CN113906303A - 磁传感器 - Google Patents

Abstract

磁传感器具备非磁性的基板和感应元件31，所述感应元件31具有长边方向和短边方向，在与长边方向交叉的方向上具有单轴磁各向异性，并通过磁阻抗效应来感应磁场，感应元件31具有多个软磁体层105a～105d、和由非磁体构成且层叠于多个软磁体层105a～105d之间的多个非磁体层106a～106c，夹着各个非磁体层106a～106c而相对的软磁体层105a～105d是经反铁磁性耦合的。

Description

磁传感器

技术领域

本发明涉及磁传感器。

背景技术

作为公报中记载的现有技术，存在下述磁阻抗效应元件，其具备：薄膜磁铁，其形成于非磁性基板上，并且由硬磁体膜形成；绝缘层，其将前述薄膜磁铁的上部覆盖；和感磁部，其形成于前述绝缘层上，被赋予了单轴各向异性，并且由一个或多个长方形的软磁体膜形成(参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-249406号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在使用具有软磁体层的感应元件作为磁阻抗效应元件的磁传感器中，根据感应元件的层叠结构的不同，有时来自磁传感器的输出中的信号(Signal)与噪声(Noise)之比即SN比降低。

本发明的目的是抑制利用了磁阻抗效应的磁传感器的输出中的SN比的降低。

用于解决课题的手段

应用了本发明的磁传感器具备非磁性的基板和感应元件，前述感应元件具有长边方向和短边方向，在与该长边方向交叉的方向上具有单轴磁各向异性，并通过磁阻抗效应来感应磁场，前述感应元件具有多个软磁体层、和由非磁体构成且层叠于多个该软磁体层之间的多个非磁体层，夹着各个该非磁体层而相对的该软磁体层是经反铁磁性耦合的。

此处，各个前述非磁体层可以由Ru或Ru合金构成。

另外，各个前述非磁体层的厚度可以为0.6nm以上、1.4nm以下的范围。

另外，可以是在从前述软磁体层的层叠方向观察该软磁体层的情况下，前述感应元件不形成闭合磁畴。

发明的效果

根据本发明，能够抑制利用了磁阻抗效应的磁传感器的输出中的SN比的降低。

附图说明

[图1](a)～(b)为对应用了本实施方式的磁传感器的一个例子进行说明的图。

[图2]为对应用了本实施方式的感应元件的构成进行说明的图。

[图3]为对在磁传感器的感应部中的感应元件的长边方向上施加的磁场与感应部的阻抗之间的关系进行说明的图。

[图4](a)～(d)为用于对以往的磁传感器中施加于感应元件的磁场H的强度与感应元件中的磁畴的变化之间的关系进行说明的图。

[图5]为用于对施加于感应元件的磁场的强度与感应元件中的磁化的强度之间的关系进行说明的图。

[图6]为对具有图2所示的层叠结构的应用了本实施方式的感应元件的磁畴的状态进行拍摄而得的照片。

[图7](a)～(b)为对以往的感应元件的磁畴的状态进行拍摄而得的照片。

具体实施方式

以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。

图1(a)～(b)为对应用了本实施方式的磁传感器1的一个例子进行说明的图。图1(a)为磁传感器1的俯视图，图1(b)为沿图1(a)中的IB-IB线的截面图。

如图1(b)所示，应用了本实施方式的磁传感器1具备：设置于非磁性的基板10上的薄膜磁铁20，其由硬磁体(硬磁体层103)构成；和与薄膜磁铁20相对地层叠的感应部30，其包含软磁体(软磁体层105)及非磁体(非磁体层106，参见后述的图2)而构成，并对磁场进行感应。

关于磁传感器1的截面结构，在后文中详细说明。

此处，硬磁体为所谓的矫顽力大的材料，即，若被外部磁场磁化，则即使去除外部磁场也保持被磁化了的状态。另一方面，软磁体为所谓的矫顽力小的材料，即，容易被外部磁场磁化，但若去除外部磁场，则会迅速恢复到没有磁化或磁化小的状态。

需要说明的是，本说明书中，将构成磁传感器1的要素(薄膜磁铁20等)用两位数表示，将被加工成要素的层(硬磁体层103等)用100系列的数字表示。而且，对于要素的数字，有时将被加工成要素的层的编号记载在()内。例如薄膜磁铁20的情况下，记载为薄膜磁铁20(硬磁体层103)。图中，记载为20(103)。其他情况也是同样的。

