JP2004333247A - Magnetic impedance element - Google Patents

Magnetic impedance element Download PDF

Info

Publication number
JP2004333247A
JP2004333247A JP2003127865A JP2003127865A JP2004333247A JP 2004333247 A JP2004333247 A JP 2004333247A JP 2003127865 A JP2003127865 A JP 2003127865A JP 2003127865 A JP2003127865 A JP 2003127865A JP 2004333247 A JP2004333247 A JP 2004333247A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
thin film
substrate
magnetic thin
impedance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003127865A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4069419B2 (en
Inventor
Takayuki Hirose
隆之 広瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Holdings Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Holdings Ltd filed Critical Fuji Electric Holdings Ltd
Priority to JP2003127865A priority Critical patent/JP4069419B2/en
Publication of JP2004333247A publication Critical patent/JP2004333247A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4069419B2 publication Critical patent/JP4069419B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simply and easily apply a bias magnetic field to a magnetic impedance element utilizing the magnetic impedance effect. <P>SOLUTION: A hard magnetic body or hard magnetic thin film 4 is formed on a substrate 5 of piezoelectric material. A magnetic thin film 1 is formed on a non-magnetic substrate 3. The magnetic body or thin film 4 and the thin film 1 are bonded together so as to stand opposite to each other with a support material 7 in between as shown in Fig.(c). Since the distance between the two can be changed by impressing a voltage across the magnetic body or thin film 4 and the thin film 1, the bias magnetic field can be changed without using a coil particularly, potentiating structure simplification, price reduction, etc. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界検出を行なう磁気センサおよびそれを用いた電流センサ、特に磁気インピーダンス効果を利用した高感度磁気インピーダンス素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報機器や計測・制御機器の高性能化,小型薄型化,低コスト化が急速に進み、これらの急速な発展に伴い、それらに用いられる磁気センサ,電流センサなどにも小型,低コスト,高感度などの要求が高まっている。
従来から用いられている磁気センサとしてはホール素子、磁気抵抗効果素子(MR素子)、巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)、フラックスセンサなどが知られており、また電流センサとしてはカレントトランスを用いた方式などが知られている。
【0003】
例えばコンピュータの外部記憶装置となるハードディスク装置に用いられる磁気ヘッドには、従来のバルクタイプの誘導型磁気ヘッドからMRヘッドへと高性能化が進んでおり、現在では巨大磁気抵抗効果(GMR)を適用しようとする研究が活発に行なわれている。また、モータの回転センサであるロータリエンコーダではマグネットリングの微小化に伴い、外部に漏れる磁束が微弱になっており、現在のMR素子に代わり高感度な磁気センサが要求されている。ブレーカなども従来の機械式に代わり、電流センサを用いた電子式の開発が進んでいるが、従来のカレントトランスを用いた方式では小型化が困難であり、また感度,検出レンジなどの点で、磁気センサの高感度化,大レンジ化が求められている。
【0004】
これらの要求を満たすために、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果(MI効果ともいう)を用いた磁気インピーダンスセンサが、例えば特許文献1に提案された。磁気インピーダンス効果とは、磁性体に高周波電流を通電した状態で外部磁界が変化すると磁性体の透磁率が変化し、それに伴い磁性体のインピーダンスが、磁界0のときと比較して数十〜数百%変化する現象である。このような効果を利用するセンサでは、磁性体の両端の電圧を測定することにより、数百マイクロテスラ(μT)程度の微小な外部磁界変化を検出することができる。上記のような磁気インピーダンス効果は、アモルファスワイヤだけでなく磁性薄帯や磁性薄膜でも同様に見られ、特に薄膜については小型,薄型が可能であり信頼性,量産性に優れるため、様々な構造のものが提案されており、その1つに例えば特許文献2に示すものがある。
【0005】
薄膜を用いた磁気インピーダンス素子は、磁気異方性を付与され、一軸異方性を誘導した高透磁率軟磁性膜を短冊状に加工した磁性薄膜パターンで構成される。磁気異方性は磁性膜の成膜時に磁界を印加しながら行ない、さらに回転磁界中や静止磁界中で150〜400℃程度の熱処理をすることにより誘導される。磁化容易軸の方向は、一般的には短冊状構造の短軸(線幅)方向である。磁気インピーダンス素子は、その長さ方向成分の磁界によってインピーダンスが変化するという特性を示す。このときの磁気インピーダンス特性は、磁化容易軸が線幅の場合、磁場の正負でそれぞれインピーダンスのピークをとり、磁場の正負で対称であるという特性を示す。また、その変化率は数十〜数百%と非常に大きな変化を示す。
【0006】
長さ方向に磁気異方性を付与しても、磁気インピーダンス特性が発現する。その時の特性は磁界0のときインピーダンスが最も大きく、磁界の絶対値が大きくなるにつれて減少する特性になる。この場合もインピーダンスは磁界の正負で対称になる。この場合の検出磁界方向も、磁性薄膜パターンの長さ方向成分である。
これらの磁気インピーダンス特性におけるインピーダンスの変化は、磁性薄膜パターンに高周波電流を印加している状態での透磁率が変化することによって引き起こされるものである。インピーダンスを抵抗成分とインダクタンス成分とに分離すると両者ともに透磁率が変化することによって変化するが、絶対値の大きい抵抗成分がその変化には支配的である。透磁率変化による抵抗変化は、基本的には高周波電流が磁性体中を流れるときに発生する表皮効果に起因するため、表皮効果を大きくするためには高周波電流の周波数を上げるか、または磁性薄膜パターンである磁性体の膜厚を厚くする方法が有効となる。
【0007】
以上のように、磁気インピーダンス素子は磁界に対してインピーダンスが大きく変化することが特徴であるが、素子にバイアス磁界を印加し、磁界に対してインピーダンスの変化が大きい点で動作させることにより、さらに磁界に対して高感度に応答するセンサとなる。このバイアス磁界を印加するためには、素子の周りにコイル(バイアスコイル)を形成し、そのコイルに電流を印加することで磁界を発生させることが必要である。また、感度の直線性を向上する目的で、負帰還磁界をかける方式についてもコイルが必要になる。アモルファスワイヤを用いた場合、そのワイヤの周りに直接Cuワイヤなどを巻き、コイルを形成する構造がとられているが、薄膜で形成した磁気インピーダンス素子と同一基板上にコイルを薄膜で形成するものもある(例えば、特許文献3参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平06−281712号公報(第2−4頁、図1)
【特許文献2】
特開平08−075835号公報(第4頁、図1)
【特許文献3】
特開平11−109006号公報(第3−4頁、図1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、磁気インピーダンス素子にはアモルファスワイヤを用いたものと薄膜を用いたものとがあるが、特性の再現性(安定性),信頼性,量産性の面では薄膜を用いた方が有利であると言える。薄膜を用いた場合、ガラスなどの非磁性基板上にスパッタ法などを用いて成膜し、レジストなどの感光性材料を用いて微細パターンを形成し、ウエットエッチングやイオンビームエッチングなどのドライエッチングを用いて、微細パターンに加工している。
【0010】
ところで、磁気インピーダンス特性は例えば図11に示すように、ゼロ磁界を中心に対称な形をしている。このような特性を用いて磁界を計測する場合、図11のb点に動作点を持ってくるためには、予めバイアス磁界を印加する必要がある。このバイアス磁界の印加方法として、薄膜コイルを形成する方法や、薄膜磁石を用いる方法がある。ただし、薄膜コイルを形成する場合は立体構造となり、プロセスが複雑になるという難点がある。また、永久磁石を形成する場合はバイアスが固定されてしまい、柔軟性がない。
したがって、この発明の課題は、磁気インピーダンス素子に対し、簡単かつ安価にバイアス磁界を印加できるようにすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項1の発明は、非磁性基板に高透磁率磁性の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続してつづら折れ磁性薄膜パターンを形成し、これに高周波電流を印加することにより磁性体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用する素子であって、
前記磁性薄膜を形成した非磁性基板と、圧電材料基板に硬磁性体を形成した基板とを、磁性薄膜と硬磁性体とが対向するように支持材を用いて組み合わせることを特徴とする。
【0012】
上記請求項1の発明においては、前記磁性薄膜の下にも硬磁性体を配置することができ(請求項2の発明)、請求項1または2の発明においては、前記磁性薄膜を支持する基板として圧電材料基板を用いることができ(請求項3の発明)、これら請求項1〜3のいずれかの発明においては、前記圧電材料基板に印加する電圧を三方向とすることができる(請求項4の発明)。
【0013】
請求項5の発明は、非磁性基板に高透磁率磁性の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続してつづら折れ磁性薄膜パターンを形成し、これに高周波電流を印加することにより磁性体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用する素子であって、
バイメタル上に硬磁性体または硬磁性薄膜を形成した基板と、磁性薄膜を形成した非磁性基板とを、前記硬磁性体または硬磁性薄膜と磁性薄膜とが対向するように支持材により固定することを特徴とする。
【0014】
上記請求項5の発明においては、前記バイメタルの高熱膨張体側に前記硬磁性体または硬磁性薄膜を配置することができ(請求項6の発明)、請求項5または6の発明においては、前記磁性薄膜の感磁方向を前記バイメタルの反り方向と直交する方向に配置することができる(請求項7の発明)。
また、上記請求項5の発明においては、前記バイメタルの代わりに熱膨張アクチュエータの可動部を用いることができ(請求項8の発明)、または、前記バイメタルの代わりに静電アクチュエータの可動部を用いることができる(請求項9の発明)。
【0015】
請求項10の発明は、非磁性基板に高透磁率磁性の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続してつづら折れ磁性薄膜パターンを形成し、これに高周波電流を印加することにより磁性体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用する素子であって、
バイメタル上に磁性薄膜を配置した基板と、被検知物体を有する基板とを、前記磁性薄膜と被検知物体とが対向するように支持材により固定することを特徴とする。
【0016】
上記請求項10の発明においては、前記バイメタル上の高熱膨張体側に前記磁性薄膜を配置することができ(請求項11の発明)、前記バイメタルの代わりに圧電材料基板を用いるこができ(請求項12の発明)、または、前記バイメタルの代わりに熱膨張アクチュエータの可動部を用いることができ(請求項13の発明)、もしくは、前記バイメタルの代わりに静電アクチュエータの可動部を用いることができる(請求項14の発明)。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第1の実施の形態について説明する。
実施例1−1
図1は第1実施形態の第1実施例を示す構成図である。
これは、圧電材料基板5上に硬磁性薄膜4を形成した基板30と、非磁性基板3上に磁性薄膜1を形成した基板20とを、磁性薄膜1と硬磁性薄膜4とが対向するように、支持材7を用いて組み合わせた磁気インピーダンス素子の例を示す。その作製プロセスを以下に説明する。
圧電材料であるPZT基板5(厚さ0.5mm)の表裏に金属電極膜6を形成し、片方の面にSmCo硬磁性薄膜4をRFマグネトロンスパッタ法によって成膜し、レジストなどの感光性材料を用いて所望の大きさにパターン形成し、イオンビームエッチングによってSmCo硬磁性薄膜4を所望のパターンに加工した。これを基板30とする。その側面図を図1(a)に、同じく平面図を図8(a)に示す。
【0018】
次に、密着層2として利用する絶縁性有機物材料を非磁性基板3上に形成した後、RFマグネトロンスパッタ法を用いてアモルファス磁性薄膜1を成膜し、レジストなどの感光性材料を用いて微細パターンを形成し、磁界熱処理後に例えばイオンビームエッチングによってアモルファス磁性薄膜1を微細パターンに加工した。これを、基板20とする。その側面図を図1(b)に、同じく平面図を図8(c)に示す。
【0019】
次に、基板30のSmCo硬磁性薄膜4と、基板20のアモルファス磁性薄膜1とを向かい合わせるように、支持材7を用いて図1(c)のように組み合わせ、所望の磁気インピーダンス素子を作製する。このとき、アモルファス磁性薄膜1とSmCo硬磁性薄膜4との間隔を2μmとした。ここで、SmCo硬磁性薄膜4の磁化容易軸を、アモルファス磁性薄膜1の面内長手方向に磁界が印加されるように、アモルファス磁性薄膜1の面内長手方向に一致させておく。
【0020】
