JP4953569B2 - Thin film magnetoresistive element and magnetic sensor using thin film magnetoresistive element - Google Patents
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Description
本発明は、軟磁性膜のギャップ部に巨大磁気抵抗薄膜を備えてなる薄膜磁気抵抗素子及びその製造方法並びに薄膜磁気抵抗素子を用いた磁気センサに関する。 The present invention relates to a thin film magnetoresistive element including a giant magnetoresistive thin film in a gap portion of a soft magnetic film, a manufacturing method thereof, and a magnetic sensor using the thin film magnetoresistive element.
従来より、パーマロイ合金等を用いたものよりも格段に大きな磁気抵抗効果を有し且つ磁界感度が高い薄膜磁気抵抗素子として、図18に示すように、同一平面内に第1及び第2の軟磁性膜101,102が所要のギャップ103を介して対向に配置され、当該ギャップ103内及びこれに続く軟磁性膜101,102の上面の一部に例えばナノグラニュラー合金薄膜等の巨大磁気抵抗薄膜104を形成したものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
Conventionally, as a thin film magnetoresistive element having a remarkably large magnetoresistive effect and high magnetic field sensitivity than those using a permalloy alloy or the like, as shown in FIG. 18, the first and second soft resistors are within the same plane. The
この薄膜磁気抵抗素子は、ギャップ長Lgを軟磁性膜101,102の膜厚の20倍以下にすることにより、軟磁性膜101,102が磁化したときにギャップ103内に配置された巨大磁気抵抗薄膜104に軟磁性膜101,102の磁化に相当する磁界を作用させることができるので、巨大磁気抵抗薄膜104の磁気抵抗効果(MR比)を小さな外部磁界で飽和させることができ、磁界感度を著しく大きくすることができる。
In this thin film magnetoresistive element, the gap length Lg is set to 20 times or less the film thickness of the soft
かように、この薄膜磁気抵抗素子は、MR比のみならず磁界感度を非常に大きくすることができるので、高速・高密度記録の磁気記録を可能にする磁気ヘッド(MRヘッド)や、高分解能の信号検出を可能にするサーボモータ又はロータリエンコーダ等における磁気センサ(MRセンサ)に応用することができる。
ところで、上記のような効果を得るには、軟磁性膜101,102から流れる磁界を、巨大磁気抵抗薄膜104に有効に作用させる必要がある。即ち、この巨大磁気抵抗薄膜104の電気抵抗は、軟磁性膜101,102の電気抵抗と比較して十分に大きい(1×104μΩ・cm〜1×109μΩ・cm)ため、この素子の電流は、ギャップ103間の巨大磁気抵抗薄膜104を流れる。したがって、ギャップ103間の巨大磁気抵抗薄膜104に、有効に磁界を作用させる必要がある。
By the way, in order to obtain the effects as described above, it is necessary to effectively cause the magnetic field flowing from the soft
しかしながら、前記構成の薄膜磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗薄膜104が、ギャップ103内のみならず、軟磁性膜101,102の上面の一部にまで形成されているので、巨大磁気抵抗薄膜104を介して軟磁性膜101から軟磁性膜102に至る電路及び磁路が、図18に示すように、軟磁性膜101の端面からギャップ103内に形成された巨大磁気抵抗薄膜104を通って軟磁性膜102の端面に至る経路と、軟磁性膜101の上面からギャップ103外に形成された巨大磁気抵抗薄膜104を通って軟磁性膜102の上面に至る経路とに分散される。
However, since the giant magnetoresistive
このため、前記構成の薄膜磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗薄膜104を通る磁束の磁束密度が低下すると共にその経路長が不均一になり、単一の磁束経路を有する薄膜磁気抵抗素子に比べて磁界感度が低下する。また、薄膜磁気抵抗素子の磁界感度が、各経路における局部的な磁界感度の合成値になるので、単一の磁束経路を有する薄膜磁気抵抗素子に比べて磁界感度の直線性が劣化する。したがって、電流の大部分が流れるギャップ103に有効に磁界が掛からないため、特に弱い磁界の時のMR効果の度合いが低下する。
For this reason, the thin film magnetoresistive element having the above-described configuration has a reduced magnetic flux density of the magnetic flux passing through the giant magnetoresistive
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高い磁界感度を有し、かつその直線性が良好な薄膜磁気抵抗素子を提供すること、及びかかる薄膜磁気抵抗素子を安価且つ容易に製造する方法を提供すること、並びに前記薄膜磁気抵抗素子を用いた実用的な磁気センサを提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and an object thereof is to provide a thin film magnetoresistive element having high magnetic field sensitivity and good linearity, and An object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a thin film magnetoresistive element inexpensively and easily, and to provide a practical magnetic sensor using the thin film magnetoresistive element.