利用图1(a)对磁传感器1的平面结构进行说明。作为一个例子，磁传感器1具有四边形的平面形状。此处，对在磁传感器1的最上部形成的感应部30及磁轭40进行说明。

感应部30具备多个感应元件31、将相邻的感应元件31串联连接成曲折状的连接部32、和连接有用于供给电流的电线的端子部33。在图1(a)所示的磁传感器1的感应部30中，4个感应元件31以长边方向并列的方式配置。该感应元件31为磁阻抗效应元件。

对于感应元件31而言，例如长边方向的长度为1mm～2mm，短边方向的宽度为50μm～150μm。另外，相邻的感应元件31彼此的间隔为50μm～150μm。

连接部32设置于相邻的感应元件31的端部之间，将相邻的感应元件31串联连接成曲折状。图1(a)所示的磁传感器1中，并列地配置有4个感应元件31，因此连接部32为3个。连接部32的数量根据感应元件31的数量而不同。例如，感应元件31为3个时，连接部32为2个。另外，感应元件31为1个时，不具备连接部32。需要说明的是，连接部32的宽度根据由电压施加部3施加于感应部30的脉冲电压的大小等来设定即可。例如，连接部32的宽度可以与感应元件31相同。

端子部33分别设置于未被连接部32连接的感应元件31的端部(2个)。端子部33为能连接电线的大小即可。需要说明的是，本实施方式的感应部30中，感应元件31为4个，因此2个端子部33在图1(a)中设置于左侧。在感应元件31的数量为奇数的情况下，可以将2个端子部33分为左右地进行设置。

此外，磁传感器1具备与感应元件31的长边方向的端部相对地设置的磁轭40。此处，具备与感应元件31的长边方向的两端部相对地分别设置的2个磁轭40a、40b。需要说明的是，在不将磁轭40a、40b分别区分开的情况下，记载为磁轭40。磁轭40将磁力线诱导至感应元件31的长边方向的端部。因此，磁轭40由磁力线容易透过的软磁体(软磁体层105)构成。需要说明的是，磁力线在感应元件31的长边方向上充分透过的情况下，也可以不具备磁轭40。

根据以上内容，磁传感器1的大小在平面形状下为数mm见方。需要说明的是，磁传感器1的大小也可以为其他值。

接下来，利用图1(b)对磁传感器1的截面结构进行说明。磁传感器1是在非磁性的基板10上依次配置(层叠)密合层101、控制层102、硬磁体层103(薄膜磁铁20)、电介质层104、由软磁体层105和非磁体层106形成的感应部30、及由软磁体层105形成的磁轭40而构成的。

基板10为由非磁体形成的基板，例如可举出玻璃、蓝宝石这样的氧化物基板、硅等半导体基板、或铝、不锈钢、实施了镍磷镀覆的金属等金属基板等。

密合层101为用于提高控制层102与基板10的密合性的层。作为密合层101，使用包含Cr或Ni的合金为宜。作为包含Cr或Ni的合金，可举出CrTi、CrTa、NiTa等。密合层101的厚度例如为5nm～50nm。需要说明的是，若控制层102与基板10的密合性没有问题，则不必设置密合层101。需要说明的是，本说明书中，未示出包含Cr或Ni的合金的组成比。以下是同样的。

控制层102为以使由硬磁体层103构成的薄膜磁铁20的磁各向异性容易在膜的面内方向上呈现的方式进行控制的层。作为控制层102，使用Cr、Mo或W或者包含它们的合金(下文中，记载为构成控制层102的包含Cr等的合金。)为宜。作为构成控制层102的包含Cr等的合金，可举出CrTi、CrMo、CrV、CrW等。控制层102的厚度例如为10nm～300nm。

构成薄膜磁铁20的硬磁体层103使用以Co为主成分、且包含Cr或Pt中的任一者或两者的合金(下文中，记载为构成薄膜磁铁20的Co合金。)为宜。作为构成薄膜磁铁20的Co合金，可举出CoCrPt、CoCrTa、CoNiCr、CoCrPtB等。需要说明的是，也可以包含Fe。硬磁体层103的厚度例如为1μm～3μm。

构成控制层102的包含Cr等的合金具有bcc(body-centered cubic(体心立方晶格))结构。因此，构成薄膜磁铁20的硬磁体(硬磁体层103)宜为容易在由bcc结构的包含Cr等的合金构成的控制层102上进行晶体生长的hcp(hexagonal close-packed(六方最密堆积))结构。若使hcp结构的硬磁体层103在bcc结构上进行晶体生长，则容易以hcp结构的c轴朝向面内的方式进行取向。因此，由硬磁体层103构成的薄膜磁铁20容易在面内方向上具有磁各向异性。需要说明的是，硬磁体层103是由晶体取向不同的集合形成的多晶，各晶体在面内方向上具有磁各向异性。该磁各向异性来源于晶体磁各向异性。

