JP3882895B2 - Crossed MI element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気センサ−の磁気検出素子や磁気ヘッドなどに利用する交差型MI素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
MI素子は、磁性体に高周波電流を流した場合に表皮効果によってそのインピ−ダンスが外部磁界によって顕著に変化する現象(MI効果)を利用した磁気感応素子である。
【0003】
図5は交差型MI素子10の構成例を示す。
このMI素子10は磁場中スパッタ法によって基板(例えば、ガラス基板)11の板面に第1の磁性体12を薄膜形成し、さらに、この第1の磁性体12の上面に第2の磁性体13を薄膜形成した後、フォトリソ法でパタ−ニングして細長形状に構成したものとなっている。
なお、第1、第2の磁性体12、13は、アモルファス磁性材料、パ−マロイ、微結晶材料などの軟磁性材料(導電性材)で構成されている。
【0004】
また、このMI素子10は、電流通路方向となる基準線0oに対し、第1の磁性体12の磁化容易軸Jm1をα°の角度に、第2の磁性体13の磁化容易軸Jm2を−α°の角度に設けた構成となっており、磁化容易軸Jm1、Jm2を交差して設けることから交差型のMI素子と称されている。
【0005】
このように構成したMI素子10は、高周波電流Iacを流すことにより、MI素子10の基準線0o方向(素子の長手方向)に加えられた外部磁界Hexを感知する。
つまり、外部磁界Hexによって磁化ベクトルが傾き幅方向の透磁率が変化するため、インピ−ダンスが変化する。
【0006】
今少し具体的に述べれば、図6に示すように、MI素子10に高周波電流Iacを流すことにより、磁化容易軸Jm1、Jm2によって偏平のスパイラル状となった磁化が素子の長手方向に沿って生じ、この磁化の磁化ベクトルが外部磁界Hexによって変化することから、MI素子10のインピ−ダンスに変化が生ずる。
【0007】
図7は上記した交差型MI素子10がインピ−ダンス変化によって生ずる電圧(素子端部間電圧の測定値)と外部磁界Hexの関係を示す特性図である。
図示するように、このMI素子10は、正負の外部磁界Hexに対し非対称のインピ−ダンス特性(MI特性)を示す。
【0008】
なお、この特性図において、実線で示した特性曲線は外部磁界Hexを負側から正側に変化させたときのMI特性、点線で示した特性曲線は外部磁界Hexを正側から負側に変化させたときのMI特性である。
【0009】
図8は、上記したMI素子10と同様の2つのMI素子30a、30bを備えた磁界センサ−回路のブロック図である。
この磁界センサ−回路は、高周波パルス電源31から高周波パルス電流Ipcを出力させ、この高周波パルス電流IpcをMI素子30aには一方向きに流れるように、MI素子30bには他方向きに流れるように各々供給する。
【0010】
そして、外部磁界Hexに応じてインピ−ダンス変化したMI素子30aの一方端部Pから高周波パルス電圧を検波器32aによって検波し、同様にMI素子30bの他方端部Qから高周波パルス電圧を検波器32bによって検波し、MI素子30a、30bのインピ−ダンス変化成分が検出される。
【0011】
さらに、検波器32aの検波電圧が積分され、積分電圧Vaとして差動増幅器33に入力され、同様に、検波器32bの検波電圧も積分され、積分電圧Vbとして差動増幅器33に入力される。
【0012】
したがって、積分電圧Va、Vbの差電圧が増幅され磁界検出電圧POとして出力される。
なお、この磁界センサ−回路は、磁界検出電圧POの一部を負帰還コイル34にフィ−ドバックすることにより、リニアな磁界検出特性を得る構成となっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上記した交差型MI素子10は、磁場中スパッタ法を用いて基板11に第1、第2の磁性体12、13を薄膜形成する。
【0014】
具体的には、基板11に対し磁化容易軸Jm1(α°)の角度方向から磁化用磁界を加えながら磁性材をスパッタリングし、基板11の面上に第1の磁性体12を薄膜形成した後、磁化用磁界を加える方向を変え、磁化容易軸Jm2(−α°)の角度方向から磁化用磁界を加えながら磁性材をスパッタリングし、第1の磁性体12の面上に第2の磁性体13を薄膜形成する。