本発明は、前記の課題を解決するため、巨大磁気抵抗薄膜と、当該巨大磁気抵抗薄膜を介して一端が電気的及び磁気的に接続された第1及び第2の軟磁性膜と、前記第1軟磁性膜及び前記第2軟磁性膜のうちの少なくとも一方と前記巨大磁気抵抗薄膜との間に介在する非磁性絶縁膜とを有し、前記第1及び第2の軟磁性膜に信号検出用の端子部が設けられた薄膜磁気抵抗素子において、絶縁基板上に形成された前記第1軟磁性膜の上面に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面及び端面並びに前記第1軟磁性膜の端面に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成すると共に、一端が前記巨大磁気抵抗薄膜に接するように前記絶縁基板上に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面に一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第1軟磁性膜の端面に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接するように前記第2軟磁性膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第1軟磁性膜から前記第2軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記第1軟磁性膜と前記第2軟磁性膜の配列方向にのみ規制するという構成にした。 In order to solve the above problems, the present invention provides a giant magnetoresistive thin film, first and second soft magnetic films having one end electrically and magnetically connected via the giant magnetoresistive thin film, A nonmagnetic insulating film interposed between at least one of the first soft magnetic film and the second soft magnetic film and the giant magnetoresistive thin film, and the first and second soft magnetic films detect signals. In the thin film magnetoresistive element provided with a terminal portion for the above, the nonmagnetic insulating film is formed on the upper surface of the first soft magnetic film formed on the insulating substrate, the upper surface and the end surface of the nonmagnetic insulating film, and the The giant magnetoresistive thin film is formed on an end face of the first soft magnetic film, and the nonmagnetic insulating film is formed on the insulating substrate so that one end is in contact with the giant magnetoresistive thin film, and an upper surface of the nonmagnetic insulating film is formed. end surface and the first soft magnetic end on said nonmagnetic insulating layer The second soft magnetic film is formed so as to be in contact with the giant magnetoresistive thin film formed on the end face of the film, and the second soft magnetic film is formed from the first soft magnetic film via the giant magnetoresistive thin film by the nonmagnetic insulating film. The electric path and magnetic path leading to the soft magnetic film are restricted only in the arrangement direction of the first soft magnetic film and the second soft magnetic film.
かかる構成によると、第1軟磁性膜の上面に非磁性絶縁膜を形成し、かつ巨大磁気抵抗薄膜を介して第1軟磁性膜の端面側に第2軟磁性膜を形成することにより、第1軟磁性膜の上面から巨大磁気抵抗薄膜を介して第2軟磁性膜に至る電路及び磁路を遮断することができるので、第1軟磁性膜から巨大磁気抵抗薄膜を介して第2軟磁性膜に至る電路及び磁路を第1軟磁性膜と第2軟磁性膜の配列方向にのみ規制することができる。よって、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、磁束の経路と電流の経路が一致するため、弱い磁界においてもMR効果を有効に発現させることができる。 According to such a configuration, the non-magnetic insulating film is formed on the upper surface of the first soft magnetic film, and the second soft magnetic film is formed on the end surface side of the first soft magnetic film via the giant magnetoresistive thin film. Since the electric and magnetic paths from the upper surface of the first soft magnetic film to the second soft magnetic film through the giant magnetoresistive thin film can be blocked, the second soft magnetism from the first soft magnetic film through the giant magnetoresistive thin film can be blocked. The electric path and magnetic path leading to the film can be restricted only in the arrangement direction of the first soft magnetic film and the second soft magnetic film. Therefore, it is possible to improve the magnetic field sensitivity and the linearity thereof. In addition, since the magnetic flux path and the current path coincide with each other, the MR effect can be effectively exhibited even in a weak magnetic field.
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記第2軟磁性膜が、一端が前記巨大磁気抵抗薄膜に接するように形成された前記非磁性絶縁膜の上に積層されているという構成にした。 According to the present invention, in the thin film magnetoresistive element having the above structure, the second soft magnetic film is laminated on the nonmagnetic insulating film formed so that one end is in contact with the giant magnetoresistive thin film. Made the configuration.
