CN100356605C - 磁性传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了得到具有与导电性非磁性膜相对的软磁性膜、并以比较低频的载波信号能够得到较大的阻抗变化的磁阻抗型磁性传感器，具有与两端至少一对电极端的弯曲形状的曲折型导电性非磁性薄膜在多个区域相对的带状的、而且在带状的宽度方向具有易磁化轴的软磁性膜，对前述电极端加上高频载波信号、同时加上直流偏置磁场。通过对前述电极端输出的AM调制信号进行AM检波，能够将因外部磁场而变化的导电性非磁性膜的阻抗变化作为高频载信号的变化进行检测，并检测出外部磁场。

Description

磁性传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及利用因磁性使导体阻抗变化来检测外部磁场的高灵敏度磁性传感器。
背景技术
作为以高灵敏度检测磁性或磁场的磁性传感器，已经知道有利用磁阻抗效应的磁阻抗元件。在磁阻抗元件中，接近软磁性体的磁极设置的导体中流过高频恒定电流。若将该磁阻抗元体置于磁场中，则导体阻抗因磁场而变化。根据因导体阻抗的该变化而引起的高频电压变化来检测磁性。
图42(a)为电子情报学会技报MR95-80中报告的以往的磁阻抗元件的立体图。在图中，由导电性金属薄膜构成的检测导体膜101被软磁心105及106夹住。软磁心105及106分别如图42(b)的截面图所示，是坡莫合金膜103与Sio2膜104的层叠体。从UHF频带的高频发送器107经电阻108在检测导体膜101中流过UHF载波信号恒定电流的高频电流109。在分别与检测导体膜101的两端连接的导线端110与111之间，检测出因箭头116所示的外部磁场而引起的阻抗变化所相应的电压变化。在端子110与111之间，产生相当于高频电流109和检测导体膜101的端子110与111之间的阻抗之积的载波信号电压。在外部磁场116存在时，软磁心105及106的沿箭头102所示方向取向的易磁心轴的取向方向将因外部磁场116而偏离取向方向。其结果，检测导体膜101的阻抗将比外部磁场116不存在时要减少。该阻抗的减少作为载波信号的利用外部磁场116的调幅信号来进行检测。通过对该调幅信号进行AM检波，就能够检测出外部磁场116。在利用上述磁阻抗效应的磁性传感器中，能够得到现在正进行开发的巨磁阻元件的约10倍的检测输出。
图43所示为图42(a)所示的磁阻抗元件的工作特性曲线，表示磁场强度DC与载波信号电平的关系。设载波信号的频率为1.0GHZ，将磁上直流(DC)磁场，测量磁场强度与载波信号电平，为了得到高灵敏度、失真少的检测输出。如图43所示，必须加上直线112所示的磁场强度的直流偏置磁场。
磁阻抗元件的阻抗和载波信号的频率与磁导率之积成正比。因而，在如上所述频率很高的情况下，能够得到足够的阻抗变化。但是，在磁性传感器的用途中，有的情况下必须采用比较低的外部磁场时，必须使用远低于1GHZ的10MHZ～20MHZ的载波信号，因此，要求有以这样的比较低频的载波信号能够得到足够的阻抗变化的磁阻抗元件。
发明内容
本发明的目的在于实现以比较低频的载波信号能够得到大的阻抗变化的磁阻抗元件，从而得到高灵敏度磁性传感器。
本发明的磁性传感器，包括在沿膜面的规定方向具有易磁化轴的软磁性膜，以及与所述软磁性膜用电气绝缘物隔开，并在其上曲折设置的，在所述软磁性膜的面内与该膜的易磁化轴平行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁性膜。磁性传感器还包括在所述导电性非磁性膜中流过高频电流用的高频电源，以及根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
该磁性传感器具有以下的作用及效果。外部磁场产生的磁通若没与易磁化轴垂直的方向(难磁化轴)通过软磁性膜，则软磁性膜的与导电性非磁性膜相对的部分的磁导率减少。其结果，由于磁阻抗效应，则导电性磁性膜的阻抗变化，前述阻抗的变化由于与外部磁场的强度相对应，因此根据阻抗的变化，能够检测出外部磁场的强度，曲折的导电性非磁性膜的与软磁性膜的易磁化轴平行的部分的长度比垂直的部分的长度要长。通过这样，软磁性膜的磁导率高的难磁化轴方向与利用流过导电性非磁性膜的高频电流产生的磁通方向平行的区域较多。因此具有的效果是，即使虽采用比较低频的高频载波信号的情况下，也能够将导电性非磁性膜的阻抗值设定得较大，阻抗的变化大，就能够以高灵敏度检测外部磁场。
本发明的其它观点的磁性传感器，包括在相对于带状膜的长度方向垂直而且沿膜面的方向具有易磁化轴的带状软磁性膜，以及在所述较磁性膜上当中隔着电气绝缘物曲折设置的、在所述软磁性膜的面内与该膜的易磁化轴平行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁性膜。磁性传感器还包括在所述导电性软磁性膜中流过高频电流用的高频电源，以及根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
若利用其它观点的磁性传感器，则通过使软磁性膜形成带状，除了前述的作用效果，在加上外部磁场时，还能够减少软磁性膜中产生的去磁。其结果，即使是采用比较低频的高频载波信号的情况下，也能够将导电性非磁性膜的阻抗传设定得较大，阻抗的变化大，就能够以高灵敏度检测外部磁场。
本发明的另外其它观点的磁性传感器，包括在非磁性基板的主要形成的、在沿膜面的规定方向具有易磁化轴的软磁性膜，以及在所述软磁性膜上当中隔着电气绝缘膜曲折形成的、在所述软磁性膜的面仙与该膜的易磁性轴平行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁化膜。磁性传感器还包括在所述导电性大量磁性膜上当中隔着绝缘性保护膜而形成的、流过直流电流以对所述软磁性膜提供直流偏置磁场用的导电性膜。磁性传感器还包括在所述导电性非磁性膜中渡过高频电流用的高频电源，以及根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
若利用上述另外其它观点的磁性传感器，则除了前述的各作用效果，还有软磁性膜、导电性非磁性膜及对软磁性膜加上直流偏置磁场用的导电性膜利用非磁性基板保持。具有的效果是，通过导电性膜中流过提供直流偏置磁场用的直流电源，磁性传感器能够以高灵敏度检测外部磁场。
本发明的另外其它观点的磁性传感器，包括在非磁性基板的主面形成的、在相对于带状膜的长度方向垂直而且沿膜面的方面具有易磁化轴的带状第1软磁性膜，以及在所述软磁性膜上隔着第1绝缘膜曲折形成的、在所述软磁性膜的面内与该膜的易磁化轴并行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁性膜。磁性传感器还包括在所述导电性非磁性膜上当中隔着第2绝缘膜而形成的、在相对于带状的长度方向垂直而且沿膜面的方向具有易磁化轴的第2软磁性膜，以及在所述第2软磁性膜上隔着绝缘性保护膜而流过直流性膜上隔着绝缘性保护膜而形成的、流过直流电流以对所述软磁性膜提供直流偏置磁场用的导电性膜。磁性传感器还包括在所述导电性非磁性膜中流过高频电流用的高频电源，以及根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
若利用上述其它观点的磁性传感器，则除了前述的各作用效果，还具有以下的作用效果。由于带状导电性非磁性膜被第1与第2软磁性膜夹在当中，因此，软磁性膜的总厚度实际上成倍增加。所以，对该磁性传感器加上外部磁场时的去磁虽然增加，但导电性非磁性膜的阻抗绝对值成倍增加。由于检测电路的检测输出电平与阻抗值成正比，因此，检测输出电平升高，检测输出的SN比增加。
