CN102132168B - 磁场检测元件及信号传递元件 - Google Patents
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Abstract
一种磁场检测元件及信号传递元件，为提高具有由磁致电阻效果材料构成的磁致电阻效果部(10a)、和连接配设于磁致电阻效果部(10a)的两侧且向磁致电阻效果部(10a)供给磁通的由软磁性材料构成的一对磁轭部(11a、12a)的磁场检测元件(7a)的线形性，设置由软磁性材料构成的旁通部(13a)，该旁通部感应在磁轭部(11a、12a)产生的磁通的一部分，使磁致电阻效果部(10a)迂回，以比磁轭部(11a、12a)更低的磁场强度使磁通饱和。
Description
技术领域
本发明涉及检测磁场强度的磁场检测元件、及通过磁耦合传递信号的信号传递元件。
背景技术
例如专利文献1中所记载，公知有通过包含产生与输入信号相对应的磁场的线圈和磁致电阻效果元件(磁场检测元件)的电桥电路检测线圈产生的磁场的强度的磁耦合型的信号传递元件。
另外，如专利文献2所记载，为提高显示巨大磁致电阻效果(通过外部磁场表示百分之几以上的电阻变化的物质的总称)的颗粒膜的电阻的变化率灵敏度，在显示巨大磁致电阻效果的颗粒膜的两侧配置供给大的磁通的由软磁性材料构成的磁轭膜对的颗粒间间隙(GIG)构造也是众所周知的。
在这种GIG构造中，当施加外部磁场时，正前方具有大的磁通密度的由软磁性材料构成的磁轭磁化，因该比较大的磁化而产生的磁通流入表示巨大磁致电阻效果的颗粒膜，可以以小的外部磁场实现大的电阻变化。另一方面，在GIG构造中，通过伴随软磁性材料磁轭膜的磁化过程的非线形的磁通的增加特性、和颗粒膜的磁致电阻效果中的非线形的电阻值的变化特性，使能线性地检测磁场强度的线形范围限定在非常狭小的范围。
专利文献3中公开有为检测微小的磁通变化而通过在磁路设置旁通路来降低对检测线圈施加的磁通的技术。该技术中，通过降低灵敏度来扩展可检测磁通变化的范围，但不能扩展电阻值中线形性高的范围，不能改善磁致电阻效果元件的线形性。
专利文献1：(日本)特表2000-516714号公报
专利文献2：(日本)特开2004-354181号公报
专利文献3：(日本)特开平8-279112号公报
发明内容
本发明是鉴于所述问题而创立的，其课题在于，提供一种线形性高的磁场检测元件及线形性高的信号传递元件。
为解决所述课题，本发明的磁场检测元件具有：磁致电阻效果部，其由磁致电阻效果材料构成；一对磁轭部，其由软磁性材料构成，电连接地配设于所述磁致电阻效果部的两侧，向所述磁致电阻效果部供给磁通；旁通部，其由软磁性材料构成，感应在所述磁轭部产生的磁通的一部分，使所述磁致电阻效果部迂回，以比所述磁轭部更低的磁场强度使磁通饱和。
根据该构成，在外部磁场强度低且旁通部未饱和的状态下，通过外部磁场在磁轭部产生的磁通的一部分穿过旁通部，使穿过磁致电阻效果部的磁通减少。另一方面，当外部磁场增加时，旁通部比磁轭部先饱和，在磁轭部产生的磁通的增加量全部穿过磁致电阻效果部。其结果是使磁致电阻效果部的电阻变化曲线的形状发生变形，使线形性提高。
另外，本发明的磁场检测元件中，也可以是，所述旁通部与所述磁致电阻效果部及所述磁轭部电绝缘。
根据该构成，由于旁通部被电断开，所以能够正确地检测磁致电阻效果部的电阻，能够极力抑制旁通部对检测精度的影响，提高电阻相对于磁致电阻效果部的磁场强度的变化的线形性。
另外，在本发明的磁场检测元件中，也可以是所述磁致电阻效果部及所述磁轭部以膜状形成于同一平面上，所述旁通部以与所述磁致电阻效果部至少部分重合的方式且在与所述磁轭部之间隔开间隙形成为膜状。