かかる構成によると、第2軟磁性膜を非磁性絶縁膜の上に積層することにより、第1軟磁性膜の端面と第2軟磁性膜の端面とを巨大磁気抵抗薄膜を介して対向に配置することができるので、第1軟磁性膜から巨大磁気抵抗薄膜を介して第2軟磁性膜に至る電路及び磁路を巨大磁気抵抗薄膜の膜厚方向にのみ規制することができる。 According to such a configuration, the end face of the first soft magnetic film and the end face of the second soft magnetic film are arranged to face each other through the giant magnetoresistive thin film by laminating the second soft magnetic film on the nonmagnetic insulating film. Therefore, the electric path and magnetic path from the first soft magnetic film through the giant magnetoresistive thin film to the second soft magnetic film can be restricted only in the thickness direction of the giant magnetoresistive thin film.
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記巨大磁気抵抗薄膜が、絶縁体マトリクス中に強磁性微粒子を分散してなるグラニュラー磁性膜をもって形成されているという構成にした。 According to the present invention, in the thin film magnetoresistive element having the above structure, the giant magnetoresistive thin film is formed with a granular magnetic film in which ferromagnetic fine particles are dispersed in an insulator matrix.
グラニュラー磁性膜は、パーマロイ合金等の合金系の巨大磁気抵抗薄膜に比べて格段に大きなMR比を有するので、巨大磁気抵抗薄膜としてグラニュラー磁性膜を用いることによって、磁気ヘッド及び磁気センサの出力信号強度を高めることができる。また、グラニュラー磁性膜は、1層で大きなMR比が得られるので、多層構造の巨大磁気抵抗薄膜を用いる場合に比べて、薄膜磁気抵抗素子の製造を容易化することができる。 Since the granular magnetic film has a remarkably large MR ratio compared to a giant magnetoresistive thin film of an alloy system such as a permalloy alloy, the output signal strength of the magnetic head and the magnetic sensor can be obtained by using the granular magnetic film as the giant magnetoresistive thin film. Can be increased. In addition, since the granular magnetic film can obtain a large MR ratio in one layer, the manufacturing of the thin film magnetoresistive element can be facilitated as compared with the case where a giant magnetoresistive thin film having a multilayer structure is used.
また、本発明は、前記構成の薄膜磁気抵抗素子において、前記第1軟磁性膜と前記第2軟磁性膜との間に形成される前記巨大磁気抵抗薄膜の膜厚が0.05μm以上1.0μm未満であるという構成にした。 According to the present invention, in the thin film magnetoresistive element having the above structure, the giant magnetoresistive thin film formed between the first soft magnetic film and the second soft magnetic film has a thickness of 0.05 μm or more. It was set as the structure which is less than 0 micrometer.
本願発明者等の研究によると、基板上に形成された軟磁性膜にイオンビームエッチング等によってギャップを形成し、しかる後に、形成されたギャップ内に巨大磁気抵抗薄膜をスパッタリングする場合、ギャップ長が1μm以下になると、ギャップ内への巨大磁気抵抗薄膜の回り込みが不十分になって、均一な巨大磁気抵抗薄膜の成膜が困難になる。これに対して、薄膜磁気抵抗素子を、第1及び第2の軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜と非磁性絶縁膜との積層体をもって構成する場合には、ギャップ長に製造上の制限がなく、第1軟磁性膜と第2軟磁性膜との間に形成される巨大磁気抵抗薄膜の膜厚を0.05μm以上1.0μm未満に形成することができる。したがって、薄膜磁気抵抗素子のギャップ長を実質的に小さくすることができ、薄膜磁気抵抗素子の磁界感度を高めることができる。 According to the study by the inventors of the present application, when a gap is formed in a soft magnetic film formed on a substrate by ion beam etching or the like, and then a giant magnetoresistive thin film is sputtered in the formed gap, the gap length is When the thickness is 1 μm or less, the giant magnetoresistive thin film does not sufficiently enter the gap, and it becomes difficult to form a uniform giant magnetoresistive thin film. On the other hand, in the case where the thin film magnetoresistive element is composed of a laminate of the first and second soft magnetic films, the giant magnetoresistive thin film, and the nonmagnetic insulating film, there is no manufacturing limitation on the gap length. The thickness of the giant magnetoresistive thin film formed between the first soft magnetic film and the second soft magnetic film can be 0.05 μm or more and less than 1.0 μm. Therefore, the gap length of the thin film magnetoresistive element can be substantially reduced, and the magnetic field sensitivity of the thin film magnetoresistive element can be increased.
