JP2000162295A

JP2000162295A - 磁気インピ―ダンス効果素子

Info

Publication number: JP2000162295A
Application number: JP11266307A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Naito; 豊内藤; Yoshito Sasaki; 義人佐々木; Takashi Hatauchi; 隆史畑内
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2000-06-16
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP3602988B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化・省電力化を図った磁気インピーダン
ス効果素子を用いた磁気インピーダンス効果素子を提供
する。【解決手段】磁気インピーダンス効果を有する磁性薄
膜層２にＣｏ_lＴａ_mＨｆ_n、Ｆｅ_hＲ_iＯ_j（Ｃｏ_1-vＴ_v）
_xＭ_yＯ_zＸ_w、Ｃｏ_aＺｒ_bＮｂ_c、Ｔ_100-d-e-f-gＸ_dＭ_eＺ
_fＱ_g、Ｔ_100-p-q-f-gＳｉ_pＡｌ_qＭ_eＺ_fＱ_g等の組成を有
する軟磁性材料を用い、磁性薄膜層２の両端部あるいは
上層に、磁性薄膜層２に対して印加される外部磁界Ｈｅ
ｘが印加される方向と平行にバイアス磁界Ｈｂｉを印加
する、バイアス磁界印加手段となる薄膜からなる磁石層
４、４あるいは反強磁性薄膜層５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気インピーダン
ス効果を有する素子を用いた磁気インピーダンス効果素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、従来の磁気インピーダンス効
果素子の磁気−インピーダンス特性の測定回路図であ
る。また、図１３は、従来の磁気インピーダンス効果を
有する（Ｆｅ₆Ｃｏ₉₄）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅非晶質ワイヤ
の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。ま
た、図１４は、従来の磁気インピーダンス効果素子の磁
気−インピーダンス特性の他の測定回路図である。近
時、情報機器、計測機器、制御機器などの急速な発展に
伴って、従来の磁束検出型のものよりさらに小型、高感
度且つ高速応答性（高周波動作）の磁界検知素子が求め
られ、磁気インピーダンス効果（Magneto-Impedance Ef
fect）を有する素子（磁気インピーダンス効果素子）が
注目されるようになってきている。

【０００３】磁気インピーダンス効果とは、ワイヤ状及
びリボン状等に形成された軟磁気特性を有する磁性材料
に微小高周波電流を通電し、外部磁界を印加すると、磁
性材料のインピーダンスが敏感に変化する効果である。
このような磁気インピーダンス効果は、磁性材料に交流
電流を通電した時に、交流電流がその表面近くを流れよ
うとする「表皮効果」に基づくものであることが知られ
ている。

【０００４】磁気インピーダンス効果とは、より具体的
には、例えば図１２に示す閉回路において、ワイヤ状の
磁気インピーダンス効果素子Ｍｉに交流電源Ｅａｃから
ＭＨｚ帯域の交流電流Ｉａｃを通電した状態で、磁気イ
ンピーダンス効果素子Ｍｉの長手方向に外部磁界Ｈｅｘ
を印加すると、外部磁界Ｈｅｘが数Ｏｅ以下の微弱磁界
であっても、磁器インピーダンス効果素子Ｍｉの両端に
材料固有のインピーダンスによる出力電圧Ｅｍｉが発生
し、その振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に対応して数十％
の範囲で変化して、即ちインピーダンス変化を起こす。

【０００５】このような磁気インピーダンス効果を有す
る素子（磁気インピーダンス効果素子）は、素子の長さ
方向の外部磁界Ｈｅｘに感応するので、例えば磁界セン
サとして用いる場合などにおいて、従来のコイル巻き磁
心を用いた磁束検出型の磁界検知素子などと異なり、セ
ンサヘッドの長さを１ｍｍ程度以下に小型化しても磁界
検出角度が劣化せず、１０^-5Ｏｅ程度の高分解能を有す
る微弱磁界センサが得られるばかりでなく、数ＭＨｚ以
上の励磁が可能であるため、数百ＭＨｚの高周波磁界が
振幅変調のキャリアとして使用でき、従って磁界センサ
の遮断周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することが容易で
あることなどから、新しい超小型磁気ヘッドや微弱磁界
検出器等としての応用が期待されている。

【０００６】磁気インピーダンス効果を有する軟磁性材
料としては、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、例えば（Ｆｅ₆
Ｃｏ₉₄）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅の非晶質ワイヤ（毛利佳年雄
ほか、「磁気インピーダンス（ＭＩ）素子」、電気学会
マグネティクス研究会資料vol.1,MAG-94,No.75-84,P27-
36,1994年発行）等が報告されている。このＦｅ−Ｃｏ
−Ｓｉ−Ｂ系非晶質ワイヤは、線径が５μｍから１２４
μｍのものが用いられている。また、このＦｅ−Ｃｏ−
Ｓｉ−Ｂ系材料の磁気−インピーダンス特性は、図１３
に実線で示すように、印加する正負の外部磁界Ｈｅｘ
（Ｏｅ）に対する出力電圧Ｅｍｉ（ｍＶ）は、外部磁界
Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）を中心として略左右対称形状の特性
を示す。また、図１３からわかるように、印加する外部
磁界Ｈｅｘが−２Ｏｅ〜＋２Ｏｅ程度の微弱磁界の範囲
内では感度がきわめて急峻に立ち上がるため、この間で
定量性を得ることが困難であり、微弱磁界を検知する磁
気インピーダンス効果素子としては実用的ではない。

【０００７】また、絶対値で２Ｏｅを越える磁界領域に
おいては、緩やかに変化しているために定量性を得るこ
とが比較的容易であり使用可能ではある。しかし、実際
の磁気インピーダンス効果素子として用いるには、外部
磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやすく
するため、数Ｏｅのバイアス磁界Ｈｂｉを印加して、磁
気−インピーダンス特性の曲線を横方向（外部磁界Ｈｅ
ｘの軸方向）にシフトさせ、例えば図１１中に点線で示
したように直線的な部分が外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）
の軸上に存在させる必要がある。

【０００８】従来、図１４に示すように、磁気インピー
ダンス効果素子Ｍｉがワイヤ状（またはリボン状）であ
るため、その周囲にコイルＣを適宜巻き数だけ巻回し、
このコイルＣに直流電流Ｉｄｃを流すことによりバイア
ス磁界Ｈｂｉを発生させて、磁気インピーダンス効果素
子Ｍｉの長手方向に印加していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微小な
ワイヤ状（またはリボン状）の磁気インピーダンス効果
素子ＭｉにコイルＣを巻回する工程が非常に煩雑とな
り、製造コスト高となるとともに、磁気インピーダンス
効果素子ＭｉにコイルＣを巻回すると大型化し、磁気ヘ
ッドや微弱磁界検出器等の磁気インピーダンス効果素子
センサに適用した場合に小型化を阻害する。また、バイ
アス磁界Ｈｂｉを発生させるためにコイルＣに直流電流
Ｉｄｃを流すので直流電源Ｅｄｃによる電力が必要とな
り、磁気インピーダンス効果素子センサの省電力化を阻
害する。

