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JP3936137B2 - Magneto-impedance effect element - Google Patents
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JP3936137B2 - Magneto-impedance effect element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界センサとして利用できる磁気インピーダンス効果素子に係り、特に、磁気インピーダンス効果素子の抵抗値を低くできて、消費電力を低くでき、また、バイアス磁界を小さくしても、良好な磁界検出感度を有する磁気インピーダンス効果素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報機器、計測機器、制御機器などの急速な発展に伴って、従来の磁束検出型のものより更に小型、高感度且つ高速応答性(高周波動作)の磁界センサが求められ、磁気インピーダンス効果(Magneto−Impedance−Effect)を有する素子(磁気インピーダンス効果素子)が注目されるようになってきている。
【0003】
磁気インピーダンス効果素子は、微小交流電流をワイヤー状、リボン状、または薄膜状に形成された磁性線に印加することによって生じるインピーダンスによる出力電圧が外部印加磁界によって変化することを基本原理としている素子である。
【0004】
外部磁界の印加による軟磁性材料からなる感磁部のインピーダンスの変化は、磁性材料に交流電流を通電したときに、交流電流がその表面近くを流れようとする「表皮効果」が、外部磁界によって変化するためであることが知られている。
【0005】
図29は、従来の磁気インピーダンス効果素子の斜視図である。図29の磁気インピーダンス効果素子Mは、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板11上に、軟磁性材料をスパッタ法や蒸着法などによって、薄膜形成することにより形成された感磁部12、および感磁部12の両端部に接合されているCuなどの導電性材料により形成された電極部13,13によって構成されている。感磁部12は、略長方形状または線状にパターン形成されている。
なお、図29の感磁部12の素子長さをL、素子幅をWとする。
【0006】
図30は、従来の磁気インピーダンス効果素子を用いて構成した磁界検出回路を示す回路図である。図30に示す回路において、感磁部12に電源EacからMHz帯域の交流電流Iacを印加している状態で、感磁部12の素子長さ方向に外部磁界Hexが印加されると、感磁部12両端に素材固有のインピーダンスによる出力電圧Emiが発生し、出力電圧Emiの振幅が外部磁界Hexの強度に対応して数10%の範囲で変化する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気インピ-ダンス効果素子では、感磁部12が単層の軟磁性薄膜からなっている。駆動交流電流は、感磁部12の中を流れる。
【0008】
しかし、感磁部12を形成する軟磁性薄膜は、比抵抗の高い材料によって形成されることが多く、直流電流損失が大きくなる傾向があった。また、軟磁性薄膜が比抵抗の高い材料によって形成されると、駆動交流電流が流れるときの表皮厚が厚くなって直流抵抗値が低くなり、感磁部12に外部磁界が印加されたときの、インピ-ダンスの変化が小さくなる。従って、特に駆動電圧が低いとき充分な出力電圧の変化量を得ることができなかった。その結果、磁界に対する充分な出力変化量を得ることができず、磁界検出感度が小さくなるという問題が生じていた。
【0009】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、前記感磁部を、軟磁性体部と前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とが接しているものとすることにより、磁気インピーダンス効果素子の抵抗値を低くできて、消費電力を低くでき、かつ駆動電圧が低いときでも充分な出力電圧の変化量を得ることのできる磁気インピーダンス効果素子を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、
前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lは、0.1以下であり、
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積とが等しいことを特徴とするものである。
または本発明は、非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、
前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lは、0.1以下であり、
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きいことを特徴とするものである。
【0011】
前記感磁部が、前記軟磁性体部と前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とが接した構造を有していると、前記感磁部に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は前記軟磁性体部内を流れる電流と前記導電体部内を流れる電流とに分れて流れる。その結果、前記駆動交流電流が流れるときの前記感磁部の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【0012】
また、本発明では、前記感磁部が、透磁率の高い前記軟磁性体部と導電率の高い前記導電体部とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、直流抵抗値が高くなって大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができ、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【0013】
本発明の磁気インピーダンス効果素子では、前記感磁部を、前記軟磁性体部と前記導電体部とが交互に積層されているものとすることができる。
【0014】
また、前記感磁部の、最上層と最下層が前記軟磁性体部であり、前記最上層と前記最下層の軟磁性体部が、少なくとも素子幅方向の端部において磁気的に結合されていてもよい。
【0015】
なお、特に前記感磁部が前記軟磁性体部と前記導電体部とが交互に積層されたものであるときに、前記感磁部の膜厚が厚くなると、膜応力が大きくなって、前記感磁部が基板から剥がれやすくなる。そこで、前記感磁部の上面の素子幅方向寸法を、前記感磁部の底面の素子幅方向寸法より短くすると、膜応力を分散できて、前記感磁部が基板から剥がれることを防止でき、また、前記感磁部を安定した形状に維持できる。例えば、前記感磁部を、前記基板の表面から離れるにつれて、素子幅方向寸法が徐々に短くなるものとして形成することができる。
【0018】
また、本発明では、駆動交流電流が与えられている前記感磁部の素子長手方向に外部磁界を印加したときに、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が400(A/m)以下であることが好ましい。
【0019】
駆動交流電流が与えられている前記感磁部の素子長手方向に前記外部磁界を印加し、この外部磁界の大きさを変化させたときの、前記感磁部からの出力電圧の変化率は、出力電圧が最大値となる付近で最も大きくなる。従って、前記感磁部からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が小さくなっていくと、前記外部磁界の大きさが0付近であるときの、出力電圧の変化率が大きくなる。したがって、感磁部に与えるバイアス磁界の大きさを小さくすることができる。
【0020】
特に、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が400(A/m)以下になると、磁気インピーダンス効果素子の周辺に、或いは磁気インピーダンス効果素子に重ねて、形成された磁性材料からなる磁性体から発生する磁界を、バイアス磁界として用いることが可能になる。
【0021】
また、バイアス磁界を前記感磁部の周囲に巻回するコイルによって与える場合でも、前記コイルの巻回数が少なくなり、感磁部を製造する際の工程を簡略化することができるようになる。
【0022】
また、磁気インピーダンス効果素子を磁気ヘッドや微弱磁界検出器に適用する際に必要な小型化も容易になる。
【0023】
さらに、前記バイアス磁界を発生させるために前記コイルに与える直流電流も小さくすることができるので、磁気インピーダンス効果素子の省電力化も容易になる。
【0024】
なお、上記感磁部は、通常、略長方形状もしくは直線状に形成されるが、U字型や、つづら折れ状に形成してもよい。このときの素子長手方向とは、前記感磁部の中のもっとも長い直線部分の延長方向であり、駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【0025】
また、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が320(A/m)以下であることが好ましく、より好ましくは、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が160(A/m)以下であることである。
【0027】
本発明の発明者は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を形成するときに、前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lを小さくしていくと、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上することを見出した。特に、前記アスペクト比が、0.1以下になると、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が著しく向上することを見出した。
【0028】
前記感磁部は高周波数の交流電流によって励磁されるので、表皮効果が強く現れる。このとき、前記感磁部の素子幅W、素子長さL、比抵抗ρ、励磁周波数ω、素子幅方向の透磁率μと前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|との間には、次の(数1)によって示される関係がある。
【0029】
【数1】

Figure 0003936137
(数1)から、前記感磁部の素子幅W、素子長さL、比抵抗ρ、励磁周波数ωを一定としたとき、前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|は、素子幅方向の透磁率μの1/2乗に比例することがわかる。素子長手方向に交流電流が与えられ、素子幅方向に励磁されている前記感磁部の素子長手方向に、外部磁界が印加されると、前記感磁部の素子幅方向の透磁率μが変化し、前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|が変化する。この、前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|の変化を測定することにより、前記感磁部に印加された前記外部磁界を検知する。
【0030】
アスペクト比W/Lが小さくなると、素子幅方向の透磁率μの変化に対するインピーダンスの大きさ|Z|の変化率が大きくなる。すなわち、前記感磁部の両端から引き出される出力電圧の大きさの変化が大きくなり、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上する。
【0031】
また、前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lが、0.05以下であることが好ましく、より好ましくは、前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lが、0.03以下であることである。
【0032】
なお、前記感磁部がU字型、つづら折れ状に形成される場合には、前記感磁部の素子長手方向を向いた部位の長さの総和が素子長さLとなる。このときの素子長手方向とは、前記感磁部の中のもっとも長い直線部分の延長方向であり、駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【0034】
前記軟磁性体部が、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積が等しくなっていると、前記軟磁性体部の、全体としての磁気異方性の方向がほぼ等方的な状態になる。
【0035】
つまり、前記軟磁性体部の磁気モーメントがある方向に固定されにくくなり、前記軟磁性体部を有する前記感磁部が交流電流によって励磁されたときに、軟磁性体部の磁気モーメントの方向を変化させやすくなる。すなわち、軟磁性体部の素子幅方向の透磁率μが増加し、前記外部磁界を印加しないときに、軟磁性体部の素子幅方向の透磁率μが最大値をとる。軟磁性体部の素子幅方向の透磁率μが最大値をとるとき、軟磁性体部のインピーダンスの大きさZが最大となり、前記感磁部の両端からの出力電圧も最大になる。すなわち、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値が0に近くなる。
【0037】
前記軟磁性体部の各磁区において、磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きい場合においても、前記感磁部を構成する軟磁性体部の磁気異方性の方向を全体として等方的な状態に近い状態にすることができ、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積とが等しい磁区構造の感磁部を有する磁気インピーダンス効果素子と同等の磁界検出感度を得ることができる。
【0038】
また、前記感磁部を構成する軟磁性体部の磁気異方性の方向が全体として等方的な状態に近い状態であると、前記感磁部の素子長手方向にわずかに外部磁界を印加するだけで、前記軟磁性体部の磁気異方性の方向を全体としてほぼ等方的な状態にさせることができ、前記感磁部の素子幅方向の透磁率μを最大にさせることができ、さらに前記感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせることができる。すなわち、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値を小さくさせることができる。
【0039】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子が、前記感磁部の素子長手方向と平行な方向にバイアス磁界を印加する磁性体を有するものであると、製造工程を簡略化でき、小型化が容易で、かつ消費電力を少なくすることができるので好ましい。
【0040】
前記磁気インピーダンス効果素子の感磁部は、軟磁気特性を備えた強磁性体を有することが必要である。また、1MHz〜数百MHzの高周波領域において透磁率μが高くなくてはならない。さらに、外部磁界(放送電波の磁界成分)によって軟磁性体に応力がかかって磁気特性が劣化しないように、磁歪定数λが小さいことが好ましい。
【0041】
前記軟磁性体が、このような性質を備えた薄膜磁性体として形成されるために、前記軟磁性体が以下に示すような微結晶軟磁性合金薄膜として形成されることが好ましい。
【0042】
1.組成式が、Fehijで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【0043】
ただし、Mは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wと希土類元素から選ばれる1種あるいは2種以上の元素であり、h、i、jはat%で、45≦h≦70、5≦i≦30、10≦j≦40、h+i+j=100の関係を満足するもの。
【0044】
Feは大きい飽和磁束密度Bsを得るためのものであり、MはOと化合し、比抵抗ρを大きくするためのものである。h、i、jが上記範囲であると、飽和磁束密度Bs、比抵抗ρ、透磁率μが大きい軟磁性合金を得ることができ、h、i、jが上記範囲を外れると、軟磁気特性が劣化する。
【0045】
なお、上記組成において元素Mが希土類元素から選ばれる1種あるいは2種以上の元素である場合には、h、jはat%で50≦h≦70、10≦j≦30であることがより好ましい。
【0046】
2.組成式が、(Co1-ccxyzwで表される微結晶軟磁性合金薄膜。
ただし、元素Tは、Fe、Niのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素から選ばれる1種または2種以上の元素であり、Xは、Au,Ag,Cu,Ru,Rh,Os,Ir,Pt,Pdから選ばれる1種あるいは2種以上の元素であり、組成比は、cが、0≦c≦0.7、x,y,z,wはat%で、3≦y≦30、0≦z≦20、7≦w≦40、20≦y+z+w≦60の関係を満足し、残部がxであるもの。
【0047】
なお、軟磁性合金は、元素Mの酸化物を多量に含むアモルファス相に、Coと元素Tを主体とする微結晶相が混在し、さらに微結晶相は、元素Mの酸化物を含んだ構造を有するものであるとより好ましい。
【0048】
3.組成式が、T100-d-e-f-gdefgで表され、bcc−Fe、bcc−FeCo、bcc−Coの1種または2種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【0049】
ただし、元素Tは、Fe、Coのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Xは、Si、Alのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti、Zr、Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれる1種または2種以上の元素であり、元素Zは、C、Nのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Qは、Cr,Re,Ru,Rh,Ni,Pd,Pt,Auから選ばれる1種または2種以上の元素であり、d、e、f、gはat%で、0≦d≦25、1≦e≦10、0.5≦f≦15、0≦g≦10の関係を満足するもの。
【0050】
d、e、f、gが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Hcも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金薄膜を得ることができる。
【0051】
4.組成式が、T100-p-q-e-f-gSipAlqefgで表され、bcc−Fe、bcc−FeCo、bcc−Coの1種または2種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【0052】
ただし、元素Tは、Fe、Coのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti、Zr、Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれる1種または2種以上の元素であり、元素Zは、C、Nのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Qは、Cr,Re,Ru,Rh,Ni,Pd,Pt,Auから選ばれる1種または2種以上の元素であり、p、q、e、f、gはat%で、8≦p≦15、0≦q≦10、1≦e≦10、0.5≦f≦15、0≦g≦10の関係を満足するもの。
【0053】
p、q、e、f、gが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Hcも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金を得ることができる。
【0054】
また、前記感磁部が、以下に示すような非晶質軟磁性合金薄膜または薄帯を有するものとして形成されていてもよい。
【0055】
5.組成式が、(Fe1-aCoa100-x-y(Si1-bbxyで示される非晶質軟磁性合金薄膜または薄帯。
【0056】
ただし、MはCr、Ruのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すa、bは0.05≦a≦0.1、0.2≦b≦0.8であり、x、yはat%で10≦x≦35、0≦y≦7の関係を満足するもの。
【0057】
前記(Fe1-aCoa100-x-y(Si1-bbxy系の軟磁性合金薄膜又は薄帯では、aが0.05≦a≦0.1の範囲を越えると、磁歪が大きくなるので好ましくない。また、bが0.2≦b≦0.8の範囲を越えると、非晶質化が困難になり好ましくない。さらに、xが10≦x≦35の範囲を越えると非晶質化が困難になり好ましくない。また、x>35であると磁気特性が劣化するので好ましくない。
【0058】
6.組成式が、ColTamHfnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金薄膜。
【0059】
ただし、l、m、nはat%で、70≦l≦90、5≦m≦21、6.6≦n≦15、1≦m/n≦2.5の関係を満足するもの。
【0060】
前記ColTamHfn系の軟磁性合金薄膜においては、飽和磁束密度BsはCoの含有量に依存しており、高い飽和磁束密度Bsを得るには、70≦lであることが必要である。しかし、l>90であると、比抵抗ρが低くなるので好ましくない。
【0061】
TaおよびHfは軟磁気特性を得るための元素であり、5≦m≦21、6.6≦n≦15とすることにより、飽和磁束密度Bsが大きく、比抵抗ρも大きい軟磁性材料を得ることができる。また、Hfは、Co−Ta系において発生する負の磁歪定数λを解消するための元素でもある。磁歪定数λは、Taの含有量とHfの含有量の比に依存し、1≦m/n≦2.5の範囲内であると、磁歪定数λを良好に解消することができる。
【0062】
7.組成式が、CoaZrbNbcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金薄膜。
【0063】
ただし、a、b、cはat%で、78≦a≦91、0.5≦b/c≦0.8の関係を満足するもの。
【0064】
飽和磁束密度BsはCoの濃度に依存し、Bsを大きくするためには、78≦a≦91にする必要がある。a>91であると、耐食性が低下すると共にアモルファス構造になりにくくなり、結晶化し始めるので好ましくない。また、a<78であると、Coどうしが隣接する割合が減り、軟磁気特性を示しにくくなるので好ましくない。透磁率μも、Coの濃度に依存し、78≦a≦91の範囲で高い値を示す。
【0091】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子を示す斜視図である。
【0092】
図1の磁気インピーダンス効果素子Mは、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜22、導電体部である導電性薄膜23、及び軟磁性薄膜24が順次積層されて形成された感磁部25、および感磁部25の両端部にCu、Ni、Ti、Crなどの導電性材料により形成された電極部26,26によって構成されている。感磁部25は、略長方形状または線状にパターン形成されている。また、感磁部25はU字形状またはジグザグ状に形成されてもよい。
【0093】
なお、図1では、電極部26,26が感磁部25の素子長手方向の両端部に形成されているが、電極部26,26は、軟磁性薄膜24の上面の両端部付近上にCuなどの導電性材料を積層して形成されてもよい。
【0094】
磁気インピーダンス効果素子Mに電極部26,26から素子長手方向(Y方向)に駆動交流電流を与え、感磁部25を素子幅方向(X方向)に励磁する。この状態で、外部磁界Hexが素子長手方向に印加されると、感磁部25のインピーダンスが変化する。感磁部25のインピーダンス変化を、電極部26,26間の電圧の変化として取り出す。
【0095】
ここで、素子長手方向は、駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【0096】
また、感磁部25がU字型やつづら折れ形状で形成されているときは、感磁部の中のもっとも長い直線部分の延長方向が素子長手方向となり、この方向が駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【0097】
なお、感磁部25上に、絶縁材料からなる保護層が形成されてもよい。
軟磁性薄膜22,24は、例えば、組成式がFe71.4Al5.8Si13.1Hf3.34.5Ru1.9(at%)で表される、bcc−Feの結晶粒を主体とし、bcc−Feの周囲にHfCの結晶粒が存在する平均結晶粒径5〜30nmの微結晶軟磁性合金薄膜である。
【0098】
この組成以外のT―X―M―Z―Q系(元素Tは、Fe、Coのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Xは、Si、Alの内どちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti、Zr、Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれる1種または2種以上の元素であり、元素Zは、C、Nのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Qは、Cr,Re,Ru,Rh,Ni,Pd,Pt,Auから選ばれる1種または2種以上の元素)の微結晶軟磁性合金薄膜や、Co−T−M−X―O系(元素Tは、Fe、Niのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素から選ばれる1種または2種以上の元素であり、Xは、Au,Ag,Cu,Ru,Rh,Os,Ir,Pt,Pdから選ばれる1種あるいは2種以上の元素)の組成を有し、bcc−Fe、bcc−FeCo、bcc−Co等からなる平均結晶粒径10〜30nmの結晶相とMの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の50%以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜や、Fe―M―O系(Mは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wと希土類元素から選ばれる1種あるいは2種以上の元素)の組成を有し、bcc−Feを主体とする平均結晶粒径10〜30nmの結晶相とMの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の50%以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜22,24が形成されていてもよい。
【0099】
あるいは、Fe−Co−Si−B―M系(Mは、Cr,Ruのうちいずれか一方あるいは両方を含む元素)の非晶質軟磁性合金薄膜や、Co―Ta―Hf系の非晶質軟磁性合金薄膜や、Co−Zr−Nb系の非晶質軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜22,24が形成されていてもよい。
【0100】
導電性薄膜23は、Cu、Ni、Ti、Crなどの導電性材料により形成される。また、導電性薄膜23を形成するために用いる材料は、軟磁性薄膜22,24より比抵抗の低い材料であれば、どのようなものでもかまわない。例えば、Fe,Coを含む強磁性材料であっても、NiO,CoOなどの反強磁性材料であってもよい。ただし、導電性薄膜23を形成するために用いる材料の比抵抗は、軟磁性薄膜22,24を形成するために用いる材料の比抵抗の1/10以下の比抵抗の材料であることが好ましい。
【0101】
本実施の形態では、感磁部25が軟磁性薄膜22,24と導電性薄膜23とが交互に積層されたものとして形成されている。軟磁性材料からなる軟磁性薄膜22,24と、この軟磁性材料よりも比抵抗の低い材料によって形成された導電性薄膜23とが接した構造を有していると、感磁部25に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は軟磁性薄膜22,24内を流れる電流と導電性薄膜23内を流れる電流とに分れて流れる。その結果、前記駆動交流電流が流れるときの感磁部25の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【0102】
