JPH09243721A - Magnetic sensor - Google Patents
Magnetic sensorInfo
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- JPH09243721A JPH09243721A JP5440396A JP5440396A JPH09243721A JP H09243721 A JPH09243721 A JP H09243721A JP 5440396 A JP5440396 A JP 5440396A JP 5440396 A JP5440396 A JP 5440396A JP H09243721 A JPH09243721 A JP H09243721A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサおよび磁
気記録再生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor and a magnetic recording / reproducing device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の磁気センサ、特に磁気記録再生装
置用の再生ヘッドは、例えばアイトリプルイー・トラン
ザクションズ・オン・マグネティックス第３０巻，３８
０１頁（１９９４）(IEEE Transactions on Magnetic
s，30，3801 (1994)）に記載されている。そこでは非磁
性スペーサを磁性薄膜で挟み、さらに一方の磁性薄膜に
反強磁性薄膜が積層された４層構造となっている。反強
磁性薄膜と磁性薄膜間には異方的交換相互作用が働き磁
性薄膜内の磁化が一方向にピン止めされている。このた
め被分析磁場によって磁化が回転することはない。もう
一方の磁性薄膜では、磁気異方性等で一方向に向けられ
た磁化が被分析磁場によって容易に磁場方向に回転す
る。このため磁性薄膜間の磁化の角度が被分析磁場によ
って変化する。このとき磁性薄膜に電流を流しておくと
磁気抵抗効果によって磁場の変化を抵抗値の変化として
読み取ることができる。2. Description of the Related Art A conventional magnetic sensor, particularly a reproducing head for a magnetic recording / reproducing apparatus, is disclosed in, for example, Eye Triple E Transactions on Magnetics, Vol.
01 (1994) (IEEE Transactions on Magnetic
s, 30, 3801 (1994)). Here, a non-magnetic spacer is sandwiched between magnetic thin films, and one magnetic thin film is further laminated with an antiferromagnetic thin film to form a four-layer structure. An anisotropic exchange interaction acts between the antiferromagnetic thin film and the magnetic thin film, and the magnetization in the magnetic thin film is pinned in one direction. Therefore, the magnetization does not rotate due to the magnetic field to be analyzed. In the other magnetic thin film, the magnetization oriented in one direction due to magnetic anisotropy or the like is easily rotated in the magnetic field direction by the magnetic field to be analyzed. Therefore, the angle of magnetization between the magnetic thin films changes depending on the magnetic field to be analyzed. At this time, if a current is applied to the magnetic thin film, a change in the magnetic field can be read as a change in the resistance value due to the magnetoresistance effect.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この再生ヘッドで微小
領域から漏れでる磁場を検出する場合、その微小領域に
対応して磁性薄膜を微小化する必要がある。通常、磁場
による抵抗変化率は１０％前後と小さいので、磁性薄膜
の微小化により抵抗値が減少すると、磁場による抵抗変
化を検出することが困難になる。また、異方的交換相互
作用を安定に作用させることが難しく、さらに４層以上
の薄膜を成膜する必要があった。When detecting a magnetic field leaking from a minute area with this reproducing head, it is necessary to miniaturize the magnetic thin film corresponding to the minute area. Usually, the rate of resistance change due to a magnetic field is as small as around 10%, so if the resistance value decreases due to miniaturization of the magnetic thin film, it becomes difficult to detect the resistance change due to the magnetic field. Further, it is difficult to make the anisotropic exchange interaction act stably, and it is necessary to form a thin film of four layers or more.
【０００４】本発明の目的は、（１）微小領域から漏れ
でる微小磁場を高感度に検出する磁気センサを提供する
こと、（２）異方的交換相互作用を使用しない磁気セン
サを提供すること、（３）磁場検知部として４層未満の
磁性あるいは非磁性薄膜のみの成膜しか必要としない磁
気センサを提供することにある。An object of the present invention is to provide (1) a magnetic sensor for detecting a minute magnetic field leaking from a minute region with high sensitivity, and (2) a magnetic sensor which does not use anisotropic exchange interaction. (3) To provide a magnetic sensor that requires only a magnetic or non-magnetic thin film of less than four layers as a magnetic field detection unit.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題は磁性材とこれ
を支える支持手段と被分析磁場が印加されたときの磁歪
効果による磁性材の変形量（変位量）を計測する手段を
備えた磁気センサ、特に磁性材として磁性薄膜を使用
し、磁性薄膜の少なくとも一ヶ所を支持手段に固定し、
さらに磁性薄膜の変形量（変位量）を計測する手段とし
て原子間力，トンネル電流，光の干渉，エバネッセント
光，静電容量等を利用した変位計を用いることで解決す
ることができる。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned problem is to provide a magnetic material, a supporting means for supporting the magnetic material, and a means for measuring the deformation amount (displacement amount) of the magnetic material due to the magnetostrictive effect when an analyzed magnetic field is applied. A sensor, especially a magnetic thin film is used as a magnetic material, and at least one place of the magnetic thin film is fixed to a support means,
Further, it can be solved by using a displacement meter utilizing atomic force, tunnel current, light interference, evanescent light, electrostatic capacity, etc. as a means for measuring the amount of deformation (displacement amount) of the magnetic thin film.
