DE102022105016A1

DE102022105016A1 - Magnetsensor

Info

Publication number: DE102022105016A1
Application number: DE102022105016.5A
Authority: DE
Inventors: Sho TONEGAWA; Akira Sakawaki; Rimpei KINDAICHI
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2022-09-29
Also published as: US20220308124A1; US11733319B2; JP2022150153A; CN115201723A

Abstract

Die Empfindlichkeit eines Magnetsensors, der den magnetischen Impedanzeffekt nutzt, ist verbessert. Ein Magnetsensor enthält: ein nichtmagnetisches Substrat; ein auf dem Substrat vorgesehenes Sensitivelement, das ein Weichmagnetmaterial enthält, eine Längsrichtung und eine kurze Richtung aufweist, mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung versehen ist und ein Magnetfeld durch einen magnetischen Impedanzeffekt erfasst; und einen Vorsprungsteil, der ein Weichmagnetmaterial enthält und von einem Endabschnitt in der Längsrichtung des Sensitivelements vorsteht.

Description

HINTERGRUND
Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor.
Stand der Technik
Als in einem Druckschrift beschriebener verwandter Stand der Technik gibt es ein magnetisches Impedanzelement, das ein Substrat aus einem nichtmagnetischen Material, einen Dünnfilm-Magnetkern, der auf dem Substrat gebildet ist, und erste und zweite Elektroden, die an beiden Enden des Dünnfilm-Magnetkerns in einer Längsrichtung angeordnet sind, enthält, wobei mindestens zwei Dünnfilm-Magnetkerne parallel angeordnet und elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind (siehe offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000 - 292506 ).
Der Magnetsensor, der mit einem Sensitivelement ausgestattet ist, das das Magnetfeld misst, nutzt übrigens die Änderung der Impedanz, die durch die an das Sensitivelement angelegten Magnetfelder (interne Magnetfelder) verursacht wird. Um die Empfindlichkeit des Magnetsensors zu verbessern, ist es daher erforderlich, die internen Magnetfelder zu erhöhen, wenn konstante externe Magnetfelder angelegt werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Empfindlichkeit eines Magnetsensors unter Ausnutzung des magnetischen Impedanzeffekts zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Magnetsensor, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, beinhaltet: ein nichtmagnetisches Substrat; ein Sensitivelement, das auf dem ein Weichmagnetmaterial enthaltendes Substrat vorgesehen ist, das eine Längsrichtung und eine kurze Richtung aufweist, das mit einer uniaxialen magnetischen Anisotropie in einer Richtung versehen ist, die die Längsrichtung schneidet, und das ein magnetisches Feld durch einen magnetischen Impedanzeffekt erfasst; und einen Vorsprungsteil, der ein Weichmagnetmaterial enthält und von einem Endabschnitt in der Längsrichtung des Sensitivelements vorsteht.
Außerdem kann der Vorsprungsteil in Längsrichtung vorstehen.
Ferner kann das Sensitivelement eine breite Form am Endabschnitt in der Längsrichtung aufweisen, wobei die breite Form eine Breite in der kurzen Richtung hat, die breiter als eine Breite in der kurzen Richtung an einem Mittelabschnitt in der Längsrichtung ist.
Darüber hinaus kann das Sensitivelement eine konische Form haben, die sich von der breiten Form zum Mittelteil hin verjüngt.
Außerdem kann der Vorsprungsteil eine Breite haben, die der maximalen Breite in der kurzen Richtung des Sensitivelements entspricht.
Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet beinhaltet ein Magnetsensor, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, Folgendes: ein nichtmagnetisches Substrat; mehrere Sensitivelemente, die in einer kurzen Richtung mit Lücken angeordnet sind, wobei jedes der Sensitivelemente auf dem Substrat vorgesehen ist, ein Weichmagnetmaterial enthält, eine Längsrichtung und die kurze Richtung aufweist, mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer Richtung versehen ist, die die Längsrichtung schneidet, und ein Magnetfeld durch einen magnetischen Impedanzeffekt abtastet; ein Verbindungsteil, das Endabschnitte in der Längsrichtung der Sensitivelemente verbindet, die in der kurzen Richtung benachbart sind; und ein Vorsprungsteil, das in mindestens einem der Sensitivelemente enthalten ist, wobei das Vorsprungsteil ein Weichmagnetmaterial enthält und von einem Endabschnitt in der Längsrichtung des Sensitivelements vorsteht.
Darüber hinaus kann in einem solchen Magnetsensor das Verbindungsteil mehrere Verbindungsteile umfassen, und die mehreren Sensitivelemente können durch die mehreren Verbindungsteile in Reihe geschaltet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Empfindlichkeit eines Magnetsensors durch Ausnutzung des magnetischen Impedanzeffekts zu verbessern.
Figurenliste
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher beschrieben, wobei:

1A und 1B zeigen Diagramme, die ein spezifisches Beispiel eines Magnetsensors veranschaulichen, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewendet wird;
2 zeigt eine Beziehung zwischen einem in Längsrichtung eines Sensitivelements angelegten Magnetfeld H und der Impedanz Z des Sensitivelements;
3 zeigt die planare Form eines herkömmlichen Magnetsensors ohne Vorsprungsteile;
4A und 4B zeigen Simulationsergebnisse der Größe des internen Magnetfeldes im Sensitivteil, wenn das externe Magnetfeld einer vorbestimmten Größe an den Magnetsensor angelegt wird;
5A und 5B zeigen die Auswirkungen des Vorsprungsteils;
6A und 6B zeigen Diagramme, die ein spezielles Beispiel eines Magnetsensors veranschaulichen, auf den die zweite beispielhafte Ausführungsform angewendet wird;
7 zeigt die planare Form eines herkömmlichen Magnetsensors ohne Vorsprungsteile;
8A und 8B zeigen Simulationsergebnisse der Größe des internen Magnetfeldes in dem Sensitivteil, wenn das externe Magnetfeld einer vorbestimmten Größe an den Magnetsensor angelegt wird;
9 zeigt ein spezifisches Beispiel eines Magnetsensors mit einem Sensitivelement; und
10A bis 10E zeigen das Beispiel 1 und die Modifikationsbeispiele 1 bis 4 des Magnetsensors.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Erste beispielhafte Ausführungsform]
(Konfiguration des Magnetsensors 1, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewendet wird)
1A und 1B zeigen Diagramme, die ein spezifisches Beispiel eines Magnetsensors 1 veranschaulichen, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewendet wird.
1A ist eine Draufsicht auf den Magnetsensor 1, und 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1A.
Wie in 1A gezeigt, umfasst der Magnetsensor 1, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewandt wird, ein nichtmagnetisches Substrat 10, ein Sensitivteil 30, das auf dem Substrat 10 vorgesehen ist und eine Schicht aus Weichmagnetmaterial enthält, die das Magnetfeld erfasst, und Vorsprungsteile 40, die die Schicht aus Weichmagnetmaterial enthalten.
Eine planare Struktur des Magnetsensors 1 wird in 1A beschrieben. Der Magnetsensor 1 hat eine viereckige ebene Form als ein spezifisches Beispiel. Die ebene Form des Magnetsensors 1 ist mehrere Millimeter im Quadrat. Zum Beispiel beträgt die Länge in Längsrichtung 4 mm bis 6 mm und die Länge in der kurzen Richtung 3 mm bis 5 mm. Man beachte, dass die Größe der ebenen Form des Magnetsensors 1 auch andere Werte annehmen kann.
Zunächst wird der im Magnetsensor 1 ausgebildete Sensitivteil 30 beschrieben. Der Sensitivteil 30 umfasst: mehrere rechteckig geformte Sensitivelemente 31, die jeweils eine Längsrichtung und eine kurze Richtung in ihrer ebenen Form haben; Verbindungsteile 32, die eine windungsmäßige serielle Verbindung der benachbarten Sensitivelemente 31; und Anschlussteile 33, an die elektrische Drähte zum Zuführen des elektrischen Stroms angeschlossen sind. Man beachte, dass die Längsrichtung der linken und rechten Richtung entspricht, und die kurze Richtung der vertikalen Richtung in 1A. Darüber hinaus ist das Sensitivelement 31 des Magnetsensors 1 ein Element mit Magnetoimpedanzeffekt, das das Magnetfeld oder die Änderung des Magnetfelds erfasst. Mit anderen Worten wird das Magnetfeld oder die Änderung des Magnetfelds auf der Grundlage der Änderung der Impedanz des Sensitivteils 30 gemessen, in dem die Sensitivelemente 31 in Reihe geschaltet sind. Im Folgenden wird die Impedanz des Sensitivteils 30 manchmal als die Impedanz des Magnetsensors 1 bezeichnet.