また、本発明は、前記の課題を解決するため、薄膜磁気抵抗素子の製造方法については、以下の構成にした。 Further, the present invention is to solve the above problems, the method of manufacturing a thin film magnetoresistive element, and the following configuration.
絶縁基板上に第1軟磁性膜を形成する工程と、前記第1軟磁性膜の上面に非磁性絶縁膜を形成する工程と、前記第1軟磁性膜の一端面並びにこれに続く前記非磁性絶縁膜の一端面及び上面並びに前記第1軟磁性膜の一端面に続く前記絶縁基板上に巨大磁気抵抗薄膜を形成する工程と、前記絶縁基板上に一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第1軟磁性膜の端面並びに前記絶縁基板上に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接する第2軟磁性膜を形成する工程とを含んで薄膜磁気抵抗素子を製造する。これにより、請求項1に係る薄膜磁気抵抗素子が得られる。
Forming a first soft magnetic film insulation substrate, wherein the steps of forming a non-magnetic insulating layer on the upper surface of the first soft magnetic film, the first soft magnetic film end surface and the subsequent the non of Forming a giant magnetoresistive thin film on the insulating substrate following the one end surface and top surface of the magnetic insulating film and one end surface of the first soft magnetic film; and one end of the non-magnetic insulating film on the insulating substrate and Forming a second soft magnetic film in contact with the end face of the first soft magnetic film and the giant magnetoresistive thin film formed on the insulating substrate. Thereby, the thin film magnetoresistive element according to
また、本発明は、前記の課題を解決するため、磁気センサについては、巨大磁気抵抗薄膜と、当該巨大磁気抵抗薄膜を介して一端が電気的及び磁気的に接続された第1及び第2の軟磁性膜と、前記第1軟磁性膜及び前記第2軟磁性膜のうちの少なくとも一方と前記巨大磁気抵抗薄膜との間に介在する非磁性絶縁膜とを有し、前記第1及び第2の軟磁性膜に信号検出用の端子部が設けられた薄膜磁気抵抗素子であって、絶縁基板上に形成された前記第1軟磁性膜の上面に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面及び端面並びに前記第1軟磁性膜の端面に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成すると共に、一端が前記巨大磁気抵抗薄膜に接するように前記絶縁基板上に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面に一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第1軟磁性膜の端面に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接するように前記第2軟磁性膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第1軟磁性膜から前記第2軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記第1軟磁性膜と前記第2軟磁性膜の配列方向にのみ規制してなる2個の薄膜磁気抵抗素子を対向する2辺に備え、他の対向する2辺に固定抵抗素子を備えたブリッジ回路からなるという構成にした。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a magnetic sensor having a giant magnetoresistive thin film and first and second ones that are electrically and magnetically connected at one end via the giant magnetoresistive thin film. A soft magnetic film; a nonmagnetic insulating film interposed between at least one of the first soft magnetic film and the second soft magnetic film and the giant magnetoresistive thin film; A thin film magnetoresistive element in which a signal detecting terminal portion is provided on the soft magnetic film, wherein the nonmagnetic insulating film is formed on an upper surface of the first soft magnetic film formed on the insulating substrate, The giant magnetoresistive thin film is formed on the top and end faces of the magnetic insulating film and the end face of the first soft magnetic film, and the nonmagnetic insulating film is formed on the insulating substrate so that one end is in contact with the giant magnetoresistive thin film. and, the non-magnetic insulating end the non-magnetic on the upper surface of the film The second soft magnetic film is formed in contact with the giant magnetoresistive thin film formed on the end face of the edge film and the end face of the first soft magnetic film, and the nonmagnetic insulating film passes through the giant magnetoresistive thin film. Two thin-film magnetoresistive elements in which an electric path and a magnetic path from the first soft magnetic film to the second soft magnetic film are restricted only in an arrangement direction of the first soft magnetic film and the second soft magnetic film, The bridge circuit is provided with two opposite sides and a fixed resistance element on the other two opposite sides.
