JPH02134585A

JPH02134585A - 磁電変換素子

Info

Publication number: JPH02134585A
Application number: JP63288021A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Inoue; 哲夫井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-15
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1990-05-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、モーターの回転数、速度、回転角などを検出
する磁気センサなどに用いられる磁電変換素子に関する
。

（従来の技術）磁気抵抗効果を利用した磁気センサとしては、半導体の
ホール効果を利用したものと、強磁性体の異方性磁気抵
抗効果を利用したものとが知られている。

この強磁性体の異方性磁気抵抗効果とは、Ｃｏ−Ｎ１や
Ｐｅ−Ｎｉなどの高透磁率材料からなる薄膜の電気抵抗
が、強磁性体内を流れる電流Ｉと強磁性体の磁化Ｍの方
向に依存する現象である。

このような強磁性体の異方性磁気抵抗効果を利用した磁
電変換素子としては、次のようなものがある。

第６図は従来の磁電変換素子を用いた磁気センサを示す
図である。

同図において、１はガラスなどからなる基板を示してい
る。基板１の表面には、それぞれ連続折返しのパターン
とされた異方性磁気抵抗効果を有する強磁性体薄膜２．
３が形成されている。強磁性体薄膜２．３は、主電流通
路となる複数の直線部２ａ、３ａと、各直線部２ａ、３
ａを折り返した状態に連結する連結部２ｂ、３ｂとを有
しておリ、強磁性体薄膜２．３の直線部２ａ、３ａは、
基板１上で互いに直行する方向に形成されている。

各強磁性体薄膜２．３の一端は、共通の出力端子４に接
続されており、他端はそれぞれ電源端子５．６に接続さ
れている。

このように構成された磁電変換素子は、たとえば外周に
着磁された磁性体層を有する回転体（図示せず）の近傍
に、磁電変換素子の強磁性体薄膜２．３を配置するとと
もに、電源端子５．６に一定電圧を印加して強磁性体薄
膜２．３に電流を流し、異方性磁気抵抗効果による電圧
の変化を検知して、回転体の回転数、回転角、回転速度
などを検出する。

ここで、強磁性体薄膜の磁化Ｍは、外部磁界の各方向成
分の中で強磁性体薄膜の膜面と平行な成分に依存し、電
気比抵抗ρは磁化Ｍの方向に対称軸をもち、０−Ｏ５ｉｎ２θ＋ｉ：）ｈｅＱｓ２θ霧ρ　＋Δρ　
ｃｏｓ　’θ ■ （式中、θは磁化Ｍの方向を基準にした角度であり、ρ
　はθ−９０″のときの電気比抵抗、Δρはθ−０°の
ときの比抵抗ρ５からρ９の１値を差引いた値である。

）にほぼ近似した形で変化する。

そして、センス電流の流れる方向と直角で強磁性薄膜２
．３面と水平な外部磁界を受けることによって、強磁性
体薄膜２．３の電気抵抗は減少する。この電気抵抗の変
化をセンス電流の変化として検知し、変化の回数をカウ
ントすることによって、上述したように回転体の移動を
検出することができる。

ところで、この強磁性体薄膜２．３の電気抵抗は、外部
磁界の大きさがある一定値を越えると変化しなくなる。

この際の外部磁界の強さを飽和磁界と言う。したがって
、この飽和磁界を小さくすることによって、より微小な
外部磁界に応答させることが可能となり、磁電変換素子
の感度を向上させることができる。

そして、この飽和磁界は、材料固有の異方性磁界と、材
料の形状に依存する反磁界との和とじて表される。

ここで、第６図に示した磁電変換素子について考えとみ
ると、この素子の感度は材料の異方性磁界と主電流通路
の反磁界によりほぼ決定される。

第７図は第６図に示した磁電変換素子の主電流通路とな
る直線部２ａと屈曲部２ｂの拡大図である。

主電流通路の長さ（は、主電流通路の幅Ｗおよび主電流
通路の厚さｔに比べ十分大きいので、その反磁界Ｈｄは
次式で求められる。

Ｈｄｍ　４ａＭｓ−ｔ／ｗ　　　（式中、Ｍｓは強磁性
体薄膜の飽和磁化である。）したがって、この磁電変換素子の感度を向上させるため
には、主電流通路の幅Ｗを大きく、主電流通路の厚さｔ
を小さくする必要がある。

