JP2001289926A - 磁気抵抗効果素子および磁気センサ - Google Patents
磁気抵抗効果素子および磁気センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 通電する電流の高周波化が可能として、磁気
抵抗効果素子を用いた磁気センサの感度を高める。 【解決手段】 磁気抵抗効果材料で形成された磁気抵抗
効果部材４が、この磁気抵抗効果部材４に高周波電流を
入力し、磁気抵抗効果部材４の出力を導出する伝送線路
１５の一部をなしている磁気抵抗効果素子１である。
抵抗効果素子を用いた磁気センサの感度を高める。 【解決手段】 磁気抵抗効果材料で形成された磁気抵抗
効果部材４が、この磁気抵抗効果部材４に高周波電流を
入力し、磁気抵抗効果部材４の出力を導出する伝送線路
１５の一部をなしている磁気抵抗効果素子１である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、磁気抵抗効果素
子および磁気センサに関する。
子および磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の磁気センサとしては、ＭＲセン
サ、ＭＩ（磁気インピーダンス）センサ、フラックスゲ
ートセンサ、半導体ホール効果センサが用いられてい
る。
サ、ＭＩ（磁気インピーダンス）センサ、フラックスゲ
ートセンサ、半導体ホール効果センサが用いられてい
る。
【０００３】このうち、ＭＩセンサは、ＭＩ素子という
磁気抵抗効果素子を用いるものであり、薄膜化でき、小
型化が容易であるため、近年開発され、改良されてき
た。このＭＩセンサは、磁気抵抗効果素子に高周波電流
を流し、その高周波インピーダンスの磁界による変化に
よって、検出対象である磁界強度を検知するものであ
る。
磁気抵抗効果素子を用いるものであり、薄膜化でき、小
型化が容易であるため、近年開発され、改良されてき
た。このＭＩセンサは、磁気抵抗効果素子に高周波電流
を流し、その高周波インピーダンスの磁界による変化に
よって、検出対象である磁界強度を検知するものであ
る。
【０００４】このＭＩセンサ、ＭＩ素子に関する技術
は、特開平9-318719号公報、特開平11-109006号公報、
特開平10-307145号公報、特開平7-181239号公報などに
開示されている。
は、特開平9-318719号公報、特開平11-109006号公報、
特開平10-307145号公報、特開平7-181239号公報などに
開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のＭＩセンサは、
比較的低周波での検知が目的であったので、周波数帯域
は比較的低周波でよかった。しかし、磁界検知において
も高周波化が必要となってきており、これを実現するた
めには、印加する高周波の周波数帯域の増加が必要とさ
れ、従来のＭＩセンサでは不十分であるという不具合が
ある。
比較的低周波での検知が目的であったので、周波数帯域
は比較的低周波でよかった。しかし、磁界検知において
も高周波化が必要となってきており、これを実現するた
めには、印加する高周波の周波数帯域の増加が必要とさ
れ、従来のＭＩセンサでは不十分であるという不具合が
ある。
【０００６】この発明の目的は、通電する電流の高周波
化が可能として、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ
の感度を高めることである。
化が可能として、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ
の感度を高めることである。
【０００７】この発明の別の目的は、さらに磁気センサ
の感度を高めることである。
の感度を高めることである。
【０００８】この発明の別の目的は、装置をコンパクト
化することである。
化することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、磁気抵抗効果材料により形成された磁気抵抗効果部
材と、この磁気抵抗効果部材に交流電流を入力し、ま
た、当該磁気抵抗効果素子の出力を導出する伝送線路と
を備え、前記磁気抵抗効果部材は前記伝送線路の一部ま
たは全部をなしているものである磁気抵抗効果素子であ
る。
は、磁気抵抗効果材料により形成された磁気抵抗効果部
材と、この磁気抵抗効果部材に交流電流を入力し、ま
た、当該磁気抵抗効果素子の出力を導出する伝送線路と
を備え、前記磁気抵抗効果部材は前記伝送線路の一部ま
たは全部をなしているものである磁気抵抗効果素子であ
る。
【００１０】したがって、磁気抵抗効果部材は伝送線路
の一部または全部をなしているので、通電する電流の高
周波化が可能となり、磁気抵抗効果素子を用いた磁気セ
ンサの感度を高めることができる。
の一部または全部をなしているので、通電する電流の高
周波化が可能となり、磁気抵抗効果素子を用いた磁気セ
ンサの感度を高めることができる。
【００１１】請求項２に記載の発明は、磁気抵抗効果材
料により形成された磁気抵抗効果部材と、この磁気抵抗
効果部材に交流電流を入力し、また、当該磁気抵抗効果
素子の出力を導出する伝送線路と、前記磁気抵抗効果部
材を駆動して前記磁気抵抗効果部材のインピーダンスの
変動により磁界を測定する駆動回路とを備え、前記磁気
抵抗効果部材は前記伝送線路の一部または全部をなして
いるものである磁気センサである。
料により形成された磁気抵抗効果部材と、この磁気抵抗
効果部材に交流電流を入力し、また、当該磁気抵抗効果