このように、非磁性絶縁膜により巨大磁気抵抗薄膜を介して第1軟磁性膜から第2軟磁性膜に至る電路及び磁路が一方向に規制された薄膜磁気抵抗素子を備えると、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができるので、磁界感度が高く、かつその直線性に優れた磁気センサが得られる。また、2個の薄膜磁気抵抗素子を対向する2辺に備え、他の対向する2辺に固定抵抗素子を備えたブリッジ回路をもって磁気センサを構成すると、零位法によって薄膜磁気抵抗素子に作用する磁界の変動を検出することができ、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などの影響を除去できるので、高精度の磁界検出を行うことができる。 As described above, when the thin film magnetoresistive element in which the electric path and the magnetic path from the first soft magnetic film to the second soft magnetic film are regulated in one direction via the giant magnetoresistive thin film by the nonmagnetic insulating film, Since dispersion and magnetic flux path length non-uniformity can be suppressed, a magnetic sensor with high magnetic field sensitivity and excellent linearity can be obtained. Further, when a magnetic sensor is configured with a bridge circuit having two thin film magnetoresistive elements on two opposite sides and a fixed resistance element on the other two opposite sides, it acts on the thin film magnetoresistive element by the null method. Magnetic field fluctuations can be detected, and influences such as fluctuations in the power supply voltage and the input impedance and nonlinearity of the detector can be eliminated, so that highly accurate magnetic field detection can be performed.
本発明の薄膜磁気抵抗素子は、第1及び第2の軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜との間の所要の部分に非磁性絶縁膜を介在させ、巨大磁気抵抗薄膜を介して第1軟磁性膜から第2軟磁性膜に至る電路及び磁路を一方向に規制するので、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度及びその直線性を高めることができる。また、磁束の経路と電流の経路が一致するため、弱い磁界においてもMR効果を有効に発現させることができる。 In the thin film magnetoresistive element of the present invention, a nonmagnetic insulating film is interposed in a required portion between the first and second soft magnetic films and the giant magnetoresistive thin film, and the first soft magnetism is interposed via the giant magnetoresistive thin film. Since the electric path and the magnetic path from the film to the second soft magnetic film are regulated in one direction, the dispersion of the magnetic flux and the nonuniformity of the magnetic flux path length can be suppressed, and the magnetic field sensitivity and its linearity can be improved. In addition, since the magnetic flux path and the current path coincide with each other, the MR effect can be effectively exhibited even in a weak magnetic field.
本発明の薄膜磁気抵抗素子の製造方法は、第1軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜との間、第2軟磁性膜と巨大磁気抵抗薄膜との間、及び第1軟磁性膜と第2軟磁性膜との間の所要の部分に非磁性絶縁膜を形成する工程を含むので、巨大磁気抵抗薄膜を介して第1軟磁性膜から第2軟磁性膜に至る電路及び磁路が一方向に規制された薄膜磁気抵抗素子を製造することができる。 The method of manufacturing a thin film magnetoresistive element of the present invention includes a first soft magnetic film and a giant magnetoresistive thin film, a second soft magnetic film and a giant magnetoresistive thin film, and a first soft magnetic film and a second soft magnetic film. Since it includes a step of forming a nonmagnetic insulating film at a required portion between the magnetic film and the magnetic and magnetic paths from the first soft magnetic film to the second soft magnetic film through the giant magnetoresistive thin film in one direction A regulated thin film magnetoresistive element can be manufactured.
本発明の磁気センサは、非磁性絶縁膜により巨大磁気抵抗薄膜を介して第1軟磁性膜から第2軟磁性膜に至る電路及び磁路が一方向に規制された薄膜磁気抵抗素子を備えるので、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度が高く、かつその直線性に優れた磁気センサが得られる。また、2個の薄膜磁気抵抗素子を対向する2辺に備え、他の対向する2辺に固定抵抗素子を備えたブリッジ回路をもって磁気センサを構成すると、零位法によって薄膜磁気抵抗素子に作用する磁界の変動を検出することができ、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などの影響を除去できるので、高精度の磁界検出を行うことができる。 The magnetic sensor according to the present invention includes a thin film magnetoresistive element in which an electric path and a magnetic path from the first soft magnetic film to the second soft magnetic film are regulated in one direction through a giant magnetoresistive thin film by a nonmagnetic insulating film. In addition, it is possible to suppress magnetic flux dispersion and magnetic flux path length non-uniformity, and to obtain a magnetic sensor with high magnetic field sensitivity and excellent linearity. Further, when a magnetic sensor is configured with a bridge circuit having two thin film magnetoresistive elements on two opposite sides and a fixed resistance element on the other two opposite sides, it acts on the thin film magnetoresistive element by the null method. Magnetic field fluctuations can be detected, and influences such as fluctuations in the power supply voltage and the input impedance and nonlinearity of the detector can be eliminated, so that highly accurate magnetic field detection can be performed.