図9に、上記のようにして作製した磁気インピーダンス素子の特性例を示す。ゼロ磁場に対して非対称な曲線となり、320A/m程度のバイアス磁界が印加されたことになる。この素子のPZT圧電材料基板5に電圧50Vを印加した場合、約56A/mだけバイアス磁界が増加し、また、100V印加した場合、約110A/mだけバイアス磁界が増加した。このように、圧電材料に印加する電圧を変化させることで、磁性薄膜と硬磁性薄膜の間隔を変化させ、磁性薄膜に印加されるバイアス磁界を変化させることができる。
この例ではアモルファス磁性薄膜1を短冊状としたが、つづら折れパターンでも良いし、短冊状磁性薄膜を並列に配置した構造でも良い。また、圧電材料基板としてPZTを用いたがその他の圧電材料でも良く、硬磁性材料としてSmCo以外の材料を用いても良いのは勿論である。
【0021】
実施例1−2
図2は同じく第2の実施例を示す構成図である。
これは、電極6を形成した圧電材料基板5に硬磁性薄膜4を形成した図2(a)のような基板30と、非磁性基板3上に形成したアモルファス磁性薄膜1と密着層2との間にSmCo硬磁性薄膜4を形成した図2(b)のような基板21とを、基板30のSmCo硬磁性薄膜4と基板21のアモルファス磁性薄膜1とを向かい合わせるように、支持材7を用いて図2(c)のように組み合わせて作製した磁気インピーダンス素子の例である。基板21の平面図を図8(d)に示す。これにより、基板21に形成したSmCo硬磁性薄膜4によるバイアス磁界も加わるため、強いバイアス磁界を印加することができる。
この例ではアモルファス磁性薄膜1を短冊状としたが、つづら折れパターンでも良いし、短冊状磁性薄膜を並列に配置した構造でも良い。また、圧電材料基板としてPZTを用いたがその他の圧電材料でも良く、硬磁性材料としてSmCo以外の材料を用いても良いのは勿論である。
【0022】
図3は同じく第3の実施例を示す構成図である。
実施例1−3
これは、電極6を形成した圧電材料基板5にSmCo硬磁性薄膜4を形成した図3(a)のような基板30と、アモルファス磁性薄膜1を支持する非磁性基板としてPZT圧電材料基板5を用いた図3(b)のような基板22とを、基板30のSmCo硬磁性薄膜4と基板22のアモルファス磁性薄膜1とを向かい合わせるように、支持材7を用いて図3(c)のように組み合わせて作製した磁気インピーダンス素子の例である。これにより、基板22の圧電材料基板5に電圧を印加することで、アモルファス磁性薄膜1側も可動となるので、SmCo硬磁性薄膜4と磁性薄膜1との間隔を広範囲に変えることが可能になる。
この例ではアモルファス磁性薄膜1を短冊状としたが、つづら折れパターンでも良いし、短冊状磁性薄膜を並列に配置した構造でも良い。また、圧電材料基板としてPZTを用いたがその他の圧電材料でも良く、硬磁性材料としてSmCo以外の材料を用いても良いのは勿論である。
【0023】
実施例1−4
図4は同じく第4の実施例を示す構成図である。
これは、PZT圧電材料基板5にSmCo硬磁性薄膜4を形成した図4(a)のような基板31において、PZT基板の三方向に電圧を印加できるように、電極を三方向に形成した磁気インピーダンス素子の例である。基板31の平面図の例を、図8(b)に示す。基板20は図1(b)と同じである。基板31の圧電材料基板に印加する電圧を三方向で制御可能とすることにより、圧電材料の歪み量,歪み方を精度良く制御できるようになる。
この例ではアモルファス磁性薄膜1を短冊状としたが、つづら折れパターンでも良いし、短冊状磁性薄膜を並列に配置した構造でも良い。また、圧電材料基板としてPZTを用いたがその他の圧電材料でも良く、硬磁性材料としてSmCo以外の材料を用いても良いのは勿論である。
【0024】
図5はこの発明の第2の実施の形態を示す構成図である。
実施例2
これは、バイメタル材料51上に硬磁性薄膜4を形成した図5(a)のような基板70と、ガラス基板3a上に感磁部としての磁性薄膜1を形成した図5(b)のような基板60とを、磁性薄膜1と硬磁性薄膜4とが対向するように、支持材7cを用いて図5(c),(d)のように組み合わせた磁気インピーダンス素子の例である。その作製プロセスを以下に説明する。なお、図5(c)は磁性薄膜1の長手方向断面図、図5(d)はガラス基板3aの長手方向断面図である。
【0025】
密着層2bとして利用する絶縁性有機物材料をガラス基板3b上に形成した後、RFマグネトロンスパッタ法を用いてSmCo硬磁性薄膜4を成膜し、レジストなどの感光材料を用いて所望の大きさにパターン形成し、イオンビームエッチングによって、SmCo硬磁性薄膜4を所望のパターンに加工する。そのガラス基板3bをバイメタル材料51上に接着し、これを図5(a)に示す基板70とする。ここでは、バイメタル材料51の高熱膨張材側に硬磁性薄膜4を接合した。
さらに、基板70の片側(硬磁性薄膜のない側)には、バイメタルを加熱するためのヒーター配線8を薄膜パターン技術によって形成する。このヒーター配線8はバイメタル材料51の表,裏のいずれの面に形成しても良いが、ここでは硬磁性薄膜4のある基板3bを接合した面に形成している。また、同じ面に基板60との接合用支持材7cを形成した。
【0026】
次に、密着層2として利用する絶縁性有機物材料をガラス基板3a上に形成した後、RFマグネトロンスパッタ法を用いてアモルファス磁性薄膜1を成膜し、レジストなどの感光材料を用いて微細パターンを形成し、磁界熱処理後にイオンビームエッチングによって、アモルファス磁性薄膜1を微細パターンに加工した。ここではアモルファス磁性薄膜1の感磁方向を図5(c)のように、ガラス基板3aの短軸方向とし、これを図5(b)に示す基板60としている。この基板60には、支持材接合用のパッド7bを形成した。
【0027】
次に、基板70のSmCo硬磁性薄膜4と、基板60のアモルファス磁性薄膜1とを向かい合わせるように、基板70の支持材7cと基板60の支持材接合用のパッド7bを図5(d)のように合わせて接合し、所望の磁気インピーダンス素子を作製する。このとき、アモルファス磁性薄膜1とSmCo硬磁性薄膜4との間隔を、約2μmとした。ここで、硬磁性薄膜4の磁化容易軸を、アモルファス磁性薄膜1の面内長手方向に一致させておく。
【0028】
以上のように作製した磁気インピーダンス素子の特性例を、図10に示す。
図示のように、ゼロ磁場に対して非対称な曲線となり、約320A/m程度のバイアス磁界が印加された。この素子のヒーター8に直流電流を与えると、ヒーター8に発生する熱によってバイメタル51が反り、アモルファス磁性薄膜1とSmCo硬磁性薄膜4との間隔が増加するので、感磁部としての磁性薄膜に印加されるバイアス磁界が減少し、図10のように磁気インピーダンス特性がシフトすることになる。
【0029】
このように、バイメタル材料を加熱することによって磁性薄膜1と硬磁性薄膜4との間隔を変化させ、磁性薄膜に印加されるバイアス磁界を変化させることができる。
図5では、支持材7cを1つとして片持ち梁のようにしたが、両端を支持してバイメタルを撓ませる構造にしても良い。また、アモルファス磁性薄膜1を短冊状としたが、つづら折れパターンでも良いし、または短冊状磁性薄膜を複数並列に配置する構造でも良い。さらに、磁性薄膜としてSmCo以外の材料を用いても良いし、バルク磁石を用いてもよい。また、基板70はバイメタル材料上にガラス基板を接合した構造としたが、バイメタル上にSiO2薄膜を形成し、その後密着層2b、硬磁性薄膜4を形成する構造でも良い。
【0030】
バイメタル上に硬磁性薄膜4を配置しているが、圧電材料や熱膨張アクチュエータ,静電アクチュエータの可動部に、硬磁性薄膜またはバルク磁石を配置する構造にしても、上記と同様の効果を得ることができる。
また、図5の構成によれば、磁気インピーダンス特性の温度特性を補正することができ、この場合はバイメタル材料を加熱するヒーターは不要となる。すなわち、図5では高熱膨張材側が凸に反り、アモルファス磁性薄膜1と硬磁性薄膜4との間隔が広がるのでバイアス磁界が減少し、温度上昇による磁気インピーダンス特性の低磁界側への変化を補正することができる。
【0031】
図6はこの発明の第3の実施の形態を示す構成図である。
実施例3
これは、バイメタル材料51上にアモルファス磁性薄膜1を形成した図6(a)のような基板71と、測定対象となる配線パターン9が形成された図6(b)のような基板61とを、アモルファス磁性薄膜1と配線パターン9が対向するように支持材7cを介して図6(c)のように接合した磁気インピーダンス素子の例である。その作製プロセスは以下の通りである。
【0032】
密着層2として利用する絶縁性有機物材料をガラス基板3b上に形成した後、RFマグネトロンスパッタ法を用いてアモルファス磁性薄膜1を成膜し、レジストなどの感光材料を用いて微細パターンを形成し、磁界熱処理後にイオンビームエッチングによって、アモルファス磁性薄膜1を微細パターンに加工し、これを図6(a)に示す基板71としている。また、この基板71には、支持材7cおよびヒーター配線8を形成した。
上記基板71のアモルファス磁性薄膜1を、図6(b)に示す基板61の配線パターン9と対向するように支持材7cを介して図6(c)のように接合し、所望の磁気インピーダンス素子を作製する。
【0033】
以上のように構成することで、ヒーター配線8に電流を流しバイメタル材料51を加熱することによってバイメタル材料51が反り、アモルファス磁性薄膜1と配線パターン9との間隔が変化する。反り量は加熱温度、つまり通電する電流によって制御できるので、アモルファス磁性薄膜1と配線パターン9との間隔を高精度に制御することができる。
【0034】
図6では、支持材7cを1つとして片持ち梁のようにしたが、両端を支持してバイメタルを撓ませる構造にしても良い。また、アモルファス磁性薄膜1を短冊状としたが、つづら折れパターンでも良いし、または短冊状磁性薄膜を複数並列に配置する構造でも良い。さらに、基板71はバイメタル材料上にガラス基板を接合した構造としたが、バイメタル上にSiO2薄膜を形成し、その後密着層2、アモルファス磁性薄膜1を形成する構造でも良い。
【0035】
図7は図6の変形例を示す構成図である。
実施例3−1
これは、金属電極11を形成した圧電材料基板5上に、密着層2としての有機絶縁薄膜と感磁部としてのアモルファス磁性薄膜1を形成した基板72と、被磁界測定対象としての配線パターン9が形成されている基板61とを、基板72の周りに形成した支持材7を用いて、アモルファス磁性薄膜1と配線パターン9とが対向するように、基板72と基板61とを組み合わせた磁気インピーダンス素子の例である。
【0036】
上記のように構成することにより、圧電材料基板5に印加する電圧によって、配線パターンと磁性薄膜との間隔を高精度に調整する事ができる。なお、圧電材料基板の代わりに熱膨張アクチュエータや静電アクチュエータの可動部を用い、これに磁性薄膜を形成しても同様の効果を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】
請求項1〜4の発明によれば、磁性薄膜を形成した非磁性基板と、圧電材料基板上に硬磁性材料を形成した基板を、磁性薄膜と硬磁性材料が対向するように支持材を用いて組み合わせるようにしたので、磁性薄膜と硬磁性材料の間隔を圧電材料に印加する電圧で制御することが可能となり、簡単にバイアス磁界を変えることができるという利点がもたらされる。
また、請求項5〜14の発明によれば、磁気インピーダンス素子の感磁部である磁性薄膜を形成した非磁性基板と、硬磁性体または薄膜を形成した非磁性基板をバイメタルに配置した基板を、磁性薄膜と硬磁性体または薄膜とが対向するように支持材を用いて組み合わせるようにしたので、磁性薄膜と硬磁性体または薄膜との間隔をバイメタルの反りで制御することが可能となり、簡単にバイアス磁界を変えることができる。さらに、磁気インピーダンス素子の感磁部である磁性薄膜をバイメタル上に形成したものを、被検知物体に面するように支持材を用いて接合する構造とすることで、磁性薄膜と被検知物体との間隔を高精度に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態(その1)を示す構成図
【図2】この発明の第1の実施の形態(その2)を示す構成図
【図3】この発明の第1の実施の形態(その3)を示す構成図
【図4】この発明の第1の実施の形態(その4)を示す構成図
【図5】この発明の第2の実施の形態を示す構成図
【図6】この発明の第3の実施の形態を示す構成図
【図7】図6の変形例を示す構成図
【図8】この発明で用いられる各種基板を示す平面図
【図9】第1の発明による素子の磁気インピーダンス特性例図
【図10】第2の発明による素子の磁気インピーダンス特性例図
【図11】バイアス点の説明図
【符号の説明】
1…磁性薄膜、2,2b…密着層、3…非磁性基板、3a,3b…ガラス基板、4…硬磁性薄膜、5…圧電材料、6,11…電極、7,7c…支持材、7b…支持材接合用パッド、8…ヒーター配線、9…配線パターン、10,20,21,22,30,31,32,60,61,70,71,72…基板、51…バイメタル。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor for detecting a magnetic field and a current sensor using the same, and more particularly, to a high-sensitivity magnetic impedance element utilizing a magnetic impedance effect.
[0002]
[Prior art]
In recent years, information devices and measurement / control devices have been rapidly becoming more sophisticated, smaller, thinner, and lower in cost. With these rapid developments, magnetic sensors, current sensors, and the like used in them have become smaller and less costly. Demands for high sensitivity and the like are increasing.
Conventionally used magnetic sensors include a Hall element, a magnetoresistive element (MR element), a giant magnetoresistive element (GMR element), a flux sensor, and the like. A current transformer uses a current transformer as a current sensor. Known methods are known.
[0003]
For example, the performance of magnetic heads used in hard disk devices as external storage devices of computers has been improved from conventional bulk-type inductive magnetic heads to MR heads, and the giant magnetoresistive effect (GMR) has now been developed. The research to be applied is active. Further, in a rotary encoder which is a rotation sensor of a motor, a magnetic flux leaking to the outside is weakened due to miniaturization of a magnet ring, and a high-sensitivity magnetic sensor is required instead of a current MR element. Electronic breakers, etc. using current sensors have been developed instead of conventional mechanical breakers. However, it is difficult to reduce the size of conventional breakers using current transformers, and in terms of sensitivity, detection range, etc. There is a demand for higher sensitivity and larger range of magnetic sensors.