【０００６】上記課題を解決するための手段の作用を図
１を使用し説明する。図１は磁気センサの断面図であ
り、変位量を計測する手段を省いている。図１（ａ）は
磁場のない状態を表し、図１（ｂ）は被分析磁場が印加
された状態を表す。磁性薄膜１は軟磁性材とし、また磁
歪定数の絶対値の大きいものとする。支持手段２上にこ
の磁性薄膜１の両端を固定し、膜全体を支持する。また
支持手段２が膜中央部分に接しないように図１（ａ）に
示すように凹状に整形しておく。これは整形前（直方体
状）の支持手段２にあらかじめ磁性膜１を成膜し、その
後収束イオンビーム等を用いて支持手段２を加工するこ
とで得ることができる。また、プラズマエッチング等を
使用し加工することも可能である。The operation of the means for solving the above problems will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the magnetic sensor, omitting a means for measuring the displacement amount. FIG. 1A shows a state without a magnetic field, and FIG. 1B shows a state where a magnetic field to be analyzed is applied. The magnetic thin film 1 is made of a soft magnetic material and has a large absolute value of magnetostriction constant. Both ends of the magnetic thin film 1 are fixed on the supporting means 2 to support the entire film. Further, the supporting means 2 is shaped into a concave shape as shown in FIG. This can be obtained by forming the magnetic film 1 on the support means 2 before shaping (rectangular parallelepiped shape) in advance and then processing the support means 2 using a focused ion beam or the like. It is also possible to process using plasma etching or the like.
【０００７】上記の構成において、磁性薄膜１が支持手
段２に固定されていない長さＬの部分が磁場検知部とな
る。また膜内の磁化３はｘ方向を向くように磁気異方性
等で制御する。図１（ｂ）に示すように、この薄膜に磁
場がｙ方向へ印加されると磁化３がｙ方向へ回転する。
このとき磁歪効果によって磁性薄膜１は磁化方向あるい
は磁化３と垂直な方向に伸びようとする。ここでは磁歪
定数を負とし、磁性薄膜１は磁化３と垂直な方向に伸び
るとした。このとき磁場検出部は磁歪定数をａとし、等
方磁歪を仮定すると、Ｌ′＝Ｌ(１−ａ／２)に伸びよう
とする。しかし、磁性薄膜１の両端が固定されているた
め、ｘ方向には伸びることができず、ｚ方向に変位し、
膜が湾曲する。簡単のために、膜の変形を円弧で近似
し、膜内には歪みが蓄えられないとすると、数１の関係
式を導くことができる。In the above structure, the portion of the length L where the magnetic thin film 1 is not fixed to the supporting means 2 becomes the magnetic field detecting portion. The magnetization 3 in the film is controlled by magnetic anisotropy or the like so as to face the x direction. As shown in FIG. 1B, when a magnetic field is applied to this thin film in the y direction, the magnetization 3 rotates in the y direction.
At this time, due to the magnetostrictive effect, the magnetic thin film 1 tends to extend in the magnetization direction or the direction perpendicular to the magnetization 3. Here, it is assumed that the magnetostriction constant is negative and the magnetic thin film 1 extends in the direction perpendicular to the magnetization 3. At this time, the magnetic field detection unit sets the magnetostriction constant to a and, assuming isotropic magnetostriction, tries to extend to L '= L (1-a / 2). However, since both ends of the magnetic thin film 1 are fixed, they cannot be extended in the x direction and are displaced in the z direction,
The membrane bends. For simplicity, if the deformation of the film is approximated by an arc and no strain can be stored in the film, then the relational expression of Equation 1 can be derived.