そして、フォトリソ法によってパタ−ンニングして細長形状の交差型MI素子10が製造される。
【0015】
このような交差型MI素子10は、バイアス用の永久磁石やコイルなどを備えないで正負の外部磁界Hexに対して非対称のインピ−ダンス特性を得ることができ、また、リニアな磁界検出特性を得ることができるから、極めて小形にして高感度の磁気感応素子となる。
【0016】
しかしながら、この交差型MI素子10は、第1、第2の磁性体12、13の層界面で磁化方向が急激に変化することから、MI特性にヒステリシスが生じることがある。
【0017】
また、製造条件によってMI素子個々のMI特性にバラツキが発生する。
具体的には、磁場中スパッタ法によって製造するために、均一で一方向の磁場を大面積として作ることが困難なために、基板上のポイントによって素子特性が大きくバラツクことになる。
【0018】
本発明は上記した実情にかんがみ、特性のバラツキとヒステリシスを改善した高精度の交差型MI素子を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明では、基板面に第1の磁性体と第2の磁性体とを成膜形成すると共に、第1の磁性体の磁化容易軸と第2の磁性体の磁化容易軸とを交差させた構成の交差型MI素子において、第1の磁性体と第2の磁性体との成膜層間に、これら磁性体に設けられている磁化容易軸の異方性を助成する磁化助成体を成膜構成したことを特徴とする交差型MI素子を提案する。
【0020】
【作用】
第1の磁性体と第2の磁性体との成膜層間に設けた磁化助成体は、第1、第2の磁性体層の界面で急激に変わる磁化によって磁化容易軸の変化を防止するように助成する。
【0021】
この結果、第1、第2の磁性体の磁化容易軸が乱れることなく確実に保持されることから、ヒステリシスや特性のバラツキの極めて少ない交差型MI素子となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図1は交差型MI素子の一部切欠き斜視図、図2は長手方向に沿って切断した上記交差型MI素子の拡大部分断面図である。
【0023】
この図において、50は交差型MI素子、51は基板(例えば、ガラス基板)、52は第1の磁性体、53は磁化助成体、54は第2の磁性体を示す。
この交差型MI素子50は、基板51の面上に磁性材をスパッタリングして第1の磁性体52を薄膜形成した後、第1の磁性体52の面上に磁性材をスパッタリングして磁化助成体53を薄膜形成し、さらに、磁化助成体53の面上に磁性材をスパッタリングして第2の磁性体54を薄膜形成する。
なお、第1、第2の磁性体52、54、磁化助成体53は、アモルファス磁性材料、パ−マロイ、微結晶材料などの軟磁性材料(導電性材)で構成することができる。
【0024】
また、この薄膜形成は磁場中スパッタ法で行なう。
すなわち、第1の磁性体52は、従来例同様に角度α°方向から磁化用磁界を与えながらスパッタリングし、磁化容易軸Jm1を形成する。
同様に、第2の磁性体54は、角度−α°方向から磁化用磁界を与えながらスパッタリングし、磁化容易軸Jm2を形成する。
【0025】
磁化助成体53は図3に示すように形成する。
具体的には、本実施形態の磁化助成体53は、磁化層53a、53b、53cの三層構成としてあり、これら磁化層53a、53b、53cにはα°〜−α°の範囲で変化させた磁化軸Jma、Jmb、Jmcが形成してある。
【0026】
すなわち、磁化層53aはα°−A°(α°>A°>0°)、磁化層53bは0°、磁化層53cは−α°+C°(−α°<C°<0°)の方向から磁化用磁界を加えながらスパッタリングして形成し、各々の傾き角度に設けた磁化軸Jma、Jmb、Jmcが形成してある。
【0027】
上記のように構成した交差型MI素子50は、第1の磁性体52の成膜形成後に第2の磁性体54を成膜形成する場合に、磁化容易軸Jm1が磁化容易軸Jm2を設定するための磁化用磁界の磁気的影響を受けないことから、磁化容易軸Jm1、Jm2の角度設定が正確となる。
【0028】
この結果、上記した交差型MI素子50は、磁化容易軸Jm1、Jm2の設定精度が高く、また、磁化容易軸Jm1、Jm2が直接に干渉し合わないことから、ヒステリシス現象がなく、また、特性のバラツキの極めて少ないものとなる。