[0004]
In order to satisfy these requirements, a magnetic impedance sensor using a magnetic impedance effect (also referred to as an MI effect) of an amorphous wire has been proposed in, for example, Patent Document 1. The magnetic impedance effect means that when an external magnetic field changes while a high-frequency current is applied to a magnetic material, the magnetic permeability of the magnetic material changes, and the impedance of the magnetic material accordingly increases by several tens to several times compared to when the magnetic field is zero. It is a phenomenon that changes by 100%. A sensor utilizing such an effect can detect a minute change in the external magnetic field of about several hundred microtesla (μT) by measuring the voltage across the magnetic material. The above-described magnetic impedance effect can be seen not only in amorphous wires but also in magnetic ribbons and thin films. In particular, thin films can be made small and thin, and have excellent reliability and mass productivity. Some of them have been proposed, and one of them is disclosed in Patent Document 2, for example.
[0005]
A magnetic impedance element using a thin film is formed of a magnetic thin film pattern obtained by processing a high magnetic permeability soft magnetic film having magnetic anisotropy and inducing uniaxial anisotropy into a strip shape. The magnetic anisotropy is performed by applying a magnetic field during the formation of the magnetic film, and is further induced by performing a heat treatment at about 150 to 400 ° C. in a rotating magnetic field or a static magnetic field. The direction of the axis of easy magnetization is generally the direction of the short axis (line width) of the strip-shaped structure. The magneto-impedance element has a characteristic that the impedance is changed by the magnetic field of the longitudinal component. The magnetic impedance characteristic at this time shows that when the axis of easy magnetization has a line width, the impedance peaks at positive and negative magnetic fields, respectively, and is symmetrical at positive and negative magnetic fields. The rate of change shows a very large change of several tens to several hundreds of percent.
[0006]
Even if magnetic anisotropy is provided in the length direction, the magnetic impedance characteristic is exhibited. The characteristic at that time is such that the impedance is the largest when the magnetic field is 0, and decreases as the absolute value of the magnetic field increases. Also in this case, the impedance is symmetric with respect to the positive and negative of the magnetic field. The direction of the detected magnetic field in this case is also a component in the length direction of the magnetic thin film pattern.
The change in impedance in these magnetic impedance characteristics is caused by a change in magnetic permeability in a state where a high-frequency current is applied to the magnetic thin film pattern. When the impedance is separated into a resistance component and an inductance component, both change due to a change in magnetic permeability, but the resistance component having a large absolute value is dominant in the change. The change in resistance due to the change in magnetic permeability is basically caused by the skin effect that occurs when a high-frequency current flows in a magnetic material.To increase the skin effect, increase the frequency of the high-frequency current or use a magnetic thin film. It is effective to increase the thickness of the magnetic material that is the pattern.
[0007]
As described above, the characteristic of the magnetic impedance element is that the impedance greatly changes with respect to the magnetic field, but by applying a bias magnetic field to the element and operating at a point where the impedance changes greatly with respect to the magnetic field, The sensor responds with high sensitivity to a magnetic field. In order to apply the bias magnetic field, it is necessary to form a coil (bias coil) around the element and generate a magnetic field by applying a current to the coil. Also, a coil is required for a method of applying a negative feedback magnetic field for the purpose of improving the linearity of sensitivity. When an amorphous wire is used, a coil is formed by winding a Cu wire directly around the wire, but a coil is formed in a thin film on the same substrate as a magnetic impedance element formed in a thin film. (See, for example, Patent Document 3).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-06-281712 (pages 2-4, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-08-075835 (page 4, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP-A-11-109006 (page 3-4, FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there are two types of magneto-impedance elements, one using an amorphous wire and the other using a thin film. The use of a thin film is better in terms of reproducibility (stability), reliability, and mass productivity of characteristics. It can be said to be advantageous. When a thin film is used, a thin film is formed on a non-magnetic substrate such as glass using a sputtering method, a fine pattern is formed using a photosensitive material such as a resist, and dry etching such as wet etching or ion beam etching is performed. And processed into a fine pattern.
[0010]
By the way, as shown in FIG. 11, for example, the magnetic impedance characteristic has a symmetrical shape around a zero magnetic field. When measuring a magnetic field using such characteristics, it is necessary to apply a bias magnetic field in advance in order to bring the operating point to point b in FIG. As a method of applying the bias magnetic field, there are a method of forming a thin film coil and a method of using a thin film magnet. However, when a thin film coil is formed, it has a three-dimensional structure, and the process is complicated. Further, when a permanent magnet is formed, the bias is fixed, and there is no flexibility.
Therefore, an object of the present invention is to make it possible to apply a bias magnetic field to a magnetic impedance element simply and inexpensively.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is to form a strip-shaped magnetic thin film having high magnetic permeability or a magnetic thin film pattern by alternately connecting these magnetic thin films on a non-magnetic substrate. An element that utilizes the magnetic impedance effect, in which the impedance of a magnetic substance changes when applied,
A non-magnetic substrate on which the magnetic thin film is formed and a substrate on which a hard magnetic material is formed on a piezoelectric material substrate are combined using a support so that the magnetic thin film and the hard magnetic material face each other.
[0012]