Wie in 1A dargestellt, sind hier mehrere Sensitivelemente 31 im Magnetsensor 1 so konfiguriert, dass sie eine rechteckige Form mit einer Breite W1 in der kurzen Richtung und einer Länge L1 in der Längsrichtung haben. Die mehreren Sensitivelemente 31 sind in der kurzen Richtung mit Lücken G1 angeordnet. Es ist zu beachten, dass das erste, das zweite, das dritte, ..., der mehreren in der kurzen Richtung angeordneten Sensitivelemente 31, wie oben beschrieben, von der Unterseite der Seite aus gezählt, manchmal als die Linie 1, die Linie 2, die Linie 3, ..., bezeichnet werden.
Übrigens zeigt 1A mehrere Sensitivelemente 31, aber die Anzahl der Sensitivelemente 31 kann eins sein. Es können auch mehr als acht sein, wie in der Figur gezeigt.
Das Verbindungsteil 32 ist am Endabschnitt des Sensitivelements 31 vorgesehen und führt windungsmäßig eine serielle Verbindung benachbarter Sensitivelemente 31 an deren Endabschnitten in Längsrichtung durch. Beispiel 1 des in Tabelle 1 dargestellten Magnetsensors, der später beschrieben wird, umfasst beispielsweise 24 Sensitivelemente 31 und daher 23 Verbindungsteile 32.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform, bei der die Anzahl der Sensitivelemente 31 als eins angenommen wird, entfällt in einigen Fällen das Verbindungsteil 32.
Die Anschlussteile 33 sind an den beiden jeweiligen Endabschnitten der Sensitivelemente 31 vorgesehen, wobei die Endabschnitte nicht mit den Verbindungsteilen 32 verbunden sind. Das Anschlussteil 33 fungiert als Lötfläche, die elektrische Drähte für die Zuführung des elektrischen Stroms verbindet. Das Anschlussteil 33 kann so groß sein, dass die elektrischen Drähte angeschlossen werden können. Man beachte, dass in 1A die beiden Anschlussteile 33 auf der rechten Seite der Seite vorgesehen sind, aber die Anschlussteile 33 können auch auf der linken Seite vorgesehen sein, oder sie können so vorgesehen sein, dass sie auf der linken und rechten Seite geteilt sind.
Des Weiteren umfasst der Magnetsensor 1 Vorsprungsteile 40 an beiden Endabschnitten in Längsrichtung des Sensitivelements 31. Genauer gesagt sind die Vorsprungsteile 40 vorgesehen, die von beiden Endabschnitten in Längsrichtung des Sensitivelements 31 zu den Seiten der Längsrichtung vorstehen. Mit anderen Worten ragt der Vorsprungsteil 40 in der Längsrichtung des Sensitivelements 31 vor. Der Vorsprungsteil 40 hat eine rechteckige Form mit der Breite W1 in der kurzen Richtung, die gleich der Breite des Sensitivelements 31 ist, und der Länge L2 in der Längsrichtung.
Der Vorsprungsteil 40 auf der Seite, wo die magnetischen Kraftlinien von außen eingegeben werden, induziert die magnetischen Kraftlinien von außen auf das Sensitivelement 31. Darüber hinaus veranlasst der Vorsprungsteil 40 auf der Seite, auf der die magnetischen Kraftlinien von dem Sensitivelement 31 ausgegeben werden, die magnetischen Kraftlinien, die durch das Sensitivelement 31 geführt werden, durch den Vorsprungsteil 40 zu führen. Mit anderen Worten fungiert der Vorsprungsteil 40 als ein Joch, das die magnetischen Kraftlinien induziert. Daher enthält der Vorsprungsteil 40 das Weichmagnetmaterial (die Weichmagnetmaterialschicht 101, die später beschrieben wird), durch das die magnetischen Kraftlinien wahrscheinlich hindurchgehen.
Hier ragt der Vorsprungsteil 40 in Längsrichtung des Sensitivelements 31 vor. Der Vorsprungsteil 40 kann in einer anderen Richtung als der Längsrichtung (die die Längsrichtung schneidet) vorstehen, aber ein Vorsprungsteil 40, das in der Längsrichtung vorsteht, induziert leicht die magnetischen Kraftlinien, wie später beschrieben. In dem Fall, in dem der Magnetsensor 1 mehrere Sensitivelemente 31 enthält, ragen die Vorsprungsteile 40 kammzahnförmig aus dem Sensitivteil 30 heraus.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1B die Querschnittsstruktur des Magnetsensors 1 im Detail beschrieben. Der Magnetsensor 1 umfasst, als spezifisches Beispiel, vier Weichmagnetmaterialschichten 101a, 101b, 101c und 101d auf der Seite des Substrats 10. Dann ist zwischen der Weichmagnetmaterialschicht 101a und der Weichmagnetmaterialschicht 101b eine Magnetdomänenunterdrückungsschicht 102a vorgesehen, die das Auftreten einer magnetischen Schließungsdomäne in der Weichmagnetmaterialschicht 101a und der Weichmagnetmaterialschicht 101b unterdrückt. Der Sensitivteil 30 enthält ferner zwischen der Weichmagnetmaterialschicht 101c und der Weichmagnetmaterialschicht 101d eine Magnetdomänenunterdrückungsschicht 102b, die das Auftreten einer Schließmagnetdomäne in der Weichmagnetmaterialschicht 101c und der Weichmagnetmaterialschicht 101d unterdrückt. Außerdem enthält der Sensitivteil 30 zwischen der Schicht aus Weichmagnetmaterial 101b und der Schicht aus Weichmagnetmaterial 101c eine Leiterschicht 103, die den Widerstand (hier bezogen auf den elektrischen Widerstand) des Sensitivteils 30 verringert. In dem Fall, in dem die Weichmagnetmaterialschichten 101a, 101b, 101c und 101d nicht unterschieden werden, werden die Schichten als Weichmagnetmaterialschichten 101 bezeichnet. Wenn die Magnetdomänenunterdrückungsschichten 102a und 102b nicht unterschieden werden, werden sie als Magnetdomänenunterdrückungsschichten 102 bezeichnet.
Das Substrat 10 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. einem Oxid-Substrat, wie Glas oder Saphir, einem Halbleitersubstrat, wie Silizium, oder einem Metallsubstrat, wie Aluminium, rostfreiem Stahl oder einem mit Nickel-Phosphor beschichteten Metall. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass das Substrat 10 aus Glas besteht.
Die Weichmagnetmaterialschicht 101 besteht aus einem Weichmagnetmaterial aus einer amorphen Legierung, die den magnetischen Impedanzeffekt aufweist. Als Weichmagnetmaterial, aus dem die Weichmagnetmaterialschicht 101 besteht, kann eine amorphe Legierung verwendet werden , die Co als Hauptbestandteil enthält und mit einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie Nb, Ta oder W, dotiert ist. Spezifische Beispiele für eine solche Legierung, die Co als Hauptbestandteil enthält, sind CoNbZr, CoFeTa, CoWZr und CoFeCrMnSiB. Die Dicke der Weichmagnetmaterialschicht 101 beträgt z. B. 100 nm bis 1 µm.
Hier hat das Weichmagnetmaterial eine kleine, so genannte Koerzitivkraft, wobei das Weichmagnetmaterial durch ein äußeres Magnetfeld leicht magnetisiert wird, aber nach Entfernen des äußeren Magnetfeldes schnell in einen Zustand ohne oder mit geringer Magnetisierung zurückkehrt.
Darüber hinaus beziehen sich amorphe Legierungen und amorphe Metalle in dieser Spezifikation auf solche mit Strukturen, die keine regelmäßige Anordnung von Atomen aufweisen, wie z. B. Kristalle, die durch das Sputtering-Verfahren gebildet werden, usw.
Die Schicht 102 zur Unterdrückung der magnetischen Domäne unterdrückt das Auftreten der magnetischen Schließungsdomäne in den oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 101, die die Schicht 102 zur Unterdrückung der magnetischen Domäne umschließen.
