JPH04137572A - 磁気抵抗効果素子および回転検出器 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気抵抗効果を利用して磁界を検出する磁気
抵抗効果素子、および磁気抵抗素子と永久磁石を組み合
わせて、モーターや歯車、車輪等の回転体の回転を検出
する回転検出器に関するものである。

Ｅ従来の技術］ 半導体ホール素子、半導体磁気抵抗効果素子、強磁性（
磁気抵抗効果素子等の磁電変換素子が、無接点スイッチ
や、被測定物の運動を一旦、永久磁石の運動に変えて計
測する位置検出器や回転検出器に利用されている。中で
も、強磁性磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子は
、小さい磁界強度に対しても感度が良く、磁束応答型で
あるので、低速磁界変化でも精度の高い測定か可能で、
また、薄膜技術を用いて小さいサイズに作製できる等の
利点を持っている。このため、前述した用途には非常に
適しており、広く利用されている。

［発明が解決しようとする課題〕 このような磁気抵抗効果素子にはＮｉＦｅ合金やＮｉＣ
ｏ合金の磁性薄膜が用いられており、いわゆる異方性磁
気抵抗効果を利用している。しかし、従来の異方性磁気
抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子は、数１０エルス
テッド程度の比較的小さい磁界で飽和してしまうため、
工作機械、自動車の内部等強い電磁雑音の発生する環境
では使用できない。また、指向性が低いために、外部の
雑音磁界を検出し易く、回転検出器等に使用する場合に
は、高い分解能か得られないといった問題点かある。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、雑音に強く
、高い分解能を持つ磁気抵抗効果素子および回転検出器
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、磁性薄膜Ｑこ電極を取り付け電流を流し、磁
性薄膜の磁気抵抗効果による電気抵抗の変化によって外
部磁界を検出する磁気抵抗効果素子において、 前記（■性薄膜がＣｏ、Ｃｏを主成分とする合金、Ｎ１
、Ｎｉを主成分とする合金のいずれか１つからなる強磁
性金属薄膜層と、金属非磁性薄膜層とを交互Ｑこ積層し
た構造であることを特徴としている。

また、本発明は、回転軸上に固定された少なくとも１個
の永久磁石と、前記回転軸の回転に伴い前記永久磁石か
ら生じる磁界の変化を電気抵抗の変化として検出するた
めに配置された磁気抵抗効果素子からなる回転検出器に
おいて、 前記磁気抵抗効果素子か請求項１記載の磁気抵抗効果素
子であることを特徴としている。

〔作用〕

垂直磁気異方性を持つ磁性薄膜は、磁化反転時に電気抵
抗の異常を示すことが知られており（湯本他著、ＩＥＥ
Ｅ　　トランザクションス　オンマグネティクス、２４
巻、２７９３頁、１９８８年）、Ｃ０／　Ａ　ｕ多層膜
で特に大きな磁気抵抗変化が見いだされている（ヘルー
他著、フィジカル　レビュー８３７巻、６６８頁、１９
８８年）。本発明者は同様の磁気抵抗変化が多くの強磁
性薄膜層と非磁性金属薄膜層の積層膜でも生じることを
見いだし、さらに、この新しい磁気抵抗効果を利用する
と、従来の異方性磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素
子よりも優れた特性が得られることを見いだして、本発
明に至ったものである。

このような異方性磁気抵抗効果を用いた本発明の磁気抵
抗効果素子は、磁性薄膜に電極を取り付け電流を流し、
磁性薄膜の磁気抵抗効果による電気抵抗の変化によって
外部磁界を検出する磁気抵抗効果素子において、磁性薄
膜がＣｏもしくはＣＯを主成分出する合金、またはＮ】
もしくは＼ｊを主成分とする合金のいずれかかるなる強
磁性金属薄膜層と、金属非磁性薄膜層とを交互Ｓこ積層
した構造であることを特徴とする。このとき、金属非磁
性薄膜層をＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、ＰＬのいずれかから選ぶ
ことによって、特に優れた特性が得られる。

また、本発明の回転検出器は、回転軸上に固定された少
なくとも１個の永久磁石と、この回転軸の回転に伴い永
久磁石から生じる磁界の変化を電気抵抗の変化として検
出できるように配置された磁気抵抗効果素子からなる回
転検出器において、磁気抵抗効果素子がＣＯもしくはＣ
ｏを主成分とする合金、またはＮｉもしくはＮｉを主成
分とする合金のいずれかからなる強磁性金属薄膜層と、
金属非磁性薄膜層とを交互に積層した構造であることを
特徴とする。

