JPH04139755A - 光・磁気検出装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、光・磁気検出装置に係り、特に同一測定領域
の磁気的情報および光学的情報を同時に検出する光・磁
気検出装置に関する。

（従来技術） 例えば、紙幣の識別には、光による識別と磁気による識
別との２つが用いられている。

これらのうち、磁気による識別は、紙幣にはなんらかの
形で磁性インクが用いられているのを利用し、この磁性
インクの分布を検出することにより紙幣識別を行うもの
である。

また、光による識別は、紙幣の色相パターンの分布等を
測定することにより紙幣識別を行うものである。

従来この２つは単独で行われているのが通常である。そ
して両方が行われている場合にも、それぞれ別の領域で
磁気的情報および光学的情報を検出し、信号処理によっ
て対応づけがなされる程度であった。

しかしながら、信号処理は複雑で多大な時間および装置
を要する上、磁気的情報と光学的情報との対応位置のず
れが生しやすいという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の紙幣識別装置では同一測定領域の磁気
的情報と光学的情報とを一致させるのは困難であるうえ
、装置が大型化し、識別に多大な時間を要するという問
題があった。

この問題は紙幣の識別のみならず、他の情報検出にもあ
てはまるものであった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、小型で容
易に同一測定領域の磁気的情報と光学的情報とを高精度
に読み取ることのできる光・磁気検出装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決する手段） そこで本発明の第１では、測定領域の磁気的情報を検出
する磁気抵抗素子と、光学的情報を検出する光学検出素
子とを積層構造で構成するようにしている。

また本発明の第２では測定領域の磁気的情報を検出する
磁気抵抗素子と、光学的情報を検出する光学検出素子と
を同一基板の表面および裏面にモノリシックな積層構造
で構成するようにしている。

また本発明の第３では測定領域の磁気的情報を検出する
磁気抵抗素子と、光学的情報を検出する光学検出素子と
をハイブリッドな積層構造で構成するようにしている。

（作用） 上記構成によれば、磁気抵抗素子と光学検出素子とを積
層しているため、同一測定領域の磁気的情報と光学的情
報とを同時に読み取ることができ、実時間で磁気的情報
と光学的情報との対応づけを行うことができる。

このため、従来のように磁気的情報と光学的情報との、
信号処理による対応づけが不要となり、短時間で容易に
実時間で対応情報としての各情報を得ることができる。

また、積層構造であるため、装置が極めて小型となる。

さらには、信号処理回路が不要となるためさらなる小形
化が可能となる。

また、磁気的情報と光学的情報との対応位置のずれもな
い。

例えばこの素子を紙幣識別に用いた場合、同一測定点に
おける磁気的情報と光学的情報とを同時に得ることがで
き、磁気インクによる印刷部のみの色相センシングや、
磁気をもたないインクによる印刷部のみの色相センシン
グなどが可能となり、いろいろな特徴量のセンシングが
容易に可能となる。従って、インクの磁気の有無による
色パターンの分離を従来は後処置で行っていたのに対し
、このセンサてはセンサ内部て行うことができる。

望ましくは、基板の表面に光学検出素子を形成すると共
に、裏面に磁気検出素子を形成しモノリシック構造の素
子を形成することにより、上記効果に加えて極めて小型
で高精度の素子を得ることか可能となる。

またハイブリッド構造で構成するようにすれば一方の素
子が不良となった場合には取り替えることも可能となる
。

例えば、−導電型のシリコン基板内にこれと逆導電型の
半導体領域を形成し、この間のｐ。接合を利用したホト
ダイオードを構成すると共に、裏面に酸化シリコン膜等
の絶縁膜を形成し、この上層にＳｏｌ構造の磁気抵抗素
子を形成する。

この磁気抵抗素子としては、絶縁膜上に、ｌ　ｎＳｂ薄
膜を形成したのち、この上層に薄いニッケル（Ｎｉ）薄
膜またはニッケルアンチモン（Ｎｌ５ｂ）薄膜を形成し
、Ｉ　ｎＳｂ薄膜およびＮｉ　（またはＮ１５ｂ）をヒ
ータにより線状に加熱しつつ一端から他端へと徐々に溶
融し、帯域溶融再結晶化（ＺＭＲ）法によりＩ　ｎＳｂ
薄膜の再結晶化を行い、最後にこれをパターニングし、
最後に両端に電極を形成したものなどが有効である。

この構造では、帯域溶融再結晶化法を用いるに際し、必
要とするＮｉＳｂの配向方向に沿って線状に徐々に加熱
を行うことにより、形成される針状金属の配向性を制御
することができる。

