JP2001116814A - 磁気インピーダンス素子 - Google Patents
磁気インピーダンス素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 素子本体が磁性薄膜からなるＭＩ素子におい
て、高感度で、磁界検知範囲が広く、小さな素子サイズ
でも安定した感度が得られる構成を提供する。 【解決手段】 ＭＩ素子本体の磁性薄膜１０は、直線を
複数回平行に折り返した細長いつづら折り状のパターン
に形成され、磁化容易軸方向がつづら折り状パターンの
長手方向に沿うように設定されている。そして、磁性薄
膜１０の厚さをＴ、つづら折り状パターンの線幅をＷ、
パターンの長さをＬとして、Ｔが１〜５μｍの範囲内に
あり、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）が１０〜４００×１０6ｍ-1の範
囲内、より好ましくは２８〜１００×１０6ｍ-1の範囲
内とされる。
て、高感度で、磁界検知範囲が広く、小さな素子サイズ
でも安定した感度が得られる構成を提供する。 【解決手段】 ＭＩ素子本体の磁性薄膜１０は、直線を
複数回平行に折り返した細長いつづら折り状のパターン
に形成され、磁化容易軸方向がつづら折り状パターンの
長手方向に沿うように設定されている。そして、磁性薄
膜１０の厚さをＴ、つづら折り状パターンの線幅をＷ、
パターンの長さをＬとして、Ｔが１〜５μｍの範囲内に
あり、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）が１０〜４００×１０6ｍ-1の範
囲内、より好ましくは２８〜１００×１０6ｍ-1の範囲
内とされる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部磁界を検出す
る磁気検出素子に関し、特に、磁性薄膜からなる素子本
体に高周波電流を印加すると、この素子本体の両端間の
インピーダンスが外部磁界に応じて変化する磁気インピ
ーダンス素子（以下、ＭＩ素子と略称する）に関するも
のである。
る磁気検出素子に関し、特に、磁性薄膜からなる素子本
体に高周波電流を印加すると、この素子本体の両端間の
インピーダンスが外部磁界に応じて変化する磁気インピ
ーダンス素子（以下、ＭＩ素子と略称する）に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気検出素子は、これを用いる情
報端末機器やロボット等の進歩に伴い、より小型で高感
度の磁気検出素子が求められている。一般的な磁気検出
素子として、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子と略称す
る）があるが、このＭＲ素子の感度としては外部磁界に
応じた抵抗変化率が3％程度であり、単独での磁界検出
感度は、地磁気があるかないか程度しか判別できない。
最近のＭＲ素子では、ＧＭＲ素子といわれる抵抗変化率
の大きいものが登場してきているが、それでも10％程度
の抵抗変化率で、磁界検出感度そのものは数倍程度の改
善は見られるものの、けた違いの感度アップには結びつ
いていない。
報端末機器やロボット等の進歩に伴い、より小型で高感
度の磁気検出素子が求められている。一般的な磁気検出
素子として、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子と略称す
る）があるが、このＭＲ素子の感度としては外部磁界に
応じた抵抗変化率が3％程度であり、単独での磁界検出
感度は、地磁気があるかないか程度しか判別できない。
最近のＭＲ素子では、ＧＭＲ素子といわれる抵抗変化率
の大きいものが登場してきているが、それでも10％程度
の抵抗変化率で、磁界検出感度そのものは数倍程度の改
善は見られるものの、けた違いの感度アップには結びつ
いていない。
【０００３】そこで、本発明者らは、磁性薄膜からなる
素子本体に高周波電流を印加すると、この素子本体の両
端間のインピーダンスが外部磁界に応じて大きく変化す
るＭＩ素子を既に提案している（特開平09-127218
号）。このＭＩ素子は、素子本体の磁性薄膜を外部磁界
に対し透磁率が変化するように構成し、高周波電流印加
による表皮効果を変化させ、インピーダンスの変化をも
たらすと言うものである。
素子本体に高周波電流を印加すると、この素子本体の両
端間のインピーダンスが外部磁界に応じて大きく変化す
るＭＩ素子を既に提案している（特開平09-127218
号）。このＭＩ素子は、素子本体の磁性薄膜を外部磁界
に対し透磁率が変化するように構成し、高周波電流印加
による表皮効果を変化させ、インピーダンスの変化をも
たらすと言うものである。
【０００４】図１０に従来の磁性薄膜を用いたＭＩ素子
の一例を示す。この例では、ガラス基板112上に素子本
体の磁性薄膜110が直線を複数回平行に折り返した細長
いつづら折り状のパターンに形成されている。磁界検出
方向は図の矢印で示す磁性薄膜110のパターンの長手方
向である。磁性薄膜110の磁化容易軸は、つづら折り状
パターンの幅方向に沿うように設定されている。磁性薄
膜110のパターン両端の電極114a,114bよりＭＨｚオーダ
ーの高周波電流を印加すると、電極114a,114b間のイン
ピーダンスが外部磁界に応じて変化する。
の一例を示す。この例では、ガラス基板112上に素子本
体の磁性薄膜110が直線を複数回平行に折り返した細長
いつづら折り状のパターンに形成されている。磁界検出
