JPH08316547A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＩ素子（磁気インピーダンス効果を利用し
た磁気検出素子）であって、着磁媒体等の微小磁化の磁
界検出と、地磁気等の一様磁界の検出を高感度に行なえ
る素子を提供する。 【構成】 非磁性基板３上に概ね長方形に形成され長手
方向が磁界検出方向に沿うように配置された第１の高透
磁率磁性膜５と、この磁性膜５の先端部上に絶縁膜を挟
んで積層され、後端部が磁性膜５の中間部に接続された
概ね長方形の第２の高透磁率磁性膜６と、それぞれ磁性
膜５の先端部と後端部、磁性膜６の先端部に接続された
導電膜からなる３つの電極１０〜１２を有し、電極１０
〜１２を介して磁性膜５のみ、または磁性膜５，６の両
方に高周波電流を印加し、外部磁界による磁性膜５の
み、または磁性膜５，６の両方のインピーダンス変化を
電気信号に変換して出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気インピーダンス効
果を利用して外部磁界を検出する磁気検出素子及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の磁気センサーは、情報機器や計測
・制御機器等の急速な発展に伴い多様化してきたが、今
後更に小型・高精度化が期待されている。

【０００３】磁気ヘッドの分野では、ディジタル磁気記
録機器の小型化が進み、例えば、コンピュータの外部記
憶装置のハードディスクや、ディジタルオーディオのデ
ィジタルコンパクトカセット（ＤＣＣ）に於いて、従来
の誘導型の磁気ヘッドではトラック幅及び相対速度の減
少によるＳ／Ｎの低下が生じるため、再生ヘッドに磁気
抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と略す）が使われてい
る。しかしＭＲ素子は媒体の速度依存性が無く、低速で
の出力の取り出しに向いているが、抵抗変化率が数％し
かないため、将来の高密度化の為には更に感度の高い素
子の開発が望まれている。

【０００４】また、磁気エンコーダ等のセンサーの分野
でも着磁媒体の磁化ピッチの縮小により外部に流れる磁
束が極端に小さくなり、ＭＲ素子でも感度不足が問題と
なりつつある。

【０００５】そこで、最近注目を集めているのが、特開
平６−２８１７１２号に開示されている磁気インピーダ
ンス効果を利用した磁気検出素子（以下、ＭＩ素子とい
う）である。これは磁性体のワイヤーにＭＨｚ帯域の高
周波電流を流し、円周方向磁化の磁壁が動きづらい状態
から、外部磁界印加により磁化が回転することで透磁率
が大きく変化することを利用したもので、透磁率変化が
インピーダンスの変化を引き起こす。

【０００６】このＭＩ素子の利点は、素子本体の磁性体
の長さ方向に励磁しないため反磁界の影響が無く、磁性
体の長さを１ｍｍ以下程度に短くでき小型化に適してい
ること、また、磁束検出の分解能が、ＭＲ素子が０．１
Ｏｅの低感度に対して、１０^-5Ｏｅ程度の高感度が得ら
れることである。また、インピーダンス変化量もＭＲ素
子が３％程度に対しＭＩ素子は数１０％オーダーの変化
が得られる。ＭＩ素子本体を構成する磁性体は上記ワイ
ヤーより概ね長方形の高透磁率磁性膜として形成した方
が形状、寸法の自由度が高い点や取り扱いが容易な点な
どで有利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＭＩ素子を
磁路が開いた磁気検出素子として使用すると、微小なピ
ッチで磁化された着磁媒体の微小磁化の磁界を検出する
場合、以下のような問題が生ずる。

【０００８】すなわち、通常ＭＲ素子は素子本体を構成
する磁性体の厚さを数百オングストロームとして機能さ
せるのに対し、ＭＩ素子は渦電流の効果を使うためにミ
クロンオーダーの厚さが必要であり、性能上ある程度の
大きさのインピーダンスを得るためには、ＭＩ素子の方
が素子本体の磁性体の長さを必要とする。実際の長さと
して、ＭＲ素子が１００μｍ以下でも機能できるのに対
しＭＩ素子は１００μｍ以下で機能させるのは困難であ
る。