また、感磁部25が、透磁率の高い軟磁性薄膜22,24と導電率の高い導電性薄膜23とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができる。従って、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【0103】
図2は、本発明の第2の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【0104】
図2の磁気インピーダンス効果素子は、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜32、導電体部である導電性薄膜33、及び軟磁性薄膜34が順次積層されて形成された感磁部35を有している。本実施の形態では、感磁部35の、最上層の軟磁性薄膜34と最下層の軟磁性薄膜32とが、素子幅方向の端部において磁気的に結合されており、感磁部35に駆動交流電流が流されたときに、軟磁性薄膜34と軟磁性薄膜32に閉じた周回磁界が発生させることができる。
【0105】
図3は、本発明の第3の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【0106】
図3の磁気インピーダンス効果素子は、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜42、導電体部である導電性薄膜43、及び軟磁性薄膜44が順次積層されて形成された感磁部45を有している。本実施の形態では、感磁部45が基板21の表面21aから離れるにつれて、素子幅方向(Y方向)寸法が徐々に短くなるものとして形成されている。従って、膜応力を分散できて、感磁部45が基板から剥がれることを防止でき、また、感磁部45を安定した形状に維持できる。
【0107】
なお、感磁部45の断面形状は、図3のような形状に限らず、感磁部45の上面45aの素子幅方向寸法が、感磁部45の底面45bの素子幅方向寸法より短くされていればよい。例えば、感磁部45の素子幅方向の両端部が階段状に形成されても良い。
【0108】
図4は、本発明の第4の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【0109】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、必ずしも、軟磁性薄膜と導電性薄膜が、上下方向に順次積層されたものでなくともよい。
【0110】
例えば、図4に示されるように、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板21の表面21aの同一面上に、軟磁性薄膜52、導電性薄膜53、及び軟磁性薄膜54が形成され、軟磁性薄膜52及び導電性薄膜53が互いに接触し、さらに、導電性薄膜53及び軟磁性薄膜54が互いに接触した構造を有する感磁部55を有する磁気インピーダンス効果素子であってもよい。
【0111】
図4の感磁部55を有する磁気インピーダンス効果素子でも、感磁部55に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は軟磁性薄膜52,54内を流れる電流と導電性薄膜53内を流れる電流とに分れて流れる。その結果、前記駆動交流電流が流れるときの感磁部55の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【0112】
また、感磁部55が、透磁率の高い軟磁性薄膜52,54と導電率の高い導電性薄膜53とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができる。従って、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【0113】
図5は、本発明の第5の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【0114】
本発明では、感磁部の軟磁性薄膜と導電性薄膜が何層積層されてもかまわない。
【0115】
例えば、図5のように、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜62、導電体部である導電性薄膜63、軟磁性薄膜64、導電性薄膜65、軟磁性薄膜66が順次積層されて形成された感磁部67を有した磁気インピーダンス効果素子でもよい。
【0116】
なお、最上層の軟磁性薄膜66と最下層の軟磁性薄膜62とが、素子幅方向の端部において磁気的に結合されていてもよい。また、感磁部67が基板21の表面21aから離れるにつれて、素子幅方向(Y方向)寸法が徐々に短くなるものとして形成されてもよい。
【0117】
図6は、本発明の第6の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【0118】
本発明では、必ずしも、感磁部の導電性薄膜が,複数の軟磁性薄膜によって挟まれていなくともよい。
【0119】
例えば、図6のように、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性薄膜72及び導電性薄膜73のみが順次積層されて形成された感磁部74を有した磁気インピーダンス効果素子でもよい。
【0120】
なお、感磁部35、45、55、67、及び74の両端部に、感磁部の素子長手方向(Y方向)に駆動交流電流を与えるための電極部が、Cu、Ni、Ti、Crなどの導電性材料により形成される。感磁部35、45、55、67、及び74は、略長方形状または線状にパターン形成されている。または、感磁部35、45、55、67、及び74は、U字形状またはジグザグ状に形成されてもよい。
【0121】
感磁部35、45、55、67、及び74の素子長手方向(Y方向)に駆動交流電流を与え、素子幅方向(X方向)に励磁する。この状態で、外部磁界Hexが素子長手方向に印加されると、感磁部35、45、55、67、及び74のインピーダンスが変化する。感磁部35、45、55、67、及び74のインピーダンス変化を、電極部間の電圧の変化として取り出す。
【0122】
なお、感磁部35、45、55、67、及び74上に、絶縁材料からなる保護層が形成されてもよい。
【0123】
図7は、参考例の磁気インピーダンス効果素子の斜視図であり、図8は、図7の磁気インピーダンス効果素子を8−8線からみた断面図である。
【0124】
図7及び図8の磁気インピーダンス効果素子では、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性薄膜81、絶縁性材料からなる絶縁層82、導電性薄膜83、絶縁層84、軟磁性薄膜85が順次積層されて感磁部86が形成されている。
【0125】
軟磁性薄膜81と導電性薄膜83は、絶縁層82によって電気的に絶縁されている。また、導電性薄膜83と軟磁性薄膜85は、絶縁層84によって電気的に絶縁されている。
【0126】
感磁部86の両端部には、導電性薄膜83の素子長手方向(Y方向)に駆動交流電流を与えるための電極部87,87が、Cu、Ni、Ti、Crなどの導電性材料により形成される。電極部87,87は導電性薄膜83にのみ接続されている。軟磁性薄膜81と電極部87,87は、絶縁層82によって電気的に絶縁されている。また、軟磁性薄膜85と電極部87,87は、絶縁層84によって電気的に絶縁されている。従って、駆動交流電流は導電性薄膜83のみに流される。
【0127】
導電性薄膜83の素子長手方向(Y方向)に駆動交流電流を与え、素子幅方向(X方向)に励磁する。この状態で、外部磁界Hexが素子長手方向に印加されると、感磁部86のインピーダンスが変化する。感磁部86のインピーダンス変化を、電極部間の電圧の変化として取り出す。
【0128】
駆動交流電流が導電性薄膜83のみに流され、軟磁性薄膜81,85には流されないようにすると、駆動交流電流による励磁磁界を効率よく発生させることができ、より顕著な磁気インピーダンス効果を引き出すことが可能になる。
【0129】
感磁部86は、略長方形状または線状にパターン形成されている。または、感磁部86は、U字形状またはジグザグ状に形成されてもよい。
【0130】
図9は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と、磁界検出感度の関係を示すグラフである。図9のグラフでは、感磁部の素子長さLを4mmまたは6mmに固定し、素子幅Wを変えることにより感磁部のアスペクト比W/Lを変化させた。図9から明らかなように、感磁部のアスペクト比W/Lが0.1以下になると、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上することがわかる。特に、感磁部の素子長さLが6mmのときには、感磁部のアスペクト比W/Lが約0.08以下になると、さらに、急激に磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上することがわかる。
【0131】
なお、感磁部がU字型、つづら折れ状に形成される場合には、前記感磁部の素子長手方向を向いた部位の長さの総和が素子長さLとなる。
【0132】
本実施の形態では、感磁部25は、例えば、素子幅Wを0.10mm、素子長さLを6mmとして形成されている。このとき、磁気インピーダンス効果素子Mの感磁部25のアスペクト比は、W/L=0.017である。
【0133】
図1に示された磁気インピーダンス効果素子Mの、素子長さ6mm、アスペクト比が0.017であると、図9のグラフから、約2.5(mV・m/A)(約200(mV/Oe))もの高感度を有することがわかる。
【0134】
図10は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比(W/L)と、感磁部の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値(Hp)との関係を示すグラフである。
【0135】
図10のグラフから、磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比(W/L)を小さくすると、感磁部の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値(Hp)も小さくなることがわかる。図3のグラフでは、感磁部の素子長さを4mmまたは6mmに固定し、素子幅を変えることにより感磁部のアスペクト比を変化させている。
【0136】
例えば、感磁部の素子長さが6mmのとき、アスペクト比(W/L)を約0.1以下にすると、感磁部の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値(Hp)の値は、320(A/m)(4(Oe))以下になる。また、感磁部の素子長さが4mmのときも、アスペクト比(W/L)を約0.1以下にすると、出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値(Hp)が、320(A/m)(4(Oe))以下になる。
【0137】
また、感磁部の素子長さが6mmのとき、アスペクト比(W/L)を約0.05以下にすると、出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値(Hp)が160(A/m)(2(Oe))以下になる。
【0138】
図1に示された本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子Mの感磁部25は、素子長さ6mm、アスペクト比が0.017であるので、図10のグラフから、出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値が、おおよそ0〜24(A/m)(0.3(Oe))の範囲にあることがわかる。
【0139】
図11は、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を説明するための概念図である。
【0140】
図1の磁気インピーダンス効果素子Mの電極部26,26から感磁部25の両端部に駆動交流電流を与えた状態で、外部磁界Hexを、磁気インピーダンス効果素子Mの素子長手方向に印加する。印加した外部磁界Hexの大きさを変化させつつ、出力電圧Emiを測定すると図11のようなグラフが得られる。
【0141】
図11の磁気インピーダンス効果特性を示す概念図は、外部磁界Hexの大きさがHp+あるいはHp-であるときの出力電圧Emiの値を示す点を頂点とする双峰形状をなしている。また、Hp+とHp-の絶対値の大きさはほとんど等しくおおよそ0〜24(A/m)(0.3(Oe))である。
【0142】
図11をみると、外部磁界Hexの大きさがHp+またはHp-に近づくにつれて、出力電圧Emiの変化率が大きくなっている。すなわち、外部磁界Hexの検出感度は、外部磁界Hexの大きさがHp+またはHp-付近にあるときに良好になる。
【0143】
Hp+またはHp-の大きさの絶対値がおおよそ0〜24(A/m)(0.3(Oe))であるとき、外部磁界Hex=0付近における外部磁界Hexの検出感度を良好にするために、感磁部25の素子長手方向に印加するバイアス磁界の大きさは、例えば、HB=0〜80(A/m)(1(Oe))であれば充分である。なお、後述する実施例において、磁気インピーダンス効果素子の、実測値に基づいた磁気インピーダンス効果特性のグラフについて説明する。
【0144】
なお、Hp+またはHp-の大きさの絶対値が400(A/m)(5(Oe))以下、好ましくは320(A/m)(4(Oe))以下、より好ましくは160(A/m)(2Oe)以下であれば、感磁部25の素子長手方向に印加するバイアス磁界の大きさを400(A/m)(5(Oe))以下、好ましくは320(A/m)(4(Oe))以下、より好ましくは160(A/m)(2Oe)以下にできる。
【0145】
感磁部25の素子長手方向に印加する必要なバイアス磁界の大きさを、400(A/m)以下にすることができると、感磁部25の周辺に形成された硬磁性材料や、或いは感磁部25に重ねて形成された硬磁性材料や反強磁性材料からなる磁性膜から発生する磁界を、バイアス磁界として用いることが可能になる。
【0146】
また、感磁部25の素子長手方向に印加するバイアス磁界の大きさを400(A/m)(5(Oe))以下、好ましくは320(A/m)(4(Oe))以下、より好ましくは160(A/m)(2Oe)以下にできると、感磁部25にバイアス磁界を与えるために、感磁部25の周囲に巻回するコイルの巻回数も少なくなり、磁気インピーダンス効果素子を製造する際の工程を簡略化することができるようになる。また、磁気インピーダンス効果素子Mを磁気ヘッドや微弱磁界検出器に適用する際に必要な小型化も容易になる。さらに、バイアス磁界を発生させるためにコイルに与える直流電流も小さくすることができるので、磁気インピーダンス効果素子Mの省電力化も容易になる。
【0147】
磁気インピーダンス効果素子の感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lを小さくしていくと、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上するという効果が得られるのは以下の理由による。
【0148】
前記感磁部は高周波数の交流電流によって励磁されるので、表皮効果が強く現れる。このとき、前記感磁部の素子幅W、素子長さL、比抵抗ρ、励磁周波数ω、素子幅方向の透磁率μと前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|との間には、次の(数2)によって示される関係がある。
【0149】
【数2】
Figure 0003936137
(数2)から、前記感磁部の素子幅W、素子長さL、比抵抗ρ、励磁周波数ωを一定としたとき、前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|は、素子幅方向の透磁率μの1/2乗に比例することがわかる。
【0150】
素子長手方向に交流電流が与えられ、素子幅方向に励磁されている前記感磁部の素子長手方向に、外部磁界が印加されると、前記感磁部の素子幅方向の透磁率μが変化し、前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|が変化する。前記感磁部のインピーダンスの大きさ|Z|の変化を測定することにより、前記感磁部に印加された外部磁界を検知する。
【0151】
アスペクト比W/Lが小さくなると、素子幅方向の透磁率μの変化に対するインピーダンスの大きさ|Z|の変化率が大きくなる。すなわち、前記感磁部の両端から引き出される出力電圧の大きさの変化が大きくなり、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上する。
【0152】
図12は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を構成する軟磁性薄膜の、磁区構造の一例を示す概念平面図である。
【0153】
図12では、図1に示された磁気インピーダンス効果素子Mの感磁部25を構成する軟磁性薄膜22,24のうち、軟磁性薄膜22の磁区構造を示しているが、軟磁性薄膜24の磁区構造も、軟磁性薄膜22の磁区構造とほぼ同様である。軟磁性薄膜22は、静磁場中で形成され、あるいは、異方性の強い軟磁性材料を用いて形成されることにより、素子幅方向の磁気異方性を持たされている。したがって、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区22aが形成されている。なお、図12の軟磁性薄膜22の素子幅をW1とする。
【0154】
一方、形状磁気異方性により軟磁性薄膜22の素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区22bが形成される。
【0155】
軟磁性薄膜22のアスペクト比が大きいと、素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区22bの総面積が、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区22aの総面積よりも、著しく狭くなる。
【0156】
図13は、磁気インピーダンス効果素子Mの軟磁性薄膜22の他の磁区構造を示す平面概念図である。
【0157】
例えば、軟磁性薄膜22の素子幅をW1より小さいW2にすることによって、軟磁性薄膜22のアスペクト比を0.1より小さくする。
【0158】
図13において、磁区22bは、磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区であり、磁区22aは、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である。図13において、磁区22bの総面積は、図12の磁区22bの総面積とほとんど変わらず、磁区22aの総面積は、図12の磁区22aの総面積より減少し、磁区22aと磁区22bの総面積の値が等しくなっている。すると、軟磁性薄膜22の全体としての磁気異方性の方向がほぼ等方的な状態になる。
【0159】
素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区22bの総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区22aの総面積が拮抗すると、すなわち、素子幅方向と素子長手方向の磁気異方性エネルギーがつり合うと、軟磁性薄膜22は、磁気異方性の方向が全体としてほぼ等方的な状態になる。つまり、軟磁性薄膜22の磁気モーメントはある方向に固定されにくくなり、交流電流によって励磁されたときに磁気モーメントの方向を変化させやすくなっている。すなわち、軟磁性薄膜22の素子幅方向の透磁率μは増加している。
【0160】
軟磁性薄膜22の素子幅方向の透磁率μが最大値をとるとき、軟磁性薄膜22のインピーダンスの大きさZが最大となり、軟磁性薄膜22の両端からの出力電圧も最大になる。
【0161】
図13では、外部磁界を印加していないときに、軟磁性薄膜22は磁気異方性の方向が全体として等方的な状態に近い状態にされている。
【0162】
従って、軟磁性薄膜22の素子長手方向に、外部磁界Hexを印加しなくとも、或いはわずかに外部磁界Hexを印加するだけで、軟磁性薄膜22の磁気異方性の方向を全体としてほぼ等方的な状態にさせ、軟磁性薄膜22の素子幅方向の透磁率μを最大にさせることができ、さらに軟磁性薄膜22の両端からの出力電圧Emiを最大にさせることができる。
【0163】
すなわち、駆動交流電流が与えられている軟磁性薄膜22に外部磁界Hexを印加したときに、軟磁性薄膜22からの出力電圧Emiを最大とする外部磁界Hexの大きさの絶対値Hpを小さくさせることができる。
【0164】
なお、軟磁性薄膜22が単磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分が釣り合っていてもよい。
【0165】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子では、図14に示されるように、素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区22bの総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区22aの総面積より大きい場合においても、軟磁性薄膜22の磁気異方性の方向を全体として等方的な状態に近い状態にすることができ、磁区22bの総面積と磁区22aの総面積とが拮抗している磁区構造の軟磁性薄膜22を有する磁気インピーダンス効果素子と同等の磁界検出感度を得ることができる。
【0166】
また、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子では、磁界検出感度を、少なくとも磁界センサとして実用可能な範囲である0.3(mV・m/A)(25mV/Oe)以上にすることができる。
【0167】
また、感磁部25の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値を小さくさせることができる。
【0168】
図15から図17は、本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を薄膜磁性体によって与えることのできる磁気インピーダンス効果素子の縦断面図である。
【0169】
図15の磁気インピーダンス効果素子は、基板21上に軟磁性薄膜91、導電性薄膜92、軟磁性薄膜93からなる感磁部94が形成され、感磁部94の素子長手方向の両端部に電極95,95が形成され、さらに、感磁部94の両端部に接触する磁性薄膜である硬磁性体層96,96が設けられたものである。硬磁性体層96,96は、CoPtなどの硬磁性材料によって形成される。
【0170】
硬磁性体層96,96によって与えることのできるバイアス磁界の大きさは、最大で400A/m程度であるが、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子では、感磁部94の素子長手方向に印加する必要なバイアス磁界の大きさを、400(A/m)以下にすることができるので、図15のような硬磁性体層96,96によって、感磁部94に十分なバイアス磁界をかけることができる。すなわち、バイアス磁界を与えるために直流電流が流される巻線コイルを用いなくてすむので、磁気インピーダンス効果素子の小型化・低消費電力化を達成できる。
【0171】
また、図16に示されるように、硬磁性体層96,96が、感磁部94の素子長手方向の両端部に形成され、硬磁性体層96,96上に電極95,95が形成されてもよい。
【0172】
あるいは、図17に示されるように、感磁部94の上層及び下層に反強磁性層97,97を積層し、感磁部94の軟磁性薄膜91,93と反強磁性層97,97との界面に生じる交換異方性磁界によって、感磁部94に必要なバイアス磁界を与えることも可能である。
【0173】
図18及び図19は、図1の磁気インピーダンス効果素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【0174】
図18は、アルミナチタンカーバイド、ガラス、セラミック、結晶化ガラスなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性薄膜22、導電性薄膜23及び軟磁性薄膜24を順次スパッタ法、蒸着法或いはメッキ法などによって成膜し、積層した状態を示す斜視図である。
【0175】
軟磁性薄膜22及び24は、例えば、組成式がFe71.4Al5.8Si13.1Hf3.34.5Ru1.9で表される、bcc−Feの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である。
【0176】
この組成以外のT―X―M―Z―Q系(元素Tは、Fe、Coのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Xは、Si、Alの内どちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti、Zr、Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれる1種または2種以上の元素であり、元素Zは、C、Nのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Qは、Cr,Re,Ru,Rh,Ni,Pd,Pt,Auから選ばれる1種または2種以上の元素)の微結晶軟磁性合金薄膜や、Co−T−M−X―O系(元素Tは、Fe、Niのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素から選ばれる1種または2種以上の元素であり、Xは、Au,Ag,Cu,Ru,Rh,Os,Ir,Pt,Pdから選ばれる1種あるいは2種以上の元素)の組成を有し、bcc−Fe、bcc−FeCo、bcc−Co等からなる平均結晶粒径10〜30nmの結晶相とMの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の50%以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜や、Fe―M―O系(Mは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wと希土類元素から選ばれる1種あるいは2種以上の元素)の組成を有し、bcc−Feを主体とする平均結晶粒径10〜30nmの結晶相とMの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の50%以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜22及び24が形成されていてもよい。
【0177】
あるいは、Co―Ta―Hf系の非晶質軟磁性合金薄膜や、Co−Zr−Nb系の非晶質軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜22及び24を形成してもよい。
【0178】
導電性薄膜23は、Cu、Ni、Ti、Crなどの導電性材料により形成される。また、導電性薄膜23を形成するために用いる材料は、軟磁性薄膜22,24より比抵抗の低い材料であれば、どのようなものでもかまわない。例えば、Fe,Coを含む強磁性材料であっても、NiO,CoOなどの反強磁性材料であってもよい。ただし、導電性薄膜23を形成するために用いる材料の比抵抗は、軟磁性薄膜22,24を形成するために用いる材料の比抵抗の1/10以下の比抵抗の材料であることが好ましい。
【0179】
なお、本実施の形態では、軟磁性薄膜22、導電性薄膜23、及び軟磁性薄膜24の成膜をRFマグネトロンスパッタ装置を用いて行った。成膜時の条件は以下の範囲である。
【0180】
高周波電力:200〜400(W)
Arガス圧:50(sccm)
成膜時圧力:3〜7(mTorr)
成膜時静磁場強度:790以上(A/m)
成膜速度:10〜33.5(nm/分)
なお、標準条件は、高周波電力が400(W)、Arガス圧が50(sccm)、成膜時圧力が7(mTorr)、成膜時静磁場強度が4740(A/m)、成膜速度が33.5(nm/分)である。また、基板の冷却は間接冷却によって行った。
【0181】
