JPS59104574A - 薄膜磁気センサ - 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 本発明は夕）部磁場の変化、特に微小値場の変化を検出
できる薄膜磁気センサに関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、外部磁場の変化邦或いは変化の検出をする磁気セ
ンサには半導体材料、磁性材料等を用いた多くのセンサ
が開発され、実用化されている。

例えば半導体材料を用いたものではホール素子。

？１１界効果型トランジスタ素子等がある。これらは］
ｎＳｂ　、ＧａＡ　ｓ等のｍ−ｖ族化合物、Ｓｉ、Ｇｅ
等が主に使用されている。磁性材料を用いたものではメ
モリ素子、磁気抵抗素子、リング型磁気・＼ラド等があ
り、パーｖ　ｏイ、センゲスト、Ｎｉ−ＺｎやＭｎ−Ｚ
ｎフェライト等が使用されている。又特開昭５ｌ−１３
７６４１ｐＪ公ｔノには、線状の磁性体に桓械的、熱的
処理を加え４Ｉｔｉ性線の表面近くの層（第２の磁気的
部分）の保磁力を変え、内部（第１の磁気的部分）の保
磁力より大きくし、これに巻線してなる磁％　ｆ’　バ
ーｆスか記載されでいる。これは、第２の磁気的部分の
ｆＸ磁力が第１の磁気的部分の保磁力より大きくなって
おり、構造的にはＦｅ−Ｃｏ−Ｖ組成からなる磁性線の
内部が保磁力の小さい部分、外部の表面に近い部分が保
イ【抜力の大きい部分からなる細線よりなっている。こ
の磁気デバイスは例えば外部磁界の方間と大きさを細線
の長手方向において％：えたとき、保磁力の大きい部分
は保磁力の小さい部分と６校気的に相互作用が働いてい
るから、両者の磁化方向が同一方向で外部４ａｉ場と逆
方向をとっている場合、保磁力の小さいＳ１７分の碕、
性反転は保磁力Ｈ（１より大きく、保磁力の大きい部分
の保磁力Ｈｃ２より小さい外部磁場で起る。又外部磁場
と、保磁力の大きい部分の磁化方向が同じで・保磁力の
小さい部分の磁化方向のみがそれらと逆方向をとってい
る場合は、外部磁場が次第に大きくなって保磁力の小さ
い部分の保磁力と１■程曵′となると、保磁力の小さい
部分のイ勿化反転（外部磁場と同じ方向に反転する）は
保磁力の大きい部分が助けること１ｒなり、Ｉ４　ｃ　
、程度の樟堝でより急峻にケじる。この保磁力の小さい
部分の夕）部磁場の影響による磁化反転により市、ａ誘
導、！Ｗ、象が生じ、細線に巻いであるピックアップ用
コイルに？＆、ｆ？ｒｔがＮ生り、、コイル両端に前苔
の場合は小さいパルス５、圧が、後者の場合は大きいパ
ルスＮＥＥが得られる。このパルス電圧の大きさ、急峻
さは川−磁性体の磁化反転を用いたものよりはるかに恢
れている。又単一磁性からなるものは、ピックアップコ
イルに発生するパルス幅が外部磁場の交番周波数に依存
し、変化が遅ければ幅は広く、速くなけねは扶くなる。

こノ］にヌ）１し、１寺１．’１ｊｌｌｌｊ　５１　１
８７６４１号公報に記載の素子の場合は、大バルクハウ
ゼン・ジャンプによりｆ１５　ｊｅされろもので、外部
Ｓ場の交ｉ）；周波数に依存することなく一定の幅の急
峻なパルス電圧が得られる。このように栽ｒ開昭５１−
１８７６４１′り゛公報記載の素子は促４１た午；「性
を持一つが、その＋ｌｉ、：ｊ　ｊへ法は腹コ１１なも
のであり、歩留り良く製造することが田雌でｉｔ）る。

