上且小于380nm的波长区域中的特定的波长区域。
20.(9)在上述方式的光传感器单元中，也可以为，光传感器一维地排列。
21.(10)在上述方式的光传感器单元中，也可以为，光传感器二维地排列。
22.(11)第3方式的光传感器装置具备：上述方式的光传感器；和与所述光传感器的所述磁性元件电连接的半导体电路。
23.(12)在上述方式的光传感器装置中，也可以为，在所述半导体电路上存在所述光传感器。
24.(13)第4方式的信息终端装置具备上述方式的光传感器。
25.发明效果
26.上述方式的光传感器、光传感器单元、光传感器装置和信息终端装置以新颖的原理进行动作。
附图说明
27.图1是第1实施方式的光传感器装置的概念图。
28.图2为表示第1实施方式的光传感器单元的具体结构的一个例子的图。
29.图3为第1实施方式的光传感器装置的截面的概念图。
30.图4是第1实施方式的磁性元件的截面图。
31.图5为用于对第1实施方式的光传感器的动作的第1机理进行说明的图。
32.图6为用于对第1实施方式的光传感器的动作的第2机理进行说明的图。
33.图7为表示第1变形例的光传感器单元的具体结构的一个例子的图。
34.图8为第1变形例的光传感器装置的截面的概念图。
35.图9为表示第2变形例的光传感器单元的具体结构的一个例子的图。
36.图10为表示第3变形例的光传感器单元的具体结构的一个例子的图。
37.图11为表示第4变形例的光传感器单元的具体结构的一个例子的图。
38.图12是第1实施方式的信息终端装置的概念图。
39.符号说明
[0040]1……
光传感器装置；2
……
光传感器单元；3
……
光传感器；3r
……
红色传感器；3g
……
绿色传感器；3b
……
蓝色传感器；3ir
……
红外线传感器；3uv
……
紫外线传感器；5
……
半导体电路；6
……
行解码器；7
……
列解码器；10
……
电路基板；11
……
模数转换器；12
……
输出端子；20
……
配线层；21
……
配线；22
……
层间绝缘膜；30
……
磁性元件；31
……
第1铁磁性层；32
……
第2铁磁性层；33
……
间隔层；34
……
第3铁磁性层；35
……
磁耦合层；36
……
基底层；37
……
垂直磁化感应层；38
……
盖层；39
……
侧壁绝缘层；40、41、42、43、44、45
……
波长滤波器；50
……
透镜；100
……
信息终端装置；ca
……
摄像机；p1、p2、p3、p4、p5
……
像素；m31、m32、m34
……
磁化。
具体实施方式
[0041]
以下，适当参照附图对实施方式进行详细说明。在以下的说明中使用的附图中，为了容易理解特征，有时为了方便而将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等是一个例子，本发明并不限定于此，能够在起到本发明的效果的范围内适当变更而实施。
[0042]
对方向进行定义。将磁性元件30的层叠方向设为z方向，将与z方向正交的面内的一个方向设为x方向，将与x方向和z方向正交的方向设为y方向。以下，有时将+z方向表现为“上”，将-z方向表现为“下”。+z方向是从电路基板10朝向磁性元件30的方向。上下未必与重力施加的方向一致。
[0043]
(第1实施方式)
[0044]
图1是第1实施方式的光传感器装置1的概念图。图1所示的光传感器装置1具有光传感器单元2和半导体电路5。
[0045]
光传感器单元2例如具有多个光传感器3。光传感器3例如以矩阵状二维地排列。光传感器3分别与在行方向延伸的第1选择线和在列方向延伸的第2选择线连接。光传感器单元2利用多个光传感器3而对光进行检测，并置换为电信号。本说明书中的光不限于可见光线，也包括波长比可见光线长的红外线、或波长比可见光线短的紫外线。可见光线的波长例如为380nm以上且小于800nm。红外线的波长例如为800nm以上且1mm以下。紫外线的波长例如为200nm以上且小于380nm。
[0046]
半导体电路5例如被配置在光传感器单元2的外周的外侧。此外，半导体电路5也可以形成于后文所述的电路基板10，并位于在z方向上与光传感器单元2重叠的位置。
[0047]
半导体电路5与光传感器3的各个电连接。半导体电路5对从光传感器单元2发送来的电信号进行运算。半导体电路5例如具有行解码器6和列解码器7。由行解码器6和列解码器7特定检测了光的光传感器3的位置。半导体电路5除了行解码器6和列解码器7之外，还可以具有存储器、运算电路、寄存器等。
[0048]
图2表示光传感器单元的具体结构的一例。图2所示的光传感器单元2a具有多个像素p1。像素p1的各个例如具有红色传感器3r、绿色传感器3g和蓝色传感器3b。在图2所示的光传感器单元2a中，表示了在一个像素p1配置2个视觉灵敏度高的绿色传感器3g的例子，但不限于该情况。
[0049]
红色传感器3r、绿色传感器3g和蓝色传感器3b分别检测380nm以上且小于800nm的波长区域中的特定的波长区域的光。蓝色传感器3b例如检测380nm以上且小于490nm的波长区域的光。绿色传感器3g例如检测490nm以上且小于590nm的波长区域的光。红色传感器3r例如检测590nm以上且800nm以下的波长区域的光。
[0050]
在图2所示的情况下，例如，如果将红色传感器3r作为第1光传感器的一例，则蓝色传感器3b和绿色传感器3g中的一者成为第2光传感器的一例，蓝色传感器3b和绿色传感器3g中的未被选择的另一者成为第3光传感器的一例。第1光传感器是具有使第1波长区域的光透过的波长滤波器的光传感器。第2光传感器是具有使第2波长区域的光透过的波长滤波器的光传感器。第3光传感器是具有使第3波长区域的光透过的波长滤波器的光传感器。第1波长区域、第2波长区域、第3波长区域是彼此不同的波长区域。
[0051]
图3为第1实施方式的光传感器装置1的截面的概念图。光传感器装置1例如具有电
路基板10、配线层20和多个光传感器3。配线层20和多个光传感器3的各个形成在电路基板10上。
[0052]
在电路基板10，形成有上述的半导体电路5。电路基板10例如具有模数转换器11和输出端子12。从光传感器3发送的电信号被模数转换器11置换为数字数据，并从输出端子12输出。
[0053]
配线层20具有多个配线21。在多个配线21之间具有层间绝缘膜22。配线21将光传感器3的各个与电路基板10之间、形成于电路基板10的各运算电路之间电连接。光传感器3的各个与电路基板10例如经由在z方向上贯通层间绝缘膜22的贯通配线而被连接。通过缩短光传感器3的各个与电路基板10之间的配线间距离，能够降低噪声。
[0054]
配线21具有导电性。配线21例如为al、cu等。层间绝缘膜22是使多层配线的配线间、或元件间绝缘的绝缘体。层间绝缘膜22例如是si、al、mg的氧化物、氮化物、氧氮化物。层间绝缘膜22例如是氧化硅(sio
x
)、氮化硅(sin
x
)、碳化硅(sic)、氮化铬、碳氮化硅(sicn)、氧氮化硅(sion)、氧化铝(al2o3)、氧化锆(zro
x
)等。
[0055]
多个光传感器3的各个例如具有磁性元件30、波长滤波器40和透镜50。对磁性元件30照射透过了波长滤波器40的光。磁性元件30检测照射于磁性元件30的光。具体而言，磁性元件30将照射于磁性元件30的光置换为电信号。波长滤波器40选择特定波长的光并使特定波长区域的光透过。透镜50将光向磁性元件30聚光。图3所示的光传感器3在一个波长滤波器40的下方配置有一个磁性元件30，但也可以在一个波长滤波器40的下方配置多个磁性元件30。
[0056]
多个光传感器3具有红色传感器3r、绿色传感器3g和蓝色传感器3b。红色传感器3r、绿色传感器3g、蓝色传感器3b分别是可见光的传感器。红色传感器3r、绿色传感器3g、蓝色传感器3b各自例如磁性元件30和透镜50的结构相同，透过波长滤波器40的光的波长区域不同。红色传感器3r具有波长滤波器41。绿色传感器3g具有波长滤波器42。蓝色传感器3b具有波长滤波器43。
[0057]
波长滤波器41、波长滤波器42和波长滤波器43分别使例如380nm以上且小于800nm的波长区域中的特定的波长区域的光透过。波长滤波器41例如使590nm以上且小于800nm的波长区域的光透过。波长滤波器42例如使490nm以上且小于590nm的波长区域的光透过。波长滤波器43例如使380nm以上且小于490nm的波长区域的光透过。
[0058]
图4是第1实施方式的磁性元件30的截面图。在图4中，同时图示第1电极e1和第2电极e2，用箭头表示铁磁性体的初始状态下的磁化的方向。
[0059]
磁性元件30至少具有第1铁磁性层31第2铁磁性层32和间隔层33。间隔层33位于第1铁磁性层31与第2铁磁性层32之间。磁性元件30除了这些以外，还可以具有第3铁磁性层34、磁耦合层35、基底层36、垂直磁化感应层37、盖层38、侧壁绝缘层39。
[0060]
磁性元件30例如是间隔层33由绝缘材料构成的mtj(magnetic tunnel junction：磁性隧道结)元件。在这种情况下，磁性元件30是当从外部照射光时电阻值发生变化的光检测元件。在该情况下，磁性元件30与第1铁磁性层31的磁化m31的状态与第2铁磁性层32的磁化m32的状态的相对变化相应地，z方向的电阻值(在z方向流过电流的情况下的电阻值)变化。这样的元件也被称为磁阻效应元件。
[0061]
第1铁磁性层31是当从外部照射光时磁化的状态发生变化的光检测层。第1铁磁性
层31也被称为磁化自由层。磁化自由层是包含在被施加了规定的来自外部的能量时磁化的状态发生变化的磁性体的层。规定的来自外部的能量例如是从外部照射的光、在磁性元件30的z方向上流动的电流、外部磁场。第1铁磁性层31的磁化m31的状态根据所照射的光的强度而变化，光传感器3能够借以电信号来置换光。
[0062]
第1铁磁性层31包含铁磁性体。第1铁磁性层31至少包含例如co、fe或ni等磁性元素中的任一种。第1铁磁性层31也可以与上述那样的磁性元素一起包含b、mg、hf、gd等非磁性元素。第1铁磁性层31例如也可以是包含磁性元素和非磁性元素的合金。第1铁磁性层31也可以由多个层构成。第1铁磁性层31例如是cofeb合金、用fe层夹持cofeb合金层的层叠体、用cofe层夹持cofeb合金层的层叠体。
[0063]
第1铁磁性层31可以是在膜面内方向(xy面内的任一方向)具有易磁化轴的面内磁化膜，也可以是在膜法线方向(z方向)具有易磁化轴的垂直磁化膜。
[0064]
第1铁磁性层31的膜厚例如为1nm以上5nm以下。第1铁磁性层31的膜厚例如优选为1nm以上且2nm以下。在第1铁磁性层31为垂直磁化膜的情况下，如果第1铁磁性层31的膜厚较薄，则来自位于第1铁磁性层31的上下的层的垂直磁各向异性施加效果增强，第1铁磁性层31的垂直磁各向异性提高。即，如果第1铁磁性层31的垂直磁各向异性高，则磁化m31想要向z方向返回的力增强。另一方面，如果第1铁磁性层31的膜厚较厚，则来自位于第1铁磁性层31的上下的层的垂直磁各向异性施加效果相对减弱，第1铁磁性层31的垂直磁各向异性减弱。
[0065]
当第1铁磁性层31的膜厚变薄，则作为铁磁性体的体积变小，当变厚，则作为铁磁性体的体积变大。施加来自外部的能量时的第1铁磁性层31的磁化的反应容易度与第1铁磁性层31的磁各向异性(ku)和体积(v)之积(kuv)成反比。即，当第1铁磁性层31的磁各向异性与体积之积变小，则对光的反应性提高。从这样的观点出发，为了提高对光的反应，优选在适当地设计第1铁磁性层31的磁各向异性的基础上减小第1铁磁性层31的体积。
[0066]
在第1铁磁性层31的膜厚比2nm厚的情况下，也可以在第1铁磁性层31内设置例如由mo、w构成的插入层。即，也可以将在z方向上依次层叠有铁磁性层、插入层、铁磁性层的层叠体作为第1铁磁性层31。通过插入层与铁磁性层的界面处的界面磁各向异性，第1铁磁性层31整体的垂直磁各向异性提高。插入层的膜厚例如为0.1nm～0.6nm。
[0067]
第2铁磁性层32是磁化固定层。磁化固定层是由在施加了规定的来自外部的能量时磁化的状态比磁化自由层更难以变化的磁性体构成的层。例如，磁化固定层在施加了规定的来自外部的能量时磁化的方向比磁化自由层更难以变化。另外，例如，磁化固定层在施加了规定的来自外部的能量时磁化的大小比磁化自由层难以变化。第2铁磁性层32的矫顽力例如比第1铁磁性层31的矫顽力大。第2铁磁性层32在与第1铁磁性层31相同的方向上具有易磁化轴。第2铁磁性层32可以是面内磁化膜，也可以是垂直磁化膜。
[0068]
构成第2铁磁性层32的材料例如与第1铁磁性层31相同。第2铁磁性层32例如可以是依次层叠有0.4nm～1.0nm的厚度的co、0.1nm～0.5nm的厚度的mo、0.3nm～1.0nm的厚度的cofeb合金、0.3nm～1.0nm的厚度的fe的层叠体。
[0069]
第2铁磁性层32的磁化例如也可以通过经由磁耦合层35的与第3铁磁性层34的磁耦合来固定。在该情况下，有时也将第2铁磁性层32、磁耦合层35和第3铁磁性层34的组合称为磁化固定层。
[0070]
第3铁磁性层34例如与第2铁磁性层32磁耦合。磁耦合例如是反铁磁性的耦合，通过rkky相互作用而产生。构成第3铁磁性层34的材料例如与第1铁磁性层31相同。第3铁磁性层34例如是co和pt交替层叠而成的层叠膜、co和ni交替层叠而成的层叠膜。磁耦合层35例如是ru、ir等。磁耦合层35的膜厚例如是通过rkky相互作用使第2铁磁性层32与第3铁磁性层34反铁磁性地耦合的膜厚。
[0071]
间隔层33是配置在第1铁磁性层31与第2铁磁性层32之间的非磁性层。间隔层33由导电体、绝缘体或半导体构成的层、或者在绝缘体中包含由导体构成的通电点的层构成。间隔层33的膜厚能够根据后述的初始状态下的第1铁磁性层31的磁化m31和第2铁磁性层32的磁化m32的取向方向来调节。
[0072]
例如，在间隔层33由绝缘体构成的情况下，磁性元件30具有由第1铁磁性层31、间隔层33和第2铁磁性层32构成的磁性隧道结(mtj：magnetic tunnel junction)。这种元件被称为mtj元件。在该情况下，磁性元件30能够表现隧道磁阻(tmr：tunnel magnetoresistance)效应。例如，在间隔层33由金属构成的情况下，磁性元件30能够表现巨磁阻(gmr：giant magnetoresistance)效应。这种元件被称为gmr元件。磁性元件30根据间隔层33的构成材料，有时称呼与mtj元件、gmr元件等不同，但也总称为磁阻效应元件。
[0073]
在间隔层33由绝缘材料构成的情况下，能够使用包含氧化铝、氧化镁、氧化钛或氧化硅等的材料。另外，在这些绝缘材料中也可以包含al、b、si、mg等元素、或co、fe、ni等磁性元素。通过调节间隔层33的膜厚以使得在第1铁磁性层31与第2铁磁性层32之间表现出高tmr效果，能够得到高磁阻变化率。为了有效地利用tmr效应，间隔层33的膜厚可以为0.5～5.0nm程度，也可以为1.0～2.5nm程度。
[0074]
在由非磁性导电材料构成间隔层33的情况下，能够使用cu、ag、au或ru等导电材料。为了有效地利用gmr效应，间隔层33的膜厚可以为0.5～5.0nm程度，也可以为2.0～3.0nm程度。
[0075]
在由非磁性半导体材料构成间隔层33的情况下，能够使用氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锗、氧化镓或ito等材料。在该情况下，间隔层33的膜厚可以为1.0～4.0nm程度。
[0076]
在应用包含由非磁性绝缘体中的导体构成的通电点的层作为间隔层33的情况下，也可以采用在由氧化铝或氧化镁构成的非磁性绝缘体中包含由cu、au、al等非磁性的导体构成的通电点的结构。另外，也可以由co、fe、ni等磁性元素构成导体。在该情况下，间隔层33的膜厚可以为1.0～2.5nm程度。通电点例如是从与膜面垂直的方向观察时的直径为1nm以上且5nm以下的柱状体。
[0077]
图4所示的基底层36例如位于第2电极e2上。基底层36为种子层或缓冲层。种子层提高层叠于种子层上的层的结晶性。种子层例如为pt、ru、hf、zr、nifecr。种子层的膜厚例如为1nm以上且5nm以下。缓冲层是缓和不同晶体间的晶格失配的层。缓冲层例如为ta、ti、w、zr、hf或这些元素的氮化物。缓冲层的膜厚例如为1nm以上且5nm以下。
[0078]
垂直磁化感应层37在第1铁磁性层31为垂直磁化膜的情况下形成。垂直磁化感应层37层叠在第1铁磁性层31上。垂直磁化感应层37感应第1铁磁性层31的垂直磁各向异性。垂直磁化感应层37例如是氧化镁、w、ta、mo等。在垂直磁化感应层37是氧化镁的情况下，为了提高导电性，优选氧化镁氧缺失。垂直磁化感应层37的膜厚例如为0.5nm以上且2.0nm以下。
[0079]
盖层38位于第1铁磁性层31与第1电极e1之间。盖层38在工艺过程中防止对下层的损伤，并且在退火时提高下层的结晶性。盖层38的膜厚例如为3nm以下，以使得对第1铁磁性层31照射充分的光。
[0080]
侧壁绝缘层39覆盖包含第1铁磁性层31和第2铁磁性层32的层叠体的周围。侧壁绝缘层39例如由与层间绝缘膜22相同的材料构成。
[0081]
第1电极e1例如对于照射于磁性元件30的光的波长区域具有透过性。第1电极e1例如是包含氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锌(zno)、氧化铟镓锌(igzo)等氧化物的透明电极材料的透明电极。第1电极e1也可以为在这些透明电极材料中具有多个柱状金属的结构。在该情况下，第1电极e1的膜厚例如为10nm～300nm。作为第1电极e1，并非必须使用如上所述的透明电极材料，也可以通过以较薄的膜厚使用au、cu或al等金属材料，使来自外部的光到达第1铁磁性层31。在使用金属作为第1电极e1的材料的情况下，第1电极e1的膜厚例如为3～10nm。特别是au对蓝色附近的波长的光的透过率比其他金属材料高。另外，第1电极e1也可以在被照射光的照射面具有防反射膜。
[0082]
第2电极e2由具有导电性的材料构成。第2电极e2例如由cu、al或au等金属构成。也可以在这些金属的上下层叠ta、ti。另外，也可以使用cu和ta的层叠膜、ta、cu和ti的层叠膜、ta、cu和tan的层叠膜。另外，作为第2电极e2，也可以使用tin或tan。第2电极e2的膜厚例如为200nm～800nm。第2电极e2也可以对照射于磁性元件子30光具有透过性。作为第2电极e2的材料，与第1电极e1同样地，例如也可以使用氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锌(zno)、氧化铟镓锌(igzo)等氧化物的透明电极材料。即使在从第1电极e1照射光的情况下，根据光的强度，也可能存在光到达第2电极e2的情况，但在该情况下，通过第2电极e2由包含氧化物的透明电极材料而构成，与第2电极e2由金属构成的情况相比，能够抑制第2电极e2和与其相接的层的界面处的光的反射。
[0083]
磁性元件30通过各层的层叠工序、退火工序、加工工序来制作。首先，在第2电极e2上依次层叠基底层36、第3铁磁性层34、磁耦合层35、第2铁磁性层32、间隔层33、第1铁磁性层31、垂直磁化感应层37、盖层38。各层例如通过溅射而成膜。
[0084]
接着，对层叠膜进行退火。退火温度例如为250℃至450℃。在层叠膜形成在电路基板10上的情况下，优选在400℃以上进行退火。然后，通过光刻和蚀刻将层叠膜加工成规定的柱状体。柱状体可以是圆柱，也可以是棱柱。例如，从z方向观察柱状体时的最短宽度可以为10nm以上且2000nm以下，也可以为30nm以上且500nm以下。
[0085]
接着，以覆盖柱状体的侧面的方式形成绝缘层。绝缘层成为侧壁绝缘层39。侧壁绝缘层39也可以经多次层叠。接着，通过化学机械研磨(cmp)使盖层38的上表面从侧壁绝缘层39露出，在盖层38上制作第1电极e1。通过上述工序，得到磁性元件30。
[0086]
接着，对第1实施方式的光传感器的各个的动作进行说明。照射于光传感器3的光被透镜50的各个聚光，经由波长滤波器41、42、43到达磁性元件30。
[0087]
由于红色传感器3r的磁性元件30经由波长滤波器41而被照射光，所以被照射红色的光(590nm以上且小于800nm的波长区域的光)。由于绿色传感器3g的磁性元件30经由波长滤波器42而被照射光，所以被照射绿色的光(490nm以上且小于590nm的波长区域的光)。由于蓝色传感器3b的磁性元件30经由波长滤波器43而被照射光，所以被照射蓝色的光(380nm以上且小于490nm的波长区域的光)。
[0088]
来自磁性元件30的输出电压根据向第1铁磁性层31照射的光的强度而变化。来自磁性元件30的输出电压因光的照射而变化的严格的机理尚不明确，但例如考虑以下的2个机理。
[0089]
图5是用于说明第1实施方式的光传感器3的动作的第1机理的图。在图5的上方的图中，纵轴为照射于第1铁磁性层31的光的强度，横轴为时间。在图5的下方的图中，纵轴为磁性元件30的z方向的电阻值，横轴为时间。
[0090]
首先，在对第1铁磁性层31照射了第1强度的光的状态(以下，称为初始状态)下，第1铁磁性层31的磁化m31与第2铁磁性层32的磁化m32处于平行的关系，磁性元件30的z方向的电阻值显示第1电阻值r1，来自磁性元件30的输出电压的大小显示第1值。第1强度也可以是照射于第1铁磁性层31的光的强度为零的情况。
[0091]
磁性元件30的z方向的电阻值通过在磁性元件30的z方向流过感测电流，在磁性元件30的z方向的两端产生电压，并根据该电压值使用欧姆定律来求出。来自磁性元件30的输出电压在第1电极e1与第2电极e2之间产生。在图5所示的例子的情况下，优选使感测电流从第1铁磁性层31向第2铁磁性层32流动。通过使感测电流在该方向流动，与第2铁磁性层32的磁化m32相同方向的自旋转移扭矩作用于第1铁磁性层31的磁化m31，在初始状态下磁化m31与磁化m32平行。另外，通过使感测电流在该方向流动，能够防止第1铁磁性层31的磁化m31在动作时反转。
[0092]
接着，照射于第1铁磁性层31的光的强度发生变化。通过光的照射产生的来自外部的能量，第1铁磁性层31的磁化m31从初始状态倾斜。未对第1铁磁性层31照射光的状态下的第1铁磁性层31的磁化m31的方向与照射了光的状态下的磁化m31的方向的角度均大于0
°
且小于90
°
。
[0093]
当第1铁磁性层31的磁化m31从初始状态倾斜，则磁阻效应元件30的z方向的电阻值变化。而且，来自磁性元件30的输出电压发生变化。例如，与第1铁磁性层31的磁化m31的倾斜相应地，磁性元件30的z方向的电阻值变化为第2电阻值r2、第3电阻值r3、第4电阻值r4，来自磁性元件30的输出电压在第2值、第3值、第4值之间变化。电阻值按照第1电阻值r1、第2电阻值r2、第3电阻值r3、第4电阻值r4的顺序变大。来自磁性元件30的输出电压按照第1值、第2值、第3值、第4值的顺序变大。
[0094]
光传感器3在照射于磁性元件30的光的强度发生变化时，来自磁性元件30的输出电压(磁性元件30的z方向的电阻值)发生变化。在模数转换器11中，如果将来自磁性元件30的输出电压(磁性元件30的电阻值)的阈值分为多个阶段来规定，则光传感器装置1例如将第1值(第1电阻值r1)设为“0”，将第2值(第2电阻值r2)设为“1”，将第3值(第3电阻值r3)设为“2”，将第4值(第4电阻值r4)设为“3”，能够输出4值的信息。在此，作为一例，表示了读出4个值的情况，但通过设定来自磁性元件30的输出电压(磁性元件30的电阻值)的阈值，能够自由地设计读出的值的数量。另外，在不使用模数转换器11的情况下，也可以直接输出模拟值。
[0095]
由于与第2铁磁性层32的磁化m32相同方向的自旋转移扭矩作用于第1铁磁性层31的磁化m31，所以在光未照射于第1铁磁性层31的情况下，从初始状态倾斜的磁化m31返回初始状态。当磁化m31返回到初始状态时，磁性元件30的z方向的电阻值返回到第1电阻值r1。
[0096]
在此，以在初始状态下磁化m31与磁化m32平行的情况为例进行了说明，但在初始
状态下磁化m31与磁化m32也可以反平行。在该情况下，磁化的m31越倾斜(磁化m31从初始状态起的角度变化越大)，则磁性元件30的z方向的电阻值越小。在将磁化m31与磁化m32反平行的情况作为初始状态的情况下，优选感测电流从第2铁磁性层32向第1铁磁性层31流动。通过使感测电流在该方向流动，对第1铁磁性层31的磁化m31作用与第2铁磁性层32的磁化m32相反方向的自旋转移扭矩，在初始状态下磁化m31与磁化m32成为反平行。
[0097]
图6是用于说明第1实施方式的光传感器3的动作的第2机理的图。在图6的上方的图中，纵轴为照射于第1铁磁性层31的光的强度，横轴为时间。在图6的下方的图中，纵轴为磁性元件30的z方向的电阻值，横轴为时间。
[0098]
图6所示的初始状态与图5所示的初始状态相同。在图6所示的例子的情况下，也优选使感测电流从第1铁磁性层31向第2铁磁性层32流动。通过使感测电流在该方向流动，与第2铁磁性层32的磁化m32相同方向的自旋转移扭矩作用于第1铁磁性层31的磁化m31，维持初始状态。
[0099]
接着，照射于第1铁磁性层31的光的强度发生变化。通过光的照射产生的来自外部的能量，第1铁磁性层31的磁化m31的大小从初始状态变小。当第1铁磁性层31的磁化m31从初始状态变小，则磁阻效应元件30的z方向的电阻值变化。而且，来自磁性元件30的输出电压发生变化。例如，与第1铁磁性层31的磁化m31的大小相应地，磁性元件30的z方向的电阻值变化为第2电阻值r2、第3电阻值r3、第4电阻值r4，来自磁性元件30的输出电压在第2值、第3值、第4值之间变化。电阻值按照第1电阻值r1、第2电阻值r2、第3电阻值r3、第4电阻值r4的顺序变大。来自磁性元件30的输出电压按照第1值、第2值、第3值、第4值的顺序变大。与图5的情况同样地，光传感器3将这些输出电压(电阻值)的差异作为多值或模拟数据输出。
[0100]
当照射于第1铁磁性层31的光的强度返回第1强度，则第1铁磁性层31的磁化m31的大小复原，光传感器3返回初始状态。即，磁性元件30的z方向的电阻值返回到第1电阻值r1。
[0101]
在图6中，也可以在初始状态下使磁化m31与磁化m32反平行。在该情况下，磁化的m31的大小越小，则性元件30的z方向的电阻值越小。在将磁化m31与磁化m32反平行的情况作为初始状态的情况下，优选感测电流从第2铁磁性层32向第1铁磁性层31流动。
[0102]
光传感器装置1将来自光传感器单元2的各光传感器3的磁性元件30的输出电压(磁性元件30的电阻值)与由行解码器6和列解码器7求出的位置信息一起进行测量，并读取照射于光传感器单元2的光。光传感器装置1例如用于图像传感器等。
[0103]
另外，第1铁磁性层31的体积越小，第1铁磁性层31的磁化m31对于光的照射越容易变化。即，第1铁磁性层31的体积越小，第1铁磁性层31的磁化m31越容易因光的照射而倾斜，或者，越容易因光的照射而变小。换言之，当减小第1铁磁性层31的体积，则即使是微小光量的光也能够使磁化m31变化。即，第1实施方式的光传感器装置1能够高灵敏度地检测光。
[0104]
更准确而言，磁化m31的变化容易度由第1铁磁性层31的磁各向异性(ku)与体积(v)之积(kuv)的大小决定。kuv越小，即使是更微小的光量，磁化m31也发生变化，kuv越大，如果不是更大的光量，则磁化m31不发生变化。即，根据在应用中使用的从外部照射的光的光量，设计第1铁磁性层31的kuv。在设想了极微量的超微小的光量、光子检测那样的情况下，通过减小第1铁磁性层31的kuv，能够进行这些微小的光量的光的检测。这样的微小光量的光的检测在现有的pn结的半导体中如果减小元件尺寸则变得困难，所以是大的优点。即，为了减小kuv，通过减小第1铁磁性层31的体积，即减小元件面积，或减薄第1铁磁性层31的
膜厚，也能够进行光子检测。
[0105]
此外，当一个光传感器3的尺寸较小时，能够在同一面积内配置较多的光传感器3。配置在同一面积内的光传感器3的数量越多，光传感器装置1越高分辨率化。另外，如果一个光传感器3的尺寸小，则能够将规定数量的光传感器3配置在狭小的面积内。即，能够降低具有规定的像素数的光传感器装置1的制造所花费的成本。
[0106]
以上，参照附图对第1实施方式进行了详述，但第1实施方式并不限定于该例。
[0107]
(第1变形例)
[0108]
图7表示第1变形例的光传感器单元2b的具体结构的一例。第1变形例的光传感器单元2b具有多个像素p2。像素p2分别例如具有红色传感器3r、绿色传感器3g、蓝色传感器3b、红外线传感器3ir和紫外线传感器3uv。图7所示的光传感器单元2b在具有红外线传感器3ir和紫外线传感器3uv这一点上与图2所示的光传感器单元2a不同。在第1变形例中，对与图2～图4相同的结构标注相同的符号，并省略说明。
[0109]
红外线传感器3ir检测800nm以上且1mm以下的波长区域中的特定的波长区域的光。紫外线传感器3uv检测200nm以上且小于380nm的波长区域中的特定的波长区域的光。在图7所示的例子中，例如，能够将红色传感器3r、绿色传感器3g和蓝色传感器3b视为第1光传感器，将红外线传感器3ir视为第2光传感器，将紫外线传感器3uv视为第3光传感器。
[0110]
图8是第1变形例的光传感器装置1b的截面的概念图。光传感器装置1b例如具有电路基板10、配线层20和多个光传感器3。
[0111]
多个光传感器3的各个是红色传感器3r、绿色传感器3g、蓝色传感器3b、红外线传感器3ir、紫外线传感器3uv中的任意。红色传感器3r、绿色传感器3g、蓝色传感器3b、红外线传感器3ir、紫外线传感器3uv分别例如磁性元件30和透镜50的结构相同，波长滤波器40透射的光的波长区域不同。
[0112]
红色传感器3r具有波长滤波器41。绿色传感器3g具有波长滤波器42。蓝色传感器3b具有波长滤波器43。红外线传感器3ir具有波长滤波器44。紫外线传感器3uv具有波长滤波器45。波长滤波器44例如使800nm以上且1mm以下的波长区域中的特定的波长区域的光透过。波长滤波器45例如使200nm以上且小于380nm的波长区域中的特定的波长区域的光透过。
[0113]
红外线传感器3ir和紫外线传感器3uv是光传感器3的一个例子，进行与光传感器3同样的动作。由于红外线传感器3ir的磁性元件30经由波长滤波器44而被照射光，所以被照射红外光(800nm以上且1mm以下的波长区域中的特定的波长区域的光)。由于紫外线传感器3uv的磁性元件30经由波长滤波器45而被照射光，所以被照射紫外光(200nm以上且小于380nm的波长区域中的特定的波长区域的光)。
[0114]
第1变形例的光传感器装置1b起到与第1实施方式的光传感器装置1相同的效果。另外，光传感器装置1b也能够同时检测可见光以外的红外光和紫外光。另外，光传感器装置1b仅通过改变透过波长滤波器40的光的波长区域，就能够检测到可见光、红外光、紫外光，能够低成本地制作。
[0115]
另外，如图9所示的光传感器单元2c那样，一个像素p3也可以由红色传感器3r、绿色传感器3g、蓝色传感器3b和红外线传感器3ir构成。另外，如图10所示的光传感器单元2d那样，一个像素p4也可以由红色传感器3r、绿色传感器3g、蓝色传感器3b和紫外线传感器
3uv构成。此外，构成光传感器单元的各个光传感器3也可以对相同的波长区域的光进行检测。在该情况下，各个光传感器3检测的波长区域没有特别限定。
[0116]
另外，至此，表示了二维地排列光传感器3的例子，但也可以如图11所示那样1维地排列光传感器3。在图11中，表示了一个像素p5由1维排列的红色传感器3r、绿色传感器3g和蓝色传感器3b构成的例子，但也可以不具有它们中的任意一个，也可以具有红外线传感器3ir或紫外线传感器3uv。另外，各个光传感器3也可以检测相同波长区域的光，各个光传感器3检测的波长区域没有特别限定。
[0117]
上述的光传感器装置1、1b例如能够用于信息终端装置。图12是信息终端装置100的一例的示意图。图12的左侧是信息终端装置100的表面，图12的右侧是信息终端装置100的背面。信息终端装置100具有摄像机ca。上述的光传感器装置1、1b能够用于该摄像机的摄像元件。在图12中，作为信息终端装置100的一例，例示了智能手机，但不限于该情况。信息终端装置100除了智能手机以外，例如是平板电脑、个人计算机、数码相机等。
[0118]
以上，本发明并不限定于上述的实施方式和变形例，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。