次に、軟磁性薄膜22、導電性薄膜23、及び軟磁性薄膜24をフォトリソグラフィーおよびエッチングによって、図19に示されるようにパターン形成して感磁部25を形成する。このとき、感磁部25を素子幅Wと素子長さLの比W/L(アスペクト比)が、0.1以下になるように略長方形にパターン形成する。
【0182】
感磁部25は、例えば、素子幅Wを100μm、素子長さLを6mmとして形成される。したがって、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子Mの感磁部25のアスペクト比は、W/L=0.017である。
【0183】
なお、感磁部25は、基板21上一面に形成されるが、図6ではそのうち一部のみを示している。
【0184】
本実施の形態では、感磁部25をパターン形成した後、感磁部25の素子幅方向に静磁場H2をかけ、熱処理にかける。
【0185】
なお、軟磁性薄膜22及び軟磁性薄膜24を成膜するときに、図1の磁気インピーダンス効果素子が完成したときに素子幅方向となる図18の矢印方向に静磁場H1をかけてもよい。このように磁場中成膜を行なったときには、成膜後の静磁場中熱処理の工程を省略することが可能である。または、磁場中成膜後に、静磁場中熱処理の代りに回転磁場中、または無磁場中熱処理を行なってもよい。
【0186】
静磁場中熱処理、あるいは回転磁場中または無磁場中熱処理の条件は、以下の範囲である。
【0187】
静磁場強度:0〜79000(A/m)
熱処理温度:540〜675(℃)
熱処理時間:20〜30(分)
昇温レート:10〜14(℃/分)
なお、標準条件は、静磁場強度が79000(A/m)、熱処理温度が575(℃)、熱処理時間が30(分)、昇温レートが13.6(℃/分)である。
【0188】
なお、本実施の形態では、図18のように軟磁性薄膜22、導電性薄膜23、及び軟磁性薄膜24を順次成膜した後に、図19のように、感磁部25をパターン形成した後で、静磁場中熱処理を施しているが、軟磁性薄膜22、導電性薄膜23、及び軟磁性薄膜24の成膜後、感磁部25をパターン形成する前、すなわち、図18の状態で、静磁場中熱処理を施し、その後、感磁部25をパターン形成してもよい。
【0189】
静磁場中、回転磁場中、または無磁場中での熱処理は、前記軟磁性薄膜の素子長手方向に発生する形状磁気異方性と素子幅方向の磁気異方性とをほぼ拮抗させ、前記感磁部の磁気異方性の方向を全体としてほぼ等方的な状態にさせるために行われる。
【0190】
すなわち、前記磁場中成膜及び熱処理工程は、アスペクト比W/Lを小さくさせたときにおいても、素子幅方向の透磁率μを高く維持するために行われるのであり、単に軟磁性薄膜の素子幅方向に磁気異方性を持たせるためだけのものではない。
【0191】
感磁部25をパターン形成し、磁場中熱処理を施した後に、図1のように、感磁部25の両端部に、Cu、Ni、Ti、Crなどの導電性材料からなる電極部26,26をスパッタ法、フォトリソグラフィー、およびエッチングによって形成する。
【0192】
電極部26,26を形成後、基板21を切断し、図1のような個々の磁気インピーダンス効果素子Mとする。
【0193】
図2のような磁気インピーダンス効果素子を製造するときは、基板21上に軟磁性薄膜32、導電性薄膜33をパターン形成し、その後、軟磁性薄膜34を成膜して、軟磁性薄膜32と軟磁性薄膜34とが素子幅方向の両端部で磁気的に接続されるようにする。
【0194】
図3のような磁気インピーダンス効果素子を製造するときには、アルミナチタンカーバイド、ガラス、セラミック、結晶化ガラスなどの非磁性材料からなる基板21上に、軟磁性薄膜42、導電性薄膜43及び軟磁性薄膜44を順次スパッタ法、蒸着法或いはメッキ法などによって成膜して、図18と同様の多層膜を形成した後、軟磁性薄膜44上にフォトレジストを積層する。前記フォトレジストは形成される感磁部45と同じ形状、同じ大きさで形成する。例えば、幅100μm、長さ6mmの略長方形状で形成する。
【0195】
次に、フッ酸、過酸化水素水などを含む酸性水溶液を用いて、前記フォトレジストが積層された多層膜にエッチング処理を施すことにより、感磁部45をパターン形成する。このエッチング処理により、感磁部45を、基板21の表面から離れるにつれて、素子幅方向(X方向)寸法が徐々に短くなるもの、すなわち図3のように素子幅方向の両端部にテーパー面45c、45cが形成されたものとして形成することができる。
【0196】
また、図7及び図8に示された磁気インピーダンス効果素子を製造するときには、基板21上に軟磁性薄膜81をパターン形成した後、絶縁層82、導電性薄膜83、絶縁層84を順次積層し、導電性薄膜83のみと電気的に接続される電極部87,87を形成すればよい。
【0197】
なお、図19では、磁気インピーダンス効果素子の感磁部25は、導電性薄膜23の上下に軟磁性薄膜22と軟磁性薄膜24とが積層された構造であるが、軟磁性薄膜24上にさらに導電性薄膜及び軟磁性薄膜を積層する工程を繰り返し行なってもよい。
【0198】
なお、図2から図8に示された磁気インピーダンス効果素子を製造する際にも、感磁部35,45,55,67,74,86を形成した後、感磁部35,45,55,67,74,86の素子幅方向に静磁場をかける。
【0199】
なお、感磁部35,45,55,67,74,86に含まれる軟磁性薄膜を成膜するときに、感磁部の素子幅方向となる方向に静磁場をかけてもよい。このように磁場中成膜を行なったときには、成膜後の静磁場中熱処理の工程を省略することが可能である。または、磁場中成膜後に、静磁場中熱処理の代りに回転磁場中、または無磁場中熱処理を行なってもよい。
【0200】
また、感磁部25,35,45,55,67,74,86をU字型もしくはつづら折れ状にパターン形成してもよい。感磁部25,35,45,55,67,74,86がU字型、つづら折れ状に形成される場合には、感磁部25,35,45,55,67,74,86の素子長手方向を向いた部位の長さの総和が素子長さLとなる。感磁部25,35,45,55,67,74,86がU字型やつづら折れ形状で形成されているときは、感磁部25,35,45,55,67,74,86の中のもっとも長い直線部分の延長方向が素子長手方向となり、この方向が駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【0201】
感磁部25,35,45,55,67,74,86は、例えば、素子幅Wを0.10mm、素子長さLを6mmとして形成される。このとき、磁気インピーダンス効果素子の感磁部25,35,45,55,67,74,86のアスペクト比は、W/L=0.017である。
【0202】
このとき、磁気インピーダンス効果素子の形成後、感磁部25,35,45,55,67,74,86の素子長手方向に、駆動交流電流を与えつつ外部磁界を印加したときに、感磁部25,35,45,55,67,74,86の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値は、400(A/m)以下になる。
【0203】
感磁部25,35,45,55,67,74,86の成膜を、静磁場中で行わせることにより、感磁部25,35,45,55,67,74,86に含まれる軟磁性薄膜の、素子長手方向(X方向)の形状磁気異方性エネルギーと素子幅方向(Y方向)の磁気異方性エネルギーとをほぼつり合わせることができる。すなわち、図13に示されるように、素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区22bの総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区22aの総面積に等しい磁区構造を有するもの、あるいは、図14に示されるように、素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区22bの総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区22aの総面積より大きい磁区構造を持つものが得られる。
【0204】
図20は、本実施の形態において用いられたRFマグネトロンスパッタ装置の内部構造を示す構成図である。
【0205】
図20に示されるように、マグネトロンスパッタ装置101のチャンバー102内には、ターゲット103、104を取り付けるための電極部105と、ターゲット103、104と対向する位置に、基板保持部106とが設けられている。なお基板保持部106上には、基板21が置かれている。
【0206】
ターゲット103は軟磁性材料、ターゲット104は導電性材料からなっている。また、ターゲット103とターゲット104の間には遮蔽板107が設けられている。
【0207】
電極部105内には、放電用磁石(図示せず)が設けられており、この放電用磁石から発生する磁場によって、ターゲット103、104の表面には、エロージョン領域(図示しない)が形成される。
【0208】
また、チャンバー102には、ガス導入口108と、ガス排気口109とが設けられており、ガス導入口108からAr(アルゴン)ガスが導入される。
【0209】
電極部105に、高周波電源(RF電源)110から高周波が印加されることによって、電場と磁場の相互作用により、マグネトロン放電が発生し、ターゲット103及び104がスパッタされる。
【0210】
薄膜が積層される基板21が軟磁性材料からなるターゲット103の下の領域Aにあるときには、軟磁性薄膜が成膜され、導電性材料からなるターゲット104の下の領域Bにあるときには、導電性薄膜が成膜される。
【0211】
まず、軟磁性材料からなるターゲット103の下の領域Aに基板21を配置する。基板保持部106は、矢印方向に回転している。基板保持部106が回転することによって、基板21上に軟磁性薄膜22が成膜されながら、基板21が非磁性材料からなるターゲット104の下の領域Bに移動し、軟磁性薄膜22上に導電性薄膜23が成膜される。基板保持部106はさらに回転し続けて、基板21は再びターゲット103の下の領域Aに移動し、導電性薄膜23上に軟磁性薄膜24が成膜されて、図18の状態になる。
【0212】
さらに、RFマグネトロンスパッタ装置を稼動し続け、基板保持部106を回転させ続けることにより、導電性薄膜と軟磁性薄膜を任意の層数だけ積層することができる。
【0213】
なお、磁場中成膜を行なう場合には、基板保持部106を挟んで、成膜中の軟磁性薄膜に静磁場をかけるための磁石を設置する。前記磁石は、例えば、Sm−Coなどの硬磁性材料または電磁石などによって形成されている。
【0214】
なお、スパッタ装置としては、図20に示すようなRFマグネトロンスパッタ装置101以外に、RF2極スパッタ装置、RF3極スパッタ装置、イオンビームスパッタ装置、または対向ターゲット式スパッタ装置など既存のものを任意に使用してよい。
【0215】
また、本発明における軟磁性薄膜、導電性薄膜の成膜方法には、スパッタ法の他に蒸着法、MBE(モレキュラー−ビーム−エピタキシー)法、ICB(イオン−クラスター−ビーム)法またはメッキ法などを使用してもよい。
【0216】
また、感磁部25を、軟磁性薄帯を用いて形成する場合には、例えば、図21に示す液体急冷装置Cを用いる。
【0217】
まず、Fe−Co−Si−B系の軟磁性材料が、石英からなるノズル111に投入され、ノズル111の周囲に設けられたヒータ112により加熱され、溶融される。この溶融合金113をノズルの上部から加えられた圧力により高速回転している冷却ロール114上に射出させて接触急冷することにより、軟磁性薄帯115を形成する。
【0218】
得られた軟磁性薄帯115を素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lが、0.1以下になるように、略長方形に切断する。この軟磁性薄帯115の少なくとも一方の面に、導電性薄膜を、スパッタ、蒸着などの方法により形成する。
【0219】
次に、基板上に順次前記導電性薄膜を積層した軟磁性薄帯を少なくとも2枚以上接着積層して感磁部を形成した後、この感磁部を素子幅方向の静磁場中で熱処理にかける。
【0220】
さらに、前記感磁部の両端部に電極部を形成すると、図1のような磁気インピーダンス効果素子が得られる。
【0221】
図22から図25は、図1の磁気インピーダンス効果素子の感磁部25の軟磁性薄膜24をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図である。
【0222】
図22は、感磁部25を素子長手方向(X方向)の長さL=2mm、素子幅方向(Y方向)の長さW=100μm、すなわちアスペクト比W/L=0.05として形成したもの軟磁性薄膜24の磁区構造を示している。また、図23及び図24は、感磁部25を素子長手方向の長さL=4mm、素子幅方向寸法W=100μm、すなわちアスペクト比W/L=0.025として形成したもの軟磁性薄膜24の磁区構造を示している。
【0223】
図22及び図23では、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積と、素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積が拮抗している状態になっており、素子幅方向と素子長手方向の磁気異方性エネルギーがつり合って、磁気異方性の方向が全体としてほぼ等方的な状態になっている。
【0224】
また、図24では、素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積が、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積より大きくなっている。しかし、素子幅方向と素子長手方向の磁気異方性エネルギーがつり合って、磁気異方性の方向が全体としてほぼ等方的な状態になっている。
【0225】
つまり、図22から図24に示されたいずれの軟磁性薄膜24においても、磁気モーメントはある方向に固定されにくくなり、交流電流によって励磁されたときに磁気モーメントの方向を変化させやすくなっている。すなわち、感磁部25の素子幅方向の透磁率μは増加しており、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が大きくなっている。また、感磁部25の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値を小さくさせることができ、必要なバイアス磁界の大きさを小さくできる。
【0226】
図25は、感磁部を素子長手方向(X方向)の長さL=4mm、素子幅方向(Y方向)の長さW=500μm、すなわちアスペクト比W/L=0.125として形成したものの軟磁性薄膜24の磁区構造を示している。
【0227】
図25では、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区が大勢を占めており、磁気異方性の方向が素子幅方向を向いている。
【0228】
すなわち、感磁部の素子幅方向の透磁率μは小さく、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度は小さい。また、感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値も大きく、必要なバイアス磁界も大きくなる。
【0229】
なお、図22から図25のいずれの感磁部も、FeAlSiHfCRu系の組成を有し、bcc−Feの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜によって形成され、また感磁部の膜厚は4μmで形成されている。
【0230】
また、図22から図25では、図1の磁気インピーダンス効果素子の感磁部25の最上層の軟磁性薄膜24の磁区構造を示したが、最下層の軟磁性薄膜22も同様の磁区構造を示した。
【0231】
【実施例】
図26及び図27は、図1に示された磁気インピーダンス効果素子を用いて、磁気インピーダンス効果特性を測定した結果を示すグラフである。
【0232】
図26の磁気インピーダンス効果素子Mの電極部26,26から感磁部25の両端部に駆動交流電流を与えた状態で、外部磁界Hexを、磁気インピーダンス効果素子Mの素子長手方向に印加する。印加した外部磁界Hexの大きさを変化させつつ、出力電圧Emiを測定した。
【0233】
図26は、感磁部をFeAlSiHfCRu系の組成を有し、bcc−Feの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜によって形成し、感磁部25の素子長手方向の長さを4mm、厚さを4μmとし、素子幅方向寸法を変化させたときの結果である。
【0234】
図26を見ると、感磁部25の素子幅方向寸法が1000μm(W/L=0.25)及び500μm(W/L=0.125)のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化がほとんどみられず、磁界センサとして機能していないことが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、400(A/m)を越えている。
【0235】
一方、感磁部25の素子幅方向寸法が100μm(W/L=0.025)のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化は、最大で200mV以上となり、高感度な磁界センサとして機能することが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、160(A/m)である。
【0236】
なお、感磁部25の素子幅方向寸法が100μm(W/L=0.025)のとき、感磁部25を構成する軟磁性薄膜は単磁区構造或いは多磁区構造を有しており、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積が等しいものであるか、または、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きくなっている。
【0237】
図27は、感磁部25をFeAlSiHfCRu系の組成を有し、bcc−Feの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜によって形成し、感磁部25の素子長手方向の長さを6mm、厚さを4μmとし、素子幅方向寸法を変化させたときの結果である。
【0238】
図27を見ると、感磁部25の素子幅方向寸法が1000μm(W/L=0.17)のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化がほとんどみられず、磁界センサとして機能していないことが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、400(A/m)を越えている。
【0239】
一方、感磁部25の素子幅方向寸法が500μm(W/L=0.08)のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化は、最大で50mV以上となり、磁界センサとして機能できることが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、320(A/m)である。さらに、感磁部25の素子幅方向寸法が100μm(W/L=0.017)のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化は、最大で600mV以上となり、非常に高感度な磁界センサとして機能できることが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、0〜24(A/m)である。
【0240】
なお、感磁部25の素子幅方向寸法が500μm又は100μmのとき、感磁部25を構成する軟磁性薄膜は、単磁区構造或いは多磁区構造を有しており、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積が等しいものであるか、または、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きくなっている。
【0241】
図28は、感磁部25の素子長手方向の長さを3mmに固定し、素子幅方向寸法を様々に変えた磁気インピーダンス効果素子を用いて、感磁部25のアスペクト比と外部磁界を印加したときの出力電圧の変化量との関係を調べた結果を示すグラフである。
【0242】
図28に示される出力電圧の変化量とは、外部磁界を320(A/m)変化させたときの電圧変化量である。
【0243】
磁気インピーダンス効果素子を磁界センサとして使用するときには、図28のグラフにおける出力変化量を100mV以上とすることが好ましい。したがって、感磁部のアスペクト比(W/L)を0.004以上にすることが好ましいことがわかる。
【0244】
なお、図28において出力変化量が最大値をとるときの、感磁部のアスペクト比は0.017である。
【0245】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明によれば、磁気インピーダンス効果素子の前記感磁部が、前記軟磁性体部と前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とが接した構造を有しているので、前記感磁部に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は前記軟磁性体部内を流れる電流と前記軟磁性体部内を流れる電流とに分れて流れ、前記駆動交流電流が流れるときの前記感磁部の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【0246】
また、本発明では、前記感磁部が透磁率の高い軟磁性体部と導電率の高い導電体部とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができる。従って、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の斜視図、
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図3】本発明の第3の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図4】本発明の第4の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図5】本発明の第5の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図6】本発明の第6の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図7】参考例の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の斜視図、
【図8】図7の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図9】磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と、磁界検出感度の関係を示すグラフ、
【図10】磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と、感磁部の両端からの出力電圧Emiを最大とする外部磁界の大きさの絶対値Hpとの関係を示すグラフ、
【図11】本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を示す概念図、
【図12】磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁区構造を示す概念平面図、
【図13】磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁区構造を示す概念平面図、
【図14】磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁区構造を示す概念平面図、
【図15】本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を与える硬磁性体層が設けられた磁気インピーダンス効果素子を示す断面図、
【図16】本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を与える硬磁性体層が設けられた磁気インピーダンス効果素子を示す断面図、
【図17】本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を与える反強磁性層が設けられた磁気インピーダンス効果素子を示す断面図、
【図18】アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板上に、感磁部となる軟磁性薄膜と導電性薄膜を成膜した状態を示す斜視図、
【図19】図18の多層膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングによって、パターン形成して感磁部を形成した状態を示す斜視図、
【図20】本発明の磁気インピーダンス効果素子の製造方法を実施するために用いることができるRFマグネトロンスパッタ装置の断面図、
【図21】軟磁性薄帯を形成するための液体急冷装置を示す斜視図、
【図22】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図23】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図24】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図25】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図26】本発明の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性の実測値を示すグラフ、
【図27】本発明の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性の実測値を示すグラフ、
【図28】磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と出力変化量との関係を示すグラフ、
【図29】従来の磁気インピーダンス効果素子を示す斜視図、
【図30】磁気インピーダンス効果素子に駆動交流電流を与え、外部磁界を印加する方法を示す回路図、
【符号の説明】
21 基板
22、24、32、34、42、44、52、54、62、64、66、72、81、85 軟磁性薄膜
23、33、43、53、63、65、73、83 導電性薄膜
25、35、45、55、67、74、86 感磁部
26、87 電極部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a magneto-impedance effect element that can be used as a magnetic field sensor. In particular, the resistance value of the magneto-impedance effect element can be lowered, power consumption can be reduced, and even when the bias magnetic field is reduced, good magnetic field detection Sensitive magneto-impedance effect elementFor childRelated.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the rapid development of information equipment, measuring equipment, control equipment, etc., there is a demand for a magnetic field sensor that is smaller, more sensitive, and faster in response (high-frequency operation) than the conventional magnetic flux detection type. An element (magnetoimpedance effect element) having (Magneto-Impedance-Effect) has been drawing attention.