本发明的其它观点的磁性传感器，包括具有利用软磁性膜形成的闭合磁路的至少1个软磁性膜，贯通所述软磁性膜的闭合磁路而设置的、流过直流电流的导电性膜，以及贯通所述软磁性膜的闭合磁路并保持与所述导电性膜之间的绝缘而设置的、流过高频电流用的导电性非磁性膜。
根据本发明的磁性传感器的制造方法，包括在非磁性基板的上表面形成作为下层软磁性膜的带状的至少1个第1软磁性膜的步骤，在所述第1软磁性膜上隔着第1绝缘膜形成第1导电性膜、导电性的第1连接部分及第2连接部分的步骤，在所述第1导电性膜上隔着第2绝缘膜形成导电性非磁性膜的步骤，在所述导电性非磁性膜上形成第3绝缘膜的步骤，保留包含所述第1导电性膜及导电性非磁性膜的附近的所述第1、第2及第3绝缘膜而除去所述第1软磁性膜上的所述第1、第2及第3绝缘膜的步骤，在所述第1软磁性膜及所述保留的第1、第2及第3绝缘膜上设置第2软磁性膜并形成闭合磁路的步骤，在包含所述第2软磁性膜的整个表面形成第4绝缘膜的步骤，除去所述第1及第2连接部分上的第2、第3及第4绝缘膜后形成通孔、并使所述第1及第2连接部分露出的步骤，以及在所述第4绝缘膜94上形成两端部分别与所述第1及第2连接部分电气连接的导体连接线、并与通过相邻的其它闭合磁路的第1导电性膜进行连接的步骤。
附图简单说明
图1为本发明第1实施例的磁性传感器的平面图。
图2所示为图1磁性传感器除去导电性膜6的状态的平面图。
图3(a)为图1的III-III剖视图。
图3(b)为图3(a)的右端部的放大剖视图。
图4所示为本发明第1实施例的磁性传感器的外部磁化Hex与阻抗Z的关系曲线图。
图5所示为本发明第1实施例的磁性传感器的软磁性膜形状的平面图。
图6所示为本发明第1实施例的磁性传感器的以比L/W作为参数的外部磁化Hex与磁通密度B的关系曲线图。
图7所示为本发明第1实施例的磁性传感器的以软磁性膜的厚度t作为参数的外部磁化与磁通密度B的关系曲线图。
图8为本发明第2实施例的磁性传感器的平面图。
图9所示为图8的磁性传感器除去导电性膜6的状态的平面图。
图10为本发明第2实施例的其它例子磁性传感器的平面图。
图11(a)为图10的XI-XI剖视图。
图11(b)为图11(a)的右端部的放大剖视图。
图12所示为本发明第2实施例的磁性传感器的外部磁化Hex与阻抗Z的关系曲线图。
图13为本发明第3实施例的磁性传感器的平面图。
图14(a)为图12的XIV-XIV剖视图。
图14(b)为图14(a)的右端部的放大剖视图。
图15(a)为本发明第3实施例的磁性传感器的剖视图。
图15(b)为图15(a)的右端部的放大剖视图。
图16(a)为本发明第4实施例的磁性传感器的剖视图。
图16(b)为图16(a)的右端部的放大剖视图。
图17为本发明第5实施例的磁性传感器的平面图。
图18所示为图17的磁性传感器除去导体膜6的状态的平面图。
图19(a)为图18的XIX-XIX剖视图。
图19(b)为图19(a)的右端部的放大剖视图。
图20(a)为本发明第5实施例的磁性传感器的剖视图。
图20(b)为图20(a)的右端部的放大剖视图。
图21为本发明第6实施例的磁性传感器的平面图。
图22(a)为图21的XXII-XXII剖视图。
图22(b)为图22(a)的右端部的放大剖视图。
图23(a)为本发明第6实施例的其它例子磁性传感器的剖视图。
图23(b)为图23(a)的右端部的放大剖视图。
图24为本发明第7实施例的磁性传感器的平面图。
图25(a)为本发明第7实施例的磁性传感器的剖视图。
图25(b)为图25(a)的右端部的放大剖视图。
图26为本发明第8实施例的磁性传感器的平面图。
图27为本发明第8实施例的磁性传感器的软磁性膜平面图。
图28为说明前述第2至第7实施例的软磁性膜的问题用的平面图。
图29所示的图28的软磁性膜的外部磁场与磁通密度的关系曲线图。
图30所示为图28的软磁性膜的外部磁场与阻抗的关系曲线图。
图31所示为本实施例的软磁性膜的磁通平面图。
图32所示为本实施例的软磁性膜改变尺寸S时的磁通密度的变化曲线图。
图33为本发明第9实施例的磁性传感器的立体图。
图34为本发明第9实施例的磁性传感器的平面图。
图35(a)至(d)所示为本发明第9实施例的磁性传感器的制造工序，是软磁性膜的长度方向的XXXV-XXXV剖视图。
图36(a)至(d)所示为本发明第9实施例的磁性传感器的制造工序，是与软磁性膜的长度方向垂直的方向的XXXVI-XXXVI剖视图。
图37为本发明第10实施例的磁性传感器的部分立体图。
图38为本发明第10实施例的磁性传感器的平面图。
图39(a)至(d)所示为本发明第10实施例的磁性传感制造工序，是软磁性膜的长度方向的XXXIX-XXXIX剖视图。
图40(a)至(d)所示为本发明第10实施例的磁性传感制造工序，是与软磁性膜的长度方向垂直的方向的XXXX-XXXX剖视图。
图41(a)及(b)为说明软磁性膜与产生直流偏置磁场的导电性非磁性膜的位置关系而决定的直流偏置磁场强度用的剖视图。
图42(a)为以往的利用磁阻抗疚的磁性检测元件的立体图。
图42(b)为以往的磁性检测元件的软磁心105及106的部分放大图。
图43所示为以往的磁性检测元件的特性曲线图。
实施发明用的最佳形态
下面参照图1至图41，说明本发明的磁性传感器的理想实施例。
第1实施例
下面参照图1至图7，说明本发明第1实施例的磁性传感器9。
图1为本发明第1实施例的磁性传感器9的平面图。图2是为了容易理解内部的结构，表示除去图1的施加直流偏置磁场用的铜(Cu)导电性膜6的情况下的平面图。为了避免图形复杂，以便容易理解，在包含图1及图2在内的全部平面图中省略表面存在的凹凸的图示部分。图3(a)的图1的III-III剖视图，图3(b)为图3(a)的部分放大剖图。在剖视图中，为了避免图形复杂，不加上表示剖面的剖面线。
在图1、图2、图3(a)及图3(b)中，在非磁性基板1的上面的中心区域，形成厚1μm的Fe-Ta-N的软磁性膜4。对于非磁性基板1，例如比较适合的是采用含有镍的氧化物NiO、钛的氧化物TiO2、镁的氧化物MgO的陶瓷(以下记作Ni-Ti-Mg)。形成的软磁性膜4在沿膜面的箭头80的方向具有易磁化轴。在软磁性膜4上形成厚0.1μm的SiO2绝缘膜5。在绝缘膜5上形成如图2所示的在两端具有电极端3及3A的厚1μm的Cu的弯弯曲曲型(meander型即曲折型)导电性非磁性膜7。曲折型导电性非磁性膜7的与箭头80的方向平行的部分即导电性非磁性膜7A及7B的长度比与箭头80的方向垂直的部分即导电性非磁性膜7C及7D的长度要长。在图2中，为了使导电性非磁性膜7C及7D露出在软磁性膜4的外部，导电性非磁性膜7A及7B的长度比软磁性膜4在箭头80的方向的长度要长。在图3(a)中，设电流从纸面的靠近自己这一侧向对面一侧流动时的导电性非磁性膜为7A，沿其反向流动时的导电性非磁性膜为7B。
然后，在包含导电性非磁性膜7的绝缘膜5上，如图3(a)所示，形成厚1.0μm的SiO2保护膜8上，形成如图1所示的在两端部分具有电极2A及2B的导电性膜6。导电性膜6的大小与软磁性膜4的大小近似相同。在导电性膜6的电极2A及2B、以及电极2A及2B与导电性膜6的连接部分，为了具有大的电流容量，形成厚约4μm的金(Au)等的稳定金属膜。另外，关于前述的电极3及3A，也可以形成同样的厚度。
分别将直流电源10的负极及正极与导电性膜6的电极2A及2B连接，在导电性膜6中流过直流电流。将具有频率10MHz～20MHz高频振荡器的恒流高频电源11经电阻12与导电性非磁性膜7的电极端3及3A连接，流过恒定的高频电流。再将具有AM检波器的高频放大器13的两输入端分别与电极端3及3A连接。如图3(a)及图3(b)所示，直流电流垂直纸面从靠近自己一侧向对硐侧流过导电性膜6。在图的左右方向中，由于导电性膜6的宽度与软磁性膜4的宽度近似相同，因此在导电性膜6的周围产生虚线箭头14所示的直流磁场。由于该直流磁14的作用，磁通如图3(b)中放大所示，则从右端向左端通过软磁性膜4，对软磁性膜4起到作为直流偏置磁场(Hbias)的作用。