Im Allgemeinen ist es wahrscheinlich, dass in der Weichmagnetmaterialschicht 101 mehrere magnetische Domänen mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen gebildet werden. In diesem Fall wird eine geschlossene magnetische Domäne mit ringförmiger Magnetisierungsrichtung gebildet. Wenn das externe Magnetfeld erhöht wird, werden die Wände der magnetischen Domäne verschoben; dadurch wird die Fläche der magnetischen Domäne mit der Magnetisierungsrichtung, die mit der Richtung des externen Magnetfeldes übereinstimmt, vergrößert, während die Fläche der magnetischen Domäne mit der Magnetisierungsrichtung, die der Richtung des externen Magnetfeldes entgegengesetzt ist, verringert wird. Dann, wenn das externe Magnetfeld weiter erhöht wird, wird in der magnetischen Domäne, in der die Magnetisierungsrichtung von der Richtung des externen Magnetfeldes abweicht, eine Magnetisierungsrotation erzeugt, so dass die Magnetisierungsrichtung die gleiche ist wie die Richtung des externen Magnetfeldes. Schließlich verschwindet die magnetische Domänenwand, die zwischen den benachbarten magnetischen Domänen bestand, und die benachbarten magnetischen Domänen werden zu einer magnetischen Domäne (einer einzigen magnetischen Domäne). Mit anderen Worten: Bei der Bildung der magnetischen Schließungsdomäne kommt es bei der Änderung des äußeren Magnetfeldes zum Barkhausen-Effekt, bei dem die Wände der magnetischen Domäne, die die magnetische Schließungsdomäne bilden, schrittweise und diskontinuierlich verschoben werden. Die diskontinuierliche Verschiebung der magnetischen Domänenwände führt zu Rauschen im Magnetsensor 1, was das Risiko einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses in der vom Magnetsensor 1 erhaltenen Ausgabe mit sich bringt. Die Magnetdomänenunterdrückungsschicht 102 unterdrückt die Bildung mehrerer magnetischer Domänen mit kleinen Bereichen in den Weichmagnetmaterialschichten 101, die auf der Ober- und Unterseite der Magnetdomänen-Unterdrückungsschicht 102 vorgesehen sind. Dies unterdrückt die Bildung der Verschlussmagnetdomäne und unterdrückt das Rauschen, das durch die diskontinuierliche Verschiebung der Magnetdomänenwände entsteht. Man beachte, dass es in dem Fall, in dem die Magnetdomänenunterdrückungsschicht 102 vorgesehen ist, besser ist, geringermagnetische zu bildende Domänen zu haben, d.h. der Effekt der Vergrößerung der Magnetdomänen kann erzielt werden, verglichen mit dem Fall, in dem die Magnetdomänenunterdrückungsschicht 102 nicht vorgesehen ist.
Spezifische Beispiele für Materialien einer Magnetdomänenunterdrückungsschicht 102 sind nichtmagnetische Materialien wie Ru und SiO₂ und nichtmagnetische amorphe Metalle wie CrTi, AITi, CrB, CrTa und CoW. Die Dicke einer solchen magnetischen Domänenunterdrückungsschicht 102 beträgt beispielsweise 10 nm bis 100 nm.
Die Leiterschicht 103 verringert den Widerstand des Sensitivteils 30. Im Einzelnen hat die Leiterschicht 103 eine höhere Leitfähigkeit als die Weichmagnetmaterialschicht 101 und verringert den Widerstand des Sensitivteils 30 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Leiterschicht 103 nicht enthalten ist. Der Magnetsensor 1 misst das Magnetfeld oder die Änderung des Magnetfelds als Änderung der Impedanz (im Folgenden als Impedanz Z bezeichnet) (die Änderung der Impedanz wird als ΔZ bezeichnet), wenn der Wechselstrom zwischen den beiden Anschlussteilen 33 fließt. Wenn die Frequenz des Wechselstroms höher ist, erhöht sich die Änderungsrate der Impedanz Z in Bezug auf die Änderung des äußeren Magnetfelds ΔZ/ΔH (im Folgenden als Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH bezeichnet)
(die Änderung des äußeren Magnetfelds wird als ΔH bezeichnet). Wenn jedoch die Frequenz des Wechselstroms ohne Einbeziehung der Leiterschicht 103 erhöht wird, wird die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH durch die schwebende Kapazität im Zustand des Magnetsensors 1 verringert. Unter der Annahme, dass der Widerstand des Sensitivteils 30 R ist, die schwebende Kapazität C ist und der Magnetsensor 1 die Parallelschaltung des Widerstands R und der schwebenden Kapazität C ist, kann
die Relaxationsfrequenz fo des Magnetsensors 1 durch Ausdruck (1) dargestellt werden.
[Math. 1] $ƒ_{0} = \frac{1}{2 π R C}$
Wie aus Ausdruck (1) ersichtlich ist, ist die Relaxationsfrequenz fo klein , wenn die schwebende Kapazität C groß ist; wenn die Frequenz des Wechselstroms höher ist als die Relaxationsfrequenz fo, wird die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH umgekehrt reduziert. Daher ist die Leiterschicht 103 zur Verringerung des Widerstands R des Sensitivteils 30 vorgesehen, um dadurch die Relaxationsfrequenz f₀ zu erhöhen.
Als eine solche Leiterschicht 103 wird vorzugsweise ein Metall oder eine Legierung mit hoher Leitfähigkeit verwendet, und noch vorteilhafter ist es, ein Metall oder eine Legierung zu verwenden, das/die hoch leitfähig und nicht magnetisch ist. Spezifische Beispiele für Materialien für eine solche Leiterschicht 103 sind Metalle wie AI, Cu, Ag und Au. Die Dicke der Leiterschicht 103 beträgt z. B. 10 nm bis 1 µm. Es reicht aus, dass die Leiterschicht 103 den Widerstand des Sensitivteils 30 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Leiterschicht 103 nicht vorhanden ist, verringern kann.
Man beachte, dass die oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 101, die die Schicht zur Unterdrückung der magnetischen Domäne 102 einschließen, und die oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 101, die die Leiterschicht 103 einschließen, antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind (AFC). Aufgrund der oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 101, die antiferromagnetisch gekoppelt sind, wird das Auftreten von Entmagnetisierungsfeldern unterdrückt und die Empfindlichkeit des Magnetsensors 1 verbessert.
(Herstellung eines Magnetsensors)
Der Magnetsensor 1, auf den die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird wie folgt hergestellt.
Zunächst wird auf dem Substrat 10 ein Fotolackmuster, das Teile der Oberfläche des Substrats 10 mit Ausnahme der ebenen Form des Sensitivteils 30 und der Vorsprungsteile 40 abdeckt, unter Verwendung der allgemein bekannten Fotolithografietechnik gebildet. Anschließend werden auf dem Substrat 10 die Weichmagnetmaterialschicht 101a, die magnetische Domänenunterdrückungsschicht 102a, die Weichmagnetmaterialschicht 101b, die Leiterschicht 103, die Weichmagnetmaterialschicht 101c, die magnetische Domänenunterdrückungsschicht 102b und die Weichmagnetmaterialschicht 101d in dieser Reihenfolge beispielsweise durch das Sputterverfahren abgeschieden. Dann werden die Weichmagnetmaterialschicht 101a, die magnetische Domänenunterdrückungsschicht 102a, die Weichmagnetmaterialschicht 101b, die Leiterschicht 103, die Weichmagnetmaterialschicht 101c, die magnetische Domänenunterdrückungsschicht 102b und die Weichmagnetmaterialschicht 101d, die auf dem Photolack abgeschieden sind, mit dem Photolack entfernt. Folglich wird auf dem Substrat 10 ein laminierter Körper zurückgelassen, der mit der Weichmagnetmaterialschicht 101a, der Schicht zur Unterdrückung der magnetischen Domäne 102a, der Weichmagnetmaterialschicht 101b, der Leiterschicht 103, der Weichmagnetmaterialschicht 101c, der Schicht zur Unterdrückung der magnetischen Domäne 102b und der Weichmagnetmaterialschicht 101d konfiguriert ist, die in die ebene Form des Sensitivteils 30 und der Vorsprungsteile 40 verarbeitet sind. Auf diese Weise wird die in 1B gezeigte Laminierungsstruktur gebildet.