【００１０】本発明が解決しようとする課題は、小型化
・省電力化を図った磁気インピーダンス効果素子を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス
効果素子は、磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜
層と、該磁性薄膜層に対して印加される外部磁界が印加
される方向と平行にバイアス磁界を印加する薄膜からな
るバイアス磁界印加手段とを備えてなる構成とした。

【００１２】また、第２の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記バイアス磁界印加手
段が、前記磁性薄膜層の両端部に接触して設けられた磁
石層からなる構成とした。

【００１３】また、第３の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記バイアス磁界印加手
段が、前記磁性薄膜層に積層して設けられた硬磁性薄膜
層又は反強磁性薄膜層からなる構成とした。

【００１４】また、第４の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層の外部磁
界が印加される方向が、磁化困難軸とされてなる構成と
した。

【００１５】また、第５の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層が、磁場
中でアニール又は成膜されてなる構成とした。

【００１６】また、第６の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層が、組成
式Ｃｏ_lＴａ_mＨｆ_nで表され、アモルファス相を主体と
し軟磁性薄膜からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦
ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／
ｎ≦２．５の関係を満足する構成とした。

【００１７】また、第７の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層が、組成
式Ｆｅ_hＲ_iＯ_jで表され、全組織の５０％以上がアモル
ファス相であり、残部は平均結晶粒径が３０ｎｍ以下の
ｂｃｃ構造のＦｅ結晶粒である軟磁性薄膜からなり、Ｒ
は希土類元素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であ
り、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦
３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満
足する構成とした。尚、上記組成において元素Ｒが希土
類元素から選ばれる１種又は２種の元素である場合に
は、ｈ、ｊはａｔ％で５０≦ｈ≦７０、１０≦ｊ≦３０
であることがより好ましい。

【００１８】また、第８の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層は、組成
式が（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_wで表され、元素Ｍの酸化
物を多量に含むアモルファス相と、Ｃｏと元素Ｔを主体
とするｂｃｃ構造、ｆｃｃ構造の１種または２種以上の
結晶粒からなる微結晶相が混在した軟磁性薄膜からな
り、ＴはＦｅ、Ｎｉのうちいずれか一方、あるいは両方
を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ及
び希土類元素からなる群から選ばれる１種又は２種以上
の元素であり、ＸはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｐｄからなる群から選ばれる１種又は
２種以上の元素であり、組成比を表すｖは０≦ｖ≦０．
７、ｘ、ｙ、ｚ、ｗはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ
≦４０、０≦ｗ≦２０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係
を満足し、残部はｘである構成とした。なお、軟磁性薄
膜は元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相は、全
組織の５０％以上を占めることがより好ましい。

【００１９】また、第９の解決手段として、本発明の磁
気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層は、組成
式がＣｏ_aＺｒ_bＮｂ_cで表され、アモルファス相を主体
とした軟磁性薄膜からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７
８≦ａ≦９１、ｂ＝（０．５〜０．８）×（１００−ａ
−ｂ）、ｃ＝１００−ａ−ｂの関係を満足する構成とし
た。

【００２０】また、第１０の解決手段として、本発明の
磁気インピーダンス効果素子は、前記薄膜磁性層は、組
成式がＴ_100-d-e-f-g−Ｘ_d−Ｍ_e−Ｚ_f−Ｑ_gで表され、
平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶
粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結
晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態か
らなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜か
らなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方
を含む元素であり、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あ
るいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種
又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一
方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選
ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ
はａｔ％で、０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ
≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足する構成とした。な
お、結晶粒以外の組織は主にアモルファス相である。

【００２１】また、第１１の解決手段として、本発明の
磁気インピーダンス効果素子は、前記薄膜磁性層は、組
成式がＴ_100-d-e-f-g−Ｘ_d−Ｍ_e−Ｚ_f−Ｑ_gで表され、
平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶
粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結
晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態か
らなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜か
らなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方
を含む元素であり、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あ
るいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種
又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一
方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選
ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ
はａｔ％で、０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ
≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足する構成とした。な
お、結晶粒以外の組織は主にアモルファス相である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１の実施の形
態の磁気インピーダンス効果素子について説明する。図
１は、本発明の第１の実施の形態の磁気インピーダンス
効果素子を説明する図であり、同図Ａは、磁気インピー
ダンス効果素子の要部断面図であり、同図Ｂは、磁性薄
膜層の斜視図であり、同図Ｃは、本発明の磁気インピー
ダンス効果素子の回路説明図である。

【００２３】本発明者らは、磁気インピーダンス効果を
有する磁性材料を薄膜化し、バイアス磁界を印加する手
段をも薄膜で構成し積層させる構造により、磁気インピ
ーダンス効果素子の小型化を実現でき、さらに特定の磁
性材料を磁性薄膜層として用いることにより、微弱なバ
イアス磁界により適正な感度を有する磁気インピーダン
ス効果素子が得られることに想到した。図１に示すよう
に、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子は、ガ
ラス等からなる基板１の上層には、スパッタ等により設
けられ、磁気インピーダンス効果を有し、室温において
軟磁性（Soft magnetism）を示す強磁性体の磁性薄膜層
２が設けられている。また、図１Ｂに示すように、磁性
薄膜層２は、その長手方向の長さＬが２ｍｍ〜８ｍｍ、
短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍ〜１ｍｍ、膜厚Ｔが２μｍ
となっている。なお、図においては特に膜厚（上下）方
向を誇張して記している。

【００２４】また、Ｃｒ等からなる２つの電極層３、３
は、磁性薄膜層２の両端部に磁性薄膜層２と同程度の膜
厚Ｔ（２μｍ）となるようにして設けられ、交流電源
（図示せず）と接続されている。また、Ｃｏ−Ｐｔ合金
等の硬磁気特性を示す強磁性体からなる２つの磁石層
４、４は、スパッタ等により薄膜で設けられており、磁
性薄膜層２と電極層３、３との上部に跨って積層されて
磁性薄膜層２に接触した状態で設けられている。