In the first aspect of the present invention, a hard magnetic material can be disposed under the magnetic thin film (the second aspect of the invention). In the first or second aspect, the substrate supporting the magnetic thin film is provided. A piezoelectric material substrate can be used for the invention (the invention of claim 3), and in any one of the inventions of claims 1 to 3, the voltage applied to the piezoelectric material substrate can be made in three directions (claim) Invention 4).
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, a strip-shaped magnetic thin film of high magnetic permeability or a magnetic thin-film pattern is formed by alternately connecting these magnetic thin films to a non-magnetic substrate, and a high-frequency current is applied to the thin magnetic thin-film pattern. Is an element utilizing the magneto-impedance effect,
A substrate having a hard magnetic material or a hard magnetic thin film formed on a bimetal and a non-magnetic substrate having a magnetic thin film formed thereon are fixed by a support material such that the hard magnetic material or the hard magnetic thin film and the magnetic thin film face each other. It is characterized by.
[0014]
According to the fifth aspect of the present invention, the hard magnetic material or the hard magnetic thin film can be arranged on the high thermal expansion body side of the bimetal (the sixth aspect of the invention). The magnetic sensing direction of the thin film can be arranged in a direction orthogonal to the warping direction of the bimetal (the invention of claim 7).
Further, in the invention of claim 5, the movable portion of the thermal expansion actuator can be used instead of the bimetal (the invention of claim 8), or the movable portion of the electrostatic actuator is used instead of the bimetal. (Invention of claim 9).
[0015]
According to a tenth aspect of the present invention, a strip-shaped magnetic thin film of high magnetic permeability or a magnetic thin-film pattern is formed by alternately connecting these magnetic thin films to a non-magnetic substrate, and a high-frequency current is applied to the thin magnetic thin-film pattern. Is an element utilizing the magneto-impedance effect,
A substrate having a magnetic thin film disposed on a bimetal and a substrate having an object to be detected are fixed by a support so that the magnetic thin film and the object to be detected face each other.
[0016]
In the tenth aspect of the present invention, the magnetic thin film can be arranged on the high thermal expansion body side on the bimetal (the eleventh aspect of the invention), and a piezoelectric material substrate can be used instead of the bimetal (the claim). 12) The movable part of the thermal expansion actuator can be used instead of the bimetal (the invention of claim 13), or the movable part of the electrostatic actuator can be used instead of the bimetal ( The invention of claim 14).
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
Example 1-1
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first example of the first embodiment.
This is because the substrate 30 having the hard magnetic thin film 4 formed on the piezoelectric material substrate 5 and the substrate 20 having the magnetic thin film 1 formed on the non-magnetic substrate 3 are arranged such that the magnetic thin film 1 and the hard magnetic thin film 4 face each other. Next, an example of a magneto-impedance element combined using the support member 7 is shown. The manufacturing process will be described below.
A metal electrode film 6 is formed on the front and back of a PZT substrate 5 (thickness 0.5 mm), which is a piezoelectric material, and an SmCo hard magnetic thin film 4 is formed on one surface by RF magnetron sputtering, and a photosensitive material such as a resist is formed. Then, the SmCo hard magnetic thin film 4 was processed into a desired pattern by ion beam etching. This is referred to as a substrate 30. FIG. 1 (a) shows a side view thereof, and FIG. 8 (a) shows a plan view thereof.
[0018]
Next, an insulating organic material to be used as the adhesion layer 2 is formed on the non-magnetic substrate 3, and then the amorphous magnetic thin film 1 is formed by using an RF magnetron sputtering method, and finely divided by using a photosensitive material such as a resist. A pattern was formed, and after the magnetic field heat treatment, the amorphous magnetic thin film 1 was processed into a fine pattern by, for example, ion beam etching. This is referred to as a substrate 20. FIG. 1 (b) shows a side view thereof, and FIG. 8 (c) shows a plan view thereof.
[0019]
Next, as shown in FIG. 1C, the SmCo hard magnetic thin film 4 of the substrate 30 and the amorphous magnetic thin film 1 of the substrate 20 are combined using the support material 7 so as to face each other to produce a desired magnetic impedance element. I do. At this time, the distance between the amorphous magnetic thin film 1 and the SmCo hard magnetic thin film 4 was 2 μm. Here, the axis of easy magnetization of the SmCo hard magnetic thin film 4 is aligned with the in-plane longitudinal direction of the amorphous magnetic thin film 1 so that a magnetic field is applied in the in-plane longitudinal direction of the amorphous magnetic thin film 1.
[0020]
FIG. 9 shows a characteristic example of the magnetic impedance element manufactured as described above. The curve becomes asymmetric with respect to the zero magnetic field, and a bias magnetic field of about 320 A / m is applied. When a voltage of 50 V was applied to the PZT piezoelectric material substrate 5 of this element, the bias magnetic field increased by about 56 A / m, and when 100 V was applied, the bias magnetic field increased by about 110 A / m. As described above, by changing the voltage applied to the piezoelectric material, the distance between the magnetic thin film and the hard magnetic thin film can be changed, and the bias magnetic field applied to the magnetic thin film can be changed.
In this example, the amorphous magnetic thin film 1 is formed in a strip shape. However, it may be a broken pattern or a structure in which strip-shaped magnetic thin films are arranged in parallel. Further, although PZT was used as the piezoelectric material substrate, other piezoelectric materials may be used, and a material other than SmCo may be used as the hard magnetic material.
[0021]
Example 1-2
FIG. 2 is a block diagram showing the second embodiment.
This is because the substrate 30 as shown in FIG. 2A in which the hard magnetic thin film 4 is formed on the piezoelectric material substrate 5 on which the electrode 6 is formed, the amorphous magnetic thin film 1 formed on the non-magnetic substrate 3 and the adhesion layer 2 The substrate 21 having the SmCo hard magnetic thin film 4 formed therebetween as shown in FIG. 2B is placed on the support member 7 such that the SmCo hard magnetic thin film 4 of the substrate 30 and the amorphous magnetic thin film 1 of the substrate 21 face each other. This is an example of a magneto-impedance element manufactured by combining the elements as shown in FIG. FIG. 8D is a plan view of the substrate 21. Thereby, since a bias magnetic field by the SmCo hard magnetic thin film 4 formed on the substrate 21 is also applied, a strong bias magnetic field can be applied.
