KR20040019018A - 자기센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

도전성 비자성막에 대향하는 연자성막을 갖고, 비교적 낮은 주파수의 캐리어신호로 큰 임피던스변화를 얻을 수 있는 자기 임피던스형 자기센서를 얻기 위해서, 양 끝단에 적어도 한 쌍의 전극단자를 형성한 지그재그형상의 메안다형 도전성 비자성박막과 복수의 영역에서 대향하는 띠형상에서 또한 띠형상의 폭방향에 자화(磁化)용이축을 갖는 연자성막을 갖고, 상기 전극단자에 고주파캐리어신호를 인가하는 동시에, 직류바이어스자계를 인가한다. 상기 전극단자로부터 출력할 수 있는 AM변조신호를 AM검파하는 것에 의해 외부자계에 의해서 변화하는 도전성 비자성막의 임피던스변화를 고주파캐리어신호의 변화로서 검출하여, 외부자계를 검출할 수가 있다.

Description

자기센서 및 그 제조방법{MAGNETIC SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

자기 혹은 자계를 높은 감도로 검출하는 자기센서로서, 자기임피던스효과를 이용하는 자기임피던스소자가 알려져 있다. 자기임피던스소자에서는 연자성체의 자극에 근접하여 설치된 도체에 고주파의 정전류를 흐르게 한다. 이 자기임피던스소자를 자계중에 두면, 자계에 의해서 도체의 임피던스가 변화한다. 도체의 임피던스의 이 변화에 의한 고주파전압의 변화에 따라서 자기를 검출한다.

도 42의 (a)는 전자정보학회기보 MR95-80에 보고되어 있는 종래의 자기 임피던스소자의 사시도이다. 도면에 있어서, 도전성금속박막으로 이루어지는 검출도체막(101)이 연자성코어(105 및 106)에 의해서 끼워져 있다. 연자성코어(105 및 106 )는 각각, 도 42의 (b)의 단면도에 나타내는 바와 같이, 퍼멀로이(permalloy)막 (103)과 SiO₂막(104)의 적층체이다. UHF대의 고주파발신기(107)로부터 저항(108)을 지나서 검출도체막(101)에 UHF 캐리어신호의 정전류의 고주파전류(109)를 흘린다.검출도체막(101)의 양 끝단에 각각 이어지는 도선의 단자(110 및 111)사이에 있어서, 화살표(116)로 나타내는 외부자계에 의한 임피던스의 변화에 근거하는 전압변화를 검출한다. 단자(110 및 111)의 사이에는, 고주파전류(109)와, 검출도체막 (101)의 단자(110 및 111)사이의 임피던스와의 곱에 해당하는 캐리어신호전압이 발생한다. 외부자계(116)가 존재하는 경우에는, 연자성코어(105,106)의 화살표(102)로 나타내는 방향으로 배향되어 있는 자화(磁化)용이축의 배향방향이 외부자계 (116)에 의해서, 배향방향으로부터 어긋난다. 그 결과 검출도체막(101)의 임피던스는 외부자계(116)가 존재하지 않는 경우보다도 감소한다. 이 임피던스의 감소는 캐리어신호의 외부자계(116)에 의한 진폭변조신호로서 검출된다. 이 진폭변조신호를 AM검파함으로써, 외부자계(116)를 검출할 수가 있다. 상기의 자기임피던스효과를 이용하는 자기센서로서는, 현재 개발이 진행되고 있는 자이언트 자기저항소자의 약 10배의 검출출력이 얻어질 가능성이 있다.

도 43은 도 42의 (a)에 나타내는 자기임피던스소자의 동작을 나타내는 특성곡선이고, 자계강도(DC)와 캐리어신호레벨의 관계를 나타내고 있다. 캐리어신호의 주파수를 1.0GHz로 하여, 자기임피던스소자를 헬름홀츠코일의 중앙부에서 직류(DC)자계를 가하여, 자계강도와 캐리어신호레벨을 측정하고 있다. 높은 감도로 변형이 적은 검출출력을 얻기 위해서는, 도 43에 나타내는 바와 같이, 직선(112)으로 나타내는 자계강도의 직류바이어스자계를 줄 필요가 있다.

자기임피던스소자의 임피던스는 캐리어신호의 주파수와 투자율의 곱에 비례한다. 따라서 주파수가 상기한 바와 같이 높은 경우에는, 충분한 임피던스변화를얻을 수 있다. 그러나, 자기센서의 용도로는 비교적 낮은 주파수의 캐리어신호를 사용할 필요가 있는 경우가 있다. 예를 들면 지자기(Geomagnetism)등의 낮은 레벨의 외부자계를 검출하는 경우에는, 1 GHz보다 훨씬 낮은 10 MHz∼20 MHz의 캐리어신호를 사용할 필요가 있다. 그래서 이러한 비교적 낮은 주파수의 캐리어신호로 충분한 임피던스변화를 얻을 수 있는 자기임피던스소자가 요구되고 있다.

본 발명은, 자기에 의한 도체의 임피던스변화에 의해 외부자계를 검출하는 고감도 자기센서에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 2는, 도 1의 자기센서의 도전성막(6)을 제외한 상태를 나타내는 도면이다.

도 3의 (a)는 도 1의 III-III 단면도이다.

도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 자기센서의 외부자화 Hex와 임피던스 Z의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 자기센서의 연자성막의 형상을 나타내는 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 자기센서의, 비 L/W를 파라미터로 한 외부자화 Hex와 자속밀도(B)와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예의 자기센서의, 연자성막의 두께(t)를 파라미터로 한 외부자화와 자속밀도(B)와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 9는 도 8의 자기센서의 도전성막(6)을 제외한 상태를 나타내는 평면도이다.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예의 다른 예의 자기센서의 평면도이다.

도 11의 (a)는 도 10의 XI-XI 단면도이다.

도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예의 자기센서의 외부자화 Hex와 임피던스 Z와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 13은 본 발명의 제 3 실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 14의 (a)는 도 13의 XIV-XIV 단면도이다.

도 14의 (b)는 도 14의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 15의 (a)는 본 발명의 제 3 실시예의 자기센서의 단면도이다.

도 15의 (b)는 도 15의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 16의 (a)는 본 발명의 제 4 실시예의 자기센서의 단면도이다.

도 16의 (b)는 도 16의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 17은 본 발명의 제 5 실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 18은 도 17의 자기센서의 도체막6을 제외한 상태를 나타내는 평면도이다.

도 19의 (a)는 도 18의 XIX-X I X단면도이다.

도 19의 (b)는 도 19의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 20의 (a)는 본 발명의 제 5 실시예의 자기센서의 단면도이다.

도 20의 (b)는 도 20의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 21은 본 발명의 제 6 실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 22의 (a)는 도 21의 XXII-XXII 단면도이다.

도 22의 (b)는 도 22의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 23의 (a)는 본 발명의 제 6 실시예의 다른 예의 자기센서의 단면도이다.

도 23의 (b)는 도 23의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 24는 본 발명의 제 7 실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 25의 (a)는 본 발명의 제 7 실시예의 자기센서의 단면도이다.

도 25의 (b)는 도 25의 (a)의 오른쪽 끝단부의 확대단면도이다.

도 26은 본 발명의 제 8 실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 27은 본 발명의 제 8 실시예의 자기센서의 연자성막의 평면도이다.

도 28은 상기 제 2에서 제 7 실시예의 연자성막의 문제점을 설명하기위한 평면도이다.

도 29는 도 28의 연자성막의 외부자계와 자속밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 30은 도 28의 연자성막의 외부자계와 임피던스와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 31은 본 실시예의 연자성막의 자속을 나타내는 평면도이다.

도 32는 본 실시예의 연자성막의 치수 S를 바꾸었을 때의 자속밀도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 33은 본 발명의 제 9 실시예의 자기센서의 사투영도이다.

도 34는 본 발명의 제 9실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 35의 (a)에서 (d)는 본 발명의 제 9 실시예의 자기센서의 제조공정을 나타내는 연자성막의 길이방향의 XXXV- XXXV 단면도이다.

도 36의 (a)에서 (d)는 본 발명의 제 9 실시예의 자기센서의 제조공정을 나타내는 연자성막의 길이방향에 수직인 방향의 XXXVI-XXXVI 단면도이다.

도 37은 본 발명의 제 10실시예의 자기센서의 부분사투영도이다.

도 38은 본 발명의 제 10실시예의 자기센서의 평면도이다.

도 39의 (a)에서 (d)는 본 발명의 제 10실시예의 자기센서의 제조공정을 나타내는 연자성막의 길이방향의 XXXIX- XXXIX 단면도이다.

도 40의 (a)에서 (d)는 본 발명의 제 10실시예의 자기센서의 제조공정을 나타내는 연자성막의 길이방향에 수직인 방향의 XXXX-XXXX 단면도이다.

도 41의 (a) 및 (b)는 연자성막과, 직류 바이어스자계를 발생하는 도전성비자성막과의 위치관계에 의한 직류 바이어스자계의 강함을 설명하기 위한 단면도이다.

도 42의 (a)는 종래의 자기 임피던스효과를 이용한 자기검출소자의 사시도이다.

도 42의 (b)는 종래의 자기검출소자의 연자성코어(105, 106)의 부분확대도이다.

도 43은 종래의 자기검출소자의 특성을 나타내는 그래프이다.

본 발명은, 비교적 낮은 주파수의 캐리어신호로 높은 임피던스변화를 얻을 수 있는 자기임피던스소자를 실현하여 고감도의 자기센서를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 자기센서는, 막면을 따라 소정의 방향으로 자화용이축을 갖는 연자성막, 상기 연자성막으로부터 전기절연물에 의해 분리되어지고 그 위에 지그재그로 설치되어, 상기 연자성막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이가, 상기 자화용이축에 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성 비자성막을 갖는다. 자기센서는 또한, 상기 도전성비자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원, 및 상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성비자성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 상기 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는다.

이 자기센서는 이하의 작용 및 효과를 갖는다. 외부자계에 의한 자속(磁束)이, 자화용이축에 수직인 방향(자화곤란축)에서 연자성막을 통과하면, 연자성막의 도전성 비자성막에 대향하는 부분의 투자율이 감소한다. 그 결과, 자기 임피던스효과에 의해 도전성비자성막의 임피던스가 변화한다. 상기 임피던스의 변화는, 외부자계의 강함에 대응하고 있기 때문에, 임피던스의 변화에 따라서 외부자계의 강함을 검출할 수가 있다. 지그재그의 도전성비자성막의, 연자성막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이가, 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어지고 있다. 이에 따라, 연자성막의 투자율이 높은 자화곤란축의 방향과, 도전성비자성막을 흐르는 고주파전류에 의해서 생기는 자속의 방향이 병행하는 영역이 많다. 그 때문에 비교적 낮은 주파수의 고주파캐리어신호를 사용한 경우라도, 도전성 비자성막의 임피던스치를 크게 설정할 수 있어, 임피던스변화가 크고, 높은 감도로 외부자계를 검출할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 다른 관점의 자기센서는, 띠형상의 막의 길이방향에 대하여 수직으로 또한 막면에 따르는 방향에 자화용이축을 갖는 띠형상의 연자성막, 상기 연자성막의 위에 전기절연물을 사이에 끼워 지그재그로 설치되고, 연자성막의 면내에서 상기 자성막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성비자성막을 갖는다. 자기센서는 또한, 상기 도전성 연자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원, 및 상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는다.