[0003]
A magneto-impedance effect element is an element whose basic principle is that an output voltage due to impedance generated by applying a minute alternating current to a magnetic wire formed in a wire shape, ribbon shape or thin film shape is changed by an externally applied magnetic field. is there.
[0004]
The change in impedance of the magnetosensitive part made of soft magnetic material due to the application of an external magnetic field is due to the “skin effect” that causes the alternating current to flow near the surface when an alternating current is applied to the magnetic material. It is known to change.
[0005]
FIG. 29 is a perspective view of a conventional magneto-impedance effect element. The magneto-impedance effect element M shown in FIG. 29 includes a magnetosensitive portion 12 formed by forming a soft magnetic material into a thin film by sputtering or vapor deposition on a substrate 11 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide. And electrode portions 13 and 13 formed of a conductive material such as Cu bonded to both ends of the magnetic sensing portion 12. The magnetic sensitive part 12 is patterned in a substantially rectangular shape or linear shape.
29, the element length of the magnetic sensing unit 12 is L, and the element width is W.
[0006]
FIG. 30 is a circuit diagram showing a magnetic field detection circuit configured using a conventional magneto-impedance effect element. In the circuit shown in FIG. 30, when an external magnetic field Hex is applied in the element length direction of the magnetic sensing unit 12 in a state where an alternating current Iac in the MHz band is applied from the power source Eac to the magnetic sensing unit 12, An output voltage Emi due to the material-specific impedance is generated at both ends of the portion 12, and the amplitude of the output voltage Emi changes within a range of several tens of percent corresponding to the strength of the external magnetic field Hex.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional magnetic impedance effect element, the magnetic sensing portion 12 is made of a single-layer soft magnetic thin film. The driving AC current flows in the magnetic sensing unit 12.
[0008]
However, the soft magnetic thin film forming the magnetic sensitive portion 12 is often formed of a material having a high specific resistance, and there is a tendency that the direct current loss is increased. In addition, when the soft magnetic thin film is formed of a material having a high specific resistance, the skin thickness when the driving AC current flows is increased, the DC resistance value is decreased, and an external magnetic field is applied to the magnetosensitive portion 12. Impedance changes are smaller. Accordingly, a sufficient amount of change in output voltage cannot be obtained particularly when the drive voltage is low. As a result, a sufficient amount of change in output with respect to the magnetic field cannot be obtained, resulting in a problem that the magnetic field detection sensitivity is reduced.
[0009]
  The present invention is for solving the above-described conventional problems, and the magnetically sensitive part is in contact with a soft magnetic part and a conductor part having a lower specific resistance than the soft magnetic part. Thus, the magneto-impedance effect element can reduce the resistance value of the magneto-impedance effect element, reduce the power consumption, and obtain a sufficient amount of change in the output voltage even when the drive voltage is low.ChildThe purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention provides a magneto-impedance effect element in which a magneto-sensitive part having a magneto-impedance effect and an electrode part for applying a driving alternating current to the magneto-sensitive part are provided on a substrate made of a non-magnetic material
  The magnetic sensitive part has a soft magnetic part formed of a soft magnetic material, a conductor part having a lower specific resistance than the soft magnetic part, and the soft magnetic part and the conductor part are: At least partially touchingAnd
  The ratio (aspect ratio) W / L of the element width W and the element length L of the magnetosensitive part is 0.1 or less,
  The soft magnetic part has a single-domain structure or a multi-domain structure, and when the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment in each magnetic domain is compared with the component in the element width direction, the component in the element longitudinal direction is more The total area of the large magnetic domains is equal to the total area of the magnetic domains having a larger component in the element width direction.It is characterized by this.
  Alternatively, the present invention provides a magneto-impedance effect element in which a magneto-sensitive part having a magneto-impedance effect and an electrode part for applying a driving AC current to the magneto-sensitive part are provided on a substrate made of a non-magnetic material.
The magnetic sensitive part has a soft magnetic part formed of a soft magnetic material, a conductor part having a lower specific resistance than the soft magnetic part, and the soft magnetic part and the conductor part are: At least partially touching,
The ratio (aspect ratio) W / L of the element width W and the element length L of the magnetosensitive part is 0.1 or less,
  The soft magnetic part has a single-domain structure or a multi-domain structure, and when the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment in each magnetic domain is compared with the component in the element width direction, the component in the element longitudinal direction is more The total area of the large magnetic domains is larger than the total area of the large magnetic domains in the component in the element width direction.
[0011]
When the magnetic sensitive part has a structure in which the soft magnetic part and a conductive part having a specific resistance lower than that of the soft magnetic part are in contact with each other, a driving AC current is applied to the magnetic sensitive part. Sometimes, the driving AC current is divided into a current flowing in the soft magnetic body portion and a current flowing in the conductor portion. As a result, the direct-current resistance value of the magnetic sensing portion when the driving alternating current flows can be reduced, and the power consumption of the magneto-impedance effect element can be reduced.
[0012]
In the present invention, since the magnetic sensitive part has a structure in which the soft magnetic part having a high magnetic permeability and the conductive part having a high conductivity are in contact with each other, the driving that flows in the magnetic sensitive part is performed. The skin thickness of the AC current is reduced, the DC resistance value is increased, and a large magneto-impedance effect can be generated, and a sufficient amount of change in output voltage with respect to the magnetic field can be obtained even with a low driving voltage.
[0013]
In the magneto-impedance effect element of the present invention, the magnetically sensitive part may be formed by alternately laminating the soft magnetic part and the conductor part.
[0014]
Further, the uppermost layer and the lowermost layer of the magnetosensitive portion are the soft magnetic body portions, and the uppermost layer and the lowermost soft magnetic body portions are magnetically coupled at least at the end in the element width direction. May be.
[0015]
In particular, when the magnetic sensitive part is one in which the soft magnetic part and the conductive part are alternately laminated, when the thickness of the magnetic sensitive part increases, the film stress increases, The magnetic sensitive part is easily peeled off from the substrate. Therefore, if the element width direction dimension of the upper surface of the magnetic sensing part is shorter than the element width direction dimension of the bottom surface of the magnetic sensing part, film stress can be dispersed and the magnetic sensing part can be prevented from peeling off from the substrate. Further, the magnetic sensitive part can be maintained in a stable shape. For example, the magnetosensitive part can be formed such that the dimension in the element width direction gradually decreases as the distance from the surface of the substrate increases.
[0018]
In the present invention, the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensitive part when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the element of the magnetic sensitive part to which a driving AC current is applied. The absolute value of the height is preferably 400 (A / m) or less.
[0019]
When the external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the element of the magnetosensitive part to which the drive AC current is applied, and the magnitude of the external magnetic field is changed, the rate of change of the output voltage from the magnetosensitive part is: It becomes the largest near the maximum output voltage. Therefore, as the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from the magnetic sensing unit decreases, the rate of change of the output voltage when the magnitude of the external magnetic field is near 0 is obtained. growing. Therefore, the magnitude of the bias magnetic field applied to the magnetic sensitive part can be reduced.
[0020]
In particular, when the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing portion is 400 (A / m) or less, the magneto-impedance effect element is used around the magneto-impedance effect element. It is possible to use the magnetic field generated from the magnetic material made of the magnetic material as a bias magnetic field.
[0021]
Even when the bias magnetic field is applied by a coil wound around the magnetic sensing part, the number of windings of the coil is reduced, and the process for manufacturing the magnetic sensing part can be simplified.
[0022]
Further, it is possible to easily reduce the size required when the magneto-impedance effect element is applied to a magnetic head or a weak magnetic field detector.
[0023]
Furthermore, since the direct current applied to the coil for generating the bias magnetic field can be reduced, power saving of the magneto-impedance effect element is facilitated.
[0024]
In addition, although the said magnetically sensitive part is normally formed in a substantially rectangular shape or linear form, you may form it in a U shape or a zigzag shape. The element longitudinal direction at this time is the extension direction of the longest straight line portion in the magnetosensitive portion, and coincides with the direction perpendicular to the excitation direction of the magnetic field generated by the drive AC current.
[0025]
The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing portion is preferably 320 (A / m) or less, more preferably from both ends of the magnetic sensing portion. The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage is 160 (A / m) or less.
[0027]
The inventor of the present invention, when forming the magnetic sensitive part of the magneto-impedance effect element, decreases the ratio (aspect ratio) W / L of the element width W and the element length L of the magnetic sensitive part. It has been found that the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element is improved. In particular, it has been found that when the aspect ratio is 0.1 or less, the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element is significantly improved.
[0028]
Since the magnetic sensitive part is excited by a high frequency alternating current, the skin effect appears strongly. At this time, the element width W, element length L, specific resistance ρ, excitation frequency ω, magnetic permeability μ in the element width direction and impedance magnitude | Z | There is a relationship represented by the following (Equation 1).
[0029]
[Expression 1]
Figure 0003936137
From (Equation 1), when the element width W, the element length L, the specific resistance ρ, and the excitation frequency ω of the magnetosensitive part are constant, the impedance magnitude | Z | It can be seen that this is proportional to the 1/2 power of the magnetic permeability μ. When an external magnetic field is applied in the element longitudinal direction of the magnetosensitive part that is given an alternating current in the element longitudinal direction and excited in the element width direction, the magnetic permeability μ in the element width direction of the magnetosensitive part changes. However, the magnitude | Z | of the magnetosensitive part changes. The external magnetic field applied to the magnetic sensitive part is detected by measuring the change in the impedance magnitude | Z | of the magnetic sensitive part.
[0030]
As the aspect ratio W / L decreases, the rate of change of the impedance magnitude | Z | with respect to the change in the magnetic permeability μ in the element width direction increases. That is, the change in the magnitude of the output voltage drawn from both ends of the magnetic sensing part is increased, and the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element is improved.
[0031]
Further, the ratio (aspect ratio) W / L of the element width W and the element length L of the magnetosensitive part is preferably 0.05 or less, more preferably, the element width W and the element of the magnetosensitive part. The ratio of length L (aspect ratio) W / L is 0.03 or less.
[0032]
In the case where the magnetic sensing part is formed in a U shape and a folded shape, the total length of the portions of the magnetic sensing part facing the element longitudinal direction is the element length L. The element longitudinal direction at this time is the extension direction of the longest straight line portion in the magnetosensitive portion, and coincides with the direction perpendicular to the excitation direction of the magnetic field generated by the drive AC current.
[0034]
The soft magnetic body portion has a single domain structure or a multi-domain structure, and when the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment and the component in the element width direction of each magnetic domain are compared, the component in the element longitudinal direction is more When the total area of the large magnetic domains is equal to the total area of the magnetic domains having a larger component in the element width direction, the direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic body portion as a whole is approximately isotropic. It becomes a state.
[0035]
That is, it becomes difficult to fix the magnetic moment of the soft magnetic body portion in a certain direction, and when the magnetosensitive portion having the soft magnetic body portion is excited by an alternating current, the direction of the magnetic moment of the soft magnetic body portion is changed. It becomes easy to change. That is, the magnetic permeability μ in the element width direction of the soft magnetic body portion increases, and when the external magnetic field is not applied, the magnetic permeability μ in the element width direction of the soft magnetic body portion takes the maximum value. When the permeability μ in the element width direction of the soft magnetic body portion takes the maximum value, the magnitude Z of the impedance of the soft magnetic body portion becomes maximum, and the output voltage from both ends of the magnetic sensing portion also becomes maximum. In other words, the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensitive part is close to zero.
[0037]
In each magnetic domain of the soft magnetic body portion, when the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment and the component in the element width direction are compared, the total area of the magnetic domains in which the component in the element longitudinal direction is larger is the element width direction. Even if the component is larger than the total area of the large magnetic domain, the direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic body part constituting the magnetic sensitive part can be made to be close to an isotropic state as a whole. A magnetic field equivalent to a magneto-impedance effect element having a magnetically sensitive portion having a magnetic domain structure in which the total area of magnetic domains having a larger component in the element width direction is equal to the total area of magnetic domains having a larger component in the longitudinal direction of the element Detection sensitivity can be obtained.
[0038]
In addition, when the direction of magnetic anisotropy of the soft magnetic part constituting the magnetic sensing part is close to an isotropic state as a whole, a slight external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the element of the magnetic sensing part. As a result, the direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic part can be made substantially isotropic as a whole, and the magnetic permeability μ in the element width direction of the magnetic sensitive part can be maximized. In addition, the output voltage from both ends of the magnetic sensing section can be maximized. That is, the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing part can be reduced.
[0039]
Further, if the magneto-impedance effect element of the present invention has a magnetic body that applies a bias magnetic field in a direction parallel to the longitudinal direction of the element of the magnetosensitive part, the manufacturing process can be simplified and the miniaturization is easy. And power consumption can be reduced.
[0040]
The magnetosensitive part of the magneto-impedance effect element needs to have a ferromagnetic material with soft magnetic properties. Further, the magnetic permeability μ must be high in a high frequency region of 1 MHz to several hundreds of MHz. Further, it is preferable that the magnetostriction constant λ is small so that the external magnetic field (the magnetic field component of the broadcast radio wave) does not apply stress to the soft magnetic material to deteriorate the magnetic characteristics.