In this example, the amorphous magnetic thin film 1 is formed in a strip shape. However, it may be a broken pattern or a structure in which strip-shaped magnetic thin films are arranged in parallel. Further, although PZT was used as the piezoelectric material substrate, other piezoelectric materials may be used, and a material other than SmCo may be used as the hard magnetic material.
[0022]
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment.
Example 1-3
3 (a) in which an SmCo hard magnetic thin film 4 is formed on a piezoelectric material substrate 5 on which an electrode 6 is formed, and a PZT piezoelectric material substrate 5 as a non-magnetic substrate for supporting the amorphous magnetic thin film 1. The substrate 22 as shown in FIG. 3B is used by using the support member 7 so that the SmCo hard magnetic thin film 4 of the substrate 30 and the amorphous magnetic thin film 1 of the substrate 22 face each other. This is an example of a magneto-impedance element manufactured in such a combination. Thus, by applying a voltage to the piezoelectric material substrate 5 of the substrate 22, the amorphous magnetic thin film 1 side also becomes movable, so that the distance between the SmCo hard magnetic thin film 4 and the magnetic thin film 1 can be changed over a wide range. .
In this example, the amorphous magnetic thin film 1 is formed in a strip shape. However, it may be a broken pattern or a structure in which strip-shaped magnetic thin films are arranged in parallel. Further, although PZT was used as the piezoelectric material substrate, other piezoelectric materials may be used, and a material other than SmCo may be used as the hard magnetic material.
[0023]
Example 1-4
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment.
This is because, on a substrate 31 as shown in FIG. 4A in which an SmCo hard magnetic thin film 4 is formed on a PZT piezoelectric material substrate 5, electrodes are formed in three directions so that voltages can be applied in three directions of the PZT substrate. It is an example of an impedance element. An example of a plan view of the substrate 31 is shown in FIG. The substrate 20 is the same as in FIG. By making it possible to control the voltage applied to the piezoelectric material substrate of the substrate 31 in three directions, it becomes possible to accurately control the amount and the manner of distortion of the piezoelectric material.
In this example, the amorphous magnetic thin film 1 is formed in a strip shape. However, it may be a broken pattern or a structure in which strip-shaped magnetic thin films are arranged in parallel. Further, although PZT was used as the piezoelectric material substrate, other piezoelectric materials may be used, and a material other than SmCo may be used as the hard magnetic material.
[0024]
FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
Example 2
This is as shown in FIG. 5A in which a hard magnetic thin film 4 is formed on a bimetallic material 51 and a magnetic thin film 1 as a magnetic sensing part is formed on a glass substrate 3a as shown in FIG. 5B. This is an example of a magnetic impedance element in which a simple substrate 60 is combined as shown in FIGS. 5C and 5D using a support member 7c such that the magnetic thin film 1 and the hard magnetic thin film 4 face each other. The manufacturing process will be described below. 5C is a longitudinal sectional view of the magnetic thin film 1, and FIG. 5D is a longitudinal sectional view of the glass substrate 3a.
[0025]
After an insulating organic material to be used as the adhesion layer 2b is formed on a glass substrate 3b, an SmCo hard magnetic thin film 4 is formed using an RF magnetron sputtering method, and is formed into a desired size using a photosensitive material such as a resist. A pattern is formed, and the SmCo hard magnetic thin film 4 is processed into a desired pattern by ion beam etching. The glass substrate 3b is bonded on the bimetal material 51, and this is used as a substrate 70 shown in FIG. Here, the hard magnetic thin film 4 was joined to the high thermal expansion material side of the bimetal material 51.
Further, a heater wiring 8 for heating the bimetal is formed on one side of the substrate 70 (the side without the hard magnetic thin film) by a thin film pattern technique. The heater wiring 8 may be formed on either the front or back surface of the bimetal material 51, but is formed here on the surface where the substrate 3b having the hard magnetic thin film 4 is bonded. Further, a supporting member 7c for bonding to the substrate 60 was formed on the same surface.
[0026]
Next, after an insulating organic material used as the adhesion layer 2 is formed on the glass substrate 3a, the amorphous magnetic thin film 1 is formed using an RF magnetron sputtering method, and a fine pattern is formed using a photosensitive material such as a resist. The amorphous magnetic thin film 1 was formed into a fine pattern by ion beam etching after magnetic field heat treatment. Here, the magnetic sensing direction of the amorphous magnetic thin film 1 is the short axis direction of the glass substrate 3a as shown in FIG. 5C, and this is the substrate 60 shown in FIG. 5B. On this substrate 60, pads 7b for supporting material bonding were formed.
[0027]
Next, the support material 7c of the substrate 70 and the pad 7b for bonding the support material of the substrate 60 are moved so that the SmCo hard magnetic thin film 4 of the substrate 70 and the amorphous magnetic thin film 1 of the substrate 60 face each other, as shown in FIG. To form a desired magnetic impedance element. At this time, the distance between the amorphous magnetic thin film 1 and the SmCo hard magnetic thin film 4 was set to about 2 μm. Here, the axis of easy magnetization of the hard magnetic thin film 4 is made to coincide with the in-plane longitudinal direction of the amorphous magnetic thin film 1.
[0028]
FIG. 10 shows a characteristic example of the magnetic impedance element manufactured as described above.
As shown in the drawing, the curve was asymmetric with respect to the zero magnetic field, and a bias magnetic field of about 320 A / m was applied. When a direct current is applied to the heater 8 of this element, the heat generated in the heater 8 causes the bimetal 51 to warp, increasing the distance between the amorphous magnetic thin film 1 and the SmCo hard magnetic thin film 4. The applied bias magnetic field decreases, and the magnetic impedance characteristic shifts as shown in FIG.
[0029]
As described above, by heating the bimetal material, the distance between the magnetic thin film 1 and the hard magnetic thin film 4 can be changed, and the bias magnetic field applied to the magnetic thin film can be changed.
In FIG. 5, one support member 7c is used as a cantilever, but a structure in which both ends are supported and the bimetal is bent may be used. Further, although the amorphous magnetic thin film 1 is formed in a strip shape, it may be formed in a zigzag pattern or a structure in which a plurality of strip-shaped magnetic thin films are arranged in parallel. Further, a material other than SmCo may be used as the magnetic thin film, or a bulk magnet may be used. Further, the substrate 70 has a structure in which a glass substrate is bonded on a bimetal material, but a structure in which an SiO2 thin film is formed on a bimetal, and then the adhesion layer 2b and the hard magnetic thin film 4 are formed.