（実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の磁気抵抗効果素子の一例を示す構造図
である。基板１上ムこＣｏもしくはＣｏを主成分とする
合金、または、ＮｉもしくはＮｉを主成分とする合金の
いずれかからなる強磁性金属薄膜層２と、金属非磁性薄
膜層３とを交互に積層した構造の感磁層と電極４とによ
って構成される。

このような構成の磁気抵抗効果素子では、基板１の材料
には、ガラス、Ｓｉ、Ａｌ□０３、ＴｉＣ１Ｓ　ｒ　Ｃ
，、Ａ　Ｉ　２０：ｌとＴｉＣとの焼結体、フェライト
等を用いることができる。

強磁性薄膜Ｎ２には、ＣｏもしくはＣｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−
Ｎｉ等の強磁性合金、あるいはこれらに添加物を加えた
もの、または、ＮｉもしくはＮｉＦｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等の
強磁性合金、あるいはこれらに添加物を加えたものを用
いることができる。

非磁性金属薄膜層３の材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ
、Ｐｔ、あるいはこれらに添加物を加えたものを用いる
ことができる。

本実施例は、これら強磁性材料と非磁性金属材料とを２
基の蒸発源を持つ真空莫着装置または２基のターゲット
を持つスパッタリング装置で蒸発させ、２基の蒸発源の
シャンターを交互に開閉したり、あるいは、基板を２基
の蒸発源上を交互に通過させることによって、基板上に
２種類の材料を交互に積層させることができる。

このようにして得られた本発明の磁気抵抗効果素子と、
従来の異方性磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子
との抵抗−磁界特性を、第２図に示す。従来の磁気抵抗
効果素子は比較的小さい磁界範囲で抵抗変化を生じるの
に対して、本発明の磁気抵抗効果素子は数十〜数百Ｏｅ
の比較的大きな磁界（Ｈｌ）でパルス的な抵抗変化を生
じる。また、Ｈ１未満の磁界に対しては応答しないので
、数〜数＋Ｏｅの雑音磁界の存在する環境下では従来の
磁気抵抗効果素子に比べて格段に優れた耐雑音性を有す
る。

このような本発明の磁気抵抗効果素子と、従来の磁気抵
抗効果素子との指向性を、第３図に示す。

従来の磁気抵抗効果素子については最も指向性か顕著と
なる電流方向からの角度を横軸にとって抵抗値の変化を
示し、本発明の磁気抵抗効果素子については最も指向性
が顕著となる磁性膜の法線方向からの角度を横軸にとっ
て抵抗値の変化を示しである。本発明の磁気抵抗効果素
子の抵抗−角度曲線の半値幅は１０’以下と従来の磁気
抵抗効果素子の数分の−であり、指向性が格段に優れて
いる。

このため、永久磁石と組み合わせて位置検出、角度検出
を行う時に、高い分解能が得られる。また、検出方向の
磁界しか検知しないので、耐雑音性にも優れている。

次に、本実施例により得られる４つの例について、比較
例を用いて説明する。

２基の蒸発源を用いた電子ビーム真空蒸着法により、第
１表に示す強磁性薄膜層と非磁性金属薄膜層とを交互に
連続的に積層し、厚さ４０ｎｍの多層膜を作成した。

基板にはガラス基板を用い、基板温度は１００°Ｃとし
た。成膜速度はＱ、ｌｎｍ７秒とし、各蒸発源のン十ツ
タ−の開閉時間を変えて、各層の膜厚を制御した。蒸着
中の真空度ば、５　Ｘ　１０−８Ｔｏｒｒであった。そ
の上に、厚さ０．２．ｍのＡｕを蒸着法により成膜し、
フォトリソグラフィー技術とイオンエツチング技術を用
いて、幅１０μｍの細線状にパターン化した。次に、磁
気抵抗効果素子の検出部分の長さ５００μｍのみＡｕ層
を化学エンチングにより除去し、残りのＡｕ膜を電極と
し、例１〜５とした。

また、磁性１膜としてＮｉＦｅ、ＮｉＣｏ単層膜を用い
た他は例１〜５と同し方法で磁気抵抗効果素子を作製し
、比較例１．２とじた。これらの磁気抵抗効果素子に５
ｍＡの定電流を印加し、２端子法で抵抗−磁界特性を測
定した。抵抗−磁界特性は最大の抵抗変化率と抵抗変化
か飽和する外部磁界の大きさ、抵抗変化曲線の半値幅で
代表させている。飽和磁界については、第２図に示すよ
うに、従来の磁気抵抗効果素子は外部磁界を増加させて
抵抗の減少が飽和する磁界をとり、本発明の磁気抵抗効
果素子についてはＨｌの値を用いた。