方向は図の矢印で示す磁性薄膜110のパターンの長手方
向である。磁性薄膜110の磁化容易軸は、つづら折り状
パターンの幅方向に沿うように設定されている。磁性薄
膜110のパターン両端の電極114a,114bよりＭＨｚオーダ
ーの高周波電流を印加すると、電極114a,114b間のイン
ピーダンスが外部磁界に応じて変化する。
【０００５】その外部磁界に対する磁気インピーダンス
特性は、図１１の通りであり、外部磁界が±５エルステ
ッド程度の範囲内でインピーダンスがＶ字状の変化を示
す。この特性のＶ字の傾斜部を使うと、感度は極めて高
く、ＭＲ素子の数10倍から数100倍の感度が得られる。
しかし、直線性のよい磁界検知範囲が３エルステッド程
度しか取れないため、検知範囲の狭い磁気センサの応用
に限られてしまうという欠点がある。
特性は、図１１の通りであり、外部磁界が±５エルステ
ッド程度の範囲内でインピーダンスがＶ字状の変化を示
す。この特性のＶ字の傾斜部を使うと、感度は極めて高
く、ＭＲ素子の数10倍から数100倍の感度が得られる。
しかし、直線性のよい磁界検知範囲が３エルステッド程
度しか取れないため、検知範囲の狭い磁気センサの応用
に限られてしまうという欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、上述した素子本体が磁性薄膜からなるＭＩ素子にお
いて、（１）ＭＲ素子やＧＭＲ素子よりも磁界検出感度
が高く、（２）磁界検知範囲が従来のＭＲ素子と同等に
広く取ることができ、（３）小さな素子サイズ（少なく
ともチップ部品的に扱える２ｍｍ以下）で安定した感度
を得ることができる、構成を提供することにある。
は、上述した素子本体が磁性薄膜からなるＭＩ素子にお
いて、（１）ＭＲ素子やＧＭＲ素子よりも磁界検出感度
が高く、（２）磁界検知範囲が従来のＭＲ素子と同等に
広く取ることができ、（３）小さな素子サイズ（少なく
ともチップ部品的に扱える２ｍｍ以下）で安定した感度
を得ることができる、構成を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、素子本体が非磁性基板上に形成さ
れた磁性薄膜から構成され、該磁性薄膜に高周波電流を
印加すると該磁性薄膜の両端間のインピーダンスが外部
磁界に応じて変化するＭＩ素子であって、前記磁性薄膜
は、直線を複数回平行に折り返した細長いつづら折り状
のパターンに形成され、磁化容易軸方向が前記パターン
の長手方向に沿うように設定されており、該磁性薄膜の
厚さをＴ、前記パターンの線幅をＷ、前記パターンの長
さをＬとして、Ｔが１〜５μｍの範囲内にあり、Ｌ／
（Ｗ×Ｔ）が１０〜４００×１０6ｍ-1の範囲内、より
好ましくは２８〜１００×１０6ｍ-1の範囲内にある構
成を採用した。
め、本発明によれば、素子本体が非磁性基板上に形成さ
れた磁性薄膜から構成され、該磁性薄膜に高周波電流を
印加すると該磁性薄膜の両端間のインピーダンスが外部
磁界に応じて変化するＭＩ素子であって、前記磁性薄膜
は、直線を複数回平行に折り返した細長いつづら折り状
のパターンに形成され、磁化容易軸方向が前記パターン
の長手方向に沿うように設定されており、該磁性薄膜の
厚さをＴ、前記パターンの線幅をＷ、前記パターンの長
さをＬとして、Ｔが１〜５μｍの範囲内にあり、Ｌ／
（Ｗ×Ｔ）が１０〜４００×１０6ｍ-1の範囲内、より
好ましくは２８〜１００×１０6ｍ-1の範囲内にある構
成を採用した。
【０００８】さらに、外部磁界対インピーダンス変化特
性上のバイアス磁界による動作点が、前記特性上のゼロ
磁界付近に現れる特性不安定部のプラス側とマイナス側
の両端の変化点の磁界をＨｔ及び−Ｈｔとして、磁界Ｈ
ｔ〜３Ｈｔの間、または磁界−Ｈｔ〜−３Ｈｔの間に設
定された構成を採用した。
性上のバイアス磁界による動作点が、前記特性上のゼロ
磁界付近に現れる特性不安定部のプラス側とマイナス側
の両端の変化点の磁界をＨｔ及び−Ｈｔとして、磁界Ｈ
ｔ〜３Ｈｔの間、または磁界−Ｈｔ〜−３Ｈｔの間に設
定された構成を採用した。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【００１０】本実施形態におけるＭＩ素子の構成を図１
に示す。ここに示すように、ガラス等からなる非磁性基
板12上に素子本体の磁性薄膜10が形成されている。磁性
薄膜10は、アモルファスやパーマロイ，微結晶材等の高
透磁率薄膜からなり、図２に拡大して示すように、直線
を複数回平行に折り返した細長いつづら折り状のパター
ンに形成されている。また、磁性薄膜10の磁化容易軸方
向は、図１中矢印で示すように、そのつづら折状パター
ンの長手方向に沿うように設定されており、その長手方
向が磁界検知方向にもなっている。磁性薄膜10のつづら
折状パターンの両端には電極14a，14bが形成されてい
る。
に示す。ここに示すように、ガラス等からなる非磁性基
板12上に素子本体の磁性薄膜10が形成されている。磁性
薄膜10は、アモルファスやパーマロイ，微結晶材等の高
透磁率薄膜からなり、図２に拡大して示すように、直線
を複数回平行に折り返した細長いつづら折り状のパター
ンに形成されている。また、磁性薄膜10の磁化容易軸方
向は、図１中矢印で示すように、そのつづら折状パター
ンの長手方向に沿うように設定されており、その長手方
向が磁界検知方向にもなっている。磁性薄膜10のつづら
折状パターンの両端には電極14a，14bが形成されてい
る。
【００１１】このＭＩ素子の動作原理は、磁性薄膜10の