由高频电源11供给的恒定高频载波电流流过曲折型导电性非磁性膜7。图3(b)所示为电流垂直纸面从靠近自己一侧向对面一侧流过导电性非磁性膜7的截面7A、而电流其反向流过导电性非磁性膜7的截面7B的瞬间的情况。由于该电流是前述的10MHz～20MHz的高频交流电流，因此产生分别沿箭头15所示的顺时针方向及逆时针方向每隔交流的半波交替反转的交变磁场。根据该交变磁场及箭头14所示的直流偏置磁场，决定导电性非磁性膜7相对于高频电流的阻抗。
如图1及图2所示，用箭头16所示方向的测量对象即外中磁场Hex(以下作为外部磁场Hex16)加在磁性传感器9的软磁性膜4的长度方向。根据该外部磁场Hex16的大小，供给了直流偏置磁场的软磁性膜4的磁导率发生变化。其结果，导电性非磁性膜7的阻抗变化。通过这样，在电极端3与3A之间产生高频电流与阻抗之积的高频电压。该高频电压是高频载波信号根据外部磁场Hex16的大小进行调幅(AM)的信号。将该调幅信号利用高频放大器13进行AM检波并放大，能够得到外部磁场Hex16的检测信号。由流过导电性非 慈生膜7A及7B的高频电流产生的磁场，其一部分虽然相互在对方的区域扩散，但其大部分如图3(b)中用箭头15所示，局部集中在各自下部区域的软磁性膜4中。因此，在软磁性膜4与导电性非磁性膜7A及7B相对的区域中，产生与直流偏置磁场叠加的高频磁场。由于软磁性膜4与导电性非磁性膜7的相对区域有多个(图2中为8个)，因此随着相对区域数(n)的增加，由相对区域相互喑的互感而引起的阻抗也增加。该阻抗可以通过改变图2中想念的导电性非磁性膜7B与7E之间的间隔T及膜宽D来进行调整。
在图2中，若设软磁性膜4与导电性非磁性膜7的1个相对区域70中导电性非磁性膜7中产生的阻抗为Z0，则如图3(b)所示相对区域数(n)为2时，如图4所示，直流偏置磁场为Hbias时的阻抗值成为2×Z0。图5所示为将长L、宽W的矩形Fe-Ta-N的软磁性膜4置于要测量的外部磁场Hex16中的状态的平面图。对图5的软磁性膜4中产生的去磁场进行了研究可知，因软磁性膜4的形状不同，去磁场的大小有很大的不同。图6是改变图5所示的软磁性膜4的尺寸比L/W而测量软磁性膜4的中心线(c)-(d)的磁通密度B(纵轴)与外部磁场Hex16(横轴)的关系所得到的结果的曲线图。软磁性膜4采用在宽度W方向具有易磁化轴的厚度t为1μm的Fe-Ta-n膜。若外部磁场Hex16的方向和理发师软磁性膜4的易磁化轴的方向一致，则磁化的放置能顺利进行，能够得到高的磁导率。因此，如图6所示，尺寸比L/W的值越大，则即使在较弱的外部磁场Hex216中，磁通密度B也越高。这可以认为是电磁学中所熟知的因软磁性膜4的开头而产生的去磁场的影响。图7是将尺寸比L/W作为1、改变作为参数的软磁性膜4的厚度t，而测量软磁性膜4的中心线(c)-(d)的磁通密度B与测量对象的外部磁场Hex16的关系曲线图。作为外部磁场Hex，在测量强度为0.30e(在国际单位制中为24A/m)左右以上的地磁场的情况下，考虑到对去磁场的影响，最好将软磁性膜4的厚度设为1μm以下(包含1μm)，将尺寸比L/W设为5以上(包含5)。软磁性膜4的厚度越薄，尺寸比L/W越大，则去磁场的强度变得越小。
如图7所示，软磁性膜4越薄，即使在较弱的外部磁场Hex中，也能够得到更高的磁通密度B。根据图7，在使尺寸比L/W的值为1的情况下，最好较磁性膜4的厚度为0.2μm以下(包含0.2μm)。但是，若较磁性膜4的厚度t太薄，则高频下的导电性非磁性膜7的阻抗减小。因此，发明者进行了各种实验，结果将前述尺寸比L/W取为10以上(包含10)，将软磁怀膜4的厚度t取为3μm以下(包含3μm)。若这样进行，则可知能够以高灵敏度检测0.30e(24A/m)左右的地磁场。通过这样，采用10MHz～20MHz左右比较低频的高频载波信号的磁阻抗元件，将软磁性膜4的膜厚取为3μm以下(包含3μm)，就能够得到具有高检测灵敏度的磁性传感器。由于可以使用低频的载波信号，因此对传感器的布线长度或形状变化而引起的误差也减少。
第2实施例
下面参照图8至图12，说明本发明第2实施例的磁性传感器。
在对利用磁阻抗效应的磁性传感器加上的高频载波信号的频率为比较低的10MHz～20MHz时，前述图1的磁性传感器9中，导电性非磁性膜7的阻抗主要由前述的频率与导电性非磁性膜7的电感之积来决定。因此，在本实施例中，要减少前述第1实施例的软磁性膜4的去磁场，以增大导电性非磁性膜7的电感，使得即使对于地磁场等的弱磁场，阻抗也发生较大的变化。
图8为第2实施例的磁性传感器的平面图。在图中，在Ni-Ti-Mg的非磁性基板1上，为了养活在第1实施例中说明的去磁场，形成多个将尺寸比L/W取为10以上(包含10)的较大数值的细带状Fe-Ta-N软磁性膜44。将多个带状软磁性膜44平行配置，它就相当于第1实施例的软磁性膜4。软磁性膜44在沿其膜面的宽度方向(箭头80)具有易磁化轴。如图9所示，在软磁性膜44上隔着绝缘膜5形成与软磁性膜44垂直的曲折型导电性非磁性膜7。在图9中，软磁性膜44在绝缘膜5的下面，而导电性非磁性膜7在绝缘膜5的上面。如图8所示，在导电性非磁性膜7及绝缘膜5上形成与图1相同的材料及开头的导电性膜6，这样构成磁性传感器9A。图9中为了容易理解导电性非磁性膜7的结构，所示为除去图8中导电性膜6的状态的平面图。图8的III-III剖视图，实际上与图3(a)相同。
在本实施例的磁性传感器9A中，软磁性膜44中产生的去磁场与图1的软磁性膜4相比，要明显养活。另外，各软磁性膜44与导电性非磁性膜7的相对部分70A的数量，由于增加了软磁性膜44的数量而增加。其结果与图1的结构相比，具有阻抗值增大、同时能够得到大的阻抗变化的特征。
图10为第2实施例的其它例子结构的磁性传感器9B的平面图。在该结构中，如图11(a)、以及将图11(a)的一部分放大的剖视图即图11(b)所示，在Ni-Ti-Mg的非磁性基板1上，道德形成施加直流偏置磁场用的导电怀膜6。在导电性膜6上隔着SiO2膜21，形成软磁性膜44。在软磁性膜44及SiO2膜21上形成绝缘膜5。在绝缘膜5上形成曲折型导电性非磁性膜7。在包含导电性非磁性膜7的绝缘膜5上形成作为保护膜的厚约1μm的SiO2绝缘膜8。在图11(a)的结构中，导电性膜6的形成在制造上比较容易，同时由于非磁性基板1的平坦表面上形成导电性膜6，因此导电性膜6的表面也平坦，在平坦表面上形成的绝缘膜21即使相当薄，也能够保证足够的绝缘。通过这样，导电性膜6与软磁性膜44的距离将减小，对软磁性膜44将加上由导电性膜6产生的用虚线箭头14表示瓣强偏置磁场。其结果，与图1结构相比，能够减少导电性膜6中流过的直流电流。即，具有能够养活直流偏置电源10的功耗的特征。
图12所示为将软磁性膜44的宽度W1(图10)作为参数的导电性非磁性膜7的阻抗Z与外部磁场Hex的关系曲线图。曲线C1、C2及C3分别为幅度W1是10μm、100μm及400μm时的曲线。阻抗Z是分别用要测量的外部磁场Hex为零时的阻抗值进行归一化来表示。软磁性膜44的厚度为3μm，长度L为1mm。将该磁性传感器9B放在外部磁场中进行测量。其结果如图12所示可知，软磁性膜44的宽度W1越小，即使在弱的被测外部磁场Hex中，阻抗变化也越大。为了测量磁场强度弱的地磁场，比较适合的是曲线C1及C2的宽度(宽度W1为10μm或100μm)。曲线C3的宽度，由于地磁场检测的灵敏度差，因此不适合。根据以上的结果表明，软磁性膜44的宽度W1比较适合的是100μm以上(包含100μm)，尺寸比L/W1最好在10以上(包含10)。曲折型导电性非磁性膜7的膜厚及膜宽分别取为1.0μm及10μm。作为第2实施例的磁必传感器的具体例子，最好导电性非磁性膜7的长度K及1mm及100μm，软磁性膜44的宽度W1为40μm，长度L为1mm。