【0029】
具体例を述べると、第1の磁性体52を磁場中スパッタ法によって3μm推積後、磁化用磁界の方向を変えて一層膜厚0.1〜0.2μmの磁化助成体53を推積させ、さらに、第2の磁性体54を3μm推積させた交差型MI素子によって、ヒステリシスが少なく、特性のバラツキのないMI素子となることが確認された。
【0030】
図4は他の実施形態の交差型MI素子60を示す図2同様の断面図である。
この交差型MI素子60は、第1、第2の磁性体52、54と磁化助成体53の間、磁化助成体53の各磁化層間の各々に非磁性層(導電性材)61を設けたことが特徴となっており、その他は上記交差型MI素子50と同構成である。
このように構成した交差型MI素子60は、上記した交差型MI素子50と同様の効果を得ることができる他、ヒステリヒスの原因となる三角磁区の低減と各磁性層の均一形成に有利となる。
【0031】
以上、本発明の実施形態について説明したが、磁化助成体53の層数については必要に応じて任意に定めることができる。
【0032】
また、本発明を実施するに際しては、第1の磁性体52、磁化助成体53、第2の磁性体54とを分けて成膜形成してもよいが、これら第1の磁性体52、磁化助成体53、第2の磁性体54を連続して堆積して一体構造とした交差型MI素子として構成することができる。
【0033】
【発明の効果】
上記した通り、本発明では、第1の磁性体と第2の磁性体との成膜層間に磁化容易軸の異方性を助成する磁化助成体を設けたので、第1、第2の磁性体において磁化容易軸の干渉が少なく、磁化容易軸の乱れによる特性のバラツキとヒステリシスの極めて少ない交差型MI素子となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態として示した交差型MI素子の一部切欠き斜視図である。
【図2】長手方向に沿って切断した上記交差型MI素子の拡大部分断面図である。
【図3】上記交差型MI素子に設けた磁化助成体を形成する層膜の説明図である。
【図4】第2実施形態として示した交差型MI素子の図2同様の断面図である。
【図5】従来の交差型MI素子を示す一部切欠き斜視図である。
【図6】高周波電流を供給することによって交差型MI素子に発生するスパイラル状の磁化を示す説明図である。
【図7】図5に示した交差型MI素子のMI特性を示す図である。
【図8】2つの交差型MI素子を備える磁界センサ−回路のブロック図である。
【符号の説明】
50 交差型MI素子
51 基板
52 第1の磁性体
53 磁化助成体
53a、53b、53c 磁化層
54 第2の磁性体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crossed MI element used for a magnetic detection element or a magnetic head of a magnetic sensor.
[0002]
[Prior art]
The MI element is a magnetically sensitive element that utilizes a phenomenon (MI effect) in which the impedance significantly changes due to an external magnetic field due to the skin effect when a high-frequency current is passed through a magnetic material.
[0003]
FIG. 5 shows a configuration example of the
In the
The first and second
[0004]
Further, the
[0005]
The
That is, since the permeability in the direction of inclination of the magnetization vector changes due to the external magnetic field Hex, the impedance changes.
