JP2019070546A - Magnetic sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic sensor and a method of manufacturing the same.
磁気抵抗素子を備える磁気センサを開示した先行文献として、特開平8−105950号公報(特許文献1)がある。特許文献1に記載された磁気センサにおいては、基板上に形成されたインジウムアンチモナイト(InSb)からなる半導体膜がパターニングされて、2つの磁気抵抗素子が互いに間隔をあけて形成されている。インジウムアンチモナイト(InSb)は、感磁体として機能する。
As a prior art document which disclosed the magnetic sensor provided with the magnetoresistive element, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 8-105950 (patent document 1). In the magnetic sensor described in
インジウムアンチモナイト(InSb)からなる半導体膜をパターニングして磁気抵抗素子を形成する場合、インジウムアンチモナイトの使用量における、感磁体として機能するインジウムアンチモナイトの割合が低い。インジウムアンチモナイト(InSb)は、高価な材料であるため、インジウムアンチモナイト(InSb)の使用量を少なくして磁気センサを廉価にしつつ磁気センサの感度の低下を抑制することが求められている。 In the case of forming a magnetoresistive element by patterning a semiconductor film made of indium antimonite (InSb), the proportion of indium antimonite functioning as a magnetosensitive body in the amount of use of indium antimonite is low. Since indium antimonite (InSb) is an expensive material, it is required to reduce the amount of indium antimonite (InSb) used to make the magnetic sensor inexpensive and to suppress the decrease in the sensitivity of the magnetic sensor.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、インジウムアンチモナイト(InSb)の使用量を低減して磁気センサを廉価にしつつ磁気センサの感度の低下を抑制できる、磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to reduce the amount of use of indium antimonite (InSb) to make the magnetic sensor inexpensive and to suppress the decrease in the sensitivity of the magnetic sensor and the magnetic sensor The purpose is to provide a manufacturing method.
本発明に基づく磁気センサの製造方法は、一方の主面上に感磁体となりうる半導体膜が形成された基板を分割し、感磁体を含む、第1感磁素子および第2感磁素子を形成する工程と、第1感磁素子と第2感磁素子との間に磁性体部材が位置するように、第1感磁素子、第2感磁素子および磁性体部材を配置する工程と、第1感磁素子および第2感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石を配置する工程とを備える。 The method of manufacturing a magnetic sensor according to the present invention divides a substrate on which a semiconductor film which can be a magnetosensitive body is formed on one main surface, and forms a first magnetosensitive element and a second magnetosensitive element including the magnetosensitive body. Placing the first magneto-sensitive element, the second magneto-sensitive element, and the magnetic member such that the magnetic member is positioned between the first magneto-sensitive element and the second magneto-sensitive element; Arranging a bias magnet for applying a bias magnetic field to the first and second magnetic sensing elements.
本発明に基づく磁気センサの製造方法の一形態においては、基板と磁性体部材とが、互いに同じ磁性体材料で構成されている。 In one mode of a method of manufacturing a magnetic sensor based on the present invention, the substrate and the magnetic member are made of the same magnetic material.
本発明に基づく磁気センサの製造方法の一形態においては、半導体膜が、インジウムアンチモナイト(InSb)で構成されている。 In one embodiment of the method of manufacturing a magnetic sensor according to the present invention, the semiconductor film is made of indium antimonite (InSb).
本発明に基づく磁気センサは、基材の一方の主面上に形成された半導体膜からなる感磁体を含む、第1感磁素子および第2感磁素子と、第1感磁素子と第2感磁素子との間に位置する磁性体部材と、第1感磁素子および第2感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石とを備える。 A magnetic sensor according to the present invention comprises a first magnetosensitive element and a second magnetosensitive element including a magnetosensitive body formed of a semiconductor film formed on one of the main surfaces of a substrate, and a first magnetosensitive element and a second magnetosensitive element. And a bias magnet for applying a bias magnetic field to the first magnetic sensing element and the second magnetic sensing element.
本発明に基づく磁気センサの一形態においては、基材と磁性体部材とが、互いに同じ磁性体材料で構成されている。 In one form of the magnetic sensor based on the present invention, the substrate and the magnetic member are made of the same magnetic material.
本発明に基づく磁気センサの一形態においては、半導体膜が、インジウムアンチモナイト(InSb)で構成されている。 In one form of the magnetic sensor according to the present invention, the semiconductor film is made of indium antimonite (InSb).
本発明によれば、インジウムアンチモナイト(InSb)の使用量を低減して磁気センサを廉価にしつつ磁気センサの感度の低下を抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the sensitivity of a magnetic sensor can be suppressed, reducing the usage-amount of indium antimonite (InSb) and making a magnetic sensor inexpensive.
