JPS62145785A - 磁気抵抗効果素子 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、強磁性薄膜の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に係り、特に磁気式エンコ
ーダ、磁気記録装置、磁気バブルメモリなどに使用され
る磁気センサとして好適な磁気抵抗効果素子に関する。

〔発明の背景〕

磁気的め回転角や回転角速度を検出するエンコーダや各
種の磁気記録装置、それに磁気バブルメモリなどでは、
強磁性合金薄膜の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が磁気センサとして広く用いられる
ようになってきた。

出する角度検出器として磁気抵抗効果素子を用いること
が記載されている。

特開昭５６−９０５７７号公報には、磁気抵抗効果素子
の低磁界での感度を高くするために、磁気抵抗効果を有
する強磁性ｖＩｔ膜ストライプの両側且つ同一平面上に
高透磁率磁性膜を設けることが記載されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、先行技術の磁気抵抗効果素子よりも高
出力が得られる新規な構造の磁気抵抗効果素子を提供す
るにある。

〔発明の概要〕

本発明は、磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜スドライブ
の両側に検出磁界方向に沿って高透磁率磁性膜を有する
磁気抵抗効果素子において、前記強磁性薄膜ストライプ
を覆って非磁性絶縁層を設け、該非磁性絶縁層の表面に
前記高透磁率磁性膜を設けると共に、前記強磁性薄膜ス
トライプの両側に位置する前記高透磁率磁性膜の磁界検
出方向における端部から端部までの寸法を、磁気媒体の
記録ビット長より小さくしたことを特徴とする磁気抵抗
効果素子にある。

本発明者らは、同一平面上に強磁性薄膜ストライプ及び
高透磁率磁性膜を有する磁気抵抗効果素子は、一様な外
部磁界のもとての低磁界感度がすぐれていることを確認
した。しかし、磁気式エンコーダのように不均一な磁界
中で使用すると出力が出ないか或は非常に小さいことが
わかった。

これらをふまえて強磁性薄膜ストライプの表面を非磁性
絶縁層で覆い、該非磁性絶縁層表面に高透磁率磁性材料
を設けて強磁性薄膜ストライプと高透磁率磁性膜の間に
間隔を設けることにより、不均一磁界中での感度をよく
できることを見出しく４） た。

けれども磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜ストライプと
高透磁率磁性膜とから成る複合構造の磁気抵抗効果素子
を磁気式エンコーダなどにセンサーとして使う場合、強
磁性薄膜ストライプの幅をたとえ記録ビット長より小さ
くしても高透磁率磁性膜の幅が大きいと出力が全然生じ
ないことがわかった。

高透磁率磁性膜の幅が大きいと出力が生じない理由とし
ては、次のことが考えられる。説明を容易にするため、
図面を用いる。第２図は、磁気抵抗効果素子と磁気媒体
の配置構成を示している。

符号１は磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜ストライプ、
２は高透磁率磁性膜、３は非磁性絶縁層を示している。

符号４は磁気媒体を示している。矢印５は磁界検出方向
を示している。第２図では、磁気媒体に対向する面に強
磁性薄膜ストライプ１を有するが、高透磁率磁性膜２側
を磁気媒体４に対向させてもよい。

出力が生じない原因は、第２図に示すように本来、磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜スイライプ１−が記録媒体
４から磁界を受けない磁化遷移領域１００上でも隣接配
置した高透磁率磁性膜２のストライプ幅がビット長λよ
り大きい為高透磁率磁性膜２は磁化遷移領域１００粍間
に位置し、その結果、高透磁率磁性膜２は磁化され、強
磁性薄膜ストライプ１も磁化される。従って、強磁性薄
膜ストライプ１は磁化遷移領域１．　ＯＯ上でも磁化遷
移領域の間にある時も磁化される為に磁気抵抗効果の変
化量がほとんどなく、出力が生じないものと考えられる
。

本発明者らは、強磁性薄膜ストライプの両側に位置する
高透磁率磁性膜の端部から端部までの長さを、記録ビッ
ト長（λ）よりも小さくし、強磁性薄膜ストライプが磁
化遷移領域」二で磁化されるのを防止することに成功し
た。これにより出力を高めることが可能となった。

第１図は、本発明の磁気抵抗効果素子の一実施例を示し
ている。この実施例では基板６上に強磁性薄膜ストライ
プ１を設け、高透磁率磁性膜２上を保護Ｎ４７で覆って
いる。磁界検出方向の強磁性薄膜ストライプの幅をＸで
示し１強磁性Ｍ膜ストライプのや両側に位置する高透磁
率磁性膜の端部から端部までの長さをＷで示している。