しかしながら、主電流通路の幅Ｗは、所定の電気抵抗を
得るために決められた面積内で電流経路を長くする必要
があるため、幅Ｗを狭くして充分に電流経路を確保する
必要があり、また主電流通路の幅Ｗを大きくすると消費
電力が大きくなってしまう。また、強磁性体薄膜の厚さ
ｔについても、膜質を安定させるという意味から５００
人程度が下限となる。このようなことから、従来の、磁
電変換素子においては、感度の向上に限界があった。

（発明が解決しようとする課題）このように、磁電変換素子の感度を向上させるためには
、強磁性体薄膜によって形成された主電流通路の反磁界
を小さくする必要がある。しかし、この反磁界を決定す
る一因である主電流通路の幅Ｗは、必要とする電気抵抗
や消費電力によって制限を受け、また他の要因である強
磁性薄膜の厚さｔは成膜条件によって制限されているた
め、ある程度以上感度を向上させることが困難であった
。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決すべくなされた
もので、磁７代変換素子の主電流通路となる直線部分の
形状に依存する反磁界を小さくし、飽和磁界を小さくす
ることによって感度を向上させた磁電変換素子を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、基板上に形成された異方性磁気抵抗効果を有
する強磁性体薄膜により、受感部となる複数の主電流通
路およびこれら主電流通路を結ぶ屈曲部が形成された磁
電変換素子において、前記各主電流通路を、それぞれ所
定の間隔をおいて形成される複数の強磁性体部と、これ
らの各強磁性体部の間に形成され前記強磁性体部を連結
する非磁性の複数の導電体部とにより構成するものであ
る。

（作　用）磁電変換素子の強磁性体薄膜によって形成された主電流
通路の反磁界の大きさＨｄは、次式で表される。

Ｈｄ　＝　Ｎ　Ｍ　ｓ　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・（１）ここで、Ｎは反磁界係数である。素子の
ある平面内で直線方向の反磁界係数をＮ　Ｉ　、この直
線方向と垂直でかつ平面内における方向の反磁界係数を
Ｎ２、素子面と垂直な方向の反磁界係数をＮ３とすると
、次式に示す関係を有している。

Ｎｌ　＋Ｎ２　＋Ｎ３−４π　　　　・・・・・・（Ｉ
Ｉ）そして、本発明の磁電変換素子における各強磁性体
薄膜の主電流通路の反磁界は、゛主電流通路を構成する
強磁性体部の反磁界に依存する。つまり、強磁性体部の
長さＪ２１、幅ｗ１厚さｔにより決まる。モしてＮ１は
（１の増大に伴って減少し、Ｎ２はβ１の増大に伴って
増大する。

したがって、本発明では、強磁性体部の長さβ、が小さ
いことがらＮ２を小さくすることができ、これにより、
磁電変換素子における感度を向上させることが可能とな
る。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例の磁電変換素子を用いた磁気
センサを示す図、第２図および第３図は第１図の要部を
示す図である。

これらの図に示すように、磁気センサを構成するこの実
施例の磁電変換素子は、ガラスなどからなる基板１１上
に、ｃｏ−旧やＦｅ−旧などの異方性磁気抵抗効果をａ
する強磁性体薄膜１２．１３が形成されている。この強
磁性体薄膜１２．１３は連続折返しバター二／形状を有
し、受感部となる複数の主電流通路部１４．１５とこれ
らを直結する屈曲部１６．１７とにより構成されている
。これら主電流通路部１４．１５は、その長手方向が直
線状の電流経路となり、また強磁性体薄膜１２の主電流
通路部１４と強磁性体薄膜１３の主電流通路部１５とは
、これらの電流方向が直行するように配置されている。

主電流通路部１４．１５は、第２図および第３図に示し
たように、直線上にそれぞれ所定の間隔をおき、はぼ方
形に形成された複数の強磁性体部１４　ａ　ｓ　１５　
ａと、各強磁性体部１４　ａ　ｓ　１４　ａおよび１５
ａ、１５ａとの間に形成され各強磁性体部１４　ａ　％
　１４　ａおよび１５　ａ　ｓ　１５　ａを電気的に連
結する非磁性の導電部１４ｂ、１５ｂとからなっている
。また、主７に流通路部１４．１５の一方の端部は、共
通の出力端子１８に電気的に接続されている。主電流通
路部１４．１５の他方の端部には、それぞれ電源端子１
９．２０が形成されている。