다른 관점의 자기센서에 의하면, 연자성막을 띠형상으로 하는 것에 의해, 상기의 작용효과에 더하여, 외부자계가 가해졌을 때, 연자성막에 생기는 반자계 (Demagnetization)를 감소시킬 수 있다. 그 결과 비교적 낮은 주파수의 고주파캐리어신호를 사용하는 경우라도 도전성 비자성막의 임피던스치와 임피던스변화가 크고, 높은 검출감도를 갖는 자기센서를 얻을 수 있다.

본 발명의 더욱 다른 관점의 자기센서는, 비자성기판의 주면에 형성한 막면에 따르는 소정방향에 자화용이축을 갖는 연자성막, 상기 연자성막의 위에 전기절연막을 사이에 끼워 지그재그로 형성되고, 상기 연자성막의 면내에서 그 막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이가, 상기 자화용이축에 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성 비자성막을 갖는다. 자기센서는 또한, 상기 도전성 비자성막의 위에 절연성보호막을 사이에 끼워 형성한, 직류전류를 흐르게 하여 상기 연자성막에 직류바이어스자계를 주기 위한 도전성막을 갖는다. 자기센서는 또한, 상기 도전성 비자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원 및 상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성 비자성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 상기 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는다.

상기 더욱 다른 관점의 자기센서에 의하면, 상기의 각 작용효과에 덧붙여, 연자성막, 도전성 비자성막 및 연자성막에 직류 바이어스자계를 주기 위한 도전성막이 비자성기판에 의해서 유지된다. 도전성막에 직류 바이어스자계를 주기 위한 직류전류를 흐르게 하는 것에 따라, 자기센서는 외부자계를 고감도로 검출할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 더욱 다른 관점의 자기센서는, 비자성기판의 주면에 형성한 띠형상의 막의 길이 방향에 대하여 수직으로 또한 막면에 따르는 방향에 자화용이축을 갖는 띠형상의 제 1 연자성막, 상기 연자성막의 위에 제 1 절연막을 사이에 끼워 지그재그로 형성되고, 상기 연자성막의 면내에서 그 막의 자화용이축으로 병행하는 부분의 길이가, 상기 자화용이축에 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성비자성막을 갖는다. 자기센서는 또한, 상기 도전성비자성막의 위에 제 2 절연막을 사이에 끼워 형성한, 띠형상의 길이방향에 대하여 수직으로 또한 막면에 따르는 방향에 자화용이축을 갖는 제 2 연자성막, 상기 제 2 연자성막의 위에 절연성 보호막을 사이에 끼워 형성한 직류전류를 흐르게 하여 상기 연자성막에 직류 바이어스자계를 주기 위한 도전성막을 갖는다. 자기센서는 또한, 상기 도전성비자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원, 및 상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성비자성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 상기 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는다.

상기의 더욱 다른 관점의 자기센서에 의하면, 상기의 각 작용효과에 덧붙여 이하의 작용효과를 갖는다. 띠형상의 도전성비자성막이, 제 1 및 제 2 연자성막에 끼워져 있기 때문에, 연자성막의 총 두께가 실질적으로 배로 증가한다. 이 때문에 이 자기센서에 외부자계가 가해졌을 때의 반자계는 증가하지만, 도전성비자성막의 임피던스의 절대치는 배로 증가한다. 검출회로의 검출출력레벨은 임피던스의 값에 비례하기 때문에, 검출출력의 레벨은 높아지고 검출출력의 SN 비가 높아진다.

본 발명의 다른 관점의 자기센서는, 연자성막에 의해서 형성된 폐자로를 갖는 적어도 1개의 연자성막, 상기 연자성막의 폐자로를 관통하여 설치된 직류전류를 흐르게 하기 위한 도전성막, 및 상기 연자성막의 폐자로를 관통하여, 상기 도전성막과의 사이에 절연을 유지하면서 설치된 고주파전류를 흐르게 하기 위한 도전성비자성막을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 직류전류를 흐르게 하는 도전성막이 연자성막의 폐자로를관통하고 있기 때문에, 적은 직류전류로 큰 직류 바이어스자계를 얻을 수 있다.

본 발명의 자기센서의 제조방법은, 비자성기판의 표면에 하부 연자성막이 되는 띠형상의 적어도 1개의 제 1 연자성막을 형성하는 스텝, 상기 제 1 연자성막의 위에 제 1 절연막을 끼운 제 1 도전성막 및, 도전성의 제 1 접속부및 제 2 접속부를 형성하는 스텝, 상기 제 1 도전성막의 위에, 제 2 절연막을 끼워 도전성비자성막을 형성하는 스텝, 상기 도전성비자성막의 위에 제 3 절연막을 형성하는 스텝, 상기 제 1 도전성막 및 도전성비자성막을 포함하는 근방의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 절연막을 남기고, 상기 제 1 연자성막의 위의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 절연막을 제거하는 스텝, 상기 제 1 연자성막 및 상기 남겨진 제 1, 제 2, 제 3 절연막의 위에 제 2 연자성막을 설치하여, 폐자로를 형성하는 스텝, 상기 제 2 연자성막을 포함하는 전체면에 제 4 절연막을 형성하는 스텝, 상기 제 1 및 제 2 접속부상의 제 2, 제 3 및 제 4 절연막을 제거하여 스루홀을 형성하여, 상기 제 1 및 제 2 접속부를 노출시키는 스텝, (양 끝단부가 상기 제 1 및 제 2 접속부에 각각 전기적으로 접속되는 전기도체의 접속선을, 상기 제 4 절연막(94)의 위에 형성하여, 인접하는 다른 폐자로를 지나는 제 1 도전성막과의 접속을 하는 스텝을 갖는다.

이하, 본 발명의 자기센서가 바람직한 실시예를 도 1에서 도 41을 참조하여 설명한다.

제 1 실시예

본 발명의 제 1 실시예의 자기센서(9)에 대해서, 도 1에서 도 7을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 자기센서(9)의 평면도이다. 도 2는, 내부의 구성을 이해하기 쉽게 하기 위해, 도 1의 직류 바이어스자계인가용의 구리(Cu)의 도전성막(6)을 제거한 경우의 평면도를 나타낸다. 도면이 번잡하게 되는 것을 피하고 이해를 쉽게 하기 위해서, 도 1 및 도 2를 포함하는 모든 평면도에 있어서 표면에 존재하는 요철의 도시를 생략하고 있다. 도 3의 (a)는 도 1의 III-III 단면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a) 의 부분확대단면도이다. 단면도에 있어서, 도면이 번잡하게 되는 것을 피하기 위해서 단면을 나타내는 해칭은 실시하고 있지 않다.

도 1, 도 2 및 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 있어서, 비자성기판(1)의 위의 중앙영역에 두께 1㎛의 Fe-Ta-N의 연자성막(4)을 형성한다. 비자성기판(1)은, 예를 들면, 니켈의 산화물의 NiO, 티타늄의 산화물의 TiO₂, 마그네슘의 산화물의 MgO를 포함하는 세라믹(이하, Ni-Ti-Mg라고 기록한다)이 적합하다. 연자성막(4)은, 막면에 따르는 화살표(80)의 방향에 자화용이축을 갖도록 형성되어 있다. 연자성막(4)의 위에 두께 0.1㎛의 SiO₂의 절연막(5)을 형성한다. 절연막(5)의 위에, 도 2에 나타내는 바와 같이 양 끝단에 전극단자(3 및 3A)를 갖는 두께 1㎛의 Cu의 메안다형(meander: 지그재그형상의) 도전성비자성막(7)을 형성한다. 메안다형의 도전성비자성막(7)의, 화살표(80)의 방향으로 평행한 부분인 도전성비자성막(7A, 7B)의 길이는, 화살표(80)의 방향으로 수직인 부분인 도전성비자성막(7C, 7D)의 길이보다 길게 이루어지고 있다. 도 2에 있어서, 도전성비자성막(7C 및 7D)이 연자성막(4)의 외부로 밀려나오도록, 도전성비자성막(7A, 7B)의 길이는, 연자성막(4)의 화살표 (80)의 방향에서의 길이보다 길게 이루어지고 있다. 도 3의 (a)에 있어서는, 전류가 지면의 앞쪽으로부터 마주하는 쪽을 향해서 흐를 때의 도전성비자성막을 7A로 하고, 그 반대방향으로 흐르는 도전성비자성막을 7B라 표시하고 있다.

다음에 도전성비자성막(7)을 포함하는 절연막(5)의 위에 두께 1.0㎛의 SiO₂의 보호막(8)을 도 3의 (a)에 나타내도록 형성한다. 보호막(8)의 위에, 도 1에 나타내는 바와 같이 양 끝단부에 각각 전극(2A 및 2B)을 갖는 도전성막(6)을 형성한다. 도전성막(6)의 크기는 연자성막(4)의 크기와 거의 같다. 도전성막(6)의 전극 (2A 및 2B), 및 전극(2A, 2B)과 도전성막(6)의 접속부에는, 큰 전류용량을 갖도록, 두께 약 4㎛의 금(Au) 등의 안정한 금속의 막을 형성하고 있다. 또, 상기의 전극 (3 및 3A)에 관해서도 마찬가지로 두껍게 하더라도 좋다.

도전성막(6)의 전극(2A 및 2B)에 직류전원(10)의 음극 및 양극을 각각 접속하여, 도전성막(6)에 직류전류를 흐르게 한다. 도전성비자성막(7)의 전극단자(3 및 3A)에는 저항(12)을 지나 주파수 10 MHz∼20 MHz의 고주파발진기를 갖는 정전류고주파전원(11)을 접속하여, 정전류의 고주파전류를 흐르게 한다. 또한 전극단자 (3 및 3A)에 AM 검파기를 갖는 고주파증폭기(13)의 양 입력단을 각각 접속한다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 도전성막(6)을 직류전류가 지면에 수직으로 앞쪽에서 안을 향하여 흐른다. 도면의 좌우방향에 있어서, 도전성막 (6)의 폭과 연자성막(4)의 폭을 거의 같게 하고 있기 때문에, 도전성막(6)의 주위에 점선의 화살표(14)로 나타내는 직류자계가 발생한다. 이 직류자계(14)에 의해, 자속이, 도 3의 (b)에 확대하여 나타낸 바와 같이, 연자성막(4)을 오른쪽 끝단에서 왼쪽 끝단으로 통하여, 연자성막(4)에 직류 바이어스자계(H_bias)로서 작용한다.