【０００９】しかし、着磁媒体の磁化ピッチが微小にな
ると、媒体の磁化から発生する磁束が出にくくなり、Ｍ
Ｒ素子に比べて素子本体の磁性体が長いＭＩ素子では、
磁路がオープンの形態では、媒体からの磁束を磁性体の
奥深くまで導くことが困難となる。このことは磁路がオ
ープンの形態では感度の高いＭＩ素子もその能力が生か
せないことを意味する。

【００１０】そこで、ＭＩ素子の能力を生かすための方
法としては、媒体からの磁束がＭＩ素子に十分に印加さ
れるように、閉磁路の構造をとることになるが、その場
合、以下の点を満足する必要がある。

【００１１】１）前述の通りＭＩ素子本体を構成する磁
性体の有効長を確保するための領域確保が必要である。

【００１２】２）ＭＩ素子の端子と外部配線の接続、い
わゆる端子からの引き出しが容易であること。

【００１３】３）生産性に優れていること。

【００１４】そこで本発明の課題は、これらの点を満足
して高感度に外部磁界の検出を行なえ、さらに上述の微
小磁化の磁界検出のみならず、地磁気等の一様磁界の検
出も行なえるＭＩ素子、及びそのＭＩ素子を安価に製造
できる製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、磁気インピーダンス効果を利用し
た磁気検出素子であって、非磁性基板と、該非磁性基板
上に概ね長方形に形成され長手方向が磁界検出方向に沿
うように配置された第１の高透磁率磁性膜と、該第１の
高透磁率磁性膜の先端部上に絶縁膜を挟んで積層され、
後端部が第１の高透磁率磁性膜の中間部に接続された概
ね長方形の第２の高透磁率磁性膜と、それぞれ前記第１
の高透磁率磁性膜の先端部と後端部、第２の高透磁率磁
性膜の先端部に接続された導電膜からなる３つの電極を
有し、前記３つの電極を介して前記第１の高透磁率磁性
膜のみ、または前記第１と第２の高透磁率磁性膜の両方
に高周波電流を印加し、外部磁界による前記第１の高透
磁率磁性膜のみ、または前記第１と第２の高透磁率磁性
膜の両方のインピーダンス変化を電気信号に変換して出
力を得るようにした構成を採用した。

【００１６】また、この磁気検出素子の製造方法であっ
て、非磁性基板上に、下から順に導電膜、絶縁膜、高透
磁率磁性膜、導電膜、絶縁膜、高透磁率磁性膜、絶縁
膜、導電膜を積層して成膜する工程と、該工程後に、前
記各膜の積層をエッチングし、請求項１に記載の磁気検
出素子の前記第１と第２の高透磁率磁性膜と３つの電極
から構成される磁気検出素子本体のパターンを所定間隔
で複数形成する工程と、該工程後に、前記非磁性基板上
に該基板より幅の狭い非磁性基板を接合し、素子ブロッ
クを得る工程と、前記素子ブロックを所定間隔で切断し
て複数の磁気検出素子を得る工程とを有する方法を採用
した。

【００１７】

【作用】上記本発明の磁気検出素子の構成によれば、素
子本体を構成する第１と第２の高透磁率磁性膜の長さは
非磁性基板上で充分に確保することができる。また、そ
れぞれ導電膜からなる電極は、配置の仕方によって露出
部分の面積を充分に確保でき、端子からの引き出しを容
易に行なえる。

【００１８】また、第１の高透磁率磁性膜のみに高周波
電流を印加することにより、第１の高透磁率磁性膜のみ
のオープンな磁路を用いて一様磁界を検出することがで
きる。この場合、第１の高透磁率磁性膜の長さは充分に
確保できるので、高感度に検出を行なえる。

