DE69705095T2

DE69705095T2 - Magneto-Impedanz-Sensor

Info

Publication number: DE69705095T2
Application number: DE69705095T
Authority: DE
Inventors: Ken-Ichi Arai; Akihiro Isomura
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Arai Ken-Ichi Sendai Miyagi Jp; Tokin Corp
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: EP0831335A3; TW344799B; HK1004822A1; EP0965851A3; EP0965851B1; DE69714613D1; CN1432998A; US6069475A; EP0965851A2; CN1110794C; SG89311A1; US6255813B1; EP0831335A2; MY130911A; DE69714613T2; SG82576A1; CN1186295A; DE69705095D1; EP0831335B1

Description

Hintergrund der Erfindung:

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor, der Variationen einer Impedanz in Abhängigkeit von der Stärke eines externen Magnetfeldes zeigt, und insbesondere auf einen Magnetsensor, der zur Benutzung als ein Magnetkopf und ähnliches dient.
In vergangenen Jahren hatte die Entwicklung klein bemessener elektronischer Hochleistungsgeräte einen raschen Fortschritt genommen. Als Lesekopf für klein bemessene Festplatten hoher Kapazität in computerverknüpften Apparaten wird ein herkömmlicher Magnetkopf, der die elektromagnetische Induktion benutzt, durch einen magnetoresistiven Kopf (MR-Kopf) ersetzt, der einen Magnetowiderstandseffekt benutzt. Selbst der MR-Kopf ist jedoch unzureichend zum Schritthalten mit einer weiteren Zunahme der Aufzeichnungsdichte. Unter diesen Umständen gibt es ein starkes Verlangen nach einem neuen Magnetelement, das eine weite Variation in elektrischen Eigenschaften als Reaktion auf eine Variation in der Stärke eines externen Magnetfeldes zeigt.
Weiterhin ist der MR-Kopf unzureichend zur Benutzung bei Messung und Erfassung eines schwachen Magnetfeldes, wie eine Messung eines geomagnetischen Stärke oder eines Hirnmagnetfeldes.
In Hinblick auf das obige ist ein Vorschlag eines Magnetsensors (auch als "Magnetimpedanzelement" bezeichnet) gemacht, das einen Draht weichen Magnetismus aufweist, an den ein Hochfrequenzstrom zu liefern ist. Als Reaktion auf die Variation der Stärke des externen Magnetfeldes zeigt der Draht des weichen Magnetismus die Variation im Widerstand und in der Induktanz, nämlich die Variation in der Impedanz. Somit wird die Impedanzvariation bei der Erfassung der magnetischen Feldstärke benutzt (Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungen 176930/1994 und 248365/1995, Proc. of The Institute of Electrical Engineers of Japan, Bd. E116, Nr. 1, Seite 7 (1996)). Solch ein Magnetsensor zeigt eine weite Variation in der Impedanz als Reaktion auf die Variation der Stärke des externen Magnetfeldes und weist daher eine gute Leistung für einen Magnetkopf auf. Die Impedanzvariationsrate (d. h. die Magnetfeldempfindlichkeit) in Abhängigkeit der Variation der Magnetfeldstärke ist so klein wie 10%/Oe.
Zum Überwinden des oben erwähnten Nachteiles ist ein Vorschlag gemacht worden eines anderen Magnetsensors mit einer Oszillationsschaltung, die aus einer Kombination eines Transistors und eines Drahtes eines weichen Magnetismus gebildet ist. Mit dieser Struktur wird die LC-Resonanz zum Verbessern der Empfindlichkeit benutzt (Journal of The Magnetics Society of Japan, Bd. 19, Seite 469 (1995)). Dieser Magnetsensor benötigt nicht nur aktive Komponenten sondern auch eine Mehrzahl von Widerständen, Kondensatoren und Dioden. Daher werden die Herstellungskosten unvermeidlich hoch.
Andererseits ist eine Überlegung über die Benutzung einer einzelnen Schicht eines amorphen magnetischen Metallfilmes zum Realisieren eines klein bemessenen Magnetsensors gemacht worden (Proc. Of The Institute of Electrical Engineers of Japan, 115-A, Seite 949 (1995)). Bei diesem Magnetsensor wird ein elektrischer Strom direkt zu dem Magnetfilm so geliefert, daß die Impedanzvariation in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld erfaßt wird. Im Vergleich mit jenen Metallen wie Cu, Al und Ag, die allgemein als Leitungslinie benutzt werden, weist der amorphe magnetische Metallfilm einen großen elektrischen Widerstand auf. Folglich kann eine wirksame Erregung nicht ausgeführt werden, und die Impedanzvariationsrate ist klein.
Weiter ist ein Vorschlag gemacht worden eines noch anderen Magnetsensors oder eines Magnetimpedanzelementes mit einem gesputterten Permalloyfilm eines Streifenmusters mit einem Cu-Film (Senda u. a., The Institute of Electrical Engineers, Technical Meeting on Magnetics, MAG-95-126, 91 (1995)). Zusätzlich ist ein Vorschlag gemacht worden von verschiedenen Magnetsensoren mit CoSiB-Filmen mit eingeführter Uniaxialmagnetisotropie und einer Cu-Leiterschicht, die dazwischen eingefügt ist (Morikawa u. a., Journal of The Magnetics Society of Japan, Nr. 20, Seite 553 (1996)). Diese Magnetsensoren zeigen Impedanzvariationsraten zwischen -50 und +120% in Bezug auf das externe Magnetfeld, das innerhalb eines bestimmten Bereiches variiert. Die Magnetfeldempfindlichkeit beträgt jedoch nicht mehr als -5 bis +10%/Oe. Zusätzlich ist es schwierig, die Magnetanisotropie zu steuern.
Weiterhin ist bei den oben erwähnten Magnetsensoren unter Benutzung von Weichmagnetelementen die Impedanz der Magnetsensoren in einem Frequenzband in der Größenordnung von mehreren zehn bis mehreren Hundert Megahertz (MHz) unter dem Einfluß des Skineffektes und des Einflusses des Eddystromverlustes erhöht worden. Dieses bedeutet, daß die Impedanzvariation als Reaktion auf die Variation der Stärke des externen Magnetfeldes relativ klein · ist.
Bei den oben erwähnten herkömmlichen Magnetsensoren wird eine Streukapazität zwischen dem Magnetsensor und anderen Schaltungskomponenten oder den Leiterlinien, die um den Magnetsensor vorhanden sind, erzeugt. Dieses resultiert in einen unstabilen Betrieb des Magnetsensors.
Aus NTT Review, Bd. 7, Nr. 6, November 1995 (M. Senda, K. Takei und O. Ishii: "Micro-Magnetic Devices using Magnetic Multilayer Films", das die Grundlage für den Oberbegriff des Anspruches 1 bildet, ist ein Magnetsensor zum Erfassen einer Magnetfeldstärke bekannt. Viele Magnetsubstanzelemente sind benachbart zu einer Spule einer Windung vorgesehen, so daß der Magnetfluß dort konvergiert, damit die Empfindlichkeit verstärkt wird. Die LC- Resonanz wird benutzt.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetsensor vorzusehen,
- der kaum durch Leiter und Dielektrika gestört wird, die um den Magnetsensor herum vorhanden sind, und der daher stabil betreibbar ist;
- der hoch in der Magnetfeldempfindlichkeit, einfach in der Herstellung und niedrig in den Kosten ist;
- der nicht nur hervorragend in der Magnetfeldempfindlichkeit ist, sondern auch eine weite Impedanzvariation als Reaktion auf die Variation der Stärke des externen Magnetfeldes zeigt, so daß ein stabiler Betrieb sichergestellt ist;
- der in der Lage ist, ein elektrisches Gleichstromsystem so zu verringern, daß eine höhere Empfindlichkeit im Vergleich mit dem erzielt wird, das eine Magnetmetallschicht oder -draht aufweist, die auch als ein Leitermetall zu benutzen sind;
- der Eddystromverlust unterdrücken kann, so daß die Magneteigenschaften in einem Hochfrequenzband verbessert werden; und
- der eine höhere Impedanzvariationsrate aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den unabhängigen Anspruch 1.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß dieser Erfindung ist ebenfalls ein Magnetsensor mit einem Isolatorsubstrat und einem dünnen weichmagnetfilmelement vorgesehen, das auf dem Substrat gebildet ist, die weiter eine innere Leiterschicht aufweist, die durch das dünne Weichmagnetfilmelement durch eine innere Isolationsschicht umgeben ist. Das dünne Weichmagnetfilmelement weist eine dünne Co-Nb-Zr-Schicht auf, die im wesentlichen aus 80-87 Atom% Co, 10-17 Atom% Nb und 1-6 Atom% Zr besteht.
Gemäß dieser Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors vorgesehen, das die Schritte aufweist Bilden eines ersten Weichmagnetfilmes auf einem Isolatorsubstrat; Bilden eines ersten Isolatorfilmes auf dem ersten Weichmagnetfilm; Bilden einer Leiterschicht auf dem ersten Isolatorfilm; Bilden eines zweiten Isolatorfilmes zum Bedecken der Leiterschicht mit der Ausnahme beider Enden davon; und Bilden eines zweiten Weichmagnetfilmes zum Bedecken des zweiten Isolatorfilmes so, daß eine geschlossene Magnetschleife gebildet wird, die den ersten und den zweiten Weichmagnetfilm enthält. Jeder des ersten und des zweiten Weichmagnetfilmes weist einen dünnen Co-Nb-Zr-Film auf, der im wesentlichen aus 80-87 Atom% Co, 10-17 Atom% Nb und 1-6 Atom% Zr besteht.
Hier wird die Beschreibung gegeben über den Grund, warum die oben angegebene Zusammensetzung gewählt ist. Bei der Zusammensetzung des dünnen Co-Nb-Zr-Filmes erhöht der Einschluß von mehr als 85 Atom% von Co vorteilhafterweise die Sättigungsmagnetisierung aber unvorteilhafterweise erhöht die Magnetostriktion, was in einer Verschlechterung der Weichmagneteigenschaften resultiert. Daher ist die Impedanzvariationsrate als Reaktion auf die Variation der Stärke des externen Magnetfeldes verringert. Zusätzlich ist es schwierig, einen amorphen Film zu erzielen. Andererseits verringert weniger als 80 Atom% von Co die Sättigungsmagnetisierung so, daß die Impedanzvariationsrate in Abhängigkeit von der Variation der Stärke des externen Magnetfeldes klein wird.
Zr weist eine Funktion des Umwandelns des Co-Nb-Zr-Filmes in einen amorphen Film auf, und der Gehalt von 1 Atom% oder mehr ist notwendig. Der Gehalt von mehr als 6 Atom% ist unvorteilhaft, da die Magnetostriktion zunimmt, was in einer Verschlechterung der Weichmagneteigenschaften resultiert.
In Hinblick von Nb ist der Gehalt von 10-16 Atom% am bevorzugtesten, da eine Magnetostriktion von 0 erzielt wird. Weniger als 10 Atom% erhöht die positive Magnetostriktion, was eine Verschlechterung der Weichmagneteigenschaften verursacht, d. h. eine Verschlechterung der Impedanzvariationsrate. Andererseits ist mehr als 16 Atom% unvorteilhaft, da die Sättigungsmagnetisierung verschlechtert wird.
Da somit die Dünnfilmtechnik bei dieser Erfindung benutzt wird, ist der Feinprozeß leicht auszuführen. Wie bei anderen Dünnfilmmagnetsensoren ist der Magnetsensor dieser Erfindung hervorragend in dieser Hinsicht im Vergleich mit jenen, die ein Drahtmaterial benutzen.
Gemäß dieser Erfindung sind die Leiterschicht und die Magnetschicht elektrisch voneinander getrennt, so daß der Eddystromverlust verringert wird. Daher sind die Eigenschaften im Hochfrequenzband hervorragend.