ｒｉ源端子１９．２０には、センス・電流を供給するた
めの直流電源３１がリード線３３ａ、３３ｂを介して接
続されている。また、電源端子１９がらのリード線３３
ａと出力端子１８との間には、リード線３４を介して電
圧計３５が接続されており、電圧計３５により、強磁性
体薄膜１２．１３の異方性磁気抵抗効果によって変化す
るセンス電流による電圧の変化を検知する。

次に、上述のように構成された磁気センサの磁電変換素
子の製造方法について説明する。

まず、ガラス基板１１上に強磁性体薄膜１２．１３を真
空蒸着法やスパッタ法などによって５００人稈度に成膜
する。次いで、強磁性体薄膜１２．１３をフォトリソグ
ラフィ技術などを用いて、方形状のパターニングを行う
ことにより主電流通路部１４．１５を構成する強磁性体
部１４ａ、１５ａおよび屈曲部１６．１７を形成する。

次に、各強磁性体部１４ａ、１５ａ上にレジストパター
ンを形成しておき、電解メツキにより各強磁性体部１４
ａ、１４ａおよび１５ａ、１５ａの間に銅などの非磁性
の導電部１４ｂ、１５ｂを形成する。

そして、この実施例の磁気センサは、たとえばモータな
どの磁性体部分を有する回転体の近傍に、強磁性体薄膜
１２．１３を配置することにより、磁性体からの漏れ磁
束の移動によって発生する外部磁界の変化を、受感部で
ある主電流経路部１４．１５の異方性磁気抵抗効果によ
ってセンス電流が変化し、これを電圧変化として検出す
る。

したがって、この実施例の磁気センサにおける磁電変換
素子は、主電流通路部１４．１５の電流の流れ方向の反
磁界係数Ｎ１が、電流の流れ方向に対して垂直方向に設
けた銅などの非磁性の導電部１４ｂ、１５ｂによって増
大されているため、磁電変換素子の感度を左右する同一
平面内における電流の流れ方向と垂直な方向の反磁界係
数Ｎ２が減少する。これによって、主電流通路を直線状
とした従来の磁電変換素子に比べて、感度が大幅に向上
する。

なお、上述した実施例において、導電部を、第４図およ
び第５図に示すように、各強磁性体部１４８％　　１４
　ａおよび１５　ａ　ｓ　１５　ａに重なる形状の導電
部２４．２５としてもよい。

また、上述した実施例では、強磁性体部１４ａ１１５ａ
の形状をほぼ方形としたが、たとえば円形などの他の形
状に形成し、これに合わせて導電部を形成するようにし
てもよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明の磁電変換素子は、各主電流
通路を、それぞれ所定の間隔をおいて形成される複数の
強磁性体部と、これらの各強磁性体部の間に形成され、
各強磁性体部を連結する非磁性の複数の導電体部とによ
り構成したので、反磁界を小さくして飽和磁界を小さく
することができ、これにより感度を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の磁電変換素子を用いた磁気
センサを示す平面図、第２図は第１図の主電流通路部を
示す平面図、第３図は第２図の側面図、第４図は本発明
の他の実施例の磁電変換素子における主電流通路部を示
す平面図、第５図は第４図の側面図、第６図は従来の磁
電変換素子を用いた磁気センサを示す平面図、第７図は
第６図の主電流通路部の拡大斜視図である。１１・・・基板、１２．１３・・・強磁性体薄膜、１４
．１５・・・主電流通路部、１４ａ、１５ａ・・・強磁
性体部、１４ｂ、１５ｂ・・・導電部、１６．１７・・
・屈曲部。出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims

【特許請求の範囲】基板上に形成された異方性磁気抵抗効果を有する強磁性
体薄膜により、受感部となる複数の主電流通路およびこ
れら主電流通路を結ぶ屈曲部が形成された磁電変換素子
において、前記各主電流通路を、それぞれ所定の間隔をおいて形成
される複数の強磁性体部と、これらの各強磁性体部の間
に形成され前記各強磁性体部を連結する非磁性の複数の
導電体部とにより構成することを特徴とする磁電変換素
子。