両端の電極14a，14bよりＭＨｚ帯の高周波電流を印加し
ておき、外部磁界に対し磁性薄膜10の透磁率が変化する
ことで、磁性薄膜10内に流れる電流の表皮深さが変わる
ことを利用し、磁性薄膜10の両端間のインピーダンス変
化を電圧の振幅変化として取り出す。外部磁界に対する
透磁率の変化は、磁性薄膜10のＢ−Ｈ特性に依存して生
ずる。
両端の電極14a，14bよりＭＨｚ帯の高周波電流を印加し
ておき、外部磁界に対し磁性薄膜10の透磁率が変化する
ことで、磁性薄膜10内に流れる電流の表皮深さが変わる
ことを利用し、磁性薄膜10の両端間のインピーダンス変
化を電圧の振幅変化として取り出す。外部磁界に対する
透磁率の変化は、磁性薄膜10のＢ−Ｈ特性に依存して生
ずる。
【００１２】磁性薄膜10を細長いパターンで幾重にもつ
づら折りにしているのは、インピーダンス値で特に抵抗
分を大きく確保するためと、薄膜内の反磁界を減らし感
度を上げる効果を考慮したためである（この効果は後ほ
ど詳細に説明する）。
づら折りにしているのは、インピーダンス値で特に抵抗
分を大きく確保するためと、薄膜内の反磁界を減らし感
度を上げる効果を考慮したためである（この効果は後ほ
ど詳細に説明する）。
【００１３】磁性薄膜10の磁化容易軸は、つづら折り状
パターンの長手方向にかなり明確につけないと、図３の
破線で示す様に、外部磁界検知特性（外部磁界対インピ
ーダンス変化特性）のピークに凹み部を生じてしまう。
磁化容易軸が少しでもつづら折状パターンの長手方向に
対し傾くと、磁性薄膜10に直接印加する高周波電流によ
って生ずる周回磁界により影響を受け、磁壁移動に制動
をかけられてしまう。その制動が大きいと、先に示した
ピークの凹みが明確に生じ、扱いづらいものになってし
まう。
パターンの長手方向にかなり明確につけないと、図３の
破線で示す様に、外部磁界検知特性（外部磁界対インピ
ーダンス変化特性）のピークに凹み部を生じてしまう。
磁化容易軸が少しでもつづら折状パターンの長手方向に
対し傾くと、磁性薄膜10に直接印加する高周波電流によ
って生ずる周回磁界により影響を受け、磁壁移動に制動
をかけられてしまう。その制動が大きいと、先に示した
ピークの凹みが明確に生じ、扱いづらいものになってし
まう。
【００１４】なお、磁性薄膜10の磁化容易軸の制御は、
成膜時または熱処理時に磁性薄膜10のパターン長手方向
に磁場を掛けて行う。
成膜時または熱処理時に磁性薄膜10のパターン長手方向
に磁場を掛けて行う。
【００１５】この構成での外部磁界検知特性は、図３の
実線のようにプラスピークを持つきれいな裾をひいた山
型特性になっている。しかし、特性を良く観察すると、
ゼロ磁界のピーク付近で特性が乱れていることが判り、
±数ガウスの範囲が使えないことがわかる。この不安定
部は、ＭＲ素子や、素子本体がアモルファスワイヤーか
らなるＭＩ素子では見られず、本実施形態のような素子
本体が磁性薄膜からなるＭＩ素子特有の現象と考えられ
る。
実線のようにプラスピークを持つきれいな裾をひいた山
型特性になっている。しかし、特性を良く観察すると、
ゼロ磁界のピーク付近で特性が乱れていることが判り、
±数ガウスの範囲が使えないことがわかる。この不安定
部は、ＭＲ素子や、素子本体がアモルファスワイヤーか
らなるＭＩ素子では見られず、本実施形態のような素子
本体が磁性薄膜からなるＭＩ素子特有の現象と考えられ
る。
【００１６】これは、磁性薄膜内の磁壁移動に関わる不
安定要素、例えば磁性薄膜内の物理的な欠陥による磁壁
移動の引っかかりや、90°磁壁の生成消失によるノイズ
分が影響していると予測される。
安定要素、例えば磁性薄膜内の物理的な欠陥による磁壁
移動の引っかかりや、90°磁壁の生成消失によるノイズ
分が影響していると予測される。
【００１７】この部分の不安定要素を改良するのは極め
て難しいので、素子の動作はそのすぐ外側の領域を使う
ことになるが、この領域は、磁壁移動がほぼ完了し、磁
化回転または磁化飽和領域にあたり、安定した傾斜部が
得られるで、この部分の範囲内にバイアス磁界による動
作点を設定すれば扱いやすい。なお、バイアス磁界は不
図示の永久磁石またはコイルによりＭＩ素子に対して印
可する。
て難しいので、素子の動作はそのすぐ外側の領域を使う
ことになるが、この領域は、磁壁移動がほぼ完了し、磁
化回転または磁化飽和領域にあたり、安定した傾斜部が
得られるで、この部分の範囲内にバイアス磁界による動
作点を設定すれば扱いやすい。なお、バイアス磁界は不
図示の永久磁石またはコイルによりＭＩ素子に対して印
可する。
【００１８】そのバイアス磁界による動作点の設定で
は、図３に示す外部磁界検知特性上でゼロ磁界付近に現
れる特性不安定部のプラス側とマイナス側の両端の変化
点の磁界をＨｔ及び−Ｈｔとして、磁界Ｈｔとその３倍
の３Ｈｔの間、または磁界−Ｈｔとその３倍の−３Ｈｔ
の間に設定すると、比較的直線性が良く、感度の高い検
知ができることが判った。
は、図３に示す外部磁界検知特性上でゼロ磁界付近に現
れる特性不安定部のプラス側とマイナス側の両端の変化
点の磁界をＨｔ及び−Ｈｔとして、磁界Ｈｔとその３倍
の３Ｈｔの間、または磁界−Ｈｔとその３倍の−３Ｈｔ
の間に設定すると、比較的直線性が良く、感度の高い検
知ができることが判った。
【００１９】さて、このＭＩ素子の特性は、磁性薄膜10
の磁気特性とパターンの寸法により決まり、素子のサイ
ズを小さくしながら、特性を確保するためには適切な選
択が必要である。