Die Weichmagnetmaterialschicht 101 weist eine uniaxiale magnetische Anisotropie in einer Richtung auf, die die Längsrichtung schneidet, zum Beispiel in der kurzen Richtung. Es ist zu beachten, dass die Richtung, die die Längsrichtung schneidet, einen Winkel von mehr als 45° und höchstens 90° in Bezug auf die Längsrichtung haben kann. Die uniaxiale magnetische Anisotropie kann beispielsweise durch eine Wärmebehandlung bei 400°C in einem rotierenden Magnetfeld von 3 kG (0,3T) (Wärmebehandlung im rotierenden Magnetfeld) und eine anschließende Wärmebehandlung bei 400°C in einem statischen Magnetfeld von 3 kG (0,3T) (Wärmebehandlung im statischen Magnetfeld) auf dem auf dem Substrat 10 gebildeten Sensitivelement 31 erzeugt werden. Die Verleihung der uniaxialen magnetischen Anisotropie kann bei der Abscheidung der Weichmagnetmaterialschicht 101, aus der das Sensitivelement 31 besteht, unter Verwendung eines Magnetron-Sputterverfahrens erfolgen, anstatt bei der Wärmebehandlung im rotierenden Magnetfeld und der Wärmebehandlung im statischen Magnetfeld durchgeführt zu werden. Mit anderen Worten wird durch das Magnetfeld, das durch die im Magnetron-Sputterverfahren verwendeten Magnete gebildet wird, die Weichmagnetmaterialschicht 101 abgeschieden und gleichzeitig der Weichmagnetmaterialschicht 101 die uniaxiale magnetische Anisotropie verliehen.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren werden die Verbindungsteile 32, die Anschlussteile 33 und die Vorsprungsteile 40 gleichzeitig einstückig mit den Sensitivelementen 31 ausgebildet.
Die Verbindungsteile 32 und die Anschlussteile 33 können aus einem leitfähigen Metall wie AI, Cu, Ag oder Au gebildet werden. Darüber hinaus kann das leitfähige Metall, wie z. B. AI, Cu, Ag oder Au, auf die Verbindungsteile 32 und die Anschlussteile 33 laminiert werden, die gleichzeitig einstückig mit den Sensitivelementen 31 ausgebildet sind.
Außerdem kann der Vorsprungsteil 40 mit einem Weichmagnetmaterial ausgestattet sein, das sich von dem des Sensitivelements 31 unterscheidet.
(Beziehung zwischen Magnetfeld und Impedanz)
Anhand von 2 wird eine Beziehung zwischen dem in Längsrichtung des Sensitivelements 31 des Magnetsensors angelegten Magnetfeld und der Impedanz des Sensitivteils 30 beschrieben. In 2 zeigt die horizontale Achse das Magnetfeld H und die vertikale Achse die Impedanz Z an.
Wie in 2 gezeigt, nimmt die Impedanz Z des Sensitivteils 30 den Wert Z0 an, wenn das in Längsrichtung des Sensitivelements 31 angelegte Magnetfeld H 0 ist. Dann nimmt die Impedanz Z mit zunehmendem Magnetfeld H zu und nimmt den Maximalwert Zk an, wenn das Magnetfeld H das anisotrope Magnetfeld Hk wird. Wenn das Magnetfeld H größer wird als das anisotrope Magnetfeld Hk, verringert sich die Impedanz Z umgekehrt. Der Betrag der Änderung von der Impedanz Z0 bis zum Höchstwert Zk der Impedanz Z, Zk-Z0, wird als Betrag der Impedanzänderung ΔZmax bezeichnet.
In einem Bereich, in dem das Magnetfeld H kleiner ist als das anisotrope Magnetfeld Hk, ist es möglich, eine extrem schwache Änderung des Magnetfelds H als Änderungsbetrag ΔZ der Impedanz Z zu extrahieren, indem ein Bereich verwendet wird, in dem der Änderungsbetrag ΔZ der Impedanz Z in Bezug auf den Änderungsbetrag ΔH des Magnetfelds H steil ist, nämlich ein Bereich, wo die Änderungsrate ΔZ/ΔH groß ist. In 2 ist die Mitte des Magnetfelds H, in der die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH groß ist, als Magnetfeld Hb dargestellt. Mit anderen Worten ist es möglich, den Betrag der Änderung ΔH des Magnetfeldes H in der Nähe des Magnetfeldes Hb (der durch den Pfeil ΔH in 2 gekennzeichnete Bereich) mit hoher Genauigkeit zu messen.
Dabei ist der Teil, bei dem die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH am größten ist, d. h. der Betrag der Änderung der Impedanz Zmax pro Einheit Magnetfeld im Magnetfeld Hb geteilt durch die Impedanz Zb im Magnetfeld Hb (Zmax/Zb), die Empfindlichkeit. Je höher die Empfindlichkeit Zmax/Zb ist, desto größer ist die Wirkung der magnetischen Impedanz, und das Magnetfeld oder die Änderung des Magnetfelds kann leicht gemessen werden. Anders ausgedrückt: Die Empfindlichkeit Zmax/Zb ist umso höher, je steiler die Änderung der Impedanz Z in Bezug auf das Magnetfeld H ist. Je kleiner das anisotrope Magnetfeld Hk ist, desto besser. Außerdem ist die Empfindlichkeit umso größer, je größer die Impedanzänderung ΔZmax ist.
Mit anderen Worten ist es bei dem Magnetsensor wünschenswert, dass die Empfindlichkeit Zmax/Zb hoch ist, und dafür ist es wünschenswert, dass das anisotrope Magnetfeld Hk klein ist. Außerdem sollte der Betrag der Impedanzänderung ΔZmax groß sein.
Es ist zu beachten, dass die Empfindlichkeit Zmax/Zb in der folgenden Beschreibung als Empfindlichkeit Smax bezeichnet wird. Außerdem wird das Magnetfeld Hb in einigen Fällen als Vormagnetisierungsfeld Hb bezeichnet.
(Wirkung des Magnetsensors 1)
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Magnetsensors 1, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewandt wird, beschrieben und mit einem herkömmlichen Magnetsensor 1' verglichen, der die Vorsprungsteile 40 nicht enthält (im Folgenden als herkömmlicher Magnetsensor 1' bezeichnet).
3 zeigt eine planare Form des herkömmlichen Magnetsensors 1' ohne die Vorsprungsteile 40.
Der herkömmliche Magnetsensor 1' hat die gleiche Konfiguration wie der in 1A gezeigte Magnetsensor 1, außer dass die Vorsprungsteile 40 nicht enthalten sind. Für weitere Details ist der herkömmliche Magnetsensor 1' mit dem Sensitivteil 30, einschließlich der mehreren Sensitivelemente 31, den Verbindungsteilen 32 und den Anschlussteilen 33, und dem nichtmagnetischen Substrat 10 konfiguriert.
4A und 4B zeigen Simulationsergebnisse der Größe des internen Magnetfeldes in dem Sensitivteil 30, wenn das externe Magnetfeld einer vorbestimmten Größe an die Magnetsensoren 1 und 1' angelegt wird. 4A zeigt die Größe des internen Magnetfeldes im Sensitivteil 30 als Verteilung entlang der Längsrichtung, und 4B zeigt das interne Magnetfeld in jeder Linie der Magnetsensoren 1 und 1'. Man beachte, dass 4A die Form des Sensitivelements 31, der Verbindungsteile 32 und der Vorsprungsteile 40 der Magnetsensoren 1 und 1' sowie die Stärke des an den Sensitivteil 30 angelegten Magnetfelds zeigt.
Man beachte, dass in dieser Simulation das externe Magnetfeld, das auf die Magnetsensoren 1 und 1' einwirkt, mit 10 Oe angenommen wird. Es wird auch angenommen, dass die Anzahl der Sensitivelemente 31 in den Magnetsensoren 1 und 1' 24 beträgt (die Linie 1 bis zur Linie 24), die Breite W1 und die Länge L1 des Sensitivelements 31 0,1 mm bzw. 4,2 mm betragen, der Spalt G1 zwischen den benachbarten Sensitivelementen 31 0,05 mm beträgt und ferner die Länge L2 des Vorsprungsteils 40 des Magnetsensors 1 1,0 mm beträgt.
4A zeigt die Größe des internen Magnetfeldes im Sensitivteil 30 der Magnetsensoren 1 und 1' als Verteilung entlang der Längsrichtung. Die horizontale Achse zeigt eine Position X (mm) in der Längsrichtung des Sensitivteils 30, und die vertikale Achse zeigt die Größe des internen Magnetfelds an der Position X (Oe). Man beachte, dass die Ergebnisse nicht für die gesamte Längsrichtung des Sensitivteils 30, sondern nur für den durch die gestrichelte Linie gekennzeichneten Bereich IV dargestellt sind.