在本实施例中，使尺寸比L/W1为10以上、膜厚3μm以下的多个软磁性膜44与曲折型导电性非磁性膜7相对。通过这样，即使在采用10MHz～20MHz的比较低的载波频率的情况下，也能够使导电性非磁性膜7的因外部磁场而引起的阻抗变化大幅度增加。这样，由于采用低频的载波信号，因此因对传感器的布线长度及开头变化而引起的误差也能够养活。
第3实施例
下面参照图13至图15，说明本发明第3实施例的磁性传感器9C。
图13为本发明第3实施例的磁性传感器9C的平面图，图14(a)及(b)为图13的XIV-XIV剖视图。在图14(a)及部分放大剖视图的图14(b)中，在Ni-Ti-Mg的非磁性基板上形成含有钴(Co)及铂(Pt)的膜(以下称为Co-Pt膜)18。对膜18进行充磁，使其在图的左右方向分别形成N极及S极。通过这样，Co-Pt膜18成为永磁体膜18。在永磁体膜18上，在与永磁体膜18近似相同的区域内，形成与前述第2实施例相同的带状软磁性膜44。然后形成绝缘膜5，使其覆盖软磁性膜44及永磁体18。在绝缘膜5上形成曲折型导电性非磁性膜7。在导电性非磁性膜7上形成作为保护膜的厚约1Co-Pt膜的SiO2绝缘膜8，这样构成磁性传感器9C。
在本实施例的磁性传感器9C中，如图14(b)所示，由永磁体膜18产生的用虚线箭头44提供直流偏置磁场。因而，在本实施例中，不需要产生直流偏置磁场用的直流电源。若在导电性非磁性膜7中流过高频电流，则产生图14(b)中用虚线箭头15表示的交变磁场。
图15(a)及部分放大图的图15(b)所示为本实施例的其它例子磁性传感器的剖视图。在图中，在Ni-Ti-Mg非磁性基板1上形成带状软磁性膜44。然后，在包含软磁性膜44的非磁性基板1上形成绝缘膜5。在绝缘膜5上形成曲折型导电性非磁性膜7，同时在导电性非磁性膜7上形成Co-Pt膜19。将Co-Pt膜19在软磁性膜44的长度方向(图15(b)的左右方向)充磁，如图15(b)的部分放大剖视图所示，形成在Co-Pt膜19的宽度方向、即软磁性膜44的长度方向具有N及S磁极的永磁体膜19。利用永磁体膜19产生的磁通20，对与导电性非磁性膜7相对的软磁性膜44加上直流偏置磁场。一般情况下，若对软磁性体加上直流磁场，则磁导率减少。在本实施例中，对于软磁性膜44来说，仅对与永磁体膜19相对的部分加上直流偏置磁场，而对其它大部分不加上直流偏置磁场。因而，在软磁性膜44中，磁导率降低的部分是有限的，避免整个软磁性膜44的磁导率降低。即，软磁性膜44的大部分保持原来的磁导率。因此，由外部磁场Hex16通过软磁性膜44的磁通密度不太降低，能够最大限度地利用外部磁场产生磁场产生的磁通对导电性非磁性膜7的阻抗变化所产生的作用。通过这样，能够得到具有高灵敏度的磁性传感器。
第4实施例
下面参照图16，说明本发明第4实施便的磁性传感器9D。
图16(a)及图16(b)为本发明第4实施例的磁性传感器9D的剖视图。磁性传感器9D的平面图与图8类似。图16所示的与图8的III-III剖面相同的剖面的剖视图。在本实施的磁性传感器9D中，是在图14(a)所示的磁性传感器9C的保护膜8上形成导电性膜6，其它的结构与磁性传感器9C相同。在磁性传感器9C中，用永磁体膜18的磁场提供直流偏置磁场，但由于软磁性膜44的磁特性的差异、或永磁体膜18的磁力的差异等，很难提供最佳的直流偏置磁场。在图16(a)的磁性器9D中，对导电性膜6流过微弱的直流电流，通过这样产生用虚线箭头14表示的微弱直流偏置磁场。使该直流电流产生的直流偏置磁场与图16(b)中用虚线箭头22表示的上永磁体膜18产生的主要直流偏置磁场相叠加，通过这样能够对永磁体膜18产生的直流偏置磁场的强度进行微调。通过加减导电性膜6的电流，由于能够增减直流偏置磁场，因此能够容易形成最佳的直流偏置磁场。因而，能够得到具有高灵敏度的磁性传感器。
第5实施例
下面参照图17至图20，说明本发明第5实施例的磁性传感器9E。图17为本实施例的磁性传感器的平面图，图18为除去图17的导电性膜6以便容易理解软磁性膜44及导电性非磁性膜7的结构的平面图。图19(a)为图17的XIX-XIX剖视图，图19(b)为图19(a)的一部分的放大剖视图。在图18及图19(a)中，在Ni-Ti-Mg非磁性基板1的中心区域形成多个带状第1软磁性膜44，再形成绝缘膜5，使其覆盖其上。在绝缘膜5上形成曲折型导电形非磁性膜7，再在包含导电性非磁性磁性膜7的整个绝缘膜5的表面形成SiO2绝缘膜24。然后，在绝缘膜24上形成与软磁性膜44相同开头而且相同材料的第2软磁性膜23，使其位于各软磁性膜44的正上方。再在包含软磁性膜23的整个绝缘膜24的表面形成保护膜8，在保护膜8上形成导电性膜6。
在本实施例的结构中，由于导电性非磁性膜7利用2个软磁性膜23与44夹在当中，因此软磁性膜的总厚度实际上成为2倍。利用该结构，由流过导电性非磁性膜7的高频电流产生的磁通，如图19(b)中用箭头15所示，由于通过包含软磁性膜23及44的闭环，因此磁通密度增加。
在磁阻抗元件中，磁阻抗的绝对值与软磁性膜的成正比增加。另外，若软磁性膜的厚度增加，则因外部磁场而产生的去磁场也增加，因此作为磁性传感器的灵敏度降低。但是，若阻抗大，则阻抗与高频载波电流之积即检测输出电平增大，检测输出的SN比升高。本实施例的磁性传感器适用于即使检测灵敏度低、但却希望能够得到高的检测输出的用途。
采用本实施例的磁性传感器，为了尽可能减小去磁场，提高灵敏度，最好使软磁性膜23及44的膜厚分别为1。5μm以下(包含1。5μm)，其总厚度为3μm以下(包含3μm)。
在图19(a)中，若导电性膜6中流过直流电流，则产生用箭头14表示的直流偏置磁场的磁通。直流偏置磁场的磁通如图19(b)所示，分别像用虚线箭头25及26表示的那样通过软磁性膜23及44，提供直流偏置磁场。
图20(a)及图20(b)所示为利用光刻法制成本实施例的其它例子磁性传感器时的结构剖视图。通过采用光刻法，能够将图19(b)中的绝缘膜5及24像图20(b)的绝缘膜5A及24A那样，仅在导电性非磁性膜7的周围形成。利用该结构，在相邻的导电性非磁性膜7之间，2个软磁性膜23与44接触。通过样，在导电性非磁性膜7的周围产生的用虚线箭头15表示的高频磁场的磁通将集中在导电性非磁性膜7的附近，相邻的导电性非磁性膜7的各自的磁场相互产生影响的相互作用减少。由于该相互作用的减少，导致阻抗值增大。另外，由于能够减小曲折型导电性非磁性膜7的间隔T，因此能够进一步增大阻抗值。所以，加上外部磁场Hex16时的导电非磁性膜7的阻抗变化进一步增大，磁性传感器的检测灵敏度将提高。
第6实施例
下面参照图21至图23，说明本发明第6实施例的磁性传感器9F。
图21为本发明第6实施例的磁性传感器9F的平面图，图22(a)为图21的XXII-XXII剖视图。在图21中所示为除去最上的保护膜8的状态。图22(b)为图22(a)的部分放大剖视图。在图21及图22(a)中，在Ni-Ti-Mg非磁性基板1上形成多个带状第1软磁性膜44。在包含软磁性膜44的非磁性基板1上形成比软磁性膜44在图中左右方向的宽度W3要小的宽度W4的Co-Pt膜18。在Co-Pt膜18上隔着绝缘膜5A，形成曲折型导电性非磁性膜7。在曲折型导电性非磁性膜7的周围形成绝缘膜24A后，在包含导电性非磁性膜7的周围的绝缘膜24A及前述Co-Pt膜18的表面，形成与软磁性膜44相同形状而且相同材料的其它第2软磁性膜23，使其位于软磁性膜44的正上方。