需要说明的是，为了促进构成控制层102的包含Cr等的合金及构成薄膜磁铁20的Co合金的晶体生长，将基板10加热至100℃～600℃为宜。通过该加热，构成控制层102的包含Cr等的合金容易进行晶体生长，容易以具有hcp结构的硬磁体层103在面内具有易磁化轴的方式进行晶体取向。即，容易对硬磁体层103的面内赋予磁各向异性。

电介质层104由非磁性的电介质构成，使薄膜磁铁20与感应部30之间电绝缘。作为构成电介质层104的电介质，可举出SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等氧化物、或Si₃N₄、AlN等氮化物等。另外，电介质层104的厚度例如为0.1μm～30μm。

感应部30的各个感应元件31是3层以上的软磁体层105、和2层以上的(即，多个)非磁体层106交替地层叠而构成的。图2为对应用了本实施方式的感应元件31的构成进行说明的图，并且为图1(b)所示的磁传感器1中的感应元件31的放大截面图。

在图2所示的例子中，感应元件31中，4层的软磁体层105a、105b、105c、105d、和3层的非磁体层106a、106b、106c交替地层叠。需要说明的是，在本实施方式的说明中，在不将4层的软磁体层105a～105d及3层的非磁体层106a～106c相互区分开的情况下，分别记载为软磁体层105及非磁体层106。

另外，如图2所示，感应元件31的最下层及最上层由软磁体层105构成。换言之，感应元件31中，在多个软磁体层105之间层叠有非磁体层106。

本实施方式的磁传感器1中，为了实现效果，软磁体层105的数量必须为3层以上。另外，从感应元件31的厚度、制造成本的观点考虑，软磁体层105的数量优选为20层以下。

感应元件31中，夹着非磁体层106而相对的软磁体层105彼此通过非磁体层106的作用而进行了反铁磁性耦合(AFC：Anti-Ferro-Coupling)。更具体而言，感应元件31中，夹着非磁体层106a而相对的软磁体层105a与软磁体层105b进行了反铁磁性耦合，夹着非磁体层106b而相对的软磁体层105b与软磁体层105c进行了反铁磁性耦合，夹着非磁体层106c而相对的软磁体层105c与软磁体层105d进行了反铁磁性耦合。

作为软磁体层105，使用在以Co为主成分的合金中添加高熔点金属Nb、Ta、W等而成的非晶合金(下文中，记载为构成软磁体层105的Co合金。)为宜。作为构成软磁体层105的Co合金，可举出CoNbZr、CoFeTa、CoWZr等。

另外，各个软磁体层105的厚度可以为1nm以上、250nm以下的范围，优选为10nm以上、125nm以下的范围。

作为非磁体层106，可以使用具有使夹着非磁体层106而相对的软磁体层105进行反铁磁性耦合的作用的非磁性过渡金属，具体而言，可举出Ru、Re、Cr、Cu等金属、包含它们的合金，优选使用Ru或Ru合金。

另外，各个非磁体层106的厚度也根据构成非磁体层106的材料而不同，在使用Ru的情况下，可以为0.6nm以上、1.4nm以下的范围，优选为0.8nm以上、1.2nm以下的范围。非磁体层106的厚度在该范围外的情况下，有时夹着非磁体层106而相对的软磁体层105彼此的反铁磁性耦合能变弱。在该情况下，感应元件31中容易形成后述的闭合磁畴。

而且，对于感应元件31，沿着与长边方向交叉的方向、例如与长边方向正交的短边方向(即，感应元件31的宽度方向)赋予了单轴磁各向异性。需要说明的是，所谓与长边方向交叉的方向，相对于长边方向具有超过45°的角度即可。

回到图1(a)、(b)，构成连接部32及端子部33的导电体层107为导电性优异的导电体即可，例如可使用Ag、Cu、Au、Al等，而没有特别限定。另外，也可以由与感应元件31一体地形成的软磁体层105和非磁体层106构成连接部32及端子部33。

本实施方式的磁传感器1中，密合层101、控制层102、硬磁体层103、及电介质层104以平面形状成为四边形(参见图1)的方式进行了加工。于是，在露出的侧面中的两个相对的侧面中，薄膜磁铁20成为N极(图1(b)中的(N))及S极(图1(b)中的(S))。需要说明的是，将薄膜磁铁20的N极与S极连结的线朝向感应部30的感应元件31的长边方向。此处，朝向长边方向是指：将N极与S极连结的线与长边方向所成的角度小于45°。需要说明的是，将N极与S极连结的线与长边方向所成的角度越小越好。