の磁気特性とパターンの寸法により決まり、素子のサイ
ズを小さくしながら、特性を確保するためには適切な選
択が必要である。
【００２０】定性的な要求としては、 （１）磁性薄膜10の磁化容易軸が、つづら折り状パター
ンの長手方向に明確についており、透磁率が極めて高い
こと。 （２）つづら折り状パターンの長手方向に発生する反磁
界を考慮し、膜厚，パターンの線幅に対してパターンの
長さを相対的に大きく取ること。が重要となる。
ンの長手方向に明確についており、透磁率が極めて高い
こと。 （２）つづら折り状パターンの長手方向に発生する反磁
界を考慮し、膜厚，パターンの線幅に対してパターンの
長さを相対的に大きく取ること。が重要となる。
【００２１】ここで、ＭＩ素子が短い長さ（具体的には
２ｍｍ以下）でも、上記（２）の要求を満足し、高感度
で安定して機能する磁性薄膜10の膜厚Ｔ、つづら折り状
パターンの線幅Ｗ、つづら折り状パターンの長さＬの寸
法関係について、以下に説明する。なお、前記パターン
の線幅Ｗと長さＬは図２に示してある。
２ｍｍ以下）でも、上記（２）の要求を満足し、高感度
で安定して機能する磁性薄膜10の膜厚Ｔ、つづら折り状
パターンの線幅Ｗ、つづら折り状パターンの長さＬの寸
法関係について、以下に説明する。なお、前記パターン
の線幅Ｗと長さＬは図２に示してある。
【００２２】まず、膜厚について述べると、図1の構成
で磁性薄膜10のつづら折り状パターンの線幅Ｗを１２μ
ｍ，パターン長さＬを１．４ｍｍに固定し、膜厚Ｔを
１，２，４，８μｍと振り、２０ＭＨｚの高周波電流を
印加した場合の外部磁界に対するＭＩ素子の出力データ
を図４に示す。図４の縦軸は出力であるが、膜厚Ｔによ
る相対差が判る様にそれぞれ適当にシフトさせ表示して
いる。
で磁性薄膜10のつづら折り状パターンの線幅Ｗを１２μ
ｍ，パターン長さＬを１．４ｍｍに固定し、膜厚Ｔを
１，２，４，８μｍと振り、２０ＭＨｚの高周波電流を
印加した場合の外部磁界に対するＭＩ素子の出力データ
を図４に示す。図４の縦軸は出力であるが、膜厚Ｔによ
る相対差が判る様にそれぞれ適当にシフトさせ表示して
いる。
【００２３】ここに示すＭＩ素子の出力の評価は、図５
の回路の構成で行い、２０ＭＨｚのパルス発振信号によ
る高周波電流をバッファーアンプ41、コンデンサ42、抵
抗43を介してＭＩ素子の磁性薄膜10に印加し、外部磁界
に応じた磁性薄膜10の両端間のインピーダンス変化によ
る振幅電圧の変化をコンデンサ44，47、ダイオード45，
46、抵抗48からなる検波回路で検波して取り出し、出力
を得た。
の回路の構成で行い、２０ＭＨｚのパルス発振信号によ
る高周波電流をバッファーアンプ41、コンデンサ42、抵
抗43を介してＭＩ素子の磁性薄膜10に印加し、外部磁界
に応じた磁性薄膜10の両端間のインピーダンス変化によ
る振幅電圧の変化をコンデンサ44，47、ダイオード45，
46、抵抗48からなる検波回路で検波して取り出し、出力
を得た。
【００２４】図４に示すように、膜厚Ｔが２μｍでは最
も良好な特性を示し、膜厚Ｔが１μｍでは表皮効果が弱
くなり特性のピークが低下する。ただし、ＭＩ素子の駆
動周波数を上げることや、さらに磁性薄膜10の透磁率を
上げることができれば、表皮効果の効きを強めることが
でき、ある程度の感度低下は緩和できる。膜厚Ｔの厚い
４，８μｍでは、表皮効果は十分であるが、検知方向両
端に発生する磁極の面積が増加することで反磁界が増加
し、磁性薄膜10内の磁界成分が減少してしまう。その結
果、山型の特性の裾が左右に広がり、感度となる傾斜部
の傾斜がゆるくなってしまう。
も良好な特性を示し、膜厚Ｔが１μｍでは表皮効果が弱
くなり特性のピークが低下する。ただし、ＭＩ素子の駆
動周波数を上げることや、さらに磁性薄膜10の透磁率を
上げることができれば、表皮効果の効きを強めることが
でき、ある程度の感度低下は緩和できる。膜厚Ｔの厚い
４，８μｍでは、表皮効果は十分であるが、検知方向両
端に発生する磁極の面積が増加することで反磁界が増加
し、磁性薄膜10内の磁界成分が減少してしまう。その結
果、山型の特性の裾が左右に広がり、感度となる傾斜部
の傾斜がゆるくなってしまう。
【００２５】また、上記の各条件での外部磁界検知特性
上の磁界Ｈｔ〜３Ｈｔ間の傾きに相当する感度と膜厚Ｔ
の関係を図６のグラフに示す。ここに示す膜厚Ｔが２μ
ｍでの感度値を１００％とし、感度値５０％までが扱い
やすい範囲と考えると、膜厚Ｔは、１から５μｍが扱い
やすいと言える。以上のことから膜厚Ｔは１〜５μｍの
範囲内とする。
上の磁界Ｈｔ〜３Ｈｔ間の傾きに相当する感度と膜厚Ｔ
の関係を図６のグラフに示す。ここに示す膜厚Ｔが２μ
ｍでの感度値を１００％とし、感度値５０％までが扱い
やすい範囲と考えると、膜厚Ｔは、１から５μｍが扱い
やすいと言える。以上のことから膜厚Ｔは１〜５μｍの
範囲内とする。
【００２６】次に、磁性薄膜10のつづら折りパターンの
線幅Ｗとパターン長さＬの関係を調べる上で、パターン
の長さＬを１．６７ｍｍ，膜厚Ｔを２μｍに固定し、パ
ターンの線幅Ｗを９，１８，２７，４５μｍと振った結
果のそれぞれの出力特性を図７に示す。
線幅Ｗとパターン長さＬの関係を調べる上で、パターン
の長さＬを１．６７ｍｍ，膜厚Ｔを２μｍに固定し、パ
ターンの線幅Ｗを９，１８，２７，４５μｍと振った結
果のそれぞれの出力特性を図７に示す。
【００２７】ここで膜厚Ｔに関して前述したのと同様
に、反磁界に依存する特性差が現れ、パターン線幅Ｗの
狭いほうが反磁界を少なくできることより、線幅Ｗが９