又面仔２５０ミクロンの細線τ月４いているが、より小
さいデバイスを作ＩｙＴるには非看τに困難である。史
に急峻な１的発パルスを発生させるための外部ノ七場の
大きさは杓１５エルステッドと大ぎく、より微弱な夕）
部４Ｊ場或いは微小な磁場、例えば１エルステツド緘い
はそれ以下の外部Ｕ場で３・シ発パルスを？％Ｊる必要
のある磁気ヘッド等にはこの特開昭５１−１８７６４１
号公報に記載のものは用いられない。

発明の目的 本発明は上に従来の語間ｆｉｎ　、雑魚を大幅に解決で
きる薄膜構造を持つ磁気センサな提供することを１的と
する。

発明の構成 上記目的を達成するため、不発１ｊｔｊ　Ｑ）範れ磁気
セン・す゛は、保磁力の異なった主成分がコバルトのコ
バルト−ジルコニウム姉性薄膜全２層基板上に爪ねでノ
［〉成し、こ第１にピックアップコイルを設けたもので
ある。

天１Ｉｆａ例の説明 以下、本発明の実施例について、［１，１面に基づい′
Ｃｌ１ｉｌ、ｌ！明スる。先スコバルト（Ｃｏ）−ジル
コニウム（Ｚｒ）合金の・ターゲラ１−を用い、スパッ
タ法により基板上に異な゛つた保磁力のコバルト（ＣＯ
）−シルコニ・″ツム（Ｚｒノイｄ性薄膜’ｃ２１自）
べねてノ１．つ成する。２１甫の値性晶膜の保磁力を異
にするにはスパッタリング呆件、例えばスパツ−９ＩＩ
ニーのアルゴン（Ａｒ　）カス圧を変えることにより可
能である。コバルト（（ｒ＋）にシルコニ・ツム（Ｚｒ
）ｆｉを約６ａｔ％添加すると、その磁性薄膜の保磁力
は急激に小さくなる。こ４’ｔはアモルファス化か進む
ことによることは知られている。、１０ａｔ％付近で略
完全なアモルファスとなり、更にジルコニウム（Ｚｒ）
を増加すると微結晶がアモルファス中にｍｌ・つ°〔＜
る。し力）Ｌ、、保４ｔｔ［Ｊはコバルト（Ｃｏ）単１
木の場合よりはるかに小さい。飽和磁１じはジルコニウ
ム（Ｚｒ）の添加量か増すと次第に小さくなり、例えば
８０　ａＬ％添加すると約ＩＫガウスとなる。飽和硫化
が小さくなると磁化反転によってピンクアップコイルに
発生ずる誘発パルス電圧値が大きくならない。よってシ
ルコニ１クム（Ｚｒ）（’）添加に１は５ａｔ％〜２０
ａ’ｔ％が適当で、ある。９　を図にコバルト（Ｃｏ）
−ジルコニウム（Ｚｒ）イＪ性薄膜の保磁力。

旧印磁化とジル」ニウム（Ｚｒ）添加量との関係を示す
。第１図中１０はイ６６ｄ刀の変化：と示すグラフ、（
２）はμｌ　相ｈＵ化の変化と示すグラフである。コバ
ルト（Ｃｏ）　−シＪＬ　：Ｉ　＝つＡ　（Ｚｒ）磁１
土助１反の保磁力はジル」ニウム（Ｚｒ）量の異なるタ
ーゲラＩ・をハ４いても変Ａうるが、胆を形成するごと
に９−ゲットを変えＬ（ければならない。或いは複数個
のターゲットを′１１＜詮する装置を用いなければなら
ない等の作業性や装Ｖｉに非点がある。この点スパッタ
時の条件を％−エルタけで保ｔａ力の昇なるｉｉ磁性薄
膜作成する方がより容易である。第２図はスパッタ時の
アルゴン（Ａｒ　）ガス圧によるコバルト（Ｃｏ）−ジ
ルコニウム（Ｚｒ）磁性薄膜の保磁力並びに飽和硫化の
変化を示すグラフである。第２図中（３）はｅｆ′磁カ
の変化を示すグラフ、（４）は飽和磁化を示すグラフで
ある。