再在包含软磁性膜23的整个表面形成保护膜8。对Co-Pt膜18进行免磁，使其在图的左右方向形成N极及S极，将Co-Pt膜18形成为永磁体。通过使Co-Pt膜18的宽度W4小于软磁性膜23及44的宽度W3，则软磁性膜23与44在两端部接触。通过这样，由Co-Pt膜18的永磁体产生的磁通如用线箭头22所示，通过软磁性膜23及44，对两软磁性膜23及44加上直流偏置磁场。
图23(a)所示为与表示本实施例的其它构成例的图22相同的剖面的剖视图，图23(b)为图23(a)的部分放大剖视图。
在图23(a)及图23(b)所示的结构中，将比导电性非磁性膜7的宽度W5略宽的宽度W6的Co-Pt膜19隔着绝缘15A，与导电性非磁性膜7相对。这样的形状的Co-Pt膜19可以利用光刻法来形成。对Co-Pt膜19进行免磁，使其在图的左右方向形成N极及S极，成为永磁体。如图23(b)所示，由永磁体的Co-Pt膜19产生的磁通如用虚线箭头20所示，通过软磁性膜23及44，对两软磁性膜23及44及导电性非磁性膜7附近的部分提供局部的直流偏置磁场。若对整个软磁性膜23及44提供直流偏置磁场，则有整个软磁性23及44的磁导率降低的倾向。在图23所示的结构中，由于直流偏置磁场仅提供给导电性非磁性膜7的附近的软磁性膜23及44，因此软磁性膜23及44的磁导率的降低限制为局部性的，能够避免整体性的降低。其结果，因外部磁场所引起的导电性非磁性膜7的阻抗变化增大，能够得到高的检测灵敏度。
由Co-Pt膜19产生的磁场被限制在由软磁性膜23及44形成的闭环磁路内，磁通向外部的渗漏减少。因此，能够将对于装有该磁性传感器的装置内的其它零部件产生的磁性影响限制到最低程度。
在本实施例中，由于是利用永磁体Co-Pt膜18或19提供直流偏置磁场，因此不需要像前述第1、第2及第5实施例那样在导电性膜6中渡过直流电流而提供直流偏置磁场用的直流电源。根据这一点，本实施例的磁性传感器的功耗小。
第7实施例
下面参照图24及图25，说明本发明第7实施例的磁性传感器9G。
图24为本发明第7实施例的磁性传感器9G的平面图。图25(a)为图24XXV-XXV剖视图，图25(b)为图25(a)的部分放大剖视图。在图25(b)中，在Ni-Ti-Mg非磁性基板1上形成导电性膜6，在导电性膜6上形成与前述第6实施例的图23(b)所示的各要素同样的磁性膜44及23、导电性非磁性膜7、Co-Pt膜19以及保护膜8。在本实施例的磁性传感器9G中，主要的直流偏置磁场由永磁体Co-Pt膜19提供。在由Co-Pt膜19产生的直流偏置磁场的强度不是最佳值时，在导电性膜6中流过直流电流，对直流偏置磁场进行微调。由于流过导电性膜6的直流电流是微弱的电流，因此功耗较小。
在由Co-Pt膜19的永磁体产生的直流偏置磁场的强度大于最佳值时，流过导电性膜6的直流电流方向使得抵消由永磁体产生的磁场。另外反之，在由永磁体产生的直流偏置磁场的强度小于最佳值时，使前述导电性膜6的直流电流方向反向，使其直流偏置磁场与永的磁场相加。这样，通过选择导电性膜6的直流电流的方向及电流值，能够生成最佳的直流偏置磁场。由于导电性膜6在非磁性基板1的平坦表面形成，因此导电性膜6的表面也平坦。因而，在以后在工序中，关于在导电性膜6上形成的各要素的平坦性，则不会有特别成问题的地方。因而，能够容易得到以高灵敏度可稳定测量的磁性传感器。
第8实施例
下面参照图26至图32，说明本发明第8实施例的磁性传感器9H。
图26的本发明第8实施例的磁性传感器9H的平面图，图27所示为仅仅是图26的软磁性膜29的平面图。软磁性膜29具有平行的多个细长狭缝32。通过在平板状软磁性膜29设置多个狭缝32，就形成用相邻2条狭缝32平在在当中的带减软磁性膜53及上下端的带状软磁性膜54。带状软磁性膜53及54相当于前述第2至第7实施例的软磁性膜23或44。软磁性膜29的易磁化轴在与狭缝32的长度方向垂直而且沿膜面的用箭头80所示的方向进行取向。
下面说明前述第2至第7实施例的磁性传感设置的软磁性膜23及44的问题。
发明者发现，例如若将图24所示的多个带状软磁性膜44及23置于外部磁场中，则外部磁的磁通集中在用箭头44A表示的软磁性膜44的外侧软磁性膜(以下称为软磁性膜44A)，软磁性膜44A的磁能密度比内侧软磁性膜44的磁通密度要高。
图28所示为为了说明磁通集中而平行配置5个带状软磁性膜33至37的例子。在图中，若钭软磁性膜33至37置于外部磁场Hex16中，则软磁性膜33至37的与外中磁场Hex16的方向垂直的宽度G的范围内，磁通31直线前进，从软磁性膜33至37的左端进入，从右端出到外面。而外部磁场Hex16的宽度G外侧的磁通28及30被拉向磁导率高的软磁性膜33及37，从软磁性膜33及37的左端进入，从右端出到外面。因此，由外部磁场Hex16产生的软磁性膜33及37的磁通密度大于软磁性膜34至36的磁通密度。
图29所示的外部磁场Hex16与通过软磁性膜33至37的磁通密度B的曲线图。磁通密度是各软磁性膜33～37的用点划线C表示的中心部位的测量值。在图中，曲线45表示软磁性膜33及37的磁通密度。曲线47表示软磁性膜34至36的磁通密度。曲线46表示软磁性膜33至37的平均磁通密度。在外部磁场Hex从零增加时的磁通密度的变化中，曲线45比曲线47的上升要陡。据此证实了如图28所示的磁通28及30进入软磁性膜33及37的情况。图30所示为具有用图29的曲线45、46及47所示的磁通密度特性的软磁性膜阻抗特性曲线图。在图30中，曲线48所示为因通过图28的外侧软磁性膜33及37的磁通而引起的导电性非磁性膜7的阻抗Z的变化。曲线49所示为因通过内侧软磁性膜34至36的磁通而引起的导电性非磁性膜7的阻抗Z的变化。曲线50所示为因软磁性膜33至37的磁通密度进行平均的磁通而引起的导电性非磁性膜7的阻抗Z的变化。由图30可知，在磁性传感器的主要要素即软磁性膜中，如图29所示，即使外侧的软磁性膜33及37的磁通密度高，但若内侧多个软磁性膜34至36的磁通密度低，则也不会提高磁性传感器的特性。为了提高磁性传感器的特性，希望图29的表示平均磁通密度的曲线46要陡峭。因此，必须使图28所示的全部软磁性膜33至37的磁通密度要均匀。
图31为用软磁性膜51A将图28所示的软磁性膜33至37的左右端部进行连接的软磁性膜29A的平面图。通过在两端部设置软磁性膜51A，宽度G的范围外的磁通28及30经软磁性膜51A，进入各软磁性膜33～37。其结果发明者发现，各软磁性膜33～37的磁通密度变得比较均匀。
对于本实施例的磁性传感器所设置的图27所示的软磁性膜29，测量了通过带状软磁性膜53及54的由外部磁场Hex所产生的磁通密度。软磁性膜29的左右方向的长度LA为1mm。狭缝32的宽度W8伙10μm，带状软磁性膜53及54的宽度W9为40μm。对于软磁性膜29的左右端与狭缝32的端部之间的距离S为25μm、50μm、100μm及200μm的情况，在用点划线C表示的中心部位对通过带状软磁性膜53及54的各软磁性膜的磁通密度进行了测量，该测量结果如图32所示。在图32中，纵轴是磁通密度B。横轴是按照带状软磁性膜53及54的从下至上的所附的编号。数值“1”表示最下面的带状软磁性膜54。数值“2”表示从下面起的第2个带状软磁性膜53。数值“10”表示最上面的带状软磁性膜54。以下将数值“1”至“10”的带状软磁性膜分别称为1号至10号的带状软磁性膜。