고주파전원(11)으로부터 공급되는 정전류의 고주파캐리어전류는 미안다형의 도전성비자성막(7)을 흐른다. 도 3의 (b)는, 도전성비자성체막(7)의 단면(7A)을지면에 수직으로 앞에서 안을 향해서 전류가 흐르고, 도전성비자성막(7)의 단면 (7B)에는 그 반대의 방향으로 전류가 흐르고 있는 순간을 나타낸다. 이 전류는 상술한 10 MHz∼20 MHz의 고주파의 교류전류이기 때문에, 각각 화살표(15)에 나타내는 바와 같이, 시계방향 및 반시계방향에 교류의 반파(半破)마다 교대로 반전하는 교류자계를 발생한다. 이 교류자계와 화살표(14)로 나타내는 직류 바이어스자계에 의해, 도전성비자성막(7)의 고주파전류에 대한 임피던스가 정해진다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 화살표(16)로 나타내는 방향의 측정대상인 외부자계(Hex){이하, 외부자계(Hex)(16)로 한다}가 자기센서(9)의 연자성막 (4)의 길이방향에 더해진다. 이 외부자계(Hex)(16)의 크기에 따라서, 직류 바이어스자계가 주어지고 있는 연자성막(4)의 투자율이 변화한다. 그 결과 도전성비자성막(7)의 임피던스가 변화한다. 이에 따라, 전극단자(3 및 3A) 사이에 고주파전류와 임피던스의 곱인 고주파전압이 생긴다. 이 고주파전압은, 고주파캐리어신호가 외부자계(Hex)(16)의 크기에 따라서 진폭변조(AM)된 신호이다. 이 진폭변조신호를 고주파증폭기(13)에 의해 AM검파하고 증폭하여 외부자계(Hex)(16)의 검출신호를 얻을 수 있다. 도전성비자성막(7A 및 7B)을 흐르는 고주파전류에 의해서 발생하는 자계는, 일부는 서로 다른 쪽의 영역으로도 확대되지만, 그 대부분은 도 3의 (b)에 화살표(15)로 나타내는 바와 같이, 각각의 하부영역의 연자성막(4)에 국소적으로 집중한다. 그 때문에, 연자성막(4)과, 도전성비자성막(7A 및 7B)이 대향하는 영역에서 직류 바이어스자계에 중첩하는 고주파자계가 생긴다. 연자성막(4)과 도전성비자성막(7)과의 대향영역은 복수개소(도 2에서는 8개소) 있기 때문에, 대향영역의수(n)의 증가와 동시에 대향영역 상호간의 상호 인덕턴스에 의한 임피던스가 증가한다. 이 임피던스는, 도 2에 있어서 인접하는 도전성비자성막(7B와 7E)사이의 간격(T)이나 막의 폭(D)을 바꿈으로서 조정할 수가 있다.

도 2에 있어서, 연자성막(4)과 도전성비자성막(7)과의 1개의 대향영역(70)에 있어서 도전성비자성막(7)에 생기는 임피던스를 Z0라고 하면, 도 3의 (b)와 같이 대향영역의 수(n)가 2인 경우에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 직류 바이어스자계가 H_bias일 때 임피던스치는 2 ×Z0이 된다. 도 5는 길이(L), 폭(W)의 직사각형의 Fe-Ta-N의 연자성막(4)을 측정해야 할 외부자계(Hex)(16)중에 둔 상태를 나타내는 평면도이다. 도 5의 연자성막(4)에 생기는 반자계를 조사한 바, 연자성막(4)의 형상에 의해서, 반자계의 크기가 대폭 다른 것을 알 수 있었다. 도 6은 도 5에 나타내는 연자성막(4)의 치수비(L/W)를 바꿔, 연자성막(4)의 중심선 (c)-(d)에 있어서의 자속밀도(B)(세로축)와 외부자계(Hex)(16)(가로축)과의 관계를 측정한 결과의 그래프이다. 연자성막(4)은, 폭(W)방향으로 자화용이축을 갖는 두께(t)가 1㎛의 Fe-Ta-N의 막을 사용하였다. 외부자계(Hex)(16)의 방향과 연자성막(4)의 자화용이축으로 수직인 자화곤란축과의 방향이 일치하면 자화의 회전이 원활하게 행하여져 높은 투자율을 얻을 수 있다. 그 때문에 도 6에 나타내는 바와 같이, 치수비(L/W)의 값이 커질수록, 약한 외부자계(Hex)(16)에 있어서도 자속밀도(B)가 높아진다. 이것은 전자기학으로 잘 알려져 있는 연자성막(4)의 형상에 의해서 생기는 반자계의 영향이라고 생각된다.

도 7은, 치수비(L/W)를 1로 하여, 파라미터인 연자성막(4)의 두께(t)를 바꿔 연자성막(4)의 중심선(c)-(d)에 있어서의 자속밀도(B)와 측정대상의 외부자계(Hex)와의 관계를 측정한 그래프이다. 외부자계(Hex)로서 강도가 0.3 Oe(SI 단위계에서는 24 A/m) 정도 이하의 지자기를 측정하는 경우에는, 반자계에의 영향을 고려하여 연자성막(4)의 두께를 1㎛ 이하, 치수비(L/W)를 5 이상으로 하는 것이 바람직하다. 반자계의 강함은 연자성막(4)의 두께가 얇고, 치수비(L/W)가 클수록 작아진다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 연자성막(4)이 얇을수록, 약한 외부자계(Hex)에서도 높은 자속밀도(B)를 얻을 수 있다. 도 7에서, 치수비(L/W)의 값을 1로 한 경우에는, 연자성막(4)의 두께는 0.2㎛ 이하가 바람직하다. 그러나 연자성막(4)의 두께(t)가 너무 얇으면 고주파에서의 도전성비자성막(7)의 임피던스가 작아진다. 그래서, 발명자들이 여러 가지의 실험을 한 결과, 상기 치수비(L/W)를 10 이상으로 하여, 연자성막(4)의 두께(t)를 3㎛ 이하로 한다. 이와 같이 하면 0.3 Oe(24 A/m) 정도의 지자기를 높은 감도로 검출할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 10 MHz∼20 MHz 정도의 비교적 낮은 주파수의 고주파 캐리어신호를 사용하는 자기 임피던스소자로, 연자성막(4)의 막두께를 3㎛ 이하로 하는 것에 의해 높은 검출감도를 갖는 자기센서를 얻을 수 있다. 낮은 주파수의 캐리어신호를 사용할 수 있기 때문에, 센서에의 배선의 길이나 형상변화에 의한 오차도 감소한다.

제 2 실시예

본 발명의 제 2 실시예의 자기센서를, 도 8에서 도면 12를 참조하여 설명한다.

자기 임피던스효과를 이용하는 자기센서에 전압을 가하는 고주파캐리어신호의 주파수가 비교적 낮은 10 MHz∼20 MHz의 경우, 상기 도 1의 자기센서(9)의 도전성비자성막(7)의 임피던스는, 주로 전기의 주파수와 도전성비자성막(7)의 인덕턴스와의 곱으로 정해진다. 그래서 본 실시예에서는, 상기 제 1 실시예의 연자성막(4)의 반자계를 감소함에 의해 도전성비자성막(7)의 인덕턴스가 커지도록 하여, 지자기 등이 약한 자계에 대하여도 임피던스가 크게 변화하도록 한다.

도 8은 제 2 실시예의 자기센서의 평면도이다. 도면에 있어서, Ni- Ti-Mg의 비자성기판(1)의 위에, 제 1 실시예에서 설명한 반자계를 작게 하기 위해서, 치수비(L/W)를 10 이상의 큰 값으로 한 가는 띠형상의 Fe-Ta-N의 연자성막(44)을 복수개 형성한다. 복수의 띠형상의 연자성막(44)을 병행배치한 것이, 제 1 실시예의 연자성막(4)에 해당한다. 연자성막(44)은 그 막면에 따르는 폭방향{화살표(80)}에 자화용이축을 갖는다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 연자성막(44)의 위에, 절연막 (5)을 끼워 연자성막(44)에 직교하는 메안다형의 도전성비자성막(7)을 형성한다. 도 9에 있어서, 연자성막(44)은 절연막(5)의 아래에 있고, 도전성비자성막(7)은 절연막(5)의 위에 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 도전성비자성막(7) 및 절연막 (5)의 위에 도 1과 같은 재질 및 형상의 도전성막(6)을 형성하여 자기센서(9A)를 구성한다. 도 9는 도전성비자성막(7)의 구성을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 도 8의 도전성막(6)을 제거한 상태의 평면도를 나타낸다. 도 8의 III-III 단면도는, 실질적으로 도 3의 (a)와 동일하다.

본 실시예의 자기센서(9A)에서는, 연자성막(44)에 생기는 반자계가 도 1의연자성막(4)에 비교해서 현저히 감소한다. 또한 각 연자성막(44)과 도전성비자성막(7)과의 대향부(70A)의 수가, 연자성막(44)의 수를 늘리는 것에 의해 증가한다.

그 결과적으로 도 1의 구성에 비교해서 임피던스치가 커지는 동시에 큰 임피던스변화를 얻을 수 있는 특징이 있다.

도 10은 제 2 실시예의 다른 예의 구성의 자기센서(9B)의 평면도이다. 이 구성에서는 도 11의 (a), 및 도 11의 (a)의 일부분을 확대한 단면도인 도 11의(b)에 나타내는 바와 같이, Ni-Ti-Mg의 비자성기판(1)의 위에 우선 직류 바이어스자계 인가용의 도전성막(6)을 형성한다. 도전성막(6)의 위에, SiO₂막(21)을 사이에 끼우고 연자성막(44)을 형성한다. 연자성막(44)과 SiO₂막(21)의 위에 절연막(5)을 형성한다. 절연막(5)의 위에 메안다형의 도전성비자성막(7)을 형성한다. 도전성비자성막(7)을 포함하는 절연막(5)의 위에 보호막으로서 두께 약 1㎛의 SiO₂의 절연막 (8)을 형성한다. 도 11의 (a) 의 구성에서는, 도전성막(6)의 형성이 제조상 용이한 동시에, 비자성기판(1)이 평탄한 면에 도전성막(6)을 형성하기 때문에, 도전성막(6)의 표면도 평탄하게 되고, 평탄한 면의 위에 형성하는 절연막(21)을 상당히 얇게 하더라도 충분히 절연이 유지된다. 이에 따라, 도전성막(6)과 연자성막(44)의 거리가 작아져서, 도전성막(6)에 의해서 발생하는 점선의 화살표(14)로 나타내는 강한 바이어스자계가 연자성막(44)에 주어진다. 그 결과 도전성막(6)에 흐르게 하는 직류전류를, 도 1의 구성의 것보다 감소시킬 수 있다. 즉 직류 바이어스 전원(10)의 소비전력을 감소시킬 수 있는 특징이 있다.

도 12는 연자성막(44)의 폭(W1)(도면 10)을 파라미터로 한 도전성비자성막 (7)의 임피던스(Z)와 외부자계(Hex)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 곡선(C1, C2, C3)은 각각 폭(W1)이 10㎛, 100㎛, 400㎛일 때의 그래프이다. 임피던스(Z)는 측정해야 할 외부자계(Hex)가 0(Zero)인 경우의 임피던스치로 각각 규격화하여 나타내고 있다. 연자성막(44)의 두께는 3㎛, 길이(L)는 1mm 이다. 이 자기센서(9B)를 외부자계 중에 있어 측정하였다. 그 결과, 도 12에 나타내는 바와 같이 연자성막(44)의 폭(W1)이 작을수록 약한 피측정 외부자계(Hex)에서도 임피던스변화가 큰 것을 알 수 있었다. 자계의 강함이 약한 지자기의 측정에는, 곡선(C1 및 C2)인 것 {폭(Wl)이 10㎛ 또는 100㎛}이 적합하다. 곡선(C3)인 것은 감도가 나빠 지자기의 검출에는 부적당하였다. 이상의 결과로부터 연자성막(44)의 폭(W1)은 100㎛ 이하가 적합하고, 치수비(L/W)1은 10 이상이 되는 것이 판명되었다. 메안다형 도전성비자성막(7)의 막 두께 및 막의 폭은, 각각, 1.0㎛ 및 10㎛로 하였다. 제 2 실시예의 자기센서의 구체예로서, 도전성비자성막(7)의 길이(K) 및 폭(T)은 각각 1mm 및 100㎛로 하고, 연자성막(44)의 폭(W1)은 40㎛, 길이(L)는 1mm로 하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 치수비(L/W1)를 10 이상으로 한 막두께 3㎛ 이하의 복수의 연자성막(44)을 메안다형 도전성비자성막(7)과 대향시킨다. 이것에 의해서, 10MHz ∼20MHz의 비교적 낮은 캐리어주피수를 사용하는 경우에서도, 도전성비자성막(7)의 외부자계에 의한 임피던스변화를 대폭 증가시킬 수 있다. 이와 같이 낮은 주파수의 캐리어신호를 사용할 수 있기 때문에, 센서에의 배선의 길이나 형상변화에 의한오차도 감소할 수 있다.