素子の出力を導出する伝送線路と、前記磁気抵抗効果部
材を駆動して前記磁気抵抗効果部材のインピーダンスの
変動により磁界を測定する駆動回路とを備え、前記磁気
抵抗効果部材は前記伝送線路の一部または全部をなして
いるものである磁気センサである。
【００１２】したがって、磁気抵抗効果部材は伝送線路
の一部または全部をなしているので、通電する電流の高
周波化が可能となり、磁気センサの感度を高めることが
できる。
の一部または全部をなしているので、通電する電流の高
周波化が可能となり、磁気センサの感度を高めることが
できる。
【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の磁気センサにおいて、前記駆動回路は、前記交流電流
の入力を行ったときの前記磁気抵抗効果部材の電圧値と
電流値との比を前記インピーダンスの変動として前記磁
気測定を行うものである。
の磁気センサにおいて、前記駆動回路は、前記交流電流
の入力を行ったときの前記磁気抵抗効果部材の電圧値と
電流値との比を前記インピーダンスの変動として前記磁
気測定を行うものである。
【００１４】したがって、磁気抵抗効果部材の電圧値と
電流値との比に基づいて、さらに高感度で磁界を測定す
ることができる。
電流値との比に基づいて、さらに高感度で磁界を測定す
ることができる。
【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の磁気センサにおいて、前記駆動回路は、前記磁気抵抗
効果部材に交流電流を入力する伝送線路の入射波と反射
波との比を前記インピーダンスの変動として前記磁気測
定を行うものである。
の磁気センサにおいて、前記駆動回路は、前記磁気抵抗
効果部材に交流電流を入力する伝送線路の入射波と反射
波との比を前記インピーダンスの変動として前記磁気測
定を行うものである。
【００１６】したがって、入射波と反射波との比に基づ
いて、さらに高感度で磁界を測定することができる。
いて、さらに高感度で磁界を測定することができる。
【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の磁気センサにおいて、前記駆動回路は、前記入射波と
前記反射波との分離を行う方向性結合器と、前記磁気抵
抗効果部材および前記伝送線路が形成された磁気抵抗効
果素子とを備え、前記方向性結合器は前記磁気抵抗効果
素子に実装されているものである。
の磁気センサにおいて、前記駆動回路は、前記入射波と
前記反射波との分離を行う方向性結合器と、前記磁気抵
抗効果部材および前記伝送線路が形成された磁気抵抗効
果素子とを備え、前記方向性結合器は前記磁気抵抗効果
素子に実装されているものである。
【００１８】したがって、方向性結合器を磁気抵抗効果
素子に実装することで、装置をコンパクト化することが
できる。
素子に実装することで、装置をコンパクト化することが
できる。
【００１９】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の磁気センサにおいて、前記磁気抵抗効果素子および前
記駆動回路が実装された基板を備えているものである。
の磁気センサにおいて、前記磁気抵抗効果素子および前
記駆動回路が実装された基板を備えているものである。
【００２０】したがって、磁気抵抗効果素子および駆動
回路を基板に実装することで、さらに装置をコンパクト
化することができる。
回路を基板に実装することで、さらに装置をコンパクト
化することができる。
【００２１】請求項７に記載の発明は、請求項４に記載
の磁気センサにおいて、前記方向性結合器を除く前記駆
動回路を半導体製造プロセスで形成し、その上に前記磁
気抵抗効果素子および前記方向性結合器が絶縁層を介し
て薄膜で形成されている半導体基板を備え、前記駆動回
路と前記磁気抵抗効果素子および前記方向性結合器との
間はスルーホールを介して接続されているものである。
の磁気センサにおいて、前記方向性結合器を除く前記駆
動回路を半導体製造プロセスで形成し、その上に前記磁
気抵抗効果素子および前記方向性結合器が絶縁層を介し
て薄膜で形成されている半導体基板を備え、前記駆動回
路と前記磁気抵抗効果素子および前記方向性結合器との
間はスルーホールを介して接続されているものである。
【００２２】したがって、モノリシックに構成すること
で、装置をコンパクト化することができる。
で、装置をコンパクト化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】［発明の実施の形態１］この発明
の一実施の形態を発明の実施の形態１として説明する。
の一実施の形態を発明の実施の形態１として説明する。
【００２４】最初に、この発明の実施の形態１である磁
気抵抗効果素子の製造方法について説明する。
気抵抗効果素子の製造方法について説明する。
【００２５】まず、図１に示すように、この磁気抵抗効
果素子１を製作するためには、まず、石英、ガラスなど
の絶縁基板２の表面にＦｅ２０−Ｎｉ８０の膜３をスパ
ッタ成膜する。このＦｅ２０−Ｎｉ８０の膜３は磁気抵
抗効果を示すものである。膜３は、金属材料であれば、
測定対象である磁界の強度に応じて種々のものを選択す
ることができる。例えば、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０以外に
も、Ｎｉ−Ｆｅ、ＣｕＭｏパーマロイ、ＣｏＦｅＢアモ
ルファス、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファスなどの材料を選
