JP2007178319A

JP2007178319A - 磁気検出素子及びその製造方法

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Publication number: JP2007178319A
Application number: JP2005378364A
Authority: JP
Inventors: Masatomo Koseki; 政智小関; Norimitsu Hoshi; 則光星; Naoko Tachibana; 奈緒子橘
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】製造技術が確立された、つづら折り状あるいはミアンダ状の磁性薄膜による感磁部を用いながら、更に磁界検出感度を向上させ、作製の容易な磁気検出素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】磁気インピーダンス効果を有する磁性体として磁性薄膜部を備える磁気検出素子において、その磁性薄膜部は互いに略平行な磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを導体膜２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで繋ぎ合わせた形状のつづら折り状若しくはミアンダ状であり、検出する外部磁界を前記磁性薄膜部へ収束させるための、その磁性薄膜部と同一工程で成膜される磁束収束部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊからなる磁気レンズが設けられた磁気検出素子である。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子及びその製造方法に関し、特に、高感度且つ高精度に磁界を検出する必要のある地磁気検出、非破壊検査、あるいは生体磁気検出等の使用に適した磁気検出素子及びその製造方法に関する。

磁気インピーダンス素子は、磁性体に数ＭＨｚ以上の高周波キャリア電流を印加した場合に生ずる表皮効果の表皮深さがこの磁性体の透磁率の平方根の逆数に比例すること及びその磁性体の透磁率が外部磁界により大きく変動することに起因して、磁性体のインピーダンスが外部磁界によって変動する性質を利用した磁気センサである。

特許文献１では、磁性層と導体層の構成において、Ｃｏ系磁性材料の特定の組成範囲でインピーダンス変化が大きくなる素子が開示されている。

また、特許文献２では、非磁性基板上に高透磁率磁性膜を形成して構成され、ひとつの直線が途中で複数回平行に折り返された形状で、その長手方向に対し垂直な方向となるように磁気異方性が付けられた素子が開示されている。このように複数回折り返すことで、磁性膜の総延長を長くし、高インピーダンスを確保しながら素子形状寸法の小さい磁気インピーダンス素子となる。

更に、特許文献３で、インピーダンスブリッジの抵抗片を非磁性体にして小型化し、渦巻きコイル、薄膜コイル、磁性膜による磁気バイアス手段が開示されている。

この磁気インピーダンス素子の製造方法は、誘電体基板にフォトレジストを塗布し露光を行い素子形状のレジストマスキングを作製して、高透磁率磁性薄膜をスパッタ装置等にて成膜する。その後、リフトオフ法にて磁性薄膜パターニングを行うことで、高透磁率磁性薄膜を形成する。次に磁場中熱処理を真空中で行い、スパッタ状態の異方性を取り除き、且つパターニングした磁性薄膜の長手方向に垂直な幅方向に異方性を付与する。更に、前記同様のフォトレジストを用いた工程によって導体膜のレジストマスキングを作製し、導体膜のパターニングを行う製法である。

特開平１０−９０３８０号公報特開２０００−２０６２１７号公報特開２００２−６０１５号公報

従来からの、つづら折り状あるいはミアンダ状の磁性薄膜素子は、その製造技術が確立されており、それを使いながら、更にセンサ素子としての磁界検出感度を向上させることが要求されている。

そこで、本発明の課題は、つづら折り状あるいはミアンダ状の磁性薄膜による感磁部を用い、更に磁界検出感度を向上させ、作製の容易な磁気検出素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明では、前記課題解決のため、印加する高周波キャリア電流によって磁性体に生じる表皮効果の表皮深さが外部磁界に応じて変わることで前記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により作動し、前記磁性体として磁性薄膜部を有する磁気検出素子において、前記磁性薄膜部は互いに略平行な直線状磁性薄膜を繋ぎ合わせた形状のつづら折り状若しくはミアンダ状であり、検出する外部磁界を前記磁性薄膜部へ収束させるための、前記磁性薄膜部と同一工程で成膜される磁性膜からなる磁気レンズが設けられたことを特徴とする磁気検出素子により、センサ素子の磁界検出感度を向上させる手法を提供する。

また、本発明では、前記磁気検出素子の製造方法において、前記磁性薄膜部及び前記磁気レンズをスパッタ法により成膜することを特徴とする磁気検出素子の製造方法により、生産性に優れる製造方法を提供する。

本発明により、つづら折り状若しくはミアンダ状の磁性薄膜素子部に印加される外部磁界を収束させるための磁性膜を成膜することで、従来から確立された磁性薄膜素子に対し、磁気レンズの効果を得ることが出来、磁界センサとしての検出感度を向上させることが出来る。また、同一磁性薄膜工程にて磁束を収束させる膜を成膜することで、それら磁束収束効果をもたらす磁気レンズを工程を増やさずに比較的簡単に製作することが出来る。

以下に、図面を参照し、本発明の実施の形態による磁気検出素子及びその製造方法、使用方法について説明する。

（実施の形態１）
まず、従来技術と共通に用いる磁気検出素子部分を明らかにすると共に、比較例としての従来技術による磁気検出素子とその製作方法を説明する。図５は、従来技術による磁気検出素子の斜視図であり、その磁性薄膜コア（感磁部）と導体膜パターン形状を説明した図である。同図に示すように、ガラス基板３０の上に、厚さ２μｍ、長さ１ｍｍの感磁部となる磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを５本並べる。この磁性材としては、たとえばＣｏ系磁性材料を用いることが出来る。