제 3 실시예

본 발명의 제 3 실시예의 자기센서(9C)에 대해서 도 13에서 도 15를 참조하여 설명한다.

도 13은 본 발명의 제 3 실시예의 자기센서(9C)의 평면도이고, 도 14의 (a) 및 (b)는 도면 13의 XIV-XIV 단면도이다. 도 14의 (a) 및 부분확대단면도의 도 14의 (b)에 있어서, Ni-Ti-Mg의 비자성기판(1)의 위에 코발트(Co)와 백금(Pt)을 포함하는 막(이하, Co-Pt막이라 한다)(18)을 형성한다. 막(18)은 도면의 좌우방향에서 각각 N 및 S극이 형성되도록 자화된다. 이에 따라 Co-Pt막(18)은 영구자석막(18)이 된다. 영구자석막(18)의 위에, 영구자석막(18)과 거의 같은 영역에, 상기 제 2 실시예의 것과 같은 띠형상의 연자성막(44)을 형성한다. 다음에 연자성막(44)과 영구자석막(18)을 덮도록, 절연막(5)을 형성한다. 절연막(5)의 위에 메안다형의 도전성비자성막(7)을 형성한다. 도전성비자성막(7)의 위에 보호용막으로서 두께 약 1㎛의 SiO₂의 절연막(8)을 형성하여 자기센서(9C)를 구성한다.

본 실시예의 자기센서(9C)에서는, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 영구자석막(18)에 의한 점선의 화살표(22)로 나타내는 자속이 연자성막(44)을 통과하여, 연자성막(44)에 직류 바이어스자계를 준다. 따라서 본 실시예로서는 직류 바이어스자계를 발생하기 위한 직류전원을 필요로 하지 않는다. 도전성비자성막(7)에 고주파전류를 흐르게 하면, 도 14의 (b)에 점선의 화살표(15)로 나타내는 교류자계가 생긴다.

도 15의 (a) 및 부분확대도의 도 15의 (b)는 본 실시예의 다른 예의 자기센서를 나타내는 단면도이다. 도면에 있어서, Ni-Ti-Mg 비자성기판(1)의 위에 띠형상의 연자성막(44)을 형성한다. 다음에 연자성막(44)을 포함하는 비자성기판(1)의 위에 절연막(5)을 형성한다. 절연막(5)의 위에 메안다형의 도전성비자성막(7)을 형성하는 동시에, 도전성비자성막(7)의 위에 Co-Pt막(19)을 형성한다. Co-Pt막 (19)을 연자성막(44)의 길이방향{도 15의 (b)의 좌우방향}으로 자화시켜, 도면 15의 (b)의 부분확대단면도에 나타내는 바와 같이, Co-Pt막(19)의 폭방향, 즉 연자성막(44)의 길이방향에 N, S의 자극을 갖는 영구자석막(19)으로 한다. 영구자석막 (19)으로부터의 자속(20)에 의해서 도전성비자성막(7)에 대향하는 연자성막(44)에 직류 바이어스자계가 인가된다. 일반적으로, 연자성체에 직류자계를 전압을 가하면 투자율이 감소한다. 본 실시예에서는, 연자성막(44)에는, 영구자석막(19)과의 대향부에만 직류 바이어스자계가 인가되고 다른 대부분에는 인가되지 않는다. 따라서 연자성막(44)에 있어서 투자율의 저하하는 부분이 한정되어, 연자성막(44)전체의 투자율의 저하를 피할 수 있다. 즉, 연자성막(44)의 대부분이 원래의 투자율을 유지한다. 그 때문에 외부자계(Hex)(16)에 의해 연자성막(44)을 통과하는 자속의 밀도가 그다지 저하하지 않고, 외부자계에 의한 자속이 도전성비자성막(7)의 임피던스변화에 주는 작용을 최대한으로 이용할 수가 있다. 이에 따라 높은 감도를 갖는 자기센서를 얻을 수 있다.

제 4 실시예

본 발명의 제 4 실시예의 자기센서(9D)에 대해서 도 16을 참조하여 설명한다.

도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는 본 발명의 제 4 실시예의 자기센서(9D)의 단면도이다. 자기센서(9D)의 평면도는 도 8과 유사하다. 도 16은, 도 8의 III-III 단면과. 같은 단면을 나타내는 단면도이다. 본 실시예의 자기센서(9D)에서는, 도 14의 (a)에 나타내는 자기센서(9C)의 보호막(8)의 위에 도전성막(6)을 형성하고 있고, 그 밖의 구성은 자기센서(9C)와 동일하다. 자기센서(9C)에서는, 영구자석막 (18)의 자계로 직류 바이어스자계를 주지만, 연자성막(44)의 자기특성의 편차나, 영구자석막(18)의 자력의 편차 등에 의해서 최적의 직류 바이어스자계를 주는 것은 어렵다. 도 16의 (a)의 자기센서(9D)에서는 도전성막(6)에 미소한 직류전류를 흐르게 하는 것에 따라 점선의 화살표(14)로 나타내는 약한 직류 바이어스자계를 발생시킨다. 이 직류전류에 의한 직류 바이어스자계를, 도 16의 (b)에 점선의 화살표(22)로 나타내는 영구자석막(18)에 의한 주된 직류 바이어스자계에 중첩시키는 것에 따라, 영구자석막(18)에 의한 직류 바이어스자계의 강함을 미세조정할 수가 있다. 도전성막(6)의 전류를 가감함으로써, 직류 바이어스자계를 증감할 수 있기 때문에, 최적의 직류 바이어스자계를 용이하게 형성할 수가 있다. 따라서 높은 감도를 갖는 자기센서를 얻을 수 있다.

제 5 실시예

본 발명의 제 5 실시예의 자기센서(9E)를 도 17에서 도 20을 참조하여 설명한다. 도 17은 본 실시예의 자기센서의 평면도이고, 도 18은 도 17의 도전성막(6)을 제거하여 연자성막(44)과 도전성비자성막(7)의 구성을 알기 쉽게 한 평면도이다. 도 19의 (a)는 도 17의 XIX-XIX 단면도이고, 도 19의 (b)는 도 19의 (a)의 일부분의 확대단면도이다. 도 18 및 도 19의 (a)에 있어서, Ni-Ti-Mg 비자성기판(1)의 중앙영역에 복수의 띠형상의 제 1 연자성막(44)을 형성하여, 그 위를 덮도록 절연막(5)을 형성하고 있다. 절연막(5)의 위에 메안다형의 도전성비자성막(7)을 형성하여, 도전성비자성막(7)을 포함하는 절연막(5)의 전면에 SiO₂의 절연막(24)을 형성한다. 다음에 절연막(24)의 위에, 연자성막(44)과 같은 형상으로 또한 같은 재질의 제 2 연자성막(23)을, 각 연자성막(44)의 바로 위에 위치하도록 형성한다. 또한 연자성막(23)을 포함하는 절연막(24)의 전체면에 보호막(8)을 형성하고, 보호막(8)의 위에 도전성막(6)을 형성하고 있다.

본 실시예의 구성에서는, 도전성비자성막(7)이 2개의 연자성막(23과 44)에 의해서 끼워지고 있기 때문에, 연자성막의 총 두께가 실질적으로 2배가 된다. 이 구성에 의해서, 도전성비자성막(7)을 흐르는 고주파전류에 의한 자속은, 도 19의 (b)에 화살표(15)로 나타내는 바와 같이, 연자성막(23및 44)을 포함하는 폐루프를 통과하기 때문에 자속밀도가 높아진다.

자기 임피던스소자에서는, 연자성막의 두께에 비례하여 자기 임피던스의 절대치가 증가한다. 또한 연자성막의 두께가 증가하면 외부자계에 의한 반자계도 증가하기 때문에 자기센서로서의 감도는 낮아진다. 그러나 임피던스가 크면, 임피던스와 고주파전전류와의 곱인 검출출력레벨은 커지고, 검출출력의 SN비가 높아진다.본 실시예의 자기센서는 예로 들어 검출감도가 낮더라도, 높은 검출출력을 얻을 수 있는 편이 바람직한 용도에 적합한다.

본 실시예의 자기센서에서 될 수 있는 한 반자계를 작게 하고, 감도를 높게 하기 위해서는, 연자성막(23 및 44)의 막두께를 각각 1.5㎛ 이하로 하고, 총 두께를 3㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 19의 (a)에 있어서, 도전성막(6)에 직류전류를 흐르게 하면, 화살표(14)로 나타내는 직류 바이어스자계의 자속이 생긴다. 직류 바이어스자계의 자속은, 도 19의 (b)에 나타내는 바와 같이, 연자성막(23, 44)을 각각 점선의 화살표(25, 26)로 나타내는 바와 같이, 직류 바이어스자계를 준다.

도 20의 (a) 및 도 20의 (b)는, 본 실시예의 다른 예의 자기센서를 포토리소그래피법을 사용하여 제작한 경우의 구조를 나타내는 단면도이다. 포토리소그래피법을 사용하는 것에 의해, 도 19의 (b)에 있어서의 절연막(5 및 24)을, 도 20의 (b)의 절연막(5A 및 24A)과 같이, 도전성비자성막(7)의 주위에만 형성하는 것이 가능하게 된다. 이 구조에 의해 인접하는 도전성비자성막(7)의 사이에서는 2개의 연자성막(23과 44)이 접촉한다. 이에 따라, 도전성비자성막(7)의 주위에 생기는 점선의 화살표(15)로 나타내는 고주파자계의 자속이, 도전성비자성막(7)의 근방에 모여, 이웃하는 도전성비자성막(7)의 각각의 자계가 서로 영향을 주는 상호작용이 감소한다. 이 상호작용의 감소에 의해 임피던스치가 커진다. 또한 메안다형 도전성비자성막(7)의 간격(T)을 줄일 수 있기 때문에 임피던스치를 더욱 크게 하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 외부자계(Hex)(16)가 주어졌을 때의 도전성비자성막(7)의 임피던스변화는 더욱 증대하여, 자기센서의 검출감도가 높아진다.

제 6 실시예

본 발명의 제 6 실시예의 자기센서(9F)에 대해서 도 21에서 도 23을 참조하여 설명한다.

도 21은 본 발명의 제 6 실시예의 자기센서(9F)의 평면도이고, 도 22의 (a)는, 도 21의 XXII-XXII 단면도이다. 도 21에서는 최상층의 보호막(8)을 제거한 상태를 나타내고 있다. 도 22의 (b)는 도 22의 (a)의 부분확대단면도이다. 도 21 및 도 22의 (a)에 있어서, Ni-Ti-Mg 비자성기판(1)의 위에 띠형상의 복수의 제 1 연자성막(44)을 형성한다. 연자성막(44)을 포함하는 비자성기판(1)의 위에, 연자성막(44)의 도면에 있어서 좌우방향의 폭(W3)보다 적은 폭(W4)의 Co-Pt막(18)을 형성한다. Co-Pt막(18)의 위에 절연막(5A)을 사이에 끼워 메안다형의 도전성비자성막(7)을 형성한다. 메안다형 도전성비자성막(7)의 주위에 절연막(24A)을 형성한 후, 도전성비자성막(7)의 주위의 절연막(24A) 및 상기 Co-Pt막(18)을 포함하는 면에, 연자성막(44)과 같은 형상으로 같은 재질의 다른 제 2 연자성막(23)을, 연자성막(44)의 바로 위에 위치하도록 형성한다.