根据该构成，可通过在基板上通过微细加工技术层叠薄膜材料的通常的半导体制造方法来制造。
另外，在本发明的磁场检测元件中，在所述旁通部的磁通未饱和的磁场强度中，所述磁轭部之间的经由所述旁通部迂回所述磁致电阻效果部的磁路的磁阻比所述磁致电阻效果部的磁阻小。
根据该构成，由于在磁场强度低时大量的磁通迂回过磁致电阻效果部，因此，旁通部对磁致电阻效果部的电阻变化特性造成的影响大，可大幅改善线形性。
另外，本发明的磁场检测元件中，也可以是所述旁通部在局部以不同的磁场强度使磁通饱和。
根据该构成，每次在旁通部的一部分饱和时，以磁致电阻效果部的电阻变化特性相对于外部磁场为线形的方式使磁通的旁通的比例发生变化。
另外，本发明的磁场检测元件中，也可以是所述旁通部包含引导磁通的方向的长度不同的部分。
根据该构成，根据旁通部的平面的形状，可以使磁通饱和的磁场强度部分不同。
另外，本发明的信号传递元件具有所述的磁场检测元件的任一个和根据输入信号对所述磁场检测元件施加磁场的线圈。
根据该构成，由于输入和输出的传递效率好且通过本发明也可以进行好的线形性的输入输出传递，其结果，可以实现高品质的信号传递。
根据本发明，在外部磁场强度低且旁通部未饱和的状态下，通过外部磁场在磁轭部产生的磁通的一部分穿过旁通部，使穿过磁致电阻效果部的磁通减少。另一方面，当外部磁场增加时，旁通部比磁轭部先饱和，在磁轭部产生的磁通的增加量全部穿过磁致电阻效果部。其结果是使磁致电阻效果部的电阻变化曲线的形状发生变形，使线形性提高。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的信号传递元件的电路图；
图2是图1的信号传递元件的俯视图；
图3是图2的磁场检测元件的立体图；
图4是图3的磁场检测元件的俯视图；
图5是图3的磁场检测元件的磁路磁阻图；
图6是表示图3的磁场检测元件相对于磁场强度的电阻变化的图；
图7是本发明第二实施方式的磁场检测元件的侧面图；
图8是图7的磁场检测元件的立体图；
图9是表示变更了图7的磁场检测元件的旁通部的宽度时的相对于磁场强度的电阻变化的图；
图10是变更了图7的磁场检测元件的旁通部的厚度时的磁场强度的相对于电阻变化的图；
图11是本发明第三实施方式的磁场检测元件的立体图；
图12是本发明第四实施方式的磁场检测元件的立体图；
图13是本发明第五实施方式的磁场检测元件的立体图；
图14是表示图11～13的磁场检测元件相对于磁场强度的电阻变化的图；
图15是本发明第六实施方式的磁场检测元件的立体图；
图16是本发明第七实施方式的磁场检测元件的立体图；
图17是本发明第八实施方式的磁场检测元件的立体图；
图18是图17的磁场检测元件的形成旁通部的材料的B-H线图；
图19是图17的磁场检测元件的旁通部的材料的不同导致的相对于磁场强度的电阻变化的图；
图20是本发明第八实施方式的磁场检测元件的侧面图；
图21是本发明第九实施方式的磁场检测元件的侧面图。
符号说明
1 信号传递元件
3a、3b 励磁线圈
7a～7k 磁场检测元件
10、10a、10b 磁致电阻效果部(MR部)
11、11a、11b、12、12a、12b 磁轭部
13、13a、13b 旁通部
14 绝缘膜
具体实施方式
由此，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1表示本发明第一实施方式的信号传递元件(磁耦合型隔离器)1的电路构成。信号传递元件1具有：初级侧电路4，其具有根据输入到输入端子2a、2b的电流产生磁场的两个励磁线圈3a、3b；次级侧电路6，其与初级侧电路4磁耦合，向输出端子5a、5b输出与输入电压相对应的电压。