すなわち上記構造によれば、ＩｎＳｂ薄膜上に薄いＮｊ
薄膜またはニッケルアンチモン（Ｎ１５ｂ）薄膜を形成
し、これを帯域溶融再結晶化法により再結晶化するよう
にしているため、ｒｎｓｂ結晶内に分布する旧ｓｂ針状
金属の配向性を極めて良好に制御し電流方向と垂直な方
向に配向した有効な補助電極として用いることかでき、
また、センサの高感度化をはかることが可能となる。

なお、このＩｎＳｂ結晶内に分布せしめる補助電極とし
ては、ＮｊＳｂの他、ｒｎＮｊ、　ＩｎＣｕ、　ｌｎＭ
ｎ、　ＩｎＰｄ、　ＩｎＡｇ、　ＩｎＳｎ、　ＩｎＴｅ
、　１ｎＡｕ、　ＩｎＰｂ、　ＩｎＣｅ、　［ｎＢｉ、
ＮａＳｂ、ＭｇＳｂ、＾ＩＳｂ　、　ＫＳｂ　、　Ｃｒ
Ｓｂ　、　ＭｎＳｂ　、　ＦｅＳｂ　、　ＣｏＳｂ　、
　Ｃｕ５ｂ　、　ＧａＳｂ　、　ＧｅＳｂ　、＾ｇＳｂ
、ＣｄＳｂ、５ｎＳｂ、ＰｔＳｂ、＾ｕＳｂ　、　Ｐｂ
、Ｓｂ　、　Ｚｎ５ｂ等も有効である。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しっつ詳細に
説明する。

実施例１ 第１図は本発明の第１の実施例のモノリシック構造の磁
気抵抗型光感応素子を示す図である。

この素子は、ｎ型シリコン基板１内に形成されたｐ型拡
散層２とからなり、この間のｐｎ接合を利用したホトダ
イオード部ＰＤと、このｎ型シリコン基板１の裏面に酸
化シリコン膜３を介して形成されたＩｎＳｂの磁気抵抗
素子パターン４とこの両端に形成されたＩｎ電極５とか
らなる磁気抵抗素子とから構成され、同一測定点での光
学的情報と磁気的情報とを同時に読み取ることができる
ようになっている。

なお、６は基板表面に形成された酸化シリコン膜であり
、この酸化シリコン膜６に形成されたコンタクトホール
を介してｐ型拡散層２にコンタクトするアルミニウム電
極７と、同じこの酸化シリコン膜６に形成されたコンタ
クトホールを介してｎ型シリコン基板１にコンタクトす
るアルミニウム電極８とが形成されている。

また裏面側の磁気抵抗素子パターン４はＮｉＳｂ針状金
属を補助パターンとして含み、この両端に形成されたＩ
ｎ電極５にコンタクトするようにアルミニウム配線９が
形成されている。

次に、この磁気抵抗型光感応素子の製造方法について説
明する。

まず第２図（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１表
面に選択的に８イオンなどを拡散せしめ、ｐ型拡散層２
を形成する。

この後第２図（ｂ）に示すように、基板の表面および裏
面にスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて膜厚０．１
−１μ書の酸化シリコン膜６．３を形成する。

そして第２図（Ｃ）および第２図（ｄ）に示すように、
シリコン基板１真面の酸化シリコン膜３上に、真空蒸着
法によりＩｎＳｂ膜４ｓを形成し、さらにこの上層に真
空蒸着法によりＮｉ薄膜４ｐを形成し、フォトリソ法に
より、帯域溶融加熱法用のバーズビーク状のシード部Ｓ
を有するパターンを形成する。

続いて第２図（ｅ）、第２図（ｒ）および第２図（ｇ）
に示すように、１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空中で、この
基板を下部ヒータＨ１上で所定の温度まで加熱した後、
ストリップ状の上部ヒータＨ２を用いて狭帯域を加熱溶
融し、このストリップ状の上部ヒータＨ２を動かし、微
小領域づつ単結晶化させていくようにする。

このようにして第２図（ｈ）に示すようにＮｊはｓｂと
結合して針状金属のＮｆＳｂとなり、前記ストリップ状
の上部ヒータＨ２の走行方向に多数に配向した磁気抵抗
素子パターン４が形成される。

そして第２図（ｉ）に示すように、゛フォトリソ法によ
り、ＮｉＳｂの配向方向と電流方向が垂直となるように
ミアンダ状のパターンを形成し、さらにこの上層に配線
９（図示せず）としてのアルミニウム層を形成しパター
ニングを行ったのち、電極５としてのインジウム（１ｎ
）を真空蒸着してバターニングを行い、磁気抵抗素子が
完成する。

最後に表面側の酸化シリコン膜６にフォトリソグラフィ
によりコンタク−トホールを形成しアルミニウム電極７
および８を形成し、第１図に示した素子か完成する。

この方法によれば極めて容易に、積層型の磁気抵抗型感
応素子を得ることができる。

この素子は、極めて小型で同一測定領域の磁気的情報と
光学的情報とを同時に読み取ることができ、実時間で磁
気的情報と光学的情報との対応づけを行うことができる
。

この素子を紙幣識別に用いる場合、第３図に示すように
、同一測定点における磁気的情報と光学的情報とを同時
に得ることができ、磁気インクによる印刷部のみの色相
センシングや、磁気をもたないインクによる印刷部のみ
の色相センシングなどが実時間で可能となる。

