JP3321341B2 - 双安定磁気素子及びその製造方法 - Google Patents
双安定磁気素子及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型で高感度・高
速応答の双安定磁気素子に関するものである。さらに詳
しくは、コンピュータ及び情報機器の入力装置や、ファ
クトリーオートメーション（ＦＡ）機器等に用いられる
近接スイッチやディジタル磁気スイッチ等の磁気センサ
スイッチ及び高速書き込み・読み出しができるコンピュ
ータや情報機器用のディジタル磁気メモリセル等に有用
な双安定磁気素子及びその製造方法に関するものであ
る。
速応答の双安定磁気素子に関するものである。さらに詳
しくは、コンピュータ及び情報機器の入力装置や、ファ
クトリーオートメーション（ＦＡ）機器等に用いられる
近接スイッチやディジタル磁気スイッチ等の磁気センサ
スイッチ及び高速書き込み・読み出しができるコンピュ
ータや情報機器用のディジタル磁気メモリセル等に有用
な双安定磁気素子及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ・ナノエレクトロニクス技術
と、マルチメディア技術の発展に伴って、コンピュー
タ、情報携帯端末、ＡＶ機器、ＦＡ機器、計測制御機器
などの小型高性能化が急速に進んでいる。特に、コンピ
ュータ関連機器に関しては、それが顕著であり、例え
ば、外部記憶装置であるハードディスクやフロッピーデ
ィスク等の磁気記録装置においては小型大容量化の他
に、機械的可動部のない電子的書き込み・読み出しがで
きる、「磁気フラッシュメモリ」等の非破壊読み出し磁
気メモリーカードの実現が待望されている。
と、マルチメディア技術の発展に伴って、コンピュー
タ、情報携帯端末、ＡＶ機器、ＦＡ機器、計測制御機器
などの小型高性能化が急速に進んでいる。特に、コンピ
ュータ関連機器に関しては、それが顕著であり、例え
ば、外部記憶装置であるハードディスクやフロッピーデ
ィスク等の磁気記録装置においては小型大容量化の他
に、機械的可動部のない電子的書き込み・読み出しがで
きる、「磁気フラッシュメモリ」等の非破壊読み出し磁
気メモリーカードの実現が待望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな要望に応えるためには、もっとも単純な形状とセン
サ機能を持つ、高感度で高速応答が可能なマイクロ寸法
のディジタルメモリセルが必要である。かかる要件を備
えた磁気素子はまだ開発されていない。
うな要望に応えるためには、もっとも単純な形状とセン
サ機能を持つ、高感度で高速応答が可能なマイクロ寸法
のディジタルメモリセルが必要である。かかる要件を備
えた磁気素子はまだ開発されていない。
【０００４】従来、非破壊磁気メモリとしては、過去に
パラメトロン素子があるが、フェライトコアを用いた素
子では、トリガパルスに対するパラメータ励振の立ち上
がりが数マイクロ秒と遅いことやコイルが必要なため、
集積化が困難であること等により、現在では使用されて
いない。
パラメトロン素子があるが、フェライトコアを用いた素
子では、トリガパルスに対するパラメータ励振の立ち上
がりが数マイクロ秒と遅いことやコイルが必要なため、
集積化が困難であること等により、現在では使用されて
いない。
【０００５】その後、導線にパーマロイ箔をヘリカルに
巻き付けたツイスタメモリ素子が発明され、双安定磁気
メモリとして動作したが、作製が面倒であることや、導
線に大きな電流を通電する必要があること、集積化が困
難である、等の問題があり、やはり今日では使用されて
いない。
巻き付けたツイスタメモリ素子が発明され、双安定磁気
メモリとして動作したが、作製が面倒であることや、導
線に大きな電流を通電する必要があること、集積化が困
難である、等の問題があり、やはり今日では使用されて
いない。
【０００６】一方、磁気式近接スイッチは、コンピュー
タやワードプロセッサ用のキーボードやマウス、ゲーム
機のジョイスティックをはじめ、種々のＦＡ用近接セン
サとして多数使用されているが、ホールＩＣやＭＲ素子
とヒステリシスコンパレータの組み合わせモジュールな
どは、動作磁界が数十ガウス必要で感度が低いことや、
温度特性の安定性が低いなどの問題がある。
タやワードプロセッサ用のキーボードやマウス、ゲーム
機のジョイスティックをはじめ、種々のＦＡ用近接セン
サとして多数使用されているが、ホールＩＣやＭＲ素子
とヒステリシスコンパレータの組み合わせモジュールな
どは、動作磁界が数十ガウス必要で感度が低いことや、
温度特性の安定性が低いなどの問題がある。
【０００７】また、高感度化のためにフラックスゲート
センサのヘッドを使用すると反磁界のため、小型化が困
難であり、コイル電流による励磁のため、応答が遅いな
どの問題がある。
センサのヘッドを使用すると反磁界のため、小型化が困
難であり、コイル電流による励磁のため、応答が遅いな
どの問題がある。
【０００８】本発明は、上記問題点を除去し、小型であ
り、高感度で高速応答が可能な、新しい双安定磁気素子
及びその製造方法を提供することを目的としている。
り、高感度で高速応答が可能な、新しい双安定磁気素子
及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 （１）双安定磁気素子において、ヘリカル磁気異方性を
有する軟質磁性体にパルス電流または直流を重量させた
高周波電流を通電することにより、前記軟質磁性体に磁
壁移動のみ又は適当な初期角度をもつ磁化回転のみが生
じる特殊な磁化状態を付与し、前記軟質磁性体の両端間
の誘起電圧の大きさを外部印加磁界の変化に対して跳躍
的に変化させて、双安定ディジタル形動作を行わせるよ
うにしたものである。