在图32中，曲线61表示S为零时、即没有设置端部的软磁性膜51时的磁通密度分布。若根据曲线61，则1号及10号的带状软磁性膜54的磁通密度为4.0，相当大，而3号至8号的带状软磁性膜53的磁通密度约为1.0，很低。曲线62表示S为25μm时的磁通密度分布。在该情况下，1号及10号的带状软磁性膜54的磁通密度下隆至2.5，而3号至8号的带状软磁性膜53的磁通密度上升至1.4左右。曲线64是S为100μm时的与前述同样的测量结果，1号及10号的带状软磁性膜54的磁通密度进一步下降，反之3号至8号的带状软磁性膜55的磁通密度进一步上升。根据上述测量结果可知，若设S为100至200μm，则能够使软磁性膜53及54的磁通密度分布相当均匀。根据本实施例，能够使通过带状软磁性膜53及54的外部磁场Hex的磁通密度近似均匀。其结果，相对于外部磁场Hex的导电性非磁性膜7的阻抗变化增大，磁性检测的灵敏度提高，若采用图27所示结构的软磁性膜29以代替前述第2至第7实施例中的软磁性膜23及44，则能够更进一步提高各实施例的磁性传感器的灵敏度。
在前述各实施例中，作为非磁性基板1的材料最好是Ni-Ti-Mg系陶瓷，但也可以采用NiZn等非磁性铁氧体系材料、玻璃及其它各种陶瓷等磁性材料。
作为软磁性膜4、44及29的材料，最好是FeTaN，但也可以采用NiFe、FeCo及FeN等合金。软磁性膜希望是非晶态合金(以Co为主成分的合金，使如CoNbZr、CoTaZr及CoSiB，或以Fe为主成分的合金FeSiB等)或纳米晶体合金(以Fe为主成分的FeTaN等)及NiFe系合金那样的具有高磁导率的软磁性材料。作为绝缘膜5的材料，最好是SiO2，但也可以采用氧人铝、玻璃等无机材料或聚酰亚胺树脂等有机绝缘膜。作为第2实施例的绝缘膜21，也可以采用NiZn铁氧全磁性膜来代替SiO2。作为永磁体的材料，比较适合的是Co-Pt膜，但也可以采用铁氧体系、Nb系及Co系等永磁体材料。作为导电性非磁性膜的材料，比较适合的是铜，但也可以采用Au、Ag及Cr等导电性金属。提供直流偏置磁用的永磁体不限定于前述各实施例所举的位置，只要是能够对软磁性膜提供直流磁场的位置，任何地方都可以。作为保护层8的材料，比较适合的是SiO2，但也可以是氧化铝及其它无机材料或陶瓷等。保护层的取为1μm，但为了减少提供直流偏置磁场的直流电源的功耗，希望将厚度减薄达到0。1μm左右。
第9实施例
下面参照图33及图34，说明本发明第9实施例的磁性传感器9I。图33为第9实施例的磁性传感器9I的立体图，图34为其平面图。如图33及图34所示，最好在Ni-Ti-Mg的非磁性基板1的表面形成带状的最好是Fe-Ta-N膜的第1软磁性膜73。在图33中，2个软磁性膜73保护规定的间隔距离平行设置，但磁性膜73的数量不限于2个，也可以是任意数量。
在软磁性膜73上的一部分设置由SiO2形成的绝缘层75。在图33中，在1个软磁性膜783的设置2个绝缘层75，但绝缘层75的数量不限定于2，也可以是任意数量。在图中，设置贯通靠前面一侧的绝缘层75、在上下方向互相隔开的导电性膜76A及导电性非磁性膜77A。导电性非磁性膜76A及77A最好是铜(Cu)。另外设置贯通先辈后面一侧的绝缘层75、互相隔开的导电性膜76B及导电性非磁性膜77B。在绝缘层75上及没有绝缘层75的软磁性膜73上，最好设置Fe-Ta-N膜的第2软磁性膜74。利用软磁性膜73及74形成闭合磁路M。在软磁性膜73及74具有磁各向异性时，最好各自的易磁化轴在与软磁性膜73及74的长度方向垂直而且沿膜面的方向。导电性非磁性膜77A及77B的图中的左端利用连接导体78互相连接。导电性磁性膜77A的右端经连接导体79A，与端子81A连接。导电性非磁性膜77B的右端经连接导体79B，与端子81B连接。利用该结构，形成曲折型民性非磁性膜77A及77B。
导电性膜76A的右端经过接导体83A，与端子84A连接。导电性膜76A的右端经过接导体83B，与导电性膜76B的右端连接。导电性膜76B的左端经过接导体86，与端子84B连接。在上述结构中，导电性膜76A及76B、以及导电性非磁性膜77A及77B在用软磁性膜73及软磁性膜74形成的闭合磁路内，连接导体83A及83B在闭合磁路外。
在图33中，导电性非磁性膜76A、76B、77A、77B及连接导体83A、83B等看起夹在非磁性基板1上浮在半空中，但在实际结构中，在各导电性非磁性膜及连接导体之间设置了图省略的绝缘层。
下面说明本实施例的磁性传感器9I的工作情况。如图34所示，在端子84A与84B之间连接直流电源10，在导电性非磁性膜76A及76B中流过用箭头88所示方向的直流电流。利用该直流电流，对软磁性膜73及74提供直流偏置磁场。在端子81A与81B之间通过电阻12与恒流高频电源11连接，例如流过10MHz的高频电流。高频放大器12也与端子81A及81B连接。
若将本实施例的磁性传感器9I置于地磁场等外部磁场Hex16中，则利用磁阻抗效应，导电性非非磁性膜77A及77B的阻抗发生变化。将利用该阻抗变化而在端子81A与81B之间产生的高频电压变化用高频放大器13进行放大及检波，从而进行检测，通过这样能够检测0。30e(24A/m)左右的极小的外部磁场Hex16。
在本实施例的磁性传感器9I中，由于在用软磁性膜73及74形成的闭合磁路M内设置提供直流偏置磁场的导电性膜76A及76B，因此能够通过流过比较小的直流电流，而产生足够大的直流偏置磁场。在前棕各实施例的磁性传感器9～9H中，电性膜6必须流过30mA以上(包含30mA)的直流电流，而在本实施例的磁性传感器9I中，若导电性非磁性膜76A及76B中流过10～20mA的电流，就能够得到足够的直流偏置磁场。
为了实际验证该情况，发明者参照图41，进行了下述的实验。
图41(a)及(b)为实验用而制成的磁性传感器的剖视图。在图41(a)中，在软磁性体96与97之间的中心部位隔着绝缘膜形成导体98。在导体98中，如圆圈中的圆点及圆圈中的十字所示的那样在与纸面垂直的方向渡过直流电流，使其产生磁场，测量下部磁轭96的位置A1的磁通密度。在图41(b)中，在与图41(a)的结构相同的磁性传感器的中心部位的上下，配置导体99A及99B。导体99A及99B中流过垂直纸面而且方向互相相反的直流电流。导体98中不流过电流。与图41(a)相同，测量图41(b)的下部磁轭96的位置A2的磁通密度。在图41(a)的导体98、与图41(b)的导体99A及99B流过相同数值的直流过程时，图41(a)的位置A1的磁通密度为磁通密度为图41(b)的位置A2的磁通密度的约80倍。
根据上述的实验结果，流过直流电流的导体98的如图41(a)所示位于下部磁轭96与上部磁轭97形成的闭合磁路内的情况下，与如图41(b)所示在导体99A及99B位于闭合磁路外的情况相比，能够比较小的直流电流得到大的直流偏置磁场。
下面参照图35及36，说明第9实施例的磁性传感器9I的制造方法。图35(d)为设图34的XXXV-XXXV线的剖视图，(a)～(c)为图35(d)之前的各工序的剖视图。图36(d)为沿图34的XXXI-XXXVI线的剖视图，(a)～(c)为图36(d)之间的各工序的剖视图。图36(a)至(d)分别为与图35(a)至(d)所示的各工序相同的工序的剖视图。即，图35(a)与图36(a)为同一工序中的不同地方的剖视图。关于图35(b)～(d)与图36(b)～(d)分别也相同。在图35及图36中，为便于看图，仅对一部分剖面画了剖面线。
在图35(a)中，在Ni-Ti-Mg系的陶瓷非磁性基板1的上表面，利用Fe-Ta-N的溅射形成厚1。0μm的带状第1软磁性膜73后，形成规定形状的图形。也可以在基板1的表面上隔着绝缘物，形成第1软磁性膜73。然后，在包含软磁性膜73的基板1的整个表面，利用SiO2的溅射(最好是低温磁控管溅射)或蒸镀形成绝缘膜91。