また、ここでは、磁気の有無によって光学的情報の信号
出力を制御するようにしているが、これに限定せず磁気
抵抗素子の出力を任意の閾値で判断することによっであ
る範囲の磁気的情報の出力に対応した光学的情報のみを
得ることも可能である。

前記実施例では、磁気横比に磁気抵抗素子を用いるよう
にしているか、ホール素子や薄膜磁気ヘットを用いるよ
うにしてもよい。

さらにまた、カラーフィルタや干渉フィルタなとの光学
フィルタ等を用いて、色層センシングした情報を用い、
磁気的情報の信号出力を制御するようにすれば、ある特
定色の部分の磁気センシンクが可能となる。

また、単色情報についてのみの出力としているが、これ
に限定せず、多色についても適用可能であり、ホトダイ
オードの出力を任意の閾値で判断することにより磁気的
情報の出力信号を容易に加工することかできる。

さらに、最終の出力形態としては、光学的または磁気的
情報の出力となっているが、これに限定せず、両情報を
任意の閾値で判断し、両情報の出力信号を加えるまたは
減じる等の演算を行って新たな特徴量を得るようにして
もよい。

そしてまたこの磁気抵抗素子の製造方法によれば、Ｎｉ
Ｓｂ針状金属を制御性よく配向せしめることができる。

また、このようにして形成された磁気抵抗素子は、Ｎｉ
Ｓｂ針状金属が極めて良好な配向性を呈しており、高感
度の素子特性を得ることができる。

なお、前記実施例では、ＩｎＳｂ薄膜やＮｉ薄膜の形成
に真空蒸着法を用いたが、真空蒸着法に限定されること
なく、スパッタリング法等、他の方法を用いても良い。

また、前記実施例では、ＩｎＳｂ薄膜上にＮｉ薄膜を形
成し、帯域溶融再結晶化法を用いて単結晶化を行うよう
にしたが、Ｉ　ｎＳｂ薄膜上にＮｉＳｂ薄膜を形成し、
単結晶化を行うようにしてもよい。

さらにまた、電極のパターンについても前記実施例に限
定されることなく、通常の長方形のパターンや、コルピ
ノ形状パターンなど、他のパターンにも適用可能である
ことはいうまでもない。

実施例２ また、前記実施例ではホトダイオードの電極７゜８をア
ルミニウムで構成したが、第４図に本発明の第２の実施
例として示すようにｐ型銑散層にコンタクトする側の電
極を酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用いた透明電極１７
て構成するようにしてもよい。この場合、ｐ型拡散層領
域の表面全体をコンタクト領域としてとることができ、
コンタクト抵抗の低減をはかることができる。

実施例３ 次に本発明の第３の実施例について説明する。

第５図は本発明の第３の実施例のハイブリッド構造の磁
気抵抗型光感応素子を示す図である。

この素子は、実施例１とまったく同様にｎ型シリコン基
板１内に形成されたｐ型拡散層２とがらなり、この間の
ｐｎ接合を利用したホトダイオード部ＰＤと、このｎ型
シリコン基板１の裏面にスペーサ１０を介して、シリコ
ン基板２１上に酸化シリコン膜２３を介して形成された
Ｉ　ｎＳｂの磁気抵抗素子パターン４とこの両端に形成
された１ｎ電極５とからなる磁気抵抗素子ＭＲが固着せ
しめられて構成され、同一測定点での光学的情報と磁気
的情報とを同時に読み取ることができるようになってい
る。

ここで２５は磁気抵抗素子ＭＲを保護するための酸化シ
リコン膜からなるパッシベーション膜である。

この磁気抵抗型光感応素子においても、実施例１および
２と同様、極めて小型で同一測定領域の磁気的情報と光
学的情報とを同時に精度よく読み取ることができ、実時
間で磁気的情報と光学的情報との対応づけを行うことが
できる。

なお、この磁気抵抗素子ＭＲを構成するシリコン基板２
１内には処理回路を集積化するようにしてもよい。

実施例４ また、前記実施例３てはホトダイオードの電極７．８を
アルミニウムで構成したが、第６図に本発明の第４の実
施例として示すように、実施例２のホトダイオードＰＤ
と同様、ｐ型拡散層にコンタクトする側の電極を酸化イ
ンジウム錫（ＩＴＯ）を用いた透明電極１７で構成する
ようにしてもよい。この場合も実施例２と同様、ｐ型拡
散層領域の表面全体をコンタクト領域としてとることが
でき、コンタクト抵抗の低減をはかることができる。

