JP3089828B2 - 強磁性磁気抵抗素子 - Google Patents
強磁性磁気抵抗素子Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、強磁性体の磁気抵抗
効果を利用して磁界を検出する強磁性磁気抵抗素子に関
する。
効果を利用して磁界を検出する強磁性磁気抵抗素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の強磁性磁気抵抗素子は、磁化方向
と電流方向とのなす角度により抵抗率が変化する強磁性
磁気抵抗効果を有するＮｉ−Ｆｅ系合金またはＮｉ−Ｃ
ｏ系合金の薄膜を絶縁基板上に形成し、フォトリソグラ
フィにより磁界感磁部と引き出し電極部を形成し、必要
に応じて基板表面に保護膜を形成することにより構成し
ている。そして、一軸異方性を補完あるいは付与するた
め、磁界感磁部の表面にその磁気容易軸方向に平行にハ
ードバイアス層を形成している。
と電流方向とのなす角度により抵抗率が変化する強磁性
磁気抵抗効果を有するＮｉ−Ｆｅ系合金またはＮｉ−Ｃ
ｏ系合金の薄膜を絶縁基板上に形成し、フォトリソグラ
フィにより磁界感磁部と引き出し電極部を形成し、必要
に応じて基板表面に保護膜を形成することにより構成し
ている。そして、一軸異方性を補完あるいは付与するた
め、磁界感磁部の表面にその磁気容易軸方向に平行にハ
ードバイアス層を形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の強磁
性磁気抵抗素子においては、例えば一方向に着磁したま
ま動作点をシフトさせる場合に、従来は外部磁界により
バイアス磁界を印加するのが一般的であり、このような
外部磁界を印加しない場合には、部分的に所望の方向に
着磁するか、電流によるバイアス磁界を印加する方法が
採られている。しかしながら、これらはいずれも素子構
造が複雑であり、その製造工程も煩雑であった。
性磁気抵抗素子においては、例えば一方向に着磁したま
ま動作点をシフトさせる場合に、従来は外部磁界により
バイアス磁界を印加するのが一般的であり、このような
外部磁界を印加しない場合には、部分的に所望の方向に
着磁するか、電流によるバイアス磁界を印加する方法が
採られている。しかしながら、これらはいずれも素子構
造が複雑であり、その製造工程も煩雑であった。
【０００４】この発明の目的は、素子構造の複雑化を避
け、例えば一方向に着磁したまま動作点をシフトさせる
ことのできる強磁性磁気抵抗素子を提供することにあ
る。
け、例えば一方向に着磁したまま動作点をシフトさせる
ことのできる強磁性磁気抵抗素子を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の強磁性磁気抵
抗素子は、絶縁基板上に強磁性磁気抵抗膜パターンを形
成し、前記強磁性磁気抵抗膜パターンの一軸異方性の磁
化容易軸方向に対して傾斜したハードバイアス膜パター
ンを、前記絶縁基板上で且つ前記強磁性磁気抵抗膜パタ
ーンの近傍に形成したことを特徴とする。
抗素子は、絶縁基板上に強磁性磁気抵抗膜パターンを形
成し、前記強磁性磁気抵抗膜パターンの一軸異方性の磁
化容易軸方向に対して傾斜したハードバイアス膜パター
ンを、前記絶縁基板上で且つ前記強磁性磁気抵抗膜パタ
ーンの近傍に形成したことを特徴とする。
【０００６】
【作用】この発明の強磁性磁気抵抗素子では、絶縁基板
上に強磁性磁気抵抗膜パターンが形成され、この強磁性
磁気抵抗膜パターンの一軸異方性の磁化容易軸方向に対
して傾斜したハードバイアス膜パターンが、絶縁基板上