成するために、 （１）双安定磁気素子において、ヘリカル磁気異方性を
有する軟質磁性体にパルス電流または直流を重量させた
高周波電流を通電することにより、前記軟質磁性体に磁
壁移動のみ又は適当な初期角度をもつ磁化回転のみが生
じる特殊な磁化状態を付与し、前記軟質磁性体の両端間
の誘起電圧の大きさを外部印加磁界の変化に対して跳躍
的に変化させて、双安定ディジタル形動作を行わせるよ
うにしたものである。
【００１０】したがって、小型化を図ることができ、外
部印加磁界に対する大きな出力電圧変化を得ることがで
き、高感度で、高速応答な双安定磁気素子を得ることが
できる。
部印加磁界に対する大きな出力電圧変化を得ることがで
き、高感度で、高速応答な双安定磁気素子を得ることが
できる。
【００１１】（２）上記（１）記載の双安定磁気素子に
おいて、前記軟質磁性体はアモルファス磁性体である。
おいて、前記軟質磁性体はアモルファス磁性体である。
【００１２】したがって、アモルファス磁性体は電気抵
抗率が高いため、インピーダンスも高く、より小型化を
図ることができ、しかも外部印加磁界に対する高い電圧
変化を得ることができる。
抗率が高いため、インピーダンスも高く、より小型化を
図ることができ、しかも外部印加磁界に対する高い電圧
変化を得ることができる。
【００１３】（３）上記（２）記載の双安定磁気素子に
おいて、前記アモルファス磁性体がアモルファスワイヤ
である。
おいて、前記アモルファス磁性体がアモルファスワイヤ
である。
【００１４】したがって、マイクロオーダーに小型化を
図ることができ、外部印加磁界に対する高い電圧変化を
得ることができる。
図ることができ、外部印加磁界に対する高い電圧変化を
得ることができる。
【００１５】（４）上記（１）記載の双安定磁気素子に
おいて、前記軟質磁性体が薄膜である。
おいて、前記軟質磁性体が薄膜である。
【００１６】したがって、マイクロオーダーに小型化を
図ることができ、外部印加磁界に対する高い電圧変化を
得ることができる。
図ることができ、外部印加磁界に対する高い電圧変化を
得ることができる。
【００１７】（５）双安定磁気素子の製造方法におい
て、磁歪を持つ細長形状の軟質磁性体を細く線引しワイ
ヤを形成する工程と、前記ワイヤに張力を加えた状態で
アニール処理を行い、所定回数のひねりを与えたワイヤ
の両端を電極固定する工程とを施し、前記軟質磁性体に
磁壁移動のみ又は適当な初期角度をもつ磁化回転のみが
生じる特殊な磁化状態を付与し、前記軟質磁性体の両端
間の誘起電圧の大きさを外部印加磁界の変化に対して跳
躍的に変化させて、双安定ディジタル形動作を行わせる
ようにしたものである。
て、磁歪を持つ細長形状の軟質磁性体を細く線引しワイ
ヤを形成する工程と、前記ワイヤに張力を加えた状態で
アニール処理を行い、所定回数のひねりを与えたワイヤ
の両端を電極固定する工程とを施し、前記軟質磁性体に
磁壁移動のみ又は適当な初期角度をもつ磁化回転のみが
生じる特殊な磁化状態を付与し、前記軟質磁性体の両端
間の誘起電圧の大きさを外部印加磁界の変化に対して跳
躍的に変化させて、双安定ディジタル形動作を行わせる
ようにしたものである。
【００１８】このように、ワイヤにひねり応力を印加し
て磁歪の逆効果を利用してヘリカル磁気異方性を誘導さ
せるようにしたので、小型であり、高感度で高速応答が
可能な双安定磁気素子を容易に製造することができる。
て磁歪の逆効果を利用してヘリカル磁気異方性を誘導さ
せるようにしたので、小型であり、高感度で高速応答が
可能な双安定磁気素子を容易に製造することができる。
【００１９】（６）上記（５）記載の双安定磁気素子の
製造方法において、前記軟質磁性体ワイヤとしてＦｅＣ
ｏＳｉＢ組成のアモルファスワイヤを用いるようにした
ものである。
製造方法において、前記軟質磁性体ワイヤとしてＦｅＣ
ｏＳｉＢ組成のアモルファスワイヤを用いるようにした
ものである。
【００２０】（７）双安定磁気素子の製造方法におい
て、磁歪を持つ細長形状の軟質磁性体を細く線引しワイ
ヤを形成する工程と、前記ワイヤに所定回数のひねりを
与えた状態でアニールした後、急冷したワイヤの両端を
電極固定する工程を施し、前記軟質磁性体に磁壁移動の
み又は適当な初期角度をもつ磁化回転のみが生じる特殊
な磁化状態を付与し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電
圧の大きさを外部印加磁界の変化に対して跳躍的に変化
させて、双安定ディジタル形動作を行わせるようにした
ものである。
て、磁歪を持つ細長形状の軟質磁性体を細く線引しワイ
ヤを形成する工程と、前記ワイヤに所定回数のひねりを
与えた状態でアニールした後、急冷したワイヤの両端を
電極固定する工程を施し、前記軟質磁性体に磁壁移動の
み又は適当な初期角度をもつ磁化回転のみが生じる特殊
な磁化状態を付与し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電
圧の大きさを外部印加磁界の変化に対して跳躍的に変化
させて、双安定ディジタル形動作を行わせるようにした
ものである。
【００２１】このように、ひねり応力を与えた状態で加
熱・冷却して、ヘリカル磁気異方性を誘導させるように
したので、小型であり、高感度で高速応答が可能な双安
定磁気素子を容易に製造することができる。
熱・冷却して、ヘリカル磁気異方性を誘導させるように
したので、小型であり、高感度で高速応答が可能な双安
定磁気素子を容易に製造することができる。
【００２２】（８）上記（７）記載の双安定磁気素子の
製造方法において、前記軟質磁性体ワイヤとして、Ｃｏ
ＳｉＢ組成のアモルファスワイヤを用いるようにしたも
のである。
製造方法において、前記軟質磁性体ワイヤとして、Ｃｏ