本発明は、とのＷを記録ビット長よりも小さくするもの
である。

強磁性薄膜ストライプ１は、第３図に示すように短冊状
を有している。強磁性薄膜ストライプ１の膜厚ｄは２０
〜５０ｎｍ、幅Ｘは５〜４０μｍ、長さＬは１００〜３
０００μｍ程度が好ましい。長さしは幅Ｘに比して充分
に大きく、しかも幅Ｘは厚さｄに比して充分に大きくす
ることが好ましい。

強磁性薄膜ストライプ】の材料としては、パーマロイ或
いは鉄、ニッケル、コバルトなどを主成分とする強磁性
合金が適する。コバルトを１０〜３０重量％含み、残部
ニッケルよりなるニッケルーコバルト合金は、パーマロ
イよりも磁気抵抗効果がすぐれており、強磁性薄膜スト
ライプの材料として好適である。強磁性薄膜ストライプ
は、蒸着或いはイオンミリングなどの周知の薄膜製造波
術を利用して作製することができる。高透磁率磁性膜な
ど他の薄膜も、強磁性薄膜ストライプの場合と同様に蒸
着、イオンミリングなどの周知の薄１１９ｉ製造技術に
よって作製することができる。

基板６の材料には、シリコンｌ結晶、アルミナ或いはシ
リカなどのセラミックス、ガラスなどを使用することが
できる。基板の厚さは、０．５〜ｉｍｍ程度でよく、そ
の表面はできるだけ滑らかにすることが望ましい。

非磁性絶縁層３の材料には、シリカやアルミナなどを用
いることが望ましい。非磁性絶縁層の厚さは数百オング
ストロームないし数千オングストロームとすることが好
ましい。

高透磁率磁性膜２の材料には、パーマロイが適する。そ
の厚さは数百オンゲストロー１１ないし数μｍがよい。

高透磁率磁性膜２の表面は、アルミナ或いはシリカなど
の非磁性絶縁材料阪よりなる保護層７で覆うことが望ま
しい。保護層７の厚さは数μｍ程度でよい。

本発明の磁気抵抗効果素子は、強磁性薄膜ストライプ１
と高透磁率磁性膜２との間に非磁性絶縁層３を有する。

この構造によれば、強磁性Ｍ膜ストライプ１に隣接した
高透磁率磁性膜によって１強磁性薄膜ストライプ１−内
の反磁場を小さくでき、この結果、ストライプ１の幅方
向（Ｘ方向）に加えられる検出磁界に対する検出感度を
高めることができる。

磁気抵抗効果素子において１強磁性薄膜ストライプの形
成には一般に磁界を加えた状態で蒸着を行う磁界中蒸着
法が用いられるが、このときの磁界として、相互に直交
する２方向の磁界を、交互に所定の周期で切換えて加え
るようにする、いわゆるスイッチング直交磁界中蒸着法
を採用すれば、検出感度をさらに高くすることができる
。

〔発明の実施例〕

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の一例を第４図に
示す工程にしたがって説明する。

まず、シリコン、セラミック、或いはガラスなどの材料
から表面の滑らかな基板６を作り、その上に磁気抵抗効
果を有する強磁性薄膜ストライプ１−として例えばニッ
ケルーコバルト合金膜を数百ないし数千オングストロー
ムの厚さに蒸着する。

この状態を工程１に示す。

次に強磁性薄膜ストライプ１に接触させて導体膜８を蒸
着等により形成する。この状態を工程２に示す。導体膜
８は、たとえばクロム、銅、クロムよりなる二層膜とし
蒸着法により形成する。

導体膜８を形成したならば、その−Ｉ−にＳ：Ｕ、０２
やＡＱｘＯｓなどの材料からなる非磁性絶縁層３を数百
オングストロームないし数千オングストロームの厚さに
形成する。この状態を工程３に示す。

この後、パーマロイなどの高透磁率磁性材料からなる高
透磁率磁性膜２を数千オングストロームから数μｍの厚
さに蒸着する。この状態を工程４に示す。更に高透磁率
磁性ＩＩ！　２の上に保護層７として数μｍの厚さに非
磁性絶縁膜を形成する。この状態を工程５に示す。

磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜ストライプ。

高透磁率磁性膜、クロム及び銅膜のパターニングにはイ
オンミリング法を用いることが望ましい。

導体膜の下層のクロム膜は強磁性薄膜ストライプ例えば
ニッケルーコバルト膜と選択性の大きい事からフェリシ
アン化水溶液を用いたウェットエツチング法を採用する
ことが好ましい。