【００２５】以上のようにして構成された磁気インピー
ダンス効果素子の動作時には、図１に示すように交流電
源Ｅａｃからの交流電流Ｉａｃが、電極層３を介して磁
性薄膜層２へ通電される。そして、検知する外部磁界Ｈ
ｅｘが磁性薄膜層２の長手方向に印加されると、磁性薄
膜層２の両端に材料固有のインピーダンスによる出力電
圧Ｅｍｉが発生し、その振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に
対応して変化する。この時、磁石層４、４がバイアス磁
界印加手段となり、その漏れ磁界を利用したバイアス磁
界Ｈｂｉを磁性薄膜層２の長手方向、即ち外部磁界Ｈｅ
ｘが印加される方向と平行な方向に印加して、得られた
磁気−インピーダンス特性の外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏ
ｅ）付近における出力を取りやすくできるようにシフト
することができる。そして、実際の磁気インピーダンス
効果素子して用いた時に、定量的に信頼性が高いものと
することができる。

【００２６】以上のようにバイアス磁界印加手段が高磁
気特性を有する強磁性体からなる磁石層４、４により構
成されることで、バイアス磁界Ｈｂｉを発生させる際に
バイアス磁界印加手段に電流を流す必要が無く、磁気イ
ンピーダンス効果素子の省電力化を図ることができる。
また、Ｃｏ−Ｐｔ合金等を用いたスパッタ等により薄膜
で磁石層４、４を形成することで、磁気インピーダンス
効果素子の小型化を図ることができる。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態の磁気イ
ンピーダンス効果素子について説明する。図２は、本発
明の第２の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子を
説明する要部断面図である。本実施の形態は第１の実施
の形態とは構造が異なり、磁性薄膜層２へのバイアス磁
界印加手段となり、磁性薄膜層２と同程度の膜厚Ｔとな
るようにスパッタ等により薄膜で設けられた２つの磁石
層４、４が、磁性薄膜層２の両端部に接触した状態で基
板１上に配設されている。また、２つの電極層３、３
は、磁性薄膜層２と磁石層４、４との上部に跨って積層
され、磁性薄膜層２に接触した状態で設けられている。
このようにすることによっても第１の実施の形態と全く
同じように、磁石層４、４によりバイアス磁界Ｈｂｉが
磁性薄膜層２の長手方向に印加され、得られた磁気−イ
ンピーダンス特性をシフトさせることができる。

【００２８】次に、本発明の第３の実施の形態の磁気イ
ンピーダンス効果素子について説明する。図３は、本発
明の第３の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子を
説明する要部断面図である。本実施の形態においては、
バイアス磁界印加手段として反強磁性材料からなる反強
磁性薄膜層５を用い、軟磁気特性を備えた強磁性体であ
り、磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜層２との
接触界面で生じる交換異方性磁界を利用して、バイアス
磁界Ｈｂｉを印加する。

【００２９】図３に示したように、ガラス等からなる基
板１の上層にはスパッタ法や蒸着法等により設けられ、
磁気インピーダンス効果を有し、室温において軟磁性
（Softmagnetism）を示す強磁性体の磁性薄膜層２が設
けられている。また、磁性薄膜層２の形状は、図１Ｂに
示した第１の実施の形態と同様に、長手方向の長さＬが
２ｍｍ〜８ｍｍ、短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍ〜１ｍ
ｍ、膜厚Ｔが２μｍとなっている。

【００３０】また、Ｆｅ−Ｍｎ合金やＮｉ−Ｍｎ合金、
Ｐｔ−Ｍｎ合金、ＮｉＯ等からなる反強磁性薄膜層５
は、磁性薄膜層２の上に直接積層されて、磁性薄膜層２
と同形状の長手方向の長さＬが２ｍｍ〜８ｍｍ、短手方
向の幅Ｓが０．５ｍｍ〜１ｍｍで設けられており、膜厚
Ｔは５μｍである。このようにすることによっても、反
強磁性薄膜層５によりバイアス磁界Ｈｂｉが磁性薄膜層
２の長手方向に印加され、得られた磁気−インピーダン
ス特性をシフトさせることができる。

【００３１】以上第１〜第３の実施の形態で示した磁気
インピーダンス効果を有する磁性薄膜層２は、その長手
方向、即ち外部磁界Ｈｅｘが印加される方向が磁化困難
軸となっていることが望ましい。外部磁界Ｈｅｘが印加
される方向が磁化困難軸であると、その方向において透
磁率が上昇し、印加される外部磁界Ｈｅｘに対する検知
感度が上昇するためである。このような外部磁界Ｈｅｘ
が印加される方向に磁化困難軸が設けられた磁性薄膜層
２は、磁場中でスパッタ等により成膜を行うか、又は磁
場の無い（小さい）状態で成膜された後の磁性薄膜層２
を高温雰囲気下の磁場中に置き、磁場中アニールするこ
とで容易に形成される。

【００３２】

【実施例】（実施例１）以下に、本発明の磁気インピー
ダンス効果素子に用いることができる磁気インピーダン
ス効果を有する磁性材料ごとに実施例を説明する。図４
は、本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられる
磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を測定するため
の回路説明図である。また、図５及び図６は、本発明の
磁気インピーダンス効果素子に用いられるＣｏ_lＴａ_mＨ
ｆ_n系アモルファス磁性薄膜層の磁気−インピーダンス
特性を示すグラフ図であり、図５は、磁性薄膜層の短手
方向の幅Ｓが０．５ｍｍのものであり、図６は、磁性薄
膜層の短手方向の幅Ｓが１ｍｍのものである。

【００３３】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用
いられる磁性薄膜層２を形成する材料としては、組成式
がＣｏ_lＴａ_mＨｆ_nで表され、各組成比は、ｌ、ｍ、ｎ
はａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦
ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係をそれぞれ満足
し、アモルファス相を主体とした組織を有し、軟磁気特
性を示す材料を挙げることができる。

【００３４】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用
いられる磁性薄膜層２は、軟磁気特性を備えた強磁性体
であることが必要である。即ち、軟磁気特性を備えた材
料（軟磁性材料）は、磁気インピーダンス効果を有して
いるからである。また、軟磁性材料からなる磁性薄膜層
２には、以下のような特性が要求される。まず、数十Ｍ
Ｈｚ〜数ＧＨｚの高周波領域において透磁率μが高くな
くてはならない（但し、磁気インピーダンス効果素子の
用途によって、透磁率μが高い必要がある周波数帯は異
なる）。これと関連して、高周波領域で透磁率μが高く
なるためには、比抵抗ρが大きくなければならない。そ
して、外部磁界Ｈｅｘにより軟磁性材料に応力がかかっ
て磁気特性が劣化しないように、磁歪定数λが小さいこ
とが好ましい。

