JP6899117B2 - 磁界センサとバイアス方法 - Google Patents
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請求項1記載の発明は、絶縁基板上に磁性薄膜を介して誘電体薄膜とコプレーナ導体を積層する構造を有する磁界センサにおいて、バイアス電流を流すバイアス用薄膜と当該薄膜に前記バイアス電流を印加するためのバイアス用電極端子を備え、当該バイアス用電極端子は、前記磁性薄膜の困難軸方向にバイアス磁界を発生させるように配置され、前記バイアス用薄膜は前記磁性薄膜であり、前記バイアス用電極端子の端部は、前記磁性薄膜の一部の領域の表面に積層するように形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、センサ素子内に薄膜プロセスを用いて一体的にバイアス印加手段が形成されるので、製造コストを大きく増加させることなく、コンパクトな薄膜磁界センサを提供することができる。
本発明によれば、磁性薄膜がバイアス用薄膜を兼ねているので、構成がきわめてシンプルである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の磁界センサであって、前記絶縁基板がガラスであり、かつ磁性薄膜はアモルファスCoNbZr(コバルトニオブジルコニウム)であり、かつ誘電体薄膜はチタン酸ストロンチウムであり、かつ積層されるコプレーナ導体及びバイアス用電極端子は、クロム薄膜と銅薄膜を構成要素に含む積層膜であり、かつ前記コプレーナ導体は、直線型またはミアンダ型であることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、絶縁基板上に磁性薄膜を介して誘電体薄膜とコプレーナ導体を積層する構造を有する磁界センサにおいて、バイアス電流を流すバイアス用薄膜と当該薄膜に前記バイアス電流を印加するためのバイアス用電極端子を備え、当該バイアス用電極端子は、前記磁性薄膜の困難軸方向にバイアス磁界を発生させるように配置され、前記バイアス用薄膜は導電性薄膜であって、前記磁性薄膜の下層に形成され、前記バイアス用電極端子の端部は、前記バイアス用薄膜の一部の領域の表面に積層するように形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、バイアス用薄膜は磁性薄膜とは独立した別の薄膜プロセスで形成されるので、バイアス用薄膜の材質や膜厚を適切に設定することで、バイアス電流値の上限を拡大させ、より大きなバイアス磁界の設定が可能になる。
請求項4の発明は、請求項3記載の磁界センサであって、前記絶縁基板がガラスであり、かつ前記バイアス用薄膜はクロム薄膜と銅薄膜を構成要素に含む積層膜であり、かつ磁性薄膜はアモルファスCoNbZrであり、かつ誘電体薄膜はチタン酸ストロンチウムであり、積層されるコプレーナ導体及びバイアス用電極端子は、クロム薄膜と銅薄膜を構成要素に含む積層膜であり、かつ前記コプレーナ導体は、直線型またはミアンダ型であることを特徴とする。
また、積層されるコプレーナ導体及びバイアス用電極端子には、クロム薄膜と銅薄膜を構成要素に含むので、下地との接合が良好であり、抵抗率も低い。従って、バイアス用電極端子ではバイアス電流の通電に有利であり、コプレーナ線路においては、センサのゲイン低下を抑制できる。
まず実施例1について述べる。実施例1は、バイアス用薄膜が磁性薄膜である場合である。図1及び2は試作したセンサ素子1の構造を示した模式図である。図1においては、薄膜を透明体として表示した。
磁性薄膜はアモルファスCoNbZrを用いた。このアモルファスCoNbZr薄膜3は矩形状とし、センサ作成工程おいて、長辺方向に容易軸、短辺方向が困難軸になるように異方性を付与してある。当該薄膜の両端に配置された一対のバイアス用電極端子4a、4bには、直流バイアス電流が印加され、図1の矢印方向に流れる。すると磁化困難軸方向へバイアス磁界が発生する。バイアス電流値をゆっくり変化させながら、バイアス磁界を静的に変化させる。このバイアス磁界が異方性磁界と近い際に、キャリアの位相変化及び振幅変化値が最大値になると考えられる。