또한 연자성막(23)을 포함하는 전체면에 보호막(8)을 형성한다. Co-Pt막 (18)에 도면의 좌우방향에 N 및 S극이 형성되도록 착자하여, Co-Pt막(18)을 영구자석으로 한다. Co-Pt막(18)의 폭(W4)을 연자성막(23, 44)의 폭(W3)보다 적게 한 것에 의해, 연자성막(23과 44)은 양 끝단부에서 접촉한다. 이에 따라 Co-Pt막(18)의 영구자석에 의한 자속이 점선의 화살표(22)로 나타내는 바와 같이 연자성막(23 및44)을 통과하여, 양 연자성막(23 및 44)에 직류 바이어스자계가 인가된다.

도 23의 (a)는, 본 실시예의 다른 구성예를 나타내는 도 22와 같은 단면을 나타내는 단면도이고, 도 23의 (b)는 도 23의 (a)의 부분확대단면도이다.

도 23의 (a) 및 도 23의 (b)에 나타내는 구성에서는, 도전성비자성막(7)의 폭(W5)보다 약간 넓은 폭(W6)의 Co-Pt막(19)을 절연막(5A)을 사이에 끼워 도전성비자성막(7)에 대향시키고 있다. 이러한 형상의 Co-Pt막(19)은 포토리소그래피법을 사용하여 형성할 수가 있다. Co-Pt막(19)은 도면의 좌우방향에 N 및 S극이 형성되도록 자화되어 영구자석이 된다. 도 23의 (b)에 나타내는 바와 같이, 영구자석의 Co-Pt막(19)에 의한 자속이 점선의 화살표(20)로 나타내는 바와 같이 연자성막(23, 44)을 통과하여, 양 연자성막(23, 44)의 도전성비자성막(7)의 근방의 부분에 국부적인 직류 바이어스자계를 준다. 연자성막(23, 44) 전체에 직류 바이어스자계를 주면, 연자성막(23, 44)전체의 투자율이 저하하는 경향이 있다. 도 23에 나타내는 구성에서는, 직류 바이어스자계가 도전성비자성막(7)의 근방의 연자성막(23, 44)에만 주어지기 때문에 연자성막(23, 44)의 투자율의 저하가 국부에 한정되어 전체적인 저하를 피할 수 있다. 그 결과, 외부자계에 의한 도전성비자성막(7)의 임피던스변화가 커져, 높은 검출감도를 얻을 수 있다.

Co-Pt막(19)에 의한 자계는 연자성막(23, 44)에 의한 폐루프 자기회로내에 머물러, 자속의 외부에의 누설이 적어진다. 그 때문에 이 자기센서를 조립한 기기내의 다른 부품 등에 주는 자기적 영향을 최소로 머무를 수 있다.

본 실시예에서는, 영구자석의 Co-Pt막(18) 또는 (19)에 의해 직류자기 바이어스를 주기 때문에, 상기의 제 1, 제 2, 제 5 실시예와 같이 도전성막(6)에 직류전류를 흐르게 하여 직류 바이어스자계를 주기 위한 직류전원이 불필요하다. 이 점에서 본 실시예의 자기센서는 소비전력이 적다.

제 7 실시예

본 발명의 제 7 실시예의 자기센서(9G)에 대해서 도 24 및 도 25를 참조하여 설명한다.

도 24는 본 발명의 제 7 실시예의 자기센서(9G)의 평면도이다. 도 25의 (a)는 도 24의 XXV-XXV 단면도이고, 도 25의 (b)는 도 25의 (a)의 부분확대단면도이다. 도 25의 (b)에 있어서, Ni-Ti-Mg 비자성기판(1)의 위에 도전성막(6)을 형성하고, 도전성막(6)의 위에 상기 제 6 실시예의 도 23의 (b)에 나타내는 각 요소와 같은 연자성막(44 및 23), 도전성비자성막(7), Co-Pt막(19) 및 보호막(8)을 형성한다. 본 실시예의 자기센서(9C)에서는, 주된 직류 바이어스자계는 영구자석의 Co-Pt막(19)에 의해서 주어진다. Co-Pt막(19)에 의한 직류 바이어스자계의 강함이 최적치가 아닌 경우에는, 도전성막(6)에 직류전류를 흐르게 하여 직류 바이어스자계를 미세조정한다. 도전성막(6)에 흐르게 하는 직류전류는 미소한 전류이기 때문에 소비전력은 비교적 적다.

도전성막(6)에 흐르게 하는 직류전류의 방향은, Co-Pt막(19)의 영구자석에 의한 직류 바이어스자계의 강함이 최적치보다 클 때는, 영구자석에의한 자계를 부정하도록 한다. 또한 반대로 영구자석에 의한 직류 바이어스자계의 강함이 최적치보다 작을 때는 상기 도전성막(6)의 직류전류의 방향을 반대로 하고 그 직류 바이어스자계가, 영구자석의 자계에 가해지도록 한다. 이렇게 하여 도전성막(6)의 직류전류의 방향 및 전류치를 선정함에 의해 최적의 직류 바이어스자계를 생성할 수가 있다. 도전성막(6)은 비자성기판(1)이 평탄한 면에 형성되기 때문에, 도전성막 (6)의 면도 평탄하게 된다. 따라서 이후의 공정에서 도전성막(6)의 위에 형성되는 각 요소의 평탄성에 대해서 특별히 문제가 되는 것은 없다. 따라서 용이하게 고감도로 안정한 측정을 할 수 있는 자기센서를 얻을 수 있다.

제 8 실시예

본 발명의 제 8 실시예의 자기센서(9H)에 대해서 도 26에서 도 32를 참조하여 설명한다.

도 26은 본 발명의 제 8 실시예의 자기센서(9H)의 평면도이고, 도 27은, 도 26의 연자성막(29)만을 나타내는 평면도이다. 연자성막(29)은, 병행하는 가늘고 긴 다수의 슬릿(32)을 갖는다. 평판형상의 연자성막(29)에 복수의 슬릿(32)을 설치하는 것에 의해, 인접하는 2개의 슬릿(32)에서 끼워진 띠형상의 연미성막(53) 및 상하단의 띠형상 연자성막(54)이 형성된다. 띠형상 연자성막(53 및 54)은 상기 제 2 에서 제 7 실시예의 연자성막(23 또는 44)에 해당한다. 연자성막(29)의 자화용이축은, 슬릿(32)의 길이 방향에 수직이고 또한 막면에 따르는 화살표(80)로 나타내는 방향에 배향되어 있다.

상기 제 2 에서 제 7 실시예의 자기센서에 설치되어 있는 연자성막(23 및 44)의 문제점에 대해서 이하에 설명한다.

예를 들면, 도 24에 나타내는 것 같은 다수의 띠형상의 연자성막(44, 23)을외부자계 중에 두면, 외부자계의 자속은, 화살표(44A)로 나타내는 연자성막(44)의 바깥쪽의 것(이하, 연자성막(44A)이라 한다)에 집중하여, 연자성막(44A)의 자속밀도가 안쪽의 연자성막(44)의 자속밀도보다 높아지는 것을 발명자들은 찾아내었다.

도 28은 자속의 집중을 설명하기 위해서, 5개의 띠형상의 연자성막(33에서 37)을 병행배치한 예를 나타낸다. 도면에 있어서, 연자성막(33에서 37)을 외부자계(Hex)(16)중에 두면, 연자성막(33에서 37)의 외부자계(Hex)(16)의 방향에 수직인 폭(G)의 범위의 자속(31)은, 직진하여 연자성막(33에서 37)의 왼쪽 끝단으로부터 진입하여, 오른쪽 끝단으로부터 밖으로 나간다. 외부자계(Hex)(16)의, 폭(G)의 바깥쪽의 자속(28 및 30)은, 투자율이 높은 연자성막(33 및 37)에 끌어당겨지고 연자성막(33 및 37)의 왼쪽 끝단으로부터 진입하여, 오른쪽 끝단에서 밖으로 나간다. 그 때문에 외부자계(Hex)(16)에 의한 연자성막(33 및 37)의 자속밀도는, 연자성막 (34에서 36)의 자속밀도보다 커진다.

도 29는, 외부자계(Hex)(16)와, 연자성막(33에서 37)을 지나는 자속밀도(B)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 자속밀도는 각 연자성막(33∼37)의 1점쇄선(C)으로 나타내는 중앙부에서의 측정치이다. 도면에 있어서, 곡선(45)은 연자성막 (33 및 37)의 자속밀도를 나타내고 있다. 곡선(47)은 연자성막(34에서 36)의 자속밀도를 나타내고 있다. 곡선(46)은 연자성막(33에서 37)의 평균의 자속밀도를 나타내고 있다. 외부자계(Hex)가 0에서부터 증가할 때의 자속밀도의 변화에 있어서, 곡선(45)은 곡선(47)보다 급속으로 기동된다. 이에 따라, 도 28에 나타내는 바와 같이, 연자성막(33 및 37)에 자속(28 및 30)이 진입하고 있는 것이 뒷받침된다.도 30은, 도 29의 곡선(45, 46, 47)으로 나타내는 자속밀도특성을 갖는 연자성막의 임피던스의 특성을 나타내는 그래프이다. 도 30에 있어서, 곡선(48)은, 도 28에 있어서의 바깥쪽의 연자성막(33 및 37)을 지나는 자속에 의한, 도전성비자성막(7)의 임피던스(Z)의 변화를 나타낸다. 곡선(49)은 안쪽의 연자성막(34에서 36)을 지나는 자속에 의한, 도전성비자성막(7)의 임피던스(Z)의 변화를 나타낸다. 곡선 (50)은, 연자성막(33에서 37)의 자속밀도를 평균화한 자속에 의한, 도전성비자성막 (7)의 임피던스(Z)의 변화를 나타낸다. 도 30에서 알 수 있는 바와 같이, 자기센서의 주요한 요소인 연자성막에 있어서, 도 29에 나타내는 바와 같이, 바깥쪽의 연자성막(33 및 37)의 자속밀도가 높더라도, 안쪽의 다수의 연자성막(34에서 36)의 자속밀도가 낮으면 자기센서의 특성의 향상에는 이어지지 않는다. 자기센서의 특성의 향상에는, 도 29의, 평균의 자속밀도를 나타내는 곡선(46)이 급격한 것이 바람직하다. 그렇기 위해서는, 도 28에 나타내는 모든 연자성막(33에서 37)의 자속밀도를 균일하게 할 필요가 있다.

도 31은, 도 28에 나타내는 연자성막(33에서 37)의 좌우의 끝단부를 연자성막(51A)으로 연결한 연자성막(29A)의 평면도이다. 양 끝단부에 연자성막(51A)을 설치하는 것에 의해, 폭(G)의 범위이외의 자속(28 및 30)은, 연자성막(51A)을 지나서 각 연자성막(33∼37)에 진입한다. 그 결과, 각 연자성막(33∼37)의 자속밀도가 비교적 균일하게 되는 것을 발명자들은 찾아내었다.