【０００８】[0008]
【数１】ｂ＝Ｒ{１−cos(ｔ／２)} Ｒｔ＝Ｌ（１−ａ／２） Ｒsin(ｔ／２）＝Ｌ／２
…（１） ここで、ｂは磁性薄膜の中心位置でのｚ方向への変位
量、Ｒは膜の変形を円弧で近似したときの円の半径、ｔ
は円弧の角度、Ｌ＝１００ｎｍ，ａ＝−３０×１０-6の
場合、磁歪による伸びはＬ′−Ｌ＝０.００１５ｎｍ と
なり、上記の関係式よりｂ＝０.２４ｎｍ を導くことが
できる。例えば、トンネル電流を利用する変位量を計測
する手段はÅ以下の測定精度があるので、この手法で変
位量ｂを計測すれば、磁場検知領域として長さＬ，幅は
磁性薄膜１の膜厚程度の磁場を計測することが可能とな
る。磁場の大きさの検出可能限界は磁性薄膜１の保磁力
で決まり、軟磁性体を使用することで微小磁場に対応す
ることが可能となる。いま磁性薄膜１の膜厚を３０ｎｍ
とし、パラメータＬ，ａを用いると、ビット長３０ｎ
ｍ，トラック幅１００ｎｍの磁気記録に対応することが
できる。トラックピッチ２００ｎｍを仮定した場合、記
録密度に換算すると約１００ＧＢ／inch2 となる。## EQU1 ## b = R {1-cos (t / 2)} Rt = L (1-a / 2) Rsin (t / 2) = L / 2
(1) where b is the amount of displacement in the z direction at the center position of the magnetic thin film, R is the radius of the circle when the deformation of the film is approximated by an arc, and t
Is an arc angle, L = 100 nm, and a = −30 × 10 −6 , the elongation due to magnetostriction is L′−L = 0.0015 nm, and b = 0.24 nm can be derived from the above relational expression. For example, since the means for measuring the displacement amount using the tunnel current has a measurement accuracy of Å or less, if the displacement amount b is measured by this method, the length L as the magnetic field detection region and the width are the film thickness of the magnetic thin film 1. It is possible to measure a magnetic field of a certain degree. The detectable limit of the magnitude of the magnetic field is determined by the coercive force of the magnetic thin film 1, and it becomes possible to cope with a minute magnetic field by using a soft magnetic material. Now, set the thickness of the magnetic thin film 1 to 30 nm.
And using parameters L and a, the bit length is 30n
m, magnetic recording with a track width of 100 nm. Assuming a track pitch of 200 nm, the recording density is about 100 GB / inch 2 .
【０００９】[0009]
（実施例１）本発明の実施例を図２により説明する。図
２は本実施例の斜視図を示したものである。磁気センサ
は磁性薄膜１，支持手段２，チップ４，チップ４を支え
るカンチレバー５，ピエゾ素子６，電流計７，電源８か
ら構成されている。磁性薄膜１の磁化３はｘ方向へ向く
ように磁気異方性を付与しておく。磁場がゼロの状態で
チップ４と磁性薄膜１の間にトンネル電流が流れるよう
にピエゾ素子６を使用し、チップ４と磁性薄膜１間の距
離を制御する。ただし、ピエゾ素子６駆動用の電源は図
２では省略した。(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a perspective view of this embodiment. The magnetic sensor comprises a magnetic thin film 1, a supporting means 2, a chip 4, a cantilever 5 for supporting the chip 4, a piezo element 6, an ammeter 7, and a power source 8. The magnetization 3 of the magnetic thin film 1 is given magnetic anisotropy so as to be oriented in the x direction. The piezo element 6 is used so that a tunnel current flows between the chip 4 and the magnetic thin film 1 in a state where the magnetic field is zero, and the distance between the chip 4 and the magnetic thin film 1 is controlled. However, the power source for driving the piezo element 6 is omitted in FIG.
【００１０】磁場がｙ方向に生じると磁化３はｙ方向に
回転し、それに伴い磁歪効果のために磁性薄膜１が湾曲
する。このためチップ４と磁性薄膜１間の距離が増加
し、トンネル電流は減少する。そこでトンネル電流をモ
ニタすることによって磁場の存在を検知することができ
る。トンネル電流はチップ４と磁性薄膜１の間の距離に
非常に敏感なので、高精度な磁場測定が可能となる。た
だし、磁場が−ｙ方向に生じた場合もトンネル電流は減
少し、トンネル電流からは磁場の方向を特定することは
できない。When a magnetic field is generated in the y direction, the magnetization 3 rotates in the y direction, and the magnetic thin film 1 bends due to the magnetostrictive effect. Therefore, the distance between the tip 4 and the magnetic thin film 1 increases, and the tunnel current decreases. Therefore, the presence of the magnetic field can be detected by monitoring the tunnel current. Since the tunnel current is very sensitive to the distance between the chip 4 and the magnetic thin film 1, highly accurate magnetic field measurement is possible. However, even when the magnetic field is generated in the −y direction, the tunnel current decreases, and the direction of the magnetic field cannot be specified from the tunnel current.
【００１１】磁場方向を特定するには、磁場ゼロのとき
磁化３を例えばｘ方向からｙ方向へ４５度回転した方向
に向けることで可能となる。被分析磁場がｙ方向に印加
された場合には磁化３がｙ方向へ、−ｙ方向に印加され
た場合はｘ方向へ回転するので識別可能となる。The direction of the magnetic field can be specified by directing the magnetization 3 in the direction rotated by 45 degrees from the x direction to the y direction when the magnetic field is zero. When the magnetic field to be analyzed is applied in the y direction, the magnetization 3 rotates in the y direction, and when applied in the -y direction, the magnetization 3 rotates in the x direction, so that it can be identified.