次级侧电路6由根据励磁线圈3a、3b产生的磁场强度而电阻值发生变化的两个磁场检测元件7a、7b、和电阻值不发生变化的两个固定电阻8a、8b构成，是与电源Vcc连接的电桥电路。
图2(俯视图)表示信号传递元件1的实际的形状。信号传递元件1通过在表面形成有绝缘覆盖膜的硅基板9上层叠形成各构成要素而成。励磁线圈3a、3b以分别包围磁场检测元件7a、7b的方式形成。
进一步如图3(立体图)及图4(剖面图)所详示，磁场检测元件7a、7b通过由巨大磁致电阻效果材料构成的磁致电阻效果部(以下称为MR部)10a、10b、和在MR部10a、10b的两侧以分别保持电接触的方式配设且由软磁性材料构成的磁轭部11a、12a及11b、12b构成。该磁轭部具有比上述巨大磁致电阻效果材料大幅降低的比电阻，也兼作向MR部供给电流的电极(所谓的GIG)。在其上具有与磁轭部11a、12a及11b、12b、和MR部10a、10b局部重复且在与MR部10a、10b及磁轭部11a、12a、11b、12b之间隔开间隙d电绝缘地配置的由软磁性材料构成的旁通部13a、13b。以卷绕该磁场检测元件7a、7b的外侧的方式配设有励磁线圈3a、3b。
旁通部13a、13b与MR部10a、10b及磁轭部11a、12a，11b、12b之间的间隙d可以是空气层，但实际上是形成于旁通部13a、13b与MR部10a、10b及磁轭部11a、12a、11b、12b之间的由非磁性材料构成的绝缘膜(保护膜)。
作为形成MR部10a、10b的巨大磁致电阻效果材料，例如有以Co39Y14O47为主的Co43Al24O33及Co35Mg20F45等纳米颗粒薄膜材料，各典型的比电阻为3×106μΩm、0.4×103μΩm、1×106μΩm。另外，作为巨大磁致电阻效果材料，可使用Cox-(Y2O3)(100-x)系纳米颗粒合金、Cox-(Al2O3)(100-x)系纳米颗粒合金、Cox-(Sm2O3)(100-x)系纳米颗粒合金、Cox-(Dy2O3)(100-x)系纳米颗粒合金、(FeCo)x-(Y2O3)(100-x)系纳米颗粒合金、Fe)x-(MgF2)(100-x)、(FeCo)x-(MgF2)(100-x)、Fex-(CaF2)(100-x)等氟化物系纳米颗粒合金等。另外，本申请所记载的组成比为at％。
另外，作为形成磁轭部11a、12a、11b、12b及旁通部13a、13b的软磁性材料，例如有Co77Fe5Si9B8やFe78.5Ni21.5，各自的典型的比电阻为1.15μΩm、0.16μΩm。另外，作为软磁性材料，可使用坡莫合金(40～90％Ni-Fe合金)、铁硅铝磁合金(Fe74Si9Al17)、铁镍铌合磁金(Fe12Ni82Nb6)、Co88Nb6Zr6无定型合金、(Co94Fe6)70Si15B15无定型合金、铁基(Fe75.6Si13.2B8.5Nb1.9Cu0.8)、微晶(Fe83HF6C11)、Fe85Zr10B5合金、Fe93Si3N4合金、Fe71B11N18合金、Fe71.3Nd9.6O19.1纳米颗粒合金、Co70Al10O20纳米颗粒合金、Co65Fe5Al10O20合金等。另外，作为形成间隙d的材料，例如有SiO2及Al2O3等无机材料。
磁轭部11a、11b及12a、12b例如以各对的端部隔开1μm的间隙G分别相对的方式在同一平面上膜状地形成在线圈的长度方向(磁通的方向)的长度为250μm、宽度为80μm、厚度为0.5μm的长方形上。MR部10a、10b电连接地形成在磁轭部11a、12a与11b、12b的间隙G间。
旁通部13a、13b例如为长度5μm、宽度5μm、厚度0.1μm，隔开0.1μm的间隙d形成在MR部10a、10b与磁轭部11a、12a，11b、12b之间。