磁传感器1中，从薄膜磁铁20的N极发出的磁力线先向磁传感器1的外部发出。然后，一部分磁力线介由磁轭40a透过感应元件31，并介由磁轭40b而再次向外部发出。然后，透过了感应元件31的磁力线与未透过感应元件31的磁力线一同返回至薄膜磁铁20的S极。即，薄膜磁铁20在感应元件31的长边方向上施加磁场(后述的偏置磁场Hb)。

需要说明的是，将薄膜磁铁20的N极和S极合并记载为两磁极，在不将N极与S极区分开的情况下，记载为磁极。

需要说明的是，如图1(a)所示，磁轭40(磁轭40a、40b)以从基板10的表面侧观察的形状随着接近感应部30而变窄的方式构成。这是为了使磁场集中(使磁感线汇集)于感应部30。即，增强感应部30中的磁场从而实现灵敏度的进一步提高。需要说明的是，也可以不减小磁轭40(磁轭40a、40b)的与感应部30相对的部分的宽度。

此处，磁轭40(磁轭40a、40b)与感应部30的间隔例如为1μm～100μm即可。

(磁传感器1的作用)

接着，对磁传感器1的作用进行说明。图3为对在磁传感器1的感应部30中的感应元件31的长边方向上施加的磁场与感应部30的阻抗之间的关系进行说明的图。图3中，横轴为磁场H，纵轴为阻抗Z。对于感应部30的阻抗Z而言，在2个端子部33间流通高频电流来进行测定。

如图3所示，感应部30的阻抗Z随着在感应元件31的长边方向上施加的磁场H变大而变大。在施加的磁场H小于感应元件31的各向异性磁场Hk的范围内，使用阻抗Z的变化量ΔZ相对于磁场H的变化量ΔH陡峭的部分(ΔZ/ΔH大)时，能够将磁场H的微弱变化作为阻抗Z的变化量ΔZ的形式提取出来。图3中，将ΔZ/ΔH大的磁场H的中心表示为磁场Hb。即，能够高精度地测定磁场Hb的附近(图3中箭头所示的范围)的磁场H的变化量(ΔH)。磁场Hb有时被称为偏置磁场。

(以往的磁传感器中会产生的课题)

然而，在具备感应元件31作为磁阻抗效应元件的以往的磁传感器中，根据感应元件31的层叠结构的不同，有时来自磁传感器的输出中的信号(Signal)与噪声(Noise)之比即SN比降低。例如，在感应元件31由1层软磁体层构成的情况、在2层软磁体层之间层叠有1层非磁体层的情况下，有时SN比降低。推测这是因为，在感应元件31中形成磁化方向呈环状的闭合磁畴(在后文中对详情进行说明。)，在磁场Hb的附近，构成闭合磁畴的磁壁随着磁场H的变化而移动。

以下，针对由于感应元件31中形成的闭合磁畴而使磁传感器的SN比降低的现象，具体地进行说明。

图4(a)～(d)为用于对以往的磁传感器中施加于感应元件31的磁场H的强度与感应元件31中的磁畴的变化之间的关系进行说明的图。需要说明的是，此处，在磁场H为0的初始状态下，已经在感应元件31的短边方向上赋予了单轴磁各向异性。

图4(a)示出了在磁场H接近0的非常弱的状态(称为“初始磁导率范围”，详情后述)下的、感应元件31的磁畴结构的一个例子。图4(b)示出了在使磁场H比图4(a)所示的状态更强的状态(称为“不可逆磁壁移动范围”，详情后述)下的、感应元件31的磁畴结构的一个例子。图4(c)示出了在使磁场H比图4(b)所示的状态更强的状态(称为“旋转磁化范围”，详情后述)下的、感应元件31的磁畴结构的一个例子。图4(d)示出了在使磁场H比图4(c)所示的状态更强的状态(称为“饱和”，详情后述)下的、感应元件31的磁畴结构的一个例子。

图5为用于对施加于感应元件31的磁场的强度与感应元件31中的磁化的强度之间的关系进行说明的图。图5中，横轴为磁场H(Oe)，纵轴为磁化M(a.u.)。需要说明的是，图5中还示出了上述磁场H及磁化M、与上述“初始磁导率范围”、“不可逆磁壁移动范围”、“旋转磁化范围”及“饱和”之间的关系。