以下、本発明の一実施形態に係る磁気センサおよびその製造方法について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same or corresponding portions in the drawings are denoted by the same reference characters, and the description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を示す断面図である。図2は、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える、第1感磁素子、第2感磁素子および磁性体部材を矢印II方向から見た平面図である。図3は、図2の第1感磁素子をIII−III線矢印方向から見た断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the first magnetosensitive element, the second magnetosensitive element, and the magnetic member included in the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention as viewed in the direction of arrow II. FIG. 3 is a cross-sectional view of the first magnetosensitive element of FIG. 2 as viewed in the direction of arrows of III-III line.
図1〜図3に示すように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ100は、第1感磁素子110および第2感磁素子120と、磁性体部材130と、バイアス磁石140とを備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, a
第1感磁素子110および第2感磁素子120の各々は、基材10の一方の主面10s上に形成された半導体膜11からなる感磁体を含む。第1感磁素子110と第2感磁素子120とは、X軸方向において互いに間隔をあけて配置されている。磁性体部材130は、第1感磁素子110と第2感磁素子120との間に位置している。バイアス磁石140は、第1感磁素子110および第2感磁素子120にバイアス磁界を印加する。
Each of the first
本実施形態においては、第1感磁素子110、第2感磁素子120、磁性体部材130およびバイアス磁石140は、樹脂製のケース170に収容されている。樹脂製のケース170には、金属製のカバー180が取り付けられている。第1感磁素子110、第2感磁素子120および磁性体部材130は、ケース170とカバー180とに囲まれた空間に配置されている。
In the present embodiment, the first
磁気センサ100は、第1感磁素子110と電気的に接続される第1端子161と、第2感磁素子120と電気的に接続される第2端子162と、第1感磁素子110と第1端子161とを互いに接続する第1接続部材151と、第2感磁素子120と第2端子162とを互いに接続する第2接続部材152とをさらに備える。
The
第1接続部材151および第2接続部材152の各々は、たとえば、ワイヤボンディング用のワイヤである。第1端子161および第2端子162の各々は、ケース170からZ軸方向の他方側に引き出されている。
Each of the
バイアス磁石140は、第1感磁素子110および第2感磁素子120と対向している。バイアス磁石140による磁束は、第1感磁素子110および第2感磁素子120を主にZ軸方向に通過する。
The
バイアス磁石140の材料として、等方性フェライト、異方性フェライト、サマリウムコバルト、アルニコまたはネオジムなどを用いることができる。バイアス磁石140の材料として、異方性フェライト、サマリウムコバルトまたはネオジムを用いた場合、バイアス磁石140の保磁力を大きくできるため、バイアス磁石140の磁気特性の安定性を高めることができる。バイアス磁石140は、焼結磁石またはボンド磁石で構成されていてもよい。
As a material of the
以下、第1感磁素子110、第2感磁素子120および磁性体部材130について詳細に説明する。
Hereinafter, the first
第1感磁素子110および第2感磁素子120の各々は、Y軸方向に沿って設けられている。基材10は、フェライトなどの磁性体材料で構成されている。
Each of the first and second magneto-
第1感磁素子110は、複数の単位感磁体111、および、複数の単位感磁体111において互いに隣り合う単位感磁体111同士の間に1つずつ配置されて複数の単位感磁体111を直列に接続する複数の接続導体112を含む。第1感磁素子110のY軸方向の一方の端部に接続端子113が設けられている。第1感磁素子110のY軸方向の他方の端部に接続端子114が設けられている。
The first
第2感磁素子120は、複数の単位感磁体121、および、複数の単位感磁体121において互いに隣り合う単位感磁体121同士の間に1つずつ配置されて複数の単位感磁体121を直列に接続する複数の接続導体122を含む。第2感磁素子120のY軸方向の一方の端部に接続端子123が設けられている。第2感磁素子120のY軸方向の他方の端部に接続端子124が設けられている。
The second
図3に示すように、基材10上に半導体膜11が形成されており、半導体膜11上に導電体層12がパターニングされて設けられている。半導体膜11の電気抵抗が導電体層12の電気抵抗より高いため、半導体膜11上に導電体層12が設けられている部分においては、電流は主に導電体層12を流れる。
As shown in FIG. 3, the
半導体膜11において導電体層12に覆われていない部分が単位感磁体111,121となり、半導体膜11において導電体層12に覆われている部分が接続導体112,122または接続端子113,114,123,124となる。導電体層12は、アルミニウムなどの電気伝導率の高い金属で構成されている。導電体層12は、蒸着装置などを用いて形成されている。
Portions of the
半導体膜11は、インジウムアンチモナイド(InSb)で構成されている。半導体膜11は、後述するインジウムアンチモナイド基板11mの一部で構成されている。具体的には、半導体膜11は、一方の主面に後述する導電体層12mが蒸着により形成されたインジウムアンチモナイド基板11mの他方の主面を研磨して薄膜化することにより形成されている。
The
ここで、本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法について説明する。
図4は、研磨されたインジウムアンチモナイド基板の他方の主面を基板の一方の主面に貼り付けた状態を示す側面図である。図4に示すように、研磨されたインジウムアンチモナイド基板11mの他方の主面が、基板10mの一方の主面10msに貼り付けられる。インジウムアンチモナイド基板11mの一方の主面には、導電体層12mが形成されている。
Here, a method of manufacturing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a side view showing a state in which the other main surface of the polished indium antimonide substrate is attached to one main surface of the substrate. As shown in FIG. 4, the other main surface of the polished
本実施形態においては、ダイサーなどを用いて、図4に示すカットラインCに沿って、一方の主面10ms上に感磁体となりうる半導体膜が形成された基板10mを分割することにより、第1感磁素子110および第2感磁素子120を形成する。
In the present embodiment, the
すなわち、研磨されたインジウムアンチモナイド基板11mの他方の主面が、基板10mの一方の主面10msに貼り付けられた状態で、カットラインCに沿って、基板10m、インジウムアンチモナイド基板11mおよび導電体層12mを分割することにより、基材10、半導体膜11および導電体層12からなる、第1感磁素子110および第2感磁素子120を形成する。
That is, in a state where the other main surface of the polished
次に、第1感磁素子110と第2感磁素子120との間に磁性体部材130が位置するように、第1感磁素子110、第2感磁素子120および磁性体部材130を配置する。
Next, the first
図5は、第1感磁素子、第2感磁素子および磁性体部材を配置した状態を示す側面図である。図5に示すように、第1感磁素子110の基材10と、第2感磁素子120の基材10とに挟まれるように、磁性体部材130が配置される。磁性体部材130は、基材と同じ、フェライトなどの磁性体材料で構成されている。
FIG. 5 is a side view showing a state in which the first magnetosensitive element, the second magnetosensitive element, and the magnetic member are disposed. As shown in FIG. 5, the
本実施形態においては、磁性体部材130は、第1感磁素子110の基材10および第2感磁素子120の基材10の各々と、接着剤によって接合されて一体に構成されている。なお、第1感磁素子110、第2感磁素子120および磁性体部材130は、必ずしも一体に構成されていなくてもよい。
In the present embodiment, the
次に、図1に示すように、第1感磁素子110および第2感磁素子120にバイアス磁界が印加されるように、第1感磁素子110、第2感磁素子120およびバイアス磁石140を配置する。
Next, as shown in FIG. 1, the first
第1感磁素子110の接続端子113は、第1接続部材151によって第1端子161に接続される。第2感磁素子120の接続端子123は、第2接続部材152によって第2端子162に接続される。第1感磁素子110の接続端子114は、第2感磁素子120の接続端子124と接続される。
The
図6は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。図6に示すように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ100においては、ハーフブリッジ回路が構成されている。具体的には、接続端子113には、駆動電圧が入力される。接続端子114と接続端子124との接続部から中間電位が出力される。接続端子123は、接地されている。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the
上記のように構成された磁気センサ100において、図1に示すように、第1感磁素子110および第2感磁素子120に対して、カバー180を間に挟んでZ軸方向の一方側の位置を、被検出物1がX軸方向に通過する。
In the
磁気センサ100が被検出物1を検出する際、被検出物1に設けられている強磁性体を検出する場合と、被検出物1に設けられている非磁性体を検出する場合とがある。強磁性体としては、たとえば、酸化鉄またはフェライトなどがある。非磁性体としては、オーステナイト系のステンレス鋼などがある。
When the
磁気センサ100の出力特性としては、強磁性体および非磁性体の両方の出力が高いことが好ましい。ここで、バイアス磁界の磁界強度と、強磁性体および非磁性体に対する磁気センサの出力との関係について、シミュレーション解析を行なった実験結果について説明する。
It is preferable that the output characteristics of the
図7は、バイアス磁界の磁界強度と、強磁性体および非磁性体に対する磁気センサの出力との関係示すグラフである。図7においては、縦軸に磁気センサの出力、横軸にバイアス磁界の磁界強度を示している。図7においては、強磁性体に対する磁気センサの出力を実線で、非磁性体に対する磁気センサの出力を点線で示している。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the magnetic field strength of the bias magnetic field and the output of the magnetic sensor for ferromagnetic and nonmagnetic materials. In FIG. 7, the vertical axis represents the output of the magnetic sensor, and the horizontal axis represents the magnetic field strength of the bias magnetic field. In FIG. 7, the output of the magnetic sensor with respect to the ferromagnetic material is indicated by a solid line, and the output of the magnetic sensor with respect to the nonmagnetic material is indicated by a dotted line.