μｍの場合の感度が最も高い。但し、パターン線幅Ｗの
狭いほうで出力特性のピークが低下しているのは、パタ
ーン線幅Ｗを狭くしたことで磁性薄膜10内の残留応力に
よる透磁率の低下があったと考えられる。
に、反磁界に依存する特性差が現れ、パターン線幅Ｗの
狭いほうが反磁界を少なくできることより、線幅Ｗが９
μｍの場合の感度が最も高い。但し、パターン線幅Ｗの
狭いほうで出力特性のピークが低下しているのは、パタ
ーン線幅Ｗを狭くしたことで磁性薄膜10内の残留応力に
よる透磁率の低下があったと考えられる。
【００２８】反磁界の影響は、各特性の不安定部の端の
変化点の磁界Ｈｔを見ると良く判る。図８は、横軸にパ
ターンの長さＬ／パターン線幅Ｗ、縦軸に外部磁界をそ
れぞれ対数軸表示で取り、図７の各条件での特性の不安
定部の端の変化点の磁界Ｈｔの数値を○印でプロットし
たものである。その結果より、各条件でのＨｔは両対数
軸表示で直線上に並んでいることが判る。つまり、長さ
Ｌ／線幅Ｗに関わる反磁界に対して、素直に特性が変化
している。また、このグラフに３Ｈｔのラインを入れる
と、ある長さＬ／線幅Ｗの条件に対して、動作点をＨｔ
〜３Ｈｔの範囲を見て、どれくらいの磁界の大きさにす
れば良いかが簡単に読み取れる。
変化点の磁界Ｈｔを見ると良く判る。図８は、横軸にパ
ターンの長さＬ／パターン線幅Ｗ、縦軸に外部磁界をそ
れぞれ対数軸表示で取り、図７の各条件での特性の不安
定部の端の変化点の磁界Ｈｔの数値を○印でプロットし
たものである。その結果より、各条件でのＨｔは両対数
軸表示で直線上に並んでいることが判る。つまり、長さ
Ｌ／線幅Ｗに関わる反磁界に対して、素直に特性が変化
している。また、このグラフに３Ｈｔのラインを入れる
と、ある長さＬ／線幅Ｗの条件に対して、動作点をＨｔ
〜３Ｈｔの範囲を見て、どれくらいの磁界の大きさにす
れば良いかが簡単に読み取れる。
【００２９】さらに、長さＬ、線幅Ｗ、膜厚Ｔの関係で
捕えるには、図８の横軸において、Ｌ／Ｗの前提条件で
あった膜厚Ｔの２μｍでＬ／Ｗを割ったＬ／（Ｗ×Ｔ）
を設定すれば良い。実際、先ほどの磁性薄膜１０の厚さ
Ｔを振った図４のデータより、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）に対して
各Ｈｔのデータを△印でプロットすると、同一ラインに
乗っていることがわかる。なお、（Ｗ×Ｔ）は、磁性薄
膜10のつづら折り状パターンの１本の線の長さ方向に直
交する断面積となる。
捕えるには、図８の横軸において、Ｌ／Ｗの前提条件で
あった膜厚Ｔの２μｍでＬ／Ｗを割ったＬ／（Ｗ×Ｔ）
を設定すれば良い。実際、先ほどの磁性薄膜１０の厚さ
Ｔを振った図４のデータより、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）に対して
各Ｈｔのデータを△印でプロットすると、同一ラインに
乗っていることがわかる。なお、（Ｗ×Ｔ）は、磁性薄
膜10のつづら折り状パターンの１本の線の長さ方向に直
交する断面積となる。
【００３０】このデータでどこの範囲を使うのが良いか
であるが、Ｈｔが１０Ｏｅを越えると感度が低下し、図
９に示すように、Ｈｔが１０ＯｅとなるＬ／（Ｗ×Ｔ）
の１０×１０6ｍ-1の点（図８参照）で１０ｍＶ/Ｏｅを
下回り、ＭＲ素子の感度（数ｍＶ/Ｏｅ）に対する優位
差があまり無くなってしまう。従って、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）
で１０×１０6ｍ-1以上が下限条件となる。
であるが、Ｈｔが１０Ｏｅを越えると感度が低下し、図
９に示すように、Ｈｔが１０ＯｅとなるＬ／（Ｗ×Ｔ）
の１０×１０6ｍ-1の点（図８参照）で１０ｍＶ/Ｏｅを
下回り、ＭＲ素子の感度（数ｍＶ/Ｏｅ）に対する優位
差があまり無くなってしまう。従って、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）
で１０×１０6ｍ-1以上が下限条件となる。
【００３１】また、パターンの長さＬが長いほど感度が
稼げるが、ＭＩ素子の小型化のために、長さＬが２ｍｍ
以下で考えると、磁気特性の安定して出せるパターン線
幅Ｗの限界を５μｍ，最低の膜厚Ｔの要求が1μｍと考
えれば、４００×１０6ｍ-1以下が上限条件となる。
稼げるが、ＭＩ素子の小型化のために、長さＬが２ｍｍ
以下で考えると、磁気特性の安定して出せるパターン線
幅Ｗの限界を５μｍ，最低の膜厚Ｔの要求が1μｍと考
えれば、４００×１０6ｍ-1以下が上限条件となる。
【００３２】さらにより好ましい条件として、膜厚Ｔを
２μｍ中心として考え、Ｈｔを５Ｏｅ程度以下にすれ
ば、コイルによりバイアスをかけることも容易になるの
で、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）で２８×１０6ｍ-1以上が良い。
２μｍ中心として考え、Ｈｔを５Ｏｅ程度以下にすれ
ば、コイルによりバイアスをかけることも容易になるの
で、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）で２８×１０6ｍ-1以上が良い。
【００３３】また、上限については、パターン線幅Ｗを
あまり狭くしすぎると、磁性薄膜10に非磁性基板12との
間で生ずる応力により透磁率低下が出やすくなるため、
パターン線幅Ｗは１０μｍ以上確保したい。その結果上
限は、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）で１００×１０6ｍ-1以下とした
い。
あまり狭くしすぎると、磁性薄膜10に非磁性基板12との
間で生ずる応力により透磁率低下が出やすくなるため、
パターン線幅Ｗは１０μｍ以上確保したい。その結果上
限は、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）で１００×１０6ｍ-1以下とした
い。
【００３４】以上のようにして、磁性薄膜10の膜厚Ｔを
１〜５μｍの範囲内とし、そのつづら折り状パターンの
長さＬ／（パターン線幅Ｗ×膜厚Ｔ）を１０〜４００×
１０ 6ｍ-1の範囲内、より好ましくは２８〜１００×１
０6ｍ-1の範囲内とすることにより、ＭＲ素子やＧＭＲ
素子よりも磁界検出感度が高く、磁界検知範囲が従来の
ＭＲ素子と同等に広く取ることができ、小さな素子サイ
ズ（具体的には２ｍｍ以下）で安定した感度が得られる
優れたＭＩ素子を提供することができる。また、このＭ
Ｉ素子において、動作点を前述した磁界Ｈｔ〜３Ｈｔの
間、または磁界−Ｈｔ〜−３Ｈｔの間に設定することに
より、比較的直線性が良く感度の高い磁界検出を行なう
ことができる。
１〜５μｍの範囲内とし、そのつづら折り状パターンの
長さＬ／（パターン線幅Ｗ×膜厚Ｔ）を１０〜４００×
１０ 6ｍ-1の範囲内、より好ましくは２８〜１００×１
０6ｍ-1の範囲内とすることにより、ＭＲ素子やＧＭＲ
素子よりも磁界検出感度が高く、磁界検知範囲が従来の
ＭＲ素子と同等に広く取ることができ、小さな素子サイ
ズ（具体的には２ｍｍ以下）で安定した感度が得られる
優れたＭＩ素子を提供することができる。また、このＭ
Ｉ素子において、動作点を前述した磁界Ｈｔ〜３Ｈｔの
間、または磁界−Ｈｔ〜−３Ｈｔの間に設定することに
より、比較的直線性が良く感度の高い磁界検出を行なう
ことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、素子本体がつづら折り状パターンの磁性薄膜
からなるＭＩ素子において、その磁性薄膜の厚さＴ、及
びつづら折り状パターンの長さＬ／（パターン線幅Ｗ×
膜厚Ｔ）の比率が素子の特性に与える影響を調べ、それ
ぞれに関して最適な設定範囲を明確にすることにより、
ＭＲ素子やＧＭＲ素子よりも磁界検出感度が高く、磁界
検知範囲が従来のＭＲ素子と同等に広く取ることがで
き、小さな素子サイズで安定した感度が得られる優れた
ＭＩ素子を提供することが可能になった。また、このＭ
Ｉ素子において、バイアス磁界による動作点の最適な範
囲を明確にし、比較的直線性が良く感度の高い磁界検出
を行なうことが可能となった。
によれば、素子本体がつづら折り状パターンの磁性薄膜
からなるＭＩ素子において、その磁性薄膜の厚さＴ、及
びつづら折り状パターンの長さＬ／（パターン線幅Ｗ×
膜厚Ｔ）の比率が素子の特性に与える影響を調べ、それ
ぞれに関して最適な設定範囲を明確にすることにより、
ＭＲ素子やＧＭＲ素子よりも磁界検出感度が高く、磁界
検知範囲が従来のＭＲ素子と同等に広く取ることがで
き、小さな素子サイズで安定した感度が得られる優れた
ＭＩ素子を提供することが可能になった。また、このＭ
Ｉ素子において、バイアス磁界による動作点の最適な範
囲を明確にし、比較的直線性が良く感度の高い磁界検出
を行なうことが可能となった。
【図１】本発明の実施形態によるＭＩ素子の構成を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】同ＭＩ素子の本体である磁性薄膜のつづら折り
状パターンを示す拡大図である。
状パターンを示す拡大図である。
【図３】同ＭＩ素子の外部磁界検知特性を示すグラフ図
である。
である。
【図４】同ＭＩ素子で磁性薄膜の膜厚を異ならせた場合
のそれぞれの出力特性を示すグラフ図である。
のそれぞれの出力特性を示すグラフ図である。
【図５】同ＭＩ素子の出力特性の評価に用いた駆動回路
の回路図である。
の回路図である。
【図６】図４の各特性上における磁界検知不安定部の端
の変化点の磁界Ｈｔ〜３Ｈｔの間の傾きに相当する感度
と膜厚の関係を示すグラフ図である。
の変化点の磁界Ｈｔ〜３Ｈｔの間の傾きに相当する感度
と膜厚の関係を示すグラフ図である。
【図７】同ＭＩ素子で磁性薄膜のつづら折り状パターン
の線幅を異ならせた場合のそれぞれの出力特性を示すグ
ラフ図である。
の線幅を異ならせた場合のそれぞれの出力特性を示すグ
ラフ図である。
【図８】同ＭＩ素子で磁性薄膜のつづら折り状パターン
の長さＬ／線幅Ｗ、ないしは長さＬ／（線幅Ｗ×膜厚
Ｔ）と上記磁界Ｈｔ，３Ｈｔの関係を示すグラフ図であ
る。
の長さＬ／線幅Ｗ、ないしは長さＬ／（線幅Ｗ×膜厚
Ｔ）と上記磁界Ｈｔ，３Ｈｔの関係を示すグラフ図であ
る。
【図９】同素子の上記Ｌ／ＷないしＬ／（Ｗ×Ｔ）と感
度の関係を示すグラフ図である。
度の関係を示すグラフ図である。
【図１０】従来のＭＩ素子の構成を示す斜視図である。
【図１１】同ＭＩ素子の磁気インピーダンス特性を示す
グラフ図である。
グラフ図である。
１０ ＭＩ素子本体の磁性薄膜 １２ 非磁性基板 １４ａ，１４ｂ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 素子本体が非磁性基板上に形成された磁
性薄膜から構成され、該磁性薄膜に高周波電流を印加す
ると該磁性薄膜の両端間のインピーダンスが外部磁界に
応じて変化する磁気インピーダンス素子であって、 前記磁性薄膜は、直線を複数回平行に折り返した細長い