スパッタ法で基板上に形成したコバルト（Ｃｏ）−ジル
コニウム（Ｚｒ　）磁性薄膜は睨面内で磁気異方性特性
を示す。即ち、ある特定の方向に容易枦゛を持っ磁性薄
膜となる。本発明の薄膜磁気センサは外部交番′ａＭ４
の方向に磁性薄膜の磁化反転を生じさせるため、この方
向に容易軸を抑・λゎばより急峻な磁化反転が起こり誘
発パルス電圧も大きくなる。

第８図にコバルト（Ｃｏ）−ジルコニウムＣＺｒ）Ｎ　
性ＷＮ膜の容易軸方向と困難軸方向のＭ−Ｈ曲線を示し
７た。（５）は容易軸方向のＭ−ＨＦｌ′ｔＩ線、（６
）は回部軸方向のＭ−８曲線である。

本発明の保磁力の異ｆ、ｒる２層のコバルト（Ｃｏ）−
ジルコニウム（Ｚｒ）磁性薄膜を基板上に形が？する順
番はこの磁性薄膜には小さくではあるが！４町歪特性が
あるため、誘発パルスを発生させる磁化反転をｔ　ル４
’４　Ｊａ　力の小さいコバルト（Ｃｏ　）−ジルコニ
ウム（Ｚｒ）磁性薄膜を先に基板上に形成した後、その
上に重ねて保羞露力の大きいコバルト（ＣＯ）−ジルコ
ニウム（Ｚｒ）ｍ性ｆｒｑ膜を形成するのが良い。この
順番で形成すると、イ（″磁力の小さい磁性薄膜の保磁
力の２層軍ねたことによる変化が小さくなる。即ち距４
図に示す如く、基板（７）の上に先ず保磁力の小さいコ
バルト（Ｃｏ）−ジルコニウム（Ｚｒ　）磁性薄膜（８
）を形成し、続けてスパッタ時のアルゴン（Ａｒ　）ガ
ス圧を変えて保磁力の大きいコバルト（ＣＯ）−ジルコ
ニウム（Ｚｒ）蓚性助１１＋Ｊ　１９）を形成する。次
に第５図に示す如く、基板（７）上に重ねて形ＩＪしし
た２層の薄厚（８）　ｔ９）を７オトリソ技術を用いて
フッ酸と硝酸と水の混合液でエツチングして短冊状萌に
する。このとき、短冊の長手方向が磁性薄膜の容易軸方
向に一致するようにする。これ７ｉｌ−第６図に示す如
く、基板（７）を短冊に切断し、ピックアップコイル（
■υを短冊の長手方向ケ軸として巻いてＮＥ　Ｗ磁気セ
ンサとする。このようにしてできた薄膜Ｗ気中ンサを一
様な外部交番磁場内に入れ、ｅｆ界の方向と磁気センサ
の長手方向が一致するようにおき、交番磁場を印加する
。この交番磁場がある強さになると保磁力の小さい磁性
薄膜の磁化反転が起こり巻いであるコイルＣＩ＋＞に誘
発パルスが発生する。この外部′６ｊｉ場の方向と誘発
パルスの発生均磨は′ｒｊひ１１昭６１−１８７６４１
号のものと同じである。この詔発ハルス電圧はスパッタ
法で形成した２ｗ４ＩＩ・」１のｔ’ｓ＞　ａ力の相対
値により高さが異なる。又誘発する外部交番磁場の強さ
にも保磁力の相対１直は１工゛・係する。本発明ハ の実施例によれば、保磁力の小さいコバルト（ＣＯ）−
ジルコニラｌ−（Ｚｒ）磁性薄膜の保暖、刀に刈し、ｃ
セ磁力の大きい方の同磁件結１模の保献：力が２〜８倍
の値のとき誘発パルスか得られた。７’：：　磁力の小
さい磁性薄膜の保磁力が０．６エルステツドより大きく
なると、蒲１堕磁気十ンサとしたとき誘発パルスの得ら
れる外部交番磁場の強さは１エルステツドを越えてしま
い、１エルステツドより小さい交番磁場の中で使用する
場合には同センサは働かない。