で且つ強磁性磁気抵抗膜パターンの近傍に形成されてい
る。したがって、ハードバイアス膜パターンを強磁性磁
気抵抗膜パターンの磁化容易軸方向に着磁することによ
って、従来のようなバイアス磁界を印加する磁石や、バ
イアス磁界発生コイル等を設けることなく、強磁性磁気
抵抗膜パターンの磁化容易軸に対し垂直成分を持ったバ
イアス磁界が強磁性磁気抵抗膜パターンに与えられ、動
作磁界点のシフトした強磁性磁気抵抗素子が得られる。
上に強磁性磁気抵抗膜パターンが形成され、この強磁性
磁気抵抗膜パターンの一軸異方性の磁化容易軸方向に対
して傾斜したハードバイアス膜パターンが、絶縁基板上
で且つ強磁性磁気抵抗膜パターンの近傍に形成されてい
る。したがって、ハードバイアス膜パターンを強磁性磁
気抵抗膜パターンの磁化容易軸方向に着磁することによ
って、従来のようなバイアス磁界を印加する磁石や、バ
イアス磁界発生コイル等を設けることなく、強磁性磁気
抵抗膜パターンの磁化容易軸に対し垂直成分を持ったバ
イアス磁界が強磁性磁気抵抗膜パターンに与えられ、動
作磁界点のシフトした強磁性磁気抵抗素子が得られる。
【０００７】
【実施例】この発明の第１の実施例に係る強磁性磁気抵
抗素子の構造を平面図として図１に示す。図１において
１ａは絶縁性ガラス板、２ａは感磁部、３ａは引出電
極、４ａはハードバイアス膜パターンである。以下この
強磁性磁気抵抗素子の製造方法の例を示す。
抗素子の構造を平面図として図１に示す。図１において
１ａは絶縁性ガラス板、２ａは感磁部、３ａは引出電
極、４ａはハードバイアス膜パターンである。以下この
強磁性磁気抵抗素子の製造方法の例を示す。
【０００８】まず、絶縁性ガラス基板１ａの上面にＮｉ
−２５％Ｃｏ合金を磁場中蒸着法により膜厚５０ｎｍ成
膜し、次いで磁化容易軸を長軸方向として、線幅２０μ
ｍ、長さ１ｍｍの短冊状パターンからなる感磁部２ａを
フォトリソグラフィにより形成する。その後、基板表面
の全面に、下地電極としてＴｉを５０ｎｍ蒸着し、その
上層にＣｏ−１５％Ｎｉを３００ｎｍ蒸着し、これをパ
ターンニングして、感磁部２ａの線幅方向両側に、４μ
ｍ離れて６０°方向に傾斜した線幅１０μｍ、ピッチ１
５μｍのハードバイアス膜パターン４ａを形成するとと
もに、感磁部２ａの両端に引出電極３ａを形成する。続
いて、感磁部２ａの磁化容易軸方向に磁場を印加した状
態で熱処理することによって、ハードバイアス膜パター
ン４ａおよび引出電極３ａを着磁する。その際、ハード
バイアス膜パターン４ａは印加磁場方向に対して傾斜し
ているため、各ハードバイアス膜パターン４ａはその長
手方向にバイアス磁界を印加する。
−２５％Ｃｏ合金を磁場中蒸着法により膜厚５０ｎｍ成
膜し、次いで磁化容易軸を長軸方向として、線幅２０μ
ｍ、長さ１ｍｍの短冊状パターンからなる感磁部２ａを
フォトリソグラフィにより形成する。その後、基板表面
の全面に、下地電極としてＴｉを５０ｎｍ蒸着し、その
上層にＣｏ−１５％Ｎｉを３００ｎｍ蒸着し、これをパ
ターンニングして、感磁部２ａの線幅方向両側に、４μ
ｍ離れて６０°方向に傾斜した線幅１０μｍ、ピッチ１
５μｍのハードバイアス膜パターン４ａを形成するとと
もに、感磁部２ａの両端に引出電極３ａを形成する。続
いて、感磁部２ａの磁化容易軸方向に磁場を印加した状
態で熱処理することによって、ハードバイアス膜パター
ン４ａおよび引出電極３ａを着磁する。その際、ハード
バイアス膜パターン４ａは印加磁場方向に対して傾斜し
ているため、各ハードバイアス膜パターン４ａはその長
手方向にバイアス磁界を印加する。
【０００９】以上のように構成することによって、ハー