第１表の測定結果から明らかなように、本発明の磁気抵
抗効果素子の抵抗変化率は、従来の磁気抵抗効果素子と
同等であり、飽和磁界が従来の磁気抵抗効果素子に比べ
て大きいので、優れた耐雑音性を有する。さらに、本発
明の磁気抵抗効果素子の半値幅は１０°以下と従来の磁
気抵抗効果素子の数分の−であり、指向性が格段に優れ
ている。

次に、例１の磁気抵抗効果素子と比較例１の磁気抵抗効
果素子とを用いて回転検出器を試作した。

第４図にその構造図を示す。被検出部には半径方向に交
互に磁化させたドーナツ形状のフェライト磁石６を用い
これを回転軸５に固定した。この時、磁石としては８極
２．１６極、３２極の３種類のものを用いた。また、磁
石表面から１０ｍｍの間隙を設けて磁気抵抗効果素子７
を配置し、検出部とした。これらの回転検出器を用いて
、回転軸の回転数を１００〜１１０００ｒｐの範囲で変
化させて、回転に伴うパルスの検出を行った。この時、
ヘルムホルムコイルを用いて、１０）１ｚ、２００ｅの
交流磁界を印加して、外部雑音磁界の影響も調べた。測
定の結果、それぞれの場合で検出可能であったか、不可
能であったかを第２表にまとめた。

第２表 第２表から明らかなように、本発明の磁気抵抗効果素子
の指向性が格段に優れているため、角度検出を行う時に
、高い分解能が得られる。また、検出方向の磁界しか検
知しないので、耐雑音性にも優れている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による磁気抵抗効果素子は
磁性薄膜に電極を取り付けて電流を流し、磁性薄膜の磁
気抵抗効果による電気抵抗の変化によって外部磁界を検
出する磁気抵抗効果素子において、磁性薄膜がＣｏもし
くはＣＯを主成分とする合金、またはＮｉもしくはＮｉ
を主成分とする合金のいずれかからなる強磁性金属薄膜
層と、金属非磁性薄膜層とを交互に積層した構造を有す
ることにより、耐雑音性が高く、指向性に優れた磁気抵
抗効果素子が得られる。

また、本発明の回転検出器は、回転軸上に固定された少
なくとも１個の永久磁石と、回転軸の回転に伴い永久磁
石から生じる磁界の変化を電気抵抗の変化として検出で
きるように配置された磁気抵抗効果素子からなる回転検
出器において、前記磁気抵抗効果素子がＣｏもしくはＣ
Ｏを主成分とする合金、またはＮｉもしくはＮｉを主・
成分とする合金のいずれかからなる強磁性金属薄膜層と
、金属非磁性薄膜層とを交互に積層した構造を有するこ
とにより、角度検出分解能が高く、耐雑音性に優れた回
転検出器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気抵抗効果素子の一例を示す構造図
、 第２図は本発明の磁気抵抗効果素子の抵抗−磁界曲線を
示す図、 第３図は本発明の磁気抵抗効果素子の検出角度依存性を
示す図、 第４図は本発明の回転検出器の一例を示す構造図である
。 １・・・・・基板 ２・・・・・強磁性薄膜層 ３・・・・・非磁性金属薄膜層 ４・・・・・電極 ５・・・・・回転軸 ６・・・・・フェライト磁石 ７・・・・・磁気抵抗効果素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性薄膜に電極を取り付け電流を流し、磁性薄膜
   の磁気抵抗効果による電気抵抗の変化によって外部磁界
   を検出する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性薄膜がＣｏ、Ｃｏを主成分とする合金、Ｎｉ、
   Ｎｉを主成分とする合金のいずれか１つからなる強磁性
   金属薄膜層と、金属非磁性薄膜層とを交互に積層した構
   造であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. （２）回転軸上に固定された少なくとも１個の永久磁石
   と、前記回転軸の回転に伴い前記永久磁石から生じる磁
   界の変化を電気抵抗の変化として検出するために配置さ
   れた磁気抵抗効果素子からなる回転検出器において、 前記磁気抵抗効果素子が請求項１記載の磁気抵抗効果素
   子であることを特徴とする回転検出器。