【００１２】磁化３を４５度方向に固定するには、例え
ば磁性薄膜１を磁性層／絶縁層／非磁性層の３層膜構造
とし、非磁性層に電流をｘ方向に流す。この電流は磁性
薄膜１上ｙ方向に磁場を生じる。この磁場によって、磁
化３を４５度方向に傾けることが可能となる。この場
合、磁性膜１にあらかじめ磁場が印加された状態になる
が、被分析磁場が印加されたときの磁場変化を検知する
ことになるのみであり、上記の議論と本質的な違いはな
い。また磁性薄膜１を成膜する時、磁場を４５度方向に
印加することによって磁気異方性を磁場方向に付与する
ことが可能となる。これらの方法は以下の実施例でも有
効である。In order to fix the magnetization 3 in the direction of 45 degrees, for example, the magnetic thin film 1 has a three-layer film structure of magnetic layer / insulating layer / nonmagnetic layer, and a current is passed through the nonmagnetic layer in the x direction. This current produces a magnetic field on the magnetic thin film 1 in the y direction. This magnetic field makes it possible to tilt the magnetization 3 in the direction of 45 degrees. In this case, a magnetic field is applied to the magnetic film 1 in advance, but only the change in the magnetic field when the magnetic field to be analyzed is applied is detected, and there is no essential difference from the above discussion. Further, when the magnetic thin film 1 is formed, it is possible to impart magnetic anisotropy in the magnetic field direction by applying a magnetic field in the direction of 45 degrees. These methods are also effective in the following examples.
【００１３】（実施例２）本発明の他の実施例を図３に
より説明する。本実施例は原子間力を利用し、光てこ方
式により磁性薄膜１の変位量を検出するもので、磁性薄
膜１，支持手段２，チップ４，チップ４を支えるカンチ
レバー５，ピエゾ素子６，半導体レーザ９，２個の光検
出器１１より構成されている。(Embodiment 2) Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the amount of displacement of the magnetic thin film 1 is detected by an optical lever method using an atomic force. The magnetic thin film 1, the supporting means 2, the tip 4, the cantilever 5, which supports the tip 4, the piezo element 6, the semiconductor It is composed of a laser 9 and two photodetectors 11.
【００１４】磁性薄膜１の磁化３はｘ方向へ向くように
磁気異方性を付与しておく。半導体レーザ９から照射さ
れたレーザ光１０はカンチレバー５で反射され光検出器
１１に入射する。磁性薄膜１にある値の磁場が印加され
た状態（磁場ゼロも含む）で２個の光検出器１１の出力
が等しくなるように、ピエゾ素子６を使用しチップ４と
磁性薄膜１間の距離を制御する。このときチップ４と磁
性薄膜１間の距離は原子間力が働くまで近づくことにな
る。The magnetization 3 of the magnetic thin film 1 is given magnetic anisotropy so as to be oriented in the x direction. Laser light 10 emitted from the semiconductor laser 9 is reflected by the cantilever 5 and enters the photodetector 11. The distance between the chip 4 and the magnetic thin film 1 is adjusted by using the piezo element 6 so that the outputs of the two photodetectors 11 become equal in the state where a magnetic field having a certain value is applied to the magnetic thin film 1 (including zero magnetic field). To control. At this time, the distance between the tip 4 and the magnetic thin film 1 becomes closer until the interatomic force acts.
【００１５】磁性薄膜１にさらに磁場がｙ方向に重畳さ
れた場合、図２の実施例と同様にチップ４と磁性薄膜１
間の距離が増加するため原子間力が減少する。そのため
カンチレバー５のたわみ量が変化し、レーザ光１０の光
検出器１１への入射位置も変化する。これにより２個の
光検出器１１の出力に差が生じることになり、磁場の変
化を検知することができる。原子間力はチップ４と磁性
薄膜１の間の距離に非常に敏感なので、高精度な磁場測
定が可能となる。When a magnetic field is further superimposed on the magnetic thin film 1 in the y-direction, the chip 4 and the magnetic thin film 1 are similar to the embodiment of FIG.
The interatomic force decreases because the distance between them increases. Therefore, the amount of deflection of the cantilever 5 changes, and the incident position of the laser light 10 on the photodetector 11 also changes. As a result, a difference occurs between the outputs of the two photodetectors 11, and the change in the magnetic field can be detected. Since the atomic force is very sensitive to the distance between the tip 4 and the magnetic thin film 1, it is possible to measure the magnetic field with high accuracy.