将从外部施加于感应元件31的磁场H从0直至达到磁壁移动磁场Hw(详情后述)为止的范围称为“初始磁导率范围”。

在初始磁导率范围内，在感应元件31中形成有各磁化M的方向不同的多个磁畴。更具体地进行说明时，感应元件31具有磁化M的方向朝向易磁化轴方向(短边方向)的第1磁畴D1及第2磁畴D2、和磁化M的方向朝向难磁化轴方向(长边方向)的第3磁畴D3及第4磁畴D4。此时，第1磁畴D1及第2磁畴D2彼此为反向，第3磁畴D3及第4磁畴D4也彼此为反向。而且，这4个磁畴在图中沿顺时针方向以成为“第1磁畴D1”→“第3磁畴D3”→“第2磁畴D2”→“第4磁畴D4”→“第1磁畴D1”的方式循环配置。其结果是，这4个磁畴作为整体来看时，形成了磁化M的方向呈环状的闭合磁畴。

另外，从宏观上来看，感应元件31中，多个闭合磁畴沿长边方向排列配置。而且，各闭合磁畴中，基于上述易磁化轴与难磁化轴的关系，沿着易磁化轴的第1磁畴D1及第2磁畴D2的各面积大于沿着难磁化轴的第3磁畴D3及第4磁畴D4的各面积。

而且，在初始磁导率范围内，相对于磁场H的变化，构成各闭合磁畴的各磁畴维持为原来的状态。换言之，在磁场H处于0～磁壁移动磁场Hw的情况下，即使磁场H增加，图4(a)所示的磁畴结构也保持不变。

将从外部施加于感应元件31的磁场H从磁壁移动磁场Hw直至达到磁化旋转磁场Hr(详情后述)为止的范围称为“不可逆磁壁移动范围”。

若磁场H超过基于构成感应元件31的软磁体层105的特性(材料、结构、尺寸等)而确定的磁壁移动磁场Hw，则在各闭合磁畴中产生磁壁移动(即，存在于相邻的磁畴彼此之间的磁壁的位置随着磁场H的作用而移动)。此时，在各闭合磁畴中，在第4磁畴D4(其磁化M的方向与磁场H相同)与第1、第2磁畴D1、D2(其与第4磁畴D4相邻)之间存在的磁壁向使第4磁畴D4的面积增加的一侧移动。另外，在第3磁畴D3(其磁化M的方向与磁场H相反)与第1、第2磁畴D1、D2(其与第3磁畴D3相邻)之间存在的磁壁向使第3磁畴D3的面积减少的一侧移动。其结果是，第4磁畴D4的面积较之图4(a)所示的初始磁导率范围时增加，剩余的第1磁畴D1～第3磁畴D3的各面积较之初始磁导率范围时减少。

另外，不可逆磁壁移动范围内的磁壁移动随着磁场H的增加而不连续地产生。其结果是，如图5中放大主要部分而示出的那样，感应元件31整体的磁化M相对于磁场H的变化不是直线状或曲线状，而是阶梯状(锯齿状)。需要说明的是，这样的磁场H与磁化M的关系被称为巴克豪森效应。

而且，在不可逆磁壁移动范围内，构成各闭合磁畴的各磁畴的面积比相对于磁场H的变化而逐渐变化的状态持续。更具体地进行说明时，在磁场H处于磁壁移动磁场Hw～磁化旋转磁场Hr的情况下，随着磁场H的增加，第4磁畴D4的面积逐渐增加，第1磁畴D1～第3磁畴D3的各面积逐渐减少。

将从外部施加的磁场H从磁化旋转磁场Hr直至达到各向异性磁场Hk为止的范围称为“旋转磁化范围”。

若磁场H超过基于构成感应元件31的软磁体层105的特性(材料、结构、尺寸等)而确定的磁化旋转磁场Hr，则在各闭合磁畴中，在存在于相邻的磁畴彼此之间的磁壁的位置大致固定的状态下，在磁化M的方向与磁场H的方向不同的第1～第3磁畴D1～D3各自中，产生磁化旋转(即，以磁化M的方向朝向与磁场H的方向相同的一侧的方式逐渐旋转)。此时，第4磁畴D4自身的磁化方向已经与磁场H的方向一致，因此维持原来的状态。