Wie in 4A gezeigt, ist im Magnetsensor 1 die Größe des internen Magnetfeldes im Sensitivteil 30 im Vergleich zum herkömmlichen Magnetsensor 1' erhöht. Der starke Abfall des Magnetfelds an den Endabschnitten in Längsrichtung, der beim herkömmlichen Magnetsensor 1' beobachtet wird, wird beim Magnetsensor 1 unterdrückt. Dadurch wird das innere Magnetfeld über die Längsrichtung gleichmäßig.
4B zeigt die Größe des internen Magnetfeldes in jeder der Linien 1 bis 24 der Sensitivelemente 31, die in den Magnetsensoren 1 und 1' enthalten sind. Die horizontale Achse gibt die Nummer N der entsprechenden Linie an, und die vertikale Achse zeigt den Durchschnittswert (Oe) der Größe des internen Magnetfelds in der Linie N. Man beachte, dass der Fehlerbalken die Verteilung der Größe des internen Magnetfelds in der Linie N zeigt.
Wie in 4B gezeigt, ist im Magnetsensor 1 die Größe des internen Magnetfeldes in allen Linien (den Linien 1 bis 24) des Sensitivelements 31 im Vergleich zum herkömmlichen Magnetsensor 1' erhöht. Darüber hinaus ist die Verteilung der Größe des internen Magnetfeldes (die Fehlerbalken) in allen Linien kleiner. Mit anderen Worten: Im Magnetsensor 1 ist das interne Magnetfeld in allen Linien gleichmäßiger über die Längsrichtung als im herkömmlichen Magnetsensor 1'.
Infolgedessen wird das Magnetfeld im Magnetsensor 1, wie in 4A und 4B gezeigt, auf das Sensitivelement 31 konzentriert und die magnetische Flussdichte erhöht. Darüber hinaus wird eine Verringerung der magnetischen Flussdichte an den Endabschnitten des Sensitivelements 31 unterdrückt. Im Vergleich zum konventionellen Magnetsensor 1' wird die Größe des Magnetfeldes in Bezug auf das Sensitivelement 31 über die Längsrichtung gleichmäßig, und das Magnetfeld in Bezug auf das Sensitivelement 31 wird erhöht.
Hier werden die Auswirkungen des Vorsprungsteils 40 beschrieben. 5A und 5B zeigen die Größe des internen Magnetfeldes, wenn das externe Magnetfeld angelegt wird, über alle Bereiche in Längsrichtung des Magnetsensors. 5A entspricht dem herkömmlichen Magnetsensor 1' ohne die Vorsprungsteile, und 5B entspricht dem Magnetsensor 1 mit den Vorsprungsteilen. Man beachte, dass die Pfeile in 5A und 5B den Strom angeben, der beim Betrieb des Magnetsensors angelegt wird.
In dem in 5A dargestellten konventionellen Magnetsensor 1' ist das interne Magnetfeld im mittleren Bereich des Sensitivelements 31 stärker, aber das interne Magnetfeld ist an beiden Enden in Längsrichtung stark reduziert. Darüber hinaus fließt, wie in 5A gezeigt, bei Anlegen des Stroms an den herkömmlichen Magnetsensor 1' der Strom durch dessen beide Enden, wo das interne Magnetfeld schwach ist. Infolgedessen besteht bei dem Magnetsensor 1' die Möglichkeit, dass die zu erzeugende Impedanzänderung gering ist und die Empfindlichkeit beeinträchtigt wird.
Andererseits sind in dem in 5B gezeigten Magnetsensor 1 die Vorsprungsteile 40 vorgesehen, und dadurch werden die magnetischen Kraftlinien aus einem weiten Bereich von außen in das Sensitivelement 31 induziert. Darüber hinaus werden die magnetischen Kraftlinien, die durch das Sensitivelement 31 verlaufen, dazu veranlasst, direkt durch die vorspringenden Teile 40 zu verlaufen. Infolgedessen wird eine starke Verringerung des inneren Magnetfelds an beiden Enden in Längsrichtung des Sensitivelements 31 unterdrückt. Mit anderen Worten werden die Bereiche mit schwachem internen Magnetfeld von beiden Enden des Sensitivelements 31 zu den Enden der Vorsprungsteile 40 geschoben (oder bewegt). Dann ist in diesem Magnetsensor 1 das interne Magnetfeld in dem Bereich, in dem der Strom fließt, stark und gleichmäßig in Längsrichtung. Infolgedessen wird in dem Magnetsensor 1 die zu erzeugende Impedanzänderung erhöht und die Empfindlichkeit im Vergleich zum Magnetsensor 1' verbessert.
In Tabelle 1 sind die Werte des mittleren Magnetfelds, des anisotropen Magnetfelds Hk, des Betrags der Impedanzänderung ΔZmax und der Empfindlichkeit Smax für den Magnetsensor 1, auf den die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, und den herkömmlichen Magnetsensor 1' angegeben.
Die Form in Tabelle 1 gibt an, welcher Konfiguration der Magnetsensoren 1 oder 1', wie in den 1A, 1B und 3 beschrieben, jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele entspricht. Die Form 1 entspricht dem in 1A dargestellten Magnetsensor 1, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewendet wird, und die Form 1' entspricht dem in 3 dargestellten herkömmlichen Magnetsensor 1'.
Die in Tabelle 1 beschriebenen Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind Magnetsensoren, die Folgendes umfassen: das Substrat 10, das aus einem Glassubstrat besteht; die Weichmagnetmaterialschichten 101a bis 101d, die jeweils aus einer Co₈₀Nb₁₇Zr₃-Schicht mit einer Dicke von 500 nm bestehen; die Magnetdomänenunterdrückungsschichten 102a und 102b, die jeweils aus einer CrTi-Schicht mit einer Dicke von 25 nm bestehen; und die Leiterschicht 103, die aus einer Ag-Schicht mit einer Dicke von 400 nm besteht.
Die durchschnittlichen Magnetfelder in Tabelle 1 wurden anhand der oben beschriebenen Computersimulationsergebnisse ermittelt. Genauer gesagt ist das durchschnittliche Magnetfeld, wenn ein externes Magnetfeld von 10 Oe an den Magnetsensor angelegt wird, der Durchschnittswert in der Längsrichtung des internen Magnetfelds in jedem Sensitivelement 31, gemittelt über alle Sensitivelemente 31 (alle Linien), die im Magnetsensor enthalten sind.
Die Werte des anisotropen Magnetfelds Hk, des Betrags der Impedanzänderung ΔZmax und der Empfindlichkeit Smax in Tabelle 1 wurden durch Messung ermittelt, indem der Hochfrequenzstrom von 100 MHz zwischen den beiden Anschlussteilen 33 in jedem Magnetsensor geleitet wurde.

[Tabelle 1]

	Form	Anzahl der Sensitivelemente	W1 (mm)	G1 (mm)	L1 (mm)	L2 (mm)	Durchschnittliches Magnetfeld	Hk (Oe)	ΔZmax (Ω)	Smax (1/Oe)
	Form	Anzahl der Sensitivelemente	W1 (mm)	G1 (mm)	L1 (mm)	L2 (mm)	(Oe)	Hk (Oe)	ΔZmax (Ω)	Smax (1/Oe)
Vergleichsbeispiel 1	1'	24	0,1	0,05	4,2	-	5,33	7,75	264,28	0,36
Beispiel 1	1	24	0,1	0,05	4,2	1,0	7,30	6,85	330,22	0,41
Vergleichsbeispiel 2	1'	24	0,1	0,05	3,2	-	4,61	8,55	182,38	0,32
Beispiel 2	1	24	0,1	0,05	3,2	1,0	6,91	7,15	237,94	0,38
Beispiel 3	1	24	0,1	0,05	3,2	1,5	7,50	6,75	242,63	0,41

Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 1 haben jeweils eine Konfiguration, in der 24 Sensitivelemente 31 mit der Breite W1 = 0,1 mm und der Länge L1 = 4,2 mm mit den Lücken G1 = 0,05 mm angeordnet sind. Darüber hinaus enthält Beispiel 1 den Vorsprungsteil 40 mit der Länge L2 = 1,0 mm.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist das durchschnittliche Magnetfeld in Beispiel 1 im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 groß. Außerdem wird das anisotrope Magnetfeld Hk reduziert, und der Betrag der Impedanzänderung ΔZmax und die Empfindlichkeit Smax werden verbessert.