【００１６】（実施例３）本発明の他の実施例を図４に
より説明する。本実施例は磁性薄膜１２，非磁性薄膜１
３，磁性薄膜１４，支持手段２，チップ４，カンチレバ
ー５，ピエゾ素子６，電流計７，電源８から構成されて
いる。磁場検知部１６は磁性薄膜１２，非磁性薄膜１
３，磁性薄膜１４を積層した３層膜構造になっており、
その片側を支持手段２に固定され片持ちとなっている。
磁性薄膜１２，１４は磁歪定数がそれぞれ正負、あるい
は大きさの異なる正（負）のものを使用する。異方性は
ｘ方向につけておく。(Embodiment 3) Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the magnetic thin film 12 and the non-magnetic thin film 1 are used.
3, magnetic thin film 14, supporting means 2, chip 4, cantilever 5, piezo element 6, ammeter 7, and power source 8. The magnetic field detector 16 includes a magnetic thin film 12 and a non-magnetic thin film 1.
3, has a three-layer film structure in which magnetic thin films 14 are laminated,
One side thereof is fixed to the supporting means 2 and is cantilevered.
The magnetic thin films 12 and 14 have positive and negative magnetostriction constants or positive (negative) different magnitudes. Anisotropy is set in the x direction.
【００１７】ゼロ磁場での磁性薄膜１２内の磁化３、お
よび磁性薄膜１４内の磁化は、磁性膜端面に現れる磁極
による静磁エネルギを減少させるために互いに逆方向を
向いて安定化し、さらに各磁性薄膜は単磁区構造とな
る。磁場がｙ方向に印加されると磁性薄膜１２，１４内
の磁化はｙ方向にそれぞれ回転する。このとき磁性薄膜
１２の磁歪定数が正なのでｘ方向に縮み、磁性薄膜１４
の磁歪定数は負なのでｘ方向に伸びる。このため多層膜
は全体としてｚ方向に湾曲する。The magnetization 3 in the magnetic thin film 12 and the magnetization in the magnetic thin film 14 at the zero magnetic field are stabilized in the opposite directions in order to reduce the magnetostatic energy due to the magnetic poles appearing on the end faces of the magnetic film. The magnetic thin film has a single domain structure. When a magnetic field is applied in the y direction, the magnetizations in the magnetic thin films 12 and 14 rotate in the y direction. At this time, since the magnetostriction constant of the magnetic thin film 12 is positive, the magnetic thin film 12 contracts in the x direction, and
Since the magnetostriction constant of is negative, it extends in the x direction. Therefore, the multilayer film is curved in the z direction as a whole.
【００１８】例えば磁歪定数が両方正（負）のものを使
用した場合でも、磁歪の大きさがそれぞれ異なるので上
の例と同様に多層膜は全体としてｚ方向に湾曲すること
になる。この変位を上記実施例ですでに述べたトンネル
電流を用いた変位計で測定することによって磁場の存在
を検出することが可能となる。For example, even when both of the magnetostrictive constants are positive (negative), the magnitudes of the magnetostrictions are different, so that the multilayer film as a whole is curved in the z direction as in the above example. The presence of the magnetic field can be detected by measuring this displacement with the displacement gauge using the tunnel current described in the above embodiment.
【００１９】また第２の実施例で示した光てこを利用し
て磁場検知部１６のたわみ量を計測することも可能であ
る。このときチップ４，カンチレバー５，ピエゾ素子
６，電流計７，電源８は不要になり、その代わり半導体
レーザ９，光検出器１１が必要となる。レーザ光１０は
磁性薄膜１２上に入射され、反射光を光検出器１１で検
出することになる。It is also possible to use the optical lever shown in the second embodiment to measure the amount of deflection of the magnetic field detector 16. At this time, the chip 4, the cantilever 5, the piezo element 6, the ammeter 7, and the power source 8 are not necessary, but the semiconductor laser 9 and the photodetector 11 are required instead. The laser light 10 is incident on the magnetic thin film 12, and the reflected light is detected by the photodetector 11.
【００２０】ここで述べた磁性薄膜内の磁区構造を単磁
区にすることは、他の実施例でも同様に利用することが
できる。ただし、他の実施例では磁歪定数は同符号のも
のを用いなければならない。さらに磁気記録再生装置用
の再生用ヘッドに応用する場合、隣接ビットからの漏れ
磁場によるビットの干渉を防ぐため、通常磁場検知部１
６の一部を磁気シールドする必要がある。Making the magnetic domain structure in the magnetic thin film described above to be a single magnetic domain can be similarly utilized in other embodiments. However, in other embodiments, magnetostriction constants having the same sign must be used. Further, when applied to a reproducing head for a magnetic recording / reproducing apparatus, in order to prevent bit interference due to a leakage magnetic field from an adjacent bit, the normal magnetic field detection unit 1
It is necessary to magnetically shield a part of 6.