磁性薄膜コアのパターニング後、磁性薄膜コア幅方向より磁界を印加しながら真空中にて熱処理を施し、一軸異方性を付与する。その後、厚さ１μｍの導体膜２０ａ，２０ｂで磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを直接に繋ぎあわせ、互いに略平行な直線状磁性薄膜を繋ぎ合わせた形状のつづら折り状若しくはミアンダ状の磁気薄膜部を形成する。その両端部を導体膜２１ａ，２１ｂで電極パッド２２ａ，２２ｂに接続する。以上が従来技術による磁気検出素子の製作方法である。

その電極パッド２２ａ，２２ｂの間に高周波プローブを接続し、ネットワークアナライザーにて１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの高周波電流を印加して、磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅの長手方向に外部磁界を（−２０〜２０）×１０³／４π（Ａ／ｍ）の範囲で印加してインピーダンスの変化を観察した。

図３は外部磁界変化に対するインピーダンス特性の交流磁気バイアス法の説明図であり、図３（ａ）は交流バイアス磁界印加の様子を示す説明図であり、縦軸はインピーダンスＺの絶対値を表し、横軸のＨexは外部磁界を表す。また、図３（ｂ）は外部磁界に対するセンサ出力を示す図であり、縦軸のＶoutはセンサ出力電圧を表す。

交流バイアス磁界を印加する場合、図３に示すように、磁界−インピーダンス特性の磁界正側、負側両方の傾斜部分に磁気バイアスを印加する。そして、外部磁界変化によりバイアスポイントがずれ、それを負帰還磁界によりバイアスポイントの位置をもどす。そのバイアスポイントのずれ分を電圧変化として検出する。

図１は、本発明の実施の形態１での磁気検出素子を示す斜視図であり、磁気レンズ効果を有する磁気検出素子の磁性薄膜と導体膜パターンの配置を説明している。図５に示す感磁部となる磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅの端部に間隔を空け，その磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅと同一工程内にてＣｏ系の磁性膜からなる磁束収束部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊを成膜し磁気レンズとする。ここで、ひとつの磁束収束部１１ａの形状は台形状または三角形状であり、磁性薄膜コア１０ａの端部に近づくにつれて、その幅が狭くなる形状である。このとき、磁性薄膜コアと磁束収束部の成膜にはスパッタ法が好適であるが、他の成膜方法を用いることも出来る。なお、図１では、従来技術による図５と共通の、磁性薄膜コア、導体膜及び電極パッドの部分を磁気検出素子部分５０１として破線で囲んで表示した。

ところで、本実施の形態１での磁気検出素子の作製方法は、磁束収束部を磁性薄膜コアと同一工程内で作製する点を除いて、すでに従来技術として図５で示した磁気検出素子の作製と同様の工程を踏んで作製できるので、その作製が容易である。

また、図４は従来の磁界−インピーダンス特性と本発明に係る磁束収束部を設けた場合の磁界−インピーダンス特性を比較し説明した図である。図４（ａ）は磁界−インピーダンス特性を示し、図４（ｂ）は外部磁界に対するセンサ特性を示す。

通常、図５に示した磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅの端部を通る磁束に対し、磁束収束部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊを設けることで磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅに磁束を収束させ、外部磁界の磁束変化を増幅する効果が現れる。結果、従来に比べ、磁界−インピーダンス特性の傾斜部分の勾配が大きくなり、外部磁界に対するセンサ素子の磁界検出感度が向上する。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２での磁気検出素子を示す斜視図である。同図では、磁性膜からなる磁束収束部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ及び磁気検出素子部分５０１をまとめて、磁気検出素子部分及び磁束収束部パターン５０２として表した。

本実施の形態２では、磁気レンズを構成する磁束収束部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊに隣接し、更に磁気レンズ効果を高めるために、矩形状磁性膜１２ａ，１２ｂを設けた。その矩形状磁性膜１２ａ，１２ｂは、磁束収束部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊと同様に磁性薄膜コア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ（図１参照）と同一工程内にて製作する。矩形状磁性膜１２ａ，１２ｂを設けることで更に磁束の洩れを防ぎ、センサ素子の磁界検出感度が向上する。本実施の形態においても、磁性膜は磁性薄膜コア及び磁束収束部と同一の工程で成膜するので、その作製は容易である。

本発明の実施の形態１での磁気検出素子を示す斜視図。本発明の実施の形態２での磁気検出素子を示す斜視図。外部磁界変化に対するインピーダンス特性の交流磁気バイアス法の説明図であり、図３（ａ）は交流バイアス磁界印加の様子を示す説明図、図３（ｂ）は外部磁界に対するセンサ出力を示す図。本発明に係る磁束収束部を設けた場合の磁界−インピーダンス特性と従来の磁界−インピーダンス特性とを比較説明した図であり、図４（ａ）は磁界−インピーダンス特性の比較図、図４（ｂ）は外部磁界に対するセンサ特性の比較図。従来技術による磁気検出素子の斜視図。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ磁性薄膜コア
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ磁束収束部
１２ａ，１２ｂ矩形状磁性膜
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２１ａ，２１ｂ導体膜
２２ａ，２２ｂ電極パッド
３０ガラス基板
５０１磁気検出素子部分
５０２磁気検出素子部分及び磁束収束部パターン

Claims

印加する高周波キャリア電流によって磁性体に生じる表皮効果の表皮深さが外部磁界に応じて変わることで前記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により作動し、前記磁性体として磁性薄膜部を有する磁気検出素子において、前記磁性薄膜部は互いに略平行な直線状磁性薄膜を繋ぎ合わせた形状のつづら折り状若しくはミアンダ状であり、検出する外部磁界を前記磁性薄膜部へ収束させるための、前記磁性薄膜部と同一工程で成膜される磁性膜からなる磁気レンズが設けられたことを特徴とする磁気検出素子。
請求項１記載の磁気検出素子の製造方法において、前記磁性薄膜部及び前記磁気レンズをスパッタ法により成膜することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。