前述の様に、アモルファスCoNbZr薄膜3の長辺方向の両端にはバイアス用電極端子4a、4bが設けられている。その膜層は下地をCr薄膜8とするCu薄膜8である。以下、積層膜は層を/で区切って、例えば、Cr/Cuの様に表示する。膜層を下層から順に示す。
図2において、ミアンダコプレーナ線路の信号線はSで表示されており、キャリア電流の瞬間的な方向も図示されている。本明細書においては、本実施例の場合はミアンダ数を4と定義する。後述する図6のミアンダコプレーナ線路では、ミアンダ数は5である。ミアンダ数が1の場合を直線のコプレーナ線路とする。コプレーナ線路のミアンダ数、信号線幅、アース線幅、ギャップ長、膜厚等の数値は設計的事項であり、センサ素子の性能を勘案して決める。
まず、ガラス基板2を洗浄する(S1、ここでSはステップの略とした。以下同様)。本実施例では、厚みが1mmで、約25mm角のカリガラスを準備し、無リン石鹸液及び有機溶剤で洗浄した。
次に、磁性膜を成膜する(S3)。ここでは、アモルファスCoNbZr薄膜3をRFスパッタ法(高周波スパッタ法)により成膜した。膜厚は1μmした。
成膜後、レジスト剥離を実施する(S4)。アセトン溶液中に浸漬後、不要な膜を剥離し、磁性膜のパターンを得た。
金属マスクは厚み0.2mmのステンレス板で、成膜が必要な部分はレーザーでくり抜いて製作した。成膜に当たっては、本金属マスクを基板に密着させて取り付けた。
次に、レジスト剥離を実施する(S9)。ここでは、アセトン溶液に浸漬後、不要な膜を剥離し、ミアンダコプレーナ線路6とバイアス用電極端子4のパターンを得た。
本磁界中熱処理の目的は、磁性膜成膜後に実施されるSrTiO薄膜5の形成(S6)と導電性薄膜形成(S8)が、磁場中で実施されることで受ける影響を取り去り、再度、0.3Tの磁界強度で最終的に一軸異方性を付与することである。本熱処理では、図1に示されたアモルファスCoNbZr薄膜3の長辺方向に容易軸、短辺方向に困難軸が形成される。
更に、300℃の温度で熱処理を実施することで、ミアンダコプレーナ線路6及びバイアス用電極端子4を形成する下地のCr薄膜8と上層のCu薄膜7が拡散して、CrとCuの界面に合金層が形成されることで両者の密着性を向上させる効果を併せ持っている。
また、追加的な工程を設けて、信頼性を向上させることができる。例えば、ミアンダコプレーナ線路6及びバイアス用電極端子4は、Cu表面の上にメッキ法によりニッケル下地金メッキを実施することができる。また、RFスパッタ法により、Cu薄膜7を形成後に、真空を破ることなく、連続してCrとAu(金)薄膜を成膜することができる。これらの方法により、ミアンダコプレーナ線路6及びバイアス用電極端子4の酸化を防止し、プローブ等との接触抵抗を低減できる。また、センサ素子を基板に実装する際のワイヤボンディング等の歩留りを向上させ、接続の信頼性を高めることが出来る。
基板であるガラスはソーダライムガラスであっても良い。本作成方法で示された熱処理温度にも十分な強度を有し、また、熱膨張係数もカリガラスと近似している。
また、磁性薄膜は、アモルファスCoNbZrに限定されず、他の磁性薄膜であって良い。例えば、アモルファスCoFeSiB(コバルト鉄シリコンボロン)が挙げられる。
この変化に伴い、グラフの白塗りの○で示される位相変化感度は、バイアス磁場が約9Oeで、47gegree/Oeの値が得られた。前述の様に、磁性薄膜の異方性磁界がバイアス磁界と近い値で位相変化感度は最大にると考えられる。このバイアス磁界と最高位相感度の数値は、別途行った外部に設けたコイルによりバイアス磁界を与えた場合の数値とほぼ対応した。