Kurze Beschreibung der Zeichnung:

Fig. 1A und 1B zeigen Äquivalentschaltungen eines herkömmlichen Magnetsensors ohne jede Streukapazität bzw. mit Streukapazität;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Äquivalentschaltung des Magnetsensors von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung als eine Modifikation des Magnetsensors in Fig. 5;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung als eine andere Modifikation des Magnetsensors in Fig. 5;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung als eine Modifikation des Magnetsensors in Fig. 6;
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Frequenzabhängigkeit einer Impedanz in Bezug auf verschiedene Werte von Lo in der Äquivalenzschaltung in Fig. 3 zeigt;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 11 zeigt die externe Magnetfeldabhängigkeit einer Impedanz Z, eines Widerstandes R und einer Induktanz L;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer achten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer neunten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht des Magnetsensors in Fig. 13;
Fig. 15 ist eine Schnittansicht eines Teiles eines Magnetsensors gemäß einer zehnten Ausführungsform dieser Erfindung als eine Modifikation der von Fig. 11;
Fig. 16 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Impedanz des Magnetsensors von Fig. 10;
Fig. 17 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Impedanz Z, des Widerstandes R und der Induktanz L des Magnetsensors von Fig. 13;
Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer zwölften Ausführungsform, die nicht diese Erfindung darstellt, aber nützlich für ihr Verständnis ist;
Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 18 dargestellten Magnetsensors;
Fig. 20 ist eine Längsschnittansicht des in Fig. 18 dargestellten Magnetsensors;
Fig. 21A, 21B, 21C, 21D, 21E und 21F sind Ansichten zum Beschreiben eines Herstellungsprozesses des in Fig. 18 dargestellten Magnetsensors;
Fig. 22 zeigt die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz des Magnetsensors von Fig. 18;
Fig. 23 ist eine Schnittansicht des Magnetsensors gemäß einer dreizehnten Ausführungsform, die nicht diese Erfindung darstellt, aber nützlich für ihr Verständnis ist; und
Fig. 24 zeigt die externe Magnetfeldabhängigkeit von Z, L und R des Magnetsensors von Fig. 23.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

Vor der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wird hier im folgenden ein herkömmlicher Magnetsensor zum besseren Verständnis dieser Erfindung beschrieben.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 1A, der herkömmliche Magnetsensor, der ein Weichmagnetelement wie einen Draht benutzt, wird durch eine Äquivalentschaltung mit zwei Anschlüssen dargestellt. Der Magnetsensor erfaßt die Änderung der Stärke eines Magnetfeldes als die Variation der Impedanz des Weichmagnetdrahtes. Die Impedanz wird durch Z = R+jωL dargestellt (wobei ω eine Winkelfrequenz eines Wechselstromes ist, der an den Weichmagnetdraht geliefert wird). Genauer, Werte des Widerstandes R und der Induktanz L variieren in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld. Eine detaillierte Beschreibung wird unten gegeben.
Wenn der Weichmagnetdraht mit einem Hochfrequenzstrom beliefert wird, wird ein Magnetfeld zum Umgeben des Weichmagnetelementes gebildet. Wenn das externe Magnetfeld Hex, das an den Weichmagnetdraht angelegt wird, gleich Null ist, wird der Weichmagnetdraht entlang einer Achse leichter Magnetisierung erregt, und ein Magnetisierungsprozeß durch die Bewegung einer Domänenwand wird ausgeführt. Wenn folglich ein gelieferter Strom eine Frequenz (f) in einem Frequenzbereich von einigen Megahertz (MHz) oder mehr aufweist, ist die relative Permeabilität im wesentlichen gleich 1, und die Induktanz L weist einen kleinen Wert auf, der durch eine Leiterschicht selbst bestimmt wird. Wenn andererseits das externe Magnetfeld Hex angelegt wird, wird die Magnetisierung von einer Erregungsrichtung geneigt, und ein Magnetisierungsprozeß durch Drehen der Magnetisierung wird ausgeführt. Folglich wird die relative Permeabilität des Weichmagnetdrahtes vergrößert und weist einen Maximalwert bei Hex = Hk auf (wobei Hk ein anisotropes Magnetfeld ist). Zusätzlich ist bei Hex > Hk die Magnetisierung in einer Richtung des externen Magnetfeldes Hex fixiert, die relative Permeabilität wird wieder verringert. Daher wird die Induktanz L in Abhängigkeit von der Stärke des externen Magnetfeldes Hex geändert und weist einen Maximalwert um Hex = Hk auf.
Andererseits wird der Widerstand R im wesentlichen bestimmt durch einen Gleichstromwiderstand des Leiters, wenn der gelieferte Strom eine Frequenz f in einem Frequenzband von mehreren Megahertz (MHz) aufweist. Bei einem Frequenzband in der Größenordnung von 10 MHz oder mehr wird der Widerstand R unter dem Einfluß der Eddystromverluste und des Skineffektes vergrößert. Der Skineffekt wird bestimmt durch die Skintiefe δ die durch Gleichung (1) gegeben ist:
δ = ρ/(π f u),
worin ρ, f und u den Widerstand, die Frequenz bzw. die Permeabilität darstellen. Wie aus der Gleichung (1) zu verstehen ist, wird bei solch einer hohen Frequenz f, bei der der Skineffekt nicht mehr in Bezug auf die Filmdicke vernachlässigbar ist, die Skintiefe reduziert und der elektrische Widerstand wird erhöht, wenn die Permeabilität u in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld Hex zunimmt. Daher ändert sich in einem Hochfrequenzbereich, bei dem Betrachtungen über die Skintiefe δ notwendig sind, der elektrische Widerstand auch entsprechend dem externen Magnetfeld Hex.
Bei dem obigen Magnetsensor ist die relative Permeabilität im wesentlichen gleich 1 in einem Frequenzband in der Größenordnung von einigen Megahertz (MHz). Daher ist die Änderung in der Induktanz L entsprechend dem externen Magnetfeld klein. Durch Benutzen jedoch des Merkmales, das die relative Permeabilität einen Maximalwert aufweist, wenn das externe Magnetfeld gleich dem anisotropen Magnetfeld in der Stärke ist, wird die Variation in der Impedanz in Abhängigkeit von der Variation der Stärke des externen Magnetfeldes vergrößert.
Somit kann der Magnetsensor, der das Weichmagnetelement benutzt, die Variation in der Stärke des externen Magnetfeldes als Variation in der Impedanz erfassen.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 1B, bei dem herkömmlichen Magnetsensor wird eine Streukapazität C zwischen dem Sensorelement und den anderen Schaltungskomponenten und den Leiterlinien daherum erzeugt. Die Streukapazität C stellt einen Faktor des unstabilen Betriebes dar.
Die Beschreibung geht nun zu bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Erste Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 2, ein Magnetsensor 31 gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung weist ein Isolatorsubstrat 37, einen leitenden Weichmagnetdraht 33 aus einem Weichmagnetelement, der auf einer oberen Oberfläche des Isolatorsubstrates 37 gelagert ist, einen Masseleiterfilm 35, der auf einer hinteren Oberfläche des Isolatorsubstrates 37 gebildet ist, und einen Verbindungsleiter 39, der sich von einem Teil der oberen Oberfläche des Isolatorsubstrates 37 zu einem Teil einer Seitenoberfläche davon erstreckt zum Verbinden eines Endes des Weichmagnetdrahtes 33 und eines Endes des Masseleiterfilmes 35, auf.
Der Magnetsensor 31 ist ein Zweianschlußelement mit zwei Eingangsanschlüssen (obere rechte Seite in der Figur) die von dem Weichmagnetdraht 33 bzw. dem Masseleiterfilm 35 herausgezogen sind. Dieses Zweianschlußelement weist eine in Fig. 3 dargestellte Äquivalenzschaltung auf. In Fig. 3 ist eine Kapazität C zwischen dem Masseleiterfilm 35 und dem Weichmagnetdraht 33 erzeugt. Ein Widerstand R, eine Reaktanz X, eine Impedanz Z und eine Resonanzfrequenz f0 der Äquivalenzschaltung sind durch die Gleichungen (2) bis (5) gegeben:
Bei dem Magnetsensor mit der Äquivalentschaltung in Fig. 3 variiert die Impedanz als Reaktion auf die Variation der Stärke eines externen Magnetfeldes und variiert drastisch um die Resonanzfrequenz f0. Somit ist die Impedanzvarianz um die Resonanzfrequenz f0 größer als in einem Frequenzband sehr viel niedriger als die Resonanzfrequenz f0.
Bei dem Magnetsensor gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung variiert die Impedanz als Reaktion auf das Anlegen des externen Magnetfeldes. Als Konsequenz variiert die Resonanzfrequenz des Magnetsensors ebenfalls. Daher kann durch Optimieren der Frequenz des elektrischen Stromes, der an den Magnetsensor geliefert wird, die Variation in dem externen Magnetfeld als eine große Impedanzvariationsrate erfaßt werden. Mit andern Worten, die Magnetfeldempfindlichkeit kann erhöht werden.
Weiterhin enthält die erste Ausführungsform den Masseleiterfilm 35, so daß das Auftreten der Streukapazität in dem Stand der Technik unterdrückt werden kann. Zusätzlich konzentriert sich das elektrische Feld aufgrund des elektrischen Stromes, der an den Weichmagnetdraht 33 geliefert wird, auf ein Gebiet zwischen dem Masseleiterfilm 35 und dem Verbindungsleiter 39, durch den der elektrische Strom fließt. Daher ist der Magnetsensor unempfindlich gegen Störungen und daher ist er im Betrieb stabil im Vergleich mit dem herkömmlichen Magnetsensor, der nicht den Masseleiterfilm 35 aufweist. Folglich kann die Erfassung des Magnetfeldes stabil ausgeführt werden, selbst wenn der Magnetsensor in einem Frequenzband niedriger als die Resonanzfrequenz in LC betrieben wird.
Ein Beispiel des Magnetsensors der ersten Ausführungsform ist wie folgt.
Es werden ein Permalloydraht mit einem Durchmesser von 50 um und einer Länge von 5 mm als der Weichmagnetdraht 33 und ein Polyimidfilm als das Isolatorsubstrat 37 mit einer gesamten Dicke von 140 um benutzt. Der Polyimidfilm weist eine 35 um Dicke Cu-Folie auf, die auf beiden Oberflächen davon gebildet ist. Eine der Cu- Folien auf dem Polyimidfilm wurde als Masseleiterfilm 35 benutzt, während die Cu-Folie teilweise entfernt wurde zum Belassen des Verbindungsleiters 39 zum Kurzschließen der einen Cu- Folie als der Masseleiterfilm 35. Weiter wurde ein Ende des Permalloydrahtes an die andere Cu-Folie als der Verbindungsleiter 39 gelötet.
Der so erhaltene Magnetsensor wurde der Messung der Impedanzvariation unterworfen. Insbesondere wurde ein Hochfrequenzstrom von 10 MHz zwischen dem anderen Ende des Permaloydrahtes 33 und dem Masseleiter 35 angelegt. Das externe Magnetfeld Hex wurde in einer Längsrichtung des Permalloydrahtes 33 angelegt. Auf diese Weise wies die Impedanzvariationsrate einen Maximalwert von 38%/Oe bei 3 Oe auf der Grundlage eines Referenzwertes bei Hex = 0 Oe auf.