图5表示磁场检测元件7a、7b的作为磁路磁阻的构成(磁回路图)。该磁路磁阻为在磁轭部11a、11b的磁阻RYOK和磁轭部12a、12b的磁阻RYOK之间串联有磁轭部11a、11b和旁通部13a、13b之间的空气或非磁性绝缘部的磁阻RGAP、旁通部13a、13b的磁阻RBPS、及旁通部13a、13b和磁轭部12a、12b之间的空气或非磁性绝缘部的磁阻RGAP的磁阻，但可以认为是与MR部10a、10b的磁阻RGMR并联连接的磁阻。
由此，在磁场检测元件7a、7b中，励磁线圈3a、3b产生且由磁轭部11a、11b、12a、12b产生的磁通最初分到MR部10a、10b和旁通部13a、13b。即，旁通部13a、13b感应由磁轭部11a、11b、12a、12b产生的多数磁通的一部分，通过使MR部10a、10b迂回，降低穿过MR部10a、10b的磁通的数量。
但是，磁阻RYOK、RGMR、RBPS分别根据磁场强度而其值发生变化。通常，磁阻在伴随磁场强度的上升而通过的磁通数量增加时，其值上升。而且，由于在某磁场强度磁通饱和，所以磁阻的值以相比磁场强度低时极大的比例增加，因完全饱和而通过的磁通数量不会增加至以上。特别是在本发明中，旁通部13a、13b的磁阻RBPS在低的磁场比其它磁阻急增。
另外，MR部10a、10b的磁阻RGMR可以以MR部10a、10b施加磁通的方向的长度(磁路长度)为GGMR，以MR部10a、10b的导磁率为μGMR，以MR部10a、10b的厚度为tGMR，以MR部10a、10b的宽度(磁路宽度)为WGMR，通过下式表示。
RGMP＝GGMR/(μGMR×tGMR×WGMR)
图6中，通过以磁场强度为零时的电阻为100％表示的MR比来表示包含MR部10a、10b的磁轭部11a、11b和磁轭部12a、12b之间的电阻的、相对于对磁场检测元件7a、7b施加的输入磁场的强度的变化的模拟结果。另外，图中，与仅由MR部10a、10b及磁轭部11a、11b、12a、12b构成且没有旁通部13a、13b的现有的构成的磁场检测元件的电阻进行比较并表示。另外，旁通部13a、13b由于从MR部10a、10b及磁轭部11a、11b、12a、12b电绝缘，所以对包含MR部10a、10b的电路的电阻没有影响。
该模拟中，作为MR部10，使用由10KOe的MR比为14％的(FeCo)30-(MgF2)70构成的纳米颗粒膜，作为磁轭部11、12，使用10KOe的磁通密度为12KG且宽度方向具有20Oe左右的单轴感应磁各向异性且导磁率从零磁场大致线形地变化至饱和磁场的无定型Co78Fe4Si9B9膜。另外，旁通部13使用与磁轭部11、12相同材质的无定型膜。
MR部10a、10b在所通过的磁通数量增加时，其电阻降低，但在输入磁场小且旁通部13a、13b未饱和的情况下，由磁轭部11a、11b、12a、12b产生的磁通的一部分被旁通部13a、13b感应，因此，与现有的技术相比，其电阻的降低率低。图中，MR比的变化特性(线图的形状)相比现有的技术向横方向扩展。
但是，旁通部13a、13b的截面积(厚度×宽度)相比磁轭部11a、11b、12a、12b的截面积(厚度×宽度)非常小，因此，输入磁场变强，励磁线圈3a、3b形成的磁通数量增加(由励磁线圈3a、3b形成且对磁场检测元件7a、7b施加的磁场强度上升)时，旁通部13a、13b的磁通饱和，不能感应其以上的磁通。因此，当输入磁场的强度变高时，旁通部13a、13b的磁通的旁通效果降低，在磁轭部11a、11b、12a、12b产生的磁通的增加量大多被MR部10a、10b感应。图中，随着旁通部13a、13b接近饱和，图表相比现有的技术横向扩展的程度减小，结果是MR比的变化特性的线形性得以改善。
在磁场检测元件7a、7b中，当输入磁场的强度进一步增高时，旁通部13a、13b在磁轭部11a、11b、12a、12b之前完全饱和，结果是旁通部13a、13b完全饱和后，在磁轭部11a、11b、12a、12b产生的磁通的增加量全部通过MR部10a、10b。通过以上的作用，补偿MR部10a、10b及磁轭部11a、11b、12a、12b的磁阻的增加导致的电阻变化率的低下，可得到线形性高的电阻(MR比)的变化特性。即，具备旁通部13a、13b的磁场检测元件7a、7b与现有的技术相比，在电阻(MR比)相对于输入磁场的变化的变化特性中，得到良好的线形性的范围较宽。
在磁轭部11a、11b、12a、12b产生的磁通中被旁通部13a、13b感应且迂回过MR部10、10b的磁通的比例降低时，使MR部10a、10b的MR比的特性变化的余地减小，因此，在磁场强度低时，优选磁轭部11a-12a间、11b-12b间的经由旁通部13a、13b的磁路的磁阻(2RYOK+2RGAP+RGMR)比经由MR部10a、10b的磁路的磁阻(2RYOK+RGMR)小。
但是，在经由旁通部13a、13b的磁路的磁阻(2RYOK+2RGAP+RGMR)比经由MR部10a、10b的磁路的磁阻(2RYOK+RGMR)过低的情况下，在旁通部13a、13b过量感应大量的磁通，因此，在图6的图表中，具有旁通部13a、13b的情况下的MR比变化特性的线图横向过量扩展，电阻相对于MR部10a、10b的输入磁场的变化率减小，因此，磁场强度的检测灵敏度降低。另外，在经由旁通部13a、13b的磁路的磁阻过高的情况下，旁通部13a、13b不能感应磁通，使MR部10a、10b旁通的效果几乎消失，因此，不能得到改善电阻的变化特性的效果。这样，为得到磁场检测元件7a、7b的优选的特性，需要考虑经由旁通部13a、13b的磁路的磁阻(2RYOK+2RGAP+RGMR)、和经由MR部10a、10b的磁路的磁阻(2RYOK+RGMR)的平衡。
图7及图8表示本发明第二实施方式的磁场检测元件7c。第二实施方式的磁场检测元件7c由形成间隙G且相对的端部的厚度减小为锥状的磁轭部11、12、从磁轭部11、12的单侧的锥部分到间隙G的一半充填磁致电阻效果材料而形成的MR部10、以经由未图示的绝缘膜与MR部10重合的方式形成的旁通部13构成。
磁轭部11、12在引导磁通的方向(夹着MR部10的方向)的长度为250μm，宽度为80μm，厚度为0.5μm，并相对形成1μm的间隙G。另外，磁轭部11、12以旁通部13侧的面在引导磁通的方向从MR部10侧的端面分别遍及2μm长度倾斜为锥形状，形成间隙G的端部的厚度为0.3μm。旁通部13在引导磁通的方向的长度为5μm，即与包含覆盖MR部10的磁轭部11、12的锥部分的全长相等。MR部10和旁通部13的间隙d(由溅射SiO2薄膜形成的绝缘膜的厚度)为0.05μm。
在该磁场检测元件7c中，作为MR部10，使用10KOe的MR比为14％的由(FeCo)30-(MgF2)70构成的间隙G下的膜厚0.3μm的纳米颗粒膜，作为磁轭部11、12，使用10KOe的磁通密度为12KG且在宽度方向具有20Oe左右的单轴感应磁各向异性且导磁率从零磁场大致线形变化至饱和磁场的无定型Co78Fe4Si9B9膜。另外，旁通部13使用与磁轭部11、12相同的材质的无定型膜。
图9表示的是将本实施方式的磁场检测元件7c的旁通部13的厚度设为0.2μm，将旁通部13的宽度分别设为与磁轭部11、12相同的80μm、一半的40μm、四分之一的20μm、八分之一的10μm的、包含MR部10的磁轭部11和磁轭部12之间的电阻(MR比)相对于输入磁场的强度的变化的实测结果。
如图所示，在磁场检测元件7c中，也与第一实施方式相同，在输入磁场比10(Oe)弱的范围内，因旁通部13而MR比的曲线在横轴方向延伸，输入磁场变强，旁通部13完全饱和，之后，描绘与使没有旁通部的现有的磁场检测元件的曲线在横轴方向并行移动的曲线大致一致的曲线。另外，在本实施方式中，磁轭部11、12也在约20(Oe)的磁场强度饱和。因此，在此以上的磁场强度下，MR比的减少率大幅降低。
另外，旁通部13的宽度越宽，使旁通部迂回的磁通数量越多，由此，因磁通数的增加而非线形地大幅变化，因此，输入磁场的强度改善使旁通部13饱和的附近的线形性的效果增大，因此，MR比成为线形的范围加宽。同时，旁通部13的宽度越宽，使旁通部迂回的磁通数量越多，因此，MR比相对于输入磁场变化的变化率减小。但是，当磁轭部11、12饱和时，线形性受损，因此，旁通部13改善MR比特性的磁场强度的范围必须为比磁轭部11、12饱和的磁场强度低的范围。即，在本实施方式中，在使线形范围最宽的情况下，该线形范围为旁通部13开始饱和到磁轭部11、12开始饱和。
图10表示将本实施方式的磁场检测元件7c的旁通部13的宽度设为80μm、将旁通部13的厚度设为0.2μm和0.1μm、进而没有旁通部的、包含MR部10的磁轭部11和磁轭部12之间的电阻(MR比)相对于输入磁场的强度的变化的实测结果。
如图所示，旁通部13的厚度越大，输入磁场的强度低时，使MR比的曲线在横方向扩展的程度越大，因此旁通部13饱和的输入磁场的强度提高。另外，图10中，将旁通部13的宽度设为80μm、厚度设为0.1μm的情况下的MR比的曲线与图9中的将旁通部13的宽度设为40μm、厚度设为0.2μm的情况下的MR比的曲线大致一致。即，在其它条件为一定的情况下，如果旁通部13的截面积相同，则MR比的特性大致相同。
另外，磁轭部11、12及旁通部13的磁通的饱和容易度也依赖于各自的截面积。在本实施方式中，由于磁轭部11、12和旁通部13以相同的材质形成，所以应使旁通部13的截面积比磁轭部11、12的截面积小。另外，在此所说的截面积是指限制穿过它们的磁通数量的实际有效的截面积。
因此，在磁场检测元件7c中，通过选择旁通部13的截面积与磁轭部11、12的截面积之比，可以调节经由旁通部13的磁路的磁阻(2RYOK+2RGAP+RGMR)和经由MR部10的磁路的磁阻(2RYOK+RGMR)的平衡。
在本实施方式的磁场检测元件7c中，通过改变从上面看到的旁通部13和磁轭部11、12重合的面积，即可调节经由旁通部13的磁路的磁阻(2RYOK+2RGAP+RGMR)和经由MR部10的磁路的磁阻(2RYOK+RGMR)的平衡。
另外，在本实施方式中，通过改变旁通部13和磁轭部11、12之间的间隙d的大小，也可以变更旁通部13和磁轭部11、12之间的磁阻RGAP。
在本实施方式中，将旁通部13以与MR部10的单侧重合的方式而配设，但只要旁通部13感应在磁轭部11、12产生的磁通并使MR部10迂回，也可以是任何一种方式。例如，也可以将旁通部13配设于MR部10(磁轭部11、12的间隙G)的两侧或一侧。另外，在MR部10仅占有磁轭部11、12的间隙G的一部分的情况下，也可以将旁通部13配设于磁轭部11、12的间隙G中。
图11表示本发明第三实施方式的磁场检测元件7d，图12表示本发明第四实施方式的磁场检测元件7e，图13表示本发明第五实施方式的磁场检测元件7f。
如图11所示，第三实施方式的磁场检测元件7d除旁通部13以仅与MR部10的间隙G的部分重合的方式形成外，其它为与第二实施方式的磁场检测元件7c相同的构成。
如图12所示，第四实施方式的磁场检测元件7e具有使第三实施方式的磁场检测元件7d的旁通部13在磁轭部11、12的长度方向、即旁通部13引导磁通的方向不均匀地扩张的形状。具体而言，旁通部13仅宽度方向(与引导磁通的方向正交的方向)的两端仅与间隙G的局部重合，但宽度方向内侧在引导磁通的方向上变长，特别是宽度方向中心部三角形状地突出，形成前端延伸至与磁轭部11、12的锥形开始部分相对的位置的大致十字星形。
如图13所示，第五实施方式的磁场检测元件7f设为比第四实施方式的磁场检测元件7e的旁通部13的星形更极端的形状，本实施方式的旁通部13以宽度方向两端部在引导磁通的方向的长度为零的方式变尖，宽度方向中心部的三角形的突出部也形成顶角小的尖锐的形状。即，旁通部13在引导磁通的方向的长度极端地变化。
图14表示对于磁场检测元件7d，7e、7f、以及仅由未设置旁通部13的MR部10和磁轭部11、12构成的现有的磁场检测元件，包含MR部10的磁轭部11和磁轭部12之间的电阻(MR比)相对于输入磁场的强度的变化特性的模拟结果。
第三实施方式的磁场检测元件7d与第二实施方式的磁场检测元件7c相同，直至旁通部13开始饱和的(所捕捉的磁通数量不与磁场强度成比例地上升)约10(Oe)，MR比的减少率小，线形性低。但是，在第四实施方式的磁场检测元件7e及第五实施方式的磁场检测元件7f中，在从磁场强度低时至磁轭部11、12开始饱和的约20(Oe)的宽的范围内，MR比直线减少，与第三实施方式的磁场检测元件7d相比，线形性大幅改善。
磁场检测元件7e、7f的旁通部13由于宽度方向的中央部突出，所以在输入磁场弱时，在该部分感应磁通，磁通集中在宽度方向中央部。因此，旁通部13的宽度方向中央部在低的磁场强度比其它部分先饱和。另外，当磁场强度上升时，旁通部13饱和的范围从中央部朝向宽度方向两侧及长度方向逐渐扩展。由此，利用旁通部13的饱和改善MR比的线形性的作用在宽度方向上错开时间被局部发挥，磁场强度从低时至高时，在宽的范围使MR比直线变化。
同样，为得到使旁通部13在局部不同的磁场强度饱和，改善MR比的线形性的效果，如图15所示的本发明第六实施方式的磁场检测元件7g，也可以将旁通部13在引导磁通的方向分割成长度不同的多个分离的部分而形成。另外，如图15所示的本发明第七实施方式的磁场检测元件7h，也可以使旁通部13的厚度在宽度方向上变化。
另外，在本发明中，通过使旁通部13的材质不同，也可以改变相对于MR部10的磁场强度的电阻变化的曲线的形状。在此，由不同的软磁性材料形成图17所示的本发明第八实施方式的磁场检测元件7i的旁通部13，验证MR比的变化特性的差异。
在磁场检测元件7i，MR部10及磁轭部11、12的材质及形状与上述第二实施方式的相同。另外，磁场检测元件7i的旁通部13的长度为与MR部10的全长相等的5μm，厚度为0.2μm，宽度为与MR部10及磁轭部11、12相等的80μm，与MR部10之间的间隙为0.05μm。
图18表示形成旁通部13的三种软磁性材料的B-H曲线(磁通数量相对于磁场强度的变化)。通常材料与上述的第二实施方式相同，与磁轭部11、12相同，为在定向磁场下形成金属材料的通常的软磁性材料薄膜、例如为无定型Co78Fe4Si9B9膜，具有与磁场强度的增加成正比，磁通数量线形增加，当输入磁场达到一定强度时饱和，即使输入磁场增强，磁通数量也不会增加的特性。第一代替材料为与磁轭部11、12相同的组成，但与通常的磁性材料的制法不同，赋予随机的定向磁场而形成，被除去单轴感应磁各向异性。由此，第一代替材料具有磁通密度相对于输入磁场增加的增加率逐渐降低的非线形的B-H特性。另外，第二代替材料例如Co65Fe3Si15B17，为在随机定向磁场中形成有在磁轭部11、12使用的材料中添加了大量的Si及B等非磁性元素的材料。由此，第二代替材料为以磁通密度相对于输入磁场强度的达到一半的方式将第一代替材料的B-H特性在纵轴方向压缩为约二分之一的特性。