【００２１】例えば本実施例では磁性３層膜構造を非磁
性層を介してさらに磁性膜で挟んだ７層膜構造とするこ
とで磁気シールドすることが可能となる。このとき最上
層と最下層の磁性膜が磁気シールドとして働く。磁気シ
ールドは十分透磁率が大きく、また磁場が印加されても
磁気シールド自信が湾曲しない必要がある。このため磁
気シールドとして磁歪定数がゼロで高透磁率材料である
パーマロイ等を使用する。この磁気シールドに関しても
他の実施例で同様に利用することが可能である。For example, in the present embodiment, the magnetic three-layer film structure can be magnetically shielded by forming a seven-layer film structure in which a non-magnetic layer is further sandwiched by magnetic films. At this time, the uppermost and lowermost magnetic films function as magnetic shields. The magnetic shield must have a sufficiently high magnetic permeability, and the magnetic shield must not bend even when a magnetic field is applied. Therefore, as the magnetic shield, permalloy or the like having a zero magnetostriction constant and a high magnetic permeability is used. This magnetic shield can be used in other embodiments as well.
【００２２】（実施例４）本発明の他の実施例を図５に
より説明する。図５（ａ）は磁場ゼロの状態を、図５
（ｂ）は磁場印加状態を表す。(Embodiment 4) Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a state in which the magnetic field is zero.
(B) shows a magnetic field application state.
【００２３】本実施例は磁性薄膜１，支持手段２，金属
薄膜１５，チップ４，カンチレバー５，ピエゾ素子６，
電流計７，電源８で構成されている。磁性薄膜１はカン
チレバー５上に成膜されており、膜内の磁化３はｘ方向
へ向くように磁気異方性を付与しておく。磁場がゼロの
状態でチップ４と金属薄膜１５の間にトンネル電流が流
れるように、その距離をピエゾ素子６を使用して制御す
る。In this embodiment, the magnetic thin film 1, supporting means 2, metal thin film 15, chip 4, cantilever 5, piezo element 6,
It is composed of an ammeter 7 and a power supply 8. The magnetic thin film 1 is formed on the cantilever 5, and the magnetization 3 in the film is given magnetic anisotropy so as to be oriented in the x direction. The distance is controlled by using the piezo element 6 so that the tunnel current flows between the chip 4 and the metal thin film 15 in the state where the magnetic field is zero.
【００２４】図５（ｂ）に示すように、磁場がｙ方向に
生じた場合磁化３はｙ方向に回転し、磁歪効果のために
磁性薄膜１が伸張する。それに伴いカンチレバー５が−
ｚ方向へ湾曲するので、チップ４と金属薄膜１５の間の
距離が減少し、トンネル電流が増加する。そこでトンネ
ル電流をモニタすることによって磁場の存在を検知する
ことができる。トンネル電流はチップ４と金属薄膜１５
の間の距離に非常に敏感なので、高精度な磁場測定が可
能となる。ただし、この例は磁歪定数を正としている。As shown in FIG. 5B, when the magnetic field is generated in the y direction, the magnetization 3 rotates in the y direction, and the magnetic thin film 1 expands due to the magnetostriction effect. Along with that, the cantilever 5
Since it bends in the z direction, the distance between the chip 4 and the metal thin film 15 decreases and the tunnel current increases. Therefore, the presence of the magnetic field can be detected by monitoring the tunnel current. The tunnel current is the chip 4 and the metal thin film 15.
Since it is very sensitive to the distance between them, highly accurate magnetic field measurement is possible. However, in this example, the magnetostriction constant is positive.
【００２５】また第２の実施例と同様に図３で示した光
てこを利用して磁性薄膜１の湾曲を検知することも可能
である。このときチップ４，ピエゾ素子６，電流計７，
電源８，金属薄膜１５は不要になり、その代わり半導体
レーザ９，光検出器１１が必要となる。またカンチレバ
ー５は直接支持手段２に片持ち式となるように固定し、
レーザ光１０を磁性薄膜１上に入射し、反射光を光検出
器１１で検出する。Further, similarly to the second embodiment, it is possible to detect the bending of the magnetic thin film 1 by using the optical lever shown in FIG. At this time, chip 4, piezo element 6, ammeter 7,
The power source 8 and the metal thin film 15 are unnecessary, and instead, the semiconductor laser 9 and the photodetector 11 are required. In addition, the cantilever 5 is directly fixed to the supporting means 2 in a cantilever manner,
The laser light 10 is incident on the magnetic thin film 1, and the reflected light is detected by the photodetector 11.
【００２６】（実施例５）本発明の実施例を図６により
説明する。本実施例は磁性体１，支持手段２，チップ
４，カンチレバー５，ピエゾ素子６，電流計７，電源
８，金属薄膜１５から構成されている。磁性体の磁化３
はｘ方向へ向くように磁気異方性を付与しておく。磁場
がゼロの状態でチップ４と金属薄膜１５の間にトンネル
電流が流れるように、チップ４と金属薄膜１５間の距離
をピエゾ素子６を使用して制御する。(Embodiment 5) An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment comprises a magnetic body 1, a supporting means 2, a chip 4, a cantilever 5, a piezo element 6, an ammeter 7, a power source 8 and a metal thin film 15. Magnetization of magnetic material 3
Is given magnetic anisotropy so as to be oriented in the x direction. The distance between the chip 4 and the metal thin film 15 is controlled by using the piezo element 6 so that the tunnel current flows between the chip 4 and the metal thin film 15 in the state where the magnetic field is zero.