[0030]
Although the hard magnetic thin film 4 is disposed on the bimetal, the same effect as described above can be obtained by a structure in which the hard magnetic thin film or the bulk magnet is disposed on the movable portion of the piezoelectric material, the thermal expansion actuator, or the electrostatic actuator. be able to.
According to the configuration of FIG. 5, the temperature characteristic of the magnetic impedance characteristic can be corrected. In this case, a heater for heating the bimetal material is not required. That is, in FIG. 5, the high thermal expansion material side is warped convexly, and the interval between the amorphous magnetic thin film 1 and the hard magnetic thin film 4 is widened, so that the bias magnetic field is reduced and the change of the magnetic impedance characteristic due to the temperature rise to the low magnetic field side is corrected. be able to.
[0031]
FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
Example 3
This is because a substrate 71 as shown in FIG. 6A in which an amorphous magnetic thin film 1 is formed on a bimetal material 51 and a substrate 61 as shown in FIG. 6B in which a wiring pattern 9 to be measured is formed. This is an example of a magneto-impedance element joined as shown in FIG. 6C via a supporting member 7c so that the amorphous magnetic thin film 1 and the wiring pattern 9 face each other. The fabrication process is as follows.
[0032]
After an insulating organic material to be used as the adhesion layer 2 is formed on the glass substrate 3b, the amorphous magnetic thin film 1 is formed using an RF magnetron sputtering method, and a fine pattern is formed using a photosensitive material such as a resist. After the magnetic field heat treatment, the amorphous magnetic thin film 1 is processed into a fine pattern by ion beam etching, and this is used as a substrate 71 shown in FIG. Further, a support member 7c and a heater wiring 8 were formed on the substrate 71.
The amorphous magnetic thin film 1 of the substrate 71 is joined as shown in FIG. 6C via a supporting member 7c so as to face the wiring pattern 9 of the substrate 61 shown in FIG. Is prepared.
[0033]
With the above-described configuration, the bimetal material 51 is warped by applying a current to the heater wiring 8 and heating the bimetal material 51, and the distance between the amorphous magnetic thin film 1 and the wiring pattern 9 changes. Since the amount of warpage can be controlled by the heating temperature, that is, the current flowing, the distance between the amorphous magnetic thin film 1 and the wiring pattern 9 can be controlled with high accuracy.
[0034]
In FIG. 6, a single support member 7c is used as a cantilever, but a structure in which both ends are supported and the bimetal is bent may be used. Further, although the amorphous magnetic thin film 1 is formed in a strip shape, it may be formed in a zigzag pattern or a structure in which a plurality of strip-shaped magnetic thin films are arranged in parallel. Further, the substrate 71 has a structure in which a glass substrate is bonded on a bimetal material, but a structure in which an SiO2 thin film is formed on a bimetal, and then the adhesion layer 2 and the amorphous magnetic thin film 1 are formed.
[0035]
FIG. 7 is a configuration diagram showing a modification of FIG.
Example 3-1
This is because a substrate 72 on which an organic insulating thin film as an adhesion layer 2 and an amorphous magnetic thin film 1 as a magnetic sensing part are formed on a piezoelectric material substrate 5 on which a metal electrode 11 is formed, and a wiring pattern 9 as a magnetic field measurement target. Is formed by using a support member 7 formed around a substrate 72 so that the amorphous magnetic thin film 1 and the wiring pattern 9 are opposed to each other. It is an example of an element.
[0036]
With the above configuration, the distance between the wiring pattern and the magnetic thin film can be adjusted with high accuracy by the voltage applied to the piezoelectric material substrate 5. The same effect can be obtained by using a movable portion of a thermal expansion actuator or an electrostatic actuator instead of the piezoelectric material substrate and forming a magnetic thin film thereon.
[0037]
【The invention's effect】
According to the invention of claims 1 to 4, a non-magnetic substrate on which a magnetic thin film is formed, a substrate on which a hard magnetic material is formed on a piezoelectric material substrate, and a support material are used so that the magnetic thin film and the hard magnetic material face each other. In this case, the distance between the magnetic thin film and the hard magnetic material can be controlled by the voltage applied to the piezoelectric material, thereby providing an advantage that the bias magnetic field can be easily changed.
According to the invention of claims 5 to 14, a non-magnetic substrate on which a magnetic thin film which is a magnetic sensing part of a magnetic impedance element is formed, and a non-magnetic substrate on which a hard magnetic material or a thin film is formed are arranged on a bimetal. Since the magnetic thin film and the hard magnetic material or the thin film are combined using a support material so as to face each other, the distance between the magnetic thin film and the hard magnetic material or the thin film can be controlled by the warpage of the bimetal. And the bias magnetic field can be changed. Furthermore, the magnetic thin film, which is the magnetic sensing part of the magneto-impedance element, is formed on a bimetal and joined using a support so as to face the object to be detected. Can be adjusted with high precision.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment (No. 1) of the present invention; FIG. 2 is a configuration diagram showing a first embodiment (No. 2) of the present invention; FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a first embodiment (part 3). FIG. 4 is a configuration diagram showing a first embodiment (part 4) of the present invention. FIG. 5 is a configuration showing a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a configuration diagram showing a modification of FIG. 6. FIG. 8 is a plan view showing various substrates used in the present invention. FIG. 10 is an example of the magnetic impedance characteristic of the element according to the first invention. FIG. 10 is an example of the magnetic impedance characteristic of the element according to the second invention. FIG. 11 is an explanatory diagram of the bias point.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic thin film, 2, 2b ... Adhesion layer, 3 ... Non-magnetic substrate, 3a, 3b ... Glass substrate, 4 ... Hard magnetic thin film, 5 ... Piezoelectric material, 6, 11 ... Electrode, 7, 7c ... Support material, 7b ... Pads for joining supporting materials, 8 ... heater wiring, 9 ... wiring pattern, 10, 20, 21, 22, 30, 31, 32, 60, 61, 70, 71, 72 ... substrate, 51 ... bimetal.