图19表示对于由图18所示的磁特性不同的材料形成旁通部13的磁场检测元件7i、及没有旁通部的现有的磁场检测元件，包含MR部10的磁轭部11和磁轭部12之间的电阻(MR比)相对于磁场强度的变化的模拟结果。如图所示，由第一代替材料构成的旁通部13相比由通常材料构成的旁通部13，可提高MR比的线形性。可以认为：由第二代替材料构成的旁通部13具有与将由第一代替材料构成的旁通部13的截面积设为二分之一的结构大致相同的MR比特性。
这样，通过由B-H特性为非线形的软磁性材料形成旁通部13，由此，使MR部10及磁轭部11、12的非线形性更适当地相互抵消，可以使包含MR部10的磁轭部11和磁轭部12之间的电阻(MR比)相对于磁场强度线形地变化。作为对旁通部13赋予非线形的B-H特性的方法，除在随机定向磁场中形成外，还有热处理的方法、及通过薄膜成形的速度、温度、环境气体等条件调节结晶的大小及定向性的方法。另外，对于材料的组成，也可以应用钴·铁系的无定型、及镍·铁系、铁·硅系及铁·硅·铝系等材料。
另外，如图20所示的本发明第九实施方式的磁场检测元件7j，也可以在引导磁通的方向并排具有不同的磁特性的多个材料而形成旁通部13。由此，作为旁通部13整体，具有更优选的B-H特性即、使旁通量相对于磁场强度变化非线形变化而相对于MR部10及磁轭部11、12的磁场强度能够进行补偿非线形性的特性。
另外，如图21所示的本发明第十实施方式的磁场检测元件7k，即使通过由导电率非常小并具有小的导磁率，且磁特性(B-H曲线)为非线形的半导体的磁性材料形成将MR部10及磁轭部11、12和旁通部13绝缘的绝缘膜(绝缘层)14，也可以使被旁通部13旁通的磁通数量非线形地变化，可以补偿MR部10及磁轭部11、12的非线形性。作为该绝缘膜14的材料，列举例如MnZn铁素体膜、NiZn铁素体膜、CuZn铁素体膜、CuZnMg铁素体膜等。
Claims (7)
1.一种磁场检测元件，其特征在于，具有：
磁致电阻效果部，其由磁致电阻效果材料构成；
一对磁轭部，其由软磁性材料构成，电连接地配设于所述磁致电阻效果部的两侧，向所述磁致电阻效果部供给磁通；
旁通部，其由软磁性材料构成，感应在所述磁轭部产生的磁通的一部分，使所述磁致电阻效果部迂回，以比所述磁轭部更低的磁场强度使磁通饱和。
2.如权利要求1所述的磁场检测元件，其特征在于，所述旁通部与所述磁致电阻效果部及所述磁轭部电绝缘。
3.如权利要求1所述的磁场检测元件，其特征在于，
所述磁致电阻效果部及所述磁轭部以膜状形成于同一平面上，
所述旁通部以与所述磁致电阻效果部至少部分重合的方式且在与所述磁轭部之间隔开间隙形成为膜状。
4.如权利要求1所述的磁场检测元件，其特征在于，
在所述旁通部的磁通未饱和的磁场强度中，所述磁轭部之间的经由所述旁通部迂回所述磁致电阻效果部的磁路的磁阻比所述磁致电阻效果部的磁阻小。
5.如权利要求1所述的磁场检测元件，其特征在于，
所述旁通部在局部以不同的磁场强度使磁通饱和。
6.如权利要求5所述的磁场检测元件，其特征在于，
所述旁通部包含引导磁通的方向的长度不同的部分。
7.一种信号传递元件，其特征在于，具有权利要求1所述的磁场检测元件、和根据输入信号对所述磁场检测元件施加磁场的线圈。
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