JP2000030939A - 磁性素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造に際しては調整や工程が簡素であり且つ
品質が均一であり、また、使用に際しては機能や特性が
安定である大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる
磁性素子を提供することである。 【解決手段】 磁性素子の各磁性層は、それらの組成比
を実質的に同じとするが、結晶構造、例えば、結晶の粒
径、方向性、粗密性等において互いに異なり、保磁力や
異方性を異にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気特性の異なる
少なくとも２つの磁性層を有した磁性素子に関するもの
であり、特に、大バルクハウゼンジャンプ現象を起こし
うる磁性素子およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、大バルクハウゼンジャンプ現象を
起こしうる磁性素子は、パルス発生装置や各種計測装置
および各種検知装置あるいは各種マーカー等広い範囲に
おいて利用されてきている。従来、大バルクハウゼンジ
ャンプ現象を起こしうる磁性素子については、ウィーガ
ンドワイヤをはじめとする各種のワイヤー状のものや、
アモルファス金属等からなる薄膜状のものなどが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイヤ
ー状のものにあっては、形状による制限が多く、設計や
使用において自由度が低いほか、母材である金属に熱処
理や機械加工等を施して製造するものであることから歩
留りが悪いという問題があった。

【０００４】一方、薄膜状のものにあっては、磁性層の
各々を磁気特性の異なるものとするために、各磁性層の
形成にあたって別々の出発材料を使用するのが一般的で
あり、例えば、ハード層とソフト層とを形成するのに別
々の出発材料を使用しているのが一般的であった。特開
昭６４−８０１２１号公報には、この種の薄膜磁性素子
が開示されているが、この従来の薄膜磁性素子において
も、各磁性層を、組成およびその保磁力が異なる異種類
の材料にて形成している。従来の薄膜状の磁性素子で
は、これらのこともあって、膜組成に関する材料の選択
や設定および非晶質構造とするための成膜工程等におい
て微妙な調整や複雑な工程が多数必要となるという問題
があった。特に、結晶の構造を規定することとなる基板
温度の設定については、加熱や冷却に際して厳密な調整
管理が必要となる他、基板自体の変質による特性の不安
定化に対しても厳密な注意が必要となる等、工程が極め
て複雑になるという問題があった。

【０００５】また、総じて従来の大バルクハウゼンジャ
ンプ現象を起こしうる磁性素子にあっては、使用時にお
いて外部からの曲げや引張り等何らかの力を加えておく
必要があることから、特性が不安定となり易く、この外
力を恒常的に且つ厳密に維持して使用する必要があり、
運用が相当に困難であるという問題があった。

【０００６】このような種々の問題が未だ解決されてい
ないことから、大バルクハウゼンジャンプ現象を起こし
うる磁性素子を利用した機器類や装置類の実用化につい
ては、極めて困難を伴うものとなっていた。

【０００７】したがって、製造に際しては調整や工程が
簡素であり且つ品質が均一であり、また、使用に際して
は機能や特性が安定であるような、大バルクハウゼンジ
ャンプ現象を起こしうる磁性素子の出現が強く要望され
ている。

【０００８】本発明の目的は、前述したような従来技術
の問題点を解消し、前述したような要望に十分に応えう
るような磁性素子およびその製造方法を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点によ
れば、磁気特性の異なる少なくとも２つの磁性層を有し
大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる磁性素子に
おいて、各磁性層は、それらの組成比を実質的に同じと
するが、保磁力および異方性のうちの少なくとも一方に
おいて互いに異なることを特徴とする。

【００１０】本発明の別の観点によれば、 磁気特性の
異なる少なくとも２つの磁性層を有し大バルクハウゼン
ジャンプ現象を起こしうる磁性素子において、各磁性層
は、それらの組成比を実質的に同じとするが、結晶構造
において互いに異なることを特徴とする。

【００１１】本発明の一つの実施の形態によれば、 前
記各磁性層は、結晶の粒径、方向性、粗密性のうちの少
なくとも一つにおいて互いに異なる。

【００１２】本発明のさらに別の観点によれば、 磁気
特性の異なる少なくとも２つの磁性層を有し大バルクハ
ウゼンジャンプ現象を起こしうる磁性素子の製造方法に
おいて、前記磁性層の各々を同一組成材料による成膜工
程により形成し、該成膜工程において、成膜により形成
される前記磁性層の各々の結晶構造が互いに異なるよう
に、該成膜工程の途中において、該成膜工程の作製条件
のうちの少なくとも１つを途中で変化させることを特徴
とする。