ＳｉＢ組成のアモルファスワイヤを用いるようにしたも
のである。
【００２３】（９）双安定磁気素子の製造方法におい
て、零磁歪の細長形状の軟質磁性体薄膜を形成する工程
と、前記薄膜の長さ方向に周回直流磁界及び直流磁界を
同時に印加して、アニールした薄膜の両端を電極固定す
る工程とを施し、前記軟質磁性体に磁壁移動のみ又は適
当な初期角度をもつ磁化回転のみが生じる特殊な磁化状
態を付与し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電圧の大き
さを外部印加磁界の変化に対して跳躍的に変化させて、
双安定ディジタル形動作を行わせるようにしたものであ
る。
て、零磁歪の細長形状の軟質磁性体薄膜を形成する工程
と、前記薄膜の長さ方向に周回直流磁界及び直流磁界を
同時に印加して、アニールした薄膜の両端を電極固定す
る工程とを施し、前記軟質磁性体に磁壁移動のみ又は適
当な初期角度をもつ磁化回転のみが生じる特殊な磁化状
態を付与し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電圧の大き
さを外部印加磁界の変化に対して跳躍的に変化させて、
双安定ディジタル形動作を行わせるようにしたものであ
る。
【００２４】このように、長さ方向に直流電流（すなわ
ち周回直流磁界）及び直流磁界を同時に印加してアニー
ルする、所謂「直交磁界中アニール法」によって、ヘリ
カル磁気異方性を誘導させるようにしたので、小型であ
り、高感度で高速応答が可能な双安定磁気素子を容易に
製造することができる。
ち周回直流磁界）及び直流磁界を同時に印加してアニー
ルする、所謂「直交磁界中アニール法」によって、ヘリ
カル磁気異方性を誘導させるようにしたので、小型であ
り、高感度で高速応答が可能な双安定磁気素子を容易に
製造することができる。
【００２５】（１０）上記（９）記載の双安定磁気素子
の製造方法において、前記軟質磁性体薄膜として、Ｆｅ
ＣｏＢ組成のアモルファススパッタ薄膜を用いるように
したものである。
の製造方法において、前記軟質磁性体薄膜として、Ｆｅ
ＣｏＢ組成のアモルファススパッタ薄膜を用いるように
したものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００２７】本発明は、ヘリカル状の磁気異方性を誘導
させた細長形状の高透磁率（軟質）磁性体に長さ方向の
外部磁界を印加して、磁化回転の跳躍的ヒステリシス現
象によって双安定磁化動作を生じさせ、磁性体に鋭いパ
ルス電流又は直流電流を重量した高周波電流を通電し
て、磁気−インピーダンス効果と同様に、磁性体の両端
間に双安定磁化に対応した高い電圧変化を高速磁化回転
によって誘起する方法により、高感度で高速応答が可能
なマイクロ寸法の双安定磁気素子を提供する。
させた細長形状の高透磁率（軟質）磁性体に長さ方向の
外部磁界を印加して、磁化回転の跳躍的ヒステリシス現
象によって双安定磁化動作を生じさせ、磁性体に鋭いパ
ルス電流又は直流電流を重量した高周波電流を通電し
て、磁気−インピーダンス効果と同様に、磁性体の両端
間に双安定磁化に対応した高い電圧変化を高速磁化回転
によって誘起する方法により、高感度で高速応答が可能
なマイクロ寸法の双安定磁気素子を提供する。
【００２８】図１は本発明に係る双安定磁気素子の構成
を示す図である。
を示す図である。
【００２９】この図に示すように、ヘリカル磁気異方性
を有する軟質磁性体（アモルファスワイヤ）１に高周波
電源２（ｅac）と直流電源（Ｅdc）（パルス発生電源で
もよい）３を抵抗４（Ｒ）を介して接続し、直流を重量
させた高周波電流又はパルス電流を通電することによ
り、前記アモルファスワイヤ１の両端間の誘起電圧の大
きさを、外部印加磁界Ｈexの変化に対して跳躍的に変化
させるようにする。
を有する軟質磁性体（アモルファスワイヤ）１に高周波
電源２（ｅac）と直流電源（Ｅdc）（パルス発生電源で
もよい）３を抵抗４（Ｒ）を介して接続し、直流を重量
させた高周波電流又はパルス電流を通電することによ
り、前記アモルファスワイヤ１の両端間の誘起電圧の大
きさを、外部印加磁界Ｈexの変化に対して跳躍的に変化
させるようにする。
【００３０】このように、本発明においては、磁性体に
ついてはヘリカル磁気異方性を有することを特徴として
おり、特に、それ以外の限定はないが、磁性体を細長形
状にすると、小型化が可能となり、大きな出力電圧変化
が得られること、更に、アモルファス磁性体では、電気
抵抗率が高いため、インピーダンスも高く、更に小型の
素子で高い電圧変化が得られる。
ついてはヘリカル磁気異方性を有することを特徴として
おり、特に、それ以外の限定はないが、磁性体を細長形
状にすると、小型化が可能となり、大きな出力電圧変化
が得られること、更に、アモルファス磁性体では、電気
抵抗率が高いため、インピーダンスも高く、更に小型の
素子で高い電圧変化が得られる。
【００３１】ヘリカル磁気異方性を誘導させる方法は、
ワイヤ形状ではひねり応力を印加して磁歪の逆効果を利
用して行うか、またはひねり応力を与えた状態で加熱・
冷却して、ヘリカル異方性を残留させる「ひねりアニー
ル法」が有効であり、薄膜では長さ方向に直流電流（す
なわち周回直流磁界）及び直流磁界を同時に印加してア
ニールする「直交磁界中アニール法」によって行う。
ワイヤ形状ではひねり応力を印加して磁歪の逆効果を利
用して行うか、またはひねり応力を与えた状態で加熱・
冷却して、ヘリカル異方性を残留させる「ひねりアニー
ル法」が有効であり、薄膜では長さ方向に直流電流（す
なわち周回直流磁界）及び直流磁界を同時に印加してア
ニールする「直交磁界中アニール法」によって行う。
【００３２】これらの方法では、磁性体の表面層でヘリ