Claims (14)

非磁性基板に高透磁率磁性の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続してつづら折れ磁性薄膜パターンを形成し、これに高周波電流を印加することにより磁性体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用する素子であって、
前記磁性薄膜を形成した非磁性基板と、圧電材料基板に硬磁性体を形成した基板とを、磁性薄膜と硬磁性体とが対向するように支持材を用いて組み合わせることを特徴とする磁気インピーダンス素子。
A magnetic impedance effect in which the impedance of a magnetic material changes by applying a high-frequency current to a non-magnetic substrate, forming a strip-shaped magnetic thin film of high magnetic permeability or alternately connecting these to form a skewing magnetic thin film pattern An element utilizing
Magneto-impedance wherein a non-magnetic substrate on which the magnetic thin film is formed and a substrate on which a hard magnetic material is formed on a piezoelectric material substrate are combined using a support so that the magnetic thin film and the hard magnetic material face each other. element.
前記磁性薄膜の下にも硬磁性体を配置す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素子。2. The magneto-impedance element according to claim 1, wherein a hard magnetic material is disposed under the magnetic thin film. 前記磁性薄膜を支持する基板として圧電材料基板を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気インピーダンス素子。3. The magneto-impedance element according to claim 1, wherein a piezoelectric material substrate is used as a substrate supporting the magnetic thin film. 前記圧電材料基板に印加する電圧を三方向とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の磁気インピーダンス素子。4. The magneto-impedance element according to claim 1, wherein the voltage applied to the piezoelectric material substrate is set in three directions. 非磁性基板に高透磁率磁性の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続してつづら折れ磁性薄膜パターンを形成し、これに高周波電流を印加することにより磁性体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用する素子であって、
バイメタル上に硬磁性体または硬磁性薄膜を形成した基板と、磁性薄膜を形成した非磁性基板とを、前記硬磁性体または硬磁性薄膜と磁性薄膜とが対向するように支持材により固定することを特徴とする磁気インピーダンス素子。
A magnetic impedance effect in which the impedance of a magnetic material changes by applying a high-frequency current to a non-magnetic substrate, forming a strip-shaped magnetic thin film of high magnetic permeability or alternately connecting these to form a skewing magnetic thin film pattern An element utilizing
A substrate having a hard magnetic material or a hard magnetic thin film formed on a bimetal and a non-magnetic substrate having a magnetic thin film formed thereon are fixed by a support material such that the hard magnetic material or the hard magnetic thin film and the magnetic thin film face each other. A magneto-impedance element characterized by the following.
前記バイメタルの高熱膨張体側に前記硬磁性体または硬磁性薄膜を配置することを特徴とする請求項5に記載の磁気インピーダンス素子。6. The magneto-impedance element according to claim 5, wherein the hard magnetic material or the hard magnetic thin film is disposed on the high thermal expansion body side of the bimetal. 前記磁性薄膜の感磁方向を前記バイメタルの反り方向と直交する方向に配置することを特徴とする請求項5または6に記載の磁気インピーダンス素子。7. The magneto-impedance element according to claim 5, wherein a magnetic sensing direction of the magnetic thin film is arranged in a direction orthogonal to a warping direction of the bimetal. 前記バイメタルの代わりに熱膨張アクチュエータの可動部を用いることを特徴とする請求項5に記載の磁気インピーダンス素子。The magneto-impedance element according to claim 5, wherein a movable portion of a thermal expansion actuator is used instead of the bimetal. 前記バイメタルの代わりに静電アクチュエータの可動部を用いることを特徴とする請求項5に記載の磁気インピーダンス素子。The magneto-impedance element according to claim 5, wherein a movable portion of an electrostatic actuator is used instead of the bimetal. 非磁性基板に高透磁率磁性の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続してつづら折れ磁性薄膜パターンを形成し、これに高周波電流を印加することにより磁性体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用する素子であって、
バイメタル上に磁性薄膜を配置した基板と、被検知物体を有する基板とを、前記磁性薄膜と被検知物体とが対向するように支持材により固定することを特徴とする磁気インピーダンス素子。
A magnetic impedance effect in which the impedance of a magnetic material changes by applying a high-frequency current to a non-magnetic substrate, forming a strip-shaped magnetic thin film of high magnetic permeability or alternately connecting these to form a skewing magnetic thin film pattern An element utilizing
A magnetic impedance element, wherein a substrate having a magnetic thin film disposed on a bimetal and a substrate having an object to be detected are fixed by a support so that the magnetic thin film and the object to be detected face each other.
前記バイメタル上の高熱膨張体側に前記磁性薄膜を配置したことを特徴とする請求項10に記載の磁気インピーダンス素子。The magneto-impedance element according to claim 10, wherein the magnetic thin film is disposed on a side of the high thermal expansion body on the bimetal. 前記バイメタルの代わりに圧電材料基板を用いることを特徴とする請求項10に記載の磁気インピーダンス素子。The magneto-impedance element according to claim 10, wherein a piezoelectric material substrate is used instead of the bimetal. 前記バイメタルの代わりに熱膨張アクチュエータの可動部を用いることを特徴とする請求項10に記載の磁気インピーダンス素子。The magneto-impedance element according to claim 10, wherein a movable portion of a thermal expansion actuator is used instead of the bimetal. 前記バイメタルの代わりに静電アクチュエータの可動部を用いることを特徴とする請求項10に記載の磁気インピーダンス素子。The magneto-impedance element according to claim 10, wherein a movable part of an electrostatic actuator is used instead of the bimetal.
JP2003127865A 2003-05-06 2003-05-06 Magneto-impedance element Expired - Fee Related JP4069419B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003127865A JP4069419B2 (en) 2003-05-06 2003-05-06 Magneto-impedance element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003127865A JP4069419B2 (en) 2003-05-06 2003-05-06 Magneto-impedance element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004333247A true JP2004333247A (en) 2004-11-25
JP4069419B2 JP4069419B2 (en) 2008-04-02