【００３５】まず、Ｃｏ_lＴａ_mＨｆ_n系の磁性薄膜層２
を作製し、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ及び磁歪定数λ
を求めた。磁性薄膜層２は、入力電力２００Ｗの高周波
スパッタ装置に４インチ径のＣｏ_lＴａ_mＨｆ_n系合金タ
ーゲットを配設すると共に、５×１０^-3ＴｏｒｒのＡｒ
ガス圧下でスパッタを行って、ガラスからなる基板１上
に成膜した。また、磁性薄膜層２は、長手方向の長さＬ
が２、４、６、８ｍｍ、短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍ又
は１ｍｍの長方形状に形成し、膜厚Ｔが約２μｍとなる
ようにスパッタ時間を調整して成膜した。次いで、真空
加熱炉内に磁性薄膜層２が成膜された基板１を置き、磁
場中で５００℃、６０分間保持した後に徐冷してアニー
ル処理を行って、磁性薄膜層２の長手方向が磁化困難軸
となるようにした。

【００３６】Ｃｏ_lＴａ_mＨｆ_n系の磁性薄膜層２におい
ては、その飽和磁束密度ＢｓはＣｏの含有率に依存して
おり、０．５Ｔ以上の飽和磁束密度Ｂｓを得るには少な
くともＣｏの含有率が７０ａｔ％以上必要であった。ま
た、Ｃｏの含有率が９０ａｔ％を越えると比抵抗ρが小
さくなるので、Ｃｏの含有率は９０ａｔ％以下とした。

【００３７】また、Ｔａ及びＨｆは軟磁気特性を得るた
めの元素であり、Ｔａの含有率が５ａｔ％以上２１ａｔ
％以下、Ｈｆの含有率が６ａｔ％以上１５ａｔ％以下の
組成範囲内で添加することにより、飽和磁束密度Ｂｓが
大きく比抵抗ρが大きい軟磁性材料とすることができ
た。併せてＨｆはＣｏ−Ｔａ系において発生する負の磁
歪定数λを解消するための元素ともなり、磁歪定数λは
（Ｔａの含有量）／（Ｈｆの含有量）で表される比率に
依存することが判明し、この比率が１以上２．５以下と
なる上述の組成範囲内で添加することにより良好に磁歪
定数λを解消することができた。

【００３８】次に、Ｃｏ_lＴａ_mＨｆ_n系の磁性薄膜層２
の磁気−インピーダンス特性を測定した。まず、図４に
示すように、その長手方向の両端部にＣｒ等からなる２
つの電極層３、３を磁性薄膜層２と同程度の膜厚Ｔで設
け、交流電源Ｅａｃと接続した。そして、３ＭＨｚの交
流電流Ｉａｃを通電した状態で、磁性薄膜層２の長手方
向に外部磁界Ｈｅｘを印加し、磁気−インピーダンス特
性を測定した。

【００３９】図５には、短手方向の幅Ｓ＝０．５ｍｍに
形成したＣｏ₈₃Ｔａ₆Ｈｆ₁₁からなる磁性薄膜層２の磁
気−インピーダンス特性を示す。このように外部磁界Ｈ
ｅｘ＝０（Ｏｅ）を中心に正負磁界の絶対値に依存して
正負方向に略対称的に出力電圧Ｅｍｉ、即ちインピーダ
ンスが変化（上昇）し、薄膜により構成した磁性薄膜層
２は磁気インピーダンス効果を有していることがわか
る。また、磁性薄膜層２の長手方向の長さＬを２、４、
６、８ｍｍと変化させても、それぞれ異なる磁気−イン
ピーダンス特性を有しており、様々なサイズの磁気イン
ピーダンス効果素子に対応して設けることができること
がわかる。また、磁性薄膜層２の長手方向の長さＬを変
化させることで、検知感度や用途が異なる様々な磁気イ
ンピーダンス効果素子に対応させることができる。

【００４０】また、図６には、短手方向の幅Ｓ＝１．０
ｍｍに形成したＣｏ₈₃Ｔａ₆Ｈｆ₁₁からなる磁性薄膜層
２の磁気−インピーダンス特性を示す。図５と同様に、
長手方向の長さＬを２、４、６、８ｍｍと変化させる
と、磁気−インピーダンス特性も変化している。また、
図５と比較して、同じ長手方向の長さＬであっても、膜
厚Ｔを２倍にすることで、磁気−インピーダンス特性の
立ち上がりが緩やかになっていることがわかる。このよ
うに膜厚Ｔを変化させることによっても、磁気−インピ
ーダンス特性を変化させることができ、サイズや検知感
度、用途が異なる様々な磁気インピーダンス効果素子に
対応させることができる。

【００４１】また、図５及び図６に示したように、外部
磁界Ｈｅｘの極性に関わらず、インピーダンス変化によ
る出力電圧Ｅｍｉが緩やかに変化しているため、この緩
やかに変化している部分において定量性を得やすい。ま
た、上述の第１〜第３の実施の形態に示したバイアス磁
界印加手段により、数Ｏｅのバイアス磁界Ｈｂｉを磁性
薄膜層２に印加して、磁気−インピーダンス特性の曲線
を横方向（外部磁界Ｈｅｘの軸方向）にシフトさせ、外
部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやす
くすることができる。また、印加するバイアス磁界Ｈｂ
ｉは、２Ｏｅ程度の軽微なもので良いことがわかる。そ
して、これら磁性薄膜層２に前述のバイアス磁界印加手
段として、磁性薄膜２の上層に、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ
−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、Ｉｒ−Ｍｎ合金、Ｐｄ−
Ｍｎ合金等の反強磁性材料からなる反強磁性薄膜層５を
配設するか、磁性薄膜層２の両端部に配設されたＣｏ−
Ｐｔ系合金等の硬磁性材料の薄膜からなる磁石層４、４
を配設するものであるから、小型化に対応でき、製造も
容易な磁気インピーダンス効果素子を得ることができ
る。

【００４２】（実施例２）図７は、本発明の磁気インピ
ーダンス効果素子に用いられるＦｅ_hＲ_iＯ_j系磁性薄膜
層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。
磁気インピーダンス効果を有する他の磁性薄膜層２とし
て、組成式がＦｅ_hＲ_iＯ_jで表され、Ｒは希土類元素及
びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群か
ら選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊ
はａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ
≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係をそれぞれ満足する
軟磁気特性を示す材料を用いることができる。なお、全
組織の５０％以上を占め、軟磁性薄膜は元素Ｍもしくは
Ｒの酸化物を多量に含むアモルファス相と、残部が平均
結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅを主体とす
る微結晶相が混在するとより好ましい。