バイアス用電極端子4aのパターンをL字状に延長して、バイアス印加位置を一方の側(4bの側)に揃えた。このようなパターンにすることで、バイアス印加用プローブの配置が容易になる。また、センサ素子をプリント基板に実装する際のワイヤボンディング等の接続工程においても、ワイヤ長が揃い、ボンディングが効率化できる。
本センサ素子においても、ガラス基板2の表面に構成され、アモルファスCoNbZr薄膜3、SrTiO薄膜5、ミアンダコプレーナ線路6等の基本構造は実施例1と同様であり、アモルファスCoNbZr薄膜3には、長辺方向に容易軸、短辺方向が困難軸になるように異方性が付与されている。
そして、本センサ素子では、アモルファスCoNbZr薄膜3の直下に、新たにバイアス用薄膜10が設けられ、当該薄膜の両端には、バイアス電流を通電させるためのバイアス用電極端子4a、4bが積層されている。
このバイアス用薄膜10は、1.1mm×3.05mmの矩形パターンである。アモルファスCoNbZr薄膜3の寸法は、実施例1と同一(1mm×2.25mmの矩形で、膜厚は1μm)であり、バイアス用薄膜10の寸法の中に納まるように配置されている。尚、バイアス用薄膜10の膜厚は、通電させるバイアス電流の値を勘案して決定される。
尚、本実施例では、バイアス用電極端子4は、アモルファスCoNbZr薄膜3のパターンの両端にも積層されているが、これも必須なことではなく、バイアス用薄膜10にかかっていれば良い。
2 ガラス基板
3 アモルファスCoNbZr薄膜
4 バイアス用電極端子
5 SrTiO薄膜
6 コプレーナ線路
7 Cu薄膜
8 Cr薄膜
9 Au薄膜
10 バイアス用薄膜
20 直流電源(DC)
21 ネットワークアナライザ(NA)
22 パソコン(PC)
Claims (4)
- 絶縁基板上に磁性薄膜を介して誘電体薄膜とコプレーナ導体を積層する構造を有する磁界センサにおいて、バイアス電流を流すバイアス用薄膜と当該薄膜に前記バイアス電流を印加するためのバイアス用電極端子を備え、当該バイアス用電極端子は、前記磁性薄膜の困難軸方向にバイアス磁界を発生させるように配置され、
前記バイアス用薄膜は前記磁性薄膜であり、前記バイアス用電極端子の端部は、前記磁性薄膜の一部の領域の表面に積層するように形成されていることを特徴とすると磁界センサ。 - 請求項1記載の磁界センサであって、前記絶縁基板がガラスであり、かつ磁性薄膜はアモルファスCoNbZr(コバルトニオブジルコニウム)であり、かつ誘電体薄膜はチタン酸ストロンチウム(SrTiO)であり、かつ積層されるコプレーナ導体及びバイアス用電極端子は、クロム薄膜と銅薄膜を構成要素に含む積層膜であり、かつ前記コプレーナ導体は、直線型またはミアンダ型であることを特徴とする磁界センサ。
- 絶縁基板上に磁性薄膜を介して誘電体薄膜とコプレーナ導体を積層する構造を有する磁界センサにおいて、バイアス電流を流すバイアス用薄膜と当該薄膜に前記バイアス電流を印加するためのバイアス用電極端子を備え、当該バイアス用電極端子は、前記磁性薄膜の困難軸方向にバイアス磁界を発生させるように配置され、
前記バイアス用薄膜は導電性薄膜であって、前記磁性薄膜の下層に形成され、前記バイアス用電極端子の端部は、前記バイアス用薄膜の一部の領域の表面に積層するように形成されていることを特徴とする磁界センサ。 - 請求項3記載の磁界センサであって、前記絶縁基板がガラスであり、かつ前記バイアス用薄膜はクロム薄膜と銅薄膜を構成要素に含む積層膜であり、かつ磁性薄膜はアモルファスCoNbZrであり、かつ誘電体薄膜はチタン酸ストロンチウムであり、積層されるコプレーナ導体及びバイアス用電極端子は、クロム薄膜と銅薄膜を構成要素に含む積層膜であり、かつ前記コプレーナ導体は、直線型またはミアンダ型であることを特徴とする磁界センサ。
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