본 실시예의 자기센서에 설정되는 도 27에 나타내는 연자성막(29)에 대해서, 띠형상연자성막(53 및 54)을 지난다,

외부자계(Hex)에 의한 자속의 밀도를 측정하였다. 연자성막(29)의 좌우방향의 길이(LA)는 1mm 이다. 슬릿(32)의 폭(W8)은 10㎛, 띠형상연자성막(53 및 54)의 폭(W9)은 40㎛이다. 연자성막(29)의 좌우의 끝단과, 슬릿(32)의 끝단과의 사이의 거리(S)를 25㎛, 50㎛, 100㎛ 및 200㎛로 한 경우에 대해서, 띠형상연자성막(53과 54)의 각각을 지나는 자속의 밀도를, 일점쇄선(C)으로 나타내는 중앙부에서 측정한 결과를 도 32에 나타낸다. 도 32에 있어서, 세로축은 자속밀도(B)이다. 가로축은 띠형상연자성막(53및 54)의 아래로부터 위를 향하는 순서로 붙인 번호이다. 수치 '1'은 최하단의 띠형상연자성막(54)을 나타낸다. 수치 '2'는 아래로부터 2번째의 띠형상연자성막(53)을 나타낸다. 수치 '10'은 최상단의 띠형상연자성막(54)을 나타낸다.

이하 수치 '1'로부터 '10'의 띠형상연자성막을, 각각 1번부터 10번의 띠형상연자성막이라고 부른다.

도 32에 있어서, 곡선(61)은, S가 0일 때, 즉, 끝단부의 연자성막(51)을 설치할 때의 자속밀도분포를 나타낸다. 곡선(61)에 의하면, 1번 및 10번의 띠형상연자성막(54)의 자속밀도가 4.0으로 극단적으로 크고, 3번부터 8번의 띠형상연자성막 (53)의 자속밀도는 약 1.0으로 낮다. 곡선(62)은, S가 25㎛일 때의 자속밀도분포를 나타낸다.

이 경우는, 1번, 10번의 띠형상연자성막(54)의 자속밀도는 2.5로 내려가고, 3번부터 8번의 띠형상연자성막(53)의 자속밀도는 1.4 정도로 상승하고 있다. 곡선 (64)은 S가 100㎛일 때의 상기와 같은 측정결과이고, 1번과 10번의 띠형상연자성막(54)의 자속밀도가 더욱 내려가고, 대신에 3번부터 8번의 띠형상연자성막(55)의 자속밀도가 더욱 상승하고 있다. 상기의 측정결과로부터, S를 100로부터 200㎛으로 하면, 연자성막(53, 54)의 자속밀도의 분포를 상당히 균일하게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.

본 실시예에 의하면, 띠형상연자성막(53 및 54)을 지나는 외부자계(Hex)의 자속의 밀도를 거의 균일하게 할 수 있다. 그 결과적으로, 외부자계(Hex)에 대한 도전성비자성막(7)의 임피던스변화가 커져 자기검출의 감도가 향상한다. 도 27에 나타내는 구조의 연자성막(29)을, 상기의 제 2 에서 제 7 실시예에 있어서의 연자성막(23 및 44) 대신에 적용하면, 각 실시예에 있어서의 자기센서의 감도를 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

상기 각 실시예에 있어서, 비자성기판(1)의 재료로서는 Ni-Ti-Mg계의 세라믹이 바람직하지만, NiZn 등의 비자성 페라이트계 재료, 유리 그 밖의 각종 세라믹 등 비자성재료를 사용하더라도 좋다.

연자성막(4, 44, 29)의 재료로서는 FeTaN이 바람직하지만, NiFe, FeCo, FeN 등의 합금을 사용하더라도 좋다. 연자성막은, 아몰퍼스합금(Co를 주성분으로 한 합금, 예를 들면 CoNbZr, CoTaZr, CoSiB, Fe를 주성분으로 한 합금 FeSiB 등) 또는 나노결정합금(Fe를 주성분으로 한 FeTaN 등)및 NiFe계의 합금과 같은 고투자율을 갖는 연자성재료가 바람직하다. 절연막(5)의 재료로서는 SiO₂가 바람직하지만, 알루미나, 유리 등의 무기재료나 폴리이미드수지 등의 유기절연막을 사용하더라도 좋다. 제 2 실시예에 있어서의 절연막(21)으로서, SiO₂대신에 NiZn 페라이트자성막을 사용하더라도 좋다. 영구자석의 재료로서는 Co-Pt의 막이 적합하지만, 페라이트계, Nb계, Co계 등의 영구자석재료를 사용할 수 있다. 도전성비자성막의 재료로서 구리가 적합하지만, Au, Ag, Cr 등의 도전성금속도 사용할 수 있다. 직류 바이어스자계를 주기 위한 영구자석은, 상기의 각 실시예에 들은 위치에 한정되는 것이 아니라, 연자성막에 직류자계를 줄 수 있는 위치이면 어디라도 좋다. 보호층(8)의 재료로서 SiO₂가 적합하지만, 알루미나나 그 밖의 무기재료 또는 세라믹 등이더라도 좋다. 보호층의 두께는 1㎛로 하였지만 직류자기 바이어스를 주는 직류전원의 소비전력을 감소하기 위해서는 두께 0.1㎛ 정도까지 얇게 하는 것이 바람직하다.

제 9 실시예

본 발명의 제 9 실시예의 자기센서(9I)를 도 33 및 도 34를 참조하여 설명한다. 도 33은 제 9 실시예의 자기센서(9I)의 경사투영도이고, 도 34는 그 평면도이다. 도 33, 도 34에 나타내는 바와 같이, 바람직하게는 Ni- Ti-Mg의 비자성기판 (1)의 면에 띠형상의 바람직하게는 Fe-Ta-N의 막의 제 1 연자성막(73)이 형성되어 있다. 도 33에서는, 2개의 연자성막(73)이 소정의 이격거리를 유지하여 평행하게 설치되지만, 연자성막(73)의 수는 2개에 한정되는 것이 아니라 임의의 수로 하더라도 좋다.

연자성막(73)의 위의 일부분에 SiO₂에 의한 절연층(75)이 설치되어 있다. 도 33에서는 절연층(75)은 1개의 연자성막(73)에 2개 설치되어 있지만, 절연층(75)의 수는 2개에 한정되는 것이 아니라 임의의 수로 하더라도 좋다. 도면에서 앞쪽의 절연층(75)을 관통하여, 상하방향에서 서로 격리하는 도전성막(76A)과 도전성비자성막(77A)이 설치되어 있다. 도전성비자성막(76A 와 77A)은 바람직하게는 구리 (Cu)이다. 또한 안쪽의 절연층(75)을 관통하여, 서로 격리하는 도전성막(76B) 및 도전성비자성막(77B)가 설치되어 있다. 절연층(75)의 위 및 절연층(75)을 갖지 않는 연자성막(73)의 위에는, 바람직하게는 Fe-Ta-N의 막의 제 2 연자성막(74)이 설치되어 있다. 연자성막(73과 74)에 의해 폐자로(M)가 형성되어 있다. 연자성막 (73 및 74)이 자기이방성을 갖는 경우는, 각각의 자화용이축이, 연자성막(73, 74)의 길이방향에 수직으로 또한 막면에 따르는 방향에 있는 것이 바람직하다. 도전성비자성막(77A, 77B)의 도면에 있어서 왼쪽 끝단은 접속도체(78)에 의해 서로 연결되어 있다. 도전성비자성막(77A)의 오른쪽 끝단은 접속도체(79A)를 지나서 단자 (81A)에 접속되어 있다. 도전성비자성막(77B)의 오른쪽 끝단은 접속도체(79B)를 지나서 단자(81B)에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 메안다형의 도전성비자성막 (77A, 77B)이 형성된다.

도전성막(76A)의 오른쪽 끝단은 접속도체(83A)를 지나서 단자(84A)에 접속되어 있다. 도전성막(76A)의 왼쪽 끝단은 접속도체(83B)를 지나서 도전성막(76B)의 오른쪽 끝단에 접속되어 있다. 도전성막(76B)의 왼쪽 끝단은 접속도체(86)를 지나서 단자(84B)에 접속되어 있다. 상기의 구성에 있어서, 도전성막(76A, 76B), 도전성비자성막(77A, 77B)은, 연자성막(73)과 연자성막(74)으로 형성되는 폐자로내에 있고, 접속도체(83A, 83B)는, 폐자로 밖에 있다.

도 33에 있어서, 도전성비자성막(76A, 76B, 77A, 77B) 및 접속도체(83A, 83B)등은, 비자성기판(1)상에서 허공에 떠 보이지만, 실제의 구성에서는 각 도전성비자성막이나 접속도체의 사이에 도시를 생략한 절연층이 설치되어 있다.

본 실시예의 자기센서(9I)의 동작에 대해서 이하에 설명한다. 도 34에 나타내는 바와 같이, 단자(84A, 84B)사이에 직류전원(10)을 접속하여, 도전성비자성막 (76A, 76B)에 화살표(88)로 나타내는 방향의 직류전류를 흐르게 한다. 이 직류전류에 의해서, 연자성막(73 및 74)에 직류 바이어스자계가 주어진다. 단자(81A, 81B)사이에 저항(12)을 사이에 끼워 정전류의 고주파전원(11)을 접속하여, 예를 들면 10MHz의 고주파전류를 흐르게 한다. 단자(81A, 81B)에는 고주파증폭기(13)도 접속된다.

본 실시예의 자기센서(9I)를 지자기 등의 외부자계(Hex)(16)중에 두면, 자기 임피던스효과에 의해 도전성비자성막(77A, 77B)의 임피던스가 변화한다. 이 임피던스변화에 의해 단자(81A, 81B)사이에 생기는 고주파전압의 변화를, 고주파증폭기 (13)로 증폭·검파하고 검출함에 의해, 0.3 Oe(24A/m) 도의 대단히 작은 외부자계 (Hex)(16)를 검출할 수 있다.

본 실시예의 자기센서(9I)에서는, 연자성막(73 및 74)으로 형성되는 폐자로 (M)내에 직류 바이어스자계를 주는 도전성막(76A, 76B)을 설치하고 있기 때문에, 비교적 작은 직류전류를 흐르게 함으로써, 충분히 큰 직류 바이어스자계를 발생시킬 수 있다. 상기 각 실시예의 자기센서(9∼9H)에서는 도전성막(6)에 30mA 이상의 직류전류를 흐르게 할 필요가 있었지만, 본 실시예의 자기센서(9I)에서는 도전성비자성막(76A, 76B)에 10∼20mA의 전류를 흐르게 하면 충분한 직류바이어스를 얻을 수 있었다.

이것을 실제로 입증하기 위해서, 발명자들은 도 41을 참조하여 이하에 설명하는 실험을 하였다.