[0041]
Since the soft magnetic material is formed as a thin film magnetic material having such properties, the soft magnetic material is preferably formed as a microcrystalline soft magnetic alloy thin film as described below.
[0042]
1. The composition formula is FehMiOjA microcrystalline soft magnetic alloy thin film mainly composed of an amorphous structure.
[0043]
However, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W and rare earth elements, and h, i, and j are at% and 45 ≦ h ≦ 70. Those satisfying the relationship of 5 ≦ i ≦ 30, 10 ≦ j ≦ 40, and h + i + j = 100.
[0044]
Fe is used to obtain a large saturation magnetic flux density Bs, and M is combined with O to increase the specific resistance ρ. When h, i, j is in the above range, a soft magnetic alloy having a large saturation magnetic flux density Bs, specific resistance ρ, and magnetic permeability μ can be obtained. When h, i, j is out of the above range, soft magnetic properties are obtained. Deteriorates.
[0045]
In the above composition, when the element M is one or more elements selected from rare earth elements, h and j are at% and 50 ≦ h ≦ 70 and 10 ≦ j ≦ 30. preferable.
[0046]
2. The composition formula is (Co1-cTc)xMyXzOwA microcrystalline soft magnetic alloy thin film represented by
However, the element T is an element containing one or both of Fe and Ni, and the element M is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Si, P, C, W, One or more elements selected from B, Al, Ga, Ge and rare earth elements, and X is one selected from Au, Ag, Cu, Ru, Rh, Os, Ir, Pt, Pd, or It is an element of two or more, and the composition ratio is such that c is 0 ≦ c ≦ 0.7, x, y, z, and w are at%, 3 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 20, 7 ≦ w ≦ 40, 20 ≦ y + z + w ≦ 60, and the balance is x.
[0047]
The soft magnetic alloy has a structure in which a microcrystalline phase mainly composed of Co and element T is mixed in an amorphous phase containing a large amount of an oxide of element M, and the microcrystalline phase contains an oxide of element M. It is more preferable that it has.
[0048]
3. The composition formula is T100-defgXdMeZfQgA microcrystalline soft magnetic alloy thin film mainly composed of one or more kinds of crystal grains of bcc-Fe, bcc-FeCo, and bcc-Co.
[0049]
However, the element T is an element including one or both of Fe and Co, the element X is an element including one or both of Si and Al, and the element M is Ti, Zr, One or more elements selected from Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W. The element Z is an element including one or both of C and N, and Q is Cr, It is one or more elements selected from Re, Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, and Au, and d, e, f, and g are at%, and 0 ≦ d ≦ 25, 1 ≦ e ≦ 10 , 0.5 ≦ f ≦ 15, 0 ≦ g ≦ 10.
[0050]
If d, e, f, and g are within the above ranges, a soft magnetic alloy thin film having a large magnetic permeability μ, a low coercive force Hc, and a small magnetostriction constant λ can be obtained.
[0051]
4). The composition formula is T100-pqefgSipAlqMeZfQgA microcrystalline soft magnetic alloy thin film mainly composed of one or more kinds of crystal grains of bcc-Fe, bcc-FeCo, and bcc-Co.
[0052]
However, the element T is an element containing one or both of Fe and Co, and the element M is one or more selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W. The element Z is an element containing one or both of C and N, and Q is one or two selected from Cr, Re, Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, and Au. P, q, e, f, and g are at%, 8 ≦ p ≦ 15, 0 ≦ q ≦ 10, 1 ≦ e ≦ 10, 0.5 ≦ f ≦ 15, 0 ≦ g Those satisfying the relation of ≦ 10.
[0053]
If p, q, e, f, and g are within the above ranges, a soft magnetic alloy having a large magnetic permeability μ, a low coercive force Hc, and a small magnetostriction constant λ can be obtained.
[0054]
Further, the magnetically sensitive portion may be formed as having an amorphous soft magnetic alloy thin film or ribbon as shown below.
[0055]
5). The composition formula is (Fe1-aCoa)100-xy(Si1-bBb)xMyAn amorphous soft magnetic alloy thin film or ribbon indicated by
[0056]
However, M is an element containing one or both of Cr and Ru, and a and b representing the composition ratio are 0.05 ≦ a ≦ 0.1 and 0.2 ≦ b ≦ 0.8. , X and y are at% and satisfy the relationship of 10 ≦ x ≦ 35 and 0 ≦ y ≦ 7.
[0057]
(Fe1-aCoa)100-xy(Si1-bBb)xMyIn a soft magnetic alloy thin film or ribbon of the type, if a exceeds the range of 0.05 ≦ a ≦ 0.1, the magnetostriction increases, which is not preferable. On the other hand, if b exceeds the range of 0.2 ≦ b ≦ 0.8, it is not preferable because amorphization becomes difficult. Furthermore, when x exceeds the range of 10 ≦ x ≦ 35, it becomes difficult to make the material amorphous. Further, x> 35 is not preferable because the magnetic characteristics deteriorate.
[0058]
6). The composition formula is ColTamHfnAn amorphous soft magnetic alloy thin film mainly composed of an amorphous structure.
[0059]
However, l, m, and n are at% and satisfy the relationship of 70 ≦ l ≦ 90, 5 ≦ m ≦ 21, 6.6 ≦ n ≦ 15, and 1 ≦ m / n ≦ 2.5.
[0060]
ColTamHfnIn the soft magnetic alloy thin film, the saturation magnetic flux density Bs depends on the Co content, and 70 ≦ l is necessary to obtain a high saturation magnetic flux density Bs. However, it is not preferable that l> 90 because the specific resistance ρ is low.
[0061]
Ta and Hf are elements for obtaining soft magnetic properties. By setting 5 ≦ m ≦ 21 and 6.6 ≦ n ≦ 15, a soft magnetic material having a large saturation magnetic flux density Bs and a large specific resistance ρ is obtained. be able to. Hf is also an element for eliminating the negative magnetostriction constant λ generated in the Co—Ta system. The magnetostriction constant λ depends on the ratio of the content of Ta and the content of Hf, and the magnetostriction constant λ can be satisfactorily eliminated when it is in the range of 1 ≦ m / n ≦ 2.5.
[0062]
7). The composition formula is CoaZrbNbcAn amorphous soft magnetic alloy thin film mainly composed of an amorphous structure represented by
[0063]
However, a, b, and c are at% and satisfy the relationship of 78 ≦ a ≦ 91 and 0.5 ≦ b / c ≦ 0.8.
[0064]
The saturation magnetic flux density Bs depends on the Co concentration. In order to increase Bs, it is necessary to satisfy 78 ≦ a ≦ 91. If a> 91, the corrosion resistance is lowered and an amorphous structure is hardly formed and crystallization starts, which is not preferable. Further, when a <78, the ratio of adjacent Cos decreases, and it becomes difficult to show soft magnetic characteristics, which is not preferable. The magnetic permeability μ also depends on the Co concentration and shows a high value in the range of 78 ≦ a ≦ 91.
[0091]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing a magneto-impedance effect element according to a first embodiment of the present invention.
[0092]
The magneto-impedance effect element M of FIG. 1 includes a soft magnetic thin film 22 as a soft magnetic part, a conductive thin film 23 as a conductive part, and a soft magnetic thin film on a substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide. The magnetic sensing part 25 is formed by sequentially laminating 24, and the electrode parts 26 and 26 are formed on both ends of the magnetic sensing part 25 by a conductive material such as Cu, Ni, Ti, Cr. The magnetic sensitive part 25 is patterned in a substantially rectangular shape or linear shape. Moreover, the magnetic sensitive part 25 may be formed in a U shape or a zigzag shape.
[0093]
In FIG. 1, the electrode portions 26 and 26 are formed at both end portions in the element longitudinal direction of the magnetic sensing portion 25, but the electrode portions 26 and 26 are formed on the vicinity of both end portions on the upper surface of the soft magnetic thin film 24. It may be formed by laminating conductive materials such as.
[0094]
A driving AC current is applied to the magneto-impedance effect element M from the electrode portions 26 and 26 in the longitudinal direction (Y direction) of the element, thereby exciting the magnetosensitive portion 25 in the element width direction (X direction). In this state, when the external magnetic field Hex is applied in the longitudinal direction of the element, the impedance of the magnetic sensing unit 25 changes. A change in impedance of the magnetic sensing unit 25 is taken out as a change in voltage between the electrode units 26 and 26.
[0095]
Here, the longitudinal direction of the element coincides with the direction perpendicular to the excitation direction of the magnetic field generated by the drive AC current.
[0096]
In addition, when the magnetic sensing portion 25 is formed in a U-shape or a bent shape, the extending direction of the longest straight line portion in the magnetic sensing portion becomes the element longitudinal direction, and this direction is generated by the drive AC current. It coincides with the direction perpendicular to the excitation direction of the magnetic field.
[0097]
A protective layer made of an insulating material may be formed on the magnetic sensitive part 25.
The soft magnetic thin films 22 and 24 have, for example, a composition formula of Fe71.4Al5.8Si13.1Hf3.3C4.5Ru1.9This is a microcrystalline soft magnetic alloy thin film having an average crystal grain size of 5 to 30 nm, mainly composed of bcc-Fe crystal grains, and having HfC crystal grains around bcc-Fe.
[0098]
T—X—M—Z—Q system other than this composition (the element T is an element containing one or both of Fe and Co, and the element X is one or both of Si and Al) The element M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W, and the element Z is one of C and N Alternatively, Q is an element including both, and Q is a microcrystalline soft magnetic alloy thin film of one or more elements selected from Cr, Re, Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, and Au), Co-T —M—X—O system (the element T is an element containing one or both of Fe and Ni, and the element M is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Si, One selected from P, C, W, B, Al, Ga, Ge and rare earth elements or X is a composition of one or more elements selected from Au, Ag, Cu, Ru, Rh, Os, Ir, Pt, Pd), bcc-Fe, bcc A microcrystal consisting of a crystal phase of 10-30 nm in average grain size composed of FeCo, bcc-Co, etc. and an amorphous phase containing an oxide of M, wherein the amorphous phase accounts for 50% or more of the entire structure Soft magnetic alloy thin film, Fe-MO system (M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W and rare earth elements), Microcrystalline soft magnetism composed of a crystal phase mainly composed of bcc-Fe and having an average crystal grain size of 10 to 30 nm and an amorphous phase containing M oxide, and the amorphous phase accounts for 50% or more of the entire structure. Soft alloy thin films 22 and 24 may be formed as alloy thin films.
[0099]
Alternatively, an Fe-Co-Si-BM type amorphous soft magnetic alloy thin film of M (M is an element including one or both of Cr and Ru), or an Co-Ta-Hf type amorphous The soft magnetic thin films 22 and 24 may be formed as a soft magnetic alloy thin film or a Co—Zr—Nb amorphous soft magnetic alloy thin film.
[0100]
The conductive thin film 23 is formed of a conductive material such as Cu, Ni, Ti, or Cr. The material used to form the conductive thin film 23 may be any material as long as it has a lower specific resistance than the soft magnetic thin films 22 and 24. For example, it may be a ferromagnetic material containing Fe or Co or an antiferromagnetic material such as NiO or CoO. However, the specific resistance of the material used to form the conductive thin film 23 is preferably a material having a specific resistance of 1/10 or less of the specific resistance of the material used to form the soft magnetic thin films 22 and 24.
[0101]
In the present embodiment, the magnetic sensitive part 25 is formed as soft magnetic thin films 22 and 24 and conductive thin films 23 alternately stacked. When the soft magnetic thin films 22 and 24 made of a soft magnetic material and a conductive thin film 23 formed of a material having a specific resistance lower than that of the soft magnetic material are in contact with each other, the magnetic sensing unit 25 is driven. When an alternating current is applied, the driving alternating current is divided into a current flowing in the soft magnetic thin films 22 and 24 and a current flowing in the conductive thin film 23. As a result, the DC resistance value of the magnetic sensing unit 25 when the driving AC current flows can be reduced, and the power consumption of the magneto-impedance effect element can be reduced.
[0102]
In addition, since the magnetic sensitive part 25 has a structure in which the soft magnetic thin films 22 and 24 having a high magnetic permeability and the conductive thin film 23 having a high electric conductivity are in contact with each other, the drive AC current flowing in the magnetic sensitive part can be reduced. The skin thickness is reduced and a large magneto-impedance effect can be generated. Therefore, a sufficient amount of change in the output voltage with respect to the magnetic field can be obtained even with a low driving voltage.
[0103]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element according to the second embodiment of the present invention.
[0104]
The magneto-impedance effect element shown in FIG. 2 has a soft magnetic thin film 32 as a soft magnetic part, a conductive thin film 33 as a conductive part, and a soft magnetic thin film 34 on a substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide. Has a magnetic sensing portion 35 formed by sequentially laminating. In the present embodiment, the uppermost soft magnetic thin film 34 and the lowermost soft magnetic thin film 32 of the magnetic sensing portion 35 are magnetically coupled at the end in the element width direction, and When a driving AC current is passed, a closed circular magnetic field can be generated in the soft magnetic thin film 34 and the soft magnetic thin film 32.
[0105]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element according to the third embodiment of the present invention.
[0106]
The magneto-impedance effect element shown in FIG. 3 includes a soft magnetic thin film 42 as a soft magnetic part, a conductive thin film 43 as a conductive part, and a soft magnetic thin film 44 on a substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide. Has a magnetically sensitive portion 45 formed by sequentially laminating. In the present embodiment, the element width direction (Y direction) dimension is gradually shortened as the magnetically sensitive portion 45 moves away from the surface 21 a of the substrate 21. Therefore, the film stress can be dispersed, the magnetic sensitive part 45 can be prevented from peeling off from the substrate, and the magnetic sensitive part 45 can be maintained in a stable shape.
[0107]
The cross-sectional shape of the magnetic sensing part 45 is not limited to the shape shown in FIG. 3, and the element width direction dimension of the upper surface 45 a of the magnetic sensing part 45 is made shorter than the element width direction dimension of the bottom surface 45 b of the magnetic sensing part 45. It only has to be. For example, both end portions in the element width direction of the magnetic sensitive portion 45 may be formed in a step shape.
[0108]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element according to the fourth embodiment of the present invention.
[0109]
The magneto-impedance effect element of the present invention does not necessarily have to be formed by sequentially laminating a soft magnetic thin film and a conductive thin film in the vertical direction.
[0110]
For example, as shown in FIG. 4, a soft magnetic thin film 52, a conductive thin film 53, and a soft magnetic thin film 54 are formed on the same surface of the surface 21a of the substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide. A magneto-impedance effect element having a magnetosensitive part 55 having a structure in which the soft magnetic thin film 52 and the conductive thin film 53 are in contact with each other and the conductive thin film 53 and the soft magnetic thin film 54 are in contact with each other may be used.
[0111]
In the magneto-impedance effect element having the magnetic sensing portion 55 of FIG. 4, when a driving AC current is applied to the magnetic sensing portion 55, the driving AC current flows through the soft magnetic thin films 52 and 54 and the conductive thin film 53. It is divided into current flowing through it. As a result, the DC resistance value of the magnetic sensing unit 55 when the driving AC current flows can be reduced, and the power consumption of the magneto-impedance effect element can be reduced.
[0112]
Further, since the magnetic sensitive part 55 has a structure in which the soft magnetic thin films 52 and 54 having a high magnetic permeability and the conductive thin film 53 having a high electric conductivity are in contact with each other, the drive AC current flowing in the magnetic sensitive part is reduced. The skin thickness is reduced and a large magneto-impedance effect can be generated. Therefore, a sufficient amount of change in the output voltage with respect to the magnetic field can be obtained even with a low driving voltage.
[0113]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element according to the fifth embodiment of the present invention.
[0114]
In the present invention, any number of layers of the soft magnetic thin film and the conductive thin film of the magnetic sensitive portion may be laminated.
[0115]
For example, as shown in FIG. 5, on a substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide, a soft magnetic thin film 62 that is a soft magnetic part, a conductive thin film 63 that is a conductive part, a soft magnetic thin film 64, and a conductive part. A magneto-impedance effect element having a magnetosensitive portion 67 formed by sequentially laminating a conductive thin film 65 and a soft magnetic thin film 66 may be used.
[0116]
The uppermost soft magnetic thin film 66 and the lowermost soft magnetic thin film 62 may be magnetically coupled at the end in the element width direction. Further, the element width direction (Y direction) dimension may be gradually shortened as the magnetic sensitive portion 67 moves away from the surface 21a of the substrate 21.
[0117]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element according to the sixth embodiment of the present invention.
[0118]
In the present invention, the conductive thin film of the magnetic sensitive part does not necessarily have to be sandwiched between a plurality of soft magnetic thin films.
[0119]
For example, as shown in FIG. 6, a magnetic impedance having a magnetosensitive portion 74 formed by sequentially laminating only a soft magnetic thin film 72 and a conductive thin film 73 on a substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide. An effect element may be sufficient.
[0120]
In addition, the electrode part for giving a drive alternating current to the element longitudinal direction (Y direction) of a magnetosensitive part in the both ends of the magnetosensitive part 35, 45, 55, 67, and 74 is Cu, Ni, Ti, Cr Formed of a conductive material. The magnetic sensitive portions 35, 45, 55, 67, and 74 are patterned in a substantially rectangular shape or linear shape. Alternatively, the magnetic sensitive portions 35, 45, 55, 67, and 74 may be formed in a U shape or a zigzag shape.
[0121]
A drive alternating current is applied in the element longitudinal direction (Y direction) of the magnetic sensing portions 35, 45, 55, 67, and 74, and excitation is performed in the element width direction (X direction). In this state, when the external magnetic field Hex is applied in the longitudinal direction of the element, the impedances of the magnetic sensitive portions 35, 45, 55, 67, and 74 change. The impedance change of the magnetic sensitive parts 35, 45, 55, 67 and 74 is taken out as a change in voltage between the electrode parts.
[0122]
Note that a protective layer made of an insulating material may be formed on the magnetic sensitive portions 35, 45, 55, 67 and 74.
[0123]
  FIG.Reference exampleFIG. 8 is a cross-sectional view of the magneto-impedance effect element shown in FIG. 7 taken along line 8-8.
[0124]
7 and 8, on the substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide, the soft magnetic thin film 81, the insulating layer 82 made of an insulating material, the conductive thin film 83, the insulating layer 84, A soft magnetic thin film 85 is sequentially laminated to form a magnetic sensitive portion 86.
[0125]
The soft magnetic thin film 81 and the conductive thin film 83 are electrically insulated by the insulating layer 82. In addition, the conductive thin film 83 and the soft magnetic thin film 85 are electrically insulated by the insulating layer 84.