実施例５ 第７図は本発明の第５の実施例のモノリシック構造の磁
気抵抗型光感応素子を示す図である。

実施例１では基板の表面にホトダイオード部ＰＤを形成
し、裏面に磁気抵抗素子ＭＲを形成するようにしたが、
この例では基板の表面にホトダイオード部ＰＤを形成し
、さらにこの上層に酸化シリコン膜を介してＳＯＩ構造
をなすように磁気抵抗素子ＭＲを、モノリシックに形成
するようにしている。

この素子は、ｎ型シリコン基板１内に形成されたｐ型拡
散層２とからなり、この間のｐｎ接合を利用したホトダ
イオード部ＰＤと、この上層に酸化シリコン膜３を介し
て形成されたＩ　ｎＳｂの磁気抵抗素子パターン４とこ
の両端に形成されたＩｎ電極５とからなる磁気抵抗素子
ＭＲとから構成され、該酸化シリコン膜に開口したコン
タクトホールを介してｐ型拡散層２にコンタクトするア
ルミニウム電極３７を形成するとともに基板の裏面にホ
トダイオード部ＰＤのもう一方の電極３８を形成し、同
一測定点での光学的情報と磁気的情報とを同時に読み取
ることができるようになっている。

なお、磁気抵抗素子パターン４は実施例１と同様ＮｉＳ
ｂ針状金属を補助パターンとして含み、ミアンダ状をな
しておりこの両端に形成されたＩｎ電極５にコンタクト
するようにアルミニウム配線３９が形成されている。

この構造では実施例１のもつ効果に加えて、さらなる小
形化をはかることができるうえ、素子形成面が一方のみ
であるため実装が容易となる。

なお、前記実施例では磁気抵抗素子パターン４はミアン
ダ状をなすようにしたが、第８図および第９図に変形例
を示すように、他の回路構成に応じて適宜変更可能であ
る。

第８図の例では磁気抵抗素子パターン４はｐ型拡散層２
の上に枠状に形成され２つの電極は近接してもうけられ
ている。

また、第９図の例では磁気抵抗素子パターン４はｐ型拡
散層２の上の中央部に形成され２つの電極はｐ型拡散層
の外側まで引き出されてアルミニウム配線に接続されて
いる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、磁気抵抗素
子と光学検出素子とを積層しているため、同一測定領域
の磁気的情報と光学的情報とを同時に読み取ることがで
き、実時間で磁気的情報と光学的情報との対応づけを行
うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の磁気抵抗型光感応素子
を示す図、第２図（ａ）乃至第２図（１）は同磁気抵抗
型光感応素子の製造工程を示す図、第３図は同磁気抵抗
型光感応素子を用いたセンシング例を示す図、第４図は
本発明の第２の実施例の磁気抵抗型光感応素子を示す図
、第５図は本発明の第３の実施例の磁気抵抗型光感応素
子を示す図、第６図は本発明の第４の実施例の磁気抵抗
型光感応素子を示す図、第７図は（ａ）乃至第７図（Ｃ
）は本発明の第５の実施例の磁気抵抗型光感応素子を示
す図、第８図および第９図は本発明の第５の実施例の変
形例を示す図である。 １・・・ｎ型シリコン基板、２・・・ｐ型拡散層、３・
・酸化シリコン膜、ＦＤ・・・ホトダイオード部、ＭＲ
・・・磁気抵抗素子、４・・・磁気抵抗素子パターン、
５・・・Ｉｎ１ｌ！極、６・・・酸化シリコン膜、７・
・・アルミニウム電極、８・・アルミニウム電極、９・
・アルミニウム配線、３６・・・酸化シリコン膜、３７
・・・アルミニウム電極、３８・・・電極、３９・・・
配線。 ＭＦ？ 第 図 第 図 帖の１） （ｆ） ＭＲ；太 第 ハ０ターン１子）イ巳 ２図（悸０２〕 第 図 第 図 ７Ａｊ 第 図 第６図 （ｂ） 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定領域の磁気的情報を検出する磁気抵抗素子と 前記磁気抵抗素子の上層または下層に積層され、前記測
   定領域の光学的情報を検出する光学検出素子とを具備し
   たことを特徴とする光・磁気検出装置。
2. （２）測定領域の磁気的情報を検出する磁気抵抗素子と 前記磁気抵抗素子の上層または下層にモノリシックに積
   層され、前記測定領域の光学的情報を検出する光学検出
   素子とを具備したことを特徴とする光・磁気検出装置。
3. （３）測定領域の磁気的情報を検出する磁気抵抗素子と 前記磁気抵抗素子の上層または下層にハイブリッドに積
   層され、前記測定領域の光学的情報を検出する光学検出
   素子とを具備したことを特徴とする光・磁気検出装置。