Das Vergleichsbeispiel 2 und die Beispiele 2 und 3 unterscheiden sich von Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 1 dadurch, dass die Länge L1 des Sensitivelements 31 3,2 mm beträgt. Darüber hinaus enthält Beispiel 2 den Vorsprungsteil 40 mit der Länge L2 = 1,0 mm, und Beispiel 3 enthält den Vorsprungsteil 40 mit der Länge L2 = 1,5 mm.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist in den Beispielen 2 und 3 das durchschnittliche Magnetfeld im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 groß. Darüber hinaus wird das anisotrope Magnetfeld Hk reduziert, und der Betrag der Änderung der Impedanz ΔZmax und die Empfindlichkeit Smax werden verbessert. In Beispiel 3 mit dem längeren Vorsprungsteil 40 ist das durchschnittliche Magnetfeld im Vergleich zu Beispiel 2 groß. Außerdem wird das anisotrope Magnetfeld Hk reduziert, und der Betrag der Änderung der Impedanz ΔZmax und die Empfindlichkeit Smax werden verbessert.
Wie oben beschrieben, ist bei dem Magnetsensor 1, auf den die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird (Beispiele 1 bis 3), mit den Vorsprungsteilen 40 die Empfindlichkeit gegenüber dem herkömmlichen Magnetsensor 1' verbessert (Vergleichsbeispiele 1 und 2).
Da eine Verbesserung der Empfindlichkeit durch Verlängerung der Länge L2 des Vorsprungsteils 40 im Magnetsensor 1 beobachtet wurde, kann die gewünschte Empfindlichkeit durch Anpassung der Abmessung des Vorsprungsteils 40 erreicht werden.
[Zweite beispielhafte Ausführungsform]
(Konfiguration des Magnetsensors 2, auf den die zweite beispielhafte Ausführungsform angewendet wird)
Nachfolgend wird ein konkretes Beispiel für einen Magnetsensor 2 beschrieben, auf den die zweite beispielhafte Ausführungsform angewendet wird.
6A und 6B zeigen die zweite beispielhafte Ausführungsform des Magnetsensors, wobei 6A eine Draufsicht auf den Magnetsensor 2 und 6B eine vergrößerte Ansicht des Bereichs III in 6A ist.
Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung der zweiten beispielhaften Ausführungsform ähnliche Konfigurationen wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform (1A und 1B) mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und dass deren Beschreibung in einigen Fällen weggelassen wird.
Wie in 6A gezeigt, umfasst der Magnetsensor 2 ähnlich wie der Magnetsensor 1, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewendet wird, das nichtmagnetische Substrat 10, den Sensitivteil 30, der auf dem Substrat 10 vorgesehen ist und die Weichmagnetmaterialschicht enthält, die das Magnetfeld erfasst, und die Vorsprungsteile 40, die die Weichmagnetmaterialschicht enthalten.
Man beachte, dass der Magnetsensor 2 eine ähnliche Querschnittsstruktur wie der Magnetsensor 1 hat, auf den die erste beispielhafte Ausführungsform angewendet wird (siehe 1B).
Ähnlich wie beim Magnetsensor 1 umfasst der Sensitivteil 30 des Magnetsensors 2: mehrere Sensitivelemente 31; Verbindungsteile 32, die windungsmäßig die serielle Verbindung der benachbarten Sensitivelemente 31 herstellen; und Anschlussteile 33, woran elektrische Drähte angeschlossen werden, um den elektrischen Strom zuzuführen.
Wie in 6B gezeigt, umfasst das Sensitivelement 31 des Magnetsensors 2 an jedem der beiden Endabschnitte in der Längsrichtung einen breiten Teil 311, der in der kurzen Richtung breiter ist als der mittlere Abschnitt, und einen sich verjüngenden Teil 312, der sich von dem breiten Teil 311 in Richtung des mittleren Abschnitts allmählich verjüngt. Der sich verjüngende Teil 312 umfasst zwei Seiten 312a und 312b, die sich entlang der Längsrichtung erstrecken, und der Raum zwischen den beiden Seiten 312a und 312b verengt sich, wenn man sich dem Mittelabschnitt des Sensitivelements 31 nähert.
Darüber hinaus betragen im spezifischen Beispiel von 6B die Neigungswinkel θa und θb, die von den Seiten 312a bzw. 312b des konischen Teils 312 mit der Längsrichtung gebildet werden, 135 Grad. Die Neigungswinkel θa und θb können in einem Bereich von beispielsweise 110 Grad oder mehr und 150 Grad oder weniger eingestellt werden, obwohl der Bereich in Abhängigkeit von der Breite des breiten Teils 311, der Breite des mittleren Abschnitts des Sensitivelements 31 in der kurzen Richtung usw. variiert.
Wie in 6A gezeigt, sind hier mehrere Sensitivelemente 31 im Magnetsensor 2 jeweils so konfiguriert, dass sie eine Größe mit der Breite W1 des mittleren Abschnitts, der Breite W2 des breiten Teils 311 am Endabschnitt in der Längsrichtung und der Länge L1 in der Längsrichtung haben. Man beachte, dass die Breite W2 größer ist als die Breite W1.
Die mehreren Sensitivelemente 31 sind in der kurzen Richtung mit Lücken angeordnet, die G1 für den Abschnitt des Sensitivelements 31 mit der Breite W2 (der Abschnitt des breiten Teils 311 am Endabschnitt in der Längsrichtung) und G2 für den Abschnitt des Sensitivelements 31 mit der Breite W1 (der Mittelabschnitt in der Längsrichtung) sind. Man beachte, dass, ähnlich wie beim Magnetsensor 1, das erste, das zweite, das dritte, ..., der mehreren Sensitivelemente 31, die in der kurzen Richtung von der Unterseite der Seite aus gezählt angeordnet sind, manchmal als die Linie 1, die Linie 2, die Linie 3, ..., bezeichnet werden.
Der Verbindungsteil 32 ist zwischen den Endabschnitten in Längsrichtung der Sensitivelemente 31 vorgesehen und führt eine serielle Verbindung der benachbarten Sensitivelemente 31 durch. Da der Magnetsensor 2 den breiten Teil 311 am Endabschnitt des Sensitivelements 31 umfasst, werden die benachbarten Sensitivelemente 31 am Abschnitt des breiten Teils 311 verbunden.
Der Vorsprungsteil 40 hat eine rechteckige Form mit einer Breite, die der Breite des breiten Teils 311 des Sensitivelements 31 in der kurzen Richtung entspricht. Ähnlich wie beim Magnetsensor 1 ragt der Vorsprungsteil 40 in Längsrichtung vor. Außerdem hat der Vorsprungsteil 40 eine rechteckige Form mit der Breite W2 in der kurzen Richtung, die gleich der Breite des breiten Teils 311 ist, und der Länge L2 in der Längsrichtung. Dadurch ist es einfacher, die magnetischen Kraftlinien von außen in das Sensitivelement 31 zu induzieren, verglichen mit dem Fall, in dem die Breite des Vorsprungsteils 40 kleiner ist als die Breite des Sensitivelements 31. Darüber hinaus werden die magnetischen Kraftlinien, die durch das Sensitivelement 31 verlaufen, mit Leichtigkeit in die Vorsprungsteile 40 induziert.
(Wirkung des Magnetsensors 2)
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Magnetsensors 2, auf den die zweite beispielhafte Ausführungsform angewandt wird, beschrieben und mit einem herkömmlichen Magnetsensor 2' verglichen, der die Vorsprungsteile 40 nicht enthält.
7 zeigt eine planare Form des herkömmlichen Magnetsensors 2' ohne die Vorsprungsteile 40.
Der in 7 gezeigte herkömmliche Magnetsensor 2' hat die gleiche Konfiguration wie der in 6A gezeigte Magnetsensor 2, außer dass die Vorsprungsteile 40 nicht enthalten sind. Im Einzelnen ist der herkömmliche Magnetsensor 2' so konfiguriert, dass er den Sensitivteil 30 einschließlich der mehreren Sensitivelemente 31, die mit den breiten Teilen 311 und den konischen Teilen 312 versehen sind, die Verbindungsteile 32 und die Anschlussteile 33 sowie das nichtmagnetische Substrat 10 aufweist.