Zweite Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 4, ein Magnetsensor 41 gemäß einer zweiten Ausführungsform weist einen Isolatorfilm 45 als ein Isolatorsubstrat, einen Weichmagnetdraht 33 als Weichmagnetelement, der auf einer Oberfläche des Isolatorfilmes 45 angebracht ist, einen Leiterdraht 43 als Masseleiter, der an der anderen Oberfläche des Isolatorfilmes 45 parallel zu dem Weichmagnetdraht 33 angebracht ist, und einen Kurzschlußleitungsdraht 47 als einen verbindenden Leiter, der ein Ende des Weichmagnetdrahtes 33 mit dem Masseleiterdraht 43 verbindet, auf. Der Magnetsensor 41 ist ein Zweianschlußelement mit zwei externen Verbindungsanschlüssen an den anderen Enden des Weichmagnetdrahtes 33 bzw. des Masseleiterdrahtes 43.
Bei dem Magnetsensor 41 entsprechen der Weichmagnetdraht 33, der Masseleiterdraht 43, der Kurzschlußleiterdraht 47 und der Isolatorfilm 45 dem Weichmagnetdraht 33, die Masseleiterfilm 35, dem Isolator 37 bzw. dem Verbindungsleiter 39 in dem Magnetsensor 31 von Fig. 1. Daher wird der Magnetsensor 41 ebenfalls durch die Äquivalenzschaltung in Fig. 3 dargestellt, und sein Betrieb ist im wesentlichen ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform.
Ein Beispiel des Magnetsensors 41 der zweiten Ausführungsform ist wie folgt.
Ein Permalloydraht mit einem Durchmesser von 50 um und einer Länge von 5 mm als der Weichmagnetdraht 33 und ein Cu-Draht mit einem Durchmesser von 50 um und einer Länge 5 mm als der Masseleiterdraht 43 wurden an beiden Oberflächen eines Polyimidfilmes mit einer Dicke von 70 um als der Isolatorfilm 45 angeheftet. Ein Ende des Permalloydrahtes und des Cu-Drahtes wurden durch den Kurzschlußleitungsdraht 47 zum Erzielen des Magnetsensors 41 kurzgeschlossen. Der Magnetsensor 41 wurde dann der Messung der Impedanzvariation unterworfen. Insbesondere wurde ein Hochfrequenzstrom von 10 MHz zwischen die anderen Enden des Permalloydrahtes 33 und des Cu-Drahtes 43 angelegt. Zusätzlich wurde ein externes Magnetfeld Hex in der Längsrichtung des Permalloydrahtes 33 angelegt. In diesem Fall wies die Impedanzvariationsrate einen maximalwert von 29%/Oe bei Hex = 30 Oe auf.

Erstes Vergleichsbeispiel

Zum Zwecke des Vergleichens wurde in Permalloydraht mit einem Durchmesser Von 50 um und einer Länge 5 mm allein benützt, und ein Hochfrequenzstrom von 10 MHz wurde zwischen beiden Enden des einzelnen Permalloydrahtes angelegt. Dann wurde ein externes Magnetfeld Hex in der Längsrichtung des Permalloydrahtes angelegt. In diesem Zustand wurde die Impedanzvariation erfaßt. Als Resultat betrug die Impedanzvariation bei Hex = 30 Oe nicht mehr als 8%/Oe.

Dritte Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 5, ein Magnetsensor 49 gemäß einer dritten Ausführungsform ist ähnlich zu dem Magnetsensor 31 von Fig. 2 mit der Ausnahme, daß der Weichmagnetdraht 33 durch eine Weichmagnetröhre 51 ersetzt ist, wobei ein Leiterdraht dadurch als ein Kerndraht 53 eingefügt ist. Ein Ende des Kerndrahtes 53 ist mit einem Verbindungsleiter 39 durch Löten oder ähnliches verbunden.
Wie leicht verständlich ist, bildet der Magnetsensor 49 ein Zweianschlußelement, das ebenfalls durch die Äquivalentschaltung in Fig. 3 dargestellt wird.
Ein Beispiel des Magnetsensors 49 der dritten Ausführungsform ist wie folgt.
Durch eine Permalloyröhre mit einem Außendurchmesser von 200 um als die Weichmagnetröhre 51 wurde ein Cu-Draht mit einem Durchmesser von 100 um als der Kerndraht 53 in einer im allgemeinen koaxialen Form eingeführt. Eine Kombination der Permalloyröhre und des Cu-Drahtes wird hier im folgenden als ein Koaxialweichmagnetdraht zur Kürze der Beschreibung genannt. Durch Benutzen des Koaxialweichmagnetdrahtes und eines Polyimidfilmes ähnlich zu dem, der in der ersten Ausführungsform benutzt wurde (d. h. mit einer Gesamtdicke von 140 um, wobei Cu-Filme auf beiden Oberflächen davon gebildet sind), wurde der Magnetsensor 49 in Fig. 5 auf die Weise ähnlich zu der ersten Ausführungsform hergestellt. Der so erhaltene Magnetsensor 49 würde der Messung der Impedanzvariation unterworfen. Insbesondere wurde eine Hochfrequenzstrom von 1 MHz zwischen einem Ende des Kerndrahtes des Koaxialweichmagnetdrahtes und einem Masseleiterfilm 35 angelegt. Weiter wurde ein externes Magnetfeld Hex in der Längsrichtung der Permalloyröhre angelegt. Als Resultat wies die Impedanzvariationsrate einen maximalwert von 21%/Oe bei Hex = 4 Oe auf.

Vierte Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 6, ein Magnetsensor 55 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist eine Modifikation des Magnetsensors von Fig. 5. Der Masseleiterfilm 35 und der Masseleiter 39 in dem Magnetsensor von Fig. 5 sind durch einen Masseleiterdraht 43 bzw. einen Kurzschlußleiterdraht 47 ersetzt, und ein Koaxialweichmagnetdraht (51, 53) und der Masseleiterdraht 43 sind an beiden Oberflächen eines Isolatorfilmes 45 befestigt auf eine Weise ähnlich zu der zweiten Ausführungsform (Fig. 4).
Ein Beispiel des Magnetsensors 55 der vierten Ausführungsform wird wie folgt dargestellt.
Durch die Benutzung des Koaxialweichmagnetdrahtes (51, 53) mit einer Permalloyröhre (51) mit einem Außendurchmesser von 200 um und einem Cu-Draht (53) mit einem Durchmesser von 100 um zusammen mit einem Cu-Draht (43) und einem Polyimidfilm (45) ähnlich zu jenen in der zweiten Ausführungsform benutzten wurde der Magnetsensor 55 in Fig. 6 hergestellt. Der so erhaltene Magnetsensor 55 wurde der Messung der Impedanzvariation in Abhängigkeit von der Stärke eines externen Magnetfeldes unterworfen. Genauer, ein Hochfrequenzstrom von 1 MHz wurde zwischen einem Ende des Cu- Drahtes 53 des Koaxialweichmagnetdrahtes und des Masseleiterdrahtes 43 angelegt, und das externe Magnetfeld Hex wurde in der Längsrichtung der Permalloyröhre 51 angelegt. Als Resultat wies die Impedanzvariation einen Maximalwert von 16%/Oe bei Hex = 4 Oe auf.

Zweites Vergleichsbeispiel

Mit der Ausnahme, daß der Masseleiterdraht 43 entfernt wurde, wurde ein Magnetsensor ähnlich zu dem Magnetsensor 55 von Fig. 6 als Vergleichsbeispiel vorbereitet. Ein elektrischer Strom von 1 MHz wurde zwischen den beiden Enden eines Leiterdrahtes eines Koaxialweichmagnetdrahtes des Vergleichsbeispieles angelegt. In diesem Zustand wurde die Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat wies die Impedanzvariationsrate einen Maximalwert so klein wie 6%/Oe bei Hex = 4 Oe auf.