【００４３】まず、上述のＦｅ_hＲ_iＯ_j系の磁性薄膜層
２を作製し、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ及び透磁率μ
（１０ＭＨｚ）を求めた。磁性薄膜層２は、入力電力４
００ＷのＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、Ｆｅ
ターゲット上にＲの各元素の各種ペレットを配置した複
合ターゲットを用い、Ａｒ＋０．１〜２．０％Ｏ₂の雰
囲気中、５×１０^-3ＴｏｒｒのＡｒ＋Ｏ₂ガス圧下でス
パッタを行い、ガラスからなる基板１を間接水冷しなが
ら上に成膜した。また、磁性薄膜層２は、長手方向の長
さＬが４ｍｍ、短手方向の幅Ｓが１ｍｍの長方形状に形
成し、膜厚Ｔが約２μｍとなるようにスパッタ時間を調
整して成膜した。次いで、真空加熱炉内に磁性薄膜層２
が成膜された基板１を置き、磁場中で４００℃、１２０
分間保持した後に徐冷してアニール処理を行って、磁性
薄膜層２の長手方向が磁化困難軸となるようにした。そ
の一部の測定結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１より、Ｆｅ_hＲ_iＯ_j系の磁性薄膜層２
において、上述の組成範囲とすることで、飽和磁束密度
Ｂｓは１．０Ｔ以上と高く、また、比抵抗ρはおよそ４
００〜１０００（μΩ・ｃｍ）と大きいことがわかる。
また、透磁率μに関しては、１０ＭＨｚにおいては表１
に示したように数百以上と大きく、また、上述のように
比抵抗ρも大きいことから、さらに高周波領域において
も透磁率μが高くなることがわかる。なお、上述の組成
範囲を外れると、軟磁気特性が劣化することがわかって
いる。このようにＦｅ_hＲ_iＯ_j系の磁性薄膜層２は、バ
ランスのとれた優れた軟磁性材料であることがわかる。

【００４６】次に、Ｆｅ_hＲ_iＯ_j系の磁性薄膜層２の磁
気−インピーダンス特性を測定した。また、磁気−イン
ピーダンス特性の測定方法については、実施例１（図
４）と同様な方法に依った。図７には、例として、Ｆｅ
₅₅Ｈｆ₁₁Ｏ₃₄からなる磁性薄膜層２の磁気−インピーダ
ンス特性を示す。図７から明らかなように、Ｆｅ₅₅Ｈｆ
₁₁Ｏ₃₄からなる磁性薄膜層２は、磁気インピーダンス効
果を有していることがわかる。また、外部磁界Ｈｅｘの
極性に関わらず、優れた直線性を有して変化しており、
２Ｏｅ程度の軽微なバイアス磁界Ｈｂｉを磁性薄膜層２
に印加して、外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における
出力を取りやすくすることができる。このようなバイア
ス磁界Ｈｂｉを印加する手段としては、第１〜第３の実
施の形態で示したように、磁性薄膜層２の両端部に磁石
層４、４を配設するか、磁性薄膜層２の上層に反強磁性
薄膜層５を配設することで実現できる。

【００４７】（実施例３）図８は、本発明の磁気インピ
ーダンス効果素子に用いられる（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_z
Ｘ_w系磁性薄膜層の周波数と透磁率との関係を示すグラ
フ図である。磁気インピーダンス効果を有するさらに他
の磁性薄膜層２として、組成式が（Ｃｏ_1- _vＴ_v）_xＭ_yＯ
_zＸ_wで表され、ＴはＦｅ、Ｎｉのうちいずれか一方、あ
るいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｇｅ及び希土類元素からなる群から選ばれる１種又
は２種以上の元素であり、ＸはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群から選ば
れる１種又は２種以上の元素であり、組成比を表すｖは
０≦ｖ≦０．７、ｘ、ｙ、ｚ、ｗはそれぞれａｔ％で、
３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０、２０≦ｙ
＋ｚ＋ｗ≦６０の関係をそれぞれ満足し、残部はｘであ
り、これらの組成において、（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_w
で表される磁性薄膜層２は、元素Ｍの酸化物を多量に含
むアモルファス相と、Ｃｏと元素Ｔを主体とするｂｃｃ
構造、ｆｃｃ構造の１種または２種以上の結晶粒からな
る微結晶相が混在し、さらに、前記微結晶相には元素Ｍ
の酸化物を含んだ結晶構造を有し、軟磁気特性を示す材
料を用いることができる。

【００４８】上述の（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_w系の磁性
薄膜層２を作製し、比抵抗ρ及び実効透磁率μ′、虚数
部の透磁率μ″を求めた。磁性薄膜層２は、入力電力２
００Ｗの高周波二極スパッタ装置を用いて、Ｃｏターゲ
ットにＴ及びＭの各元素の各種ペレットを配置した複合
ターゲットを用い、Ａｒ＋０．１〜２．０％Ｏ₂の雰囲
気中、５×１０^-3ＴｏｒｒのＡｒ＋Ｏ₂ガス圧下でスパ
ッタを行い、ガラスからなる基板１を間接水冷しなが
ら、その上に成膜した。

【００４９】（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_w系の磁性薄膜層
２の比抵抗ρはおよそ１２００（μΩ・ｃｍ）以上と非
常に大きく、高周波領域においても透磁率が高くなるこ
とがわかる。また、（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_w系の磁性
薄膜層２の周波数に対する透磁率の関係は、図８に示す
Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1を例として説明する
と、実効透磁率μ′はＧＨｚ帯まで高い値で略一定の値
をとっており、虚数部の透磁率μ″も低く抑えられてい
る。また、（実効透磁率μ′）／（虚数部の透磁率
μ″）で表されるいわゆる性能係数Ｑは、周波数が１Ｇ
Ｈｚ以下においては約２以上となっており、損失を低く
抑えることができる範囲であるＱ≧１を確保できる。ま
た、その他の（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_w系の磁性薄膜層
２についても、５００ＭＨｚにおける実効透磁率μ′、
虚数部の透磁率μ″及び性能係数Ｑを求め、表２に記載
した。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２より、５００ＭＨｚという高周波領域
においても高い実効透磁率μ′を有し、性能係数Ｑも１
以上となっており、（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_w系の磁性
薄膜層２は損失の少ない優れた軟磁性材料であることが
わかる。なお、上述の組成範囲を外れると、軟磁気特性
が劣化することがわかっている。このような優れた軟磁
性材料は良好な磁気インピーダンス効果を発揮するた
め、高感度且つ高速応答が要求される磁気インピーダン
ス効果素子の磁性薄膜層２に適用することができる。