[0126]
Electrode portions 87 and 87 for applying a driving AC current in the element longitudinal direction (Y direction) of the conductive thin film 83 are formed by conductive materials such as Cu, Ni, Ti, and Cr at both ends of the magnetosensitive portion 86. It is formed. The electrode portions 87 and 87 are connected only to the conductive thin film 83. The soft magnetic thin film 81 and the electrode portions 87 and 87 are electrically insulated by the insulating layer 82. Further, the soft magnetic thin film 85 and the electrode portions 87 and 87 are electrically insulated by the insulating layer 84. Accordingly, the driving AC current is passed only through the conductive thin film 83.
[0127]
A driving AC current is applied in the element longitudinal direction (Y direction) of the conductive thin film 83 to excite it in the element width direction (X direction). In this state, when the external magnetic field Hex is applied in the longitudinal direction of the element, the impedance of the magnetic sensing part 86 changes. The impedance change of the magnetic sensing part 86 is taken out as a change in voltage between the electrode parts.
[0128]
When the driving AC current is applied only to the conductive thin film 83 and not to the soft magnetic thin films 81 and 85, an exciting magnetic field due to the driving AC current can be generated efficiently, and a more prominent magnetic impedance effect can be obtained. It becomes possible.
[0129]
The magnetic sensitive part 86 is patterned in a substantially rectangular shape or linear shape. Alternatively, the magnetic sensing part 86 may be formed in a U shape or a zigzag shape.
[0130]
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element and the magnetic field detection sensitivity. In the graph of FIG. 9, the element length L of the magnetic sensing part is fixed to 4 mm or 6 mm, and the aspect ratio W / L of the magnetic sensing part is changed by changing the element width W. As is apparent from FIG. 9, it can be seen that when the aspect ratio W / L of the magnetosensitive portion is 0.1 or less, the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element is improved. In particular, when the element length L of the magnetic sensing part is 6 mm, the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element can be drastically improved when the aspect ratio W / L of the magnetic sensing part is about 0.08 or less. Recognize.
[0131]
When the magnetic sensing part is formed in a U-shape and a zigzag shape, the total length of the portions of the magnetic sensing part facing the element longitudinal direction is the element length L.
[0132]
In the present embodiment, the magnetic sensing unit 25 is formed with, for example, an element width W of 0.10 mm and an element length L of 6 mm. At this time, the aspect ratio of the magnetic sensing portion 25 of the magneto-impedance effect element M is W / L = 0.177.
[0133]
When the element length of the magneto-impedance effect element M shown in FIG. 1 is 6 mm and the aspect ratio is 0.017, it is about 2.5 (mV · m / A) (about 200 (mV / Oe)).
[0134]
FIG. 10 shows the relationship between the aspect ratio (W / L) of the magnetosensitive part of the magneto-impedance effect element and the absolute value (Hp) of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetosensitive part. It is a graph to show.
[0135]
From the graph of FIG. 10, when the aspect ratio (W / L) of the magnetosensitive part of the magneto-impedance effect element is reduced, the absolute value (Hp) of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetosensitive part. It can be seen that also becomes smaller. In the graph of FIG. 3, the element length of the magnetic sensing part is fixed to 4 mm or 6 mm, and the aspect ratio of the magnetic sensing part is changed by changing the element width.
[0136]
For example, when the element length of the magnetic sensing portion is 6 mm and the aspect ratio (W / L) is about 0.1 or less, the absolute magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing portion The value (Hp) is 320 (A / m) (4 (Oe)) or less. In addition, even when the element length of the magnetic sensing portion is 4 mm, when the aspect ratio (W / L) is about 0.1 or less, the absolute value (Hp) of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage is 320 (A / m) (4 (Oe)) or less.
[0137]
When the element length of the magnetic sensing portion is 6 mm and the aspect ratio (W / L) is about 0.05 or less, the absolute value (Hp) of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage is 160 ( A / m) (2 (Oe)) or less.
[0138]
Since the magnetosensitive part 25 of the magneto-impedance effect element M of the present embodiment shown in FIG. 1 has an element length of 6 mm and an aspect ratio of 0.017, the output voltage is maximized from the graph of FIG. It can be seen that the absolute value of the magnitude of the external magnetic field is in the range of approximately 0 to 24 (A / m) (0.3 (Oe)).
[0139]
FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the magneto-impedance effect characteristics of the magneto-impedance effect element of the present embodiment.
[0140]
An external magnetic field Hex is applied in the element longitudinal direction of the magneto-impedance effect element M in a state where a drive AC current is applied from the electrode parts 26 and 26 of the magneto-impedance effect element M in FIG. When the output voltage Emi is measured while changing the magnitude of the applied external magnetic field Hex, a graph as shown in FIG. 11 is obtained.
[0141]
The conceptual diagram showing the magneto-impedance effect characteristic of FIG. 11 shows that the magnitude of the external magnetic field Hex is Hp.+Or Hp-A bimodal shape having a vertex indicating a value indicating the value of the output voltage Emi at the time of. Hp+And Hp-The absolute values of are almost equal and approximately 0 to 24 (A / m) (0.3 (Oe)).
[0142]
In FIG. 11, the magnitude of the external magnetic field Hex is Hp.+Or Hp-As the value approaches, the rate of change of the output voltage Emi increases. That is, the detection sensitivity of the external magnetic field Hex is such that the magnitude of the external magnetic field Hex is Hp.+Or Hp-Good when near.
[0143]
Hp+Or Hp-In order to improve the detection sensitivity of the external magnetic field Hex in the vicinity of the external magnetic field Hex = 0, when the absolute value of the magnitude of is approximately 0 to 24 (A / m) (0.3 (Oe)) The magnitude of the bias magnetic field applied in the element longitudinal direction of the portion 25 is, for example, HB= 0 to 80 (A / m) (1 (Oe)) is sufficient. In the examples described later, a graph of magneto-impedance effect characteristics based on actual measurement values of the magneto-impedance effect element will be described.
[0144]
Hp+Or Hp-Is not more than 400 (A / m) (5 (Oe)), preferably not more than 320 (A / m) (4 (Oe)), more preferably not more than 160 (A / m) (2Oe) If so, the magnitude of the bias magnetic field applied in the longitudinal direction of the element of the magnetosensitive portion 25 is 400 (A / m) (5 (Oe)) or less, preferably 320 (A / m) (4 (Oe)) or less. , More preferably 160 (A / m) (2Oe) or less.
[0145]
If the required bias magnetic field applied in the longitudinal direction of the element of the magnetic sensing part 25 can be 400 (A / m) or less, a hard magnetic material formed around the magnetic sensing part 25, or A magnetic field generated from a magnetic film made of a hard magnetic material or an antiferromagnetic material formed so as to overlap the magnetic sensing portion 25 can be used as a bias magnetic field.
[0146]
Further, the magnitude of the bias magnetic field applied in the longitudinal direction of the element of the magnetic sensing portion 25 is 400 (A / m) (5 (Oe)) or less, preferably 320 (A / m) (4 (Oe)) or less. Preferably, if it can be set to 160 (A / m) (2 Oe) or less, in order to apply a bias magnetic field to the magnetic sensing portion 25, the number of turns of the coil wound around the magnetic sensing portion 25 is reduced, and the magneto-impedance effect element The process at the time of manufacturing can be simplified. In addition, it is easy to reduce the size required when the magneto-impedance effect element M is applied to a magnetic head or a weak magnetic field detector. Further, since the direct current applied to the coil for generating the bias magnetic field can be reduced, the power saving of the magneto-impedance effect element M is facilitated.
[0147]
If the ratio (aspect ratio) W / L of the element width W and the element length L of the magnetosensitive element of the magnetoimpedance effect element is reduced, the effect of improving the magnetic field detection sensitivity of the magnetoimpedance effect element can be obtained. The reason is as follows.
[0148]
Since the magnetic sensitive part is excited by a high frequency alternating current, the skin effect appears strongly. At this time, the element width W, element length L, specific resistance ρ, excitation frequency ω, magnetic permeability μ in the element width direction and impedance magnitude | Z | There is a relationship represented by the following (Equation 2).
[0149]
[Expression 2]
Figure 0003936137
From (Equation 2), when the element width W, element length L, specific resistance ρ, and excitation frequency ω of the magnetosensitive part are constant, the magnitude | Z | of the magnetosensitive part is the element width direction. It can be seen that this is proportional to the 1/2 power of the magnetic permeability μ.
[0150]
When an external magnetic field is applied in the element longitudinal direction of the magnetosensitive part that is given an alternating current in the element longitudinal direction and excited in the element width direction, the magnetic permeability μ in the element width direction of the magnetosensitive part changes. However, the magnitude | Z | of the magnetosensitive part changes. The external magnetic field applied to the magnetic sensitive part is detected by measuring the change in the magnitude | Z | of the magnetic sensitive part.
[0151]
As the aspect ratio W / L decreases, the rate of change of the impedance magnitude | Z | with respect to the change in the magnetic permeability μ in the element width direction increases. That is, the change in the magnitude of the output voltage drawn from both ends of the magnetic sensing part is increased, and the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element is improved.
[0152]
FIG. 12 is a conceptual plan view showing an example of the magnetic domain structure of the soft magnetic thin film constituting the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element.
[0153]
FIG. 12 shows the magnetic domain structure of the soft magnetic thin film 22 among the soft magnetic thin films 22 and 24 constituting the magnetic sensing portion 25 of the magneto-impedance effect element M shown in FIG. The magnetic domain structure is almost the same as the magnetic domain structure of the soft magnetic thin film 22. The soft magnetic thin film 22 has a magnetic anisotropy in the element width direction by being formed in a static magnetic field or by using a soft magnetic material having strong anisotropy. Therefore, the magnetic domain 22a in which the magnetic moment is oriented in the element width direction is formed. Note that the element width of the soft magnetic thin film 22 in FIG.
[0154]
On the other hand, the magnetic domain 22b in which the magnetic moment is oriented in the longitudinal direction of the element of the soft magnetic thin film 22 is formed by the shape magnetic anisotropy.
[0155]
When the aspect ratio of the soft magnetic thin film 22 is large, the total area of the magnetic domains 22b in which the magnetic moment is aligned in the element longitudinal direction is significantly narrower than the total area of the magnetic domains 22a in which the magnetic moment is aligned in the element width direction. Become.
[0156]
FIG. 13 is a conceptual plan view showing another magnetic domain structure of the soft magnetic thin film 22 of the magneto-impedance effect element M. FIG.
[0157]
For example, the aspect ratio of the soft magnetic thin film 22 is made smaller than 0.1 by making the element width of the soft magnetic thin film 22 smaller than W1.
[0158]
In FIG. 13, the magnetic domain 22b is a magnetic domain in which the component in the element longitudinal direction is larger when the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment is compared with the component in the element width direction. This component is a larger magnetic domain. In FIG. 13, the total area of the magnetic domains 22b is almost the same as the total area of the magnetic domains 22b of FIG. 12, and the total area of the magnetic domains 22a is smaller than the total area of the magnetic domains 22a of FIG. The area values are equal. As a result, the direction of magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film 22 as a whole becomes substantially isotropic.
[0159]
When the total area of the magnetic domains 22b, which are magnetic domains having a larger component in the element longitudinal direction, and the total area of the magnetic domains 22a, which are magnetic domains having a larger component in the element width direction, antagonize, that is, the element width direction and the element longitudinal direction. When the magnetic anisotropy energy is balanced, the soft magnetic thin film 22 becomes almost isotropic as a whole in the direction of magnetic anisotropy. That is, the magnetic moment of the soft magnetic thin film 22 is difficult to be fixed in a certain direction, and the direction of the magnetic moment is easily changed when excited by an alternating current. That is, the magnetic permeability μ in the element width direction of the soft magnetic thin film 22 is increased.
[0160]
When the magnetic permeability μ in the element width direction of the soft magnetic thin film 22 takes the maximum value, the magnitude Z of the impedance of the soft magnetic thin film 22 is maximized, and the output voltage from both ends of the soft magnetic thin film 22 is also maximized.
[0161]
In FIG. 13, when an external magnetic field is not applied, the soft magnetic thin film 22 is in a state in which the direction of magnetic anisotropy is close to an isotropic state as a whole.
[0162]
Therefore, the direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film 22 as a whole is almost isotropic without applying the external magnetic field Hex or slightly applying the external magnetic field Hex in the longitudinal direction of the element of the soft magnetic thin film 22. Thus, the magnetic permeability μ in the element width direction of the soft magnetic thin film 22 can be maximized, and the output voltage Emi from both ends of the soft magnetic thin film 22 can be maximized.
[0163]
That is, when the external magnetic field Hex is applied to the soft magnetic thin film 22 to which the drive AC current is applied, the absolute value Hp of the magnitude of the external magnetic field Hex that maximizes the output voltage Emi from the soft magnetic thin film 22 is decreased. be able to.
[0164]
The soft magnetic thin film 22 may have a single magnetic domain structure, and the component in the element longitudinal direction and the component in the element width direction of the magnetic moment may be balanced in each magnetic domain.
[0165]
Further, in the magneto-impedance effect element of the present invention, as shown in FIG. 14, the total area of the magnetic domain 22b, which is a magnetic domain having a larger component in the element longitudinal direction, is a magnetic domain having a larger component in the element width direction. Even when it is larger than the total area of a certain magnetic domain 22a, the direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film 22 can be made close to an isotropic state as a whole, and the total area of the magnetic domains 22b and the total of the magnetic domains 22a can be made. Magnetic field detection sensitivity equivalent to that of the magneto-impedance effect element having the soft magnetic thin film 22 having a magnetic domain structure in which the area is antagonized can be obtained.
[0166]
In the magneto-impedance effect element of the present embodiment, the magnetic field detection sensitivity can be at least 0.3 (mV · m / A) (25 mV / Oe), which is a practical range for a magnetic field sensor.
[0167]
In addition, the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing unit 25 can be reduced.
[0168]
15 to 17 are longitudinal sectional views of a magneto-impedance effect element that can apply a bias magnetic field by a thin film magnetic material as an embodiment of the magneto-impedance effect element of the present invention.
[0169]
The magneto-impedance effect element shown in FIG. 15 has a magnetic sensing portion 94 made of a soft magnetic thin film 91, a conductive thin film 92, and a soft magnetic thin film 93 formed on a substrate 21, and electrodes are provided at both ends of the magnetic sensing portion 94 in the longitudinal direction of the element. 95 and 95 are further provided, and hard magnetic layers 96 and 96 which are magnetic thin films that are in contact with both ends of the magnetic sensing portion 94 are provided. The hard magnetic layers 96 and 96 are made of a hard magnetic material such as CoPt.
[0170]
The magnitude of the bias magnetic field that can be applied by the hard magnetic layers 96, 96 is about 400 A / m at the maximum. In the magneto-impedance effect element according to the present embodiment, the bias magnetic field is applied in the element longitudinal direction of the magnetosensitive part 94. Since the necessary bias magnetic field can be made 400 (A / m) or less, a sufficient bias magnetic field is applied to the magnetic sensing portion 94 by the hard magnetic layers 96 and 96 as shown in FIG. Can do. That is, since it is not necessary to use a winding coil through which a direct current flows in order to apply a bias magnetic field, the magneto-impedance effect element can be reduced in size and power consumption.
[0171]
Further, as shown in FIG. 16, hard magnetic layers 96 and 96 are formed at both ends in the element longitudinal direction of the magnetic sensing portion 94, and electrodes 95 and 95 are formed on the hard magnetic layers 96 and 96. May be.
[0172]
Alternatively, as shown in FIG. 17, antiferromagnetic layers 97 and 97 are laminated on the upper and lower layers of the magnetic sensing part 94, and the soft magnetic thin films 91 and 93 and the antiferromagnetic layers 97 and 97 of the magnetic sensing part 94 are stacked. It is also possible to give a necessary bias magnetic field to the magnetic sensing part 94 by the exchange anisotropic magnetic field generated at the interface of the magnetic field.
[0173]
18 and 19 are perspective views for explaining a method of manufacturing the magneto-impedance effect element shown in FIG.
[0174]
In FIG. 18, a soft magnetic thin film 22, a conductive thin film 23 and a soft magnetic thin film 24 are sequentially sputtered, vapor deposited or plated on a substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide, glass, ceramic, crystallized glass or the like. It is a perspective view which shows the state which formed into a film by the method etc. and was laminated | stacked.
[0175]
The soft magnetic thin films 22 and 24 have, for example, a composition formula of Fe71.4Al5.8Si13.1Hf3.3C4.5Ru1.9This is a microcrystalline soft magnetic alloy thin film mainly composed of bcc-Fe crystal grains.
[0176]
T—X—M—Z—Q system other than this composition (the element T is an element containing one or both of Fe and Co, and the element X is one or both of Si and Al) The element M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W, and the element Z is one of C and N Alternatively, Q is an element including both, and Q is a microcrystalline soft magnetic alloy thin film of one or more elements selected from Cr, Re, Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, and Au), Co-T —M—X—O system (the element T is an element containing one or both of Fe and Ni, and the element M is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Si, One selected from P, C, W, B, Al, Ga, Ge and rare earth elements or X is a composition of one or more elements selected from Au, Ag, Cu, Ru, Rh, Os, Ir, Pt, and Pd), and bcc-Fe, bcc A microcrystal composed of a crystal phase composed of FeCo, bcc-Co or the like and having an average crystal grain size of 10 to 30 nm and an amorphous phase containing M oxide, and the amorphous phase occupies 50% or more of the entire structure Soft magnetic alloy thin film, Fe-MO system (M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W and rare earth elements), Microcrystalline soft magnetism composed of a crystal phase mainly composed of bcc-Fe and having an average crystal grain size of 10 to 30 nm and an amorphous phase containing M oxide, and the amorphous phase accounts for 50% or more of the entire structure. As the alloy thin film, soft magnetic thin films 22 and 24 may be formed.
[0177]
Alternatively, the soft magnetic thin films 22 and 24 may be formed as a Co—Ta—Hf amorphous soft magnetic alloy thin film or a Co—Zr—Nb amorphous soft magnetic alloy thin film.
[0178]
The conductive thin film 23 is formed of a conductive material such as Cu, Ni, Ti, or Cr. The material used to form the conductive thin film 23 may be any material as long as it has a lower specific resistance than the soft magnetic thin films 22 and 24. For example, it may be a ferromagnetic material containing Fe or Co or an antiferromagnetic material such as NiO or CoO. However, the specific resistance of the material used to form the conductive thin film 23 is preferably a material having a specific resistance of 1/10 or less of the specific resistance of the material used to form the soft magnetic thin films 22 and 24.