Fünfte Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 7, ein Magnetsensor 57 gemäß einer fünften Ausführungsform ist eine Modifikation des Magnetsensors von Fig. 5. Genauer, der Magnetsensor 57 wiest eine Isolatorschicht 59 auf, die zwischen einer Weichmagnetröhre 51 und einem Kerndraht 53, die einen Koaxialweichmagnetdraht bilden, eingefügt ist.
Ein Beispiel des Magnetsensors 57 der fünften Ausführungsform ist wie folgt dargestellt.
Ein Cu-Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm als der Kerndraht 53 wurde mit einem Vinylbeschichtungsfilm als die Isolatorschicht 59 beschichtet. Weitet wurde die Isolatorschicht 59 mit einer Permalloyfolie mit einer Dicke von 50 um als die Weichmagnetröhre 51 zum Erzielen des Koaxialweichmagnetdrahtes beschichtet. Dann wurde durch die Benutzung eines Polyimidfilmes mit Cu-Folien der Magnetsensor 57 auf eine Weise ähnlich zu der ersten Ausführungsform hergestellt. Der so erzielte Magnetsensor 57 wurde der Messung der Impedanzvariation in Abhängigkeit eines externen Magnetfeldes unterworfen. Genauer, ein Hochfrequenzstrom von 10 MHz wurde zwischen dem Ende des Kerndrahtes 53 des Koaxialweichmagnetdrahtes und des Masseleiterfilmes 35 angelegt. Weiter wurde das externe Magnetfeld Hex in der Längsrichtung der Permalloyröhre angelegt. Als Resultat wies die Impedanzvariationsrate einen Maximalwert von 48%/Oe bei Hex = 3 Oe auf.

Sechste Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 8, ein Magnetsensor 61 gemäß einer sechsten Ausführungsform ist eine Modifikation der vierten (Fig. 6) oder der fünften (Fig. 7) Ausführungsform. Insbesondere ist auf eine Weise ähnlich zu Fig. 7 ein Isolatorfilm 59 zwischen einer Weichmagnetröhre 51 und einem Kerndraht 53 eingefügt, die einen Koaxialmagnetdraht in Fig. 6 bilden.
Ein Beispiel des Magnetsensors 61 ist unten dargestellt.
Durch die Benutzung eines Koaxialweichmagnetdrahtes ähnlich zu dem, der in der fünften Ausführungsform benutzt wurde, zusammen mit einem Cu-Draht und einem Polyimidfilm ähnlich zu jenen, die in der zweiten Ausführungsform benutzt wurden, wurde der Magnetsensor 61 in Fig. 8 hergestellt. Der Magnetsensor 61 wurde dann der Messung der Impedanzvariation in Abhängigkeit von der Stärke eines externen Magnetfeldes unterworfen. Genauer, ein Hochfrequenzstrom von 10 MHz wurde zwischen einem Ende des Kerndrahtes 53 des Koaxialweichmagnetdrahtes und eines Masseleiterdrahtes 43 angelegt. Weiter wurde das externe Magnetfeld Hex in der Längsrichtung der Permalloyröhre angelegt. Als Resultat wies die Impedanzvariationsrate einen maximalwert von 31%/Oe bei Hex = 3 Oe auf.

Drittes Vergleichsbeispiel

Als ein drittes Vergleichsbeispiel wurde der Masseleiterdraht 43 in dem Magnetsensor 61 von Fig. 8 entfernt zum Bilden eines Magnetsensors mit einem Koaxialweichmagnetdraht mit einer Isolatorschicht 59. Ein elektrischer Strom von 10 MHz wurde zwischen den beiden Enden des Magnetsensors zum Messen der Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz angelegt. Als Resultat wies die Impedanzvariationsrate einen Maximalwert so klein wie 8%/Oe bei Hex = 3 Oe auf.
Wie oben beschrieben wurde, weist der Magnetsensor gemäß der ersten bis sechsten Ausführungsform dieser Erfindung einen Masseleiter auf, so daß er die in Fig. 3 gezeigte Äquivalenzschaltung hat. In diesem Fall kann die Impedanzvariation als Reaktion auf die Variation der Stärke des externen Magnetfeldes weiter durch die Benutzung einer LC-Resonanz vergrößert werden. Zum Demonstrieren des obigen wird der Wert der Induktanz L in der Äquivalenzschaltung geändert, während der Widerstand R und die Kapazität C konstant bei 3Ω und 200 pF gehalten werden. Gemäß der Gleichungen (2) bis (4) werden die Impedanzen Z berechnet und in Fig. 9 aufgetragen.
Bei den vorangehenden Ausführungsformen wird Permalloy als ein Weichmagnetmaterial ausgewählt. Anstatt dessen können die meisten jener Materialien, die allgemein als das Weichmagnetmaterial benutzt werden, benutzt werden zum Erzielen des ähnlichen Effektes, so weit solche Materialien in einen Draht gebildet werden können, zum Beispiel Cu-Fe-Si-Bi.
Wie oben beschrieben wurde, weist der Magnetsensor gemäß jeder der ersten bis sechsten Ausführungsform dieser Erfindung den Weichmagnetdraht oder den Koaxialweichmagnetdraht, wobei der Leiterdraht dadurch eingeführt ist, den Masseleiter und den dazwischen eingefügten Isolator auf. Mit diesem Aufbau ist es möglich, das Auftreten der Streukapazität zwischen dem Weichmagnetelement und den umgebenen Leitern zu unterdrücken und einen stabilen Betrieb durch Schutz gegen die Störung zu erzielen. Zusätzlich kann durch Benützen der Kapazität, die aus dem Hinzufügen des Isolators und des Leiters erzeugt wird, die LC- Resonanzfrequenz frei entworfen werden. Durch Benutzen der drastischen Änderung der Impedanz auf die Variation der Induktanz L folgend in Abhängigkeit des externen Magnetfeldes kann die Empfindlichkeit deutlich um mehrere Male bis mehrere Zehnmale im Vergleich mit den herkömmlichen Sensoren verbessert werden. Zusätzlich weist der Magnetsensor dieser Ausführungsform einfach das Drahtmaterial als das Weichmagnetelement auf, zu dem der Isolator mit der Leiterschicht oder eine Kombination des Isolators und der Leiterschicht hinzugefügt werden. Somit wird die Zahl der Komponenten verringert, und eine teure Installation wie ein Sputtergerät ist nicht notwendig, so daß der Magnetsensor mit niedrigen Kosten erzielt wird. Daher ist der Magnetsensor dieser Erfindung äußerst nützlich zur Benutzung als ein Magnetkopf und ähnliches.

Siebte Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 10, ein Magnetsensor 63 gemäß einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung weist ein dielektrisches Plattenteil oder ein Glassubstrat 65 als Isolatorsubstrat mit einer oberen und einer unteren Oberfläche entlang einer vorbestimmten Richtung und einen linearen streifenartigen dünnen Weichmagnetfilm 71 als ein Weichmagnetelement mit einer vorgewählten Breite, der auf einem Teil der oberen Oberfläche des Glassubstrates 65 zum Erstrecken in der vorbestimmten Richtung abgeschieden ist, auf. Der dünne Weichmagnetfilm 71 weist gegenüberliegenden Enden als ein Eingangs- und ein Ausgangsende 67 und 69 zum Liefern eines elektrischen Stromes dazwischen auf. Der Magnetsensor 63 dient zum Erfassen als die Impedanzvariation der Variation in dem elektrischen Strom, der verursacht wird, wenn an den dünnen Weichmagnetfilm 71 ein Magnetfeld in einer Richtung angelegt wird, die die vorbestimmte Richtung schneidet.
Bei dem Magnetsensor 63 ist die Kapazität absichtlich durch Abscheiden eines Masseleiterfilmes 35 als Leiter auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 vorgesehen.
Der dünne Weichmagnetfilm 71 bildet ein Zweianschlußelement mit einem Eingangs- und dem Ausgangsende 67 und 69. Das Zweianschlußelement weist eine Äquivalentschaltung auf, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. In Fig. 3 bezeichnet C eine Kapazität, die absichtlich zwischen dem Masseleiterfilm 35 und dem dünnen Weichmagnetfilm 71 gebildet ist. Die Äquivalenzschaltung weist einen Widerstand R, eine Reaktanz X und eine Impedanz Z auf, die durch die entsprechenden Gleichungen 2 bis 4 gegeben sind, und sie weist eine Resonanzfrequenz auf, die durch die Gleichung (5) gegeben ist, wie im vorangehenden beschrieben wurde.
Bei dem Element mit der Äquivalentschaltung in Fig. 3 variiert die Impedanz des Elementes als Reaktion auf die Variation des externen Magnetfeldes. Es sei hier angemerkt, daß die Impedanz drastisch um die Resonanzfrequenz variiert. Daher kann durch · Überwachen der Variation der Impedanz um die Resonanzfrequenz eine weitere Ausgangsvariation erzielt werden im Vergleich mit dem Überwachen bei einem niedrigen Frequenzbereich viel niedriger als die Resonanzfrequenz.
Der Magnetsensor bei dieser Ausführungsform weist die Kapazität C auf, die absichtlich so vorgesehen ist, daß der Betrieb stabil im Vergleich mit den herkömmlichen Magnetsensoren ist, die den Masseleiterfilm 35 nicht aufweisen. Folglich kann die Erfassung des Magnetfeldes stabil ausgeführt werden, selbst wenn der Magnetsensor in einem Frequenzband niedriger als die Resonanzfrequenz in der LC-Resonanz des oben erwähnten herkömmlichen Magnetsensors betrieben wird.
Die Beschreibung wird nun für ein Herstellungsverfahren des Magnetsensors 63 in der siebten Ausführungsform (Fig. 10) durch die Benutzung eines Hochfrequenzmagnetronsputtern gegeben.
Zuerst wurde das Glassubstrat 65 mit einer Dicke von 200 um, einer Breite 10 mm und einer Länge 20 mm vorbereitet. Dann wurde der lineare streifenartige dünne Weichmagnetfilm 71 aus Co-Nb-Zr mit einer Dicke von 4 um, einer Breite von 4 mm und einer Länge von 14 mm auf einem Teil der oberen Oberfläche des Glassubstrates 65 durch das Sputtern abgeschieden. Darauf folgend wurde der Masseleiterfilm 35 aus Cu mit einer Dicke von 1 um, einer Breite 10 mm und einer Länge von 20 mm ebenfalls auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 abgeschieden. Der dünne Weichmagnetfilm 71 wurde durch EPMA (Elektronensondenmikroanalyse) analysiert und wies eine Zusammensetzung aus 83,7 Atom% Co, 2,8 Atom% Zr und 13,5 Atom% Nb auf.
Der Magnetsensor 63 wurde auf 400ºC während zwei Stunden in einem Vakuum von 5,0 · 10&supmin;&sup5; Torr oder weniger unter einem drehenden Magnetfeld von H = 500 Oe zum Lockern der magnetischen Anisotropie erwärmt, die während des Abscheidens der Filme eingeführt wurde. Danach wurde in einem Vakuum des gleichen Grades unter einem statischen Magnetfeld des gleichen Niveaus die Wärmebehandlung ausgeführt zum Einführen einer unaxialen magnetischen Anisotropie in einer Breitenrichtung des Magnetsensors 63.
Der Magnetsensor 63, wie er behandelt ist, wurde mit einem elektrischen Strom von 40 MHz beaufschlagt und bezüglich der Impedanzabhängigkeit von verschiedenen externen Magnetfeldern (Hex) gemessen. Die gemessenen Daten sind in Fig. 11 dargestellt. Die Impedanzvariationsrate betrug 188%/7,6 Oe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug 24,7%/Oe. Die maximale Magnetfeldempfindlichkeit betrug 65,8%/Oe bei Hex = 7 Oe.