カル異方性が誘導されるが、パルス電流又は高周波電流
による表皮効果により、表面層のみの磁気特性で誘起電
圧が決定されるので、これらの誘導方法は十分に有効で
ある。
カル異方性が誘導されるが、パルス電流又は高周波電流
による表皮効果により、表面層のみの磁気特性で誘起電
圧が決定されるので、これらの誘導方法は十分に有効で
ある。
【００３３】この双安定磁気素子の例として、３０μｍ
φ、長さ１ｍｍの零磁歪アモルファスワイヤにひねりを
与えて、両端を電極半田付けで固定し、幅約５ｎｓ、高
さ約１５ｍＡの鋭いパルス電流を通電した場合、約±１
ガウス（又はエルステッド）のワイヤ長さ方向の磁界に
よって明瞭な双安定動作を示し、記憶電圧パルスの大き
さは、約２００ｍＶと約４００ｍＶである。
φ、長さ１ｍｍの零磁歪アモルファスワイヤにひねりを
与えて、両端を電極半田付けで固定し、幅約５ｎｓ、高
さ約１５ｍＡの鋭いパルス電流を通電した場合、約±１
ガウス（又はエルステッド）のワイヤ長さ方向の磁界に
よって明瞭な双安定動作を示し、記憶電圧パルスの大き
さは、約２００ｍＶと約４００ｍＶである。
【００３４】もちろん、本発明においては、パーマロイ
やケイ素鋼などの高透磁率細線などを用いてもよい。
やケイ素鋼などの高透磁率細線などを用いてもよい。
【００３５】磁性体で双安定素子を実現する方法には、
大別すると磁壁伝搬による磁束反転による方法と、磁化
ベクトルの回転による磁束反転による方法がある。
大別すると磁壁伝搬による磁束反転による方法と、磁化
ベクトルの回転による磁束反転による方法がある。
【００３６】一般に磁性体の磁束反転は磁壁移動と磁化
回転が混在した状態で生じるので、磁束反転はなだらか
なＢＨヒステリシスとなり、双安定磁束反転となる角形
ＢＨヒステリシス特性乃至はリエントラント（糸巻き
形）ＢＨヒステリシス特性は生じ難い。
回転が混在した状態で生じるので、磁束反転はなだらか
なＢＨヒステリシスとなり、双安定磁束反転となる角形
ＢＨヒステリシス特性乃至はリエントラント（糸巻き
形）ＢＨヒステリシス特性は生じ難い。
【００３７】したがって、双安定磁気素子を実現するた
めには、磁性体に磁壁移動のみ（磁壁伝搬）または適当
な初期角度をもつ磁化回転のみが生じる特殊な磁化状態
を付与することが必要になる。
めには、磁性体に磁壁移動のみ（磁壁伝搬）または適当
な初期角度をもつ磁化回転のみが生じる特殊な磁化状態
を付与することが必要になる。
【００３８】前者は鉄系アモルファスワイヤ及びケイ素
鋼単結晶ワイヤで生じることが本発明者によって発見さ
れ、アモルファスワイヤは現在セキュリティーセンサタ
グに広く実用化されている。この磁壁伝搬形双安定磁気
素子は、外部印加磁界の励磁周波数（０．０１ｋＨｚ〜
５０ｋＨｚ）に無関係に鋭いパルス（半値幅数マイクロ
秒）を検出コイル（又はひねりワイヤでは検出コイル又
はワイヤ両端間）に誘起する素子であるが、反磁界の影
響を避けるため、磁壁の長さ分だけ素子長さ（線引き
後、張力アニールアモルファスワイヤで１０ｍｍ以上、
ａｓ−ｃａｓｔワイヤで８０ｍｍ以上）が必要である。
鋼単結晶ワイヤで生じることが本発明者によって発見さ
れ、アモルファスワイヤは現在セキュリティーセンサタ
グに広く実用化されている。この磁壁伝搬形双安定磁気
素子は、外部印加磁界の励磁周波数（０．０１ｋＨｚ〜
５０ｋＨｚ）に無関係に鋭いパルス（半値幅数マイクロ
秒）を検出コイル（又はひねりワイヤでは検出コイル又
はワイヤ両端間）に誘起する素子であるが、反磁界の影
響を避けるため、磁壁の長さ分だけ素子長さ（線引き
後、張力アニールアモルファスワイヤで１０ｍｍ以上、
ａｓ−ｃａｓｔワイヤで８０ｍｍ以上）が必要である。
【００３９】一方、磁化回転のみで双安定磁気素子を実
現した例は今まで、報告されていない。これは、磁化回
転の閾値磁界より磁壁移動の閾値磁界（保磁力）または
単磁区構造の場合は磁区発生磁界が一般に小さいので、
磁化回転が生じる前に磁壁移動による磁束変化が生じて
しまい、磁化回転による磁束反転が観測されないことに
よる。
現した例は今まで、報告されていない。これは、磁化回
転の閾値磁界より磁壁移動の閾値磁界（保磁力）または
単磁区構造の場合は磁区発生磁界が一般に小さいので、
磁化回転が生じる前に磁壁移動による磁束変化が生じて
しまい、磁化回転による磁束反転が観測されないことに
よる。
【００４０】したがって、磁化回転による双安定磁気素
子を実現するためには、（ｉ）磁壁移動が生じない状態
を実現すること、及び（ii）磁化回転ヒステリシスを生
じる磁化ベクトルと外部印加磁界ベクトルの角度を適度
（４５°程度）に設定することが条件になる。
子を実現するためには、（ｉ）磁壁移動が生じない状態
を実現すること、及び（ii）磁化回転ヒステリシスを生
じる磁化ベクトルと外部印加磁界ベクトルの角度を適度
（４５°程度）に設定することが条件になる。
【００４１】本発明は、かかる磁気物理の原理に立脚し
て、（ｉ）に対しては磁壁移動が強い渦電流制動で移動
できないような高周波電流、又は非常に鋭いパルス電流
を磁性体に通電する方法、（ii）に対しては磁性ワイヤ
にひねり応力を印加して、磁歪の逆効果によりワイヤ表
面層にワイヤ長さ方向に対して、約±４５°方向のヘリ
カル磁気異方性を付与する方法を適用して、長さが１ｍ
ｍ程度の非常に短い寸法（マイクロ寸法）で、応答速度
が数ナノ秒（ｎｓ）の非常に早く、さらに閾値磁界が１
エルステッド（Ｏｅ）程度の高感度の双安定磁気素子を
提供する。
て、（ｉ）に対しては磁壁移動が強い渦電流制動で移動
できないような高周波電流、又は非常に鋭いパルス電流
を磁性体に通電する方法、（ii）に対しては磁性ワイヤ
にひねり応力を印加して、磁歪の逆効果によりワイヤ表
面層にワイヤ長さ方向に対して、約±４５°方向のヘリ