【００５２】（実施例４）図９は、本発明の磁気インピ
ーダンス効果素子に用いられるＣｏ_aＺｒ_bＮｂ_c系磁性
薄膜層の磁気特性を示すグラフ図であり、同図ＡはＣｏ
濃度（ａｔ％）と飽和磁束密度Ｂｓとの関係を示すグラ
フ図であり、同図ＢはＺｒ／Ｎｂと磁歪定数λとの関係
を示すグラフ図であり、同図Ｃは１０ＭＨｚにおけるＣ
ｏ濃度と透磁率μとの関係を示すグラフ図である。磁気
インピーダンス効果を有するさらに他の磁性薄膜層２と
して、組成式がＣｏ_aＺｒ_bＮｂ_cで表され、各組成比
は、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、ｂ＝
（０．５〜０．８）×（１００−ａ−ｂ）、ｃ＝１００
−ａ−ｂの関係をそれぞれ満足し、アモルファス単相も
しくはアモルファス相を主体とし、軟磁気特性を示す材
料を用いることができる。

【００５３】上述のＣｏ_aＺｒ_bＮｂ_c系の磁性薄膜層２
を作製し、飽和磁束密度Ｂｓ、磁歪定数λ、比抵抗ρ及
び透磁率μを求めた。磁性薄膜層２は、ＲＦコンベンシ
ョナルスパッタ装置を用いて、ＣｏターゲットにＺｒ及
びＮｂの各ペレットを配置した複合ターゲットを用い、
Ａｒの雰囲気中で磁場中スパッタを行って成膜した。

【００５４】図９Ａに示すように、飽和磁束密度Ｂｓは
Ｃｏの濃度に依存し、Ｃｏの濃度が７８〜９１ａｔ％の
時には飽和磁束密度Ｂｓが０．６〜１．４（Ｔ）と高い
値を示す。Ｃｏの濃度が９１ａｔ％を越えると、耐食性
が低下すると共にアモルファス相になりにくく結晶化し
始めるので好ましくない。また、Ｃｏの濃度が７８ａｔ
％未満であると、Ｃｏ同士が隣接する割合が減り軟磁気
特性を示しにくくなり好ましくない。

【００５５】また、図９Ｂに示すように、磁歪定数λは
Ｚｒ／Ｎｂに対して直線的に変化しており、より優れた
軟磁性材料としての目安である磁歪定数λ≦０．５×１
０^-6とするためには、０．５≦Ｚｒ／Ｎｂ≦０．８であ
る必要がある。即ち、Ｚｒの組成比ｂ（ａｔ％）は
（０．５〜０．８）×（１００−ａ−ｂ）となり、Ｎｂ
の組成比ｃ（ａｔ％）は残部（１００−ａ−ｂ）とな
る。

【００５６】また、図９Ｃに示すように、１０ＭＨｚに
おける透磁率μは、Ｃｏの濃度が７８〜９１ａｔ％の範
囲内では、いずれにしても９００以上の高い値となって
いることがわかる。以上のように、Ｃｏ_aＺｒ_bＮｂ_c系
磁性薄膜層２は優れた軟磁性材料であり、このような優
れた軟磁性材料は良好な磁気インピーダンス効果を発揮
するため、高感度且つ高速応答が要求される磁気インピ
ーダンス効果素子の磁性薄膜層２に適用することができ
る。

【００５７】（実施例５）磁気インピーダンス効果を有
するさらに他の磁性薄膜層２として、組成式がＴ
_100-d-e-f-gＸ_dＭ_eＺ_fＱ_gで表され、平均結晶粒径が３
０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造の
ＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一
つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組
成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦ
ｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であ
り、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あるいは両方を含
む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上
の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両
方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は
２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、０
≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ
≦１０の関係をそれぞれ満足し、軟磁気特性を示す材料
を用いることができる。

【００５８】また、組成式がＴ_100-p-q-f-gＳｉ_pＡｌ_q
Ｍ_eＺ_fＱ_gで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂ
ｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶
粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくは
これらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以
上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいず
れか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から
選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎの
いずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣ
ｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからな
る群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｐ、
ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｐ≦１
０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の
関係をそれぞれ満足し、軟磁気特性を示す材料を用いる
ことができる。

【００５９】まず、上述のＴ_100-d-e-f-gＸ_dＭ_eＺ_fＱ_g
系及びＴ_100-p-q-f-gＳｉ_pＡｌ_qＭ_eＺ_fＱ_g系の磁性薄膜
層２を作製した。磁性薄膜層２は、スパッタ又は蒸着等
により形成でき、スパッタ装置としてはＲＦ２極スパッ
タ、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、３極スパッ
タ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ
等の既存のものを用いることができる。また、磁性薄膜
層２は、長手方向の長さＬが２または４ｍｍ、短手方向
の幅Ｓが０．５ｍｍの長方形状に形成し、膜厚Ｔが約２
μｍとなるようにスパッタ時間を調整して成膜した。こ
の時点において、得られた磁性薄膜層２は、成膜後はア
モルファス相を主体とするものであるが、５５０〜７５
０℃、２０分間保持して熱処理を行って、結晶粒の平均
粒径３０ｎｍ以下の結晶組織を有するようにし、結晶組
織は、ｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣ
ｏの結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏの結晶粒の少なくとも一
種類以上と、これらの周囲に存在する金属元素Ｍの炭化
物又は窒化物の結晶粒とを主体として含むものである。
この磁性薄膜層２の結晶粒の占める割合は少なくとも５
０％以上であり、残部は主にアモルファス相である。こ
れらの実効透磁率μ（１ＭＨｚ）、保磁力Ｈｃ及び磁歪
定数λを求めた結果を表３に示す。なお、これら磁性薄
膜層２は、必要に応じて長手方向と直交する方向の磁場
中で成膜もしくはアニールを行って、長手方向を磁化困
難軸としても良い。

【００６０】

【表３】

【００６１】表３より、上述の組成範囲内のＴ
_100-d-e-f-gＸ_dＭ_eＺ_fＱ_g系及びＴ_100-p-q-f _-gＳｉ_pＡ
ｌ_qＭ_eＺ_fＱ_g系の磁性薄膜層２は、１ＭＨｚにおいて１
５００〜５１００という高い透磁率μを有しており、ま
た、保磁力Ｈｃも低く、併せて磁歪定数λも１０^-6台と
小さいことがわかる。このようにＴ_100-d-e-f-gＸ_dＭ_e
Ｚ_fＱ_g系の磁性薄膜層２は、高感度且つ高速応答が要求
される磁気インピーダンス効果素子に好ましく適用でき
る優れた軟磁性材料であることがわかる。