【００１３】本発明の一つの実施の形態によれば、 前
記成膜工程は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、メッキ法のうちの
いずれかである。

【００１４】本発明の別の実施の形態によれば、 前記
結晶構造の相違は、結晶の粒径、方向性、粗密性のうち
の少なくとも一つにおいてである。

【００１５】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記途中で変化させる作製条件は、ＰＶＤ法のガス圧で
ある。

【００１６】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記途中で変化させる作製条件は、ＰＶＤ法の基板温度
である。

【００１７】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記途中で変化させる作製条件は、ＰＶＤ法の基板入射
角である。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態について、本発明をより詳細に説明す
る。

【００１９】なお、本発明の実施の形態を説明するに先
立ち、大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる磁性
素子について概略説明しておく。大バルクハウゼンジャ
ンプ現象を起こしうる磁性素子については、例えば、鉄
−ニッケル系合金あるいは鉄−コバルト系合金等を基材
としたものや、アモルファスを基材としたものがある。
また、構造としてはハード層とソフト層とを有する複層
構造あるいは単層構造としたものが知られている。この
ような磁性素子に対し、互いに異なる極性の外部磁界を
交互に作用させると、急激な磁壁の移動により磁化の反
転を起こし、これにより近傍のピックアップコイルに急
激なパルス電圧を誘起する。この磁化の反転は、外部磁
界の作用速度に依存せず、外部磁界が一定の強さとなっ
た際に起こるものであり、このような磁壁の急激な移動
による反転現象を大バルクハウゼンジャンプ現象と称し
ている。磁壁の移動に関しては、保磁力や異方性が密接
に関わっている。

【００２０】このような磁性素子を薄膜にて形成するた
めの成膜工程および各作製条件としては、次のようなも
のがある。 （１）ＰＶＤ法 （ａ）スパッタリング法 可変作製条件としては、ガスの種類、ガス圧、基板温
度、成膜電力、基板とターゲットの位置と傾き（成膜入
射角）、成膜時の磁場等がある。 （ｂ）真空蒸着法（イオンプレーティングを含む） 可変作製条件としては、ガス雰囲気の種類、ガス圧、基
板温度、真空度、基板と蒸発源との位置と傾き、成膜時
の磁場等がある。 （２）メッキ法 可変作製条件としては、添加剤、交流重畳、成膜時の磁
場等がある。 （３）ＣＶＤ法 可変作製条件としては、成膜温度、基板温度、プラズマ
電力（プラズマＣＶＤの場合）、成膜時の磁場等があ
る。

【００２１】本発明は、このような各成膜工程における
種々の作製条件を成膜工程の途中において変更すること
により、同一組成材料で形成し、組成比を実質的に同じ
とするにもかかわらず、成膜により形成される磁性層の
各々の結晶構造が互いに異なるように、例えば、結晶の
粒径、方向性、粗密性等を制御することにより、各磁性
層の保磁力や異方性を異ならせしめて、大バルクハウゼ
ンジャンプ現象を起こしうる磁性素子を得るものであ
る。

【００２２】次に、本発明による磁性素子を製造するい
くつかの実施の形態について説明していく。図１は、本
発明による磁性素子の一つの具体的な構造を概略的に示
している。この磁性素子１０は、基板１上に第１の磁性
層２、この第１の磁性層２の上に第２の磁性層３を形成
してなっている。これら第１の磁性層２と第２の磁性層
３とは、互いに磁気特性を異にしており、例えば、保磁
力および／または異方性を異にしている。参照符号２０
は、この磁性素子１０の使用に際して施される検知コイ
ルを示している。

【００２３】先ず、本発明の第１の実施の形態として、
図１のような構造の磁性素子をスパッタリング法により
形成する場合について説明する。基板１は、ガラスと
し、第１の磁性層２および第２の磁性層３は、共に、鉄
−ニッケル比において４５：５５のパーマロイをターゲ
ット材料として、スパッタリング法により形成される。
この実施例において、鉄−ニッケル比を４５：５５とし
た理由は、一軸異方性が高い点であり、大バルクハウゼ
ンジャンプ現象を起こし易い点であるからである。