カル磁気異方性を付与する方法を適用して、長さが１ｍ
ｍ程度の非常に短い寸法（マイクロ寸法）で、応答速度
が数ナノ秒（ｎｓ）の非常に早く、さらに閾値磁界が１
エルステッド（Ｏｅ）程度の高感度の双安定磁気素子を
提供する。
【００４２】本願発明者は、先に磁性細線に高周波電流
を通電し、表皮効果を利用する高感度・高速応答が可能
なマイクロ磁気センサ素子「磁気−インピーダンス（Ｍ
Ｉ）素子」を既に提案している（特開平７−１８１２３
９号公報参照）。
を通電し、表皮効果を利用する高感度・高速応答が可能
なマイクロ磁気センサ素子「磁気−インピーダンス（Ｍ
Ｉ）素子」を既に提案している（特開平７−１８１２３
９号公報参照）。
【００４３】本発明の双安定磁気素子は、アナログ形で
あるＭＩ素子に新たにヘリカル磁気異方性を付与し、鋭
いパルス電流を通電することにより、著しい双安定ディ
ジタル形動作を発見したことを契機としている。
あるＭＩ素子に新たにヘリカル磁気異方性を付与し、鋭
いパルス電流を通電することにより、著しい双安定ディ
ジタル形動作を発見したことを契機としている。
【００４４】ワイヤ形状の磁性体では、ひねり応力は表
面で最大であり、ヘリカル異方性は表面層で誘導され
る。一方、強い表皮効果による円周方向磁化も表面層で
変化するので、磁化ベクトルの不可逆反転のみが表面層
で効率良く現れる。この場合、磁化ベクトルの不可逆反
転は外部印加磁界の変化によって生じ、高周波又は鋭い
パルスの通電は磁壁の移動を抑制し、高い電圧をワイヤ
両端間に発生させる役割をする。
面で最大であり、ヘリカル異方性は表面層で誘導され
る。一方、強い表皮効果による円周方向磁化も表面層で
変化するので、磁化ベクトルの不可逆反転のみが表面層
で効率良く現れる。この場合、磁化ベクトルの不可逆反
転は外部印加磁界の変化によって生じ、高周波又は鋭い
パルスの通電は磁壁の移動を抑制し、高い電圧をワイヤ
両端間に発生させる役割をする。
【００４５】以下、本発明の具体的実施例について図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００４６】
【実施例１】図２は本発明の第１実施例を示す双安定磁
気素子（アモルファスワイヤ）の外部印加磁界（Ｏｅ）
と出力電圧（Ｖ）との関係を示す図である。
気素子（アモルファスワイヤ）の外部印加磁界（Ｏｅ）
と出力電圧（Ｖ）との関係を示す図である。
【００４７】ここでは、僅かに負の磁歪（−１０-7）を
持つアモルファスワイヤ（Ｆｅ4.35Ｃｏ68.15 Ｓｉ12.5
Ｂ15.0，Ｂｓ＝０．７Ｔ）を３０μｍφまで線引きした
後、８ｋｇ／ｍｍ2 の張力アニール（４２５℃，２０
分）処理を施し、２０回／ｍのひねりを与え、１ｍｍの
長さのワイヤ両端を半田づけで電極固定した試料の双安
定特性の測定結果である。
持つアモルファスワイヤ（Ｆｅ4.35Ｃｏ68.15 Ｓｉ12.5
Ｂ15.0，Ｂｓ＝０．７Ｔ）を３０μｍφまで線引きした
後、８ｋｇ／ｍｍ2 の張力アニール（４２５℃，２０
分）処理を施し、２０回／ｍのひねりを与え、１ｍｍの
長さのワイヤ両端を半田づけで電極固定した試料の双安
定特性の測定結果である。
【００４８】図３は図２に示す双安定磁気素子（アモル
ファスワイヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形を示
す図であり、図３（ａ）は図２に示すアモルファスワイ
ヤに通電したパルス電流波形を示し、図３（ｂ）は図２
に示す記憶レベルのワイヤ電圧波形を示し、図３
（ｃ）は記憶レベルのワイヤ電圧波形を示している。
ファスワイヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形を示
す図であり、図３（ａ）は図２に示すアモルファスワイ
ヤに通電したパルス電流波形を示し、図３（ｂ）は図２
に示す記憶レベルのワイヤ電圧波形を示し、図３
（ｃ）は記憶レベルのワイヤ電圧波形を示している。
【００４９】図２に示すように、外部印加磁界（Ｈex）
を負に十分増加させた後、零にすると誘起パルス電圧Ｖ
O の高さは小さく、約０．１８ボルトであり、外部印加
磁界（Ｈex）を正に増加させていくと、Ｈex＝０．９Ｏ
ｅで、ＶO は一気に跳躍的に０．５３ボルトへ上昇す
る。Ｈexを零にすると、ＶO は０．４４ボルトに保持さ
れ、記憶される。Ｈexは負では、−０．４ボルトで跳躍
的に減少する。この正負の閾値の違いは、地磁気（約
０．３Ｏｅ）等の外乱磁界及びパルス電流による円周方
向磁界の直流成分の影響と考えられる。
を負に十分増加させた後、零にすると誘起パルス電圧Ｖ
O の高さは小さく、約０．１８ボルトであり、外部印加
磁界（Ｈex）を正に増加させていくと、Ｈex＝０．９Ｏ
ｅで、ＶO は一気に跳躍的に０．５３ボルトへ上昇す
る。Ｈexを零にすると、ＶO は０．４４ボルトに保持さ
れ、記憶される。Ｈexは負では、−０．４ボルトで跳躍
的に減少する。この正負の閾値の違いは、地磁気（約
０．３Ｏｅ）等の外乱磁界及びパルス電流による円周方
向磁界の直流成分の影響と考えられる。
【００５０】図２及び図３より明らかなように、高感度
で高速応答が可能な近接スイッチや非破壊読み出しの高
速磁気ディジタルメモリ素子が構成される。特に、従来
のＦＡ用近接スイッチは、大型（長さ３０ｍｍ、幅１０
ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度）であり、半導体製造装置関連な
ど小型近接スイッチが要求されている分野でのマイクロ
近接スイッチへの広い応用が期待される。
で高速応答が可能な近接スイッチや非破壊読み出しの高
速磁気ディジタルメモリ素子が構成される。特に、従来
のＦＡ用近接スイッチは、大型（長さ３０ｍｍ、幅１０
ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度）であり、半導体製造装置関連な
ど小型近接スイッチが要求されている分野でのマイクロ
近接スイッチへの広い応用が期待される。
【００５１】
【実施例２】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。
る。
【００５２】図４は本発明の第２実施例を示す双安定磁
気素子（ひねりを与えたアモルファスワイヤ）の外部印
加磁界（Ｏｅ）と出力電圧（Ｖ）との関係を示す図であ
る。
気素子（ひねりを与えたアモルファスワイヤ）の外部印
加磁界（Ｏｅ）と出力電圧（Ｖ）との関係を示す図であ
る。
【００５３】この実施例は、図２に示す第１実施例のア
モルファスワイヤに、２０回／ｍのひねりを与えた状態
で、５００℃，２０分間炉内空気中で加熱し、炉外空気
中で急冷させた長さ１ｍｍのワイヤの両端を半田付け電
極として、図２と同様の実験を行った結果である。
モルファスワイヤに、２０回／ｍのひねりを与えた状態
で、５００℃，２０分間炉内空気中で加熱し、炉外空気
中で急冷させた長さ１ｍｍのワイヤの両端を半田付け電
極として、図２と同様の実験を行った結果である。
【００５４】図５は図４に示す双安定磁気素子（アモル
ファスワイヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形を示
す図であり、図５（ａ）は図４に示すアモルファスワイ
ヤに通電した立ち上がり時間３．５ｎｓ、立ち下がり時
間３．２ｎｓ、半値幅５．８ｎｓ、高さ３０ｍＡの鋭い
パルス電流波形を示し、図５（ｂ）は図４に示す記憶レ
ベルのワイヤ電圧波形を示し、図５（ｃ）は記憶レベ
ルのワイヤ電圧波形を示している。
ファスワイヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形を示
す図であり、図５（ａ）は図４に示すアモルファスワイ
ヤに通電した立ち上がり時間３．５ｎｓ、立ち下がり時
間３．２ｎｓ、半値幅５．８ｎｓ、高さ３０ｍＡの鋭い
パルス電流波形を示し、図５（ｂ）は図４に示す記憶レ
ベルのワイヤ電圧波形を示し、図５（ｃ）は記憶レベ
ルのワイヤ電圧波形を示している。
【００５５】第１実施例と比較すると、磁界がやや大き
く、約１．２Ｏｅとなっている。
く、約１．２Ｏｅとなっている。
【００５６】この場合もパルス電圧の記憶レベルは、約
２００ｍＶ及び約４００ｍＶとなった。
２００ｍＶ及び約４００ｍＶとなった。
【００５７】このことから明らかなように、ひねり応力
を残留させたアモルファスワイヤを用いれば、素子電極
の形成作業が容易になることが分かった。
を残留させたアモルファスワイヤを用いれば、素子電極
の形成作業が容易になることが分かった。
【００５８】
【実施例３】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。
る。
【００５９】図６は本発明の第３実施例を示す双安定磁
気素子（零磁気歪アモルファススパッタ薄膜）の外部印
加磁界（Ｏｅ）と出力電圧（Ｖ）との関係を示す図であ
る。
気素子（零磁気歪アモルファススパッタ薄膜）の外部印
加磁界（Ｏｅ）と出力電圧（Ｖ）との関係を示す図であ
る。
【００６０】すなわち、図６は、ＦｅＣｏＢ零磁気歪ア
モルファススパッタ薄膜（厚さ４μｍ、幅０．３ｍｍ、
長さ１０ｍｍ、ガラス基板）に５０ｍＡの直流電流（幅
方向周回表面磁界約２Ｏｅ）及び長さ方向に約１Ｏｅの
直流磁界を印加した状態で、空気中２５０℃，２０分の
アニールを施した試料に、８ｎｓ幅の高さ１５０ｍＡの
パルス電流を通電した場合の両端電圧の外部印加磁界特
性である。
モルファススパッタ薄膜（厚さ４μｍ、幅０．３ｍｍ、
長さ１０ｍｍ、ガラス基板）に５０ｍＡの直流電流（幅
方向周回表面磁界約２Ｏｅ）及び長さ方向に約１Ｏｅの
直流磁界を印加した状態で、空気中２５０℃，２０分の
アニールを施した試料に、８ｎｓ幅の高さ１５０ｍＡの
パルス電流を通電した場合の両端電圧の外部印加磁界特
性である。
【００６１】第１及び第２実施例のアモルファスワイヤ
に比較して跳躍的変化特性及び変化率は小さいが、外部
印加磁界の印加後の２値メモリ現象が得られている。
に比較して跳躍的変化特性及び変化率は小さいが、外部
印加磁界の印加後の２値メモリ現象が得られている。
【００６２】
【実施例４】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。
る。
【００６３】ここでは、試料として３０μｍφのＣｏ
72.5Ｓｉ12.5Ｂ15.0アモルファスワイヤ（２ｋｇ／ｍｍ
2 ，４７５℃，１分で張力下アニール）にひねりを与え
て両端を固定し、長さを０．５ｍｍにしたものを用い
た。このワイヤに振幅５ｍＡ、周波数１ＭＨｚ、パルス
幅３０ｎｓの急峻なパルス電流を直接通電して励磁し、
直流外部印加磁界Ｈexを印加して、試料の両端間に発生
するパルス状電圧Ｖｏの高さを測定した。
72.5Ｓｉ12.5Ｂ15.0アモルファスワイヤ（２ｋｇ／ｍｍ
2 ，４７５℃，１分で張力下アニール）にひねりを与え
て両端を固定し、長さを０．５ｍｍにしたものを用い
た。このワイヤに振幅５ｍＡ、周波数１ＭＨｚ、パルス
幅３０ｎｓの急峻なパルス電流を直接通電して励磁し、
直流外部印加磁界Ｈexを印加して、試料の両端間に発生
するパルス状電圧Ｖｏの高さを測定した。
【００６４】図７は本発明の第４実施例を示す双安定磁
気素子の外部印加磁界（Ｏｅ）と出力電圧（ｍＶ）との
関係を示す図である。この図では、ひねり回数を２回と
したときの双安定特性を示しており、電圧が瞬時に変化
する外部印加磁界の大きさが正で、８Ｏｅ、負で４Ｏｅ
と増加している。
気素子の外部印加磁界（Ｏｅ）と出力電圧（ｍＶ）との