又０．０６エルステツドより小さいコバルト（Ｃｏ　）
−シルコニリム（Ｚｒ　）磁性薄膜は本発明の実施例で
は得られなかった。より小さい保磁力につい′Ｃも、こ
れに適した保磁力の大きいＵｊ磁性薄膜組み合せて２層
膜とすオ］ば誘発パルスの得られる薄膜磁気センサとな
る。保磁力の大きいコバルト（ＣＯ）−ジルコニウム（
Ｚｒ）（＃性ｉｉＪ　Ｉ摸の保母力が保磁力の小さい磁
性薄膜の保磁力の８倍を越えると誘発パルス電比が得ら
れにくくなる。誘発パルスＴｉ電圧の発生は印加された
外部交番磁場の変化により薊膜磁気センサの保磁力の小
さい磁性劫ｈｑの磁化反転が保磁力の大きい磁性薄膜の
ｉ西当な大きさの保磁力に拘束されているもとで起こる
ときに始めて禮らｉ］るもので、拘束が強すぎると、即
ち保磁力の大きい磁性薄膜の保磁力が大きすぎると、２
層が磁気的にあたかも単一層になった如きふるまいをす
るためと思われる。逆に２倍より小さくなりすぎると、
２層の相互作用か弱すぎて単−Ｊｃｅ２１層ｍ　Ｍ　Ｗ
”と１７で磁化反転するため目的の色、酸な誘発パルス
電圧が得ら１１なくなる。

次に本発明の具体実施例について説明する。ジルコニウ
ム（Ｚｒ）’５８ａｔ％添加したコバルト（Ｃｏ　）が
主成分のコバルｌ−（Ｃｏ）−ジルコニウム（ｚｒ＞合
金ｃｖ直径６インチの一ターゲットを用いた。到達真空
１更を２Ｘ１（＋　　’Ｔｏｒｒとした後、スパッタ１
１：Ｆのアルゴン（Ａｒ　）ガス圧を変えてコバルト（
Ｃｏ）−ジルコニラに５０００１析出した。このときの
スパッタ由刀は４００！７ツトであった。次に、スバツ
・シ時のアルゴン（Ａｒ　）ガス圧を１層目のコバルト
（Ｃｏ　）−ジルコニウム（Ｚｒ）磁ＶＶ蒲１仄より大
きい保イは刀か得られる粂件ニして、１層目に重ねて２
　眉ｌ　’ＦＡのコバルト（ＣＯ）−ジルコニウム（Ｚ
ｒ　）磁１１・ρメ膜ヲ析ＯＩした。このときのスパッ
タＢも４００ワツトとしｔ゛。尚２Ｊ：１目の膜厚は８
０００λであった。２　ｒｒ６にηねてノ（う成した保
磁力の昼なるコバルト（Ｃｏ）−ジルコニウム（Ｚｒ　
）磁性薄膜を幅５００μｍ、長さ５Ｉｎｎｌの短冊状（
負、、、５図参照）に、フォトリソ技術で゛ｑスクした
後フッ配：硝酸：水”５：１：９４（’７；星％）のエ
ツチング液でエツチングした。このとき、短信の長手方
向がコバルｌ−（Ｃｏ）−ジルコニウム（Ｚｒ　）　ｕ
ｆ　件部Ｎ　（Ｄ　ｋ気前）ＩＡ軸と一致するようにし
た。θ（にガラス基板を短冊状２層膜と同じ形状に切断
した。これに直径６０μｍの銅線を５０タ一ン巻いて薄
膜磁気センサとした（第６図参照）。このセンサに一様
な外部交番磁場を印加し、コイルに発生する誘発パルス
電圧を調べた。次表のＮ０９１〜Ｎ０１６に本発明の実
施例の磁性薄膜の保磁力、誘発パルスを発生させるに必
要な外部交番磁場並びに誘発パルス電圧を示した。尚得
られた誘発パルス電圧値は外部交番磁場の周波数に依存
せず一定であった。又短冊の長手方向と磁性薄膜の困難
軸方向を一致させて作成した。薄膜磁気センサでは外部
交番磁場を変えても誘発パルスが得られなかった。これ
は２層間の磁気的な相互作用が誘発パルスを発生させう
る条件にならないためと思われる。表中のＮｏ、　１７
　、１８に本発明外のものを示す。