本発明に係る薄膜磁気抵抗素子の第1実施形態例を図1及び図2に基づいて説明する。図1は第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図、図2は図1のA−A断面図である。 A first embodiment of a thin film magnetoresistive element according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a thin film magnetoresistive element according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
図1及び図2(a)に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子1Aは、絶縁基板2と、絶縁基板2上に形成され、一端が所要のギャップgを介して対向に配置された帯状の第1軟磁性膜3及び第2軟磁性膜4と、第1軟磁性膜3の上面のギャップg寄りの部分及び第2軟磁性膜4の上面のギャップg寄りの部分にそれぞれ形成された非磁性絶縁膜5と、ギャップg内の絶縁基板2上、ギャップgを臨む第1及び第2の軟磁性膜3,4の端面、並びにこれに続く非磁性絶縁膜5の端面と上面の一部に形成された巨大磁気抵抗薄膜6とから構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2 (a), the thin
絶縁基板2は、無機誘電体、プラスチックス又は非磁性セラミクスなどの高剛性非磁性絶縁体をもって所要の形状及びサイズに形成される。
The insulating
第1軟磁性膜3は、図1に示すように、所要のギャップ幅Wgを有する細幅部3aと、当該ギャップ幅Wgよりも幅広の幅広部3bと、これらの両部3a,3bをつなぐテーパ部3cとからなる。また、第2軟磁性膜4は、図1に示すように、所要のギャップ幅Wgを有する細幅部4aと、当該ギャップ幅Wgよりも幅広の幅広部4bと、これらの両部4a,4bをつなぐテーパ部4cとからなる。これら第1及び第2の軟磁性膜3,4は、Co77Fe5Si9B8合金やパーマロイ合金(Fe65Ni35)などの飽和磁束密度が高い軟磁性体を絶縁基板2上にスパッタリングすることによって形成され、これら第1及び第2の軟磁性膜3,4の間には、ギャップ長がLgのギャップgが設けられる。なお、前記細幅部3a,4aの端面は、絶縁基板2に対して垂直に形成することもできるが、当該端面に対する均一厚みの巨大磁気抵抗薄膜6の形成を容易にし、かつ当該端面に形成される巨大磁気抵抗薄膜6の特性変化を抑制するため、絶縁基板2に立てられた垂線Mに対して20度乃至45度の傾斜角θtで傾斜させることが望ましい。
As shown in FIG. 1, the first soft
非磁性絶縁膜5は、第1軟磁性膜3の上面と巨大磁気抵抗薄膜6との間及び第2軟磁性膜4と巨大磁気抵抗薄膜6との間を電気的に絶縁するものであって、SiO2やAl2O3などの無機誘電体を第1軟磁性膜3上にスパッタリングすることにより形成される。
The nonmagnetic
巨大磁気抵抗薄膜6としては、パーマロイ合金等の合金系の巨大磁気抵抗薄膜に比べて格段に大きなMR比を有し、かつ1層で大きなMR比が得られることから、絶縁体マトリクス中に強磁性微粒子を分散してなるグラニュラー磁性膜が形成される。グラニュラー磁性膜としては、32vol%のCoFe−MgF2やCo38.6Y14.0O47.4などを挙げることができる。なお、図2(a)の例では、巨大磁気抵抗薄膜6が、ギャップg内の絶縁基板2上、ギャップgを臨む第1及び第2の軟磁性膜3,4の端面、並びにこれに続く非磁性絶縁膜5の端面と上面の一部に形成されているが、少なくとも第1軟磁性膜3及び第2軟磁性膜4の端面に形成されていれば足りる。また、巨大磁気抵抗薄膜6を最初に形成し、ギャップgを開け、しかる後に非磁性絶縁膜5と第1及び第2の軟磁性膜3,4を形成しても良い。
The giant magnetoresistive
本例の薄膜磁気抵抗素子1Aは、図1に示すように、第1軟磁性膜3の幅広部3b及び第2軟磁性膜4の幅広部4bの非磁性絶縁膜5を有しない端部が信号検出用の端子部となっており、巨大磁気抵抗薄膜6を介して第1軟磁性膜3から第2軟磁性膜4に至る方向、又はその逆方向の磁気信号を検出する。
In the thin
本例の薄膜磁気抵抗素子1Aは、第1及び第2の軟磁性膜3,4の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜5を形成したので、第1軟磁性膜3の上面から巨大磁気抵抗薄膜6を介して第2軟磁性膜4の上面に至る電路及び磁路を遮断することができ、図2(a)に矢印で示すように、第1軟磁性膜3から巨大磁気抵抗薄膜6を介して第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路を第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4の配列方向にのみ規制することができる。よって、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、図2(b)の形態は、巨大磁気抵抗薄膜6上に非磁性絶縁膜5を形成したものである。この場合も、図中に矢印で示すように、電路及び磁路が規制され、同様の効果を得ることができる。
In the thin
以下、第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aの製造方法を図3に基づいて説明する。図3は薄膜磁気抵抗素子1Aの製造手順を示すフロー図である。
Hereinafter, a method of manufacturing the thin