関係を示す図である。この図では、ひねり回数を２回と
したときの双安定特性を示しており、電圧が瞬時に変化
する外部印加磁界の大きさが正で、８Ｏｅ、負で４Ｏｅ
と増加している。
【００６５】第１〜第３実施例に示したＦｅＣｏＳｉＢ
組成のアモルファスワイヤでは、この大きさが１Ｏｅ程
度であり、また、パルス幅も小さくする必要があった
が、第４実施例のＣｏＳｉＢ組成のアモルファスワイヤ
では、この点で地磁気などの外乱磁界に対しての影響を
少なくすることができる利点がある。
組成のアモルファスワイヤでは、この大きさが１Ｏｅ程
度であり、また、パルス幅も小さくする必要があった
が、第４実施例のＣｏＳｉＢ組成のアモルファスワイヤ
では、この点で地磁気などの外乱磁界に対しての影響を
少なくすることができる利点がある。
【００６６】この双安定な特性を示すのは、ワイヤの表
面部分に大バルクハウゼン効果が起こっていることが原
因であると考えられる。また、Ｈexの向きがひねり応力
によって４５°方向に傾いた磁気ベクトルに近い場合、
パルス電流による励磁が磁化ベクトルの回転を容易に生
じて高い電圧が生じ、Ｈexと磁化べクトルの角度が９０
°以上の場合は回転が困難となり、電圧が低い値を示す
と考えられる。
面部分に大バルクハウゼン効果が起こっていることが原
因であると考えられる。また、Ｈexの向きがひねり応力
によって４５°方向に傾いた磁気ベクトルに近い場合、
パルス電流による励磁が磁化ベクトルの回転を容易に生
じて高い電圧が生じ、Ｈexと磁化べクトルの角度が９０
°以上の場合は回転が困難となり、電圧が低い値を示す
と考えられる。
【００６７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００６８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。
よれば、次のような効果を奏することができる。
【００６９】アモルファスワイヤなどにヘリカル磁気異
方性を与え、パルス電流や、直流バイアスされた高周波
電流で励磁することにより、高感度で高速応答が可能な
マイクロ寸法の双安定磁気素子を得ることができる。
方性を与え、パルス電流や、直流バイアスされた高周波
電流で励磁することにより、高感度で高速応答が可能な
マイクロ寸法の双安定磁気素子を得ることができる。
【００７０】更に、この双安定磁気素子を用いることに
よって、非常に感度のよい小型の近接スイッチや非破壊
読み出しができるディジタル磁気記録素子が構成され、
可動部のない電子的書き込み・読み出しができる磁気記
録装置の構成が可能になる。
よって、非常に感度のよい小型の近接スイッチや非破壊
読み出しができるディジタル磁気記録素子が構成され、
可動部のない電子的書き込み・読み出しができる磁気記
録装置の構成が可能になる。
【図１】本発明に係る双安定磁気素子の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す双安定磁気素子（ア
モルファスワイヤ）の外部印加磁界と出力電圧との関係
を示す図である。
モルファスワイヤ）の外部印加磁界と出力電圧との関係
を示す図である。
【図３】図２に示す双安定磁気素子（アモルファスワイ
ヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形を示す図であ
る。
ヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形を示す図であ
る。
【図４】本発明の第２実施例を示す双安定磁気素子（ひ
ねりを与えたアモルファスワイヤ）の外部印加磁界と出
力電圧との関係を示す図である。
ねりを与えたアモルファスワイヤ）の外部印加磁界と出
力電圧との関係を示す図である。
【図５】図４に示す双安定磁気素子（ひねりを加えたア
モルファスワイヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形
を示す図である。
モルファスワイヤ）に通電した電流波形と出力電圧波形
を示す図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す双安定磁気素子（零
磁気歪アモルファススパッタ薄膜）の外部印加磁界と出
力電圧との関係を示す図である。
磁気歪アモルファススパッタ薄膜）の外部印加磁界と出
力電圧との関係を示す図である。
【図７】本発明の第４実施例を示す双安定磁気素子（Ｃ
ｏＳｉＢ組成のワイヤ）の外部印加磁界と出力電圧との
関係を示す図である。
ｏＳｉＢ組成のワイヤ）の外部印加磁界と出力電圧との
関係を示す図である。
１ ヘリカル磁気異方性を有する軟質磁性体（アモル
ファスワイヤ） ２ 高周波電源（ｅac） ３ 直流電源（Ｅdc） ４ 抵抗（Ｒ）
ファスワイヤ） ２ 高周波電源（ｅac） ３ 直流電源（Ｅdc） ４ 抵抗（Ｒ）
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11C 11/00 - 1/13 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (10)
- 【請求項１】 ヘリカル磁気異方性を有する軟質磁性体
にパルス電流または直流を重量させた高周波電流を通電
することにより、前記軟質磁性体に磁壁移動のみ又は適
当な初期角度をもつ磁化回転のみが生じる特殊な磁化状
態を付与し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電圧の大き
さを外部印加磁界の変化に対して跳躍的に変化させて、
双安定ディジタル形動作を行わせることを特徴とする双
安定磁気素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の双安定磁気素子におい