【００２４】本発明によれば、第１の磁性層２および第
２の磁性層３について、同一組成材料で形成されるにも
かかわらず、互いに異なる所定の保磁力を有するように
するために、第１の磁性層２については、0.３Ｐａのア
ルゴンガス圧にて形成し、次いで、第２の磁性層３につ
いては、0.５Ｐａのアルゴンガス圧にて形成した。な
お、その他の作製条件としては、成膜電力を１５０Ｗ、
基板入射角を４５°、基板温度２０°Ｃ、膜厚を３００
０Åとした。

【００２５】こうして0.３Ｐａのアルゴンガス圧下で形
成された第１の磁性層２のヒステリシス特性を調べてみ
ると、図２のようであった。また、0.５Ｐａのアルゴン
ガス圧下で形成された第２の磁性層３のヒステリシス特
性を調べてみると、図３のようであった。また、第１の
磁性層２の組成を知るために、蛍光Ｘ線分析装置により
分析して見た結果は、Ｎｉ／Ｆｅ＝２２８（cps)／１７
１（cps)＝1.３３であり、一方、第２の磁性層３の組成
を知るために、蛍光Ｘ線分析装置により分析して見た結
果は、Ｎｉ／Ｆｅ＝２９５（cps)／２２６（cps)＝1.３
１であった。したがって、第１の磁性層２と第２の磁性
層３の組成比は、実質的に同じであることがわかった。
そして、図２と図３のヒステリシス特性を比較してみる
と、分かるように、第１の磁性層２の保磁力の方が、第
２の磁性層３の保磁力より大きくなっている。このよう
に、第１の磁性層２と第２の磁性層３とは、その組成比
が実質的に同じであるにもかかわらず、それらの保磁力
を異にしていることがわかった。この理由としては、成
膜時のガス圧が高い程結晶が密であり、保磁力が小さく
なることが考えられる。

【００２６】第１の磁性層２および第２の磁性層３の２
層構造について、ヒステリシス特性を調べてみると、通
常測定時では、図４のグラフのようになり、使用時の状
態を示す非対称駆動時では、図５のグラフのようであっ
た。図５のヒステリス特性を示す曲線のうち、参照符号
Ａで示す部分は、実質的に垂直に立ち上がっており、こ
れは、大バルクハウゼンジャンプ現象を引き起こしうる
磁性素子であることを示している。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態として、
図１のような構造の磁性素子をスパッタリング法により
別の仕方で形成する場合について説明する。基板１は、
ガラスとし、第１の磁性層２および第２の磁性層３は、
共に、鉄−ニッケル比において４５：５５のパーマロイ
をターゲット材料として、スパッタリング法により形成
される。この実施例において、鉄−ニッケル比を４５：
５５とした理由は、一軸異方性が高い点であり、大バル
クハウゼンジャンプ現象を起こし易い点であるからであ
る。

【００２８】本発明によれば、第１の磁性層２および第
２の磁性層３について、同一組成材料で形成されるにも
かかわらず、互いに異なる所定の保磁力を有するように
するために、第１の磁性層２については、基板温度２０
°Ｃにて形成し、次いで、第２の磁性層３については、
基板温度２６０°Ｃにて形成した。なお、その他の作製
条件としては、成膜電力を１５０Ｗ、基板入射角を４５
°、スパッタガス圧を1.１Ｐａ、膜厚を３０００Åとし
た。

【００２９】こうして基板温度２０°Ｃにて形成された
第１の磁性層２のヒステリシス特性を調べてみると、図
６のようであった。また、基板温度２６０°Ｃにて形成
された第２の磁性層３のヒステリシス特性を調べてみる
と、図７のようであった。また、第１の磁性層２および
第２の磁性層３の組成を知るために、第１の実施の形態
に関して説明したのと同様にして、分析して見た結果、
第１の磁性層２と第２の磁性層３の組成比は、実質的に
同じであることがわかった。そして、図６と図７のヒス
テリシス特性を比較してみると、分かるように、第１の
磁性層２の保磁力の方が、第２の磁性層３の保磁力より
大きくなっている。このように、第１の磁性層２と第２
の磁性層３とは、その組成比が実質的に同じであるにも
かかわらず、それらの保磁力を異にしていることがわか
った。この理由としては、成膜時の基板温度が高い程結
晶粒の粒径が大きくなり、保磁力が小さくなることが考
えられる。そして、これら第１の磁性層２および第２の
磁性層３の２層構造について、第１の実施の形態に関し
て説明したのと同様に、ヒステリシス特性を調べてみる
と、図４および図５のグラフと同様の特性が得られるこ
とが分かり、この第２の実施の形態による磁性素子も、
大バルクハウゼンジャンプ現象を引き起こしうる磁性素
子であることが確認された。