Viertes Vergleichsbeispiel

Als ein viertes Vergleichsbeispiel wurde ein Magnetsensor experimentell dargestellt, der ähnlich zu dem Magnetsensor der siebten Ausführungsform (Fig. 10) ist mit der Ausnahme, daß der Masseleiterfilme 35 nicht unter dem Glassubstrat 65 gebildet ist. Ein Prozeß des Bildens des dünnen Weichmagnetfilmes 71 aus Co-Nb-Zr auf der oberen Oberfläche des Glassubstrates 62 wurde in der ähnlichen Weise wie die Herstellung des Beispieles des Magnetsensors 31 der siebten Ausführungsform von Fig. 10 ausgeführt. Nach dem Bilden des dünnen Weichmagnetfilmes 71 wurde die Wärmebehandlung ebenfalls auf die ähnliche Weise ausgeführt. Der dünne Weichmagnetfilm 71 wurde ebenfalls analysiert und wies eine Zusammensetzung aus 83,6 Atom% Co, 2,7 Atom% Zr und 13,7 Atom% Nb auf. Ein elektrischer Strom von 40 MHz wurde an den Magnetsensor des vierten Vergleichsbeispieles angelegt, und die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz wurde gemessen. Die Impedanzvariationsrate betrug 37%/8,6 Oe, und die mittlere Magnetempfindlichkeit betrug 4,3%/Oe. Die maximale Magnetfeldempfindlichkeit betrug 9,5%/Oe bei Hex = 70 Oe.

Achte Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 12, ein Magnetsensor 73 gemäß · einer achten Ausführungsform, der durch Magnetronsputtern hergestellt ist, unterscheidet sich von dem der siebten Ausführungsform, wie hier im folgenden im einzelnen beschrieben wird.
Der Magnetsensor 73 der achten Ausführungsform wurde wie folgt hergestellt. Ein Glassubstrat 65 mit einer Dicke von 200 um, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 20 mm wurde dargestellt. Dann wurde ein unterer Abschnitt eines linearen streifenartigen dünnen Weichmagnetfilmes 71 aus Co-Nb-Zr mit einer Dicke von 4 um, einer Breite von 4 mm und einer Länge von 14 mm auf einem Teil der oberen Oberfläche des Glassubstrates 65 abgeschieden. Darauf folgend wurde ein Cu-Film 75 mit einer Dicke von 1 um, einer Breite von 2 mm und einer Länge von 20 mm auf einer Mittellinie des unteren Abschnittes des dünnen Weichmagnetfilmes 71 gebildet. Danach wurde auf dem unteren Abschnitt des dünnen Weichmagnetfilmes 71 über der oberen Oberfläche des Cu-Filmes 75 ein oberer Abschnitt des dünnen Weichmagnetfilmes 71 aus Cu-Nb- Zr so abgeschieden, daß er eine maximale Dicke von 4 um, eine Breite von 4 mm und eine Länge von 14 mm aufweist. Schließlich wurde auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 ein Masseleiterfilm 35 aus Cu abgeschieden, der eine Dicke von 1 um, eine Breite von 10 mm und eine Länge 20 mm aufweist.
Der dünne Weichmagnetfilm 71 wurde ebenfalls analysiert und weist eine Zusammensetzung von 83,4 Atom% Co, 3,0 Atom% Zr und 13,6 Atom% Nb auf.
Auf die Weise ähnlich zu der siebten Ausführungsform wurde unaxiale magnetische Anisotropie in den dünnen Magnetfilm 71 in eine Breitenrichtung davon eingeführt. Darauf folgend wurde der Magnetsensor 73 mit einem elektrischen Strom von 80 MHz beaufschlagt, und die Impedanzvariationsrate wurde durch Anlegen des variierenden externen Magnetfeldes gemessen. Die Impedanzvariationsrate betrug 85%/8,1 Oe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug 10,7%/Oe. Die maximale Magnetfeldempfindlichkeit betrug 25,1%/Oe bei Hex = 7 Oe.

Fünftes Vergleichsbeispiel

Ein Magnetsensor eines fünften Vergleichsbeispieles wurde experimentell dargestellt, der ähnlich zu dem Magnetsensor 73 der achten Ausführungsform (Fig. 12) ist mit der Ausnahme, daß der Masseleiterfilm 35 nicht auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 gebildet wurde. Somit weist der Magnetsensor des fünften Vergleichsbeispieles den dünnen Weichmagnetfilm 71 aus Co-Nb-Zr und den Cu-Film 75, der auf der oberen Oberfläche des Glassubstrates 65 gebildet ist, auf.
Unter der Bedingung ähnlich zu der achten Ausführungsform wurde die Wärmebehandlung zum Einführen der magnetischen. Anisotropie ausgeführt. Danach wurde ein elektrischer Strom von 80 MHz angelegt. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeld- (Hex)Abhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 50%/9 Oe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug ungefähr 6%/Oe. Die maximale Magnetfeldempfindlichkeit betrug 12,3%/Oe bei Hex = 7 Oe.

Neunte Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 13 und 14, ein Magnetsensor 77 gemäß einer neunten Ausführungsform wurde durch Magnetronsputtern auf die Weise hergestellt, die gegenwärtig beschrieben wird. Zuerst wurde ein Glassubstrat 65 mit einer Dicke von 200 um, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 20 mm dargestellt. Dann wurde ein erster linearer streifenartiger dünner Weichmagnetfilm 79 aus Co-Nb-Zr mit einer Dicke von 4 um, einer Breite 4 mm und einer Länge von 14 mm auf einem Teil der oberen Oberfläche des Glassubstrates 65 abgeschieden. Danach wurde auf dem ersten dünnen Weichmagnetfilm 79 ein erster SiO&sub2;-Film 81 mit einer Dicke von 0,5 um, einer Breite von 3 mm und einer Länge von 18 mm gebildet. Darauf folgend wurde ein Cu-Film 75 mit einer Dicke von 1 um, einer Breite von 2 mm und einer Länge von 20 mm auf dem ersten SiO&sub2;-Film 81 abgeschieden. Weiterhin wurde auf dem ersten SiO&sub2;-Film 81 und dem Cu-Film 75 ein zweiter SiO&sub2;-Film 83 mit einer Dicke von 0,5 um, einer Breite von 3 mm und einer Länge von 18 mm gebildet. Weiter wurde auf dem ersten dünnen Weichmagnetfilm 79 und dem zweiten SiO&sub2;-Film 83 ein zweiter linearer streifenartiger dünner Weichmagnetfilm 85 mit einer Dicke von 4 um, einer Breite von 4 mm und einer Länge 14 mm gebildet. Schließlich wurde eine Masseleiterfilm 35 aus Cu mit einer Dicke von 1 um, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 20 mm auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 abgeschieden.
Jeder des ersten und des zweiten dünnen Weichmagnetfilmes 79 und 85 weist eine Zusammensetzung von 84,1 Atom% Cu, 2,7 Atom% Zr und 13,2 Atom% Nb auf, wie es durch EPMA analysiert wurde.
Auf die Weise ähnlich zu der siebten Ausführungsform wurde unaxiale magnetische Anisotropie in die dünnen Magnetfilme 79 und 85 in eine Breitenrichtung davon eingeführt. Dann wurde an den Magnetsensor 77 ein elektrischer Strom von 120 MHz angelegt, und die Impedanz wurde gemessen, während das externe Magnetfeld Hex verschiedener Stärken angelegt wurde. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 35%/8,0 Oe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug 43,8%/Oe. Bei Hex = 7 Oe zeigte eine Kurve, die die Impedanzvariation in Bezug auf das externe Magnetfeld Hex darstellt, den maximalen Gradienten mit der maximalen Impedanzvariation von 205%/Oe.

Sechstes Vergleichsbeispiel

Ein Magnetsensor eines sechsten Vergleichsbeispieles wurde experimentell dargestellt, der ähnlich zu dem Magnetsensor 77 der neunten Ausführungsform (Fig. 13 und 14) ist mit der Ausnahme, daß der Masseleiter 35 nicht auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 gebildet wurde.
Unter der Bedingung ähnlich zu der neunten Ausführungsform wurde die Wärmebehandlung zum Einführen der magnetischen Anisotropie ausgeführt. Danach wurde ein elektrischer Strom von 120 MHz angelegt. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 120%/8,2 Oe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug ungefähr 14,6%/Oe. Die maximale Magnetfeldempfindlichkeit betrug 23%/Oe bei Hex = 7 Oe.