図7に示すように、非磁性体に対する磁気センサの出力は、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって大きくなっていた。一方、強磁性体に対する磁気センサの出力は、バイアス磁界の磁界強度がL1を超えるまでは、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって大きくなり、バイアス磁界の磁界強度がL1を超えた後は、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって小さくなっていた。バイアス磁界の磁界強度がL2を超えた後は、強磁性体に対する磁気センサの出力は、非磁性体に対する磁気センサの出力を下回っていた。 As shown in FIG. 7, the output of the magnetic sensor with respect to the nonmagnetic material increases as the magnetic field strength of the bias magnetic field increases. On the other hand, the output of the magnetic sensor for the ferromagnetic body increases as the magnetic field strength of the bias magnetic field increases until the magnetic field strength of the bias magnetic field exceeds L1, and after the magnetic field strength of the bias magnetic field exceeds L1, It became small as the magnetic field intensity of the bias magnetic field became large. After the magnetic field strength of the bias magnetic field exceeded L2, the output of the magnetic sensor for the ferromagnetic body was lower than the output of the magnetic sensor for the nonmagnetic body.
これは、バイアス磁界の磁界強度がL1となった時点で強磁性体が磁気飽和するとともに、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって磁気センサの感度が低下しているためである。したがって、強磁性体に対する磁気センサの出力低下を抑制するためには、第1感磁素子110および第2感磁素子120に印加されるバイアス磁界の磁界強度が高くなりすぎないようにすることが必要である。
This is because the ferromagnetic material is magnetically saturated when the magnetic field strength of the bias magnetic field becomes L1, and the sensitivity of the magnetic sensor is lowered as the magnetic field strength of the bias magnetic field is increased. Therefore, in order to suppress the decrease in the output of the magnetic sensor with respect to the ferromagnetic body, the magnetic field strength of the bias magnetic field applied to the first and second
そこで、本実施形態に係る磁気センサ100においては、第1感磁素子110と第2感磁素子120との間に、磁性体部材130を配置している。ここで、磁性体部材130を配置していない比較例に係る磁気センサと、本実施形態に係る磁気センサ100とにおいて、バイアス磁界のX軸方向における磁界強度分布についてシミュレーション解析を行なった実験結果について説明する。
Therefore, in the
図8は、X軸方向におけるバイアス磁界の磁界強度分布を示すグラフである。図8においては、縦軸にバイアス磁界の磁界強度、横軸にX軸方向の位置を示している。図8においては、本実施形態に係る磁気センサ100の出力を実線で、比較例に係る磁気センサの出力を点線で示している。図8中のX軸方向の位置L3が第1感磁素子110の位置であり、図8中のX軸方向の位置L4が第2感磁素子120の位置である。
FIG. 8 is a graph showing the magnetic field strength distribution of the bias magnetic field in the X-axis direction. In FIG. 8, the vertical axis indicates the magnetic field strength of the bias magnetic field, and the horizontal axis indicates the position in the X-axis direction. In FIG. 8, the output of the
図8に示すように、比較例に係る磁気センサにおいては、X軸方向における第1感磁素子110と第2感磁素子120との間の位置に磁性体部材130が配置されていないため、バイアス磁界の磁界強度は、第1感磁素子110の近傍で高くなった後、第2感磁素子120側に行くにしたがって急激に低下し、第2感磁素子120の近傍で再度高くなっていた。
As shown in FIG. 8, in the magnetic sensor according to the comparative example, since the
一方、X軸方向における第1感磁素子110と第2感磁素子120との間の位置に磁性体部材130が配置されている本実施形態に係る磁気センサ100においては、第1感磁素子110と第2感磁素子120との間の位置では、バイアス磁界の磁界強度が略一定に維持されており、比較例に係る磁気センサに比較して、第1感磁素子110および第2感磁素子120の各々に印加されるバイアス磁界の磁界強度が低くなっていた。
On the other hand, in the
図9は、比較例の磁気センサの感度と本実施形態に係る磁気センサの感度とを示すグラフである。図9においては、縦軸に、比較例に係る磁気センサの感度を1.0として規格化した磁気センサの感度を、横軸に、サンプル名を示している。 FIG. 9 is a graph showing the sensitivity of the magnetic sensor of the comparative example and the sensitivity of the magnetic sensor according to the present embodiment. In FIG. 9, the vertical axis indicates the sensitivity of the magnetic sensor normalized with the sensitivity of the magnetic sensor according to the comparative example set to 1.0, and the horizontal axis indicates the sample name.