ドバイアス膜パターン４ａは感磁部２ａに対して、その
磁化容易軸方向に対し垂直成分を有するバイアス磁界を
印加することになる。今、例えば信号磁界の向きが図に
おいて手前から前方方向であって、感磁部２ａおよびハ
ードバイアス膜パターン４ａの着磁方向が図において左
方向（したがって、各ハードバイアス膜パターン４ａの
実際のバイアス磁界を印加する方向は斜め左下方向）で
あれば、信号磁界に対する強磁性磁気抵抗素子の抵抗値
変化は図２に示すように動作磁界点を正方向にシフトさ
せることができる。図２の例では、ハードバイアス膜パ
ターンによる磁界と信号磁界Ｈとの合成磁界の方向が感
磁部２ａの磁化容易軸方向に向くとき、素子の抵抗値は
最大となり、信号磁界Ｈが０付近では、信号磁界Ｈが正
方向に大きくなるほど抵抗値が増大し、信号磁界Ｈが小
さくなるほど抵抗値が減少する特性を示す。逆に、図１
において感磁部２ａおよびハードバイアス膜パターン４
ａの着磁方向が左方向で信号磁界の方向が図における下
方向であるとき、信号磁界に対する抵抗値変化は図３に
示すように設定することができる。すなわち信号磁界Ｈ
が０付近では、信号磁界Ｈが正方向に増大するほど抵抗
値が減少し、信号磁界Ｈが減少するほど抵抗値が増大す
る特性を示す。
ドバイアス膜パターン４ａは感磁部２ａに対して、その
磁化容易軸方向に対し垂直成分を有するバイアス磁界を
印加することになる。今、例えば信号磁界の向きが図に
おいて手前から前方方向であって、感磁部２ａおよびハ
ードバイアス膜パターン４ａの着磁方向が図において左
方向（したがって、各ハードバイアス膜パターン４ａの
実際のバイアス磁界を印加する方向は斜め左下方向）で
あれば、信号磁界に対する強磁性磁気抵抗素子の抵抗値
変化は図２に示すように動作磁界点を正方向にシフトさ
せることができる。図２の例では、ハードバイアス膜パ
ターンによる磁界と信号磁界Ｈとの合成磁界の方向が感
磁部２ａの磁化容易軸方向に向くとき、素子の抵抗値は
最大となり、信号磁界Ｈが０付近では、信号磁界Ｈが正
方向に大きくなるほど抵抗値が増大し、信号磁界Ｈが小
さくなるほど抵抗値が減少する特性を示す。逆に、図１
において感磁部２ａおよびハードバイアス膜パターン４
ａの着磁方向が左方向で信号磁界の方向が図における下
方向であるとき、信号磁界に対する抵抗値変化は図３に
示すように設定することができる。すなわち信号磁界Ｈ
が０付近では、信号磁界Ｈが正方向に増大するほど抵抗
値が減少し、信号磁界Ｈが減少するほど抵抗値が増大す
る特性を示す。
【００１０】なお、ハードバイアス膜パターン４ａの長
手方向に着磁しても、各ハードバイアス膜パターンは同
様にバイアス磁界を印加するが、その場合には感磁部２
ａの特性が変化してヒステリシスの発生が予想される。
また、ハードバイアス膜パターンの着磁は成膜後であれ
ば、前述のように磁場中で熱処理すればよいが、磁場中
蒸着法により成膜と同時に着磁してもよい。
手方向に着磁しても、各ハードバイアス膜パターンは同
様にバイアス磁界を印加するが、その場合には感磁部２
ａの特性が変化してヒステリシスの発生が予想される。
また、ハードバイアス膜パターンの着磁は成膜後であれ
ば、前述のように磁場中で熱処理すればよいが、磁場中
蒸着法により成膜と同時に着磁してもよい。
【００１１】次に、第２の実施例に係る強磁性磁気抵抗
膜素子の構造を平面図として図４に示す。図４において
１ｂはグレーズドアルミナ基板、２ｂは感磁部、３ｂは
引出電極、４ｂはハードバイアス膜パターンである。以
下この強磁性磁気抵抗素子の製造方法の例を示す。
膜素子の構造を平面図として図４に示す。図４において