도 41의 (a) 및 (b)는 실험용으로 만든 자기센서의 단면도이다. 도 41의 (a)에 있어서, 연자성체(96와 97)사이의 중앙부에 절연막을 사에에 끼워 도전체 (98)를 형성한다. 도전체(98)에 둥근 안의 점 및 중근 가운데 십자로 나타내는 바와 같이 지면에 수직인 방향에 직류전류를 흐르게 하여 자계를 발생시켜, 하부요크 (96)의 위치(A1)에 있어서의 자속밀도를 측정한다. 도 41의 (b)에 있어서, 도 41의 (a)의 구성과 같은 자기센서의 중앙부의 상하에 도전체(99A, 99B)를 배치한다. 도전체(99A, 99B)에 지면에 수직으로 또한 방향이 서로 반대의 직류전류를 흐르게 한다. 도전체(98)에는 직류를 흐르게 하지 않는다. 도 41의 (a)와 같이, 도 41의 (b)의 하부요크(96)의 위치(A2)의 자속밀도를 측정한다. 도 41의 (a)의 도전체 (98)와, 도 41의(b)의 도전체(99A, 99B)와 같은 값의 직류전류를 흐르게 하였을 때, 도 41의 (a)의 위치(A1)의 자속밀도는, 도 41의 (b)의 위치(A2)의 자속밀도의 약 80배이었다.

상기의 실험결과로부터, 직류전류를 흐르게 하는 도전체(98)가 도 41의 (a)에 나타내는 바와 같이, 하부요크(96)와 상부요크(97)로 형성되는 폐자로내에 있는 경우는, 도 41의 (b)에 나타내는 바와 같이, 도전체(99A, 99B)가 폐자로 밖에 있는 경우보다도, 적은 직류전류로 큰 직류 바이어스자계를 얻을 수 있다.

제 9 실시예의 자기센서(9I)의 제조방법에 대해서 도 35 및 도 36을 참조하여 설명한다. 도 35의 (d)는, 도 34의 XXXV- XXXV선에 의한 단면도이고, (a)∼(c) 는 동 도면의 (d)까지의 각 공정에서의 단면도이다. 도 36의 (d)는, 도 34의 XXXVI-XXXVI선에 의한 단면도이고, (a)에서 (c)는 동 도면의 (d)까지의 각 공정에서의 단면도이다. 도 36의 (a)에서 (d)는, 각각 도 35의 (a)에서 (d)에 나타내는 각 공정과 같은 공정에서의 단면도이다. 즉, 도 35의 (a)와 도 36의 (a)는 동일공정에서의 다른 장소의 단면도이고, 도 35의 (b)∼(d)와 도 36의 (b)∼(d)에 대해서도 각각 같다. 도 35, 도 36에 있어서, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 해칭은 일부의 단면에만 실시하고 있다.

도 35의 (a)에 있어서, Ni-Ti-Mg계의 세라믹의 비자성의 기판(1)의 상면에, 두께 1.0㎛의 띠형상의 제 1 연자성막(73)을 Fe-Ta-N의 스패터링에 의해 성막한 후, 소정의 형상으로 패턴형성한다. 기판(1)의 면에, 절연물을 사이에 끼워 제 1 연자성막(73)을 형성하더라도 좋다. 다음에 연자성막(73)을 포함하는 기판(1)의 전면에 SiO₂의 스패터링(저온의 마그네트론 스패터링이 바람직하다) 또는 증착에 의해 절연막(91)을 형성한다.

도 35의 (a)의 공정종료후의 XXXVI-XXXVI선에 의한 단면을 도 36의 (a)에 나타낸다. 도 36의 (a)에 나타내는 바와 같이, 기판(1)의 면에 2개의 연자성막(73)이 평행하게 설치되어 절연막(91)으로 덮여져 있다.

도 35의 (b)에 있어서, 절연막(91)의 위에 구리(Cu)의 스패터링에 의해, 두께 1.0 미크론의 도전성막(76A, 76B)을 성막한 후, 소정의 형상으로 패턴형성한다. 도전성막(76A, 76B)을 포함하는 기판(1)의 전면에 절연막(92)을 형성한 후, 절연막 (92)의 위에 있어서, 상기의 도전성막(76A, 76B)과 겹치는 위치에 각각 도전성비자성막(77A, 77B)을 형성한다.

이 공정에서, 도 36의 (b)에 나타내는 바와 같이, 절연막(91)의 위에 접속부 (89B, 89C)를 형성하고, 절연막(92)의 위에 접속도체(78)를 형성한다. 여기서, 도전성막(76A, 76B)과 접속부(89B, 89C)는 동일한 공정에서 동일한 재료로 형성하더라도 좋다.

도 35의 (c)에 있어서, 도전성비자성막(77A, 77B)위에 절연막(93)을 형성한다. 다음에 도전성비자성막(77A, 77B)의 위 및 그 근방의 절연막(91, 92)을 남기고, 연자성막(73)의 위에 있는 절연막(91, 92)을 제거한다. 그리고 절연막(93)을 포함하는 연자성막(73)의 위에 제 2 연자성막(74)을 형성한다.

이 공정종료후의 XXXVI-XXXVI선에 의한 단면을 도 36의 (c)에 나타낸다. 도 36의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제 1 연자성막(73)과 제 2 연자성막(74)은 접하고 있다. 도 35의 (d)에 있어서, 제 2 연자성막(74)을 포함하는 전체면에 절연막 (94)을 형성한다. 다음에, 도 36의 (d)에 나타내는 바와 같이, 접속부(89B 및 89C)의 위의 절연막(92, 93, 94)을 에칭에 의해 제거하여 스루홀을 형성하고, 접속부(89B, 89C)를 퇴출시킨다. 그리고 양 끝단이 각각 접속부(89B, 89C)에 접속된 접속도체(83B)를 절연막(94)의 위에 형성한다. 접속부(89B와 89C)는 접속도체 (83B)에 의해서 전기적으로 접속된다. 도전성막(76A)와 접속도체(83A)와의 접속부(89), 및 접속도체(83A)와 단자(84A)와의 접속부(89A)도 상기와 같은 방법으로 접속된다.

제 10 실시예

본 발명의 제 10 실시예의 자기센서(9J)를 도 37 및 도 38을 참조하여 설명한다. 도 37은 제 10 실시예의 자기센서(9J)의 주요부의 경사투영도이다. 도 38은 본 실시예의 자기센서(9J)의 평면도이다.

도 37에 있어서, 본 실시예의 자기센서(9J)에서는, 연자성막(73과 74)사이에 설치된 절연층(75)을 관통하는 도전성막(76A) 및 도전성비자성막(77A)이 거의 동일평면상에 이격하여 설치되어 있다. 도전성막(76B) 및 도전성비자성막(77B)도 마찬가지로, 절연층(75)을 관통하여 거의 동일평면상에 설치되어 있다. 그 밖의 구성은, 상기 제 9 실시예의 자기센서(9I)와 마찬가지이다. 도 36에 나타내는 바와 같이, 자기센서(9J)의 사용시에 접속하는 직류전원(10), 고주파전원(11) 및 고주파증폭기(13)의 접속방법도 자기센서(9I)의 경우와 같고 동작도 같다.

본 실시예에 의하면, 도전성막(76A), 도전성비자성막(77A)을 절연층(75)내의 거의 동일평면상에 설치하고 있기 때문에, 연자성막(74)의 산부(74B)의 기판(1)의 면으로부터의 높이가 상기 제 9 실시예의 자기센서(9I) 보다 낮아진다. 또한 제 9 실시예의 자기센서(9I)에서는 도전성막(76A), 도전성비자성막(77A)을 다른 공정에서 겹쳐 쌓아 형성해야만 한지만, 제 10실시예의 자기센서(9J)에서는, 도전성막 (76A), 도전성비자성막(77A)을 동일한 공정에서 동일한 재료, 예를 들면 도전성비자성막을 형성할 수가 있다. 따라서 제막공정이 간단하게 되어, 제조비용도 저감된다. 또한, 제 9 실시예의 자기센서(9I)와 같이 도전성막(76A), 도전성비자성막 (77A)이 겹쳐져 있으면, 제조중에 양자간에 먼지 등이 들어와 단락할 우려가 있지만, 제 10실시예의 자기센서(9J)에서는 단락의 우려가 대폭 적어진다. 그 결과 제조시의 가공의 경우가 향상하는 동시에 사용시에 있어서의 신뢰성이 향상한다.

제 10 실시예의 자기센서(9J)의 제조방법에 대해서 도 39 및 도 40을 참조하여 설명한다. 도 39의 (d)는, 도 38의 XXXIX-XXXIX선에 의한 단면도이고, (b)로부터 (d)는 각 공정에서의 단면도이다. 도 40의 (d)는 도 38의 XXXX-XXXX선에 의한 단면도이고, (b)에서 (d)는 각 공정에서의 단면도이다. 도 40의 (a)에서 (d)는, 각각 도 39의 (a)에서 (d)에 나타내는 각 공정과 같은 공정에서의 단면도이다. 즉, 도 39의 (a)와 도 40의 (a)는 동일공정에서의 다른 장소의 단면도이고, 도 39의 (b)∼(d)와 도 40의 (b)∼(d)에 대해서도 각각 같다. 도 39, 도 40에 있어서, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 해칭은 일부의 단면에만 실시하고 있다.

도 39의 (a)에 있어서, Ni-Ti-Mg계의 세라믹 등의 비자성의 기판(1)의 면에, 하부요크가 되는 두께 1.0㎛의 연자성막(73)을 Fe-Ta-N의 스패터링에 의해 성막후, 소정의 형상으로 패턴형성한다. 다음에 연자성막(73)을 포함하는 기판(1)의 전체면에 SiO₂의 스패터링에 의해 절연막(91)을 형성한다. 이 공정종료후의 XXXX-XXXX선에 의한 단면을 도 40의 (a)에 나타낸다.

도 39의 (b)에 있어서, 절연막(91)의 위에 Cu의 스패터링에 의해, 도전성비자성막(76A, 77A, 76B, 77B)을 성막후, 소정의 형상으로 패턴형성한다. 또한 도40의 (b)에 나타내는 바와 같이, 절연막(91)의 위에 접속도체(78, 89C)를 형성한다. 도전성비자성막(76A, 77A, 76B, 77B) 및 접속도체(78, 89C)는 동일한 공정에서 동일한 재료로 형성하더라도 좋고, 이들을 포함하는 기판(1)의 전체면에 SiO₂의 절연막(92)을 형성한다. 이 공정종료후의 XXXX-XXXX선에 의한 단면을 도 40의 (b)에 나타낸다.

도 39의 (c)에 있어서, 도전성비자성막(76A, 77A, 76B, 77B)의 근방을 제외하고, 연자성막(73)상의 절연막(91, 92)을 제거하고, 연자성막(73)을 노출한다. 도전성비자성막(76A, 77A, 76B, 77B)의 위에 남은 절연막(92)의 위 및 노출한 연자성막(73)의 위에, Fe-Ta-N의 스패터링에 의해 연자성막(74)을 성막후, 소정의 형상으로 패턴형성한다. 이 공정종료후의 XXXX-XXXX선에 의한 단면을 도 40의 (c)에 나타낸다.

도 39의 (d)에 있어서, 연자성막(74)을 포함하는 기판(1)의 전체면에 SiO₂의 절연막(93)을 형성한다. 다음에 접속도체(89C)의 위의 절연막(92)을 제거하여 스루홀을 형성한다. 절연막(93)의 위에 접속도체(83A, 83B)를 형성한다. 이 공정에 의해, 도 40의 (d)에 나타내는 바와 같이, 도전성비자성막(76B)과 접속도체(83B)가 접속부(89C)에서 전기적으로 접속된다. 접속부(83C, 83D, 및 84D)에서의 접속도 접속부(89C)와 같은 공정에서 행하여진다. 이상의 각 공정에 의해서 본 실시예의 자기센서(9J)가 제조된다.