【００３０】次に、本発明の第３の実施の形態として、
図１のような構造の磁性素子をスパッタリング法により
さらに別の仕方で形成する場合について説明する。基板
１は、ガラスとし、第１の磁性層２および第２の磁性層
３は、共に、鉄−ニッケル比において４５：５５のパー
マロイをターゲット材料として、スパッタリング法によ
り形成される。この実施例において、鉄−ニッケル比を
４５：５５とした理由は、一軸異方性が高い点であり、
大バルクハウゼンジャンプ現象を起こし易い点であるか
らである。

【００３１】本発明によれば、第１の磁性層２および第
２の磁性層３について、同一組成材料で形成されるにも
かかわらず、互いに異なる所定の保磁力および異方性を
有するようにするために、第１の磁性層２については、
スパッタ基板入射角度３５°として形成し、次いで、第
２の磁性層３については、スパッタ基板入射角度５０°
にて形成した。なお、その他の作製条件としては、成膜
電力を１５０Ｗ、基板温度２０°Ｃ、スパッタガス圧を
1.１Ｐａ、膜厚を３０００Åとした。

【００３２】こうして基板入射角３５°にて形成された
第１の磁性層２のヒステリシス特性を調べてみると、図
８のようであった。また、基板入射角５０°にて形成さ
れた第２の磁性層３のヒステリシス特性を調べてみる
と、図９のようであった。また、第１の磁性層２および
第２の磁性層３の組成を知るために、第１の実施の形態
に関して説明したのと同様にして、分析して見た結果、
第１の磁性層２と第２の磁性層３の組成比は、実質的に
同じであることがわかった。そして、図８と図９のヒス
テリシス特性を比較してみると、分かるように、第１の
磁性層２の保磁力の方が、第２の磁性層３の保磁力より
大きくなっている。このように、第１の磁性層２と第２
の磁性層３とは、その組成比が実質的に同じであるにも
かかわらず、それらの保磁力を異にしていることがわか
った。この理由としては、成膜時の基板入射角が異なる
ことにより、結晶構造が異なり、例えば、結晶の成長方
向が異なることが考えられる。このように結晶構造が異
なり、結晶の成長方向が異なることにより、磁気異方性
も異なってくることが知られている。そして、これら第
１の磁性層２および第２の磁性層３の２層構造につい
て、第１の実施の形態に関して説明したのと同様に、ヒ
ステリシス特性を調べてみると、図４および図５のグラ
フと同様の特性が得られることが分かり、この第３の実
施の形態による磁性素子も、大バルクハウゼンジャンプ
現象を引き起こしうる磁性素子であることが確認され
た。

【００３３】前述した実施の形態においては、磁性素子
をスパッタリング法にて形成するものであったが、本発
明は、このようなスパッタリング法に限られるものでは
なく、その他の種々な方法、例えば、真空蒸着法、メッ
キ法、ＣＶＤ法で磁性素子を形成する場合にも同様に適
用しうるものである。また、前述の実施の形態において
は、原材料としてＮｉ−Ｆｅ系合金を使用したのである
が、本発明は、これに限らず、Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ系合金
等を原材料として使用しても同様の特性を得ることがで
きるものである。

【００３４】また、前述した実施の形態にて説明した以
外の作製条件についても、その成膜工程において種々の
作製条件を途中で変化させた場合には、それにより形成
される磁性層の結晶構造、例えば、結晶の粒径、方向
性、粗密性等が異なってくるので、一般的に保磁力や異
方性に変化を生じる傾向があり、したがって、このよう
に結晶の粒径、方向性、粗密性等をコントロールするこ
とにより、保磁力や異方性を制御して成膜し大バルクハ
ウゼンジャンプ現象を起こしうる磁性素子を得ることが
できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、前述してきたとおり、
磁性素子の各磁性層の形成において原材料を変える必要
がなく、製造に際しては調整や工程が簡素であり且つ品
質が均一であり、また、使用に際しては機能や特性が安
定である大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる磁
性素子を得ることができる。

【００３６】すなわち、熱処理や機械加工等の金属加工
によらず、また、材料の選択や成膜における複雑な工程
も必要とせず、一般的な成膜技術と簡素な調整により均
一性の高い磁性素子を得ることができる。また、使用時
においても外部からの曲げや引張り等の力を加えておく
必要がなく、安定性が高く、運用が容易な磁性素子を得
ることができる。

【００３７】また、成膜組成材料を同一とし、成膜工程
の途中において作製条件を変更するだけの簡便な製造方
法であることから、製造装置の簡略化や製造時間の短縮
あるいは大量生産や大幅なコストダウンが可能となるな
ど、製造効率が格段に向上するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁性素子の一つの具体的な構造を
示す概略図である。

【図２】あるスパッタガス圧で形成された磁性層のヒス
テリシス特性を示す図である。

【図３】ある異なるスパッタガス圧で形成された磁性層
のヒステリシス特性を示す図である。

【図４】２層構造の通常測定時におけるヒステリシス特
性を示す図である。

【図５】２層構造の使用状態を示す非対称駆動時におけ
るヒステリシス特性を示す図である。

【図６】ある基板温度で形成された磁性層のヒステリシ
ス特性を示す図である。

【図７】ある異なる基板温度で形成された磁性層のヒス
テリシス特性を示す図である。

【図８】あるスパッタ基板入射角にて形成された磁性層
のヒステリシス特性を示す図である。

【図９】ある異なるスパッタ基板入射角にて形成された
磁性層のヒステリシス特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１の磁性層 ３ 第２の磁性層 １０ 磁性素子 ２０ 検知コイル

フロントページの続き (72)発明者 安部 正規 神奈川県横浜市港北区新横浜２丁目６番23 号 株式会社ヒロセチェリープレシジョン 内 (72)発明者 小山 昌二 神奈川県横浜市港北区新横浜２丁目６番23 号 株式会社ヒロセチェリープレシジョン 内 (72)発明者 根岸 靖 神奈川県横須賀市大津町５−１−711 (72)発明者 馬場 康壽 神奈川県横浜市保土ヶ谷区東川島町86−６ −123 Ｆターム(参考） 4K029 AA09 BB01 BB07 BC06 CA01 CA03 CA05 DC04 EA00 EA03 EA08 4K030 BB01 BB11 FA01 HA01 JA10 JA15 JA16 LA05 LA11 5E049 AA01 AA07 AA09 AC00 AC05 BA30 GC01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気特性の異なる少なくとも２つの磁性
   層を有し大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる磁
   性素子において、各磁性層は、それらの組成比を実質的
   に同じとするが、保磁力および異方性のうちの少なくと
   も一方において互いに異なることを特徴とする磁性素
   子。
2. 【請求項２】 磁気特性の異なる少なくとも２つの磁性
   層を有し大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる磁
   性素子において、各磁性層は、それらの組成比を実質的
   に同じとするが、結晶構造において互いに異なることを
   特徴とする磁性素子。
3. 【請求項３】 前記各磁性層は、結晶の粒径、方向性、
   粗密性のうちの少なくとも一つにおいて互いに異なる請
   求項２記載の磁性素子。
4. 【請求項４】 磁気特性の異なる少なくとも２つの磁性
   層を有し大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる磁
   性素子の製造方法において、前記磁性層の各々を同一組
   成材料による成膜工程により形成し、該成膜工程におい
   て、成膜により形成される前記磁性層の各々の結晶構造
   が互いに異なるように、該成膜工程の途中において、該
   成膜工程の作製条件のうちの少なくとも１つを途中で変
   化させることを特徴とする製造方法。
5. 【請求項５】 前記成膜工程は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、
   メッキ法のうちのいずれかである請求項４記載の製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記結晶構造の相違は、結晶の粒径、方
   向性、粗密性のうちの少なくとも一つにおいてである請
   求項４または５記載の製造方法。
7. 【請求項７】 前記途中で変化させる作製条件は、ＰＶ
   Ｄ法のガス圧である請求項４または５または６記載の製
   造方法。
8. 【請求項８】 前記途中で変化させる作製条件は、ＰＶ
   Ｄ法の基板温度である請求項４または５または６記載の
   製造方法。
9. 【請求項９】 前記途中で変化させる作製条件は、ＰＶ
   Ｄ法の基板入射角である請求項４または５または６記載
   の製造方法。