【００１９】また、第１と第２の高透磁率磁性膜の両方
に高周波電流を印加することにより、第１と第２の高透
磁率磁性膜から構成される閉磁路を用いて微小磁化の磁
界を検出することができる。この場合、誘導型磁気ヘッ
ドのトラック幅とギャップ幅に相当する第１と第２の高
透磁率磁性膜の先端の幅と、磁性膜間のギャップ幅は所
望に選択でき、検出対象の微小磁化の特性に応じて最適
に設定できるので、高感度に検出を行なえる。

【００２０】また、上記本発明の製造方法によれば、１
つの素子ブロックから多数の磁気検出素子を１度に得る
多数個取りが可能である。

【００２１】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００２２】［第１実施例］図１及び図２は本発明によ
るＭＩ素子の第１実施例の構造を説明するものである。

【００２３】図１において、１は本実施例のＭＩ素子で
あり、その先端面を外部磁界検出面１ａとして矢印で印
加方向を示される外部磁界に向けてこれを検出する。Ｍ
Ｉ素子１は、非磁性基板３，４と、ＭＩ素子本体の磁路
を構成する２層の高透磁率磁性膜（以下、磁性膜と略
す）５，６と、この磁性膜５，６にドライブ電流を流す
ための端子としての導電膜からなる電極１０，１１，１
２と、これらの膜どうしの間の絶縁を行なうための図２
に示される絶縁膜７，８，９から構成される。非磁性基
板３の外部磁界検出面１ａに対し垂直な表面に、図２に
示されるように、順に電極１０，絶縁膜７，磁性膜５，
絶縁膜８，磁性膜６，絶縁膜９，電極１１，電極１２が
積層され、その上に不図示の溶着用のガラスを介して非
磁性基板４が接合される。

【００２４】磁性膜５，６は、高透磁率のＦｅ−Ｃｏ−
Ｂ系アモルファス磁性膜やＦｅ−Ｔａ−Ｎ系，Ｆｅ−Ｔ
ａ−Ｃ系等の微結晶膜として真空成膜技術を使用して所
定の長さＤｓ，Ｄｓ’と幅Ｗｓの概ね長方形状に形成さ
れており、先端部が外部磁界検出面１ａに露出し、全体
として検出面１ａに対し垂直で長手方向が検出対象の外
部磁界に向かう磁界検出方向に沿うように配置されてい
る。磁性膜６は磁性膜５より短く形成され、短い絶縁膜
（非磁性膜）８を挟んで磁性膜５の先端部上に積層さ
れ、後端部が絶縁膜８の後端面に沿って磁性膜５の中間
部に接続されている。

【００２５】磁性膜５，６は、磁化容易軸方向が図２
（ｂ）中矢印の通り膜面内で長手方向に直交する幅方向
（トラック幅方向）になるように磁気異方性がつけられ
ている。

【００２６】磁性膜５，６の厚さＴｓ，Ｔｓ’は、高周
波ドライブ電流の最適周波数を決定し、厚くなると周波
数特性が悪くなるので２０μｍ以下の厚さが望ましい。

【００２７】磁性膜５，６間の絶縁膜８の厚さによる幅
Ｇｗは、誘導型磁気ヘッドの磁気ギャップの幅と同様に
周波数特性を決めるもので、検出対象の着磁媒体の最短
磁化ピッチ以下１／２以上の範囲が望ましい。

【００２８】また磁性膜５，６の先端の幅Ｔｗは誘導型
磁気ヘッドにおける再生のトラック幅にあたり、磁性膜
５，６の他の部分の幅Ｗｓより絞り込まれている。

【００２９】一方、電極１０，１１，１２は、Ｃｕ，Ａ
ｕ等の導電膜として形成され、電極１０は絶縁膜７を挟
んで磁性膜５の先端部に接続され、電極１１は磁性膜５
の後端部に接続され、電極１２は絶縁膜９を挟んで磁性
膜６の先端部に接続されている。このように磁性膜５の
先端部と後端部および磁性膜６の後端部から端子の電極
１０，１１，１２が引き出され、３端子構造となってい
る。