[0179]
In this embodiment, the soft magnetic thin film 22, the conductive thin film 23, and the soft magnetic thin film 24 are formed using an RF magnetron sputtering apparatus. The conditions during film formation are in the following range.
[0180]
High frequency power: 200 to 400 (W)
Ar gas pressure: 50 (sccm)
Deposition pressure: 3-7 (mTorr)
Static magnetic field strength during film formation: 790 or more (A / m)
Deposition rate: 10-33.5 (nm / min)
The standard conditions are: high frequency power is 400 (W), Ar gas pressure is 50 (sccm), film forming pressure is 7 (mTorr), film forming static magnetic field strength is 4740 (A / m), film forming speed. Is 33.5 (nm / min). The substrate was cooled by indirect cooling.
[0181]
Next, the magnetic sensitive portion 25 is formed by patterning the soft magnetic thin film 22, the conductive thin film 23, and the soft magnetic thin film 24 by photolithography and etching as shown in FIG. At this time, the magnetosensitive part 25 is patterned in a substantially rectangular shape so that the ratio W / L (aspect ratio) of the element width W and the element length L is 0.1 or less.
[0182]
The magnetic sensitive part 25 is formed, for example, with an element width W of 100 μm and an element length L of 6 mm. Therefore, the aspect ratio of the magnetic sensing portion 25 of the magneto-impedance effect element M of the present embodiment is W / L = 0.177.
[0183]
In addition, although the magnetic sensitive part 25 is formed in the one surface on the board | substrate 21, only one part is shown in FIG.
[0184]
In the present embodiment, after patterning the magnetic sensing part 25, a static magnetic field H2 is applied in the element width direction of the magnetic sensing part 25 and subjected to heat treatment.
[0185]
When the soft magnetic thin film 22 and the soft magnetic thin film 24 are formed, the static magnetic field H1 may be applied in the direction of the arrow in FIG. 18 which is the element width direction when the magnetoimpedance effect element in FIG. 1 is completed. When film formation is performed in a magnetic field as described above, the heat treatment process in a static magnetic field after film formation can be omitted. Alternatively, after film formation in a magnetic field, heat treatment in a rotating magnetic field or no magnetic field may be performed instead of heat treatment in a static magnetic field.
[0186]
The conditions for the heat treatment in a static magnetic field, or the heat treatment in a rotating magnetic field or no magnetic field are in the following ranges.
[0187]
Static magnetic field strength: 0 to 79000 (A / m)
Heat treatment temperature: 540-675 (° C)
Heat treatment time: 20-30 (min)
Temperature increase rate: 10-14 (° C / min)
Standard conditions are a static magnetic field strength of 79000 (A / m), a heat treatment temperature of 575 (° C.), a heat treatment time of 30 (min), and a temperature increase rate of 13.6 (° C./min).
[0188]
In the present embodiment, after the soft magnetic thin film 22, the conductive thin film 23, and the soft magnetic thin film 24 are sequentially formed as shown in FIG. 18, the magnetic sensitive portion 25 is patterned as shown in FIG. In the static magnetic field, after the soft magnetic thin film 22, the conductive thin film 23, and the soft magnetic thin film 24 are formed, before the magnetic sensitive portion 25 is patterned, that is, in the state of FIG. A heat treatment in a static magnetic field may be performed, and then the magnetosensitive portion 25 may be patterned.
[0189]
Heat treatment in a static magnetic field, a rotating magnetic field, or no magnetic field substantially antagonizes the shape magnetic anisotropy generated in the longitudinal direction of the element of the soft magnetic thin film and the magnetic anisotropy in the element width direction, thereby This is performed to make the direction of the magnetic anisotropy of the magnetic part almost isotropic as a whole.
[0190]
That is, the film formation and heat treatment steps in the magnetic field are performed in order to keep the permeability μ in the element width direction high even when the aspect ratio W / L is reduced. It is not just for giving magnetic anisotropy in the direction.
[0191]
After patterning the magnetic sensitive portion 25 and performing heat treatment in a magnetic field, as shown in FIG. 1, electrode portions 26 made of a conductive material such as Cu, Ni, Ti, Cr are formed on both ends of the magnetic sensitive portion 25, as shown in FIG. 26 is formed by sputtering, photolithography, and etching.
[0192]
After forming the electrode parts 26, 26, the substrate 21 is cut to obtain individual magneto-impedance effect elements M as shown in FIG.
[0193]
When the magneto-impedance effect element as shown in FIG. 2 is manufactured, the soft magnetic thin film 32 and the conductive thin film 33 are patterned on the substrate 21, and then the soft magnetic thin film 34 is formed. The soft magnetic thin film 34 is magnetically connected at both ends in the element width direction.
[0194]
When the magneto-impedance effect element as shown in FIG. 3 is manufactured, the soft magnetic thin film 42, the conductive thin film 43, and the soft magnetic thin film are formed on the substrate 21 made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide, glass, ceramic, or crystallized glass. 44 are sequentially formed by sputtering, vapor deposition, plating, or the like to form a multilayer film similar to that shown in FIG. 18, and then a photoresist is laminated on the soft magnetic thin film 44. The photoresist is formed in the same shape and size as the magnetic sensitive part 45 to be formed. For example, it is formed in a substantially rectangular shape having a width of 100 μm and a length of 6 mm.
[0195]
Next, the magnetosensitive portion 45 is patterned by performing an etching process on the multilayer film on which the photoresist is laminated using an acidic aqueous solution containing hydrofluoric acid, hydrogen peroxide solution, or the like. With this etching process, the element width direction (X direction) dimension is gradually shortened as the magnetic sensitive part 45 is separated from the surface of the substrate 21, that is, tapered surfaces 45c at both ends in the element width direction as shown in FIG. , 45c can be formed.
[0196]
When manufacturing the magneto-impedance effect element shown in FIGS. 7 and 8, after patterning the soft magnetic thin film 81 on the substrate 21, the insulating layer 82, the conductive thin film 83, and the insulating layer 84 are sequentially stacked. The electrode portions 87 and 87 that are electrically connected only to the conductive thin film 83 may be formed.
[0197]
In FIG. 19, the magnetosensitive part 25 of the magneto-impedance effect element has a structure in which a soft magnetic thin film 22 and a soft magnetic thin film 24 are laminated on top and bottom of a conductive thin film 23. The step of laminating the conductive thin film and the soft magnetic thin film may be repeated.
[0198]
When manufacturing the magneto-impedance effect element shown in FIG. 2 to FIG. 8, after forming the magnetic sensitive portions 35, 45, 55, 67, 74, 86, the magnetic sensitive portions 35, 45, 55, A static magnetic field is applied in the element width direction of 67, 74, 86.
[0199]
When forming the soft magnetic thin film included in the magnetic sensitive portions 35, 45, 55, 67, 74, 86, a static magnetic field may be applied in the direction that is the element width direction of the magnetic sensitive portion. When film formation is performed in a magnetic field as described above, the heat treatment process in a static magnetic field after film formation can be omitted. Alternatively, after film formation in a magnetic field, heat treatment in a rotating magnetic field or no magnetic field may be performed instead of heat treatment in a static magnetic field.
[0200]
Further, the magnetic sensitive portions 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 may be patterned in a U shape or a zigzag shape. When the magnetic sensing parts 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 are formed in a U-shape and a zigzag shape, the elements of the magnetic sensing parts 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 The sum of the lengths of the portions facing the longitudinal direction is the element length L. When the magnetic sensitive parts 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 are formed in a U-shape or a bent shape, the magnetic sensitive parts 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 The extension direction of the longest straight line portion is the element longitudinal direction, and this direction coincides with the direction perpendicular to the excitation direction of the magnetic field generated by the drive AC current.
[0201]
The magnetic sensing portions 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 are formed, for example, with an element width W of 0.10 mm and an element length L of 6 mm. At this time, the aspect ratio of the magnetic sensitive portions 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 of the magneto-impedance effect element is W / L = 0.177.
[0202]
At this time, when the external magnetic field is applied to the longitudinal direction of the elements of the magnetosensitive parts 25, 35, 45, 55, 67, 74 and 86 after applying the magneto-impedance effect element, an external magnetic field is applied. The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of 25, 35, 45, 55, 67, 74, and 86 is 400 (A / m) or less.
[0203]
By forming the magnetic sensitive portions 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 in a static magnetic field, the soft portions included in the magnetic sensitive portions 25, 35, 45, 55, 67, 74, 86 are provided. The shape magnetic anisotropy energy in the element longitudinal direction (X direction) and the magnetic anisotropy energy in the element width direction (Y direction) of the magnetic thin film can be substantially balanced. That is, as shown in FIG. 13, the total area of the magnetic domain 22b, which is a magnetic domain having a larger component in the element longitudinal direction, is equal to the total area of the magnetic domain 22a, which is a magnetic domain having a larger component in the element width direction. As shown in FIG. 14, the total area of the magnetic domains 22b having a larger component in the element longitudinal direction is equal to that of the magnetic domain 22a having a larger component in the element width direction. What has a magnetic domain structure larger than the total area is obtained.
[0204]
FIG. 20 is a configuration diagram showing the internal structure of the RF magnetron sputtering apparatus used in the present embodiment.
[0205]
As shown in FIG. 20, in the chamber 102 of the magnetron sputtering apparatus 101, an electrode part 105 for attaching the targets 103, 104 and a substrate holding part 106 are provided at positions facing the targets 103, 104. ing. A substrate 21 is placed on the substrate holding unit 106.
[0206]
The target 103 is made of a soft magnetic material, and the target 104 is made of a conductive material. In addition, a shielding plate 107 is provided between the target 103 and the target 104.
[0207]
A discharge magnet (not shown) is provided in the electrode portion 105, and an erosion region (not shown) is formed on the surfaces of the targets 103 and 104 by a magnetic field generated from the discharge magnet. .
[0208]
Further, the chamber 102 is provided with a gas introduction port 108 and a gas exhaust port 109, and Ar (argon) gas is introduced from the gas introduction port 108.
[0209]
When a high frequency is applied to the electrode unit 105 from a high frequency power source (RF power source) 110, a magnetron discharge is generated by the interaction between the electric field and the magnetic field, and the targets 103 and 104 are sputtered.
[0210]
When the substrate 21 on which the thin film is laminated is in the region A under the target 103 made of the soft magnetic material, the soft magnetic thin film is formed, and when it is in the region B under the target 104 made of the conductive material, the conductive material A thin film is formed.
[0211]
First, the substrate 21 is disposed in the region A under the target 103 made of a soft magnetic material. The substrate holder 106 rotates in the direction of the arrow. When the substrate holding unit 106 rotates, the soft magnetic thin film 22 is formed on the substrate 21, and the substrate 21 moves to the region B under the target 104 made of a nonmagnetic material. The thin film 23 is formed. The substrate holder 106 continues to rotate further, the substrate 21 moves again to the region A under the target 103, and the soft magnetic thin film 24 is formed on the conductive thin film 23, resulting in the state of FIG.
[0212]
Furthermore, by continuously operating the RF magnetron sputtering apparatus and continuing to rotate the substrate holding unit 106, it is possible to stack an arbitrary number of conductive thin films and soft magnetic thin films.
[0213]
In the case of performing film formation in a magnetic field, a magnet for applying a static magnetic field to the soft magnetic thin film being formed is provided with the substrate holder 106 interposed therebetween. The magnet is made of, for example, a hard magnetic material such as Sm—Co or an electromagnet.
[0214]
As the sputtering apparatus, in addition to the RF magnetron sputtering apparatus 101 as shown in FIG. 20, an existing apparatus such as an RF bipolar sputtering apparatus, an RF tripolar sputtering apparatus, an ion beam sputtering apparatus, or an opposed target sputtering apparatus is arbitrarily used. You can do it.
[0215]
In addition to the sputtering method, the soft magnetic thin film and the conductive thin film in the present invention may be formed by vapor deposition, MBE (molecular beam epitaxy), ICB (ion-cluster beam), or plating. May be used.
[0216]
Moreover, when forming the magnetic sensitive part 25 using a soft magnetic ribbon, the liquid quenching apparatus C shown in FIG. 21 is used, for example.
[0217]
First, an Fe—Co—Si—B-based soft magnetic material is put into a nozzle 111 made of quartz, and is heated and melted by a heater 112 provided around the nozzle 111. The molten alloy 113 is injected onto the cooling roll 114 rotating at a high speed by the pressure applied from the upper part of the nozzle, and the soft magnetic ribbon 115 is formed by contact quenching.
[0218]
The obtained soft magnetic ribbon 115 is cut into a substantially rectangular shape so that the ratio (aspect ratio) W / L of the element width W to the element length L is 0.1 or less. A conductive thin film is formed on at least one surface of the soft magnetic ribbon 115 by a method such as sputtering or vapor deposition.
[0219]
Next, at least two soft magnetic ribbons having the conductive thin film sequentially laminated on the substrate are bonded and laminated to form a magnetosensitive part, and then the magnetosensitive part is subjected to heat treatment in a static magnetic field in the element width direction. Call.
[0220]
Further, when electrode portions are formed at both ends of the magnetic sensitive portion, a magneto-impedance effect element as shown in FIG. 1 is obtained.
[0221]
22 to 25 are schematic views of the soft magnetic thin film 24 of the magnetosensitive part 25 of the magneto-impedance effect element shown in FIG. 1 observed with a Kerr effect polarization microscope and photographed.
[0222]
In FIG. 22, the magnetosensitive portion 25 is formed with a length L = 2 mm in the element longitudinal direction (X direction) and a length W = 100 μm in the element width direction (Y direction), that is, an aspect ratio W / L = 0.05. The magnetic domain structure of the soft magnetic thin film 24 is shown. 23 and 24, the magnetic sensitive portion 25 is formed with the length L in the element longitudinal direction L = 4 mm and the element width direction dimension W = 100 μm, that is, the aspect ratio W / L = 0.025. The magnetic domain structure is shown.
[0223]
22 and 23, the total area of the magnetic domains in which the magnetic moment is aligned in the element width direction and the total area of the magnetic domains in which the magnetic moment is aligned in the element longitudinal direction are in an antagonistic state. The magnetic anisotropy energy in the element width direction and the element longitudinal direction balance, and the direction of magnetic anisotropy is almost isotropic as a whole.
[0224]
In FIG. 24, the total area of the magnetic domains in which the magnetic moment is oriented in the element longitudinal direction is larger than the total area of the magnetic domains in which the magnetic moment is oriented in the element width direction. However, the magnetic anisotropy energy in the element width direction and the element longitudinal direction balance and the direction of magnetic anisotropy is almost isotropic as a whole.
[0225]
That is, in any of the soft magnetic thin films 24 shown in FIGS. 22 to 24, the magnetic moment is difficult to be fixed in a certain direction, and the direction of the magnetic moment is easily changed when excited by an alternating current. . That is, the magnetic permeability μ in the element width direction of the magnetic sensing portion 25 is increased, and the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element is increased. In addition, the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing unit 25 can be reduced, and the required magnitude of the bias magnetic field can be reduced.
[0226]
In FIG. 25, the magnetosensitive part is formed with a length L in the element longitudinal direction (X direction) of 4 mm and a length W in the element width direction (Y direction) of 500 μm, that is, an aspect ratio W / L = 0.125. The magnetic domain structure of the soft magnetic thin film 24 is shown.
[0227]
In FIG. 25, magnetic domains in which the magnetic moment is oriented in the element width direction dominate, and the direction of magnetic anisotropy faces the element width direction.
[0228]
That is, the magnetic permeability μ in the element width direction of the magnetic sensing portion is small, and the magnetic field detection sensitivity of the magneto-impedance effect element is small. In addition, the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing part is large, and the required bias magnetic field is also large.
[0229]
22 to 25 has a FeAlSiHfCRu-based composition, is formed of a microcrystalline soft magnetic alloy thin film mainly composed of bcc-Fe crystal grains, and the thickness of the magnetosensitive part. Is formed at 4 μm.
[0230]
22 to 25 show the magnetic domain structure of the soft magnetic thin film 24 in the uppermost layer of the magnetosensitive part 25 of the magneto-impedance effect element in FIG. 1, but the soft magnetic thin film 22 in the lowermost layer also has the same magnetic domain structure. Indicated.
[0231]
【Example】
26 and 27 are graphs showing the results of measuring the magnetoimpedance effect characteristics using the magnetoimpedance effect element shown in FIG.
[0232]
An external magnetic field Hex is applied in the element longitudinal direction of the magneto-impedance effect element M in a state where a driving AC current is applied to both ends of the magneto-sensitive part 25 from the electrode portions 26 and 26 of the magneto-impedance effect element M in FIG. The output voltage Emi was measured while changing the magnitude of the applied external magnetic field Hex.
[0233]
FIG. 26 shows that the magnetosensitive part is formed of a microcrystalline soft magnetic alloy thin film mainly composed of bcc-Fe crystal grains having a FeAlSiHfCRu-based composition, and the length of the magnetosensitive part 25 in the element longitudinal direction is 4 mm. This is a result when the thickness is 4 μm and the dimension in the element width direction is changed.
[0234]
Referring to FIG. 26, when the element width direction dimension of the magnetosensitive part 25 is 1000 μm (W / L = 0.25) and 500 μm (W / L = 0.125), the magnitude of the external magnetic field is changed. Sometimes there is almost no change in the output voltage, indicating that it does not function as a magnetic field sensor. The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage exceeds 400 (A / m).
[0235]
On the other hand, when the dimension in the element width direction of the magnetic sensing portion 25 is 100 μm (W / L = 0.025), the change in the output voltage becomes 200 mV or more at the maximum when the magnitude of the external magnetic field is changed. It can be seen that it functions as a sensitive magnetic field sensor. The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage is 160 (A / m).
[0236]
When the element width direction dimension of the magnetic sensitive portion 25 is 100 μm (W / L = 0.025), the soft magnetic thin film constituting the magnetic sensitive portion 25 has a single domain structure or a multi-domain structure. When the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment in the magnetic domain is compared with the component in the element width direction, the total area of the magnetic domain in which the component in the element longitudinal direction is larger and the component of the magnetic domain in which the component in the element width direction is larger The total area of the magnetic domains having the same total area or the larger component in the element longitudinal direction is larger than the total area of the magnetic domains having the larger component in the element width direction.
[0237]
In FIG. 27, the magnetosensitive part 25 is formed of a microcrystalline soft magnetic alloy thin film having a FeAlSiHfCRu-based composition and mainly composed of bcc-Fe crystal grains, and the length of the magnetosensitive part 25 in the longitudinal direction of the element is 6 mm. The results are obtained when the thickness is 4 μm and the dimension in the element width direction is changed.