而且，在旋转磁化范围内，构成各闭合磁畴的各磁畴的面积比相对于磁场H的变化几乎不变，另一方面，第1～第3磁畴D1～D3的磁化M的方向逐渐变化的状态持续。更具体地进行说明时，在磁场H处于磁化旋转磁场Hr～各向异性磁场Hk的情况下，随着磁场H的增加，尽管第4磁畴D4的磁化M的方向不变，但其他的第1～第3磁畴D1～D3的各磁化M的方向朝向与磁场H的方向一致的一侧逐渐旋转。

其中，在旋转磁化范围内，第1～第3磁畴D1～D3中的各磁化M的方向的旋转连续地产生。因此，在旋转磁化范围内，感应元件31整体的磁化M相对于磁场H的变化如图5所示那样为曲线状。而且，在旋转磁化范围内，相对于磁场H的增加而言的感应元件31整体的磁化M的增加随着磁场H的增加而变缓，在成为最大值的各向异性磁场Hk的附近变得大致平坦。

将从外部施加的磁场H超过各向异性磁场Hk的区域称为“饱和”。

若磁场H超过上述各向异性磁场Hk，则各闭合磁畴中的磁化M的方向与磁场H的方向即第4磁畴D4中的磁化M的方向一致。作为其结果，存在于相邻的磁畴彼此之间的磁壁消失，使得感应元件31由1个磁畴(单磁畴)形成。

另外，在饱和时，伴随着磁畴结构从具备多个闭合磁畴的结构向具备单磁畴的结构变化，感应元件31整体的磁化M相对于磁场H的变化不发生变化，成为大致恒定的值。

通常，在磁传感器中，将偏置磁场Hb的大小设定为相对于磁场H的变化量ΔH而言的磁化M的变化量ΔM大(即，相对于磁场H的变化量ΔH而言的阻抗Z的变化量ΔZ大)的不可逆磁壁移动范围。而且，在不可逆磁壁移动范围内，在感应元件31中形成有闭合磁畴时，产生构成闭合磁畴的磁壁伴随着磁场H的变化以阶梯状不连续地移动的巴克豪森效应。推测该感应元件31中的磁壁的不连续移动成为噪声，从磁传感器得到的输出中的SN比降低。

因此，为了降低与磁壁的不连续移动相伴的噪声、抑制从磁传感器得到的输出中的SN比的降低，优选增大在感应元件31中形成的磁畴，使得在感应元件31中不形成闭合磁畴。

(本实施方式的感应元件31的磁畴结构)

针对于此，本实施方式的磁传感器1中，如上所述地将感应元件31制成3层以上的软磁体层105和2层以上的非磁体层106交替地层叠的结构，由此使得难以在感应元件31中形成闭合磁畴。

以下，对于应用了本实施方式的感应元件31的磁畴结构，一边与以往的感应元件31比较一边进行说明。

图6为对具有图2所示的层叠结构的应用了本实施方式的感应元件31的磁畴的状态进行拍摄而得的照片。另外，图7(a)～(b)为对以往的感应元件31的磁畴的状态进行拍摄而得的照片。此处，图6及图7(a)～(b)示出了对感应元件31施加+0.5Oe的磁场H时的磁畴的状态。另外，图6及图7(a)～(b)是使用Neo Ark公司制的Neomagnesia Lite拍摄的。

图6中，使构成感应元件31的各个软磁体层105的膜厚为0.25μm，使各个非磁体层106的厚度为1.0nm。图7(a)中，作为以往的感应元件31，示出了感应元件31由厚度为1.0μm的1层软磁体层105构成时的磁畴的状态。另外，图7(b)中，作为以往的感应元件31，示出了感应元件31在厚度为0.5μm的2层软磁体层105之间层叠有厚度为1.0nm的1层非磁体层106时的磁畴的状态。另外，在图6及图7(a)～(b)所示的感应元件31中，使用Co₈₅Nb₁₂Zr₃作为软磁体层105，使用Ru作为非磁体层106。

如图7(a)～(b)所示，可知在感应元件31由1层软磁体层105构成的情况、感应元件31在2层软磁体层105之间层叠有1层非磁体层106的情况下，各自沿着感应元件31的短边方向的多个磁畴(与第1磁畴D1、第2磁畴D2对应)在长边方向上排列。另外还可知，在感应元件31的短边方向的两端部，各自沿着感应元件31的长边方向的多个磁畴(与第3磁畴D3、第4磁畴D4对应)在长边方向上排列。认为在该例中，在图7(a)～(b)所示的感应元件31中，如图4(a)所示那样形成了闭合磁畴。

而且，推测在具有这样的形成了闭合磁畴的感应元件31的以往的磁传感器中，如上所述地产生与构成闭合磁畴的磁壁的不连续移动相伴的噪声，从磁传感器得到的输出中的SN比降低。