【００２７】磁性体１の磁歪定数を正とすると、磁場が
ｚ方向に生じると磁化３はｚ方向に回転し、それに伴い
磁歪効果のために磁性体３がｚ方向に伸びる。このため
チップ４と金属薄膜１５間の距離が減少し、トンネル電
流は増加する。そこでトンネル電流をモニタすることに
よって磁場の存在を検知することができる。トンネル電
流はチップ４と金属薄膜１５の間の距離に非常に敏感な
ので、高精度な磁場測定が可能となる。ただし、磁歪に
よる伸びは極微小なのでこの手法は上で述べた実施例よ
り感度が落ちる。When the magnetostriction constant of the magnetic body 1 is positive, the magnetization 3 rotates in the z direction when a magnetic field is generated in the z direction, and the magnetic body 3 extends in the z direction due to the magnetostriction effect. Therefore, the distance between the chip 4 and the metal thin film 15 decreases, and the tunnel current increases. Therefore, the presence of the magnetic field can be detected by monitoring the tunnel current. Since the tunnel current is very sensitive to the distance between the chip 4 and the metal thin film 15, it is possible to measure the magnetic field with high accuracy. However, since the elongation due to magnetostriction is extremely small, this method is less sensitive than the above-described embodiment.
【００２８】（実施例６）実施例で述べた磁気センサを
再生用ヘッドとして用いた磁気記録再生装置の実施例を
図７に示す。磁気記録媒体１８が蒸着されている磁気デ
ィスク１７は高速で回転する。磁気記録媒体１８には記
録用ヘッドにより情報が記録されている。記録用ヘッド
および再生用ヘッド１９はスライダ２０に、スライダ２
０はアーム２１にそれぞれ固定され、アーム２１はサー
ボ機構２２により駆動する。ただし、ここでは再生用ヘ
ッド１９のみを示しており、また信号処理回路系、サー
ボ制御系等は省略した。ここで再生用ヘッドすなわち本
発明の磁気センサは図１から図６中に示されている座標
系のｘｚ面が媒体面となるようにスライダ２０に固定さ
れている。スライダは高速回転している磁気ディスク直
上に浮上し、それに固定されている再生用ヘッドは磁気
記録媒体に十分接近する。これにより再生ヘッドは磁気
記録媒体上の微小領域から漏れでる微小磁場（情報）に
十分接近することが可能となり、磁場を高感度に検出す
ることが可能となる。(Embodiment 6) An embodiment of a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic sensor described in the embodiment as a reproducing head is shown in FIG. The magnetic disk 17 on which the magnetic recording medium 18 is deposited rotates at high speed. Information is recorded on the magnetic recording medium 18 by a recording head. The recording head and the reproducing head 19 are provided on the slider 20 and the slider 2 respectively.
0 is fixed to each arm 21, and the arm 21 is driven by the servo mechanism 22. However, only the reproducing head 19 is shown here, and the signal processing circuit system, the servo control system and the like are omitted. Here, the reproducing head, that is, the magnetic sensor of the present invention is fixed to the slider 20 so that the xz plane of the coordinate system shown in FIGS. 1 to 6 becomes the medium surface. The slider flies right above the magnetic disk rotating at a high speed, and the reproducing head fixed to the slider is sufficiently close to the magnetic recording medium. As a result, the reproducing head can sufficiently approach the minute magnetic field (information) leaking from the minute area on the magnetic recording medium, and the magnetic field can be detected with high sensitivity.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明によれば、微小領域から漏れでる
微小磁場を高感度に検出することができ、異方的交換相
互作用を使用しない磁気センサを提供することができ、
磁場検知部として４層未満の磁性あるいは非磁性薄膜の
みの成膜しか必要としない磁気センサを提供することが
できる。According to the present invention, it is possible to provide a magnetic sensor which can detect a minute magnetic field leaking from a minute region with high sensitivity and which does not use anisotropic exchange interaction.
It is possible to provide a magnetic sensor that requires only a magnetic or non-magnetic thin film having less than four layers as a magnetic field detection unit.
【図１】本発明の原理を示す変位量を測定する手段を省
いた磁気センサの断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic sensor from which a means for measuring a displacement amount showing the principle of the present invention is omitted.
【図２】トンネル電流を利用した変位計を搭載した実施
例を示す磁気センサの斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a magnetic sensor showing an embodiment in which a displacement gauge using a tunnel current is mounted.
【図３】原子間力を利用し、光てこを応用した変位計を
搭載した実施例を示す磁気センサの斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a magnetic sensor showing an embodiment in which a displacement gauge using an optical lever is mounted by using an atomic force.