[0238]
Referring to FIG. 27, when the element width direction dimension of the magnetosensitive part 25 is 1000 μm (W / L = 0.17), the output voltage hardly changes when the magnitude of the external magnetic field is changed. It turns out that it does not function as a magnetic field sensor. The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage exceeds 400 (A / m).
[0239]
On the other hand, when the element width direction dimension of the magnetic sensing portion 25 is 500 μm (W / L = 0.08), the change in the output voltage is 50 mV or more at the maximum when the magnitude of the external magnetic field is changed. It can be seen that it can function as a sensor. The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage is 320 (A / m). Further, when the element width direction dimension of the magnetic sensing portion 25 is 100 μm (W / L = 0.177), the change of the output voltage becomes 600 mV or more at the maximum when the magnitude of the external magnetic field is changed. It can be seen that it can function as a highly sensitive magnetic field sensor. The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage is 0 to 24 (A / m).
[0240]
When the element width direction dimension of the magnetic sensing portion 25 is 500 μm or 100 μm, the soft magnetic thin film constituting the magnetic sensing portion 25 has a single domain structure or a multi-domain structure, and a magnetic moment element in each magnetic domain. When comparing the component in the longitudinal direction and the component in the element width direction, the total area of the magnetic domains having the larger component in the element longitudinal direction is equal to the total area of the magnetic domains having the greater component in the element width direction. In other words, the total area of magnetic domains having a larger component in the element longitudinal direction is larger than the total area of magnetic domains having a larger component in the element width direction.
[0241]
FIG. 28 shows the application of the aspect ratio and the external magnetic field of the magnetosensitive portion 25 using a magneto-impedance effect element in which the length of the magnetosensitive portion 25 in the element longitudinal direction is fixed to 3 mm and the element width direction dimensions are variously changed. It is a graph which shows the result of having investigated the relationship with the variation | change_quantity of the output voltage at the time of doing.
[0242]
The change amount of the output voltage shown in FIG. 28 is a change amount of voltage when the external magnetic field is changed by 320 (A / m).
[0243]
When the magneto-impedance effect element is used as a magnetic field sensor, it is preferable to set the output change amount in the graph of FIG. 28 to 100 mV or more. Therefore, it can be seen that the aspect ratio (W / L) of the magnetic sensitive portion is preferably 0.004 or more.
[0244]
In FIG. 28, the aspect ratio of the magnetosensitive portion when the output change amount takes the maximum value is 0.017.
[0245]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention described in detail, the magnetosensitive part of the magneto-impedance effect element has a structure in which the soft magnetic body part and the conductor part having a lower specific resistance than the soft magnetic body part are in contact with each other. Therefore, when a driving AC current is applied to the magnetic sensing part, the driving AC current flows in a manner divided into a current flowing in the soft magnetic body part and a current flowing in the soft magnetic body part, When the drive AC current flows, the DC resistance value of the magnetic sensing portion is reduced, and the power consumption of the magneto-impedance effect element can be reduced.
[0246]
In the present invention, since the magnetic sensitive part has a structure in which a soft magnetic part having a high magnetic permeability and a conductive part having a high conductivity are in contact with each other, the drive AC current flowing in the magnetic sensitive part can be reduced. The skin thickness is reduced and a large magneto-impedance effect can be generated. Therefore, a sufficient amount of change in the output voltage with respect to the magnetic field can be obtained even with a low driving voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a magneto-impedance effect element showing a first embodiment of the invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magneto-impedance effect element showing a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a sectional view of a magneto-impedance effect element showing a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a sectional view of a magneto-impedance effect element showing a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a magneto-impedance effect element showing a fifth embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a sectional view of a magneto-impedance effect element showing a sixth embodiment of the present invention;
[Fig. 7]Reference exampleThe perspective view of the magneto-impedance effect element which shows the form of
[Fig. 8]FIG.Sectional drawing of the magneto-impedance effect element which shows the form of
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the magnetosensitive part of the magneto-impedance effect element and the magnetic field detection sensitivity;
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element and the absolute value Hp of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage Emi from both ends of the magnetic sensing part;
FIG. 11 is a conceptual diagram showing magneto-impedance effect characteristics of the magneto-impedance effect element of the present embodiment;
FIG. 12 is a conceptual plan view showing a magnetic domain structure of a magnetosensitive part of a magneto-impedance effect element;
FIG. 13 is a conceptual plan view showing a magnetic domain structure of a magnetosensitive part of a magneto-impedance effect element;
FIG. 14 is a conceptual plan view showing a magnetic domain structure of a magnetosensitive part of a magneto-impedance effect element;
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a magneto-impedance effect element provided with a hard magnetic material layer for applying a bias magnetic field as an embodiment of the magneto-impedance effect element of the present invention;
FIG. 16 is a sectional view showing a magneto-impedance effect element provided with a hard magnetic material layer for applying a bias magnetic field as an embodiment of the magneto-impedance effect element of the present invention;
FIG. 17 is a sectional view showing a magneto-impedance effect element provided with an antiferromagnetic layer for applying a bias magnetic field as an embodiment of the magneto-impedance effect element of the present invention;
FIG. 18 is a perspective view showing a state in which a soft magnetic thin film and a conductive thin film serving as a magnetic sensitive part are formed on a substrate made of a nonmagnetic material such as alumina titanium carbide;
FIG. 19 is a perspective view showing a state in which a magnetic sensitive part is formed by patterning the multilayer film of FIG. 18 by photolithography and etching;
FIG. 20 is a cross-sectional view of an RF magnetron sputtering apparatus that can be used for carrying out the method of manufacturing a magneto-impedance effect element of the present invention;
FIG. 21 is a perspective view showing a liquid quenching device for forming a soft magnetic ribbon;
FIG. 22 is a schematic diagram of a magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element of the present invention observed with a Kerr effect polarization microscope and photographed;
FIG. 23 is a schematic diagram of a magneto-sensitive effect element according to the present invention observed and photographed with a Kerr-effect polarization microscope;
FIG. 24 is a schematic diagram of a magnetosensitive effect element according to the present invention observed and photographed with a Kerr effect polarization microscope,
FIG. 25 is a schematic diagram of a magnetic sensing part of the magneto-impedance effect element of the present invention observed with a Kerr effect polarization microscope and photographed;
FIG. 26 is a graph showing measured values of magneto-impedance effect characteristics of the magneto-impedance effect element of the present invention;
FIG. 27 is a graph showing measured values of magneto-impedance effect characteristics of the magneto-impedance effect element of the present invention;
FIG. 28 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the magnetosensitive part of the magneto-impedance effect element and the output change amount;
FIG. 29 is a perspective view showing a conventional magneto-impedance effect element;
FIG. 30 is a circuit diagram showing a method for applying a driving AC current to a magneto-impedance effect element and applying an external magnetic field;
[Explanation of symbols]
21 Substrate
22, 24, 32, 34, 42, 44, 52, 54, 62, 64, 66, 72, 81, 85 Soft magnetic thin film
23, 33, 43, 53, 63, 65, 73, 83 Conductive thin film
25, 35, 45, 55, 67, 74, 86
26, 87 Electrode section

Claims (19)

非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、
前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lは、0.1以下であり、
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積とが等しいことを特徴とする磁気インピーダンス効果素子。
In a magneto-impedance effect element provided on a substrate made of a non-magnetic material with a magneto-sensitive part having a magneto-impedance effect and an electrode part that gives a driving alternating current to the magneto-sensitive part,
The magnetic sensitive part has a soft magnetic part formed of a soft magnetic material, a conductor part having a lower specific resistance than the soft magnetic part, and the soft magnetic part and the conductor part are: At least partially touching ,
The ratio (aspect ratio) W / L of the element width W and the element length L of the magnetosensitive part is 0.1 or less,
The soft magnetic part has a single-domain structure or a multi-domain structure, and when the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment in each magnetic domain is compared with the component in the element width direction, the component in the element longitudinal direction is more A magneto-impedance effect element , wherein a total area of large magnetic domains is equal to a total area of magnetic domains having a larger component in the element width direction .
非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、In a magneto-impedance effect element provided on a substrate made of a non-magnetic material, a magneto-sensitive part having a magneto-impedance effect, and an electrode part for applying a driving AC current to the magneto-sensitive part,
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、  The magnetic sensitive part has a soft magnetic part formed of a soft magnetic material, a conductor part having a lower specific resistance than the soft magnetic part, and the soft magnetic part and the conductor part are: At least partially touching,
前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lは、0.1以下であり、  The ratio (aspect ratio) W / L of the element width W and the element length L of the magnetosensitive part is 0.1 or less,
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きいことを特徴とする磁気インピーダンス効果素子。The soft magnetic body portion has a single magnetic domain structure or a multi-domain structure, and when the component in the element longitudinal direction of the magnetic moment in each magnetic domain is compared with the component in the element width direction, the component in the element longitudinal direction is more A magneto-impedance effect element, wherein the total area of the large magnetic domains is larger than the total area of the magnetic domains having a larger component in the element width direction.
前記軟磁性体部と、前記導電体部とが交互に積層されている請求項1又は2に記載の磁気インピーダンス効果素子。The magneto-impedance effect element according to claim 1, wherein the soft magnetic body portion and the conductor portion are alternately laminated. 最上層と最下層が前記軟磁性体部であり、前記最上層と前記最下層の軟磁性体部が、少なくとも素子幅方向の端部において磁気的に結合されている請求項記載の磁気インピーダンス効果素子。4. The magnetic impedance according to claim 3 , wherein the uppermost layer and the lowermost layer are the soft magnetic body portions, and the uppermost layer and the lowermost soft magnetic body portions are magnetically coupled at least at an end in the element width direction. Effect element. 前記感磁部の上面の素子幅寸法が、前記感磁部の底面の素子幅方向寸法より短い請求項1ないしのいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。Element width dimension of the upper surface of the sensing section is a magnetic impedance effect element according to any one of the to short claims 1 than the element width direction dimension of the bottom surface of the magnetic sensitivity 4. 前記感磁部は、前記基板の表面から離れるにつれて、素子幅方向寸法が徐々に短くなる請求項記載の磁気インピーダンス効果素子。The magneto-impedance effect element according to claim 5 , wherein the dimension of the element width direction gradually decreases as the magnetic sensing part moves away from the surface of the substrate. 駆動交流電流が与えられている前記感磁部の素子長手方向に外部磁界を印加したときに、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が400(A/m)以下である請求項1ないし6のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。  The absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensitive part when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the element of the magnetic sensitive part to which a driving AC current is applied is 400. The magneto-impedance effect element according to claim 1, wherein the magneto-impedance effect element is (A / m) or less. 前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が320(A/m)以下である請求項7に記載の磁気インピーダンス効果素子。  The magneto-impedance effect element according to claim 7, wherein the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing part is 320 (A / m) or less. 前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が160(A/m)以下である請求項7に記載の磁気インピーダンス効果素子。  The magneto-impedance effect element according to claim 7, wherein the absolute value of the magnitude of the external magnetic field that maximizes the output voltage from both ends of the magnetic sensing part is 160 (A / m) or less. 前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lが、0.05以下である請求項1ないし9のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。10. The magneto-impedance effect element according to claim 1, wherein a ratio (aspect ratio) W / L of an element width W and an element length L of the magnetosensitive part is 0.05 or less. 前記感磁部の素子幅Wと素子長さLの比(アスペクト比)W/Lが、0.03以下である請求項1ないし9のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。10. The magneto-impedance effect element according to claim 1, wherein a ratio (aspect ratio) W / L of an element width W and an element length L of the magnetosensitive part is 0.03 or less. 前記感磁部の素子長手方向と平行な方向にバイアス磁界を印加する磁性体を有する請求項1ないし11のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。Magneto-impedance effect element according to any one of claims 1 to 11 having a magnetic body for applying a bias magnetic field to the longitudinal direction of the element parallel to the direction of the magnetic sensitivity surfaces. 前記軟磁性体部は、組成式がFehijで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である請求項1ないし12のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、Mは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wと希土類元素から選ばれる1種あるいは2種以上の元素であり、h、i、jはat%で、45≦h≦70、5≦i≦30、10≦j≦40、h+i+j=100の関係を満足するものである。
The soft magnetic material part, represented by a compositional formula of Fe h M i O j, the magneto-impedance effect element according to any one of claims 1 to 12 is microcrystalline soft magnetic alloy thin film mainly composed of amorphous structure.
However, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W and rare earth elements, and h, i, and j are at% and 45 ≦ h ≦ 70. The relationship of 5 ≦ i ≦ 30, 10 ≦ j ≦ 40, h + i + j = 100 is satisfied.
前記軟磁性体部は、組成式が(Co1-ccxyzwで表される微結晶軟磁性合金薄膜である請求項1ないし12のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、元素Tは、Fe、Niのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Si,P,C,W,B,Al,Ga,Geと希土類元素から選ばれる1種または2種以上の元素であり、Xは、Au,Ag,Cu,Ru,Rh,Os,Ir,Pt,Pdから選ばれる1種あるいは2種以上の元素であり、組成比は、cが、0≦c≦0.7、x,y,z,wはat%で、3≦y≦30、0≦z≦20、7≦w≦40、20≦y+z+w≦60の関係を満足し、残部がxである。
The soft magnetic material part, magnetic impedance according to any of the composition formula (Co 1-c T c) x M y X z O claims 1 microcrystalline soft magnetic alloy thin film represented by w 12 Effect element.
However, the element T is an element containing one or both of Fe and Ni, and the element M is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Si, P, C, W, One or more elements selected from B, Al, Ga, Ge and rare earth elements, and X is one selected from Au, Ag, Cu, Ru, Rh, Os, Ir, Pt, Pd or It is an element of two or more, and the composition ratio is such that c is 0 ≦ c ≦ 0.7, x, y, z, and w are at%, 3 ≦ y ≦ 30, 0 ≦ z ≦ 20, 7 ≦ w The relationship of ≦ 40, 20 ≦ y + z + w ≦ 60 is satisfied, and the balance is x.
前記軟磁性体部は、組成式がT100-d-e-f-gdefgで表され、bcc−Fe、bcc−FeCo、bcc−Coの1種または2種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である請求項1ないし12のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、元素Tは、Fe、Coのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Xは、Si、Alのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti、Zr、Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれる1種または2種以上の元素であり、元素Zは、C、Nのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Qは、Cr,Re,Ru,Rh,Ni,Pd,Pt,Auから選ばれる1種または2種以上の元素であり、d、e、f、gはat%で、0≦d≦25、1≦e≦10、0.5≦f≦15、0≦g≦10の関係を満足するものである。
The soft magnetic material part, represented by a compositional formula of T 100-defg X d M e Z f Q g, and mainly bcc-Fe, bcc-FeCo, one or more of crystal grains of the bcc-Co magneto-impedance effect element according to any one of claims 1 to 12 the microcrystalline soft magnetic alloy thin film.
However, the element T is an element containing one or both of Fe and Co, the element X is an element containing either one or both of Si and Al, and the element M is Ti, Zr, One or more elements selected from Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W. The element Z is an element including one or both of C and N. Q is Cr, It is one or more elements selected from Re, Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, and Au, and d, e, f, and g are at%, and 0 ≦ d ≦ 25, 1 ≦ e ≦ 10 , 0.5 ≦ f ≦ 15 and 0 ≦ g ≦ 10 are satisfied.
前記軟磁性体部は、組成式がT100-p-q-e-f-gSipAlqefgで表され、bcc−Fe、bcc−FeCo、bcc−Coの1種または2種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である請求項1ないし12のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、元素Tは、Fe、Coのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Mは、Ti、Zr、Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれる1種または2種以上の元素であり、元素Zは、C、Nのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Qは、Cr,Re,Ru,Rh,Ni,Pd,Pt,Auから選ばれる1種または2種以上の元素であり、p、q、e、f、gはat%で、8≦p≦15、0≦q≦10、1≦e≦10、0.5≦f≦15、0≦g≦10の関係を満足するものである。
The soft magnetic material part, represented by a compositional formula of T 100-pqefg Si p Al q M e Z f Q g, bcc-Fe, bcc-FeCo, one or more of crystal grains of the bcc-Co magneto-impedance effect element according to any one of claims 1 microcrystalline soft magnetic alloy thin film containing mainly 12.
However, the element T is an element containing one or both of Fe and Co, and the element M is one or more selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W. The element Z is an element containing one or both of C and N, and Q is one or two selected from Cr, Re, Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, and Au. P, q, e, f, and g are at%, 8 ≦ p ≦ 15, 0 ≦ q ≦ 10, 1 ≦ e ≦ 10, 0.5 ≦ f ≦ 15, 0 ≦ g The relationship of ≦ 10 is satisfied.
前記軟磁性体部は、組成式が(Fe1-aCoa100-x-y(Si1-bbxyで示される非晶質軟磁性合金薄膜または薄帯である請求項1ないし12のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、MはCr、Ruのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すa、bは0.05≦a≦0.1、0.2≦b≦0.8であり、x、yはat%で10≦x≦35、0≦y≦7の関係を満足するものである。
The soft magnetic material portion, composition formula (Fe 1-a Co a) 100-xy (Si 1-b B b) according to claim 1 which is amorphous soft magnetic alloy thin film or ribbon represented by x M y Thru | or 12 magneto-impedance effect element in any one of.
However, M is an element containing one or both of Cr and Ru, and a and b representing the composition ratio are 0.05 ≦ a ≦ 0.1 and 0.2 ≦ b ≦ 0.8. , X and y satisfy the relationship of 10 ≦ x ≦ 35 and 0 ≦ y ≦ 7 in at%.
前記軟磁性体部は、組成式がColTamHfnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金薄膜である請求項1ないし12のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、l、m、nはat%で、70≦l≦90、5≦m≦21、6.6≦n≦15、1≦m/n≦2.5の関係を満足するものである。
The soft magnetic material part, represented by a compositional formula of Co l Ta m Hf n, magneto-impedance effect element according to any one of claims 1 to 12 is an amorphous soft magnetic alloy thin film mainly the amorphous structure .
However, l, m, and n are at% and satisfy the relations of 70 ≦ l ≦ 90, 5 ≦ m ≦ 21, 6.6 ≦ n ≦ 15, and 1 ≦ m / n ≦ 2.5.
前記軟磁性体部は、組成式がCoaZrbNbcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金薄膜である請求項1ないし12のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、a、b、cはat%で、78≦a≦91、0.5≦b/c≦0.8の関係を満足するものである。
The soft magnetic body section, the magneto-impedance effect element according to any one formula is Co a Zr b Nb claims 1 an amorphous soft magnetic alloy thin film mainly composed of amorphous structure represented by c 12 .
However, a, b, and c are at% and satisfy the relationship of 78 ≦ a ≦ 91 and 0.5 ≦ b / c ≦ 0.8.
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