【００３０】また、電極１０，１１，１２は磁性膜５，
６と幅が同じで概ね長方形に形成され、磁性膜５，６に
沿って磁性膜５，６の後端部側（磁気検出面１ａと反対
側）に引き出されており、非磁性基板３より短い非磁性
基板４の背後に電極１２の後端部、電極１１の全部、電
極１０の後端部が端子として露出する。それぞれの露出
部分は位置がずれており、面積を確保できるので、ワイ
ヤー等の接続による端子からの引き出しは容易に行なえ
る。

【００３１】このような構成において、着磁媒体等の微
小磁化の磁界の検出と、地磁気などの一様磁界の検出を
行なうことができる。

【００３２】すなわち、微小磁界を検出する場合、電極
１０，１２間に高周波のドライブ電流を流して磁性膜
５，６の両方にドライブ電流を印加する。磁性膜５の先
端部と磁性膜６により閉磁路が形成されているので、微
小磁化の磁界による磁束をこの閉磁路に還流させて奥ま
で引き込むことができる。これにより、その磁束に応じ
て磁性膜５，６のそれぞれのインピーダンスが変化し、
磁性膜５，６の端子である電極１０，１２間の電圧が変
化し、微小磁化の磁界の検出信号として取り出される。

【００３３】このようにして閉磁路により微小磁化の磁
界の検出を良好に行なうことができる。ここで誘導型磁
気ヘッドのトラック幅とギャップ幅に相当する磁性膜
５，６先端のトラック幅Ｔｗと磁性膜５，６間のギャッ
プ幅Ｇｗは所望に選択でき、検出対象の微小磁化の特性
に応じて最適に設定できるので、高感度で検出を行なえ
る。

【００３４】一方、一様磁界を検出する場合、電極１
０，１１間にドライブ電流を流して長い方の磁性膜５の
みにドライブ電流を印加する。一様磁界に応じて磁性膜
５のインピーダンスが変化する。一様磁界の磁束は磁性
膜５の全長にわたって印加され、その長さＤｓは充分に
確保できるので、充分なインピーダンス変化量とともに
絶対値を確保できる。そのインピーダンスの変化に応じ
て磁性膜５の端子である電極１０，１１間の電圧が変化
し、一様磁界の検出信号として取り出される。

【００３５】このように本実施例のＭＩ素子では微小磁
界と一様磁界の検出を高感度で良好に行なうことができ
る。

【００３６】次に、本実施例のＭＩ素子の製造方法につ
いて、図３〜図５を用いて説明する。

【００３７】まず図３（ａ）に示すように、非磁性材で
ある結晶化ガラス、セラミック等からなる非磁性基板３
０の表面に平面研磨を行う。この非磁性基板３０は先述
のＭＩ素子１の非磁性基板３がトラック幅方向に複数個
分連続したものに相当する。

【００３８】次に図３（ｂ）に示すように、非磁性基板
３０の表面に、先述のドライブ電流を印加するための電
極１０となるＣｕ，Ａｕ膜等の導電膜１００を真空成膜
技術により成膜する。

【００３９】次に図３（ｃ）に示すように、導電膜１０
０上に、先述の絶縁膜７となるＳｉＯ₂，ＴｉＯ₂，Ｃｒ
₂Ｏ₃等の酸化物の絶縁膜７０を真空成膜技術により厚さ
１μｍ以下に形成する。

【００４０】次に図３（ｄ）に示すように、磁性膜５と
なるアモルファス、又は微結晶膜等の高透磁率磁性膜５
０を形成する。この磁性膜５０は、磁気インピーダンス
効果の機能を発揮するために、磁化容易軸を矢印の方向
に配向させる必要があり、その配向は磁場中冷却や成膜
時の入射角変更等により行う。

【００４１】次に図３（ｅ）に示すように、先述のドラ
イブ電流を印加するための電極１１となるＣｕ，Ａｕ膜
等の導電膜１１０を真空成膜技術により成膜する。

【００４２】次に図４（ａ）に示すように、厚さが先述
のギャップ幅Ｇｗを決める絶縁膜８となるＳｉＯ₂，Ｔ
ｉＯ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃等の酸化物の絶縁膜８０を真空成膜技
術により形成する。この酸化物膜８０の厚さは、検出対
象の着磁媒体の最短磁化ピッチ以下、１／２以上に形成
する必要がある。