Family

ID=33504219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003127865A Expired - Fee Related JP4069419B2 (en) 2003-05-06 2003-05-06 Magneto-impedance element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4069419B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019065244A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 昭和電工株式会社 Method for producing magnetic sensor and magnetic sensor assembly

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019065244A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 昭和電工株式会社 Method for producing magnetic sensor and magnetic sensor assembly
JP2019067869A (en) * 2017-09-29 2019-04-25 昭和電工株式会社 Manufacturing method of magnetic sensor and magnetic sensor assembly
TWI702596B (en) * 2017-09-29 2020-08-21 日商昭和電工股份有限公司 Manufacturing method of magnetometer and magnetometer assembly
US11346895B2 (en) 2017-09-29 2022-05-31 Showa Denko K.K. Method of manufacturing magnetic sensor and magnetic sensor assembly
JP7203490B2 (en) 2017-09-29 2023-01-13 昭和電工株式会社 Magnetic sensor assembly and magnetic sensor assembly manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP4069419B2 (en) 2008-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6516843B2 (en) Method and apparatus for manufacturing a magnetic sensor device, and corresponding magnetic sensor device
JP4630544B2 (en) A method of orienting the magnetization direction of a magnetic layer of a selected magnetic element out of a plurality of magnetic elements constituting a bridge structure in a direction opposite to the magnetization direction of a magnetic layer of another magnetic element
JP2008197089A (en) Magnetic sensor element and method for manufacturing the same
JP3341237B2 (en) Magnetic sensor element
JP4047955B2 (en) Magnetic impedance sensor
JP2005502052A (en) Three-dimensional strap for magnetoresistive sensors
RU2436200C1 (en) Magnetoresistive sensor
JP3360168B2 (en) Magnetic impedance element
JP2004340953A (en) Magnetic field sensing element, manufacturing method therefor, and device using them
JP4069419B2 (en) Magneto-impedance element
JP2000193407A (en) Magnetic positioning device
JP3676579B2 (en) Magneto-impedance element
JP2001217478A (en) Magnetic resistance element
JP4026050B2 (en) Magnetic field detection element
JP3969002B2 (en) Magnetic sensor
JP4171979B2 (en) Magneto-impedance element
JP2007178319A (en) Magnetic detection element and its manufacturing method
JP2003161770A (en) Magnetism detecting element
JP2006208020A (en) Biaxial magnetic sensor, and manufacturing method therefor
JP3922441B2 (en) Magneto-impedance element
JPH0266479A (en) Magnetoresistance effect element
JP2001217484A (en) Method of manufacturing for huge magnetic resistance sensor
JP4474835B2 (en) Magneto-impedance element
JP2001305163A (en) Current sensor
JP3494947B2 (en) MI element control device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050517

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070412

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Effective date: 20080102

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 3

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 4

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 4

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 4

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees