DE102023116486A1

DE102023116486A1 - Magnetsensor, verfahren zur herstellung eines magnetsensors und sensitivelementanordnung

Info

Publication number: DE102023116486A1
Application number: DE102023116486.4A
Authority: DE
Inventors: Akira Sakawaki; Daizo Endo; Sho TONEGAWA; Yasumasa Watanabe
Original assignee: Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2024-01-04
Also published as: JP2024005740A; CN117331002A; US20240003996A1

Abstract

Ein Magnetsensor enthält: ein Substrat; und einen Sensitivabschnitt, der auf dem Substrat angeordnet ist und eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist. Der Sensitivabschnitt erfasst ein Magnetfeld durch einen magnetischen Impedanzeffekt. Der Sensitivabschnitt enthält eine Weichmagnetmaterialschicht, die aus einem Weichmagnetmaterial besteht, das eine uniaxiale magnetische Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung aufweist und das Magnetfeld erfasst. Der Sensitivabschnitt umfasst auch eine sekundäre Weichmagnetmaterialschicht, die zwischen dem Substrat und der Weichmagnetmaterialschicht laminiert ist. Die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht besteht aus einem Weichmagnetmaterial mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem Weichmagnetmaterial, das die Weichmagnetmaterialschicht bildet.

Description

HINTERGRUND
Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor, ein Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors und eine Sensitivelementanordnung.
Stand der Technik
Als eine frühere Veröffentlichung im Stand der Technik offenbart das Patentdokument 1 einen Magnetsensor, der ein Substrat und einen Magnetsensorkörper umfasst, der auf dem Substrat angeordnet ist und aus einem Weichmagnetmaterial besteht. In dem Magnetsensor werden Weichmagnetmaterialschichten durch Magnetronsputtern abgeschieden, um den Magnetsensorkörper zu bilden.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2019-67869
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn ein Magnetsensor mit einem Sensitivabschnitt durch Laminieren von Weichmagnetmaterialschichten auf einem Substrat gebildet wird, können die magnetischen Eigenschaften zwischen mehreren Sensitivabschnitten, die auf demselben Substrat gebildet werden, oder zwischen mehreren Magnetsensoren, die unter Verwendung desselben Substrats gebildet werden, in Abhängigkeit von den Positionen auf dem Substrat variieren.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zielt darauf ab, Unterschiede in den magnetischen Eigenschaften zwischen mehreren Sensitivabschnitten oder mehreren Magnetsensoren, die aus demselben Substrat bestehen, zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die folgenden Punkte (1) bis (12) vorgesehen.

(1) Ein Magnetsensor enthaltend: ein Substrat (Substrat 10); und mindestens einen Sensitivabschnitt (Sensitivabschnitt 31), der auf dem Substrat angeordnet ist und eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist, wobei der Sensitivabschnitt ein Magnetfeld durch einen magnetischen Impedanzeffekt erfasst, wobei der Sensitivabschnitt eine Weichmagnetmaterialschicht (Weichmagnetmaterialschicht 102), die aus einem Weichmagnetmaterial mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung besteht und das Magnetfeld erfasst, und eine zwischen dem Substrat und der Weichmagnetmaterialschicht laminierte sekundäre Weichmagnetmaterialschicht (Vorbeschichtungsschicht 101) enthält, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einem Weichmagnetmaterial mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Weichmagnetmaterialschicht bildenden Weichmagnetmaterial besteht.
(2) Der in (1) beschriebene Magnetsensor, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht eine Dicke von weniger als oder gleich 30 % einer Dicke der Weichmagnetmaterialschicht aufweist.
(3) Der in (1) oder (2) beschriebene Magnetsensor, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht eine Dicke von mehr als oder gleich 5 nm aufweist.
(4) Der in einem der Punkte (1) bis (3) beschriebene Magnetsensor, wobei mindestens ein Sensitivelement mehrere Sensitivabschnitte umfasst, die in der Querrichtung mit einem Spalt zwischen zwei benachbarten der Sensitivabschnitte angeordnet sind, wobei jeder der Sensitivabschnitte die Weichmagnetmaterialschicht und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht enthält.
(5) Der in einem der Punkte (1) bis (4) beschriebene Magnetsensor, wobei der mindestens eine Sensitivabschnitt die mehreren Weichmagnetmaterialschichten laminiert enthält, wobei zwei der Weichmagnetmaterialschichten eine Leiterschicht (Leiterschicht 104) mit einer höheren Leitfähigkeit als die Weichmagnetmaterialschicht sandwichartig einschließen, und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht zwischen dem Substrat und einer der mehreren Weichmagnetmaterialschichten, die dem Substrat am nächsten ist (erste Weichmagnetmaterialschicht 102a), laminiert ist.
(6) Der in (5) beschriebene Magnetsensor, wobei der mindestens eine Sensitivabschnitt eine weitere sekundäre Weichmagnetmaterialschicht (zweite Vorbeschichtungsschicht 101b) zwischen der Leiterschicht und einer der mehreren Weichmagnetmaterialschichten, die der Leiterschicht am nächsten ist, enthält, wobei die weitere sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einem Weichmagnetmaterial mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Weichmagnetmaterialschicht bildenden Weichmagnetmaterial besteht.
(7) Der in einem der Punkte (1) bis (6) beschriebene Magnetsensor, wobei der mindestens eine Sensitivabschnitt die mehreren Weichmagnetmaterialschichten und eine Magnetdomänenunterdrückungsschicht (Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103) zwischen zwei benachbarten der mehreren Weichmagnetmaterialschichten enthält, wobei die Magnetdomänenunterdrückungsschicht die Erzeugung einer magnetischen Schließdomäne in den Weichmagnetmaterialschichten unterdrückt und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht zwischen dem Substrat und einer der mehreren Weichmagnetmaterialschichten, die dem Substrat am nächsten liegt, laminiert ist.
(8) Der in einem der Punkte (1) bis (7) beschriebene Magnetsensor, wobei die Weichmagnetmaterialschicht aus einer amorphen Legierung besteht, die Co, Nb und Zr enthält, und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einer amorphen Legierung besteht, die Co, Nb und Zr enthält, wobei die amorphe Legierung für die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht ein kleines Nb-Verhältnis im Vergleich zu der die Weichmagnetmaterialschicht bildenden amorphen Legierung aufweist.
(9) Der in einem der Punkte (1) bis (7) beschriebene Magnetsensor, wobei die Weichmagnetmaterialschicht aus einer amorphen Legierung auf Co-Basis besteht und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einer amorphen Legierung auf Co-Basis mit einer großen Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu der die Weichmagnetmaterialschicht bildenden amorphen Legierung besteht.
(10) Der in (7) beschriebene Magnetsensor, wobei die Magnetdomänenunterdrückungsschicht aus Ru, CrTi, AlTi, CrB, CrTa, CoW, NiP oder SiO₂ besteht.

(11) Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors, umfassend: Ausbilden einer Unterschicht (Vorbeschichtungsschicht 101) durch Laminieren eines Weichmagnetmaterials mit einer vorbestimmten Sättigungsmagnetisierung auf eine Oberfläche eines Substrats (Substrat 10A) durch Magnetronsputtern; Ausbilden einer Weichmagnetmaterialschicht (Weichmagnetmaterialschicht 102) mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer vorbestimmten Richtung durch Laminieren eines Weichmagnetmaterials auf die Unterschicht durch Magnetronsputtern, wobei das Weichmagnetmaterial für die Weichmagnetmaterialschicht eine kleine Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Unterschicht bildenden Weichmagnetmaterial aufweist; und Ausbilden mehrerer Sensitivelemente (Sensitivelemente 30) an einem Abschnitt der Weichmagnetmaterialschicht, wo die uniaxiale magnetische Anisotropie verliehen wird, wobei die mehreren Sensitivelemente ein Magnetfeld erfassen.
(12) Eine Sensitivelementanordnung, die Folgendes umfasst: ein Substrat (Substrat 10A); und mehrere Sensitivelemente (Sensitivelemente 30), die jeweils mindestens einen Sensitivabschnitt (Sensitivabschnitt 31) aufweisen, der auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist, wobei der Sensitivabschnitt ein Magnetfeld durch einen magnetischen Impedanzeffekt erfasst, wobei der Sensitivabschnitt in jedem der Sensitivelemente eine Weichmagnetmaterialschicht (Weichmagnetmaterialschicht 102), die aus einem Weichmagnetmaterial mit einer uniaxiale magnetische Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung besteht und das Magnetfeld abtastet, und eine zwischen dem Substrat und der Weichmagnetmaterialschicht laminierte sekundäre Weichmagnetmaterialschicht (Vorbeschichtungsschicht 101) enthält, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einem Weichmagnetmaterial mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Weichmagnetmaterialschicht bildenden Weichmagnetmaterial besteht.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verringert die Unterschiede in den magnetischen Eigenschaften zwischen mehreren Sensitivelementen oder mehreren Magnetsensoren, die aus demselben Substrat bestehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher beschrieben, wobei:

1 zeigt ein spezifisches Beispiel eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform, wobei 1 eine Draufsicht ist;
2 zeigt ein spezifisches Beispiel eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform, wobei 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 ist;
3 zeigt die Beziehung zwischen einem in Längsrichtung eines Sensitivabschnitts eines Sensitivelements angelegten Magnetfeld und der Impedanz des Sensitivelements;
4A bis 4C zeigen ein spezielles Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors;
5Abis 5C zeigen ein weiteres spezifisches Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors;
6 zeigt ein spezielles Beispiel für die Anordnung mehrerer von Sensitivelemente auf einem scheibenförmigen Substrat;
7 zeigt ein spezifisches Beispiel für die Konfiguration einer Sputtervorrichtung, die für die Abscheidung der einzelnen Schichten verwendet wird;
8 zeigt die Konfiguration eines Magnetkreises in der Sputtervorrichtung;
9A und 9B zeigen jeweils ein spezifisches Beispiel für einen Zustand der magnetischen Kraftlinien, die durch einen Magnetkreis erzeugt werden und durch die Oberfläche des Substrats verlaufen, wenn die Weichmagnetmaterialschichten in der Sputtervorrichtung abgeschieden werden;
10 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetsensors, der eine Modifikation darstellt;
11A und 11B sind Querschnittsansichten von Magnetsensoren, die andere Modifikationen darstellen;
12 zeigt die Beziehung zwischen der Position des Sensitivelements des Magnetsensors auf dem Substrat vor dem Schneiden und dem maximalen Impedanzwert des Magnetsensors in jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel;
13 zeigt eine Beziehung zwischen der Position des Sensitivelements des Magnetsensors auf dem Substrat vor dem Schneiden und dem Vormagnetisierungsfeld des Magnetsensors in jedem der Beispiele und dem Vergleichsbeispiel; und
14 zeigt eine Beziehung zwischen der Position des Sensitivelements des Magnetsensors auf dem Substrat vor dem Schneiden und dem Betrag der Änderung der Impedanz pro Magnetfeldeinheit im Vormagnetisierungsfeld des Magnetsensors in jedem der Beispiele und dem Vergleichsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Konfiguration eines Magnetsensors 1)
1 und 2 zeigen ein spezifisches Beispiel eines Magnetsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei 1 eine Draufsicht und 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst der Magnetsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein nichtmagnetisches Substrat 10 und ein Sensitivelement 30, das auf dem Substrat 10 angeordnet ist und Weichmagnetmaterialschichten zur Erfassung eines Magnetfeldes enthält. Eine Querschnittsstruktur des in 2 dargestellten Magnetsensors 1 wird in den folgenden Abschnitten detailliert beschrieben.
Ein Weichmagnetmaterial ist ein sogenanntes Material mit niedriger Koerzitivfeldstärke, das durch ein äußeres Magnetfeld leicht magnetisierbar ist, aber nach Entfernen des äußeren Magnetfeldes schnell in einen nicht oder nur schwach magnetisierten Zustand zurückkehrt.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine planare Struktur des Magnetsensors 1 beschrieben. Der Magnetsensor 1 hat zum Beispiel eine viereckige, ebene Form. Jede Seite der ebenen Form des Magnetsensors 1 hat eine Länge von mehreren Millimetern. Die Länge einer Seite des Magnetsensors 1 kann zum Beispiel zwischen 1 mm und 10 mm betragen. Es ist zu beachten, dass die Größe der ebenen Form des Magnetsensors 1 beliebige andere Werte haben kann. Auch kann der Magnetsensor 1 jede andere ebene Form als Vierecke haben.
Das auf dem Substrat 10 angeordnete Sensitivelement 30 wird nun beschrieben. Das Sensitivelement 30 umfasst mehrere Sensitivabschnitte 31, die jeweils eine streifenförmige, ebene Form mit Längs- und Querrichtungen aufweisen. In 1 entspricht eine Links-Rechts-Richtung auf der Seite der Längsrichtung des Sensitivelements 30, und eine Oben-Unten-Richtung auf der Seite entspricht der Querrichtung des Sensitivelements 30. Die mehreren Sensitivabschnitte 31 sind so angeordnet, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander verlaufen und in der Querrichtung ein Spalt dazwischen liegt. Das Sensitivelement 30 umfasst: Verbindungsabschnitte 32, die jeweils benachbarte Sensitivabschnitte 31 seriell in einem Schlangenmuster verbinden; und Anschlussabschnitte 33, die mit elektrischen Drähten zur elektrischen Stromversorgung verbunden sind.
Das in 1 dargestellte Sensitivelement 30 hat zwar vierundzwanzig Sensitivabschnitte 31, aber die Anzahl der Sensitivabschnitte 31 ist nicht auf vierundzwanzig beschränkt.
Die Sensitivabschnitte 31 in der vorliegenden Ausführungsform erfassen ein Magnetfeld oder Änderungen des Magnetfelds, um einen magnetischen Impedanzeffekt zu erzeugen. Mit anderen Worten werden in den Sensitivabschnitten 31 das Magnetfeld oder Änderungen des Magnetfelds anhand von Änderungen der Impedanz des Sensitivelements 30 gemessen, in dem die Sensitivabschnitte 31 in Reihe geschaltet sind. Im Folgenden kann die Impedanz des Sensitivelements 30 als Impedanz des Magnetsensors 1 bezeichnet werden.
Jeder Verbindungsabschnitt 32 ist zwischen den Enden der jeweiligen benachbarten Sensitivabschnitte 31 angeordnet, um die jeweiligen benachbarten Sensitivabschnitte 31 serienmäßig in einem Schlangenmuster zu verbinden.
Die Anschlussabschnitte 33 (Anschlussabschnitte 33a, 33b) sind an zwei jeweiligen Enden der Sensitivabschnitte 31 angeordnet, die nicht mit einem Verbindungsabschnitt 32 verbunden sind. Die Anschlussabschnitte 33 dienen als Kontaktflächen, die mit elektrischen Drähten für die Stromzufuhr verbunden werden. Die Anschlussabschnitte 33 können eine Größe haben, die den Anschluss der elektrischen Drähte ermöglicht. Während die Anschlussabschnitte 33 (Anschlussabschnitte 33a, 33b) auf der Seite von 1 auf der rechten Seite angeordnet sind, können beide Anschlussabschnitte 33 auf der linken Seite angeordnet sein, oder einer und der andere der Anschlussabschnitte 33 können jeweils auf der rechten und linken Seite angeordnet sein.
Hier ist die Länge des Sensitivabschnitts 31 in Längsrichtung als Länge L definiert. Die Breite des Sensitivabschnitts 31 in Querrichtung ist als Breite W definiert. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Sensitivabschnitten 31 ist als Abstand G definiert. Beispielsweise beträgt die Länge L des Sensitivabschnitts 31 zwischen 1 mm und 10 mm, die Breite W zwischen 10 µm und 150 µm und der Spalt G zwischen 10 µm und 150 µm. Man beachte, dass die Größe (Länge L, Breite W, Dicke usw.) jedes Sensitivabschnitts 31, die Anzahl der Sensitivabschnitte 31, der Spalt G zwischen den Sensitivabschnitten 31 und andere Parameter in Abhängigkeit von der Größe des zu erfassenden (d. h. zu messenden) Magnetfelds und anderen Faktoren festgelegt werden können.
In 2 wird nun ein Querschnitt des Magnetsensors 1 beschrieben.
Das Substrat 10 besteht aus einem nichtmagnetischen Material. Spezifische Beispiele für das Substrat 10 sind ein Oxid-Substrat wie Glas und Saphir, ein Halbleitersubstrat wie Silizium und ein Metallsubstrat wie Aluminium, rostfreier Stahl und ein mit Nickelphosphor beschichtetes Metall. Wenn das Substrat 10 eine hohe Leitfähigkeit aufweist, kann auf der Oberfläche des Substrats 10, auf der das Sensitivelement 30 angeordnet werden soll, eine Isolierschicht angebracht werden, die eine elektrische Isolierung zwischen dem Substrat 10 und dem Sensitivelement 30 bildet. Spezifische Beispiele für Isolatoren, die die Isolatorschicht bilden, umfassen Oxide wie SiO₂, Al₂O₃, und TiO₂, und Nitride wie Si₃N₄ und AlN. Hier wird das Substrat 10 als Glassubstrat beschrieben.
Das Sensitivelement 30 enthält beispielsweise vier Weichmagnetmaterialschichten 102 (eine erste Weichmagnetmaterialschicht 102a, eine zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, eine dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c, eine vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d) in dieser Reihenfolge von der zum Substrat 10 nächstgelegenen bis zur vom Substrat 10 am weitesten entfernten Schicht. Zwischen dem Substrat 10 und der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a enthält das Sensitivelement 30 eine Vorbeschichtungsschicht 101, die aus einem Weichmagnetmaterial besteht, dessen Sättigungsmagnetisierung Ms größer ist als die Sättigungsmagnetisierung des Weichmagnetmaterials, das die Weichmagnetmaterialschichten 102 bildet. Zwischen der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a und der zweiten Weichmagnetmaterialschicht 102b enthält das Sensitivelement 30 ferner eine erste Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a, um die Erzeugung von magnetischen Schließdomänen in der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a und der zweiten Weichmagnetmaterialschicht 102b zu unterdrücken. Zwischen der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c und der vierten Weichmagnetmaterialschicht 102d enthält das Sensitivelement 30 ferner eine zweite Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103b, um die Erzeugung von Schließmagnetdomänen in der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c und der vierten Weichmagnetmaterialschicht 102d zu unterdrücken. Das Sensitivelement 30 umfasst ferner eine Leiterschicht 104 zwischen der zweiten Weichmagnetmaterialschicht 102b und der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c, um den Widerstand (hier den elektrischen Widerstand) des Sensitivelements 30 zu verringern. In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform werden die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a, die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c und die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d gemeinsam als Weichmagnetmaterialschichten 102 bezeichnet, sofern die Unterscheidung nicht notwendig ist. In ähnlicher Weise werden die erste Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a und die zweite Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103b gemeinsam als Magnetdomänenunterdrückungsschichten 103 bezeichnet, sofern die Unterscheidung nicht notwendig ist.
Jede Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht aus einem Weichmagnetmaterial aus einer amorphen Legierung, die einen magnetischen Impedanzeffekt erzeugt. Die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Weichmagnetmaterial aus einer amorphen Legierung auf Co-Basis (im Folgenden als Co-Legierung bezeichnet, aus der die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht). Wie später beschrieben wird, ist die Sättigungsmagnetisierung (im Folgenden als Sättigungsmagnetisierung Ms bezeichnet) in der Co-Legierung, aus der die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, im Vergleich zu dem Weichmagnetmaterial, aus dem die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, gering. Als eine solche Co-Legierung, die die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet, wird vorzugsweise eine amorphe Legierung verwendet, die auf Co basiert und mit dem hochschmelzenden Metall Nb, Ta, W oder ähnlichem versetzt ist. Konkrete Beispiele für Materialien für die Co-Legierung, aus der die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, sind beispielsweise CoNbZr, CoFeTa, CoWZr, CoFeCrMnSib.
Zum Beispiel hat jede Weichmagnetmaterialschicht 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a, die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c, die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d) eine Dicke von 100 nm bis 1 µm. Die Dicke der einzelnen Weichmagnetmaterialschichten 102 kann gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.
Die Weichmagnetmaterialschichten 102 weisen eine uniaxiale magnetische Anisotropie in einer Richtung auf, die die Längsrichtung schneidet, z. B. die Querrichtung (die Auf-Ab-Richtung in 1). Man beachte, dass die Richtung, die die Längsrichtung schneidet, eine Richtung sein kann, die einen Winkel von mehr als 45 Grad und weniger als oder gleich 90 Grad in Bezug auf die Längsrichtung aufweist. Obwohl Einzelheiten später beschrieben werden, kann diese Vermittlung der uniaxialen magnetischen Anisotropie der Weichmagnetmaterialschichten 102 durch ein Magnetron-Sputter-Verfahren erfolgen, indem die Weichmagnetmaterialschichten 102 aufgebracht werden.
Die Vorbeschichtungsschicht 101 ist ein spezifisches Beispiel für eine sekundäre Weichmagnetmaterialschicht oder eine Unterschicht. Obwohl die Einzelheiten später beschrieben werden, ist die Vorbeschichtungsschicht 101 so angeordnet, dass sie die Eigenschaftsunterschiede zwischen den mehreren Magnetsensoren 1, die aus einem einzigen Substrat 10A (siehe 4A, 6 usw. unten) gebildet werden, oder zwischen den mehreren Sensitivabschnitten 31 in dem Sensitivelement 30 jedes Magnetsensors 1 verringert.
Die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht aus einem Weichmagnetmaterial mit einer großen Sättigungsmagnetisierung Ms im Vergleich zu dem Weichmagnetmaterial, aus dem die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht.
Im Allgemeinen werden mehrere magnetische Domänen mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen in dem Weichmagnetmaterial gebildet, das die Vorbeschichtungsschicht 101 und die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet. Wenn ein externes Magnetfeld zunimmt, bewegen sich die Wände der magnetischen Domäne im Weichmagnetmaterial, und ein Bereich der magnetischen Domäne, dessen Magnetisierungsrichtung mit der Richtung des externen Magnetfeldes übereinstimmt, nimmt zu, während ein Bereich der magnetischen Domäne, dessen Magnetisierungsrichtung der Richtung des externen Magnetfeldes entgegengesetzt ist, abnimmt. Wenn das äußere Magnetfeld weiter zunimmt, findet eine Magnetisierungsrotation in der magnetischen Domäne statt, deren Magnetisierungsrichtung sich von der Richtung des äußeren Magnetfeldes unterscheidet, wobei die Magnetisierungsrichtung dieser Domäne in dieselbe Richtung wie das äußere Magnetfeld ausgerichtet ist. Schließlich verschwindet die magnetische Domänenwand, die zwischen benachbarten magnetischen Domänen bestanden hat, und die benachbarten magnetischen Domänen vereinigen sich zu einer magnetischen Domäne (einer einzigen magnetischen Domäne).
Im Weichmagnetmaterial wird der Zustand, in dem die magnetischen Domänenwände aufgrund eines Magnetfeldes verschwunden sind, als Sättigungsmagnetisierung bezeichnet. Die Magnetisierung des Weichmagnetmaterials im gesättigten Zustand wird als Sättigungsmagnetisierung Ms bezeichnet.
Die Sättigungsmagnetisierung Ms des Weichmagnetmaterials, aus dem die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, kann beispielsweise in einem Bereich von mehr als oder gleich 200 emu/cc und weniger als oder gleich 1100 emu/cc liegen.
Die Differenz zwischen der Sättigungsmagnetisierung Ms des Weichmagnetmaterials, aus dem die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, und der Sättigungsmagnetisierung Ms des Weichmagnetmaterials, aus dem die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, kann beispielsweise im Bereich von mehr als oder gleich 100 emu/cc und weniger als oder gleich 600 emu/cc liegen, allerdings in Abhängigkeit von der Art usw. des Weichmagnetmaterials, aus dem die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht.
Die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Weichmagnetmaterial aus einer amorphen Legierung auf Co-Basis, deren Sättigungsmagnetisierung Ms im Vergleich zu der Co-Legierung, die die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet, groß ist (im Folgenden als Co-Legierung bezeichnet, die die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet). Als eine solche Co-Legierung, die die Vorbeschichtungsschicht 101 bildet, wird wie bei der Weichmagnetmaterialschicht 102 vorzugsweise eine amorphe Legierung verwendet, die auf Co basiert und mit dem hochschmelzenden Metall Nb, Ta, W oder ähnlichem versetzt ist. Konkrete Beispiele für die Co-Legierung, aus der die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, sind CoNbZr, CoFeTa und CoWZr.
Die Art des Metalls, das in der Co-Legierung enthalten ist, aus der die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, kann gleich oder verschieden von der Art des Metalls sein, das in der Co-Legierung enthalten ist, aus der die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, solange die Sättigungsmagnetisierung Ms die oben beschriebene Beziehung erfüllt.
CoNbZr, ein Beispiel für die Co-Legierung, aus der die Vorbeschichtungsschicht 101 oder die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, hat die Eigenschaft, dass die Sättigungsmagnetisierung Ms mit abnehmendem Nb-Verhältnis zunimmt.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform CoNbZr als Co-Legierung, aus der die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, und als Co-Legierung, aus der die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, verwendet wird, ist das Nb-Verhältnis in CoNbZr, aus dem die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, kleiner als das in CoNbZr, aus dem die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht. Dadurch ist die Sättigungsmagnetisierung Ms von CoNbZr, das die Vorbeschichtungsschicht 101 bildet, im Vergleich zu CoNbZr, das die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet, groß.
Als CoNbZr, das die Vorbeschichtungsschicht 101 bildet, kann zum Beispiel Co Nb Zr₈₀₁₅₅ mit 15 at% Nb und 5 at% Zr mit dem Rest Co (das als Co15Nb5Zr bezeichnet werden kann, mit einer Sättigungsmagnetisierung Ms von 790 emu/cc) verwendet werden. Als CoNbZr, das die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet, kann zum Beispiel Co₇₉Nb₁₈Zr₃ verwendet werden, das 18 at% Nb und 3 at% Zr mit dem Rest Co enthält (das als Co18Nb3Zr bezeichnet werden kann, mit einer Sättigungsmagnetisierung Ms von 520 emu/cc).
Darüber hinaus kann als spezifisches Beispiel für die Co-Legierung, aus der die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, Co1,4Fe5Cr3,6Mn13,8Si9,5B (Sättigungsmagnetisierung von 400 emu/cc) verwendet werden, die 1,4 Atom-% Fe, 5 Atom-% Cr, 3,6 Atom-% Mn, 13,8 Atom-% Si und 9,5 Atom-% B enthält, wobei der Rest aus Co besteht. Wenn Co1,4Fe5Cr3,6Mn13,8Si9,5B als die Co-Legierung verwendet wird, die die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet, können Co18Nb3Zr, Co17Nb3Zr usw. als die Co-Legierung verwendet werden, die die Vorbeschichtungsschicht 101 bildet.
Bei CoFeCrMnSiB, das ein spezifisches Beispiel für die Co-Legierung ist, aus der die Weichmagnetmaterialschicht 102 besteht, ist die Sättigungsmagnetisierung Ms umso größer, je höher das Fe-Verhältnis oder je niedriger die Verhältnisse von Cr, Mn, Si und B sind. Wenn daher Co1.4Fe5Cr3.6Mn13.8Si9.5B als Co-Legierung verwendet wird, die die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet, kann daher eine CoFeCrMnSiB-Legierung mit einem großen Fe-Verhältnis oder mindestens einem der Cr-, Mn-, Si- und B-Verhältnisse, das im Vergleich zu Co1.4Fe5Cr3.6Mn13.8Si9.5B klein ist, als Co-Legierung verwendet werden, die die Vorbeschichtungsschicht 101 bildet. Die Co-Legierung, aus der die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, kann eine Co-Legierung sein, bei der eines der Verhältnisse von Cr, Mn, Si und B Null ist (d.h. die kein Cr, Mn, Si und B enthält).
Die Dicke der Vorbeschichtungsschicht 101 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 30 % der Dicke der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a, die die auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminierte Weichmagnetmaterialschicht 102 ist, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 15 %. Wenn die Dicke der Vorbeschichtungsschicht 101 mehr als 30 % der Dicke der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a beträgt, kann die Wirkung der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a zur Erfassung des Magnetfeldes oder von Änderungen des Magnetfeldes beeinträchtigt werden. In diesem Fall besteht die Gefahr einer Verringerung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 1.
Darüber hinaus ist die Dicke der Vorbeschichtungsschicht 101 vorzugsweise größer oder gleich 5 nm, und noch bevorzugter größer oder gleich 15 nm. Wenn die Dicke der Vorbeschichtungsschicht 101 weniger als 5 nm beträgt, kann die Wirkung der Vorbeschichtungsschicht 101 zur Verringerung des Eigenschaftsunterschieds zwischen mehreren Magnetsensoren 1, die unter Verwendung eines einzigen Substrats 10A (siehe 6 unten) gebildet wurden, oder zwischen mehreren Sensitivabschnitten 31 in dem Sensitivelement 30 jedes Magnetsensors 1 unzureichend sein.
Jede Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 unterdrückt die Bildung magnetischer Schließungsdomänen in den entsprechenden oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 102, die die Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 einschließen.
Wie oben beschrieben, werden in den Weichmagnetmaterialschichten 102 oft mehrere magnetische Domänen mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen gebildet. Dies führt zur Bildung von geschlossenen magnetischen Domänen, die eine ringförmige Magnetisierungsrichtung aufweisen. Wenn die magnetischen Schließungsdomänen gebildet werden, tritt ein Barkhausen-Effekt auf, wenn sich die magnetische Domänenwand bewegt, wenn das externe Magnetfeld größer wird, wodurch sich die magnetischen Domänenwände, die die magnetischen Schließungsdomänen bilden, schrittweise und diskontinuierlich bewegen. Die diskontinuierlichen Bewegungen der magnetischen Domänenwände würden ein Rauschen im Magnetsensor 1 erzeugen, das das S/N-Verhältnis der vom Magnetsensor 1 erhaltenen Ausgabe verringern kann.
Jede Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 unterdrückt die Bildung mehrerer Magnetdomänen mit kleinen Flächen in den entsprechenden Weichmagnetmaterialschichten 102 auf und unter der Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103. Dies unterdrückt die Bildung der Abschlussmagnetdomänen, was wiederum das Rauschen unterdrückt, das andernfalls durch diskontinuierliche Bewegungen der Magnetdomänenwände erzeugt werden könnte. Man beachte, dass die Magnetdomänenunterdrückungsschichten 103 zumindest dazu dienen können, die Anzahl der gebildeten Magnetdomänen zu verringern, d. h. die Größe jeder Magnetdomäne im Vergleich zu einem Fehlen der Magnetdomänenunterdrückungsschichten 103 zu erhöhen.
Spezifische Beispiele für Materialien für diese Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 sind nichtmagnetische Materialien wie Ru und SiO₂ und nichtmagnetische amorphe Metalle wie CrTi, AlTi, CrB, CrTa, CoW und NiP. Die magnetischen Domänenunterdrückungsschichten 103 haben eine Dicke von z. B. 10 nm bis 100 nm.
Die Leiterschicht 104 verringert den Widerstand des Sensitivelements 30. Insbesondere ist die Leiterschicht 104 leitfähiger als die Weichmagnetmaterialschichten 102 und verringert den Widerstand des Sensitivelements 30 im Vergleich zu einer Abwesenheit der Leiterschicht 104. Das Magnetfeld oder jegliche Änderungen im Magnetfeld, die durch das Sensitivelement 30 erfasst werden, werden als eine Änderung der Impedanz (im Folgenden als Impedanz Z bezeichnet) gemessen, wenn ein Wechselstrom zwischen den beiden Anschlussabschnitten 33a, 33b fließt. Im Folgenden wird eine solche Änderung der Impedanz Z als ΔZ bezeichnet. In diesem Zusammenhang entspricht eine höhere Frequenz des angelegten Wechselstroms einer größeren Änderungsrate der Impedanz Z im Verhältnis zur Änderung des äußeren Magnetfelds (im Folgenden als ΔH bezeichnet). Im Folgenden wird eine solche Änderungsrate der Impedanz Z relativ zu ΔH als Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH bezeichnet. Erhöht man jedoch die Frequenz des Wechselstroms in Abwesenheit der Leiterschicht 104, würde die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH aufgrund der schwebenden Kapazität des Magnetsensors 1 sinken. Genauer gesagt kann unter der Annahme, dass der Widerstand des Sensitivelements 30 R ist, die schwebende Kapazität C ist und das Sensitivelement 30 eine Parallelschaltung des Widerstands R und der schwebenden Kapazität C ist, eine Relaxationsfrequenz f₀ des Magnetsensors 1 durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt werden.

[Ausdruck 1] $f_{0} = \frac{1}{2 π R C}$
Wie aus Ausdruck (1) ersichtlich, entspricht eine größere schwebende Kapazität C einer kleineren Relaxationsfrequenz f₀. Wenn die Frequenz des Wechselstroms höher ist als die Relaxationsfrequenz f₀, würde die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH also abnehmen. Um dies zu vermeiden, ist die Leiterschicht 104 vorgesehen, um den Widerstand R des Sensitivelements 30 zu verringern und dadurch die Relaxationsfrequenz f₀ zu erhöhen.
Die Leiterschicht 104 besteht vorzugsweise aus einem hochleitfähigen Metall oder einer hochleitfähigen Legierung, und noch bevorzugter aus einem hochleitfähigen und nichtmagnetischen Metall oder einer nichtmagnetischen Legierung. Spezifische Beispiele für Materialien für die Leiterschicht 104 umfassen Metalle wie Al, Cu, Ag und Au. Die Leiterschicht 104 hat eine Dicke von z.B. 10 nm bis 1 µm. Die Leiterschicht 104 kann zumindest dazu dienen, den Widerstand des Sensitivelements 30 im Vergleich zu einer Abwesenheit der Leiterschicht 104 zu verringern.
Die obere und die untere Schicht aus Weichmagnetmaterial 102, die die entsprechende Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 einschließen, und die obere und die untere Schicht aus Weichmagnetmaterial 102, die die Leiterschicht 104 einschließen, sind antiferromagnetisch miteinander gekoppelt (AFC). Die antiferromagnetische Kopplung der unteren und oberen Weichmagnetmaterialschichten 102 unterdrückt ein entmagnetisierendes Feld und trägt zur Verbesserung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 1 bei.
(Vorgänge des Sensitivelements 30)
Die Funktionen des Sensitivelements 30 werden nun beschrieben.
3 zeigt die Beziehung zwischen einem Magnetfeld H, das in der Längsrichtung (der Links-Rechts-Richtung in 1) des Sensitivabschnitts 31 des Sensitivelements 30 angelegt wird, und der Impedanz Z des Sensitivelements 30. In 3 stellt die horizontale Achse das Magnetfeld H und die vertikale Achse die Impedanz Z dar. Man beachte, dass die Impedanz Z gemessen wird, indem ein Wechselstrom zwischen den in 1 dargestellten Anschlussabschnitten 33a, 33b des Sensitivelements 30 fließt.
Wie in 3 gezeigt, steigt die Impedanz Z des Sensitivelements 30 mit einer Zunahme des in Längsrichtung des Sensitivabschnitts 31 angelegten Magnetfeldes H. Sobald das angelegte Magnetfeld H größer wird als ein anisotropes Magnetfeld Hk, beginnt die Impedanz Z des Sensitivelements 30 zu sinken. Durch die Verwendung eines Abschnitts, in dem der Betrag der Änderung ΔZ der Impedanz Z relativ zum Betrag der Änderung ΔH des Magnetfelds H groß ist, nämlich eines Abschnitts, in dem die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH innerhalb des Bereichs, in dem das angelegte Magnetfeld H kleiner als das anisotrope Magnetfeld Hk ist, steil (groß) ist, kann eine geringfügige Änderung des Magnetfelds H als der Betrag der Änderung ΔZ der Impedanz Z extrahiert werden. In 3 wird die Mitte des Teils des Magnetfelds H, in dem die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH groß ist, als Magnetfeld Hb bezeichnet. Das heißt, der Betrag der Änderung ΔH des Magnetfeldes H im oder in der Nähe des Magnetfeldes Hb (in dem durch eine doppelte Pfeillinie in 3 dargestellten Bereich) kann mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Hier ist ein Wert, der durch Division eines Betrags der Impedanzänderung Zmax pro Magnetfeldeinheit in dem Bereich, in dem der Betrag der Änderung ΔZ der Impedanz Z am steilsten ist (die Impedanzänderungsrate ΔZ/ΔH ist am größten), d. h. im Magnetfeld Hb, durch die Impedanz Z im Magnetfeld Hb (im Folgenden als Impedanz Zb bezeichnet) erhalten wird, die Empfindlichkeit (Zmax/Zb). Eine höhere Empfindlichkeit Zmax/Zb führt zu einem größeren magnetischen Impedanzeffekt, der die Messung des Magnetfeldes oder von Änderungen des Magnetfeldes erleichtert. Mit anderen Worten: Eine steilere Änderung der Impedanz Z im Verhältnis zum Magnetfeld H entspricht einer höheren Empfindlichkeit Zmax/Zb. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass ein Maximalwert MAX der Impedanz Z, der ein Wert der Impedanz Z im anisotropen Magnetfeld Hk ist, und der Betrag der Impedanzänderung Zmax pro Magnetfeldeinheit in einem Vormagnetisierungsfeld Hb groß sind.
Bei der Verwendung des Magnetsensors 1 der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise ein Magnetfeld, das durch das Durchleiten eines elektrischen Stroms durch eine Spule erzeugt wird, als Vormagnetisierungsfeld angelegt, so dass magnetische Flüsse durch die Sensitivabschnitte 31 des Sensitivelements 30 in Längsrichtung dringen. Nachfolgend kann das Magnetfeld Hb als Vormagnetisierungsfeld Hb bezeichnet werden.
(Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors)
In der vorliegenden Ausführungsform werden beispielsweise mehrere Sensitivelemente 30 auf einem scheibenförmigen Substrat 10A gebildet (siehe 4A, 6 usw. unten), und dann wird das Substrat 10A geschnitten, um mehrere Magnetsensoren 1 mit jeweils einem Sensitivelement 30 zu erhalten. Nachfolgend wird ein spezifisches Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors 1 konkret beschrieben. Im Folgenden wird das scheibenförmige Substrat 10A vor dem Schneiden in die einzelnen Magnetsensoren 1 einfach als Substrat 10A bezeichnet.
4A bis 4C und 5A bis 5C illustrieren spezifische Beispiele des Verfahrens zur Herstellung des Magnetsensors 1. 4A bis 4C und 5A bis 5C konzentrieren sich auf einen Magnetsensor 1, der aus einem einzigen Substrat 10A hergestellt wird. 4A bis 4C und 5A bis 5C entsprechen der in 2 dargestellten Querschnittsansicht des Magnetsensors 1. Man beachte, dass 4A bis 4C und 5A bis 5C die repräsentativen Prozesse des Verfahrens zur Herstellung des Magnetsensors 1 zeigen, die in der Reihenfolge von 4A bis 4C und 5A bis 5C ablaufen. Das Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors 1 kann auch andere Verfahren umfassen.
Zunächst wird, wie in 4A gezeigt, ein Resistmuster 201 auf einer der Oberflächen (im Folgenden als die vordere Oberfläche bezeichnet) des scheibenförmigen Substrats 10A gebildet. Insbesondere wird nach dem Waschen des Substrats 10A durch das bekannte Fotolithografieverfahren auf der Vorderseite des Substrats 10A ein Fotolackmuster (ein Resistmuster) 201 gebildet, das einen Bereich aufweist, in dem das Sensitivelement 30 ausgebildet ist und als Öffnung dient.
6 zeigt ein spezielles Beispiel für die Anordnung der mehreren Sensitivelemente 30, die auf dem scheibenförmigen Substrat 10A ausgebildet sind. 6 zeigt die Positionen, die den Magneten 331 und 332 (siehe 7, die später beschrieben werden) der Zerstäubungsvorrichtung 300 (siehe 7) entsprechen, wenn das Substrat 10A in der Zerstäubungsvorrichtung 300 durch gestrichelte Linien angeordnet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Resistmuster 201 so ausgebildet, dass die mehreren Sensitivelemente 30 in der in 6 gezeigten Anordnung auf dem Substrat 10A ausgebildet sind. Insbesondere ist, wie in 6 gezeigt, das Resistmuster 201 so ausgebildet, dass achtzehn Reihen mit jeweils vier Sensitivelementen 30 entlang der radialen Richtung des scheibenförmigen Substrats 10A in der Umfangsrichtung des Substrats 10A angeordnet sind. Darüber hinaus ist das Resistmuster 201 so ausgebildet, dass die zweiundsiebzig Sensitivelemente 30 auf dem scheibenförmigen Substrat 10A angeordnet sind. Außerdem ist das Resistmuster 201 so ausgebildet, dass die radiale Richtung des Substrats 10A in der Querrichtung jedes Sensitivelements 30 liegt.
In dem in 6 dargestellten Beispiel sind die Sensitivelemente 30 nicht in der Mitte des Substrats 10A in der Nähe des in der Sputtervorrichtung 300 angeordneten Magneten 332 ausgebildet. Mit anderen Worten befinden sich die achtzehn Sensitivelemente 30, die in der Nähe des inneren Umfangs der mehreren Sensitivelemente 30 ausgebildet sind, in einem vorbestimmten Abstand von der Mitte des scheibenförmigen Substrats 10A.
Als nächstes wird das Substrat 10A, auf dem das Resistmuster 201 ausgebildet ist, auf der Sputtervorrichtung 300 angeordnet. Dann wird die Sputtervorrichtung 300 verwendet, um die Vorbeschichtungsschicht 101, die Weichmagnetmaterialschichten 102, die Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 und die Leiterschicht 104 auf dem Substrat 10A abzuscheiden.
Zunächst wird, wie in 4B gezeigt, die Vorbeschichtungsschicht 101 auf dem Substrat 10A abgeschieden. Insbesondere wird in der Sputtervorrichtung 300 die Vorbeschichtungsschicht 101 auf dem Substrat 10A unter Verwendung eines Targets (ein Target 322, das später beschrieben wird) aus einem Weichmagnetmaterial abgeschieden. Das Weichmagnetmaterial hat eine Sättigungsmagnetisierung Ms, die größer ist als die der Co-Legierung, die die Weichmagnetmaterialschicht 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a) bildet, und das Weichmagnetmaterial ist die Co-Legierung, die die Vorbeschichtungsschicht 101 bildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Vorbeschichtungsschicht 101 durch Magnetronsputtern mit der Sputtervorrichtung 300 aufgebracht. Dadurch erhält die Co-Legierung, aus der die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht, eine uniaxiale magnetische Anisotropie in radialer Richtung des Substrats 10A.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Prozess der Abscheidung der Vorbeschichtungsschicht 101 durch Magnetronsputtern unter Verwendung der Sputtervorrichtung 300 ein spezifisches Beispiel für die „Bildung einer Unterschicht“.
Anschließend wird, wie in 4C gezeigt, die Weichmagnetmaterialschicht 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a) auf die auf dem Substrat 10A gebildete Vorbeschichtungsschicht 101 aufgebracht. Insbesondere wird in der Sputtervorrichtung 300 die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a auf der Vorbeschichtungsschicht 101 unter Verwendung des aus dem Weichmagnetmaterial bestehenden Targets 322 abgeschieden. Darüber hinaus wird die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a unter Verwendung des Targets 322 abgeschieden, das aus einem Weichmagnetmaterial mit geringer Sättigungsmagnetisierung Ms im Vergleich zu dem Weichmagnetmaterial besteht, aus dem die Vorbeschichtungsschicht 101 besteht. Man beachte, dass das Weichmagnetmaterial die oben beschriebene Co-Legierung ist, die die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a durch Magnetronsputtern mit der Sputtervorrichtung 300 abgeschieden. Dadurch erhält die Co-Legierung, aus der die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a besteht, eine uniaxiale magnetische Anisotropie in radialer Richtung des Substrats 10A.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Prozess der Abscheidung der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a durch Magnetronsputtern unter Verwendung der Sputtervorrichtung 300 ein spezifisches Beispiel für die „Bildung einer Weichmagnetmaterialschicht“.
Anschließend werden auf der Weichmagnetmaterialschicht 102a die erste magnetische Domänenunterdrückungsschicht 103a, die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die Leiterschicht 104, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c, die zweite magnetische Domänenunterdrückungsschicht 103b und die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d in dieser Reihenfolge unter Verwendung der Sputtervorrichtung 300 abgeschieden, wie in 5A gezeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden ähnlich wie die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c und die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d durch Magnetronsputtern unter Verwendung der Sputtervorrichtung 300 abgeschieden; dementsprechend wird der Co-Legierung, die die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c und die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d bildet, die uniaxiale magnetische Anisotropie in der radialen Richtung des Substrats 10A verliehen.
Dann wird, wie in 5B gezeigt, das Resistmuster 201 entfernt, und die Vorbeschichtungsschicht 101, die Weichmagnetmaterialschichten 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a, die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c, die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d), die Magnetdomänenunterdrückungsschichten 103 (die erste Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a, die zweite Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103b) und die Leiterschicht 104 auf dem Resistmuster 201 werden ebenfalls entfernt (abgehoben).
So werden die mehreren Sensitivelemente 30, die aus der Vorbeschichtungsschicht 101, den Weichmagnetmaterialschichten 102 (der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a, der zweiten Weichmagnetmaterialschicht 102b, der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c, der vierten Weichmagnetmaterialschicht 102d), den Magnetdomänenunterdrückungsschichten 103 (der ersten Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a, der zweiten Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103b) und der Leiterschicht 104 bestehen, auf dem Substrat 10A gebildet. Darüber hinaus wird eine Sensitivelementanordnung mit mehreren Sensitivelementen 30, die auf dem Substrat 10A ausgebildet sind, erhalten. Die vordere Oberfläche des Substrats 10A liegt zwischen den Sensitivelementen 30 frei.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Prozess des Entfernens des Resistmusters 201 und jeder Schicht auf dem Resistmuster 201 zur Bildung der Sensitivelemente 30 ein spezifisches Beispiel für die „Bildung einer Vielzahl von Sensitivelementen“.
Anschließend werden, wie in 5C gezeigt, durch Teilen (Schneiden) des Substrats 10A in der Sensitivelementanordnung, bei der mehrere Sensitivelemente 30 auf dem Substrat 10A gebildet werden (siehe 5B), die einzelnen Magnetsensoren 1 gebildet, die jeweils das Sensitivelement 30 auf dem Substrat 10 enthalten.
Insbesondere wird das Substrat 10A, das zwischen den Sensitivelementen 30 freiliegt, so geschnitten, dass der erhaltene Magnetsensor 1 eine viereckige, ebene Form hat. Das Schneiden (Teilen) des Substrats 10A kann durch ein Würfelverfahren, ein Laserschneidverfahren usw. durchgeführt werden.
Gemäß den obigen Verfahren können mehrere Magnetsensoren 1, die jeweils das Sensitivelement 30 aufweisen, aus einem einzigen Substrat 10A hergestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, die uniaxiale magnetische Anisotropie der Vorbeschichtungsschicht 101 und den Weichmagnetmaterialschichten 102 (der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a, der zweiten Weichmagnetmaterialschicht 102b, der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c, der vierten Weichmagnetmaterialschicht 102d) durch Magnetronsputtern verliehen. Beim Magnetronsputtern werden die Magnete (Magnete 331, 332, die später beschrieben werden) verwendet, um das Magnetfeld zu erzeugen, und die uniaxiale magnetische Anisotropie wird jeder der Vorbeschichtungsschicht 101 und der Weichmagnetmaterialschichten 102 gleichzeitig mit der Abscheidung der Vorbeschichtungsschicht 101 und der Weichmagnetmaterialschichten 102 verliehen. Dadurch entfällt beispielsweise die Notwendigkeit, die uniaxiale magnetische Anisotropie durch eine Wärmebehandlung im rotierenden Magnetfeld und eine nachfolgende Wärmebehandlung im statischen Magnetfeld nach der Bildung der Sensitivelemente 30 zu erzeugen, wodurch der Herstellungsprozess vereinfacht werden kann.
Man beachte, dass im obigen Herstellungsverfahren des Magnetsensors 1 die mehreren Sensitivelemente 30 auf dem Substrat 10A durch das Lift-off-Verfahren unter Verwendung des Resistmusters 201 gebildet wurden, aber es können auch andere Verfahren angewandt werden. Zum Beispiel können nach dem Aufbringen jeder Schicht, die das Sensitivelement 30 auf dem Substrat 10A bildet, mehrere Sensitivelemente 30 durch Ätzen gebildet werden.
Übrigens, wenn die mehreren Magnetsensoren 1 unter Verwendung eines einzigen Substrats 10A hergestellt werden, kann es, wenn die Weichmagnetmaterialschicht 102 direkt auf der vorderen Oberfläche des Substrats 10A durch Magnetronsputtern abgeschieden wird, einen Unterschied in den Eigenschaften der erhaltenen Magnetsensoren 1 aufgrund der unterschiedlichen Positionen der Magnetsensoren 1 auf dem Substrat 10A geben. Darüber hinaus kann es in jedem der erhaltenen Magnetsensoren 1 einen Unterschied in den Eigenschaften der mehreren Sensitivabschnitte 31 jedes Magnetsensors 1 aufgrund der unterschiedlichen Positionen auf dem Substrat 10A geben. Obwohl Details später beschrieben werden, wird dies vermutet, weil das Magnetfeld, das auf der vorderen Oberfläche des Substrats 10A erzeugt wird, wenn das Magnetron-Sputtern durchgeführt wird, in Abhängigkeit von der Position auf dem Substrat 10A unterschiedlich groß ist.
Wenn beispielsweise mehrere Magnetsensoren 1 unter Verwendung des scheibenförmigen Substrats 10A hergestellt werden, da der Magnetsensor 1 das Sensitivelement 30 enthält, das näher am Außenumfang des Substrats 10A ausgebildet ist, sind der Maximalwert Max der Impedanz Z, der ein Wert der Impedanz Z in dem anisotropen Magnetfeld Hk ist, das Vormagnetisierungsfeld Hb und der Betrag der Impedanzänderung Zmax pro Magnetfeldeinheit in dem Vormagnetisierungsfeld Hb tendenziell kleiner. Daher kann es einen Unterschied in der Empfindlichkeit der Messung des Magnetfeldes oder jeglicher Änderungen des Magnetfeldes zwischen dem Magnetsensor 1, bei dem das Sensitivelement 30 näher am inneren Umfang des Substrats 10A angeordnet ist, und dem Magnetsensor 1, bei dem das Sensitivelement 30 näher am äußeren Umfang des Substrats 10A ausgebildet ist, geben.
Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Vorbeschichtungsschicht 101, die aus dem Weichmagnetmaterial mit der Sättigungsmagnetisierung Ms besteht, die höher ist als die des Weichmagnetmaterials, das die Weichmagnetmaterialschicht 102 bildet, zwischen dem Substrat 10 (Substrat 10A) und der Weichmagnetmaterialschicht 102 angeordnet. Dadurch wird der Eigenschaftsunterschied in den mehreren Magnetsensoren 1, die aus dem einzelnen Substrat 10A erhalten werden, oder in den mehreren Sensitivabschnitten 31 im Magnetsensor 1 verringert.
Nachfolgend wird zusammen mit der Konfiguration der Sputtervorrichtung 300, die für die Abscheidung der einzelnen Schichten des Sensitivelements 30 verwendet wird, die Wirkung der Vorbeschichtungsschicht 101 in der vorliegenden Ausführungsform im Detail beschrieben.
7 veranschaulicht ein spezifisches Beispiel für die Konfiguration der Zerstäubungsvorrichtung 300, die für die Abscheidung der einzelnen Schichten verwendet wird. Die in 7 dargestellte Zerstäubungsvorrichtung 300 hat eine zylindrische Form mit der Linie O-O in 7 als Achse.
Die Sputtervorrichtung 300 ist vom Typ Magnetron. Die Sputtervorrichtung 300 umfasst eine Trennwand 310 und eine Magnetronkathode 320, wie in 7 dargestellt. Die Trennwand 310 und die Magnetronkathode 320 bilden eine Kammer 340, die über ein aus Polytetrafluorethylen usw. bestehendes Isolierelement 311 räumlich abgeschlossen ist.
Die Zerstäubungsvorrichtung 300 umfasst in der Kammer 340 einen Substrathalter 350, der das Substrat 10A hält.
Die Trennwand 310 ist geerdet (GND). Der Substrathalter 350 ist über die Trennwand 310 geerdet (GND), um so als Anode zu fungieren. Mit anderen Worten: Zwischen dem geerdeten Substrathalter 350 und der Magnetronkathode 320 ist eine Gleichstromversorgung 360 angeschlossen, die einen Gleichstrom liefert. Es ist zu beachten, dass anstelle der Gleichstromversorgung 360 auch eine Hochfrequenzstromversorgung angeschlossen werden kann, damit zwischen dem Substrathalter 350 und der Magnetronkathode 320 ein Hochfrequenzstrom fließen kann.
Obwohl nicht dargestellt, umfasst die Sputtervorrichtung 300 eine Vakuumpumpe, die den Druck in der Kammer 340 reduziert, einen Gaszufuhrmechanismus, der zum Sputtern verwendetes Gas, wie Ar, in die Kammer 340 einspeist, und einen Druckeinstellmechanismus, der den Druck in der Kammer 340 auf einem vorgegebenen Wert hält. Darüber hinaus kann die Sputtervorrichtung 300 zur Kühlung der Magnetronkathode 320 einen Kühlmechanismus enthalten, der der Magnetronkathode 320 eine Kühlflüssigkeit zuführt. Die Sputtervorrichtung 300 kann ferner einen Heizmechanismus, wie z. B. eine Infrarotlampe, zum Erwärmen des Substrats 10A oder umgekehrt einen Kühlmechanismus enthalten, der dem Substrathalter 350 zum Kühlen des Substrats 10A eine Kühlflüssigkeit zuführt.
Der Substrathalter 350 besteht aus rostfreiem Stahl usw. Der Substrathalter 350 hält das Substrat 10A so, dass die Vorderseite des Substrats 10A dem Target 322 der Magnetronkathode 320 zugewandt ist, das später beschrieben wird.
Die Magnetronkathode 320 umfasst: ein Kathodengehäuse 321; das Target 322; eine Trägerplatte 323, die das Target 322 hält; und einen Magnetkreis 330, der bewirkt, dass ein Magnetfeld durch die Trägerplatte 323 hindurchgeht, um näher am Target 322 erzeugt zu werden.
Das Target 322 ist das Material jeder Schicht, die auf dem Substrat 10A gebildet werden soll. Ähnlich wie das Substrat 10Aist das Target 322 scheibenförmig. Die Größe (Durchmesser) des Targets 322 ist so eingestellt, dass jede Schicht innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (Umfangs) des Substrats 10A abgeschieden wird. Hier ist der Durchmesser der Scheibe 322 größer als der Durchmesser des Substrats 10A.
Die Trägerplatte 323 besteht aus hochleitfähigem sauerstofffreiem Kupfer usw. Die Zielscheibe 322 wird dann mit einem leitfähigen Klebstoff usw. auf der Oberfläche der Trägerplatte 323 befestigt.
Das Kathodengehäuse 321 besteht aus rostfreiem Stahl oder dergleichen.
In der Magnetronkathode 320 ist die Trägerplatte 323 mit dem angebrachten Target 322 am Kathodengehäuse 321 befestigt. Der Magnetkreis 330 ist auf einer Seite der Trägerplatte 323 angeordnet, auf der das Target 322 nicht vorhanden ist.
Der Magnetkreis 330 umfasst: einen Magneten 331, dessen N-Pol in Richtung der Trägerplatte 323 freiliegt; einen Magneten 332, dessen S-Pol in Richtung der Trägerplatte 323 freiliegt; und ein Joch 333, das auf einer Seite der Magneten 331 und 332 angeordnet ist, die einer näher an der Trägerplatte 323 liegenden Seite gegenüberliegt, wobei das Joch 333 einen Magnetfluss vom N-Pol des Magneten 332 zum S-Pol des Magneten 331 leitet. Im Allgemeinen wird für die Magnete 331 und 332 ein Permanentmagnet verwendet.
Hier sind die Magnete 331 und 332 konzentrisch angeordnet, so dass der Magnet 331, dessen N-Pol der Trägerplatte 323 zugewandt ist, näher am Außenumfang liegt, und der Magnet 332, dessen S-Pol der Trägerplatte 332 zugewandt ist, näher am Innenumfang liegt.
Im Magnetkreis 330 bewirkt die obige Anordnung der Magnete 331 und 332, dass die Magnetfeldlinien (in 7 durch die Pfeile gekennzeichnet) vom N-Pol des Magneten 331 zum S-Pol des Magneten 332 die Trägerplatte 323 und das Target 322 durchdringen und in der Kammer 340 erzeugt werden. Ein Teil der magnetischen Feldlinien erreicht das vom Substrathalter 350 gehaltene Substrat 10A und durchdringt das Substrat 10A in der Richtung parallel zur Vorderfläche. Das heißt, im Substrat 10A wird in einem Abschnitt, durch den die Magnetfeldlinien verlaufen, ein Magnetfeld parallel zur Vorderfläche erzeugt. Darüber hinaus verlaufen die Magnetfeldlinien durch die Oberfläche des Substrats 10A von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite entlang der radialen Richtung des Substrats 10A. Auf der Oberfläche des Substrats 10A erzeugen die Magnetfeldlinien ein Magnetfeld von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Substrats 10A entlang der radialen Richtung des Substrats 10A.
Das auf der Oberfläche des Substrats 10A erzeugte Magnetfeld verleiht jeder auf dem Substrat 10A aufgebrachten Schicht (in diesem speziellen Beispiel der Vorbeschichtungsschicht 101 und den aus dem Weichmagnetmaterial bestehenden Schichten 102) die uniaxiale magnetische Anisotropie. Darüber hinaus wird jeder auf dem Substrat 10A abgeschiedenen Schicht (der Vorbeschichtungsschicht 101 und den Weichmagnetmaterialschichten 102), die auf dem Substrat 10A abgeschieden sind, die uniaxiale magnetische Anisotropie in der radialen Richtung des Substrats 10A entlang des auf der Oberfläche des Substrats 10A erzeugten Magnetfelds verliehen.
Die Sputtervorrichtung 300 konzentriert (bündelt) die Elektronen, die durch die von der Gleichstromversorgung 360 verursachte Entladung erzeugt werden, auf oder in der Nähe des Targets 322 durch die Magnetfeldlinien auf der Oberfläche des Targets 322. Dies erhöht die Kollisionswahrscheinlichkeit von Elektronen und Gasen, um die Ionisierung von Gasen zu beschleunigen und dadurch die Abscheidungsrate von Schichten zu verbessern. Man beachte, dass die Oberfläche des Targets 322, auf der die Elektronen durch die Magnetfeldlinien konzentriert werden, durch die Kollision von Ionen der ionisierten Gase erodiert werden kann.
Wie oben beschrieben, handelt es sich bei der in 7 gezeigten Zerstäubungsvorrichtung 300 um eine flächige Zerstäubungsvorrichtung, die auf jedem Substrat 10A einen Film bildet.
Bei der in 7 dargestellten Sputtervorrichtung 300 sind die Oberfläche des Substrats 10A und die Oberfläche des Targets 322 horizontal (in der Links-Rechts-Richtung in 7) angeordnet, aber diese Oberflächen können auch vertikal (in der Auf-Ab-Richtung in 7) angeordnet sein.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen den vom Magnetkreis 330 erzeugten und durch die Oberfläche des Substrats 10A verlaufenden Magnetfeldlinien und der auf dem Substrat 10A aufgebrachten Weichmagnetmaterialschicht 102 (der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a) beschrieben.
8 illustriert eine Konfiguration des Magnetkreises 330 in der Sputtervorrichtung 300. 8 zeigt die Konfiguration des Magnetkreises 330 vom Target 322 aus gesehen.
9A und 9B zeigen ein spezifisches Beispiel eines Zustands von Magnetkraftlinien, die durch den Magnetkreis 300 erzeugt werden und durch die Oberfläche des Substrats 10A verlaufen, wenn die Weichmagnetmaterialschicht 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a) in der Sputtervorrichtung 300 abgeschieden wird. 9A und 9B entsprechen der Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in dem in 6 dargestellten Substrat 10A. 9A zeigt den Zustand der magnetischen Feldlinien, wenn die Vorbeschichtungsschicht 101 auf das Substrat 10A laminiert wird und dann die Weichmagnetmaterialschicht 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a) auf die Vorbeschichtungsschicht 101 basierend auf dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform laminiert wird. 9B zeigt den Zustand der Magnetfeldlinien, wenn die Weichmagnetmaterialschicht 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a) direkt auf das Substrat 10A laminiert wird, ohne die Vorbeschichtungsschicht 101 zu laminieren. 9A und 9B zeigen die magnetischen Kraftlinien mit Pfeilen.
Wie oben beschrieben, erzeugt der Magnetkreis 330 (siehe 7) in der Kammer 340 (siehe 7) Magnetfeldlinien vom N-Pol des Magneten 331, der näher am Außenumfang des Substrats 10A angeordnet ist, zum S-Pol des Magneten 332, der näher am Innenumfang des Substrats 10A angeordnet ist. Wie in 8 dargestellt, wird somit auf der Oberfläche des Substrats 10A ein Magnetfeld von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Substrats 10A erzeugt.
Wenn die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a direkt auf das Substrat 10A laminiert wird, ohne die Vorbeschichtungsschicht 101 zu laminieren, neigen die durch den Magnetkreis 330 erzeugten Magnetfeldlinien dazu, an den inneren und äußeren Umfangsseiten des Substrats 10A die Stelle zu passieren, die von der Oberfläche des Substrats 10A entfernt ist.
Wie in 9B gezeigt, verlaufen die Magnetfeldlinien vom N-Pol des Magneten 331 zum S-Pol des Magneten 332 entlang der Oberfläche des Substrats 10A im mittleren Bereich in radialer Richtung des Substrats 10A, wobei sich der mittlere Bereich zwischen dem Magneten 331 und dem Magneten 332 befindet. Andererseits verlaufen die magnetischen Feldlinien vom N-Pol des Magneten 331 zum S-Pol des Magneten 332 an der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A, die näher am Magneten 331 liegt, und an der inneren Umfangsseite des Substrats 10A, die näher am Magneten 332 liegt, weg von der Oberfläche des Substrats 10A, wie auch in 9B gezeigt. Folglich ist das Magnetfeld entlang der radialen Richtung des Substrats 10A an der inneren Umfangsseite und der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A tendenziell klein im Vergleich zum mittleren Bereich in der radialen Richtung des Substrats 10A.
Wie oben beschrieben, wenn die Weichmagnetmaterialschicht 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a) durch Magnetronsputtern unter Verwendung der Sputtervorrichtung 300 abgeschieden wird, verleiht das Magnetfeld, das durch den Magnetkreis 330 entlang der radialen Richtung des Substrats 10A erzeugt wird, der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a die uniaxiale magnetische Anisotropie. Wenn das in dem Substrat 10A erzeugte Magnetfeld klein ist, ist die uniaxiale magnetische Anisotropie, die der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a verliehen wird, eher klein.
Wenn die Sensitivelemente 30 auf dem Substrat 10A angeordnet sind, wie in 6 gezeigt, und die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a direkt auf das Substrat 10A laminiert wird, ohne die Vorbeschichtungsschicht 101 zu laminieren, nimmt die uniaxiale magnetische Anisotropie der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a, die das Sensitivelement 30 bildet, ab, wenn man sich in Richtung des äußeren Umfangs des Substrats 10A bewegt, wo das erzeugte Magnetfeld klein ist.
Infolgedessen sind in dem Magnetsensor 1, der das Sensitivelement 30 enthält, das näher am äußeren Umfang des Substrats 10A ausgebildet ist, von den mehreren Magnetsensoren 1, die durch Teilen des Substrats 10A erhalten werden, der Maximalwert Max der Impedanz Z in dem anisotropen Magnetfeld Hk, dem Vormagnetisierungsfeld Hb und der Betrag der Impedanzänderung Zmax pro Magnetfeldeinheit in dem Vormagnetisierungsfeld Hb tendenziell kleiner. In diesem Fall sinkt die Empfindlichkeit des Sensitivelements 30, das Magnetfeld oder Änderungen im Magnetfeld zu erkennen.
In dem in 6 dargestellten Beispiel sind die Sensitivelemente 30 nicht in der Mitte des Substrats 10A ausgebildet, wie oben beschrieben. Aus diesem Grund ist es unwahrscheinlich, dass die Empfindlichkeit des Sensitivelements 30 aufgrund der Verringerung des Magnetfelds an der inneren Umfangsseite des Substrats 10A, die sich in der Nähe des Magneten 332 befindet, abnehmen wird.
Wenn man sich auf die einzelnen Magnetsensoren 1 konzentriert, sind in dem Sensitivabschnitt 31, der näher am äußeren Umfang des Substrats 10A angeordnet ist, von den mehreren Sensitivabschnitten 31 jedes Sensitivelements 30 der Maximalwert Max der Impedanz Z in dem anisotropen Magnetfeld Hk, dem Vormagnetisierungsfeld Hb und der Betrag der Impedanzänderung Zmax pro Einheitsmagnetfeld in dem Vormagnetisierungsfeld Hb tendenziell kleiner. Wenn ein Unterschied in den magnetischen Eigenschaften zwischen den mehreren Sensitivabschnitten 31 auftritt, die das Sensitivelement 30 in dem einzelnen Magnetsensor 1 bilden, neigt die Empfindlichkeit des Magnetsensors 1 als Ganzes, das Magnetfeld oder irgendwelche Änderungen im Magnetfeld durch das Sensitivelement 30 zu erfassen, zum Abnehmen, was unerwünscht ist.
Im Gegensatz dazu bewirkt in der vorliegenden Ausführungsform die Beschichtung der Vorbeschichtungsschicht 101 auf dem Substrat 10A und die Beschichtung der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a auf der Vorbeschichtungsschicht 101, dass die durch den Magnetkreis 330 erzeugten magnetischen Kraftlinien problemlos entlang der Oberfläche des Substrats 10A verlaufen.
Insbesondere, wenn die Vorbeschichtungsschicht 101 auf dem Substrat 10A vorhanden ist, wie in 9A gezeigt, verlaufen die Magnetfeldlinien vom N-Pol des Magneten 331 zum S-Pol des Magneten 332 innerhalb der Vorbeschichtungsschicht 101. Die magnetischen Feldlinien vom N-Pol des Magneten 331 zum S-Pol des Magneten 332 verlaufen problemlos entlang der Oberfläche des Substrats 10A am oder in der Nähe des Substrats 10A, und zwar vollständig vom Außenumfang zum Innenumfang des Substrats 10A. In der vorliegenden Ausführungsform unterdrückt dies die Verringerung des Magnetfeldes entlang der radialen Richtung des Substrats 10A am Außenumfang und Innenumfang des Substrats 10A im Vergleich zu dem Fall, in dem die Vorbeschichtungsschicht 101 nicht auf das Substrat 10A laminiert ist. Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform der Intensitätsunterschied des Magnetfelds aufgrund des Positionsunterschieds in der radialen Richtung des Substrats 10A im Vergleich zu dem Fall reduziert, in dem die Vorbeschichtungsschicht 101 nicht auf das Substrat 10A laminiert ist.
Wenn die Sensitivelemente 30 auf dem Substrat 10A angeordnet sind, wie in 6 gezeigt, kann in der vorliegenden Ausführungsform die Abnahme der uniaxialen magnetischen Anisotropie, die der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a, die auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert ist, am äußeren Umfang des Substrats 10A verliehen wird, unterdrückt werden.
Infolgedessen kann in dem Magnetsensor 1, der das Sensitivelement 30 enthält, das näher am äußeren Umfang des Substrats 10A ausgebildet ist, von den mehreren Magnetsensoren 1, die durch Teilen des Substrats 10A erhalten werden, eine Verringerung des Maximalwerts Max der Impedanz Z in dem anisotropen Magnetfeld Hk, dem Vormagnetisierungsfeld Hb und dem Betrag der Impedanzänderung Zmax pro Einheitsmagnetfeld in dem Vormagnetisierungsfeld Hb unterdrückt werden. Folglich ist es in den mehreren Magnetsensoren 1, die durch Unterteilung des Substrats 10A erhalten werden, weniger wahrscheinlich, dass der Unterschied in den magnetischen Eigenschaften aufgrund des Unterschieds in der Position des Sensitivelements 30 in dem Substrat 10A auftritt.
Darüber hinaus wird in dem einzelnen Magnetsensor 1 verhindert, dass ein Unterschied in den magnetischen Eigenschaften zwischen den mehreren Sensitivabschnitten 31, die das Sensitivelement 30 bilden, auftritt, und die Abnahme der Empfindlichkeit zur Erfassung des Magnetfeldes oder jeglicher Änderungen des Magnetfeldes durch das Sensitivelement 30 wird in jedem Magnetsensor 1 unterdrückt.
(Modifikationen)
Es wird nun eine Modifikation des Magnetsensors 1 beschrieben.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetsensors 2, der eine Modifikation des Magnetsensors 1 ist. 10 entspricht der Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1. In dem in 10 gezeigten Magnetsensor 2 werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Konfigurationen verwendet wie in dem in 1, 2 usw. gezeigten Magnetsensor 1, und eine detaillierte Beschreibung entfällt hier.
Im Einzelnen umfasst das Sensitivelement 30 des Magnetsensors 2 ähnlich wie der Magnetsensor 1 die Weichmagnetmaterialschichten 102 (die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a, die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c, die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d), die Magnetdomänenunterdrückungsschichten 103 (die erste Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a, die zweite Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103b) und die Leiterschicht 104. Das Sensitivelement 30 des Magnetsensors 2 umfasst auch zwischen dem Substrat 10 und der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a eine erste Vorbeschichtungsschicht 101a, die aus einem Weichmagnetmaterial besteht, dessen Sättigungsmagnetisierung Ms im Vergleich zu dem Weichmagnetmaterial, das die Weichmagnetmaterialschichten 102 bildet, groß ist. Das Sensitivelement 30 des Magnetsensors 2 umfasst ferner zwischen der Leiterschicht 104 und der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c eine zweite Vorbeschichtungsschicht 101b, die aus einem Weichmagnetmaterial besteht, dessen Sättigungsmagnetisierung Ms im Vergleich zu dem Weichmagnetmaterial, das die Weichmagnetmaterialschichten 102 bildet, groß ist. Im Folgenden werden die erste Vorbeschichtungsschicht 101a und die zweite Vorbeschichtungsschicht 101b als Vorbeschichtungsschichten 101 bezeichnet, sofern die Unterscheidung nicht notwendig ist.
Der Magnetsensor 2 unterscheidet sich vom Magnetsensor 1 dadurch, dass er zusätzlich zum Substrat 10 und der ersten Weichmagnetschicht 102a eine Vorbeschichtungsschicht 101 zwischen der Leiterschicht 104 und der dritten Weichmagnetschicht 102c aufweist.
Im Magnetsensor 2 wird die zweite Vorbeschichtungsschicht 101b auf der Leiterschicht 104 gebildet, wodurch, wenn die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c auf die zweite Vorbeschichtungsschicht 101b im Herstellungsprozess des Magnetsensors 2 laminiert wird, die magnetischen Kraftlinien vom N-Pol des Magneten 331 zum S-Pol des Magneten 332 innerhalb der zweiten Vorbeschichtungsschicht 101b verlaufen. Dadurch wird das Auftreten von Unterschieden in der uniaxialen magnetischen Anisotropie unterdrückt, die der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c, die auf die zweite Vorbeschichtungsschicht 101b laminiert ist, in Abhängigkeit von der Position auf dem Substrat 10A verliehen wird (siehe 6 usw.). Im Vergleich zu dem Fall, in dem die zweite Vorbeschichtungsschicht 101b nicht gebildet wird, ist es in den mehreren Magnetsensoren 2, die durch Unterteilung des Substrats 10A erhalten werden, weniger wahrscheinlich, dass der Unterschied in den magnetischen Eigenschaften aufgrund des Unterschieds in der Position des Sensitivelements 30 in dem Substrat 10A auftritt.
Ähnlich wie bei der obigen Ausführungsform beträgt die Dicke der ersten Vorbeschichtungsschicht 101a vorzugsweise weniger als oder gleich 30 % der Dicke der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a, die auf die erste Vorbeschichtungsschicht 101a laminiert ist, und vorzugsweise weniger als oder gleich 15 %. Die Dicke der zweiten Vorbeschichtungsschicht 101b ist vorzugsweise kleiner oder gleich 30 % der Dicke der dritten Weichmagnetmaterialschicht 102c, die auf die zweite Vorbeschichtungsschicht 101b laminiert ist, und vorzugsweise kleiner oder gleich 15 %.
Wenn das Sensitivelement 30 mehrere Vorbeschichtungsschichten 101 umfasst, ist die Dicke jeder Vorbeschichtungsschicht 101 vorzugsweise weniger als oder gleich 30 % der Dicke der Weichmagnetmaterialschicht, die auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert ist, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 15 %. Wenn die Dicke jeder Vorbeschichtungsschicht 101 mehr als 30 % der Dicke der Weichmagnetmaterialschicht 102 beträgt, die auf die Vorbeschichtungsschicht 101 auflaminiert ist, kann die Wirkung der Weichmagnetmaterialschicht 102 zur Erfassung des Magnetfeldes oder von Änderungen des Magnetfeldes beeinträchtigt werden. In diesem Fall besteht die Gefahr einer Verringerung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 1.
Die Dicke der ersten Vorbeschichtungsschicht 101a und der zweiten Vorbeschichtungsschicht 101b ist vorzugsweise größer oder gleich 5 nm, und noch bevorzugter größer oder gleich 15 nm.
Wenn das Sensitivelement 30 mehrere Vorbeschichtungsschichten 101 enthält, ist die Dicke jeder Vorbeschichtungsschicht 101 vorzugsweise größer als oder gleich 5 nm und noch bevorzugter größer als oder gleich 15 nm. Wenn die Dicke jeder Vorbeschichtungsschicht 101 weniger als 5 nm beträgt, kann die Wirkung der Vorbeschichtungsschicht 101 zur Verringerung des Eigenschaftsunterschieds zwischen mehreren Magnetsensoren 1, die unter Verwendung eines einzigen Substrats 10A gebildet wurden, oder zwischen mehreren Sensitivabschnitten 31 in dem Sensitivelement 30 jedes Magnetsensors 1 unzureichend sein.
11A und 11B sind Querschnittsansichten der Magnetsensoren 3 bzw. 4, die Modifikationen des Magnetsensors 1 sind. 11A und 11B entsprechen der Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1. In den in 11A und 11B gezeigten Magnetsensoren 3 und 4 werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Konfigurationen wie der in 1 gezeigte Magnetsensor 1 verwendet, usw., und eine detaillierte Beschreibung entfällt hier.
Das Sensitivelement 30 kann aus einer Vorbeschichtungsschicht 101 und einer einzelnen Weichmagnetmaterialschicht 102 bestehen, die auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert ist, wie in dem Magnetsensor 3 in 11A gezeigt.
Darüber hinaus kann das Sensitivelement 30, wie in dem Magnetsensor 4 in 11B gezeigt, aus der Vorbeschichtungsschicht 101 und zwei Weichmagnetmaterialschichten 102 bestehen, die die Leiterschicht 104 einschließen, wobei die beiden Weichmagnetmaterialschichten 102 auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert sind.
Das Sensitivelement 30 kann auch aus der Vorbeschichtungsschicht 101 und zwei Weichmagnetmaterialschichten 102 bestehen, zwischen denen die Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 liegt, wobei die beiden Weichmagnetmaterialschichten 102 auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert sind.