導体１１９８の端部に端子を接続するためにパーマロイ
層９を形成する。この状態を工８６に示す。

パーマロイ層９に端子１０となる半田たとえば鉛と錫の
合金を接続する。半田の接続にはディップ法等を採用す
ることが好ましい。この状態を工程７に示す。端子１０
を外部リード線に接続し、磁界の検出を行う。

）を 強磁気薄膜は、磁界をかけないときには高電気抵抗を有
し、磁界をかけると電気抵抗が低下する性質を有する。

この性質を磁気抵抗効果と言い、磁気抵抗効果素子は、
この電気抵抗の差を利用して磁界を検出するものである
。磁界を検出する場合に、検出方向の形状磁気異方性を
なくすため或いは軽減するために、強磁性薄膜を第３図
のように短冊状に形成することが必要となる。

第５図は、本発明による磁気抵抗効果素子の平面図であ
り、強磁性薄膜ストライプ１と導体膜８と端子１０の構
成を示したものである。第５図では１強磁性薄膜ストラ
イプ１が８個設けてあり、それぞれに導体膜８及び端子
】０が接続されていることがオ）かる。

第６図は、高透磁率磁性膜がある場合とない場合につい
て、強磁性薄膜ストライプの電気抵抗変化率（ΔＲ／Δ
Ｒｍａｘ）を示している。実線は第１図に示した本発明
の実施例の特性であり、点線は高透磁率磁性膜を設けな
い素子の特性である。強磁性薄膜ストライプ１の厚さは
０．０４μｍ、非磁性絶縁層３の厚さは０．４７ｚｍ、
高透磁率磁性膜２の厚さは２μｍとなっている。

この第６図から明らかなように、本発明の実施例では、
ΔＲ／ΔＲｍａｘ＝　０　、５となる磁界Ｈｘの値が高
透磁率磁性膜を有しない場合の約５０％であり、著しい
感度の上昇を得ることができる。

ここで、本発明の実施例が高感度を有する理由について
考えてみると、本発明の実施例では第１図に示すように
非磁性絶縁層の存在により強磁性薄膜ストライプ１と高
透磁率磁性膜２との間の間隔を極めて小さく、実質的に
零にすることができ、高透磁率磁性膜２から強磁性薄膜
ストライプ１への磁束流れに対する抵抗が充分に小さく
なることによるものと思われる。

なお、このときに重要なことは、高透磁率磁性膜２の厚
さの選定で、強磁性薄膜ストライプ１の厚さとあまり変
らない厚さとしたのでは、はとんど感度の上昇がみられ
ない。従って、高透磁率磁性膜２の厚さを強磁性薄膜ス
トライプ１の厚さよりも大きく選ぶのが望ましく、少な
くとも強磁性１膜ストライプ１の厚さめ非磁性絶縁層３
の厚さ、　　ｉ 、〜との和以上にするのがよい。

なお本発明においては、強磁性薄膜ストライプと高透磁
率磁性膜とが第７図のように一部で重なり合うことがあ
りうる。強磁性薄膜ストライプ１と高透磁率磁性膜２の
重なり幅ａと磁気抵抗効果の外部磁界に及ぼす影響との
要係を調べた結果、重なり幅ａが１．７μｍの素子は磁
気抵抗効果の外部磁界に対するヒステリシスが小さいこ
とがオ）かった。これに対し、重なり幅ａが４．６μｍ
の素子では磁気抵抗効果のヒステリシスが強磁性薄膜ス
トライプのみよりなり高透磁Ｓ＄磁性膜を有しない素子
と同程度に大きいことがわかった。磁気抵抗効果素子を
センサとして使用するには、磁気抵抗効果のヒステリシ
スが無いことが望ましい。このことから重なり幅ａが零
から１−１７μｍまでのものは問題なく使用出来る事が
確認された。

第８図は第１図に示した実施例の特性を示したもので、
記録ビット長８３．８μｍに対して強磁性薄膜ストライ
プの幅Ｘ及び強磁性薄膜ストライプの両側に位置する高
透磁率磁性膜の端部から端部までの長さＷを変えて出力
電圧を測定したもので磁性膜の重なり幅ａが零であるの
で、長さＷは、強磁性薄膜ストライプの幅Ｘと、その両
側に位置する高透磁率磁性膜の幅の総和でもって表わす
ことができる。