상기 제 9 및 제 10 실시예에 있어서, 비자성기판(1)에는, 니켈산화물 NiO,티타늄산화물 TiO₂, 마그네슘산화물 MgO를 포함하는 세라믹(Ni- Ti- Mg), 티타늄산화물, 칼슘산화물 Ca0를 포함하는 세라믹(Ti-Ca), 알루미산화물 Al₂O₃, 티타늄탄화물 TiC를 포함하는 세라믹(A1TiC) 및 유리, 실리콘 등을 사용할 수 있다. 비자성기판의 표면의 거칠기는, 보자력 Hc를 크게 유지하기 위해서 Ra5nm 이하가 바람직하다.

연자성막(73,74)은, 아몰퍼스합금(Co를 주성분으로 한 합금, 예를 들면 CoNb Zr, CoTaZr, CoSiB, Fe를 주성분으로 한 합금 FeSiB 등) 또는 나노결정합금(Fe를 주성분으로 한 FeTaN 등)및 NiFe계의 합금과 같은 고투자율을 갖는 연자성재료가 바람직하다.

주파수 10∼20 MHz에서 투자율을 1000이상 얻을 수 있는 것이 바람직하다.

절연막(91∼94)은 SiO₂, Al₂O₃등의 산화물이 바람직하지만, 폴리이미드수지 등의 유기절연막이라도 좋다.

도전성비자성막 및 접속선에는, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등을 사용할 수 있다. Au, Ag, Cu 등의 막과, 절연막과의 사이에, 밀착성을 좋게 하기 위해서 Cr, Ta 또는 Ti 등의 두께 30nm∼l00nm의 박막을 형성하는 것이 바람직하다.

이상의 각 실시예에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 자기센서는, 소정의 방향에 자화용이축을 갖는 연자성막에 절연막을 사이에 끼워 지그재그형상의 메안다형 도전성비자성막을 대향시키고, 또한 도전성비자성막에 절연막을 사이에끼워 도전성막을 설치하고 있다. 메안다형 도전성비자성막에 고주파전류를 흐르게 하여, 직류 바이어스자계를 가한다. 이 자기센서에 외부자계를 주면, 메안다형 도전성비자성막의 자화용이축에 병행하는 긴 경로의 도체는 연자성막의 자기작용을 받고, 비교적 낮은 주파수의 고주파전류를 흐르게 한 경우라도 임피던스가 대폭 변화한다. 이 임피던스변화를 검출함에 의해 높은 감도로 외부자계를 검출할 수가 있다.

Claims (35)

1. 막면을 따른 소정의 방향으로 자화용이축을 갖는 연자성막,

   상기 연자성막으로부터 전기절연막에 의해 분리되어지고 그 위에 지그재그로 설치되어, 상기 연자성막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이가, 상기 자화용이축에 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성비자성막,

   상기 도전성비자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원 및,

   상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성비자성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 상기 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는 자기센서.
2. 띠형상의 막의 길이방향에 대하여 수직으로 또한 막면을 따른 방향으로 자화용이축을 갖는 띠형상의 연자성막,

   상기 연자성막의 위에 전기절연물을 사이에 끼워 지그재그로 설치되고, 상기 연자성막의 면내에서 그 막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이가 상기 자화용이축에 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성비자성막,

   상기 도전성연자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원 및,

   상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성비자성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 상기 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는 자기센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연자성막에 직류 바이어스자계를 주기위해서 직류전류를 흐르게 하는 도전성막을 갖는 자기센서.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연자성막에 직류 바이어스자계를 주기 위한 영구자석을 갖는 자기센서.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연자성막에 직류 바이어스자계를 주기 위해서 직류전류를 흐르게 하는 도전성막 및 영구자석을 갖는 자기센서.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 띠형상의 연자성막을 여러 개 병렬하여 배치한 것을 특징으로 하는 자기센서.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 연자성막이, 자화용이축에 수직인 방향으로 긴 적어도 1개의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 자기센서.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 영구자석이, 상기 도전성비자성막에 설치되어 있는 박막의 자석인 것을 특징으로 하는 자기센서.
9. 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류 바이어스자계의 방향이, 상기 연자성막의 자화용이축에 직교하는 방향인 것을 특징으로 하는 자기센서.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 띠형상의 도전성비자성막이, 각각의 절연막을 사이에 둔 적어도 2개의 연자성막에 의해 끼워진 것을 특징으로 하는 자기센서.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 도전성비자성막을 끼운 적어도 2개의 연자성막이, 상기 도전성비자성막으로부터 떨어진 위치에서 서로 접하고 있는 것을 특징으로 하는 자기센서.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 연자성막의 사이에 영구자석이 설치되는 것을 특징으로 하는 자기센서.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연자성막은 철, 탄탈(Tantalum), 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기센서.
14. 비자성기판의 주면에 형성한 막면을 따른 소정방향으로 자화용이축을 갖는 연자성막,

    상기 연자성막의 위에 전기절연막을 사이에 끼워 지그재그로 형성되고, 상기 연자성막의 면내에서 그 막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이가, 상기 자화용이축에 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성비자성막,

    상기 도전성비자성막의 위에 절연성 보호막을 사이에 끼워 형성한, 직류전류를 흐르게 하여 상기 연자성막에 직류 바이어스자계를 주기 위한 도전성막,

    상기 도전성비자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원 및,

    상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성비자성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 상기 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는 자기센서.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 연자성막이, 띠형상의 형상의 길이방향에 대하여 수직으로 또한 막면을 따른 방향으로 자화용이축을 갖는 복수의 띠형상의 연자성막인 것을 특징으로 하는 자기센서.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 도전성막이, 상기 비자성기판과 상기 연자성막의 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기센서.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 비자성기판과 연자성막과의 사이에, 상기 자화용이축에 수직인 방향으로 자극을 갖는 영구자석을 설치한 것을 특징으로 하는 자기센서.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 영구자석은, 코발트와 백금을 포함하는 합금의 막에, 상기 자화용이축에 수직인 방향으로 자화시켜 형성한 자석인 것을 특징으로 하는 자기센서.
19. 제 14 항에 있어서, 상기 띠형상의 도전성비자성막의 위에 설치한 코발트와 백금의 합금의 막에, 상기 자화용이축에 수직이고 또한 막면을 따른 방향으로 자화시켜 영구자석을 형성한 것을 특징으로 하는 자기센서.
20. 비자성기판의 주면에 형성한, 띠형상의 막의 길이방향에 대하여 수직이고 또한 막면을 따른 방향으로 자화용이축을 갖는 띠형상의 제 1 연자성막,

    상기 연자성막의 위에, 제 1 절연막을 사이에 끼워 지그재그로 형성되고, 상기 연자성막의 면내에서 그 막의 자화용이축에 병행하는 부분의 길이가, 상기 자화용이축에 직교하는 부분의 길이보다 길게 이루어진 띠형상의 도전성비자성막,

    상기 도전성비자성막의 위에 제 2 절연막을 사이에 끼워 형성한, 띠형상의 길이 방향에 대하여 수직이고 또한 막면을 따른 방향으로 자화용이축을 갖는 제 2 연자성막,

    상기 제 2 연자성막의 위에 절연성 보호막을 사이에 끼워 형성한, 직류전류를 흐르게 하여 상기 연자성막에 직류 바이어스자계를 주기 위한 도전성막,

    상기 도전성비자성막에 고주파전류를 흐르게 하기 위한 고주파전원 및,

    상기 고주파전류가 흐르는 상기 도전성비자성막의 외부자계에 의한 임피던스변화에 근거하여 상기 외부자계를 검출하는 검출회로를 갖는 자기센서.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 절연막 및 제 2 절연막이, 상기 띠형상의 도전성비자성막의 주위에만 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기센서.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 영구자석이 제 1 연자성막과 도전성비자성막의 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기센서.
23. 제 14 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 비자성기판이, 니켈산화물, 티타늄산화물 및 마그네슘산화물을 포함하는 세라믹인 것을 특징으로 하는 자기센서.
24. 연자성막에 의해서 형성된 폐자로를 갖고,

    상기 연자성막의 폐자로를 관통하여 설치된 직류전류를 흐르게 하기 위한 도전성막 및,

    상기 연자성막의 폐자로를 관통하여, 상기 도전성막과의 사이에 절연을 유지하면서 설치된, 고주파전류를 흐르게 하기 위한 도전성비자성막을 갖는 자기센서.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 도전성막에 일정방향의 직류전류를 흐르게 하여 상기 연자성막에 직류 바이어스자계를 주는 것을 특징으로 하는 자기센서.
26. 제 24 항에 있어서, 상기 연자성막이 복수의 폐자로를 갖고, 상기 복수의 각 폐자로를 관통하는 각각의 도전성막을, 상기 각 폐자로내의 도전성막을 흐르는 직류전류의 방향이 같게 되도록 접속하는 접속선을 갖는 자기센서.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 복수의 도전성막을 접속하는 상기 접속선이 상기 폐자로의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 자기센서.
28. 제 26 항에 있어서, 상기 도전성비자성막이, 상기 연자성막의 복수의 폐자로를 각 긴쪽 패턴방향에 대하여 순차 반대방향으로 관통하도록 구성한 자기센서.
29. 제 24 항에 있어서, 상기 연자성막의 폐자로를 관통하는 도전성막 및 도전성비자성막이, 상기 기판의 면에 평행한 동일면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기센서.
30. 제 24 항에 있어서, 복수의 연자성막의 패턴이 병행하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기센서.
31. 제 24 항에 있어서, 상기 도전성비자성막의 양 끝단에 고주파증폭기의 입력단을 접속한 자기센서.
32. 비자성기판의 표면에 띠형상의 적어도 1개의 제 1 연자성막을 형성하는 스텝,

    상기 제 1 연자성막의 위에, 제 1 절연막을 사이에 끼워 도전성막 및, 도전성의 제 1 접속부 및 제 2 접속부를 형성하는 스텝,

    상기 도전성막의 위에, 제 2 절연막을 사이에 끼워 도전성비자성막을 형성하는 스텝,

    상기 도전성비자성막의 위에 제 3 절연막을 형성하는 스텝,

    상기 도전성막 및 도전성비자성막을 포함하는 근방의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 절연막을 남기고, 상기 제 1 의 연자성막의 위의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 절연막을 제거하는 스텝,

    상기 제 1 연자성막 및 상기 남겨진 제 1, 제 2, 제 3 절연막의 위에 제 2 연자성막을 설치하고, 폐자로를 형성하는 스텝,

    상기 제 2 연자성막을 포함하는 전체면에 제 4 절연막을 형성하는 스텝,

    상기 제 1 및 제 2 접속부상의 제 2, 제 3 및 제 4 절연막을 제거하여 스루홀을 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 접속부를 노출시키는 스텝,

    양 끝단부가 상기 제 1 및 제 2 접속부에 각각 전기적으로 접속되는 전기도체의 접속선을, 상기 제 4 절연막(94)의 위에 형성하고, 인접하는 다른 폐자로를 지나는 제 1 도전성비자성막과의 접속을 하는 스텝을 갖는 자기센서의 제조방법.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 도전성막 및 도전성비자성막을, 제 1 절연막의 위에 동일한 공정에서 형성하는 것을 특징으로 하는 자기센서의 제조방법.
34. 제 32 항에 있어서, 상기 절연막의 적어도 1개에, 감광성수지의 포토레지스트막을 사용하는 것을 특징으로 하는 자기센서의 제조방법.
35. 제 32 항에 있어서, 상기 비자성기판의 위에 절연층을 사이에 끼워 상기 제 1 연자성막을 형성하는 자기센서의 제조방법.