つづら折り状のパターンに形成され、磁化容易軸方向が
前記パターンの長手方向に沿うように設定されており、 該磁性薄膜の厚さをＴ、前記パターンの線幅をＷ、前記
パターンの長さをＬとして、Ｔが１〜５μｍの範囲内に
あり、Ｌ／（Ｗ×Ｔ）が１０〜４００×１０6ｍ-1の範
囲内、より好ましくは２８〜１００×１０6ｍ-1の範囲
内にあることを特徴とする磁気インピーダンス素子。 - 【請求項２】 外部磁界対インピーダンス変化特性上の
バイアス磁界による動作点が、前記特性上のゼロ磁界付
近に現れる特性不安定部のプラス側とマイナス側の両端
の変化点の磁界をＨｔ及び−Ｈｔとして、磁界Ｈｔ〜３
Ｈｔの間、または磁界−Ｈｔ〜−３Ｈｔの間に設定され
たことを特徴とする請求項１に記載の磁気インピーダン
ス素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30105299A JP2001116814A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 磁気インピーダンス素子 |
| US09/687,498 US6456068B1 (en) | 1999-10-22 | 2000-10-16 | Magnetic impedance element having a highly linear magnetic field detection range |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30105299A JP2001116814A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 磁気インピーダンス素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001116814A true JP2001116814A (ja) | 2001-04-27 |
Family
ID=17892289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30105299A Pending JP2001116814A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 磁気インピーダンス素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6456068B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001116814A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003110161A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-11 | Nec Tokin Corp | 磁気センサ |
| WO2007088711A1 (ja) * | 2006-02-03 | 2007-08-09 | Kyoto University | 強磁性細線 |
| JP2007235119A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-09-13 | Kyoto Univ | 強磁性細線 |
| WO2015068629A1 (ja) * | 2013-11-08 | 2015-05-14 | 矢崎総業株式会社 | 磁界検出センサ |
| DE102016223158A1 (de) | 2015-11-26 | 2017-06-01 | Yazaki Corporation | Magnetfelderfassungssensor |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6896826B2 (en) * | 1997-01-09 | 2005-05-24 | Advanced Technology Materials, Inc. | Aqueous cleaning composition containing copper-specific corrosion inhibitor for cleaning inorganic residues on semiconductor substrate |
| JP4695325B2 (ja) * | 2001-09-17 | 2011-06-08 | キヤノン電子株式会社 | 磁気検出素子とその製造方法及び該素子を用いた携帯機器 |
| JP2003294548A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Japan Science & Technology Corp | 応力インピーダンス効果素子の製造方法及びその素子 |
| JP4160330B2 (ja) * | 2002-07-12 | 2008-10-01 | キヤノン電子株式会社 | 磁界検出回路 |
| JP4247821B2 (ja) * | 2003-04-11 | 2009-04-02 | キヤノン電子株式会社 | 電流センサ |
| TWI227502B (en) * | 2003-09-02 | 2005-02-01 | Ind Tech Res Inst | Precise multi-pole magnetic components and manufacturing method thereof |