8A und 8B zeigen Simulationsergebnisse der Größe des internen Magnetfeldes in dem Sensitivteil 30, wenn das externe Magnetfeld einer vorbestimmten Größe an die Magnetsensoren 2 und 2' angelegt wird. 8A zeigt die Größe des internen Magnetfeldes im Sensitivteil 30 als Verteilung entlang der Längsrichtung, und 8B zeigt das interne Magnetfeld in jeder Linie der Magnetsensoren 2 und 2'. Man beachte, dass 8A die Form des Sensitivelements 31, der Verbindungsteile 32 und der Vorsprungsteile 40 der Magnetsensoren 2 und 2' sowie die Stärke des an den Sensitivteil 30 angelegten Magnetfelds zeigt.
Man beachte, dass in dieser Simulation das externe Magnetfeld, das auf die Magnetsensoren 2 und 2' einwirkt, mit 10 Oe angenommen wird. Es wird auch angenommen, dass die Anzahl der Sensitivelemente 31 in den Magnetsensoren 2 und 2' 8 ist (die Linie 1 bis die Linie 8), die Breite W1, die Breite W2 und die Länge L1 des Sensitivelements 31 0,08 mm, 0,38 mm bzw. 3,9 mm sind, die Lücken G1 und G2 zwischen den benachbarten Sensitivelementen 31 0,12 mm bzw. 0,42 mm sind, der Neigungswinkel θa gleich dem Neigungswinkel θb = 135 Grad ist, und ferner die Länge L2 des Vorsprungsteils 40 des Magnetsensors 2 1,0 mm beträgt.
Wie in 8A gezeigt, ist im Magnetsensor 2 mit den Vorsprungsteilen 40 die Größe des internen Magnetfeldes im Vergleich zum herkömmlichen Magnetsensor 2' ohne die Vorsprungsteile 40 erhöht. Darüber hinaus wird die Verringerung des Magnetfelds an den Endabschnitten in Längsrichtung unterdrückt.
8B zeigt die Größe des internen Magnetfeldes in jeder der Linien 1 bis 8 der Sensitivelemente 31, die in den Magnetsensoren 2 und 2' enthalten sind. Die horizontale Achse gibt die Nummer N der entsprechenden Linie an, und die vertikale Achse zeigt den Durchschnittswert (Oe) der Größe des internen Magnetfelds in der Linie N. Man beachte, dass der Fehlerbalken die Verteilung der Größe des internen Magnetfelds in der Linie N zeigt.
Wie in 8B gezeigt, ist im Magnetsensor 2 die Größe des internen Magnetfeldes in allen Linien (den Linien 1 bis 8) des Sensitivelements 31 im Vergleich zum herkömmlichen Magnetsensor 2' erhöht.
In dem Magnetsensor 2, auf den die zweite beispielhafte Ausführungsform angewandt wird, sind die Vorsprungsteile 40 mit der gleichen Breite wie die Breite in der kurzen Richtung des breiten Teils 311 des Sensitivelements 31 vorgesehen, und dadurch werden die magnetischen Kraftlinien aus einem breiten Bereich außerhalb des Sensitivelements 31 induziert. Darüber hinaus werden die magnetischen Kraftlinien, die durch das Sensitivelement 31 hindurchgehen, dazu veranlasst, direkt durch die Vorsprungsteile 40 zu gehen.
Infolgedessen konzentriert sich das Magnetfeld im Magnetsensor 2 auf das Sensitivelement 31, und die magnetische Flussdichte wird im Vergleich zum herkömmlichen Magnetsensor 2' erhöht. Darüber hinaus wird eine Verringerung der magnetischen Flussdichte an den Endabschnitten des Sensitivelements 31 unterdrückt. Im Vergleich zum konventionellen Magnetsensor 2' ist das Magnetfeld in Bezug auf das Sensitivelement 31 dann erhöht.
Wie aus den 4A, 4B, 8A und 8B hervorgeht, ist im Magnetsensor 2 die Stärke des internen Magnetfelds im Sensitivelement 31 im Vergleich zum herkömmlichen Magnetsensor 1 erhöht.
Der Magnetsensor 2 hat die breiten Teile 311 und die sich verjüngenden Teile 312 an den Endabschnitten des Sensitivelements 31; daher wird der Effekt der Induktion der oben beschriebenen magnetischen Kraftlinien größer als der des Magnetsensors 1, bei dem das Sensitivelement 31 eine rechteckige Form hat. Infolgedessen ist im Vergleich zum Magnetsensor 1 das auf das Sensitivelement 31 bezogene Magnetfeld im Magnetsensor 2 erhöht.
In Tabelle 2 sind die Werte des mittleren Magnetfelds, des anisotropen Magnetfelds Hk, des Betrags der Impedanzänderung ΔZmax und der Empfindlichkeit Smax für den Magnetsensor 2, auf den die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet werden, und den herkömmlichen Magnetsensor 2' angegeben.
Die Form in Tabelle 2 gibt an, welcher Konfiguration der Magnetsensoren 2 oder 2', wie sie in den 6A, 6B und 7 beschrieben sind, jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele entspricht. Die Form 2 entspricht dem in 6A dargestellten Magnetsensor 2, auf den die zweite beispielhafte Ausführungsform angewandt wird, und die Form 2' entspricht dem in 7 dargestellten herkömmlichen Magnetsensor 2'.
Ähnlich wie bei den in Tabelle 1 beschriebenen Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 handelt es sich bei Beispiel 4 und dem in Tabelle 2 beschriebenen Vergleichsbeispiel 3 um Magnetsensoren, die Folgendes umfassen: das Substrat 10, das aus einem Glassubstrat besteht; die Weichmagnetmaterialschichten 101a bis 101d, die jeweils aus einer Co₈₀Nb₁₇Zr₃-Schicht mit einer Dicke von 500 nm bestehen; die Magnetdomänenunterdrückungsschichten 102a und 102b, die jeweils aus einer CrTi-Schicht mit einer Dicke von 25 nm bestehen; und die Leiterschicht 103, die aus einer Ag-Schicht mit einer Dicke von 400 nm besteht.
Die Werte des mittleren Magnetfelds, des anisotropen Magnetfelds Hk, des Betrags der Impedanzänderung ΔZmax und der Empfindlichkeit Smax in Tabelle 2 wurden auf die gleiche Weise ermittelt wie die in Tabelle 1 beschriebenen Werte.
Jedes von Vergleichsbeispiel 3 und Beispiel 4 hat eine Konfiguration, in der 8 Sensitivelemente 31 mit den Breiten W1 = 0,08 mm, W2 = 0,38 mm, der Länge L1 = 3,9 mm und dem Neigungswinkel des Kegelteils 312 θa = dem Neigungswinkel des Kegelteils 312 θb = 135 Grad mit den Lücken G1 = 0,12 mm und G2 = 0,42 mm angeordnet sind. Darüber hinaus enthält nur Beispiel 4 den vorspringenden Teil 40 mit der Länge L2 = 1,0 mm.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, ist das durchschnittliche Magnetfeld in Beispiel 4 im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 3 groß. Außerdem wird das anisotrope Magnetfeld Hk reduziert und die Empfindlichkeit Smax verbessert.
Außerdem ist in Beispiel 4 mit den Sensitivelementen 31, die die breiten Teile 311 und die sich verjüngenden Teile 312 enthalten, das durchschnittliche Magnetfeld groß im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 3 (siehe Tabelle 1), die die rechteckigen Sensitivelemente 31 enthalten. Außerdem wird das anisotrope Magnetfeld Hk reduziert und die Empfindlichkeit Smax verbessert.
Wie oben beschrieben, wird bei dem Magnetsensor 2, auf den die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird (Beispiel 4), mit den Vorsprungsteilen 40 die Empfindlichkeit gegenüber dem herkömmlichen Magnetsensor 2' (Vergleichsbeispiel 3) verbessert.
Darüber hinaus ist die Empfindlichkeit des Magnetsensors 2, der mit den die breiten Teile 311 und die konischen Teile 312 aufweisenden Sensitivelementen 31 (Beispiel 4) versehen ist, im Vergleich zu dem Magnetsensor 1 (Beispiele 1 bis 3) mit den rechteckig geformten Sensitivelementen 31 verbessert. Da, wie oben beschrieben, eine Verbesserung der Empfindlichkeit durch Hinzufügen der breiten Teile 311 und der sich verjüngenden Teile 312 beobachtet wurde, kann die gewünschte Empfindlichkeit durch Anpassen der Form des Sensitivelements 31 erreicht werden.
Bisher wurden die beispielhaften Ausführungsformen beschrieben; es sind jedoch verschiedene Abwandlungen möglich, ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel wurden in der ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsform die Magnetsensoren 1 und 2 mit mehreren Sensitivelementen 31 beschrieben; wie jedoch in 9 gezeigt, kann bei einem Magnetsensor 3 mit einem Sensitivelement 31 die Empfindlichkeit durch Einfügen der Vorsprungsteile 40 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Vorsprungsteile 40 nicht enthalten sind, verbessert werden.