Zehnte Ausführungsform

Es wird Bezug genommen auf Fig. 15, ein Magnetsensor 95 gemäß einer zehnten Ausführungsform weist einen Aufbau ähnlich zu dem Magnetsensor 77 der neunten Ausführungsform (Fig. 13 und 14) auf mit der Ausnahme, daß der erste und der zweite dünne Magnetfilm 79 und 85 durch eine erste und eine zweite Weichmagnetschicht 87 und 91 ersetzt ist, von denen jede eine gestapelte Struktur aufweist.
Der Magnetsensor 95 wurde auf die folgende Weise hergestellt. Zuerst wurde ein Glassubstrat 65 mit einer Dicke von 200 um, einer Breite 10 mm und einer Länge von 20 mm dargestellt. Dann wurde auf einem Teil der oberen Oberfläche des Glassubstrates 65 ein dünner Weichmagnetfilm 87a aus Co-Nb-Zr mit einer Dicke von 1 um, einer Breite von 4 mm und einer Länge von 14 mm abgeschieden. Darauf folgend wurde auf dem dünnen Weichmagnetfilm 87a ein AlN- Film 89a mit einer Dicke von 0,1 um, einer Breite von 4 mm und einer Länge von 18 mm gebildet. Entsprechend wurden ähnliche dünne Weichmagnetfilme 87b bis 87d und ähnliche AlN-Filme 89b und 89c abwechselnd auf der ersten Weichmagnetschicht 87 in einer gestapelten Struktur abgeschieden, wobei drei AlN-Filme dazwischen eingefügt sind. Danach wurde auf der ersten Weichmagnetschicht 87 speziell auf einem Teil der oberen Oberfläche des obersten dünnen Weichmagnetfilmes 87d ein AlN-Film 81 mit einer Dicke von 0,5 um, einer Breite von 3 mm und einer Länge von 18 mm abgeschieden. Darauf folgend wurde ein Cu-Film 75 mit einer Dicke von 1 um, einer Breite von 2 mm und einer Länge von 20 mm auf dem AlN- Film 81 mit der Ausnahme der beiden Enden davon gebildet. Dann wurde auf dem AlN-Film 81 und dem Cu-Film 75 ein AlN-Film 83 mit einer Dicke von 0,5 um, einer Breite von 3 mm und einer Länge von 18 mm gebildet. Dann wurde auf dem AlN-Film 83 und der ersten Weichmagnetschicht 87, nämlich auf dem obersten dünnen Weichmagnetfilm 87d ein anderer Satz von dünnen Weichmagnetfilmen 89a bis 89d aus Cu-Nb-Zr und drei AlN-Filmen 93a bis 93c abwechselnd abgeschieden zum Bilden der zweiten Weichmagnetschicht 91 mit den drei AlN-Filmen dazwischen eingefügt. Schließlich wurde ein Masseleiterfilm 35 aus Cu mit einer Dicke von 1 um, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 20 mm auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 abgeschieden. Jeder der dünnen Weichmagnetfilme 87a bis 87d und 91a bis 91d weist eine Zusammensetzung von 83,5 Atom% Co, 3,1 Atom% Zr und 13,4 Atom% Nb auf.
Auf die Weise ähnlich zu der siebten Ausführungsform wurde unaxiale magnetische Anisotropie in die Weichmagnetschichten in einer Breitenrichtung davon eingeführt. Dann wurde der Magnetsensor 95 mit einem elektrischen Strom von 120 MHz beaufschlagt, und die Impedanz wurde in dem externen Magnetfeld (Hex) gemessen, wobei die Stärke verschieden geändert wurde. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 212%/8,OOe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug 26,5%/Oe. Die maximale Magnetempfindlichkeit betrug 128%/Oe bei Hex = 7 Oe.

Siebtes Vergleichsbeispiel

Ein Magnetsensor eines siebten Vergleichsbeispieles wurde experimentell dargestellt, das ähnlich zu dem Magnetsensor 77 des neunten Ausführungsbeispieles (Fig. 15) ist mit der Ausnahme, daß der Masseleiterfilm 35 nicht auf der unteren Oberfläche des Glassubstrates 65 gebildet ist. Die Wärmebehandlung wurde unter der Bedingung ähnlich zu der der neunten Ausführungsform zum Einführen einer magnetischen Anisotropie ausgeführt. Danach würde ein elektrischer Strom von 120 MHz angelegt. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 83%/8,5 Oe, und die mittlere Feldstärkempfindlichkeit war ungefähr 9,8%Oe. Die maximale Magnetfeldempfindlichkeit betrug 22,5%/Oe bei Hex = 7 Oe.

Elfte Ausführungsform

Ein Magnetsensor gemäß einer elften Ausführungsform ist ähnlich zu dem Magnetsensor 77 der neunten Ausführungsform (Fig. 13 und 14) mit der Ausnahme, daß die dünnen Weichmagnetfilme 81 und 83 aus Co-Nb-Zr durch Permaloy von 4 um Dicke ersetzt werden.
Der Magnetsensor wurde auf 500ºC während zwei Stunden in einem Vakuum von 5,0 · 10&supmin;&sup6; Torr oder weniger unter einem statischen Magnetfeld von H = 500 Oe zum Einführen einer unaxialen magnetischen Anisotropie in einer Breitenrichtung davon erwärmt. Danach wurde der Magnetsensor mit einem elektrischen Strom von 40 MHz beliefert, und die externe Magnetfeld-(Hex)Abhängigkeit der Impedanz, die Induktanz und der Widerstand wurden gemessen. Die Impedanzvariation betrug 72%/40 Oe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug 18,0%/Oe. Die maximale Feldempfindlichkeit betrug 43%/Oe bei Hex = 2,5 Oe.

Achtes Vergleichsbeispiel

Ein Magnetsensor eines achten Vergleichsbeispieles wurde experimentell hergestellt, der ähnlich zu dem Magnetsensor in der elften Ausführungsform ist mit der Ausnahme, daß der Masseleiterfilm (35 in Fig. 13 und 14) weggelassen ist. Wie bei der elften Ausführungsform wurde ein elektrischer Strom von 40 MHz angelegt. In diesem Zustand wurde die Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 35%/4,1 Oe, und die mittlere Magnetfeldempfindlichkeit betrug ungefähr 8,5%/Oe. Die maximale Magnetfeldempfindlichkeit betrug 16%/Oe bei Hex = 2,5 Oe.
Gemäß jeder der siebten bis elften Ausführungsform dieser Erfindung, die oben beschrieben wurden, ist bei dem Magnetsensor, der den Weichmagnetfilm zum Erfassen als Impedanzvariation einer Variation der Stärke des externen Magnetfeldes benutzt, der Masseleiterfilm (Masseelektrode) so gebildet, daß absichtlich die Kapazität vorgesehen wird. Daher ist der Magnetsensor vorteilhaft darin, daß der Betrieb stabil ist und daß die drastische Änderung in der Impedanz, die die LC-Resonanz in der in Fig. 3 gezeigten Äquivalenzschaltung benutzt werden kann. Somit können die Nachteile der oben erwähnten herkömmlichen Sensoren leicht beseitigt werden.
Der Wert der Kapazität C in der Äquivalenzschaltung in Fig. 3 kann auf einen speziellen Wert in einer Entwicklungsstufe gewählt werden. Der Widerstand R&sub0; und die Induktanz L&sub0;, die in der Figur dargestellt sind, variieren in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld.
Genauer, bei der Äquivalenzschaltung mit der Impedanz, die durch die Gleichung (2) bis (4) gegeben ist, wird die Induktanz L verschieden geändert, wobei der Widerstand R und die Kapazität C konstant bei 3Ω bzw. 200pF gehalten werden. In diesem Zustand wird die Impedanz berechnet, wie in Fig. 16 aufgezeichnet ist. Wie bereits beschrieben wurde, wird bei dem Magnetsensor jeder der siebten bis elften Ausführungsform dieser Erfindung die Permeabilität des Weichmagnetfilmes variiert unter dem Einfluß des externen Magnetfeldes. Daher wird die in Fig. 16 gezeigte Variation der Induktanz L tatsächlich durch das externe Magnetfeld verursacht. Zum Beispiel sei angenommen, daß, wenn ein elektrischer Strom von 70 MHz angelegt wird, die Permeabilität durch das Anlegen des externen Magnetfeldes vergrößert wird und die Induktanz L von 20nH bis 50nH variiert. In diesem Fall variiert die Impedanz von 12Ω bis 80Ω, wobei die Variationsrate von 600% oder mehr gezeigt wird. In der Praxis ist die Situation nicht so einfach, da der elektrische Widerstand unter dem Einfluß des Skineffektes variiert.
Fig. 17 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Impedanz, die bei der neunten Ausführungsform gemessen wurde, die die Neigung dazu hat, im wesentlichen identisch zu der in Fig. 16 dargestellten zu sein. Somit wird angemerkt, daß die Impedanzvariation, die dem Anlegen des Magnetfeldes an den Magnetsensor folgt, die Variation der Resonanzfrequenz des Magnetsensors verursacht. Daher kann durch Optimieren der Frequenz des angelegten Stromes die Variation in der Stärke des externen Magnetfeldes als eine sehr hohe Impedanzvariationsrate erfaßt werden.
Bei der neunten und zehnten Ausführungsform ist der dünne Weichmagnetfilm aus amorphem Co-Nb-Zr gebildet. Bei der elften Ausführungsform wird Permalloy benutzt. Es kann jedoch jedes Material, das in dem Weichmagneteffekt hervorragend ist, statt dessen benutzt werden. Anstelle des Cu-Filmes kann jedes Material. das aus Niederwiderstandselektrodenmetallen wie Al, Ag und Au gewählt ist, benutzt werden. Der Isolatorfilm kann aus verschiedenen Verbindungen gebildet werden, die hervorragend in der Isolation sind, wie Al&sub2;O&sub3; und Si&sub3;O&sub4; anstelle von SiO&sub2; und AlN.
Als nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich eines Magnetsensors mit dem Weichmagnetelement mit einem Co-Nb-Zr-Film ähnlich zu der neunten und zehnten Ausführungsform, die in Fig. 13, 14 und 15 gezeigt sind, gegeben, der aber kein Mässeleiterfilm aufweist, wie es bei dem sechsten und siebten Vergleichsbeispiel beschrieben ist. Es soll angemerkt werden, daß der Magnetsensor ohne Masseleiterfilm mit einer verbesserten Magnetfeldempfindlichkeit oberhalb 15%/Oe durch die Benutzung des Co- Nb-Zr-Filmes einer speziellen Zusammensetzung versehen ist, die im wesentlichen aus 80-87 Atom% Co, 10-17 Atom% Nb und 1-6 Atom% Zr besteht.