【００４３】次に図４（ｂ）に示すように、磁性膜６と
なるアモルファス、又は微結晶膜等の高透磁率磁性膜６
０を形成する。この磁性膜６０は、磁性膜５０と同様に
磁気インピーダンス効果による機能を発揮するために、
磁化容易軸を矢印の方向に配向させる必要があり、その
配向は磁場中冷却や成膜時の入射角変更等により行う。

【００４４】次に図４（ｃ）に示すように、先述の絶縁
膜９となるＳｉＯ₂，ＴｉＯ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃等の酸化物の絶
縁膜９０を真空成膜技術により厚さ１μｍ以下に形成す
る。

【００４５】次に図４（ｄ）に示すように、先述の磁性
膜５，６の閉磁路にドライブ電流を印加するための電極
１２となるＣｕ，Ａｕ膜等の導電膜１２０を真空成膜技
術により成膜する。

【００４６】この時点での断面構造は図４（ｅ）の通
り、非磁性基板３０上に下から順に、導電膜１００、絶
縁膜７０、磁性膜５０、導電膜１１０と絶縁膜８０、磁
性膜６０、絶縁膜９０、導電膜１２０の順に積層されて
いる。

【００４７】次の工程では、不図示のレジスト膜を形成
後、図５（ａ）の通り、外部磁界検出面におけるトラッ
ク幅ＴｗとＭＩ素子本体の幅Ｗｓが残るようにして、真
空技術のドライエッチング又は化学的なウェットエッチ
ング等により、上記各膜の積層をエッチングし、先述の
磁性膜５，６、絶縁膜７〜９、電極１０〜１２からなる
ＭＩ素子本体１３のパターンをトラック幅方向に対応す
る非磁性基板３０の長手方向に所定間隔で複数形成す
る。

【００４８】さらに、その上に不図示の低融点ガラスの
膜を電極１０〜１２の露出部分は覆わないように、図中
手前側に成膜しておき、図５（ｂ）に示すように、非磁
性基板３０と同質で幅の狭い非磁性基板４０を非磁性基
板３０上に重ね、ガラス溶着により接合し、素子ブロッ
ク２０を得る。基板４０は勿論、基板４となるものであ
る。

【００４９】そして、図５（ｃ）の通り、素子ブロック
２０の外部磁界検出面となる手前側の面を円筒研削した
後、点線で示す通りトラック幅方向となる長手方向に所
定間隔で素子ブロック２０を切断することにより、本実
施例のＭＩ素子１が一度に多数個得られる。

【００５０】以上のようにＭＩ素子の多数個取りが可能
であり、ＭＩ素子を安価に製造できる。

【００５１】［第２実施例］上記第１の実施例では、磁
性膜５，６、絶縁膜７，８，９、電極１０，１１，１２
からなるＭＩ素子本体１３を非磁性基板３上に１個だけ
設けた１トラックの素子としたが、図６に第２実施例と
して示す通り、非磁性基板３上にＭＩ素子本体１３をト
ラック幅方向に所定間隔で複数設けてマルチトラックの
ＭＩ素子を構成することもできる。

【００５２】このマルチトラックのＭＩ素子を製造する
場合、先述した製造工程の図５（ａ）の工程で形成する
ＭＩ素子本体１３のトラック幅方向の間隔を図６に示さ
れる間隔とし、図５（ｃ）の工程で素子ブロック２０を
切断する長手方向（トラック幅方向）の間隔を複数トラ
ック分に見合った寸法とすればよい。このように容易に
マルチトラックのＭＩ素子を構成できる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子
では、非磁性基板上に概ね長方形に形成され長手方向が
磁界検出方向に沿うように配置された第１の高透磁率磁
性膜と、該第１の高透磁率磁性膜の先端部上に絶縁膜を
挟んで積層され、後端部が第１の高透磁率磁性膜の中間
部に接続された概ね長方形の第２の高透磁率磁性膜と、
それぞれ第１の高透磁率磁性膜の先端部と後端部、第２
の高透磁率磁性膜の先端部に接続された導電膜からなる
３つの電極を有する構成であって、第１と第２の高透磁
率磁性膜に対する高周波電流の流し方により、第１の高
透磁率磁性膜のみのオープンな磁路を用いて一様磁界、
または第１と第２の高透磁率磁性膜から構成される閉磁
路を用いて微小磁化の磁界を検出することができる。し
かも前者の場合は第１の高透磁率の長さを充分確保でき
るため、後者の場合は誘導型磁気ヘッドのトラック幅と
ギャップ幅に相当する第１と第２の高透磁率磁性膜の先
端の幅と互いの間のギャップ幅を最適に設定できるた
め、いずれも高感度に検出を行なえる。