【００６２】次に、Ｔ_100-p-q-f-gＳｉ_pＡｌ_qＭ_eＺ_fＱ_g
系の磁性薄膜層２の磁気−インピーダンス特性を、実施
例１（図４）と同様な方法で測定した。図１０、図１１
には、例として、それぞれ長手方向の長さＬが２、４ｍ
ｍ、幅Ｓは０．５ｍｍ、膜厚Ｔは２μｍであるＦｅ_71.4
Ｓｉ_13.1Ａｌ_5.8Ｈｆ_3.3Ｃ_4.5Ｒｕ_1.9からなる磁性薄膜
層２の磁気インピーダンス特性を示す。なお、この例の
磁性薄膜層２は、磁場中にて成膜し、成膜後、磁性薄膜
層２の長手方向が磁化困難軸となるように、長手方向と
直交する方向の磁場中にて、５７５℃で３０分間アニー
ルしたものである。図１０、図１１から明らかなよう
に、Ｆｅ_71.4Ｓｉ_13.1Ａｌ_5.8Ｈｆ_3.3Ｃ_4.5Ｒｕ_1.9から
なる磁性薄膜層２は、磁気インピーダンス効果を有して
いることがわかる。また、磁性薄膜層２の長手方向の長
さＬを２、４ｍｍと変化させても、それぞれ異なる磁気
−インピーダンス特性を有しており、様々なサイズの磁
気インピーダンス効果素子に対応して設けることができ
ることがわかる。また、磁性薄膜層２の長手方向の長さ
Ｌを変化させることで、検知感度や用途が異なる様々な
磁気インピーダンス効果素子に対応させることができ
る。

【００６３】また、図１０及び図１１に示したように、
外部磁界Ｈｅｘの極性に関わらず、インピーダンス変
化による出力電圧Ｅｍｉが緩やかに変化しているため、
この緩やかに変化している部分において定量性を得やす
い。また、上述の第１〜第３の実施の形態に示したバイ
アス磁界印加手段により数Ｏｅのバイアス磁界Ｈｂｉを
印加して、磁気−インピーダンス特性の曲線を横方向
（外部磁界Ｈｅｘの軸方向）にシフトさせ、外部磁界Ｈ
ｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやすくするこ
とができる。また、印加するバイアス磁界Ｈｂｉは、２
Ｏｅ程度の軽微なもので良いことがわかる。そして、こ
れら磁性薄膜層２に前述のバイアス磁界印加手段とし
て、磁性薄膜２の上層に、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ
合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、Ｉｒ−Ｍｎ合金、Ｐｄ−Ｍｎ合
金等の反強磁性材料からなる反強磁性薄膜層５を配設す
るか、磁性薄膜層２の両端部に配設されたＣｏ−Ｐｔ系
合金等の硬磁性材料の薄膜からなる磁石層４、４を配設
するか、ものであるから、小型化に対応でき、製造も容
易な磁気インピーダンス効果素子を得ることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明の磁気インピーダンス効果素子に
よれば、磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜層
と、磁性薄膜層に対して印加される外部磁界が印加され
る方向と平行にバイアス磁界を印加する薄膜からなるバ
イアス磁界印加手段とを備えてなることにより、磁気イ
ンピーダンス効果素子にコイルを巻回せずにバイアス磁
界を印加できるため、磁気インピーダンス効果素子の小
型化を図ることができる。

【００６５】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、バイアス磁界印加手段が、磁性薄膜層の両
端部に接触して設けられた磁石層からなることにより、
バイアス磁界を発生させるために電流を流す必要がな
く、磁気インピーダンス効果素子の省電力化を実現する
ことができる。

【００６６】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、バイアス磁界印加手段が、磁性薄膜層に積
層して設けられた硬磁性薄膜層又は反強磁性薄膜層から
なることによっても、バイアス磁界を発生させるために
電流を流す必要がなく、磁気インピーダンス効果素子の
省電力化を実現することができる。

【００６７】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、磁性薄膜層の外部磁界が印加される方向
が、磁化困難軸とされてなることにより、その方向にお
いて透磁率が上昇し、印加される外部磁界に対する磁気
インピーダンス効果素子の検知感度を上昇させることが
できる。

【００６８】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、磁性薄膜層が、磁場中でアニール又は成膜
されてなることにより、外部磁界Ｈｅｘが印加される方
向に磁化困難軸が設けられた磁性薄膜層を容易に形成す
ることができる。

【００６９】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、磁性薄膜層は、組成式がＣｏ_lＴａ_mＨｆ_n
で表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄膜から
なり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ
≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係
を満足することにより、磁気−インピーダンス特性の優
れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高
い感度の磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層とし
て用いることができる。

【００７０】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、組成式がＦｅ_hＲ_iＯ_jで表され、全組織の
５０％以上がアモルファス相であり、残部は平均結晶粒
径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅ結晶粒である軟磁
性薄膜からなり、Ｒは希土類元素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群から選ばれる１種又
は２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５
≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋
ｊ＝１００の関係を満足することによっても、磁気−イ
ンピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料
を得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果
素子センサの磁性薄膜層として用いることができる。
尚、上記組成の軟磁性薄膜において、元素Ｒが希土類元
素から選ばれる１種又は２種の元素である場合には、
ｈ、ｊはａｔ％で５０≦ｈ≦７０、１０≦ｊ≦３０であ
ることがより好ましい。

【００７１】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、磁性薄膜層は、組成式が（Ｃｏ_1-vＴ_v）_x
Ｍ_yＯ_zＸ_wで表され、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモ
ルファス相に、Ｃｏと元素Ｔを主体とするｂｃｃ構造、
ｆｃｃ構造の１種または２種以上の結晶粒からなる微結
晶層が混在した軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｎｉの
うちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、Ｍ
はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、
Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ及び希土類元素からなる
群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＸはＡ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｐｄ
からなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であ
り、組成比を表すｖは０≦ｖ≦０．７、ｘ、ｙ、ｚ、ｗ
はａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２
０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部はｘ
であることによっても、磁気−インピーダンス特性の優
れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高
い感度の磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層とし
て用いることができる。

【００７２】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、磁性薄膜層は、組成式がＣｏ_aＺｒ_bＮｂ_c
で表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄膜から
なり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、ｂ＝
（０．５〜０．８）×（１００−ａ）、ｃ＝１００−ａ
−ｂの関係を満足することによっても、磁気−インピー
ダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を得る
ことができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素子の
磁性薄膜層として用いることができる。

【００７３】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、薄膜磁性層は、組成式がＴ_100-p-q-f-gＳ
ｉ_pＡｌ_qＭ_eＺ_fＱ_gで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ
以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣ
ｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、も
しくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５
０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏ
のいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、Ｍは
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる
群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、Ｚは
Ｃ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であ
り、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、
Ａｕからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素で
あり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、
０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦
ｇ≦１０の関係を満足することによっても、磁気−イン
ピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を
得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素
子の磁性薄膜層として用いることができる。