【図４】トンネル電流を利用した変位計を搭載した実施
例を示す磁気センサの斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a magnetic sensor showing an embodiment in which a displacement meter using a tunnel current is mounted.
【図５】トンネル電流を利用した変位計を用いた実施例
を示す磁気センサの斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a magnetic sensor showing an embodiment using a displacement meter using a tunnel current.
【図６】トンネル電流を利用した変位計を搭載した実施
例を示す磁気センサの断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a magnetic sensor showing an embodiment in which a displacement meter using a tunnel current is mounted.
【図７】本発明の磁気センサを応用した磁気記録再生装
置の実施例を示す斜視図。FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment of a magnetic recording / reproducing apparatus to which the magnetic sensor of the present invention is applied.
１…磁性薄膜、２…支持手段、３…磁化、４…チップ、
５…カンチレバー、６…ピエゾ素子、７…電流計、８…
電源。1 ... Magnetic thin film, 2 ... Support means, 3 ... Magnetization, 4 ... Chip,
5 ... Cantilever, 6 ... Piezo element, 7 ... Ammeter, 8 ...
Power supply.
フロントページの続き (72)発明者 孝橋 照生 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 萩野谷 千積 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内Continued front page (72) Inventor Teruo Takahashi 2520 Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Stock Company, Hitachi Research Laboratories (72) Inventor Chizumi Haginoya 2520 Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Prefecture Stock Company Hitachi Research Laboratory
Claims (5)
場が印加されたときの磁歪効果による磁性材の変形量を
計測する手段を備えたことを特徴とする磁気センサ。1. A magnetic sensor comprising: a magnetic material, a supporting means for supporting the magnetic material, and a means for measuring a deformation amount of the magnetic material due to a magnetostrictive effect when an analyzed magnetic field is applied.
薄膜を使用し、前記磁性薄膜の少なくとも一ヶ所を支持
手段に固定する磁気センサ。2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein a magnetic thin film is used as the magnetic material, and at least one position of the magnetic thin film is fixed to a support means.
を計測する手段として原子間力，トンネル電流，光の干
渉，エバネッセント光，静電容量を利用した変位計を用
いる磁気センサ。3. A magnetic sensor according to claim 2, wherein a displacement gauge utilizing atomic force, tunnel current, light interference, evanescent light, or electrostatic capacitance is used as means for measuring the amount of deformation of the magnetic thin film.
材または前記磁性薄膜として磁歪定数が＋１０×１０-6
以上，−１０×１０-6以下のものを使用する磁気セン
サ。4. The magnetostrictive constant according to claim 1, 2 or 3, wherein the magnetic material or the magnetic thin film has a magnetostriction constant of + 10 × 10 −6.
Above, a magnetic sensor that uses less than -10 × 10 -6 .
ク駆動装置，記録・再生用ヘッド，記録・再生ヘッド支
持手段、および記録・再生用ヘッド用駆動装置から構成
され、前記記録媒体からの漏れ磁場を検出する再生用ヘ
ッドとして請求項１，２，３または４に記載の前記磁気
センサを使用する磁気記録再生装置。5. A leakage magnetic field from the recording medium, which comprises a disk on which a magnetic recording medium is arranged, a disk drive device, a recording / reproducing head, a recording / reproducing head supporting means, and a recording / reproducing head driving device. A magnetic recording / reproducing apparatus which uses the magnetic sensor according to claim 1, 2, 3 or 4 as a reproducing head for detecting.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5440396A JPH09243721A (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Magnetic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5440396A JPH09243721A (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Magnetic sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243721A true JPH09243721A (en) | 1997-09-19 |
Family
ID=12969737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5440396A Pending JPH09243721A (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Magnetic sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09243721A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533683A (en) * | 1998-12-19 | 2002-10-08 | ミクロナス ゲーエムベーハー | Capacitive magnetic field sensor |
| CN109870100A (en) * | 2018-12-28 | 2019-06-11 | 西北工业大学 | A kind of devices and methods therefor measuring launching tube internal damping block deflection |
| CN111336910A (en) * | 2018-11-02 | 2020-06-26 | 北部湾大学 | Pressure sensor of strip feeding mechanism of plate-shaped workpiece edge covering device |
| CN111537921A (en) * | 2020-04-22 | 2020-08-14 | 西安交通大学 | Cantilever beam type MEMS magnetic sensor and preparation method thereof |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP5440396A patent/JPH09243721A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111336910B (en) * | 2018-11-02 | 2021-08-17 | 北部湾大学 | Pressure sensor of strip feeding mechanism of plate-shaped workpiece edge covering device |
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| CN111537921B (en) * | 2020-04-22 | 2022-02-01 | 西安交通大学 | Cantilever beam type MEMS magnetic sensor and preparation method thereof |
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