Darüber hinaus kann das Sensitivelement 30 die Vorbeschichtungsschicht 101 und drei oder mehr Weichmagnetmaterialschichten 102 aufweisen, die auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert sind, auch wenn dies in der Figur nicht dargestellt ist.
Darüber hinaus kann das Sensitivelement 30 anstelle der in 2, 10 usw. gezeigten Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 eine antiferromagnetisch koppelnde Schicht verwenden, die die oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 102 antiferromagnetisch koppelt. Wie oben beschrieben, unterdrückt die Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103 die Erzeugung von magnetischen Abschlussdomänen und koppelt die entsprechenden oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 102 antiferromagnetisch. Die antiferromagnetische Kopplungsschicht hat nicht die Fähigkeit, die Erzeugung der magnetischen Schließungsdomänen zu unterdrücken, oder sie hat eine schwache Fähigkeit, die Erzeugung der magnetischen Schließungsdomänen zu unterdrücken. Das Vorsehen der antiferromagnetischen Kopplungsschicht bewirkt, dass die entsprechenden oberen und unteren Weichmagnetmaterialschichten 102 antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind, was ein entmagnetisierendes Feld unterdrückt und somit die Empfindlichkeit Zmax/Zb des Magnetsensors 1 (des Magnetsensors 2) verbessert. Spezifische Beispiele für Materialien für eine solche antiferromagnetische Kopplungsschicht sind Ru oder eine Ru-Legierung.
Darüber hinaus kann das Sensitivelement 30 mehrere Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103, mehrere Leiterschichten 104 und mehrere antiferromagnetische Kopplungsschichten umfassen.
Die Magnetsensoren 1 bis 4 können zwischen dem Substrat 10 und dem Sensitivelement 30 einen Magneten enthalten, der aus einer Schicht aus hartmagnetischem Material besteht (im Folgenden als „Dünnfilmmagnet“ bezeichnet), um das Vormagnetisierungsfeld Hb an das Sensitivelement 30 anzulegen. Der Dünnfilmmagnet kann so vorgesehen werden, dass die magnetischen Pole N und S so angeordnet sind, dass der magnetische Fluss durch die Sensitivabschnitte 31 in dem Sensitivelement 30 in Längsrichtung fließt. Wenn der Dünnfilmmagnet zwischen dem Substrat 10 und dem Sensitivelement 30 angeordnet ist, kann auf dem Dünnfilmmagneten eine Isolierschicht vorgesehen werden, die den Dünnfilmmagneten und das Sensitivelement 30 elektrisch isoliert. Spezifische Beispiele für Isolatoren, die die Isolatorschicht bilden, sind Oxide wie SiO₂ , Al₂O₃ und TiO₂, und Nitride wie Si₃N₄ und AlN. Auch wenn der Dünnschichtmagnet und die Isolatorschicht zwischen dem Substrat 10 und dem Sensitivelement 30 angeordnet sind, können das Substrat 10, der Dünnschichtmagnet und die Isolatorschicht gemeinsam als ein Substrat betrachtet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde das scheibenförmige Substrat 10A als das Substrat 10A verwendet, das zur Bildung der mehreren Magnetsensoren 1 verwendet wird, aber die Form des Substrats 10A ist nicht auf eine Scheibenform beschränkt. Zum Beispiel, selbst wenn ein Substrat 10A verwendet wird, das nicht scheibenförmig ist, wenn die Weichmagnetmaterialschicht 102 direkt auf das Substrat 10A laminiert wird, kann es, abhängig von der Beziehung zwischen dem Substrat 10A und dem magnetischen Kreis 330, einen Unterschied in der uniaxialen magnetischen Anisotropie geben, die der Weichmagnetmaterialschicht 102 aufgrund des Unterschieds in der Position auf dem Substrat 10A verliehen wird, um dadurch einen Unterschied in den magnetischen Eigenschaften des zu bildenden Sensitivelements 30 zu erzeugen. Andererseits wird, wie oben beschrieben, die Vorbeschichtungsschicht 101 auf das Substrat 10A laminiert, und dann wird die Weichmagnetmaterialschicht 102 auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert; dementsprechend ist es weniger wahrscheinlich, dass der Unterschied in den magnetischen Eigenschaften des Sensitivelements 30 aufgrund des Positionsunterschieds auf dem Substrat 10A auftritt, unabhängig von der Form des Substrats 10A.
[Beispiel]
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt ist.
(Beispiel)
Nach dem Waschen des Substrats 10A aus Glas mit einem Durchmesser von 95 mm und einer Dicke von 0,5 mm wurde ein Resistmuster 201 mit einem Abschnitt, in dem das Sensitivelement 30 gebildet wurde und der als Öffnung dient, auf einer der Oberflächen (im Folgenden als vordere Oberfläche bezeichnet) des Substrats 10A durch das Photolithographieverfahren gebildet. Die Anordnung der Sensitivelemente 30, die auf dem Substrat 10A gebildet wurden, war die gleiche wie die in 6 gezeigte. Darüber hinaus wurde, wie in 6 gezeigt, das Resistmuster 201 so ausgebildet, dass die radiale Richtung des Substrats 10A in der Querrichtung der Sensitivabschnitte 31 in jedem Sensitivelement 30, das auf dem Substrat 10A ausgebildet ist, liegt. Außerdem wurde das Resistmuster 201 so ausgebildet, dass jedes Sensitivelement 30 vierundzwanzig Sensitivabschnitte 31 mit einer Länge von 3 mm in der Längsrichtung und einer Länge (Breite) von 120 µm in der Querrichtung aufweist.
Der Abstand (Abstand entlang der radialen Richtung des Substrats 10A, dasselbe gilt im Folgenden) von der Mitte des Substrats 10Azu dem Sensitivelement 30, das sich am innersten Umfang des Substrats 10A befindet, wurde auf 22 mm festgelegt. Der Abstand von der Mitte des Substrats 10A zu dem Sensitivelement 30, das sich an zweiter Stelle des innersten Umfangs des Substrats 10A befindet, wurde auf 27 mm festgelegt. Darüber hinaus wurde der Abstand von der Mitte des Substrats 10A zu dem Sensitivelement 30, das sich an dritter Stelle des innersten Umfangs des Substrats 10A befindet, auf 33 mm festgelegt. Außerdem wurde der Abstand von der Mitte des Substrats 10A zu dem Sensitivelement 30 am äußersten Umfang des Substrats 10A auf 38 mm festgelegt. Dabei bezieht sich der Abstand von der Mitte des Substrats 10A zum Sensitivelement 30 auf den Abstand zwischen der Mitte des Substrats 10A und dem Sensitivabschnitt 31 des Sensitivelements 30, wobei sich der Sensitivabschnitt 31 am nächsten am innersten Umfang befindet.
Anschließend wurde das Substrat 10A, auf dessen Vorderseite das Resistmuster 201 gebildet wurde, in den Substrathalter 350 der Zerstäubungsvorrichtung 300 eingesetzt, so dass die Vorderseite des Substrats 10A dem Target 322 zugewandt war. Der Druck in der Kammer 340 der Zerstäubungsvorrichtung 300 wurde auf weniger als oder gleich 1×10^-5 Pa reduziert. Anschließend wurde mit Hilfe eines Massenflussreglers Ar als Sputtergas in die Kammer 340 eingeleitet, und der Druck in der Kammer 340 wurde auf 0,6 Pa eingestellt.
Anschließend wurde das Target 322, das aus Co15Nb5Zr besteht und 15 Atom-% Nb und 5 Atom-% Zr enthält, wobei der Rest aus Co besteht, als Weichmagnetmaterial verwendet, um die Vorbeschichtungsschicht 101 mit einer Dicke von 50 nm auf der vorderen Oberfläche des Substrats 10A durch Magnetronsputtern abzuscheiden. Das Sputtern durch die Sputtervorrichtung 300 wurde mit einer Leistung von 1000 W durch die DC-Stromversorgung 360 durchgeführt.
Anschließend wurde das Target 322 auf Co18Nb3Zr mit 18 Atom-% Nb und 3 Atom-% Zr, wobei der Rest Co ist, geändert, um die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a mit einer Dicke von 375 nm durch Magnetronsputtern auf der Vorbeschichtungsschicht 101 abzuscheiden.
Das Target 322 wurde dann auf 50Cr50Ti mit 50 at% Cr und 50 at% Ti geändert, um die erste Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a mit einer Dicke von 25 nm auf der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a durch das Sputterverfahren abzuscheiden.
Danach wurde das Target 322 nacheinander auf Co18Nb3Zr, Ag, Co18Nb3Zr, 50Cr50Ti und Co18Nb3Zr geändert, um die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b mit einer Dicke von 375 nm, die Leiterschicht 104 mit einer Dicke von 400 nm, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c mit einer Dicke von 375 nm, die zweite Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103b mit einer Dicke von 25 nm und die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d mit einer Dicke von 375 nm nacheinander auf der ersten Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a durch Magnetronsputtern abzuscheiden.
Das aus der Sputtervorrichtung 300 entnommene Substrat 10A wurde in N,N-Dimethylpyrrolidon (NMP) getaucht, um das Resistmuster 201 sowie die auf dem Resistmuster 201 abgeschiedene Vorbeschichtungsschicht 101, die Weichmagnetmaterialschichten 102, die Magnetdomänenunterdrückungsschichten 103 und die Leiterschicht 104 zu entfernen (abzuheben).
So wurden zweiundsiebzig Sensitivelemente 30 gebildet, in denen jeweils die Vorbeschichtungsschicht 101, die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a, die erste Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103a, die zweite Weichmagnetmaterialschicht 102b, die Leiterschicht 104, die dritte Weichmagnetmaterialschicht 102c, die zweite Magnetdomänenunterdrückungsschicht 103b und die vierte Weichmagnetmaterialschicht 102d in dieser Reihenfolge auf das Substrat 10A laminiert wurden.
Anschließend wurde das Substrat 10A (Sensitivelementanordnung), auf dem die Sensitivelemente 30 gebildet wurden, auf eine Schneidevorrichtung (Würfelschneidemaschine) mit einer Diamantscheibe gelegt. Das zwischen den benachbarten Sensitivelementen 30 freiliegende Substrat 10A wurde geschnitten, und es wurde zweiundsiebzig Magnetsensoren 1 mit jeweils einem Sensitivelement 30 auf dem Substrat 10A erhalten. Die planare Form jedes erhaltenen Magnetsensors 1 war ein Viereck von etwa 4mm×5mm.
Bei jedem in diesem Beispiel erhaltenen Magnetsensor 1 beträgt die Dicke (50 nm) der Vorbeschichtungsschicht 101 etwa 13,3 % der Dicke (375 nm) der ersten Weichmagnetmaterialschicht 102a, die auf die Vorbeschichtungsschicht 101 laminiert ist.
(Vergleichendes Beispiel)
Zweiundsiebzig Magnetsensoren 1 wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Weichmagnetmaterialschicht 102a aus Co18Nb3Zr direkt auf dem Substrat 10A abgeschieden wurde, ohne die Vorbeschichtungsschicht 101 aus Co15Nb5Zr zu bilden.
(Bewertung)
Für die zweiundsiebzig im Beispiel erhaltenen Magnetsensoren 1 wurde die Beziehung zwischen dem in Längsrichtung der Sensitivabschnitte 31 des Sensitivelements 30 angelegten Magnetfeld und der Impedanz des Sensitivelements 30 gemessen. Konkret wurde ein Wechselstrom zwischen den beiden Anschlussabschnitten 33 (Anschlussabschnitte 33a und 33b) des Sensitivelements 30 in jedem Magnetsensor 1 fließen gelassen, und es wurde eine Kurve ermittelt, deren horizontale Achse das Magnetfeld H und deren vertikale Achse die Impedanz Z darstellt. Aus der für jeden Magnetsensor 1 erhaltenen Kurve wurden der Maximalwert Max der Impedanz Z, der ein Wert der Impedanz Z in dem anisotropen Magnetfeld Hk ist, das Vormagnetisierungsfeld Hb und der Betrag der Impedanzänderung Zmax pro Magnetfeldeinheit in dem Vormagnetisierungsfeld Hb erhalten.
Für die zweiundsiebzig im Vergleichsbeispiel erhaltenen Magnetsensoren 1 wurden
der Maximalwert Max der Impedanz Z, der ein Wert der Impedanz Z im anisotropen Magnetfeld Hk ist, das Vormagnetisierungsfeld Hb und der Betrag der Impedanzänderung Zmax pro Magnetfeldeinheit im Vormagnetisierungsfeld Hb auf ähnliche Weise ermittelt.
12 zeigt eine Beziehung zwischen der Position des Sensitivelements 30 des Magnetsensors 1 auf dem Substrat 10A vor dem Schneiden und dem Maximalwert Max der Impedanz Z des Magnetsensors 1 in jedem der Beispiele und dem Vergleichsbeispiel.