発明の効果 以上のように本発明は保磁力の異なるコバルト（ＣＯ）
−ジルコニウム（Ｚｒ　）磁性薄膜を基板上に重ねて形
成し、これにピックアップコイルを巻いてなるもので、
１エルステツド以下という小さい外部交番磁場にヌＪし
急峻で大きな誘発パルス電圧が得られる。しかもその値
が外部交番磁場の周波載に依存しないという仮れたもの
である。このように微小磁場に対し応答できることは、
例えば磁気記録隊体上に記録された微小信号をも再生で
きるもので有効なセンサである。又薄膜Ｉｌｌ成である
ことから、フォトリソ技術を用いてより微小なセンサ或
いは集積したセンサ群ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はジルコニウム（
Ｚｒ）の添加量による保磁力並びに飽和磁化の変化を示
すグラフ、第２図はスパック時のアルゴン（Ａｒ）ガス
比による保磁力並びに飽和磁化の（６）化を示すグラフ
、第８図は磁性薄膜の容易軸方向と困難軸方向のＭ　−
Ｈ曲線を示すグラフ、第４図〜第６図は本発明ｉＪＩ膜
イに１気老ンザの製造順序を〉１りす説明図である。 （７し・基板、　＋８）　（９）・・−磁性薄膜、（１
）・・・コイル代理人　森本義弘 第１図 ｚｔ−Ｂ、ｈｕ量（ａｔ％） 第？因 スｌでツタ時の７ｓｔフ′＞ｎ“′ス辻（Ｘ１０−”７
ｏｒｒ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　保磁力の異なった主成分がコバルトのコバルト−ジ
   ルコニウム磁性〜１拠を２層基板上に重ねて形り兄し、
   これにピックアップコイルを設けた薄膜磁気センサ。 ２、　コバルト−ジルコニウムｉｆ　ＦＪＥ　鯖＆のジ
   ルコニウム添加おは５ａｔ％〜２０ａｔ％である特許請
   求の範囲第１項記載の薄膜磁気センサ。 ８、　コバルト−ジルコニウム磁性薄膜をスパッタ法で
   形成してなる特許請求の範囲第ｔＱ’ｔＭビ載の薄膜磁
   気センサ。 ４、基根上に先に保磁力の小さいコバルト−ジルコニウ
   ム磁性！１７１膜を形成し、そめ上がら保磁力の大きい
   コバルト−ジルコニウム磁性薄膜を重ねて形成してなる
   特許ｉ１〜求の範囲第１項記載の薄Ｗ＠構坂セシヅ。 ５．２種類のコバルト−ジルコニウム磁性薄膜の保磁力
   の大小の比は１：２〜１：８である特許請求の範囲第Ｉ
   ＪＪｊ記載の助を磁気センサ。 ｅ、ａｍ力の小さいコバルト−ジルコニウム磁性薄膜の
   保磁力の値は０，０５エルステッド〜０．７エルステツ
   ドである特許請求の範囲第１項記載のｐａＰｌｉ４．磁
   気センサ。 ７、　保磁力の異なる２種類のコバルト−ジルコニウム
   磁性薄膜からなる短冊の長手方向がコバルトジルコニウ
   ム磁ｔｇ：薄脳の容易軸方向と一欽する特許請求の範囲
   ｗ１項記艷の薄膜磁気センサ。