[0006]
More specifically, as shown in FIG. 6, when a high-frequency current Iac is passed through the
[0007]
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltage (measured value of the voltage between the end portions of the element) generated by the impedance change in the
As shown in the figure, the
[0008]
In this characteristic diagram, the characteristic curve indicated by the solid line is the MI characteristic when the external magnetic field Hex is changed from the negative side to the positive side, and the characteristic curve indicated by the dotted line is the change of the external magnetic field Hex from the positive side to the negative side. This is the MI characteristic when
[0009]
FIG. 8 is a block diagram of a magnetic field sensor circuit including two
This magnetic field sensor circuit outputs a high-frequency pulse current Ipc from the high-frequency
[0010]
The high frequency pulse voltage is detected by the
[0011]
Further, the detection voltage of the
[0012]
Therefore, the differential voltage between the integrated voltages Va and Vb is amplified and output as the magnetic field detection voltage PO.
This magnetic field sensor circuit is configured to obtain a linear magnetic field detection characteristic by feeding back a part of the magnetic field detection voltage PO to the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the
[0014]
Specifically, a magnetic material was sputtered while applying a magnetic field for magnetization from the angle direction of the easy axis Jm 1 (α °) to the
Then, the elongated
[0015]
Such a
[0016]
However, since the magnetization direction of the
[0017]
Further, the MI characteristics of the MI elements vary depending on the manufacturing conditions.
Specifically, since it is difficult to produce a uniform and unidirectional magnetic field as a large area because it is manufactured by sputtering in a magnetic field, element characteristics greatly vary depending on points on the substrate.
[0018]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a highly accurate cross-type MI element with improved characteristic variation and hysteresis.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, the first magnetic body and the second magnetic body are formed on the substrate surface, and the easy axis of magnetization of the first magnetic body and the second magnetic body are formed. In the crossed MI element configured to intersect the easy magnetization axis, the anisotropy of the easy magnetization axis provided on the magnetic material is formed between the first magnetic material and the second magnetic material. A cross-type MI element is proposed, which is characterized in that a supporting film is formed.
[0020]
[Action]
The magnetization assistant provided between the first magnetic body and the second magnetic body in a film-forming layer prevents the change of the easy axis due to the magnetization that suddenly changes at the interface between the first and second magnetic layers. Subsidize.
[0021]
As a result, since the easy magnetization axes of the first and second magnetic bodies are reliably held without being disturbed, a cross-type MI element with extremely little hysteresis and characteristic variation is obtained.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a cross-type MI element, and FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the cross-type MI element cut along the longitudinal direction.
[0023]
In this figure, 50 is a crossed MI element, 51 is a substrate (for example, a glass substrate), 52 is a first magnetic body, 53 is a magnetization assistant, and 54 is a second magnetic body.
In the crossed
In addition, the 1st, 2nd
[0024]
The thin film is formed by sputtering in a magnetic field.
That is, the first
Similarly, the second
[0025]
The
Specifically, the magnetization
[0026]
That is, the
[0027]
In the crossed
[0028]
As a result,
[0029]
Specifically, after the first
[0030]
FIG. 4 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 showing a crossed
In the crossed
The
[0031]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the number of layers of the magnetization
[0032]
In practicing the present invention, the first
[0033]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the magnetization assisting body for assisting the anisotropy of the easy axis of magnetization is provided between the film formation layers of the first magnetic body and the second magnetic body, the first and second magnetic bodies are provided. In the body, there is little interference of the easy magnetization axis, and the cross-type MI element has very little variation in characteristics and hysteresis due to disturbance of the easy magnetization axis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a cross-type MI element shown as a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the crossed MI element cut along the longitudinal direction.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a layer film forming a magnetization assistant provided in the crossed MI element.
FIG. 4 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of the crossed MI element shown as the second embodiment.
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing a conventional crossed MI element.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing spiral magnetization generated in a crossed MI element by supplying a high-frequency current.
7 is a diagram showing MI characteristics of the crossed MI element shown in FIG. 5; FIG.
FIG. 8 is a block diagram of a magnetic field sensor-circuit comprising two crossed MI elements.
[Explanation of symbols]
50 Crossed
Claims (1)
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Publications (2)
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