13 zeigt eine Beziehung zwischen der Position des Sensitivelements 30 des Magnetsensors 1 auf dem Substrat 10A vor dem Schneiden und dem Vormagnetisierungsfeld Hb des Magnetsensors 1 in jedem der Beispiele und dem Vergleichsbeispiel.
14 zeigt eine Beziehung zwischen der Position des Sensitivelements 30 des Magnetsensors 1 auf dem Substrat 10A vor dem Schneiden und dem Betrag der Änderung Zmax der Impedanz Z pro Einheitsmagnetfeld im Vormagnetisierungsfeld Hb des Magnetsensors 1 in jedem der Beispiele und dem Vergleichsbeispiel.
Unter den zweiundsiebzig Magnetsensoren 1, die in jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel erhalten wurden, wurden achtzehn Magnetsensoren 1 mit dem Sensitivelement 30, das am innersten Umfang des Substrats 10A ausgebildet ist (das Sensitivelement 30, das an der Position von 22 mm von der Mitte des Substrats 10A ausgebildet ist), als die erste Gruppe betrachtet. In ähnlicher Weise wurden achtzehn Magnetsensoren 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der zweiten Position von der inneren Umfangsseite des Substrats 10A (das Sensitivelement 30, das an der Position von 27 mm von der Mitte des Substrats 10A ausgebildet ist) ausgebildet ist, als die zweite Gruppe betrachtet. Achtzehn Magnetsensoren 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der dritten Position vom inneren Umfang des Substrats 10A (das Sensitivelement 30, das an der Position von 33 mm von der Mitte des Substrats 10A gebildet wird), wurden als die dritte Gruppe betrachtet. Darüber hinaus wurden achtzehn Magnetsensoren 1 mit dem Sensitivelement 30, das am äußersten Umfang des Substrats 10A ausgebildet ist (das Sensitivelement 30, das an der Position von 38 mm von der Mitte des Substrats 10A ausgebildet ist), als die vierte Gruppe betrachtet.
Auf diese Weise wurden die zweiundsiebzig Magnetsensoren 1 des Beispiels und des Vergleichsbeispiels in vier Gruppen (die erste bis vierte Gruppe) unterteilt, je nach der Position des Sensitivelements 30 jedes Magnetsensors 1 auf dem Substrat 10A.
In 12 ist der Mittelwert der Maximalwerte Max der Impedanz Z der achtzehn Magnetsensoren 1, die zu jeder der ersten bis vierten Gruppe der Magnetsensoren 1 gehören, die in dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel erhalten wurden, in (1) bis (4) dargestellt. In 12 ist der Maximalwert Max der Impedanz Z der zur ersten Gruppe gehörenden Magnetsensoren 1 als Referenzwert (0%) festgelegt, und die Maximalwerte Max der Impedanz Z der zur zweiten bis vierten Gruppe gehörenden Magnetsensoren 1 sind als die Differenzen (%) zum Wert der ersten Gruppe dargestellt.
In ähnlicher Weise ist in 13 der Durchschnittswert des Vormagnetisierungsfeldes Hb der achtzehn Magnetsensoren 1, die zu jeder der ersten bis vierten Gruppe unter den Magnetsensoren 1 gehören, die in dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel erhalten wurden, in (1) bis (4) dargestellt. In 13 ist das Vormagnetisierungsfeld Hb der zur ersten Gruppe gehörenden Magnetsensoren 1 als Referenzwert (0 %) festgelegt, und das Vormagnetisierungsfeld Hb der zur zweiten bis vierten Gruppe gehörenden Magnetsensoren 1 ist als Differenz (%) zum Wert der ersten Gruppe dargestellt.
Darüber hinaus ist in 14 der Durchschnittswert des Betrags der Änderung Zmax der Impedanz Z pro Einheitsmagnetfeld im Vormagnetisierungsfeld Hb der achtzehn Magnetsensoren 1, die zu jeder der ersten bis vierten Gruppe unter den Magnetsensoren 1 gehören, die in dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel erhalten wurden, in (1) bis (4) dargestellt. In 14 ist der Betrag der Änderung Zmax der Impedanz Z pro Einheitsmagnetfeld im Vormagnetisierungsfeld Hb der zur ersten Gruppe gehörenden Magnetsensoren 1 als Referenzwert (0%) festgelegt, und der Betrag der Änderung Zmax der Impedanz Z pro Einheitsmagnetfeld im Vormagnetisierungsfeld Hb der zur zweiten bis vierten Gruppe gehörenden Magnetsensoren 1 ist als Differenz (%) zum Wert der ersten Gruppe dargestellt.
Wie in 12 gezeigt, wurde bestätigt, dass in dem Magnetsensor 1 des Beispiels mit der auf dem Substrat 10 (dem Substrat 10A) gebildeten Vorbeschichtungsschicht 101 die Abnahme des Maximalwerts Max der Impedanz Z des Magnetsensors 1 mit dem an der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A gebildeten Sensitivelement 30 im Vergleich zu dem Magnetsensor 1 des Vergleichsbeispiels ohne Bildung der Vorbeschichtungsschicht 101 unterdrückt wurde. Darüber hinaus wurde bei dem Magnetsensor 1 des Beispiels im Vergleich zu dem Magnetsensor 1 des Vergleichsbeispiels bestätigt, dass der Unterschied im Maximalwert Max der Impedanz Z zwischen dem Magnetsensor 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der inneren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, und dem Magnetsensor 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, reduziert wurde.
Darüber hinaus wurde, wie in 13 gezeigt, bestätigt, dass in dem Magnetsensor 1 des Beispiels die Abnahme des Vormagnetisierungsfeldes Hb des Magnetsensors 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, im Vergleich zu dem Magnetsensor 1 des Vergleichsbeispiels unterdrückt wurde. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass im Magnetsensor 1 des Beispiels der Unterschied im Vormagnetisierungsfeld Hb zwischen dem Magnetsensor 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der inneren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, und dem Magnetsensor 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, im Vergleich zum Magnetsensor 1 des Vergleichsbeispiels verringert wurde.
Wie in 14 gezeigt, wurde bestätigt, dass im Magnetsensor 1 des Beispiels die Abnahme des Betrags der Änderung Zmax in der Impedanz Z pro Einheitsmagnetfeld im Vormagnetisierungsfeld Hb des Magnetsensors 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, im Vergleich zum Magnetsensor 1 des Vergleichsbeispiels unterdrückt wurde. Darüber hinaus wurde im Magnetsensor 1 des Beispiels im Vergleich zum Magnetsensor 1 des Vergleichsbeispiels bestätigt, dass der Unterschied im Betrag der Änderung Zmax der Impedanz Z pro Einheitsmagnetfeld im Vormagnetisierungsfeld Hb zwischen dem Magnetsensor 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der inneren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, und dem Magnetsensor 1 mit dem Sensitivelement 30, das an der äußeren Umfangsseite des Substrats 10A ausgebildet ist, reduziert wurde.
Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass bei dem Magnetsensor 1 des Beispiels mit der auf dem Substrat 10 (dem Substrat 10A) gebildeten Vorbeschichtungsschicht 101 der Unterschied in den magnetischen Eigenschaften zwischen den mehreren aus demselben Substrat 10A gebildeten Magnetsensoren 1 im Vergleich zu dem Magnetsensor 1 des Vergleichsbeispiels ohne Bildung der Vorbeschichtungsschicht 101 verringert wurde.
Die vorstehende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform 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 werden viele Modifikationen und Variationen für den Fachmann auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, ohne dass der Umfang und der Geist der vorliegenden Erfindung verlassen werden. Die beispielhafte Ausführungsform wurde gewählt 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 verschiedene Ausführungsformen und mit den verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre Entsprechungen definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201967869 [0003]

Claims

Magnetsensor, enthaltend: ein Substrat; und mindestens einen Sensitivabschnitt, der auf dem Substrat angeordnet ist und eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist, wobei der Sensitivabschnitt ein Magnetfeld durch einen magnetischen Impedanzeffekt erfasst, der Sensitivabschnitt eine Weichmagnetmaterialschicht, die aus einem Weichmagnetmaterial mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung besteht und das Magnetfeld erfasst, und eine zwischen dem Substrat und der Weichmagnetmaterialschicht laminierte sekundäre Weichmagnetmaterialschicht enthält, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einem Weichmagnetmaterial mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Weichmagnetmaterialschicht bildenden Weichmagnetmaterial besteht.
Magnetsensor nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht eine Dicke von weniger als oder gleich 30 % einer Dicke der Weichmagnetmaterialschicht aufweist.
Magnetsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht eine Dicke von 5 nm oder mehr aufweist.
Magnetsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Sensitivelement eine Vielzahl von Sensitivabschnitten umfasst, die in der Querrichtung mit einem Spalt zwischen zwei benachbarten Sensitivabschnitten angeordnet sind, wobei jeder der Sensitivabschnitte die Weichmagnetmaterialschicht und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht enthält.
Magnetsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Sensitivabschnitt eine Vielzahl der Weichmagnetmaterialschichten laminiert enthält, wobei zwei benachbarte der Weichmagnetmaterialschichten eine Leiterschicht mit einer höheren Leitfähigkeit als die Weichmagnetmaterialschicht sandwichartig einschließen, und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht zwischen dem Substrat und einer der mehreren Weichmagnetmaterialschichten, die dem Substrat am nächsten ist, laminiert ist.
Magnetsensor nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Sensitivabschnitt eine weitere sekundäre Weichmagnetmaterialschicht zwischen der Leiterschicht und einer der mehreren Weichmagnetmaterialschichten oberhalb und am nächsten zu der Leiterschicht enthält, wobei die weitere sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einem Weichmagnetmaterial mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Weichmagnetmaterialschicht bildenden Weichmagnetmaterial besteht.
Magnetsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Sensitivabschnitt eine Vielzahl der Weichmagnetmaterialschichten und eine Magnetdomänenunterdrückungsschicht zwischen zwei benachbarten Schichten der Vielzahl der Weichmagnetmaterialschichten aufweist, wobei die Magnetdomänenunterdrückungsschicht die Erzeugung einer magnetischen Schließdomäne in den Weichmagnetmaterialschichten unterdrückt, und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht zwischen dem Substrat und einer der mehreren Weichmagnetmaterialschichten, die dem Substrat am nächsten ist, laminiert ist.
Magnetsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Weichmagnetmaterialschicht aus einer Co, Nb und Zr enthaltenden amorphen Legierung besteht, und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einer Co, Nb und Zr enthaltenden amorphen Legierung besteht, wobei die amorphe Legierung für die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht einen geringen Nb-Anteil im Vergleich zu der die Weichmagnetmaterialschicht bildenden amorphen Legierung aufweist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Weichmagnetmaterialschicht aus einer amorphen Legierung auf Co-Basis besteht, und die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einer amorphen Legierung auf Co-Basis mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu der die Weichmagnetmaterialschicht bildenden amorphen Legierung besteht.
Magnetsensor nach Anspruch 7, wobei die Magnetdomänenunterdrückungsschicht aus Ru, CrTi, AlTi, CrB, CrTa, CoW, NiP oder SiO₂ besteht
Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors, umfassend: Bilden einer Unterschicht durch Laminieren eines Weichmagnetmaterials mit einer vorbestimmten Sättigungsmagnetisierung auf eine Oberfläche eines Substrats durch Magnetronsputtern; Ausbilden einer Weichmagnetmaterialschicht mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer vorbestimmten Richtung durch Laminieren eines Weichmagnetmaterials auf die Unterschicht durch Magnetronsputtern, wobei das Weichmagnetmaterial für die Weichmagnetmaterialschicht eine kleine Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Unterschicht bildenden Weichmagnetmaterial aufweist; und Ausbilden einer Vielzahl von Sensitivelementen an einem Abschnitt der Weichmagnetmaterialschicht, wo die uniaxiale magnetische Anisotropie verliehen wird, wobei die Vielzahl von Sensitivelementen ein Magnetfeld erfasst.
Sensitivelementanordnung, enthaltend: ein Substrat; und eine Vielzahl von Sensitivelementen, die jeweils mindestens einen Sensitivabschnitt aufweisen, der auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist, wobei der Sensitivabschnitt ein Magnetfeld durch einen magnetischen Impedanzeffekt erfasst, wobei der Sensitivabschnitt in jedem der Sensitivelemente eine Weichmagnetmaterialschicht, die aus einem Weichmagnetmaterial mit uniaxialer magnetischer Anisotropie in einer die Längsrichtung schneidenden Richtung besteht und das Magnetfeld erfasst, und eine zwischen dem Substrat und der Weichmagnetmaterialschicht laminierte sekundäre Weichmagnetmaterialschicht enthält, wobei die sekundäre Weichmagnetmaterialschicht aus einem Weichmagnetmaterial mit großer Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu dem die Weichmagnetmaterialschicht bildenden Weichmagnetmaterial besteht.