Zwölfte Ausführungsform (nicht die Erfindung darstellend)

Diese Ausführungsform ist ähnlich zu der neunten Ausführungsform der Fig. 13 und 14 aber ohne den Masseleiterfilm 35, wie bei dem sechsten Vergleichsbeispiel.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 18 bis 20, ein Magnetsensor 85 gemäß einer zwölften Ausführungsform dieser Erfindung weist ein Glassubstrat 65 als ein Isolatorsubstrat und ein Weichmagnetelement auf, das auf der Glasplatte 65 gebildet ist. Das Magnetelement ist eine Hüllenstruktur und weist als eine äußere Hüllenschicht des Weichmagnetelementes eine Weichmagnetschicht 99 mit einem Co-Nb-Zr-Film mit einer Dicke von 1 um, einen Cu-Film 75 als Kernleiter des Weichmagnetelementes mit einer Dicke von 1 um, der an einem Mittelabschnitt ist, eine Isolatorschicht 101, die 0,5 um Dicke SiO&sub2;-Filme 81 und 83 aufweist, die zwischen die Weichmagnetschicht 99 und die Leiterschicht 75 eingefügt sind, auf.
Die Weichmagnetschicht 99 weist einen ersten dünnen Weichmagnetfilm 79, der auf dem Glassubstrat 65 gebildet ist, und einen zweiten dünnen Weichmagnetfilm 85, der auf und über dem ersten dünnen Weichmagnetfilm 79 gebildet ist, auf. Die Isolatorschicht 101 weist die SiO&sub2;-Filme 81 und 83 als ersten und zweiten Isolatorfilm auf. Der erste Isolatorfilm 81 ist zwischen dem Cu-Film 75 und dem ersten dünnen Weichmagnetfilm 79 eingefügt, während der zweite Isolatorfilm 83 zwischen den Cu-Film 75 und den zweiten dünnen Weichmagnetfilm 75 eingefügt ist. Der erste und der zweite Isolatorfilm 81 und 83 werden in engem Kontakt miteinander an gegenüberliegenden Anfangsabschnitten davon gehalten.
Der Magnetsensor 97 der zwölften Ausführungsform wurde wie folgt zum Erzielen von Proben 1 bis 10 hergestellt. Zusätzlich wurden Vergleichsproben 11 bis 15 als ein neuntes Vergleichsbeispiel erzielt.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 21A bis 21F, der Magnetsensor 97 mit dem in Fig. 18 bis 20 dargestellten Aufbau wurde auf dem Glassubstrat 65 mit einer Dicke von 1 mm hergestellt. Durch die Benutzung von Co-Nb-Zr-Legierungstargets (Ziele) verschiedener Arten von Zusammensetzungen wurden eine Nb-Tablette und eine Zr-Tablette, Co-Nb-Zr-Filme verschiedener Zusammensetzungen gebildet. Die Zusammensetzungen der Co-Nb-Zr-Filme, die abgeschieden wurden, wurden durch EPMA analysiert.
Es wird zuerst Bezug genommen auf Fig. 21A, eine Maske wurde auf dem Glassubstrat 65 mit einer Abmessung von 10 mm · 20 mm gebildet. Wie in Fig. 21B dargestellt ist, wurde der erste dünne Weichmagnetfilm 79 aus Co-Nb-Zr mit einer Breite von 4 mm, einer Länge von 14 mm und einer Dicke von 1 um durch Sputtern gebildet. Als nächstes wird Bezug genommen auf Fig. 21C, der erste Isolatorfilm 81 aus SiO&sub2; mit einer Breite von 3 mm, einer Länge von 16 mm und einer Dicke von 0,5 um wurde durch RF-Magnetronsputtern durch die Benutzung einer Maske gebildet. Als nächstes wird Bezug genommen auf Fig. 21D, auf dem ersten Isolatorfilm 81 wurde der Cu-Film 75 mit einer Breite von 2 mm, einer Länge von 20 mm und einer Dicke von 1 um so gebildet, daß er sich in die Längsrichtung über die beiden Enden des ersten Isolatorfilmes 81 erstreckt. Dann wurde, wie in Fig. 21E dargestellt ist, der zweite Isolatorfilm 83 aus SiO&sub2; mit einer Breite von 3 mm, einer Länge von 16 mm und einer Dicke von 0,5 um so gebildet, daß er den Mittelabschnitt des Cu-Filmes 75 bedeckt und den ersten Isolatorfilm 81 überlappt. Danach wurde, wie in Fig. 21F dargestellt ist, der zweite dünne Weichmagnetfilm 85 aus Co-Nb-Zr mit einer Breite von 4 mm, einer Länge von 14 mm und einer Dicke von 1 um so gebildet, daß er den zweiten Isolatorfilm 83 bedeckt. Somit wurde der Magnetsensor 97 erhalten. Der Magnetsensor 97, der experimentell hergestellt wurde, wies eine Abmessung derart auf, daß der Co-Nb-Zr-Film eine Länge von 14 mm und eine Breite von 4 mm aufwies und daß der Cu-Film (Cu-Elektrode) eine Länge von 20 mm und eine Breite von 2 mm aufwies. Der Magnetsensor 97 wurde einer Wärmebehandlung bei 400ºC während zwei Stunden in einem Vakuum von 5,0 · 10&supmin;&sup5; Torr oder weniger und unter einem drehenden Magnetfeld von H = 500 Oe unterworfen zum Lockern der magnetischen Anisotropie, die während des Abscheidens der Filme eingeführt worden ist. Danach wurde die Wärmebehandlung in einem Vakuum mit dem gleichen Grad und einem statischen Magnetfeld des gleichen Niveaus ausgeführt zum einführen einer unaxialen magnetischen Anisotropie in einer Breitenrichtung des Magnetsensors 97.
Dann wurde, in dem die gegenüberliegenden Enden des Cu-Filmes 75 des Magnetsensors 97 als Eingangsanschlüsse benutzt wurden, ein elektrischer Strom von 10 MHz geliefert. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Die Impedanzvariationsrate und die Resultate der Analyse der Zusammensetzung durch EPMA sind in Tabelle 1 gezeigt. Für die Probe 1 in Tabelle 1 ist die externe Magnetfeldabhängigkeit in Fig. 22 aufgetragen. In Tabelle 1 benutzen die Proben 1 bis 10 die Zusammensetzungen von Co-Nb-Zr-Film dieser Erfindung, während die Proben 11 bis 15 gemäß dem neunten Vergleichsbeispiel andere Zusammensetzung unterschiedlich von dieser Erfindung benutzen. Tabelle 1
Es sei aus der Tabelle 1 angemerkt, daß die Proben 1 bis 10 eine Magnetfeldempfindlichkeit oberhalb von 15%/Oe im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen 11 bis 15 aufweisen.

Zehntes Vergleichsbeispiel

Als ein Magnetsensor eines zehnten Vergleichsbeispieles wurde ein Co-Nb-Zr-Film mit einer Dicke von 2 um, einer Länge von 4 mm und einer Breite von 4 mm allein auf dem Glassubstrat 65 mit einer Dicke von 1 mm in der zwölften Ausführungsform gebildet. Auf die Weise ähnlich zu der zwölften Ausführungsform wurde die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld ausgeführt. Das Weichmagnetelement wurde direkt mit einem elektrischen Strom von 10 MHz beliefert. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 30%/7 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 4,3%/Oe. Der Film wies eine Zusammensetzung aus 83,8 Atom% Co, 13,3 Atom% Nb und 2,9 Atom% Zr auf. Im Vergleich mit der Probe 2 bei der zwölften Ausführungsform ist der Magnetsensor der zwölften Ausführungsform (Fig. 12) mit dem Kernleiter 75 zusätzlich zu der Weichmagnetschicht 99 offensichtlich überlegen.

Elftes Vergleichsbeispiel

Als ein elftes Vergleichsbeispiel wurde ein Magnetsensor dargestellt, der ähnlich zu dem Magnetsensor der zwölften Ausführungsform (Fig. 18 bis 20) ist mit der Ausnahme, daß die Isolatorschicht 101 mit dem SiO&sub2;-Film entfernt ist. Somit weist das Weichmagnetelement das Glassubstrat 65, den Cu-Film 75 und den Co-Nb-Zr-Film als die Weichmagnetschicht 99 auf. Auf die Weise ähnlich zu der zwölften Ausführungsform wurde die Magnetwärmebehandlung ausgeführt. Auf die Weise ähnlich zu der zwölften Ausführungsform wird das Weichmagnetelement mit einem elektrischen Strom von 10 MHz beliefert. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 50%/7 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 6%/Oe. Der Co-Nb-Zr-Film wies eine Zusammensetzung von 83,3 Atom% Co, 13,8 Atom% Nb und 2,9 Atom% Zr auf. Im Vergleich mit der Probe 3 in der zwölften Ausführungsform ist der Magnetsensor der zwölften Ausführungsform (Fig. 18 bis 20) mit der Isolationsschicht zwischen der Weichmagnetschicht und der Leiterschicht offensichtlich überlegen.

Zwölftes Vergleichsbeispiel

Als ein zwölftes Vergleichsbeispiel ist ein Magnetsensor ähnlich zu dem Magnetsensor 97 der zwölften Ausführungsform (Fig. 18 bis 20) mit der Ausnahme, daß die Weichmagnetschicht 99 aus Permaloy anstelle von Co-Nb-Zr gebildet ist, dargestellt. Der Magnetsensor wurde bezüglich der Magnetimpedanzeigenschaften ausgewertet. Auf die Weise ähnlich zu der zwölften Ausführungsform wurde ein elektrischer Strom von 10 MHz angelegt. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 45%/9 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 5%/Oe.