【００７４】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子によれば、薄膜磁性層は、組成式がＴ_100-p-q-f-gＳ
ｉ_pＡｌ_qＭ_eＺ_fＱ_gで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ
以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣ
ｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、も
しくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５
０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏ
のいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、Ｍは
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる
群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、Ｚは
Ｃ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であ
り、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、
Ａｕからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素で
あり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、
０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦
ｇ≦１０の関係を満足することによっても、磁気−イン
ピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を
得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素
子の磁性薄膜層として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気インピーダン
ス効果素子を説明する図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の磁気インピーダン
ス効果素子を説明する要部断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気インピーダン
ス効果素子を説明する要部断面図である。

【図４】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いら
れる磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を測定する
ための回路説明図である。

【図５】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いら
れるＣｏ_lＴａ_mＨｆ_n系磁性薄膜層の磁気−インピーダ
ンス特性を示すグラフ図である。

【図６】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いら
れるＣｏ_lＴａ_mＨｆ_n系磁性薄膜層の磁気−インピーダ
ンス特性を示すグラフ図である。

【図７】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いら
れるＦｅ_hＲ_iＯ_j系磁性薄膜層の磁気−インピーダンス
特性を示すグラフ図である。

【図８】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いら
れる（Ｃｏ_1-vＴ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_w系磁性薄膜層の周波数と
透磁率との関係を示すグラフ図である。

【図９】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いら
れるＣｏ_aＺｒ_bＮｂ_c系磁性薄膜層の磁気特性を示すグ
ラフ図である。

【図１０】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用い
られるＦｅ_71.4Ｓｉ_13.1Ａｌ_5.8Ｈｆ_3.3Ｃ_4.5Ｒｕ_1.9か
らなる磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグ
ラフ図である。

【図１１】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用い
られるＦｅ_71.4Ｓｉ_13.1Ａｌ_5.8Ｈｆ_3.3Ｃ_4.5Ｒｕ_1.9か
らなる磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグ
ラフ図である。

【図１２】従来の磁気インピーダンス効果素子の磁気−
インピーダンス特性の測定回路図である。

【図１３】従来の磁気インピーダンス効果を有する（Ｆ
ｅ₆Ｃｏ₉₄）_72.5Ｓｉ_12.5Ｂ₁₅非晶質ワイヤの磁気−イ
ンピーダンス特性を示すグラフ図である。

【図１４】従来の磁気インピーダンス効果素子の磁気−
インピーダンス特性の他の測定回路図である。

【符号の説明】

１基板２磁性薄膜層３電極層４磁石層５反強磁性薄膜層Ｅａｃ交流電源Ｈｅｘ外部磁界Ｅｍｉ出力電圧Ｈｂｉバイアス磁界Ｌ磁性薄膜層２の長手方向の長さＳ磁性薄膜層２の短手方向の幅Ｔ磁性薄膜層２の膜厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気インピーダンス効果を有する磁性薄
膜層と、該磁性薄膜層に対して印加される外部磁界が印
加される方向と平行にバイアス磁界を印加する薄膜から
なるバイアス磁界印加手段とを備えてなることを特徴と
する磁気インピーダンス効果素子。
【請求項２】前記バイアス磁界印加手段が、前記磁性
薄膜層の両端部に接触して設けられた磁石層からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の磁気インピーダンス効
果素子。
【請求項３】前記バイアス磁界印加手段が、前記磁性
薄膜層に積層して設けられた硬磁性薄膜層又は反強磁性
薄膜層からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気
インピーダンス効果素子。
【請求項４】前記磁性薄膜層の外部磁界が印加される
方向が、磁化困難軸とされてなることを特徴とする請求
項１〜請求項３のいずれか一に記載の磁気インピーダン
ス効果素子。
【請求項５】前記磁性薄膜層が、磁場中でアニール又
は成膜されてなることを特徴とする請求項４に記載の磁
気インピーダンス効果素子。
【請求項６】前記磁性薄膜層は、組成式がＣｏ_lＴａ_m
Ｈｆ_nで表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄
膜からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、
５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５
の関係を満足することを特徴とする請求項１〜請求項５
に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項７】前記磁性薄膜層は、組成式がＦｅ_hＲ_iＯ
_jで表され、全組織の５０％以上がアモルファス相であ
り、残部は平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造の
Ｆｅ結晶粒である軟磁性薄膜からなり、Ｒは希土類元素
及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群
から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、
ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦
ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足することを
特徴とする請求項１〜請求項５に記載の磁気インピーダ
ンス効果素子。
【請求項８】前記磁性薄膜層は、組成式が（Ｃｏ_1-v
Ｔ_v）_xＭ_yＯ_zＸ_wで表され、元素Ｍの酸化物を多量に含
むアモルファス相と、Ｃｏと元素Ｔを主体とするｂｃｃ
構造、ｆｃｃ構造の１種または２種以上の結晶粒からな
る微結晶相が混在した軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、
Ｎｉのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であ
り、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、
Ｐ、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ及び希土類元素から
なる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、Ｘ
はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ，
Ｐｄからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素で
あり、組成比を表すｖは０≦ｖ≦０．７、ｘ、ｙ、ｚ、
ｗはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦
２０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部は
ｘであることを特徴とする請求項１〜請求項５に記載の
磁気インピーダンス効果素子。
【請求項９】前記磁性薄膜層は、組成式がＣｏ_aＺｒ_b
Ｎｂ_cで表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄
膜からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、
ｂ＝（０．５〜０．８）×（１００−ａ−ｂ）、ｃ＝１
００−ａ−ｂの関係を満足することを特徴とする請求項
１〜請求項５に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１０】前記薄膜磁性層は、組成式がＴ
_100-d-e-f-gＸ_dＭ_eＺ_fＱ_gで表され、平均結晶粒径が３
０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造の
ＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一
つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組
成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦ
ｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であ
り、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あるいは両方を含
む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上
の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両
方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は
２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、０
≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ
≦１０の関係を満足することを特徴とする請求項１〜請
求項５に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１１】前記薄膜磁性層は、組成式がＴ
_100-p-q-f-gＳｉ_pＡｌ_qＭ_eＺ_fＱ_gで表され、平均結晶粒
径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ
構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいず
れか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成
が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、Ｔ
はＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素
であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素
であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含
む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は２種以
上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦
ｐ≦１５、０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦
１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足することを特徴とする
請求項１〜請求項５に記載の磁気インピーダンス効果素
子。