１ｂはグレーズドアルミナ基板、２ｂは感磁部、３ｂは
引出電極、４ｂはハードバイアス膜パターンである。以
下この強磁性磁気抵抗素子の製造方法の例を示す。
【００１２】まず、グレーズドアルミナ基板１ｂのグレ
ーズ面上にＮｉ−１８％Ｆｅ合金を磁場中蒸着法により
膜厚３０ｎｍ成膜し、次いでフォトリソグラフィによ
り、磁化容易軸方向が短軸方向となるように、線幅５０
μｍ、長さ５００μｍの短冊状パターンの感磁部２ｂを
形成する。その後、膜厚２００ｎｍのＣｏ−１８％Ｎｉ
合金からなるハードバイアス膜を形成し、このハードバ
イアス膜をフォトリソグラフィによりパターン化するこ
とによって、感磁部２ｂの両脇に底辺４５μｍ、高さ１
００μｍ傾斜角４５°の平行四辺形のハードバイアス膜
パターンを、幅５μｍの間隙を設けて、５０μｍピッチ
で５００μｍの幅に配列し、さらに、感磁部２ｂの両端
部に引出電極３ｂを形成する。続いて、感磁部２ｂの磁
化容易軸方向に磁場を印加した状態で熱処理することに
よって、ハードバイアス膜パターン４ｂおよび引出電極
３ｂを着磁する。その際、ハードバイアス膜パターン４
ｂは印加磁場方向に対して傾斜しているため、各ハード
バイアス膜パターン４ｂはその長手方向にバイアス磁界
を印加する。
ーズ面上にＮｉ−１８％Ｆｅ合金を磁場中蒸着法により
膜厚３０ｎｍ成膜し、次いでフォトリソグラフィによ
り、磁化容易軸方向が短軸方向となるように、線幅５０
μｍ、長さ５００μｍの短冊状パターンの感磁部２ｂを
形成する。その後、膜厚２００ｎｍのＣｏ−１８％Ｎｉ
合金からなるハードバイアス膜を形成し、このハードバ
イアス膜をフォトリソグラフィによりパターン化するこ
とによって、感磁部２ｂの両脇に底辺４５μｍ、高さ１
００μｍ傾斜角４５°の平行四辺形のハードバイアス膜
パターンを、幅５μｍの間隙を設けて、５０μｍピッチ
で５００μｍの幅に配列し、さらに、感磁部２ｂの両端
部に引出電極３ｂを形成する。続いて、感磁部２ｂの磁
化容易軸方向に磁場を印加した状態で熱処理することに
よって、ハードバイアス膜パターン４ｂおよび引出電極
３ｂを着磁する。その際、ハードバイアス膜パターン４
ｂは印加磁場方向に対して傾斜しているため、各ハード
バイアス膜パターン４ｂはその長手方向にバイアス磁界
を印加する。
【００１３】以上のように構成することによって、ハー
ドバイアス膜パターンが無い状態では、感磁部２ｂの磁
化容易軸方向に垂直な方向（感磁部２ｂの長軸方向）に
信号磁界が印加される場合、信号磁界強度が０の時、素
子の抵抗値は最小となり、信号磁界強度が正または負方
向に増大するに伴い抵抗値が増大するが、感磁部２ｂに
対し斜め方向にバイアス磁界を印加するハードバイアス
膜パターン４ｂの存在によって、動作磁界点がシフトす
る。たとえば図４において感磁部２ｂおよびハードバイ
アス膜パターン４ｂの着磁方向が図における前方から手
前方向で、信号磁界の方向が図における左方向である
時、信号磁界に対する抵抗値変化を図５に示すように設
定することができる。この場合、信号磁界Ｈが０付近で
は、信号磁界Ｈが正方向に増大するほど抵抗値が減少
し、信号磁界Ｈが減少するほど抵抗値が増大する特性を
示す。
ドバイアス膜パターンが無い状態では、感磁部２ｂの磁
化容易軸方向に垂直な方向（感磁部２ｂの長軸方向）に
信号磁界が印加される場合、信号磁界強度が０の時、素
子の抵抗値は最小となり、信号磁界強度が正または負方
向に増大するに伴い抵抗値が増大するが、感磁部２ｂに
対し斜め方向にバイアス磁界を印加するハードバイアス
膜パターン４ｂの存在によって、動作磁界点がシフトす
る。たとえば図４において感磁部２ｂおよびハードバイ