| WO2011118184A1 (ja) | 2010-03-26 | 2011-09-29 | キヤノン電子株式会社 | 電流から発生する磁界を検知して電流量を推定する方法 |
| WO2013136751A1 (ja) | 2012-03-16 | 2013-09-19 | キヤノン電子株式会社 | 計測モジュール、電子機器、電源タップ及び電源ユニット、並びに組込型計測モジュール |
| JP6932561B2 (ja) | 2017-06-15 | 2021-09-08 | キヤノン電子株式会社 | ３軸磁気検出装置および人工衛星 |
| US11493660B2 (en) | 2018-01-31 | 2022-11-08 | Canon Denshi Kabushiki Kaisha | Inspection device |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3416072A (en) * | 1965-04-19 | 1968-12-10 | Burroughs Corp | Thin film magnetometer employing phase shift discrimination |
| US4172235A (en) * | 1968-04-18 | 1979-10-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Thin film magnetometer insensitive to spin |
| US3619772A (en) * | 1969-08-29 | 1971-11-09 | Burroughs Corp | Magnetometer employing means responsive to variations of magnetization vector position in a thin film sensor |
| US4635152A (en) * | 1983-07-29 | 1987-01-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic resonance-type playback apparatus including a magnetic material having magnetic anisotropy |
| JP3096413B2 (ja) | 1995-11-02 | 2000-10-10 | キヤノン電子株式会社 | 磁気検出素子、磁気センサー、地磁気検出型方位センサー、及び姿勢制御用センサー |
| JP3360519B2 (ja) * | 1995-03-17 | 2002-12-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 積層型磁界検出装置 |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30105299A patent/JP2001116814A/ja active Pending
-
2000
- 2000-10-16 US US09/687,498 patent/US6456068B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003110161A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-11 | Nec Tokin Corp | 磁気センサ |
| WO2007088711A1 (ja) * | 2006-02-03 | 2007-08-09 | Kyoto University | 強磁性細線 |
| JP2007235119A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-09-13 | Kyoto Univ | 強磁性細線 |
| WO2015068629A1 (ja) * | 2013-11-08 | 2015-05-14 | 矢崎総業株式会社 | 磁界検出センサ |
| JP2015092144A (ja) * | 2013-11-08 | 2015-05-14 | 矢崎総業株式会社 | 磁界検出センサ |
| US9791522B2 (en) | 2013-11-08 | 2017-10-17 | Yazaki Corporation | Magnetic field detection sensor |
| DE102016223158A1 (de) | 2015-11-26 | 2017-06-01 | Yazaki Corporation | Magnetfelderfassungssensor |
| US10627457B2 (en) | 2015-11-26 | 2020-04-21 | Yazaki Corporation | Magnetic field detection sensor exhibiting a monotonous decrease in impedance from zero magnetic field |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6456068B1 (en) | 2002-09-24 |
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