【００５４】また、本発明の製造方法によれば、１つの
素子ブロックから本発明の磁気検出素子を１度に多数個
得る多数個取りが可能であり、本発明の磁気検出素子を
安価に製造できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のＭＩ素子の構造を示すも
ので、基板を透視した状態で示す斜視図である。

【図２】同ＭＩ素子の本体を構成する磁性膜、絶縁膜、
電極の配置、寸法関係を示す説明図である。

【図３】同ＭＩ素子の製造工程を示す説明図である。

【図４】同製造工程を示す説明図である。

【図５】同製造工程を示す説明図である。

【図６】第２実施例のＭＩ素子の構造を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ ＭＩ素子 １ａ 外部磁界検出面 ３，４ 非磁性基板 ５，６ 高透磁率磁性膜 ７，８，９ 絶縁膜 １０，１１，１２ 電極 １３ ＭＩ素子本体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気インピーダンス効果を利用した磁気
   検出素子であって、 非磁性基板と、 該非磁性基板上に概ね長方形に形成され長手方向が磁界
   検出方向に沿うように配置された第１の高透磁率磁性膜
   と、 該第１の高透磁率磁性膜の先端部上に絶縁膜を挟んで積
   層され、後端部が第１の高透磁率磁性膜の中間部に接続
   された概ね長方形の第２の高透磁率磁性膜と、 それぞれ前記第１の高透磁率磁性膜の先端部と後端部、
   第２の高透磁率磁性膜の先端部に接続された導電膜から
   なる３つの電極を有し、 前記３つの電極を介して前記第１の高透磁率磁性膜の
   み、または前記第１と第２の高透磁率磁性膜の両方に高
   周波電流を印加し、外部磁界による前記第１の高透磁率
   磁性膜のみ、または前記第１と第２の高透磁率磁性膜の
   両方のインピーダンス変化を電気信号に変換して出力を
   得るようにしたことを特徴とする磁気検出素子。
2. 【請求項２】 前記第１と第２の高透磁率磁性膜は、磁
   化容易軸方向が膜面内で長手方向に垂直な方向となるよ
   うに磁気異方性が付けられていることを特徴とする請求
   項１に記載の磁気検出素子。
3. 【請求項３】 前記３つの電極は、前記第１と第２の高
   透磁率磁性膜に沿って該第１と第２の高透磁率磁性膜の
   後端部側に引き出され、前記後端部側においてそれぞれ
   ずれた位置に露出することを特徴とする請求項１または
   ２に記載の磁気検出素子。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の磁気検出素子の製造方
   法であって、 非磁性基板上に、下から順に導電膜、絶縁膜、高透磁率
   磁性膜、導電膜、絶縁膜、高透磁率磁性膜、絶縁膜、導
   電膜を積層して成膜する工程と、 該工程後に、前記各膜の積層をエッチングし、請求項１
   に記載の磁気検出素子の前記第１と第２の高透磁率磁性
   膜と３つの電極から構成される磁気検出素子本体のパタ
   ーンを所定間隔で複数形成する工程と、 該工程後に、前記非磁性基板上に該基板より幅の狭い非
   磁性基板を接合し、素子ブロックを得る工程と、 前記素子ブロックを所定間隔で切断して複数の磁気検出
   素子を得る工程とを有することを特徴とする磁気検出素
   子の製造方法。