Darüber hinaus kann z. B. die Breite der Verbindungsteile 32 in den Magnetsensoren 1, 2 und 3 angepasst werden.
Die 10A bis 10E zeigen Modifikationsbeispiele, bei denen die Breite der Verbindungsteile 32 im Vergleich zu Beispiel 1 in Tabelle 1 angepasst wurde. 10A zeigt die ebene Form von Beispiel 1, und 10B bis 10E zeigen die ebenen Formen der Modifikationsbeispiele 1 bis 4. Man beachte, dass in 10A bis 10E einige Teile der Struktur des Magnetsensors, wie das Substrat 10, weggelassen sind.
10B und 10C zeigen das Modifikationsbeispiel 1, bei dem die Breite des Verbindungsteils 32 in Längsrichtung im Vergleich zu Beispiel 1 verbreitert ist, bzw. das Modifikationsbeispiel 2, bei dem die Breite weiter verbreitert ist.
Da hier die Breite des Verbindungsteils 32 in Längsrichtung größer ist, wird die Länge L1 des Sensitivelements 31 vergrößert. In den Modifikationsbeispielen 1 und 2 wird die Länge L2 des Vorsprungsteils 40 durch die Vergrößerung der Länge L1 reduziert, so dass Beispiel 1 und die Modifikationsbeispiele 1 und 2 so konfiguriert sind, dass sie die gleiche Summe der Längen L1 + L2 aufweisen. Man beachte, dass, wie dargestellt, unter den mehreren Sensitivelementen 31 in den Modifikationsbeispielen 1 und 2 das Sensitivelement 31', das am Ende in der kurzen Richtung angeordnet ist, nicht mit dem Verbindungsteil 32 an einem Ende in der Längsrichtung (rechte Seite in der Figur) verbunden ist. Daher ist die Länge L2' des Vorsprungsteils 40', der von einem Ende des Sensitivelements 31' vorsteht, gleich der Länge L2 in Beispiel 1.
Als Ergebnis der Konfiguration des in 10D gezeigten Modifikationsbeispiels 3, so dass die Summe der Längen L1 + L2 gleich der des Beispiels 1 ist und die Breite des Verbindungsteils 32 weiter vergrößert wird, enthält das Modifikationsbeispiel 3 außerdem nicht die Vorsprungsteile 40, die aus den Endabschnitten des Sensitivelements 31 herausragen (L2 = 0). In dem am Ende in der kurzen Richtung angeordneten Sensitivelement 31' ragt jedoch der Vorsprungsteil 40' mit der Länge L2', die gleich der Länge L2 des Vorsprungsteils 40 in Beispiel 1 ist, von einem Ende in der Längsrichtung (von der rechten Seite in der Figur) vor.
In dem oben beschrieben Magnetsensor mit mehreren Sensitivelementen kann mindestens ein Sensitivelement den Vorsprungsteil enthalten, der vom Endabschnitt in Längsrichtung vorsteht.
Ferner unterscheiden sich in dem in 10E gezeigten Modifikationsbeispiel 4 nur die Form des Endabschnitts des Sensitivelements 31' in Längsrichtung und die Form des Vorsprungsteils 40 von denen in dem Modifikationsbeispiel 3. Im Einzelnen umfasst das Sensitivelement 31' ein trapezförmiges Flügelteil 41a, das sich in der kurzen Richtung auf der Seite (auf der linken Seite in der Figur) erstreckt, die sich von dem Endabschnitt der Endabschnitte in der Längsrichtung unterscheidet, aus dem das Vorsprungsteil 40' herausragt. Darüber hinaus umfasst der vorspringende Teil 40' des Sensitivelements 31' einen im Wesentlichen trapezförmigen Flügelteil 41b, der sich in der kurzen Richtung erstreckt.
Auf diese Weise können zusätzlich zur Vergrößerung der Breite des Verbindungsteils 32 das Sensitivelement 31 (31') und der Vorsprungsteil 40 (40') in eine andere als die rechteckige Form gebracht werden.
In den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen 1 bis 4 können im Wesentlichen die gleichen Effekte wie in Beispiel 1 erzielt werden. Genauer gesagt funktionieren die Modifikationsbeispiele 1 bis 4 als Magnetsensoren mit einem durchschnittlichen Magnetfeld und Werten von Hk, ΔZmax und Smax, die im Wesentlichen denen von Beispiel 1 entsprechen.
Darüber hinaus wurden in den Magnetsensoren 1, 2 und 3 spezifische Beispiele für den Vorsprungsteil 40 gezeigt, der in der Längsrichtung (in der Richtung parallel zur Längsrichtung) vom Endabschnitt des Sensitivelements 31 in der Längsrichtung vorsteht; der Vorsprungsteil 40 kann jedoch in einer anderen Richtung als der Längsrichtung (in einer Richtung, die die Längsrichtung schneidet) vorstehen. Mit anderen Worten kann der Vorsprungsteil 40 so angeordnet sein, dass er zur Längsrichtung geneigt ist.
Ferner wurden in den Magnetsensoren 1, 2 und 3 spezifische Beispiele für das Sensitivelement 31 beschrieben, das an beiden Enden in Längsrichtung die gleichen Vorsprungsteile 40 mit der gleichen Länge und der gleichen Form aufweist; die Länge und die Form der Vorsprungsteile 40 an beiden Enden können jedoch unterschiedlich sein. Darüber hinaus kann der Vorsprungsteil wie der Vorsprungsteil 40' in den oben beschriebenen Modifikationsbeispielen 3 und 4 nur an einem beliebigen Ende in Längsrichtung vorgesehen sein.
Die vorstehende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genauen Formen offenbart zu begrenzen. Offensichtlich ergeben sich für Fachleute auf dem Gebiet der Technik viele Modifikationen und Variationen. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen bestmöglich zu erläutern und dadurch andere Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung für die verschiedenen Ausführungsformen und mit den verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die in Betracht gezogene besondere Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre Entsprechungen definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000 [0002]
JP 292506 [0002]

Claims

Magnetsensor, enthaltend ein nichtmagnetisches Substrat; ein auf dem Substrat angeordnetes Sensitivelement, das ein Weichmagnetmaterial enthält, eine Längsrichtung und eine kurze Richtung aufweist, mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung versehen ist und ein Magnetfeld durch magnetischen Impedanzeffekt erfasst; und einen Vorsprungsteil, der ein Weichmagnetmaterial enthält und von einem Endabschnitt in der Längsrichtung des Sensitivelements vorsteht.
Magnetsensor nach Anspruch 1, wobei der Vorsprungsteil in Längsrichtung vorsteht.
Magnetsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sensitivelement an dem Endabschnitt in der Längsrichtung eine breite Form hat, wobei die breite Form in der kurzen Richtung eine Breite hat, die breiter ist als eine Breite in der kurzen Richtung an einem Mittelabschnitt in der Längsrichtung.
Magnetsensor nach Anspruch 3, wobei das Sensitivelement eine konische Form aufweist, die sich von der breiten Form zum Mittelteil hin verjüngt.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Vorsprungsteil eine Breite aufweist, die gleich der maximalen Breite in der kurzen Richtung des Sensitivelements ist.
Magnetsensor, enthaltend ein nichtmagnetisches Substrat; eine Vielzahl von Sensitivelementen, die in einer kurzen Richtung mit Lücken angeordnet sind, wobei jedes der Sensitivelemente auf dem Substrat angeordnet ist, ein Weichmagnetmaterial enthält, eine Längsrichtung und die kurze Richtung aufweist, mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung versehen ist und ein Magnetfeld durch magnetischen Impedanzeffekt erfasst; ein Verbindungsteil, das Endabschnitte der in der kurzen Richtung benachbarten Sensitivelemente in der Längsrichtung verbindet; und einen in mindestens einem der Sensitivelemente enthaltenen Vorsprungsteil, der ein Weichmagnetmaterial enthält und von einem Endabschnitt in der Längsrichtung des Sensitivelements vorsteht.
Magnetsensor nach Anspruch 6, wobei der Verbindungsteil eine Vielzahl von Verbindungsteilen enthält und die Vielzahl von Sensitivelementen durch die Vielzahl von Verbindungsteilen windungsmäßig in Reihe geschaltet sind.