て、前記軟質磁性体はアモルファス磁性体である双安定
磁気素子。 - 【請求項３】 請求項２記載の双安定磁気素子におい
て、前記アモルファス磁性体がアモルファスワイヤであ
る双安定磁気素子。 - 【請求項４】 請求項１記載の双安定磁気素子におい
て、前記軟質磁性体がアモルファス薄膜である双安定磁
気素子。 - 【請求項５】（ａ）磁歪を持つ細長形状の軟質磁性体を
細く線引しワイヤを形成する工程と、 （ｂ）前記ワイヤに張力を加えた状態でアニール処理を
行い、所定回数のひねりを与えたワイヤの両端を電極固
定する工程とを施し、 （ｃ）前記軟質磁性体に磁壁移動のみ又は適当な初期角
度をもつ磁化回転のみが生じる特殊な磁化状態を付与
し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電圧の大きさを外部
印加磁界の変化に対して跳躍的に変化させて、双安定デ
ィジタル形動作を行わせる双安定磁気素子の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５記載の双安定磁気素子の製造方
法において、前記軟質磁性体ワイヤとしてＦｅＣｏＳｉ
Ｂ組成のアモルファスワイヤを用いる双安定磁気素子の
製造方法。 - 【請求項７】（ａ）磁歪を持つ細長形状の軟質磁性体を
細く線引しワイヤを形成する工程と、 （ｂ）前記ワイヤに所定回数のひねりを与えた状態でア
ニールした後、急冷したワイヤの両端を電極固定する工
程を施し、 （ｃ）前記軟質磁性体に磁壁移動のみ又は適当な初期角
度をもつ磁化回転のみが 生じる特殊な磁化状態を付与
し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電圧の大きさを外部
印加磁界の変化に対して跳躍的に変化させて、双安定デ
ィジタル形動作を行わせる双安定磁気素子の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の双安定磁気素子の製造方
法において、前記軟質磁性体ワイヤとしてＣｏＳｉＢ組
成のアモルファスワイヤを用いる双安定磁気素子の製造
方法。 - 【請求項９】（ａ）零磁歪の細長形状の軟質磁性体薄膜
を形成する工程と、 （ｂ）前記薄膜の長さ方向に周回直流磁界及び直流磁界
を同時に印加してアニールした薄膜の両端を電極固定す
る工程とを施し、 （ｃ）前記軟質磁性体に磁壁移動のみ又は適当な初期角
度をもつ磁化回転のみが生じる特殊な磁化状態を付与
し、前記軟質磁性体の両端間の誘起電圧の大きさを外部
印加磁界の変化に対して跳躍的に変化させて、双安定デ
ィジタル形動作を行わせる双安定磁気素子の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載の双安定磁気素子の製造
方法において、前記軟質磁性体薄膜としてＦｅＣｏＢ組
成のアモルファススパッタ薄膜を用いる双安定磁気素子
の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23631895A JP3321341B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 双安定磁気素子及びその製造方法 |
| US08/709,907 US5870328A (en) | 1995-09-14 | 1996-09-09 | Bistable magnetic element and method of manufacturing the same |
| EP96114631A EP0763832B1 (en) | 1995-09-14 | 1996-09-12 | Bistable magnetic element and method of manufacturing the same |
| DE69621727T DE69621727T2 (de) | 1995-09-14 | 1996-09-12 | Bistabiles magnetisches Element und Verfahren zu seiner Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23631895A JP3321341B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 双安定磁気素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0982082A JPH0982082A (ja) | 1997-03-28 |
| JP3321341B2 true JP3321341B2 (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=16999029
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23631895A Expired - Fee Related JP3321341B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 双安定磁気素子及びその製造方法 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0763832B1 (ja) |
| JP (1) | JP3321341B2 (ja) |
| DE (1) | DE69621727T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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