另一方面，如图6所示，在本实施方式的感应元件31中，虽然形成了在感应元件31的长边方向上排列的2个磁畴，但没有形成各自沿着感应元件31的长边方向的磁畴(与图4中的第3磁畴D3、第4磁畴D4对应的磁畴)。附带说明的话，在本实施方式的感应元件31中，没有形成磁化M的方向呈环状的闭合磁畴。

由此可理解，在具有这样的感应元件31的本实施方式的磁传感器1中，与构成闭合磁畴的磁壁的不连续移动相伴的噪声被抑制，能够抑制从磁传感器1得到的输出中的SN比的降低。

(关于磁传感器1的制造方法)

接下来，对磁传感器1的制造方法的一个例子进行说明。

如上所述，基板10为由非磁性材料形成的基板，例如为玻璃、蓝宝石这样的氧化物基板、硅等半导体基板、或铝、不锈钢、实施了镍磷镀覆等的金属等金属基板。可以使用研磨机等在基板10上设置例如曲率半径Ra为0.1nm～100nm的条纹状的槽或条纹状的凹凸。需要说明的是，对于该条纹状的槽或条纹状的凹凸的条纹的方向而言，沿着将由硬磁体层103构成的薄膜磁铁20的N极与S极连结的方向设置为宜。通过这样的方式，可沿槽的方向促进硬磁体层103中的晶体生长。因此，由硬磁体层103构成的薄膜磁铁20的易磁化轴更容易朝向槽方向(将薄膜磁铁20的N极与S极连结的方向)。即，使薄膜磁铁20的充磁更容易。

此处，对于基板10而言，以直径为约95mm、厚度为约0.5mm的玻璃作为一个例子来进行说明。在磁传感器1的平面形状为数mm见方的情况下，在基板10上一并制造多个磁传感器1，然后分割(切断)为各个磁传感器1。

对基板10进行清洗后，在基板10的一个面(以下，记载为表面。)上，将密合层101、控制层102、硬磁体层103及电介质层104依次成膜(堆积)，形成层叠体。

首先，将作为包含Cr或Ni的合金的密合层101、作为包含Cr等的合金的控制层102、及作为构成薄膜磁铁20的Co合金的硬磁体层103依次连续地成膜(堆积)。该成膜可通过溅射法等来进行。以依次与由各材料形成的多个靶相面对的方式使基板10移动，由此在基板10上依次层叠密合层101、控制层102及硬磁体层103。如前文所述，在控制层102及硬磁体层103的形成中，为了促进晶体生长，将基板10加热至例如100℃～600℃为宜。

需要说明的是，在密合层101的成膜中，可以进行基板10的加热，也可以不进行基板10的加热。为了将吸附于基板10表面的水分等除去，可以在将密合层101成膜前对基板10进行加热。

接下来，将作为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等氧化物、或Si₃N₄、AlN等氮化物等的电介质层104成膜(堆积)。电介质层104的成膜可通过等离子体CVD法、反应性溅射法等来进行。

然后，通过已知的光刻技术形成基于光致抗蚀剂的图案(抗蚀剂图案)，所述图案以待形成感应部30的感应元件31的部分为开口。

接着，将感应元件31的构成软磁体层105的Co合金、及构成非磁体层106的非磁体交替地成膜(堆积)。例如，将软磁体层105a、非磁体层106a、软磁体层105b、非磁体层106b、软磁体层105c、非磁体层106c及软磁体层105d依次成膜。软磁体层105及非磁体层106的成膜可使用例如溅射法来进行。

其后，在将抗蚀剂图案除去的同时，将抗蚀剂图案上的软磁体层105及非磁体层106除去(剥离)。由此，形成基于软磁体层105及非磁体层106的感应元件31。

接下来，通过已知的光刻技术形成基于光致抗蚀剂的抗蚀剂图案，所述抗蚀剂图案以待形成磁轭40的部分为开口。

然后，将构成软磁体层105的Co合金成膜(堆积)。

其后，在将抗蚀剂图案除去的同时，将抗蚀剂图案上的软磁体层105除去(剥离)。由此，形成基于软磁体层105的磁轭40。

接下来，形成感应部30的连接部32及端子部33。连接部32及端子部33例如通过下述方式形成：使用金属掩模，利用溅射法或真空蒸镀法将导电体层107成膜。

其后，针对构成感应元件31的软磁体层105，在感应部30的感应元件31(参见图1(a))的宽度方向(短边方向)上赋予单轴磁各向异性。对该软磁体层105的单轴磁各向异性的赋予可以通过例如3kG(0.3T)的旋转磁场中的400℃下的热处理(旋转磁场中热处理)、和继其之后的3kG(0.3T)的静磁场中的400℃下的热处理(静磁场中热处理)来进行。此时，也对构成磁轭40的软磁体层105赋予同样的单轴磁各向异性。但是，磁轭40只要发挥作为磁路的作用即可，也可以不赋予单轴磁各向异性。