アス膜パターン４ｂの着磁方向が図における前方から手
前方向で、信号磁界の方向が図における左方向である
時、信号磁界に対する抵抗値変化を図５に示すように設
定することができる。この場合、信号磁界Ｈが０付近で
は、信号磁界Ｈが正方向に増大するほど抵抗値が減少
し、信号磁界Ｈが減少するほど抵抗値が増大する特性を
示す。
【００１４】次に、第３の実施例に係る強磁性磁気抵抗
素子の構造を平面図として図６に示す。図６において１
ｃは絶縁性ガラス基板、２ｃは感磁部、３ｃは引出電
極、４ｃはハードバイアス膜パターン、５ｃは保護膜で
ある。以下この強磁性磁気抵抗素子の製造方法の一例を
示す。
素子の構造を平面図として図６に示す。図６において１
ｃは絶縁性ガラス基板、２ｃは感磁部、３ｃは引出電
極、４ｃはハードバイアス膜パターン、５ｃは保護膜で
ある。以下この強磁性磁気抵抗素子の製造方法の一例を
示す。
【００１５】まず、絶縁性ガラス基板１ｃの上面に、Ｎ
ｉ−１８％Ｆｅ合金を磁場中蒸着法により膜厚３０ｎｍ
成膜し、フォトリソグラフィにより、磁化容易軸を短軸
方向として、線幅５０μｍ、長さ５００μｍの短冊状の
感磁部２ｃを形成する。続いて、感磁部２ｃの上部にＳ
ｉ−Ｎからなる保護膜５ｃを被覆するとともに、感磁部
２ｃの両端部にコンタクトホールを設ける。その後、Ｃ
ｏ−１８％Ｎｉ合金２００ｎｍ、Ａｕ１００ｎｍからな
るハードバイアス膜を成膜する。続いて、このハードバ
イアス膜をフォトリソグラフィによりパターン化するこ
とによって、感磁部２ｃの両脇部に感磁部２ｃから５μ
ｍ離れた位置に、底辺を揃えた底辺１００μｍ、高さ５
０μｍ、斜辺５０√５μｍの直角三角形を１００μｍピ
ッチで配置し、さらに感磁部２ｃの両端部に引出電極３
ｃを形成する。この引出電極３ｃはコンタクトホールを
介して感磁部２ｃの両端と電気的に導通する。その後、
感磁部２ｃの磁化容易軸方向に磁場を印加した状態で熱
処理することによって、ハードバイアス膜パターン４ｃ
および引出電極３ｃを着磁する。
ｉ−１８％Ｆｅ合金を磁場中蒸着法により膜厚３０ｎｍ
成膜し、フォトリソグラフィにより、磁化容易軸を短軸
方向として、線幅５０μｍ、長さ５００μｍの短冊状の
感磁部２ｃを形成する。続いて、感磁部２ｃの上部にＳ
ｉ−Ｎからなる保護膜５ｃを被覆するとともに、感磁部
２ｃの両端部にコンタクトホールを設ける。その後、Ｃ
ｏ−１８％Ｎｉ合金２００ｎｍ、Ａｕ１００ｎｍからな
るハードバイアス膜を成膜する。続いて、このハードバ
イアス膜をフォトリソグラフィによりパターン化するこ
とによって、感磁部２ｃの両脇部に感磁部２ｃから５μ
ｍ離れた位置に、底辺を揃えた底辺１００μｍ、高さ５
０μｍ、斜辺５０√５μｍの直角三角形を１００μｍピ
ッチで配置し、さらに感磁部２ｃの両端部に引出電極３
ｃを形成する。この引出電極３ｃはコンタクトホールを
介して感磁部２ｃの両端と電気的に導通する。その後、
感磁部２ｃの磁化容易軸方向に磁場を印加した状態で熱
処理することによって、ハードバイアス膜パターン４ｃ
および引出電極３ｃを着磁する。
【００１６】図７は図６に示した強磁性磁気抵抗素子に
おけるハードバイアス膜パターンのバイアス磁界を印加
する方向を示す図である。各ハードバイアス膜パターン
は感磁部の磁化容易軸方向、たとえば図７に示す白抜き
矢印方向に磁場がかけられて着磁されるが、ハードバイ
アス膜パターンの形状異方性により、図７の各ハードバ
イアス膜パターンは図中の矢印に示すように、感磁部の
磁化容易軸に対して斜め方向にバイアス磁界を印加する
ことになる。
おけるハードバイアス膜パターンのバイアス磁界を印加
する方向を示す図である。各ハードバイアス膜パターン
は感磁部の磁化容易軸方向、たとえば図７に示す白抜き
矢印方向に磁場がかけられて着磁されるが、ハードバイ
アス膜パターンの形状異方性により、図７の各ハードバ
イアス膜パターンは図中の矢印に示すように、感磁部の
磁化容易軸に対して斜め方向にバイアス磁界を印加する
ことになる。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、感磁部である強磁性
磁気抵抗膜パターンの近傍に、強磁性磁気抵抗膜パター
ンの一軸異方性の磁化容易軸方向に対し傾斜したハード
バイアス膜パターンを設けたため、強磁性磁気抵抗膜パ
ターンに対して、その磁化容易軸方向に垂直な成分を有
するバイアス磁界が印加される。このため、外部からバ
イアス磁界を印加することなく、動作磁界点をシフトさ
せ、例えば信号磁界が０付近で、信号磁界変化に対して
抵抗値がリニアに変化する特性を得ることも可能とな
る。
磁気抵抗膜パターンの近傍に、強磁性磁気抵抗膜パター
ンの一軸異方性の磁化容易軸方向に対し傾斜したハード
バイアス膜パターンを設けたため、強磁性磁気抵抗膜パ
ターンに対して、その磁化容易軸方向に垂直な成分を有
するバイアス磁界が印加される。このため、外部からバ
イアス磁界を印加することなく、動作磁界点をシフトさ
せ、例えば信号磁界が０付近で、信号磁界変化に対して
抵抗値がリニアに変化する特性を得ることも可能とな
る。
【図１】この発明の第１の実施例に係る強磁性磁気抵抗
素子の構造を示す平面図である。
素子の構造を示す平面図である。
【図２】第１の実施例に係る強磁性磁気抵抗素子の信号
磁界に対する抵抗値変化の特性を示す図である。
磁界に対する抵抗値変化の特性を示す図である。
【図３】第１の実施例に係る強磁性磁気抵抗素子の信号
磁界に対する抵抗値変化の特性を示す図である。
磁界に対する抵抗値変化の特性を示す図である。
【図４】第２の実施例に係る強磁性磁気抵抗素子の構造
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図５】第２の実施例に係る強磁性磁気抵抗素子の信号
磁界に対する抵抗値変化の特性を示す図である。
磁界に対する抵抗値変化の特性を示す図である。
【図６】第３の実施例に係る強磁性磁気抵抗素子の構造
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図７】図６に示すハードバイアス膜パターンのバイア
ス磁界を印加する方向を示す図である。
ス磁界を印加する方向を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 卓二 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 平５−258245（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G01R 33/09
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁基板上に強磁性磁気抵抗膜パター
ンを形成し、前記強磁性磁気抵抗膜パターンの一軸異方
性の磁化容易軸方向に対して傾斜したハードバイアス膜
パターンを、前記絶縁基板上で且つ前記強磁性磁気抵抗
膜パターンの近傍に形成し、前記ハードバイアス膜パタ
ーンを前記強磁性磁気抵抗膜パターンの磁化容易軸方向
に着磁することを特徴とする強磁性磁気抵抗素子。
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