択することができる。なお、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０を用い
る場合はメッキ法を用いることもできる。膜３の膜厚
は、例えば、１μｍとすることができるが、これも磁気
抵抗効果素子１の感度その他の必要に応じて選択するこ
とができる。絶縁基板２としては、石英、ガラス以外の
材料を用いてもよいし、ポリエチレンテレフタレート、
ポリイミドなどのフレキシブルな材料を用いてもよい。
果素子１を製作するためには、まず、石英、ガラスなど
の絶縁基板２の表面にＦｅ２０−Ｎｉ８０の膜３をスパ
ッタ成膜する。このＦｅ２０−Ｎｉ８０の膜３は磁気抵
抗効果を示すものである。膜３は、金属材料であれば、
測定対象である磁界の強度に応じて種々のものを選択す
ることができる。例えば、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０以外に
も、Ｎｉ−Ｆｅ、ＣｕＭｏパーマロイ、ＣｏＦｅＢアモ
ルファス、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファスなどの材料を選
択することができる。なお、Ｆｅ２０−Ｎｉ８０を用い
る場合はメッキ法を用いることもできる。膜３の膜厚
は、例えば、１μｍとすることができるが、これも磁気
抵抗効果素子１の感度その他の必要に応じて選択するこ
とができる。絶縁基板２としては、石英、ガラス以外の
材料を用いてもよいし、ポリエチレンテレフタレート、
ポリイミドなどのフレキシブルな材料を用いてもよい。
【００２６】次に、図２に示すように、半導体製作工程
に用いられる一般的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4
＋Ｈ2を用いたＲＩＥにより膜３を加工して、コープレ
ーナ伝送線路を構成する、磁気抵抗効果材料からなる磁
気抵抗効果部材４のパターンを形成する。この磁気抵抗
効果部材４のパターンは直線状に、かつ、磁気抵抗効果
素子として機能できるように、例えば、幅１０μｍ×長
さ１ｍｍの長方形状にする。この寸法は目的によって様
々に選択できる。また、エッチング手法はウエットエッ
チング手法も取れる。その場合、ニッチング液は王水な
どを用いることができる。
に用いられる一般的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4
＋Ｈ2を用いたＲＩＥにより膜３を加工して、コープレ
ーナ伝送線路を構成する、磁気抵抗効果材料からなる磁
気抵抗効果部材４のパターンを形成する。この磁気抵抗
効果部材４のパターンは直線状に、かつ、磁気抵抗効果
素子として機能できるように、例えば、幅１０μｍ×長
さ１ｍｍの長方形状にする。この寸法は目的によって様
々に選択できる。また、エッチング手法はウエットエッ
チング手法も取れる。その場合、ニッチング液は王水な
どを用いることができる。
【００２７】その後、図３に示すように、磁気抵抗効果
部材４上に、絶縁層５としてＳｉＯ 2膜をスパッタで成
膜する。ＳｉＯ2の成膜には、ＥＢ蒸着法やＣＶＤ法な
ど他の成膜手段を用いてもよい。絶縁層５の材料として
はＳｉ3Ｎ4など他の絶縁材料を用いることもできる。同
様に、一般的なフォトリソグラフィ技術と、ＣＦ4＋Ｈ2
を用いたＲＩＥにより、絶縁層５にスルーホール６，６
を開ける。このスルーホール６，６は中心導体部４ａの
両端部分に連通する孔となる。絶縁層５をエッチングす
る手段としてはウエットエッチングを用いてもよいが、
スルーホール６，６の形成のために絶縁基板２もエッチ
ングされる場合には、絶縁基板２の裏面をレジストなど
で保護する必要がある。なお、フォトリソ工程によって
は絶縁層５の形成を必要としない工程とすることができ
る。
部材４上に、絶縁層５としてＳｉＯ 2膜をスパッタで成
膜する。ＳｉＯ2の成膜には、ＥＢ蒸着法やＣＶＤ法な
ど他の成膜手段を用いてもよい。絶縁層５の材料として
はＳｉ3Ｎ4など他の絶縁材料を用いることもできる。同
様に、一般的なフォトリソグラフィ技術と、ＣＦ4＋Ｈ2
を用いたＲＩＥにより、絶縁層５にスルーホール６，６
を開ける。このスルーホール６，６は中心導体部４ａの
両端部分に連通する孔となる。絶縁層５をエッチングす
る手段としてはウエットエッチングを用いてもよいが、
スルーホール６，６の形成のために絶縁基板２もエッチ
ングされる場合には、絶縁基板２の裏面をレジストなど
で保護する必要がある。なお、フォトリソ工程によって
は絶縁層５の形成を必要としない工程とすることができ
る。
【００２８】次に、図４に示すように、非磁性金属であ
るＡｌでコープレーナ伝送線路の外導体部およびパッド
部を作製する。すなわち、図３に示す状態の磁気抵抗効
果素子１上にスパッタにより成膜して、その後、磁気抵
抗効果部材４のパターンの形成と同様の手段でその膜を
加工して、外導体部およびパッド部を作製することがで
きる。なお、Ａｌの成膜法は蒸着法などの他の成膜手段
によってもよい。非磁性金属はＣｕ，Ａｇ，Ａｕまたは
その合金などを用いてもよい。
るＡｌでコープレーナ伝送線路の外導体部およびパッド
部を作製する。すなわち、図３に示す状態の磁気抵抗効
果素子１上にスパッタにより成膜して、その後、磁気抵
抗効果部材４のパターンの形成と同様の手段でその膜を
加工して、外導体部およびパッド部を作製することがで
きる。なお、Ａｌの成膜法は蒸着法などの他の成膜手段
によってもよい。非磁性金属はＣｕ，Ａｇ，Ａｕまたは
その合金などを用いてもよい。
【００２９】この例での伝送線路１５の構造はコープレ
ーナ線路型であり、図４に示すように、絶縁基板２上に
中心導体部４ａ用の入力用パッド部７ａ、出力用パッド
部７ｂを形成する。この中心導体用の入力用パッド部７
ａ、出力用パッド部７ｂは、中心導体部４ａの両端部に
スルーホール６，６を介して接続するように形成する。
また、絶縁基板２上に外導体部８，８を形成し、この各
外導体部８の両端部に連続して外導体パッド部９を形成
する。これにより、磁気センサ１１が完成する。
ーナ線路型であり、図４に示すように、絶縁基板２上に
中心導体部４ａ用の入力用パッド部７ａ、出力用パッド
部７ｂを形成する。この中心導体用の入力用パッド部７
ａ、出力用パッド部７ｂは、中心導体部４ａの両端部に
スルーホール６，６を介して接続するように形成する。
また、絶縁基板２上に外導体部８，８を形成し、この各
外導体部８の両端部に連続して外導体パッド部９を形成
する。これにより、磁気センサ１１が完成する。
【００３０】伝送線路１５の構造として、コープレーナ
線路型の他にマイクロストリップ型、トリプレート型等
の伝送線路を用いてもよい。また、何れのタイプの伝送
線路であっても、それぞれの伝送線路部で中心導体部以
外にも外導体部（マノクロストリップ型の場合はグラウ
ンドプレーン）も磁気抵抗効果部材とする構成としても
よい。さらに、必要に応じて、中心導体部を非磁性金属
薄膜とし、外導体部（マイクロストリップ型の場合はグ
ラウンドプレーン）を磁気低抗効果部とする構成として
もよい。
線路型の他にマイクロストリップ型、トリプレート型等
の伝送線路を用いてもよい。また、何れのタイプの伝送
線路であっても、それぞれの伝送線路部で中心導体部以
外にも外導体部（マノクロストリップ型の場合はグラウ
ンドプレーン）も磁気抵抗効果部材とする構成としても
よい。さらに、必要に応じて、中心導体部を非磁性金属
薄膜とし、外導体部（マイクロストリップ型の場合はグ
ラウンドプレーン）を磁気低抗効果部とする構成として
もよい。
【００３１】図１１に示すように、従来の磁気抵抗効果
素子の接続用配線の場合には、引回しのために曲がりが
形成され、あるいは、ループ状になることが多かった。
すなわち、図１１に示すＭＩセンサの素子部１０１で
は、引出線１０２とパーマロイ膜１０３との間に直角の
曲がりが形成されている。符号１０４は、バイアス用お
よびフィードバック用の巻線である。
素子の接続用配線の場合には、引回しのために曲がりが
形成され、あるいは、ループ状になることが多かった。
すなわち、図１１に示すＭＩセンサの素子部１０１で
は、引出線１０２とパーマロイ膜１０３との間に直角の
曲がりが形成されている。符号１０４は、バイアス用お
よびフィードバック用の巻線である。
【００３２】これに対し、本発明の実施の形態１では、
伝送線路上に配置した磁気抵抗効果部材である磁気抵抗
効果部材４が伝送線路の一部をなすために、通電する電
流の高周波化を容易に実現することができる。
伝送線路上に配置した磁気抵抗効果部材である磁気抵抗
効果部材４が伝送線路の一部をなすために、通電する電
流の高周波化を容易に実現することができる。
【００３３】図５は、本発明の実施の形態１である磁気
センサ１１の等価回路の回路図である。この磁気センサ
１１は、磁気抵抗効果素子１およびその駆動回路１２と
からなる。図５に示すように、駆動回路１２は、一定の
高周波電流を磁気抵抗効果素子１に通電する駆動用定電
流源１３と、磁気抵抗効果素子１の出力電圧を検出する
検波回路１４と、検波回路１４の出力電圧を増幅する増
幅器１６とからなる。そして、磁気抵抗効果素子１およ
び駆動回路１２からなる系の各部を概ねインピーダンス
整合させることで、磁気センサ１１を駆動できる高周波
電流値の周波数をより高くすることができる。その上
で、磁気抵抗効果部材４に対する外部磁界の影響による
表皮効果の変化によって、伝送線路１５は磁界によりそ
のインピーダンスが変わる。これにより、伝送線路１５
に伝達される高周波電圧が変動する。これを検波回路１
４において検知し、磁界に対して検知した電圧変動量に
より磁界を測定することができる。
センサ１１の等価回路の回路図である。この磁気センサ
１１は、磁気抵抗効果素子１およびその駆動回路１２と
からなる。図５に示すように、駆動回路１２は、一定の
高周波電流を磁気抵抗効果素子１に通電する駆動用定電
流源１３と、磁気抵抗効果素子１の出力電圧を検出する
検波回路１４と、検波回路１４の出力電圧を増幅する増
幅器１６とからなる。そして、磁気抵抗効果素子１およ
び駆動回路１２からなる系の各部を概ねインピーダンス
整合させることで、磁気センサ１１を駆動できる高周波
電流値の周波数をより高くすることができる。その上
で、磁気抵抗効果部材４に対する外部磁界の影響による
表皮効果の変化によって、伝送線路１５は磁界によりそ
のインピーダンスが変わる。これにより、伝送線路１５
に伝達される高周波電圧が変動する。これを検波回路１
４において検知し、磁界に対して検知した電圧変動量に
より磁界を測定することができる。
【００３４】以上説明した、この発明の実施の形態１で
ある磁気センサ１１によれば、駆動周波数の高周波数化
を可能として、従来に比べて高感度に磁界を検知するこ
とができる。
ある磁気センサ１１によれば、駆動周波数の高周波数化
を可能として、従来に比べて高感度に磁界を検知するこ
とができる。
【００３５】［発明の実施の形態２］この発明の別の実
施の形態を発明の実施の形態２として説明する。
施の形態を発明の実施の形態２として説明する。
【００３６】図６は、この発明の実施の形態２である磁
気センサ１１の等価回路の回路図である。図６におい
て、図１〜図５と同一符号の部材などは、発明の実施の
形態１と同様であり、以下の説明でも同一符号を用い、
詳細な説明は省略する。
気センサ１１の等価回路の回路図である。図６におい
て、図１〜図５と同一符号の部材などは、発明の実施の
形態１と同様であり、以下の説明でも同一符号を用い、
詳細な説明は省略する。
【００３７】図６に示すように、この磁気センサ１１
は、その駆動回路１２において、磁気抵抗効果部材４の
電圧を検知する電圧検知回路２１と、磁気抵抗効果部材
４の電流を検知する電流検知回路２２と、電圧検知回路
２１で検出した電圧値と電流検知回路２２で検出した電
流値との比を求める電圧電流比演算回路部２３とを備え
ている。
は、その駆動回路１２において、磁気抵抗効果部材４の
電圧を検知する電圧検知回路２１と、磁気抵抗効果部材
４の電流を検知する電流検知回路２２と、電圧検知回路
２１で検出した電圧値と電流検知回路２２で検出した電
流値との比を求める電圧電流比演算回路部２３とを備え
ている。
【００３８】以上のような構成の磁気センサ１１で、電
圧検知回路２１および電流検知回路２２で、磁気抵抗効
果部材４の電圧値、電流値を検出し、この電圧値、電流
値の比を電圧電流比演算回路部２３で求め、この比をも
って、磁気抵抗効果部材４のインピーダンスの変化分と
して、磁界の測定を行うことができる。
圧検知回路２１および電流検知回路２２で、磁気抵抗効
果部材４の電圧値、電流値を検出し、この電圧値、電流
値の比を電圧電流比演算回路部２３で求め、この比をも
って、磁気抵抗効果部材４のインピーダンスの変化分と
して、磁界の測定を行うことができる。
【００３９】以上説明した、この発明の実施の形態２で
ある磁気センサ１１によれば、駆動周波数の高周波化を
可能として、従来に比べて高感度に磁界を検知すること
ができる。
ある磁気センサ１１によれば、駆動周波数の高周波化を
可能として、従来に比べて高感度に磁界を検知すること
ができる。
【００４０】また、磁気抵抗効果部材４のインピーダン
スの変化分を直接測定できるので、発明の実施の形態１
の場合と比べて測定の感度をさらに向上させることがで
きる。この発明の実施の形態２の場合でも、伝送線路１
５は、平行線路型、マイクロストリップ型、トリプレー
ト型、コープレーナ型等の伝送路を用いることができ
る。
スの変化分を直接測定できるので、発明の実施の形態１
の場合と比べて測定の感度をさらに向上させることがで
きる。この発明の実施の形態２の場合でも、伝送線路１
５は、平行線路型、マイクロストリップ型、トリプレー
ト型、コープレーナ型等の伝送路を用いることができ
る。
【００４１】［発明の実施の形態３］図７は、この発明
の実施の形態３である磁気センサ１１の等価回路の回路
図である。図７において、図１〜図５と同一符号の部材
などは、発明の実施の形態１と同様であり、以下の説明
でも同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
の実施の形態３である磁気センサ１１の等価回路の回路
図である。図７において、図１〜図５と同一符号の部材
などは、発明の実施の形態１と同様であり、以下の説明
でも同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００４２】図７に示すように、この磁気センサ１１
は、その駆動回路１２において、駆動用定電流源１３の
出力を磁気抵抗効果素子１に印加する伝送線路で入射波
と反射波とを分離する方向性結合器３１と、この分離さ
れた入射波を検出する高周波検知器３２と、分離された
反射波を検出する高周波検出器３３と、検出された入射
波と反射波との比を求める入射波／反射波電力比演算回
路３４とを備えている。
は、その駆動回路１２において、駆動用定電流源１３の
出力を磁気抵抗効果素子１に印加する伝送線路で入射波
と反射波とを分離する方向性結合器３１と、この分離さ
れた入射波を検出する高周波検知器３２と、分離された
反射波を検出する高周波検出器３３と、検出された入射
波と反射波との比を求める入射波／反射波電力比演算回
路３４とを備えている。
【００４３】以上のような構成の磁気センサ１１で、磁
気抵抗効果素子１に印加する入射波と反射波とを求め、
その比をもって、磁気抵抗効果部材４のインピーダンス
の変化分として、磁界の測定を行うことができる。
気抵抗効果素子１に印加する入射波と反射波とを求め、
その比をもって、磁気抵抗効果部材４のインピーダンス
の変化分として、磁界の測定を行うことができる。
【００４４】以上説明した、この発明の実施の形態３で
ある磁気センサ１１によれば、駆動周波数の高周波化を
可能として、従来に比べて高感度に磁界を検知すること
ができる。
ある磁気センサ１１によれば、駆動周波数の高周波化を
可能として、従来に比べて高感度に磁界を検知すること
ができる。
【００４５】また、磁気抵抗効果部材４のインピーダン
スの変化分を直接測定できるので、発明の実施の形態１
の場合と比べて測定の感度をさらに向上させることがで
きる。この発明の実施の形態３の場合でも、伝送線路１
５は、平行線路型、マイクロストリップ型、トリプレー
ト型、コープレーナ型等の伝送路を用いることができ
る。
スの変化分を直接測定できるので、発明の実施の形態１
の場合と比べて測定の感度をさらに向上させることがで
きる。この発明の実施の形態３の場合でも、伝送線路１
５は、平行線路型、マイクロストリップ型、トリプレー
ト型、コープレーナ型等の伝送路を用いることができ
る。
【００４６】［発明の実施の形態４］図８は、この発明
の実施の形態４である磁気センサ１１の磁気抵抗効果素
子の平面図である。図８において、図１〜図５、図７と
同一符号の部材などは、発明の実施の形態１、３と同様
であり、以下の説明でも同一符号を用い、詳細な説明は
省略する。
の実施の形態４である磁気センサ１１の磁気抵抗効果素
子の平面図である。図８において、図１〜図５、図７と
同一符号の部材などは、発明の実施の形態１、３と同様
であり、以下の説明でも同一符号を用い、詳細な説明は
省略する。
【００４７】図８に示すように、この磁気センサ１１
は、その磁気抵抗効果素子１に方向性結合器３１が実装
されている構成である。すなわち、発明の実施の形態３
と同様に伝送線路１５の中心導体部４ａには、磁気抵抗
効果部材４を含んでいる。そして、中心導体部４ａの一
部には方向性結合器３１が薄膜で形成されることにより
実装されていて、方向性結合器３１で分離した入射波、
反射波をそれぞれ外部に出力する入射波検知用パッド４
１、反射波検知用パッド４２も実装されている。
は、その磁気抵抗効果素子１に方向性結合器３１が実装
されている構成である。すなわち、発明の実施の形態３
と同様に伝送線路１５の中心導体部４ａには、磁気抵抗
効果部材４を含んでいる。そして、中心導体部４ａの一
部には方向性結合器３１が薄膜で形成されることにより
実装されていて、方向性結合器３１で分離した入射波、
反射波をそれぞれ外部に出力する入射波検知用パッド４
１、反射波検知用パッド４２も実装されている。
【００４８】したがって、方向性結合器３１が磁気抵抗
効果素子１に実装されることで、装置を小型化すること
ができる。
効果素子１に実装されることで、装置を小型化すること
ができる。
【００４９】また、図９に示すように、図８に示す磁気
抵抗効果素子１、駆動用定電流源１３、高周波検知器３
２，３３、入射波／反射波電力比演算回路３４、さらに
は、終端抵抗４３を、半田付けや導電性接着剤を用いて
ＰＣＢ基板４４上に実装するようにしてもよい。この場
合に、各回路要素は、コネクタ４５，４５，…、接続ケ
ーブル４６，４６，…により接続する。
抵抗効果素子１、駆動用定電流源１３、高周波検知器３
２，３３、入射波／反射波電力比演算回路３４、さらに
は、終端抵抗４３を、半田付けや導電性接着剤を用いて
ＰＣＢ基板４４上に実装するようにしてもよい。この場
合に、各回路要素は、コネクタ４５，４５，…、接続ケ
ーブル４６，４６，…により接続する。
【００５０】これにより、各回路要素が一枚のＰＣＢ基
板４４上に実装されるので、装置を小型化することがで
きる。
板４４上に実装されるので、装置を小型化することがで
きる。
【００５１】［発明の実施の形態５］図１０は、この発
明の実施の形態５である磁気センサ１１の磁気抵抗効果
素子の平面図である。図１０において、図１〜図９と同
一符号の部材などは、発明の実施の形態１〜４と同様で
あり、以下の説明でも同一符号を用い、詳細な説明は省
略する。
明の実施の形態５である磁気センサ１１の磁気抵抗効果
素子の平面図である。図１０において、図１〜図９と同
一符号の部材などは、発明の実施の形態１〜４と同様で
あり、以下の説明でも同一符号を用い、詳細な説明は省
略する。
【００５２】図１０に示すように、この磁気センサ１１
は、あらかじめ、例えば、Ｓｉ，ＧａＡｓ等の半導体基
板５１上に、駆動用定電流源１３、高周波検知器３２，
３３、入射波／反射波電力比演算回路３４、さらには、
検波および増幅用の信号処理回路５２などの駆動回路１
２を通常の半導体製造プロセスにより形成する。さら
に、これらを形成後の半導体基板５１上に、絶縁層５３
およびスルーホール５４，５４，…を形成する。絶縁層
５３およびスルーホール５４を形成後の半導体基板５１
上に、前記の磁気抵抗効果素子１を構成する回路要素を
形成する。すなわち、磁気抵抗効果部材４、中心導体部
４ａおよび外導体部８などの伝送線路１５、ならびに、
方向性結合器３１などである。そして、磁気抵抗効果素
子１を構成する回路要素と駆動回路１２とをスルーホー
ル５４，５４，…を介して接続する。なお、図１０で
は、伝送線路１５、方向性結合器３１は、コープレーナ
線路型の例で示しており、ＤＣ電源や、このＤＣ電源の
接続用のパッド部などは省略している。
は、あらかじめ、例えば、Ｓｉ，ＧａＡｓ等の半導体基
板５１上に、駆動用定電流源１３、高周波検知器３２，
３３、入射波／反射波電力比演算回路３４、さらには、
検波および増幅用の信号処理回路５２などの駆動回路１
２を通常の半導体製造プロセスにより形成する。さら
に、これらを形成後の半導体基板５１上に、絶縁層５３
およびスルーホール５４，５４，…を形成する。絶縁層
５３およびスルーホール５４を形成後の半導体基板５１
上に、前記の磁気抵抗効果素子１を構成する回路要素を
形成する。すなわち、磁気抵抗効果部材４、中心導体部
４ａおよび外導体部８などの伝送線路１５、ならびに、
方向性結合器３１などである。そして、磁気抵抗効果素
子１を構成する回路要素と駆動回路１２とをスルーホー
ル５４，５４，…を介して接続する。なお、図１０で
は、伝送線路１５、方向性結合器３１は、コープレーナ
線路型の例で示しており、ＤＣ電源や、このＤＣ電源の
接続用のパッド部などは省略している。
【００５３】したがって、半導体基板５１上に、駆動回
路１２を半導体製造プロセスで形成し、その上に磁気抵
抗効果素子１および前記方向性結合器３１が絶縁層５３
を介して薄膜で形成されていて、駆動回路１２と磁気抵
抗効果素子１および方向性結合器３１との間はスルーホ
ール５４，５４，…を介して接続されているので、装置
を小型化することができる。
路１２を半導体製造プロセスで形成し、その上に磁気抵
抗効果素子１および前記方向性結合器３１が絶縁層５３
を介して薄膜で形成されていて、駆動回路１２と磁気抵
抗効果素子１および方向性結合器３１との間はスルーホ
ール５４，５４，…を介して接続されているので、装置
を小型化することができる。
【００５４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明は、磁気抵抗効果
部材は伝送線路の一部または全部をなしているので、通
電する電流の高周波化が可能となり、磁気抵抗効果素子
を用いた磁気センサの感度を高めることができる。
部材は伝送線路の一部または全部をなしているので、通
電する電流の高周波化が可能となり、磁気抵抗効果素子
を用いた磁気センサの感度を高めることができる。
【００５５】請求項２に記載の発明は、磁気抵抗効果部
材は伝送線路の一部または全部をなしているので、通電
する電流の高周波化が可能となり、磁気センサの感度を
高めることができる。
材は伝送線路の一部または全部をなしているので、通電
する電流の高周波化が可能となり、磁気センサの感度を
高めることができる。
【００５６】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の磁気センサにおいて、磁気抵抗効果部材の電圧値と電
流値との比に基づいて、さらに高感度で磁界を測定する
ことができる。
の磁気センサにおいて、磁気抵抗効果部材の電圧値と電
流値との比に基づいて、さらに高感度で磁界を測定する
ことができる。
【００５７】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の磁気センサにおいて、入射波と反射波との比に基づい
て、さらに高感度で磁界を測定することができる。
の磁気センサにおいて、入射波と反射波との比に基づい
て、さらに高感度で磁界を測定することができる。
【００５８】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の磁気センサにおいて、方向性結合器を磁気抵抗効果素
子に実装することで、装置をコンパクト化することがで
きる。
の磁気センサにおいて、方向性結合器を磁気抵抗効果素
子に実装することで、装置をコンパクト化することがで
きる。
【００５９】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の磁気センサにおいて、磁気抵抗効果素子および駆動回
路を基板に実装することで、さらに装置をコンパクト化
することができる。
の磁気センサにおいて、磁気抵抗効果素子および駆動回
路を基板に実装することで、さらに装置をコンパクト化
することができる。
【００６０】請求項７に記載の発明は、請求項４に記載
の磁気センサにおいて、モノリシックに構成すること
で、装置をコンパクト化することができる。
の磁気センサにおいて、モノリシックに構成すること
で、装置をコンパクト化することができる。
【図１】この発明の実施の形態１である磁気抵抗効果素
子の製造方法の説明図である。
子の製造方法の説明図である。
【図２】同説明図である。
【図３】同説明図である。
【図４】同説明図である。
【図５】前記磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサの等
価回路の回路図である。
価回路の回路図である。
【図６】この発明の実施の形態２である磁気センサの等
価回路の回路図である。
価回路の回路図である。
【図７】この発明の実施の形態３である磁気センサの等
価回路の回路図である。
価回路の回路図である。
【図８】この発明の実施の形態４である磁気センサの磁
気抵抗効果素子の平面図である。
気抵抗効果素子の平面図である。
【図９】この発明の実施の形態４である磁気センサの平
面図である。
面図である。
【図１０】この発明の実施の形態５である磁気センサの
平面図である。
平面図である。
【図１１】従来のＭＩセンサの説明図である。
【符号の説明】 １ 磁気抵抗効果素子 ４ 磁気抵抗効果部材 １１ 磁気センサ １２ 駆動回路 １５ 伝送線路 ３１ 方向性結合器 ４４ 基板 ５１ 半導体基板 ５３ 絶縁層 ５４ スルーホール
Claims (7)
- 【請求項１】 磁気抵抗効果材料により形成された磁気
抵抗効果部材と、 この磁気抵抗効果部材に交流電流を入力し、また、当該
磁気抵抗効果素子の出力を導出する伝送線路とを備え、 前記磁気抵抗効果部材は前記伝送線路の一部または全部
をなしているものである磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 磁気抵抗効果材料により形成された磁気
抵抗効果部材と、 この磁気抵抗効果部材に交流電流を入力し、また、当該
磁気抵抗効果素子の出力を導出する伝送線路と、 前記磁気抵抗効果部材を駆動して前記磁気抵抗効果部材
のインピーダンスの変動により磁界を測定する駆動回路
とを備え、 前記磁気抵抗効果部材は前記伝送線路の一部または全部
をなしているものである磁気センサ。 - 【請求項３】 前記駆動回路は、前記交流電流の入力を
行ったときの前記磁気抵抗効果部材の電圧値と電流値と
の比を前記インピーダンスの変動として前記磁気測定を
行うものである請求項２に記載の磁気センサ。 - 【請求項４】 前記駆動回路は、前記磁気抵抗効果部材
に交流電流を入力する伝送線路の入射波と反射波との比
を前記インピーダンスの変動として前記磁気測定を行う
ものである請求項２に記載の磁気センサ。 - 【請求項５】 前記駆動回路は、前記入射波と前記反射
波との分離を行う方向性結合器と、 前記磁気抵抗効果部材および前記伝送線路が形成された
磁気抵抗効果素子とを備え、 前記方向性結合器は前記磁気抵抗効果素子に実装されて
いるものである請求項４に記載の磁気センサ。 - 【請求項６】 前記磁気抵抗効果素子および前記駆動回
路が実装された基板を備えているものである請求項５に
記載の磁気センサ。 - 【請求項７】 前記方向性結合器を除く前記駆動回路を
半導体製造プロセスで形成し、その上に前記磁気抵抗効
果素子および前記方向性結合器が絶縁層を介して薄膜で
形成されている半導体基板を備え、 前記駆動回路と前記磁気抵抗効果素子および前記方向性
結合器との間はスルーホールを介して接続されているも
のである請求項４に記載の磁気センサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000103198A JP3751500B2 (ja) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | 磁気抵抗効果素子および磁気センサ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000103198A JP3751500B2 (ja) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | 磁気抵抗効果素子および磁気センサ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001289926A true JP2001289926A (ja) | 2001-10-19 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004333217A (ja) * | 2003-05-02 | 2004-11-25 | Japan Science & Technology Agency | 磁界検出装置 |
| US7417269B2 (en) | 2002-11-21 | 2008-08-26 | Denso Corporation | Magnetic impedance device, sensor apparatus using the same and method for manufacturing the same |
| WO2020071511A1 (ja) * | 2018-10-05 | 2020-04-09 | 横河電機株式会社 | 磁気検出装置、伝送線路及び磁気検出方法 |
| JP2020060565A (ja) * | 2018-10-05 | 2020-04-16 | 横河電機株式会社 | 磁気検出装置、伝送線路及び磁気検出方法 |
| CN113466755A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 横河电机株式会社 | 磁检测设备和磁检测方法 |
-
2000
- 2000-04-05 JP JP2000103198A patent/JP3751500B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US7417269B2 (en) | 2002-11-21 | 2008-08-26 | Denso Corporation | Magnetic impedance device, sensor apparatus using the same and method for manufacturing the same |
| US7582489B2 (en) | 2002-11-21 | 2009-09-01 | Denso Corporation | Method for manufacturing magnetic sensor apparatus |
| JP2004333217A (ja) * | 2003-05-02 | 2004-11-25 | Japan Science & Technology Agency | 磁界検出装置 |
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| CN112805579A (zh) * | 2018-10-05 | 2021-05-14 | 横河电机株式会社 | 磁检测装置、传输线路以及磁检测方法 |
| US11959981B2 (en) | 2018-10-05 | 2024-04-16 | Yokogawa Electric Corporation | Magnetic detector, transmission line and magnetic detection method |
| CN113466755A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 横河电机株式会社 | 磁检测设备和磁检测方法 |
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| JP2021162456A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 横河電機株式会社 | 磁気検出装置及び磁気検出方法 |
| JP7380392B2 (ja) | 2020-03-31 | 2023-11-15 | 横河電機株式会社 | 磁気検出装置及び磁気検出方法 |
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