Dreizehnte Ausführungsform (nicht die Erfindung darstellend)

Diese Ausführungsform ist ähnlich zu der zehnten Ausführungsform von Fig. 15 aber ohne den Masseleiterfilm 35 wie bei dem sechsten Vergleichsbeispiel.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 23, ein Magnetsensor 109 gemäß einer dreizehnten Ausführungsform ist ähnlich zu der zwölften Ausführungsform (Fig. 18 bis 20) mit der Ausnahme, daß der erste und der zweite dünne Weichmagnetfilm 79 und. 85, die jeweils eine einzelne Schicht aus dem Co-Nb-Zr-Film aufweisen, durch eine erste und eine zweite Weichmagnetschicht 103 und 107 ersetzt sind, von denen jede einen gestapelten Aufbau aufweist.
Wie in Fig. 23 dargestellt ist, weist die erste Weichmagnetschicht 103 vier dünne Weichmagnetfilme 87a bis 87d aus Co-Nb-Zr auf, die jeweils eine Dicke von 0,25 um aufweisen, wobei drei Isolatorfilme 89a bis 89c jeweils mit einer Dicke von 0,1 um dazwischen eingefügt sind. Entsprechend weist die zweite Weichmagnetschicht 107 vier dünne Weichmagnetfilme 91a bis 91d aus Co- Nb-Zr auf, die jeweils eine Dicke von 0,25 um aufweisen, wobei drei Isolatorfilme 93a bis 93c jeweils mit einer Dicke von 0,1 um dazwischen eingefügt sind. Eine Kombination der ersten und der zweiten Weichmagnetschicht 103 und 107 bilden den Magnetsensor oder das Magnetimpedanzelement 109.
Auf die Weise ähnlich zu der zwölften Ausführungsform wurde eine Magnetwärmebehandlung ausgeführt. Ein elektrischer Strom von 40 MHz wurde an den Cu-Film 75 angelegt. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit jeweils von der Impedanz, der Induktion und des Widerstandes gemessen. Als Resultat zeigen die Impedanz, die Induktanz und der Widerstand die Variationen, wie sie in Fig. 24 dargestellt sind. In diesem Fall betrug die Impedanzvariationsrate 12%/8 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 15%/Oe. Jeder der dünnen Weichmagnetfilme wies eine Zusammensetzung von 84 Atom% Co, 12,8 Atom% Nb und 3,2 Atom% Zr auf. Im Vergleich mit einem dreizehnten Vergleichsbeispiel, das im folgenden beschrieben wird, ist dieser Magnetsensor hervorragend in der Eigenschaft in einem Hochfrequenzbereich.

Dreizehntes Vergleichsbeispiel

Der Magnetsensor des Vergleichsbeispieles 11 in Tabelle 1 wurde mit einem elektrischen Strom von 40 MHz beliefert, auf die Weise ähnlich zu der dreizehnten Ausführungsform. In diesem Zustand wurde die externe Magnetfeldabhängigkeit der Impedanz gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 80%/8 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 10%/Oe.

Vierzehnte Ausführungsform

Ein Magnetsensor gemäß einer vierzehnten Ausführungsform ist ähnlich zu dem Magnetsensor 97 in der zwölften Ausführungsform (Fig. 18 bis 20) mit der Ausnahme, daß Si&sub3;N&sub4;-Filme als die Isolatorschicht 101 anstatt von SiO&sub2; benutzt wurden. Auf diese Weise wurde ähnlich zu der zwölften Ausführungsform die Magnetwärmebehandlung ausgeführt. In dem Zustand, in dem ein elektrischer Strom von 10 MHz geliefert wurde, wurde die Impedanzvariationsrate bei verschiedenen Stärken des externen Magnetfeldes gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 110%/6,5 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 16,9%/Oe.

Fünfzehnte Ausführungsform

Ein Magnetsensor gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform ist ähnlich zu dem Magnetsensor 97 in der zwölften Ausführungsform (Fig. 18 bis 20) mit der Ausnahme, daß Al&sub2;O&sub3;-Filme als die Isolatorschicht 101 anstelle von SiO&sub2; benutzt wurden. Auf die ähnliche Weise zu der zwölften Ausführungsform wurde die Magnetwärmebehandlung ausgeführt. In dem Zustand, in dem ein elektrischer Strom von 10 MHz geliefert wurde, wurde die Impedanzvariationsrate bei verschiedenen Stärken des externen Magnetfeldes gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 113%/6,7 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 16,9%/Oe.

Sechzehnte Ausführungsform

Ein Magnetsensor gemäß einer sechzehnten Ausführungsform ist ähnlich zu dem Magnetsensor 97 in der zwölften Ausführungsform (Fig. 18 bis 20) mit der Ausnahme, daß die Isolierschicht 101 aus SiO&sub2; durch AlN-Filme ersetzt ist. Auf die Weise ähnlich zu der zwölften Ausführungsform wurde die Magnetwärmebehandlung ausgeführt. In dem Zustand, in dem ein elektrischer Strom von 10 MHz geliefert wurde, wurde die Impedanzvariationsrate bei verschiedenen Stärken des externen Magnetfeldes gemessen. Als Resultat betrug die Impedanzvariationsrate 103%/6,3 Oe, und die Magnetfeldempfindlichkeit betrug 16,3%/Oe.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß jeder der zwölften bis sechzehnten Ausführungsform, die hier beschrieben wurden, der dünne Magnetfilm aus amorphem Co-Nb-Zr-Metall mit der Leitermetallschicht als das Weichmagnetelement in dem Magnetsensor benutzt. Mit diesem Aufbau wird im Vergleich mit dem herkömmlichen Sensor, der die Magnetmetallschicht oder den Magnetmetalldraht als das Leitermetall benutzt, der elektrische Gleichstromwiderstand verringert, so daß eine höhere Empfindlichkeit erzielt wird. Zusätzlich ist in jeder der zwölften bis sechzehnten Ausführungsform die Glaskeramikisolatorschicht zwischen die Leitermetallschicht und den amorphen dünnen Co-Nb-Zr-Metallmagnetfilm eingefügt. Daher fließt der Gleichstrom zum Anlegen an das externe Magnetfeld nicht durch den amorphen dünnen Metallmagnetfilm. Es ist daher möglich, den Eddystromverlust zu verringern und die magnetischen Eigenschaften in einem Hochfrequenzband im Vergleich mit dem Aufbau ohne Isolatorschicht zu verbessern.
Bei der zwölften bis sechzehnten Ausführungsform weist die Co- Nb-Zr-Schicht keine Einzelschichtstruktur aber eine gestapelte Struktur auf, bei der die Glaskeramikschichten dazwischen eingefügt sind. Es ist daher möglich, mit einem noch höheren Frequenzband fertigzuwerden.
Bei der zwölften bis sechzehnten Ausführungsform erzielt durch Auswählen der geeigneten Zusammensetzung der amorphen Co-Nb-Zr- Magnetmetallschicht der Magnetsensor die Impedanzvariationsrate größer als die, die durch die herkömmlichen Sensoren erzielt werden, in dem der dünne Permalloyfilm oder dünne Co-Si-B-Film benutzt wird.

Claims

1. Magnetsensor (31) zum Erfassen einer Magnetfeldstärke, mit:

einem Isolatorsubstrat (37) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen;

einem Weichmagnetelement (33) mit einem ersten und einem zweiten Ende, die einander gegenüberliegen, und das auf der ersten Oberfläche des Isolatorsubstrates (37) angebracht ist; und

einem Masseleiter (35), der auf der zweiten Oberfläche des Isolatorsubstrates (37) angebracht ist;

wobei der Masseleiter (35) mit dem ersten Ende des Weichmagnetelementes (33) gekoppelt ist, und eine Impedanz des Weichmagnetelementes (33) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende davon sich in Abhängigkeit von einer Magnetfeldstärke ändert, die an das Weichmagnetelement (33) angelegt wird;

dadurch gekennzeichnet,

dass der Magnetsensor (31) weiter einen Kurzschlussleiter (39) aufweist, der das erste Ende des Weichmagnetelementes (33) mit dem Masseleiter (35) verbindet.

2. Magnetsensor (31) nach Anspruch 1, bei dem das Weichmagnetelement ein Weichmagnetdraht (33) ist und ein Ausgang mit dem Kurzschlussleiter (39) und dem zweiten Ende des Weichmagnetdrahtes (33) gekoppelt ist.

3. Magnetsensor (49) nach Anspruch 2, bei dem der Weichmagnetdraht (33) ein Koaxialweichmagnetdraht ist mit einem äußeren Weichmagnetabschnitt (51) und einem inneren Leiterdraht (53), der darin eingeschlossen ist, wobei der innere Leiterdraht (53) mit der Masseleiterschicht (35) verbunden ist.

4. Magnetsensor (57) nach Anspruch 3, bei dem das Weichmagnetelement (33) weiter eine Isolatorschicht (59) aufweist, die zwischen den externen Weichmagnetabschnitt (51) und den internen Leiterdraht (53) des Koaxialweichumagnetdrahtes eingefügt ist.

5. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Masseleiter (35) einen Leiterfilm (35) aufweist, der auf der zweiten Oberfläche des Isolatorsubstrates (37) gebildet ist.

6. Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Masseleiter (43) einen Leiterdraht (43) aufweist, der an der zweiten Oberfläche des Isolatorsubstrates (45) angebracht ist.

7. Magnetsensor (63) nach Anspruch 1, bei dem das Weichmagnetelement (71) im Wesentlichen einen dünnen Weichmagnetfilm (71) aufweist.

8. Magnetsensor nach Anspruch 7, bei dem der Masseleiter (35) Cu, Ag, Au, Al oder eine Legierung, die mindestens eines von Cu, Ag, Au und Al enthält, aufweist.

9. Magnetsensor (77) nach Anspruch 1, bei dem das Weichmagnete-· lement eine innere Leiterschicht (75), die sich in eine Längsrichtung des Weichmagnetelementes streckt, eine Isolatorschicht (81, 83), die einen äußeren Umfang der inneren Leiterschicht (75) umgibt, und einen dünnen Weichmagnetfilm (79, 85), der die Isolatorschicht (81, 83) bedeckt, aufweist, wobei die innere Leiterschicht (75) Cu, Ag, Au, Al oder eine Legierung, die mindestens eines von Cu, Ag, Au und Al enthält, aufweist, wobei die Isolatorschicht (81, 83) mindestens eines von SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; und AlN aufweist.

10. Magnetsensor (95) nach Anspruch 1, bei dem das Weichmagnetelement eine innere Leiterschicht (75) und eine gestapelte Struktur um die innere Leiterschicht (75) aufweist, wobei die gestapelte Struktur eine Mehrzahl von dünnen Weichmagnetfilmen (87, 91), die gestapelt sind, wobei Isolatorschichten (89, 83, 93) dazwischen vorgesehen sind, aufweist, wobei die innere Leiterschicht (75) mindestens aus einem gebildet ist, das aus einer Gruppe aus Cu, Ag, Au, Al und Legierungen davon gewählt ist, wobei jede der Isolatorschichten (89, 83, 93) mindestens aus einem aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; und AlN hergestellt ist.