図9に示すように、本実施形態に係る磁気センサ100の感度は、比較例の磁気センサの感度に対して、約1.5倍高くなっていた。
As shown in FIG. 9, the sensitivity of the
上記の実験結果から確認されたように、本実施形態に係る磁気センサ100においては、X軸方向における第1感磁素子110と第2感磁素子120との間の位置に磁性体部材130が配置されているため、第1感磁素子110および第2感磁素子120に印加されるバイアス磁界の磁界強度が高くなりすぎないようにすることができる。
As confirmed from the above experimental results, in the
その結果、バイアス磁界の磁界強度を高くして非磁性体に対する磁気センサの出力を高くしつつ、磁気センサの感度の低下を抑制して、強磁性体に対する磁気センサの出力を高く維持することができる。よって、強磁性体および非磁性体の両方に対する磁気センサ100の出力を高くすることができる。
As a result, while increasing the magnetic field strength of the bias magnetic field to increase the output of the magnetic sensor to the nonmagnetic material, the decrease in the sensitivity of the magnetic sensor is suppressed, and the output of the magnetic sensor to the ferromagnetic material is maintained high. it can. Thus, the output of the
本実施形態に係る磁気センサ100の製造方法においては、インジウムアンチモナイト(InSb)からなる半導体膜をパターニングせずに分割して使用しているため、インジウムアンチモナイトの使用量における、感磁体として機能するインジウムアンチモナイトの割合を高めることができる。その結果、インジウムアンチモナイト(InSb)の使用量を低減して磁気センサ100を廉価にすることができる。
In the method of manufacturing the
また、本実施形態に係る磁気センサ100の製造方法においては、基板10mと磁性体部材130とが、互いに同じ磁性体材料で構成されているため、第1感磁素子110と第2感磁素子120との間の位置においてバイアス磁界の磁界強度を略一定に維持することができる。これにより、磁気センサ100の感度を安定させることができる。
Further, in the method of manufacturing the
本発明の一実施形態に係る磁気センサ100は、マルチチャンネル磁気センサとして構成されていてもよい。また、磁気センサ100は、紙幣識別装置または自動改札機などに適用可能である。
The
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。 In the description of the above-described embodiments, the combinations of combinations may be combined with each other.
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and is intended to include all the modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1 被検出物、10 基材、10m 基板、10ms,10s 主面、11 半導体膜、11m インジウムアンチモナイド基板、12,12m 導電体層、100 磁気センサ、110 第1感磁素子、111,121 単位感磁体、112,122 接続導体、113,114,123,124 接続端子、120 第2感磁素子、130 磁性体部材、140 バイアス磁石、151 第1接続部材、152 第2接続部材、161 第1端子、162 第2端子、170 ケース、180 カバー。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1感磁素子と前記第2感磁素子との間に磁性体部材が位置するように、前記第1感磁素子、前記第2感磁素子および前記磁性体部材を配置する工程と、
前記第1感磁素子および前記第2感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石を配置する工程とを備える、磁気センサの製造方法。 Dividing a substrate on which a semiconductor film capable of becoming a magnetosensitive body is formed on one main surface, and forming a first magnetosensitive element and a second magnetosensitive element including the magnetosensitive body;
Arranging the first magnetosensitive element, the second magnetosensitive element, and the magnetic member such that a magnetic member is positioned between the first magnetosensitive element and the second magnetosensitive element;
And b. Disposing a bias magnet for applying a bias magnetic field to the first and second magnetic sensing elements.
前記第1感磁素子と前記第2感磁素子との間に位置する磁性体部材と、
前記第1感磁素子および前記第2感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石とを備える、磁気センサ。 A first magnetosensitive element and a second magnetosensitive element including a magnetosensitive body made of a semiconductor film formed on one main surface of the substrate;
A magnetic member positioned between the first and second magnetic sensing elements;
A magnetic sensor comprising: a bias magnet that applies a bias magnetic field to the first and second magnetic sensing elements.
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