图36(a)所示为图35(a)的工序结束后的沿XXXVI-XXXVI线的剖面。如图36(a)所示，在基板1的表面平行设置2个软磁性膜73，并用绝缘膜91覆盖。
在图35(b)中，在绝缘膜91上，利用铜(Cu)的溅射形成厚1。0μm的导电性膜76A及76B后，形成规定开头的图形。在包含导电性膜76A及76B的整个基板1的表面形成绝缘膜92后，在绝缘膜92上，在与前述导电性膜76A及76B重叠的位置分别形成导电性非磁性膜77A及77B。
在该工序中，如图36(b)所示，在绝缘膜91上形成连接部分89B及89C，在绝缘膜92上形成连接导体78。这里，导电性膜76A及76B与连接部分89B及89C也可以在同一工序中用相同的材料形成。另外，导电性非磁性膜77A及77B与连接导体78民可以在同一工序中用相同的材料形成。
在图35(c)中，在导电性非磁性膜77A及77B上形成绝缘膜93。然后，保留导电性非磁性膜77A及77B的上面及附近的绝缘膜91及92，除去位于软磁性膜73上的绝缘膜91及92。然后，在包含绝缘膜93的软磁性膜73上形成第2软磁性膜74。
图36(c)所示为该工序结束后的沿XXXVI-XXXVI线的剖面。如图36(c)所示，第1软磁性膜73与第2性软磁性膜74连接。在图35(d)中，在包含第2软磁性膜74的上表面形成绝缘膜94。然后，如图36(d)所示，利用蚀除去连接部分89B及89C上的绝缘膜92、93及94，形成通孔，使连接部分89B及89C露出。然后，在绝缘膜94上形成两端分别与连接部分89B及89C连接的连接导体83B。连接部分89B与89C利用连接导体83B电气连接。导电性膜76A与连接导体83A的连接部分89、以及连接导体83A与端子84A的连接部分89A也用与上述同样的方法进行连接。
第10实施例
下面参照图37及图38，说明本发明第10实施例的磁性传感器9J。图37为第10实施例的磁性传感器9J的主要部分的立体图。图38为本实施例的磁性传感器9J的平面图。
在图37中，本实施例的磁性传感器9J在近似同一平面上隔开设置贯通在软磁性膜73与74之间设置的绝缘层75的导电性膜76A及导电性非磁性膜77A。导电性膜76B及导电性非磁性膜77B也同样。贯通绝缘层75设置在近似同一平面上。其它的结构与前述第9实施例的磁性传感器9I相同。如图36所示，磁性传感器9J使用时连接的直流电源10、高频电源11及高频放大器13的连接方法与磁性传感器9I的情况相同，工作情况也相同。
根据本实施例，由于将导电性膜76A及导电性非磁性膜77A设置在绝缘层75内的近似同平面上，因此软磁性膜74的顶部74B距离基板1的表面的高度比前述第9实施例的磁性传感器9I要低。另外，在第9实施例的磁性传感器9I中，必须利用各自的工序将导电性膜76A及导电性非磁性膜77A重叠而形成，而在第10实施例的磁性传感器9J中，导电性膜76A及导电性非磁性膜77A可以用同一工序形成相同材料例如导电性非磁性膜。因此，制膜工序简单，制造成本也降低。另外，若像第9实施例的磁性传感器9I那样，导电性膜76A与导电性非磁性膜77A重叠，则有制造中在两者之间混入粉汇款单等而短路的危险，而在第10实施例的磁性传感器9J中，短路的危险大大降低。其结果，制造时的成品率提高，同时使用时的可靠性也提高。
下面参照图39及图40，说明第10实施例的磁性传感器9J的制造方法。图39(d)为沿图38的XXXIX-XXXIX线的剖视图，(b)至(d)为各工序中的剖面衅。图40(d)为沿图38的XXXX-XXXX线的剖视图，(b)至(d)为各工序中剖视图。图40(a)至(d)分别为与图39(a)至(d)所示的各工序相同的工序的剖视图。即，图39(a)与图40(a)当同一工序中的不同地方的剖视图。关于图39(b)～(d)与图40(b)～(d)分别也相同。在图39及图40中，当便于看图，仅对一部分剖面画了剖面线。
在图39(a)中，在Ni-Ti-Mg系的陶瓷等百磁性基板1的表面，利用Fe-Ta-N的溅射形成作为下部磁轭的厚1.0μm的软磁性膜73后，形成规定开头的图形。然后，在包含软磁性膜73的基板1的整个表面，利用SiO2的溅射形成绝缘膜91。图40(a)所示为该工序结束后的沿XXXX-XXXX线的剖面。
在图39(b)中，在绝缘膜91上，利用Cu的溅射形成导电性非磁性膜76A、77A、76B及77B后，形成规定开头的图形。另外，如图40(b)所示，在绝缘膜91上形成连接导体78及89C。导电性非磁性膜76A、77A、76B、77B及连接导体78、89C也可以在同一工序中用相同的材料形成。在包含这些部分的基板1的整个表面形成SiO2绝缘膜92。图40(b)所示为该工序结束后的沿XXXX-XXXX线的剖面。
在图39(c)中，除了导电性帮磁性膜76A、77A、76B及77B的附近以外，除去软磁性膜73上的绝缘膜91及92，露出软磁性膜73。在导电性非磁性膜76A、77A、76B及77B上保留的绝缘膜92上及露出软磁性膜73上，利用Fe-Ta-N的溅射形成软磁性膜74后，形成规定开头的图形。图40(c)所示为该工序结束后的沿XXXX-XXXX线的剖面。
在图39(d)中，在包含软磁性膜74的基板1的整个表面形成SiO2绝缘膜93。然后，除去连接导体89C上的绝缘膜92，形成通孔。在绝缘膜93上形成连接导体83A及83B。利用该工序，如图40(d)所示，导电性非磁性膜76B与连接导体83B用连接部分89C电气连接。连接部分83C、83D及84D的连接也用与连接部分89C相同的工序进行。利用以上各工序制成本实施例的磁性传感器9J。
在前述第9及第10实施例中，对于非磁性基板1，可以使用含有镍氧化物NiO及钛氧化物TiO2及镁氧化物MgO的陶瓷(Ni-Ti-Mg)、含有钛氧化物及钙氧化物CaO的陶瓷(Ti-Ca)、含有铝氧化物Al2O3及钛碳化物TiC的陶瓷(AlTiC)、以及玻璃和硅等。非磁性基板的表面粗糙度为了保持较大的矫顽力Hc，希望在Ra5nm以下(包含Ra5nm)。
软磁性膜73及74最好是非晶态合金(以Coo主成分的合金，例如CoNbZr、CoTaZr及CoSiB，以Fe为主成分的合金FeSiB等)或纳米晶体合金(以Fe为主成分的FeTaN等)及NiFe系合金那样的具有高磁导率的软磁性材料。
最好是在频率10～20MHz下的磁导率能够得到1000以上(包含1000)的材料。
绝缘膜91～94最好是SiO2及Al2O3等氧化物，也可以是聚酰亚胺树脂等有机绝缘膜。
对于导电性非磁性膜及连接线，可以使用金(Au)、银(Ag)及铜(Cu)等。为了使得Au、Ag及Cu等的膜与绝缘膜之间有很好的附着性，最好形成Cr、Ta或Ti等厚度为30nm～100nm的薄膜。
工业上的实用性
如在以上各实施例中详细说明的那样，本发明的磁性传感器，使弯曲形状的曲折型导电性非磁性膜隔着绝缘膜与在规定方向具有易磁化轴的软磁性膜相对，再与导电性非磁性膜隔着绝缘膜设置导电性膜。在曲折型导电性非磷性膜中流过高频电流，并加上直流偏置磁场。若对该磁性传感器加上外部磁场，则曲折型导电性非磁性膜的与易磁化轴平行的长路径的导体受到软磁性膜的磁作用，即使在流过比较低频的高频电流的情况下，阻抗也大幅度变化。通过检测该阻抗变化，能够以高灵敏度检测出外部磁场。

Claims (36)

1、一种磁性传感器，其特征在于，包括
在沿膜面的规定方向具有易磁化轴的软磁性膜，
与所述软磁性膜用电气绝缘物隔开并在其上曲折设置的、与所述软磁性膜的易磁化轴平行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁性膜，
在所述导电性非磁性膜中流过高频电流用的高频电源，以及
根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
2、一种磁性传感器，其特征在于，包括
在相对于带状膜的长度方向垂直而且沿膜面的方向具有易磁化轴的带状软磁性膜，
在所述软磁性膜上当中隔着电气绝缘物曲折设置的、在所述软磁性膜的面内与该膜的易磁化轴平行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁性膜，
在所述导电性非磁性膜中流过高频电流用的高频电源，以及
根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
3、如权利要求1或2所述的磁性传感器，其特征在于，
具有为了对所述软磁性膜提供直流偏置磁场而流过直流电流的导电性膜。
4、如权利要求1或2所述的磁性传感器，其特征在于，
具有为了对所述软磁性膜提供直流偏置磁场用的永磁体。
5、如权利要求1或2所述的磁性传感器，其特征在于，
具有为了对所述软磁性膜提供直流偏置磁场而流过直流电流的导电性膜及永磁体。
6、如权利要求2所述的磁性传感器，其特征在于，
并排配置多个所述带状软磁性膜。
7、如权利要求2所述的磁性传感器，其特征在于，
所述软磁性膜在与易磁化轴垂直的方向至少具有1个长的狭缝。
8、如权利要求4所述的磁性传感器，其特征在于，
所述永磁体是在所述导电性非磁性膜设置的薄膜磁体。
9、如权利要求3所述的磁性传感器，其特征在于，
所述直流偏置磁场的方向是与所述软磁性膜的易磁化轴垂直的方向。
10、如权利要求4所述的磁性传感器，其特征在于，
所述直流偏置磁场的方向是与所述软磁性膜的易磁化轴垂直的方向。
11、如权利要求1或2所述的磁性传感器，其特征在于，
所述带状导电性非磁性膜至少利用2个软磁性膜分别隔着绝缘膜夹在当中。
12、如权利要求11所述的磁性传感器，其特征在于，
夹住所述导电性非磁性膜的至少2个软磁性膜在离开所述导电性非磁性膜的位置互相连接。
13、如权利要求11所述的磁性传感器，其特征在于，
在所述至少2个软磁性膜之间设置永磁体。
14、如权利要求1或2所述的磁性传感器，其特征在于，
所述软磁性膜含有铁、钽、氮。
15、一种磁性传感器，其特征在于，包括
在非磁性基板的主面形成的、在沿膜面的规定方向具有易磁化轴的软磁性膜，
在所述软磁性膜上当中隔着电气绝缘膜曲折形成的、在所述软磁性膜的面内与该膜的易磁性轴平行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁化膜，
在所述导电性非磁性膜上当中隔着绝缘性保护膜而形成的，流过直流电流对所述软磁性膜提供直流偏置磁场用的导电性膜，
在所述导电性非磁性膜中流过高频电流用的高频电源，以及
根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
16、如权利要求15所述的磁性传感器，其特征在于，
所述软磁性膜是在相对于带状形状的长度方向垂直而且沿膜面的方向具有易磁化轴的、多个带状软磁性膜。
17、如权利要求15所述的磁性传感器，其特征在于，
所述导电性膜设置在所述非磁性基板与所述软磁性膜之间。
18、如权利要求15所述的磁性传感器，其特征在于，
在所述非磁性基板与软磁性膜之间设置在与所述易磁化轴垂直的方向具有磁极的永磁体。
19、如权利要求18所述的磁性传感器，其特征在于，
所述永磁体是对含有钴及铂的合金薄膜在与所述易磁化轴垂直的方向进行充磁而形成的永磁体。
20、如权利要求15所述的磁性传感器，其特征在于，
是对所述带状导电性非磁性膜上形成的钴与铂的合金膜在与所述易磁化轴垂直而且沿膜面的方向进行充磁而形成永磁体。
21、一种磁性传感器，其特征在于，包括
在非磁性基板的主面形成的，在相对于带状膜的长度方向垂直而且沿膜面的方向具有易磁化轴的带状第1软磁性膜，
在所述软磁性膜上隔着第1绝缘膜曲折形成的、在所述软磁性膜的面内与该膜的易磁化轴并行的部分的长度比与所述易磁化轴垂直的部分的长度要长的带状导电性非磁性膜，
在所述导电性非磁性膜上当中隔着第2绝缘膜而形成的、在相对于带状的长度方向垂直而且沿膜面的方向具有易磁化轴的第2软磁性膜，
在所述第2软磁性膜上隔着绝缘性保护膜而形成的、流过直流电流以对所述软磁性膜提供直流偏置磁场用的导电性膜，
在所述导电性非磁性膜中流过高频电流用的高频电源，以及
根据所述高频电流流过的所述导电性非磁性膜的因外部磁场而引起的阻抗变化来检测所述外部磁场的检测电路。
22、如权利要求21所述的磁性传感器，其特征在于，
所述第1绝缘膜及第2绝缘膜仅设置在所述带状导电性非磁性膜的周围。
23、如权利要求21所述的磁性传感器，其特征在于，
所述永磁体设置在第1软磁性膜与导电性非磁性膜之间。
24、如权利要求15或21所述的磁性传感器，其特征在于，
所述非磁性基板是含有镍氧化物、钛氧化物及镁氧化物的陶瓷。
25、一种磁性传感器，其特征在于，包括
具有利用软磁性膜形成的闭合磁路，
贯通所述软磁性膜的闭合磁路而设置的、流过直流电流用的导电性膜，以及
贯通所述软磁性膜的闭合磁路并保持与所述导电性膜之间的绝缘而设置的、流过高频电流用的导电性非磁性膜。
26、如权利要求25所述的磁性传感器，其特征在于，
在所述导电性膜流过一定方向的直流电流，对所述软磁性膜提供直流偏置磁场。
27、如权利要求25所述的磁性传感器，其特征在于，
所述软磁性膜具有多个闭合磁路，具有将贯通所述多个各闭合磁路的各导电性膜进行连接的连接线，使得流过所述各闭合磁路内的导电性膜的直流电流的方向成为相同。
28、如权利要求27所述的磁性传感器，其特征在于，
将所述多个导电性膜进行连接的所述连接线位于所述闭合磁路的外部。
29、如权利要求27所述的磁性传感器，其特征在于，
构成的所述导电性非磁性膜相对于各长度图形方向依次反向贯通所述软磁性膜的多个闭合磁路。
30、如权利要求25所述的磁性传感器，其特征在于，
在平行于所述基板表面的同一平面上形成贯通所述软磁性膜的闭合磁路的导电性膜及导电性非磁性膜。
31、如权利要求25所述的磁性传感器，其特征在于，
平行配置多个软磁性膜图形。
32、如权利要求25所述的磁性传感器，其特征在于，
在所述导电性非磁性膜的两端连接高频放大器的输入端。
33、一种磁性传感器的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
在非磁性基板的上表面形成带状的至少1个第1软磁性膜的步骤，
在所述第1软磁性膜上隔着第1绝缘膜形成导电性膜、导电性的第1连接部分及第2连接部分的步骤，
在所述导电性膜上隔着第2绝缘膜形成导电性非磁性膜的步骤，
在所述导电性非磁性膜上形成第3绝缘膜的步骤，
保留包含所述导电性膜及导电性非磁性膜的附近的所述第1、第2、第3绝缘膜而除去所述第1软磁性膜上的所述第1、第2及第3绝缘膜的步骤，
在所述第1软磁性膜和所述保留的第1、第2及第3绝缘膜上设置第2软磁性膜并形成闭合磁路的步骤，
在包含所述第2软磁性膜的整个表面形成第4绝缘膜的步骤，
除去所述第1及第2连接部分上的第2、第3及第4绝缘膜后形成通孔、并使所述第1及第2连接部分露出的步骤，以及
在所述第4绝缘膜上形成两端部分别与所述第1及第2连接部分电气连接的导体连接线、并与通过相邻的其它闭合磁路的第1导电性非磁性膜进行连接的步骤。
34、如权利要求33所述的磁性传感器的制造方法，其特征在于，
在第1绝缘膜上用同一工序形成所述导电性膜及导电性非磁性膜。
35、如权利要求33所述的磁性传感器的制造方法，其特征在于，
对于所述绝缘膜的至少1个绝缘膜，采用感光性树脂的光刻胶膜。
36、如权利要求33所述的磁性传感器的制造方法，其特征在于，
在所述非磁性基板上隔着绝缘层形成第1软磁性膜。
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