接下来，对构成薄膜磁铁20的硬磁体层103进行充磁。对硬磁体层103的充磁可通过下述方式进行：在静磁场中或脉冲状的磁场中，施加比硬磁体层103的矫顽力大的磁场，直至硬磁体层103的磁化饱和。

其后，将在基板10上形成的多个磁传感器1分割(切断)为各个磁传感器1。即，如图1(a)的俯视图所示，以平面形状成为四边形的方式将基板10、密合层101、控制层102、硬磁体层103、电介质层104及软磁体层105切断。于是，在经分割(切断)的硬磁体层103的侧面露出薄膜磁铁20的磁极(N极及S极)。如此，经充磁的硬磁体层103成为薄膜磁铁20。该分割(切断)可通过划片法、激光切割法等来进行。

需要说明的是，可以在将多个磁传感器1分割为各个磁传感器1的工序之前，在基板10上将相邻的磁传感器1之间的密合层101、控制层102、硬磁体层103、电介质层104及软磁体层105蚀刻除去以使平面形状成为四边形(图1(a)所示的磁传感器1的平面形状)。而且，也可以将露出的基板10分割(切断)。

另外，可以在形成层叠体的工序之后，对密合层101、控制层102、硬磁体层103、电介质层104进行加工以使平面形状成为四边形(图1(a)所示的磁传感器1的平面形状)。

需要说明的是，此处说明的制造方法与上述制造方法相比工序被简化。

通过上述操作，可制造磁传感器1。需要说明的是，关于对软磁体层105的单轴磁各向异性的赋予及/或薄膜磁铁20的充磁，可以在将磁传感器1分割为各个磁传感器1的工序之后对每个磁传感器1或多个磁传感器1来实施。

需要说明的是，在不具备控制层102的情况下，需要在将硬磁体层103成膜后加热至800℃以上而进行晶体生长，由此对面内赋予磁各向异性。但是，在如应用了第1实施方式的磁传感器1那样具备控制层102的情况下，可利用控制层102来促进晶体生长，因此不需要进行基于800℃以上这样的高温的晶体生长。

另外，关于对感应元件31的单轴磁各向异性的赋予，可以在软磁体层105的堆积时使用磁控溅射法来进行，以代替通过上述的旋转磁场中热处理及静磁场中热处理来进行。在磁控溅射法中，使用磁铁(磁石)来形成磁场，将通过放电而产生的电子封闭在靶的表面。由此，使电子与气体的撞击概率增加而促进气体的电离，提高膜的堆积速度。通过该磁控溅射法中使用的磁铁(磁石)所形成的磁场，在软磁体层105的堆积的同时，对软磁体层105赋予单轴磁各向异性。通过这样的方式，可以省略通过旋转磁场中热处理及静磁场中热处理进行的赋予单轴磁各向异性的工序。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于本实施方式。只要不违反本发明的主旨，则可以进行各种变形、组合。

附图标记说明

1…磁传感器，10…基板，20…薄膜磁铁，30…感应部，31…感应元件，32…连接部，33…端子部，40、40a、40b…磁轭，101…密合层，102…控制层，103…硬磁体层，104…电介质层，105…软磁体层，106…非磁体层，107…导电体层。

Claims (4)

1.磁传感器，其具备：

非磁性的基板；和

感应元件，所述感应元件具有长边方向和短边方向，在与该长边方向交叉的方向上具有单轴磁各向异性，并通过磁阻抗效应来感应磁场，

所述感应元件具有多个软磁体层、和由非磁体构成且层叠于多个该软磁体层之间的多个非磁体层，夹着各个该非磁体层而相对的该软磁体层是经反铁磁性耦合的。

2.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，各个所述非磁体层由Ru或Ru合金构成。

3.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，各个所述非磁体层的厚度为0.6nm以上且1.4nm以下的范围。

4.如权利要求1至3中任一项所述的磁传感器，其特征在于，在从所述软磁体层的层叠方向观察该软磁体层的情况下，所述感应元件不形成闭合磁畴。

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