ここで用いた記録媒体は保磁力９６　ｋＡ／　ｍ　、角
型比０．５４．厚さ８０μｍの塗布型鉄粉である。

測定系はブリッジ方式であり、５ｖの定電圧駆動である
。

出力電圧は、磁気抵抗効果素子と記録媒体との間隔によ
っても変化するので、第８図では縦軸に出力電圧をとり
、横軸に記録媒体からの距離をとって、両者の関係でも
って示した。第８図より長さＷが小さくなるにつれて出
力電圧が高くなり、特に記録ビット長よりも小さくなる
ときわめで高出力になることが確認された。長さＷが最
も短かいＡの素子は、記録媒体からの距離を短かくした
ときに高出力電圧が得られる。しかし、磁気式エタ゛。

ンコードの角度検出器として磁気抵抗効果素子を用い、
モータのシャフトの回転角などを検出する場合には、シ
ャフトのぶれなどがあるので素子を記録媒体に近づけす
ぎるのはまずい。一般には記録媒体と素子との距離は３
０μｍ以上が望ましいとされている。この点を考慮する
と、Ｂの素子が最良である。

前述のように長さＷが記録ビット長に比べ小さくなるの
に伴い最高出力電圧は大きくなる。しかし、長さＷが８
０μｍの素子までは強磁性薄膜ストライプが磁化遷移領
域上でも磁化遷移領域の間に位置しても磁化されてしま
う為出力が出ない。

第９図に最大出力電圧とＷ／λとの関係を示し、第１０
図に最大出力電圧を示す記録媒体と素子との距離とＷ／
λとの関係を示す。この結果より、Ｗを記録ビット長の
０．５倍以上から０．８倍以下となる様に調整すれば高
出力化が可能となる。高出力化することにより、ちりや
その他のごみ等によるノイズに対して強くなり、使いや
すくなる。

又、増幅器を不要にすることもできうろ。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば従来の構造の磁気抵
抗効果素子よりも高出力化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気抵抗効果素子の一実施例を示
す斜視図、第２図は磁気抵抗効果素子と記録媒体との関
係を示す概略斜視図、第３図は強磁性薄膜ストライプの
形状を示す斜Ｘ図、第４図は本発明の磁気抵抗効果素子
の製造方法の一例を示す工程図、第５図は本発明の磁気
抵抗効果素子の概略平面図、第６図は高透磁率磁性膜を
有する場合と有しない場合について電気抵抗変化率と磁
界の強さとの関係を示した特性図、第７図は強磁性薄膜
ストライプと高透磁率磁性膜の重なり幅を説明するため
の素子概略断面図、第８図は記録媒体から素子までの距
離と出力電圧との関係を示す特性図、第９図は強磁性薄
膜ストライプの両側に位置する高透磁率磁性膜の端部か
ら端部までの長さくＷ）の記録ビット長（λ）に対する
比と最大出力電圧との関係を示す特性図、第１０図は前
述のＷ／λと、最大出力電圧を示す記録媒体と素子との
距離、との関係を示す特性図である。 １・・・強磁性薄膜ストライプ、２・・・高透磁率磁性
膜、３・・・非磁性絶縁層、４・・・記録媒体、５・・
・磁界検出方向、６・・・基板、７・・・保護層、８・
・・導体膜、１０・・・端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気抵抗効果を有する強磁性薄膜ストライプと、該
   ストライプの両側且つ磁気媒体の磁界検出方向に位置す
   る高透磁率磁性膜とを有する磁気抵抗効果素子において
   、前記強磁性薄膜ストライプを覆う非磁性絶縁層を有し
   、該非磁性絶縁層上に前記高透磁率磁性膜を有し、且つ
   前記強磁性薄膜ストライプの両側に位置する前記高透磁
   率磁性膜の磁界検出方向における端部から端部までの寸
   法が、前記磁気媒体の記録ビット長よりも小さいことを
   特徴とする磁気抵抗効果素子。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記強磁性薄膜ス
   トライプとその両側に位置する前記高透磁率磁性膜の磁
   界検出方向における重なり幅が０．１７μｍないし零で
   あることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記強磁性薄膜ス
   トライプの両側に位置する前記高透磁率磁性膜の磁界検
   出方向における端部から端部までの寸法が、前記記録媒
   体の記録ビット長の０．５倍以上０．８倍以下であるこ
   とを特徴とする磁気抵抗効果素子。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記高透磁率磁性
   膜の厚さが前記強磁性薄膜ストライプの厚さよりも大き
   いことを特徴とする磁気抵杭効果素子。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記高透磁率磁性
   膜の厚さが前記強磁性薄膜ストライプの厚さと前記非磁
   性絶縁層の厚さとの総和よりも大きいことを特徴とする
   磁気抵抗効果素子。