まず、絶縁基板2の片面に、第1軟磁性膜3及び第2軟磁性膜4の元になる軟磁性膜をめっきやスパッタリングなどによって均一な厚さに形成する(手順S1)。次いで、軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第1軟磁性膜及び第2軟磁性膜形成用のマスクを形成する(手順S2)。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S3)。これにより、絶縁基板2の片面に所要のギャップgを介して一端が対向に配置された第1軟磁性膜3及び第2軟磁性膜4が形成される。次いで、非磁性絶縁膜5をスパッタリングにより形成し(手順S4)、第1軟磁性膜3及び第2軟磁性膜4の上面を含む絶縁基板2の上面全体に再度フォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、非磁性絶縁膜形成用のマスクを形成する(手順S5)。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S6)。これにより、第1軟磁性膜3の上面及び第2軟磁性膜4の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜5が積層される。次いで、巨大磁気抵抗薄膜6をスパッタリングにより成膜し(手順S7)、次いで当該巨大磁気抵抗薄膜6上にフォトレジスト層を均一に形成した後、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜6のマスクを形成する(手順S8)。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S9)。これにより、ギャップgに巨大磁気抵抗薄膜6を有する図1及び図2に示した第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aが得られる。
First, a soft magnetic film as a base for the first soft
本例の製造方法によると、第1軟磁性膜3の上面と巨大磁気抵抗薄膜6との間及び第2軟磁性膜4の上面と巨大磁気抵抗薄膜6との間に非磁性絶縁膜5を形成する工程を含むので、第1軟磁性膜3の上面と巨大磁気抵抗薄膜6との間の電路及び磁路並びに第2軟磁性膜4の上面と巨大磁気抵抗薄膜6との間の電路及び磁路が遮断され、巨大磁気抵抗薄膜6を介して第1軟磁性膜3から第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路が第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4の配列方向にのみ規制された薄膜磁気抵抗素子1Aを製造することができる。
According to the manufacturing method of this example, the nonmagnetic
次に、本発明に係る薄膜磁気抵抗素子の第2実施形態例を図4乃至図8に基づいて説明する。図4は第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図、図5(a)は図4のB−B断面図、図6は比較例に係る薄膜磁気抵抗素子の断面図、図7は第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子と比較例に係る薄膜磁気抵抗素子の諸元を示す表図、図8は第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の効果を比較例との比較で示すグラフ図である。 Next, a second embodiment of the thin film magnetoresistive element according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 is a plan view of the thin film magnetoresistive element according to the second embodiment, FIG. 5A is a cross sectional view taken along line BB of FIG. 4, FIG. 6 is a cross sectional view of the thin film magnetoresistive element according to the comparative example, and FIG. Is a table showing specifications of the thin film magnetoresistive element according to the second embodiment and the thin film magnetoresistive element according to the comparative example, and FIG. 8 shows the effect of the thin film magnetoresistive element according to the second embodiment as compared with the comparative example. It is a graph shown by comparison.
図4及び図5(a)に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子1Bは、絶縁基板2と、絶縁基板2上に形成された帯状の第1軟磁性膜3と、第1軟磁性膜3の一端寄りの上面に形成された非磁性絶縁膜5と、非磁性絶縁膜5の上面の一部から非磁性絶縁膜5の一端面及び第1軟磁性膜3の一端面を通って絶縁基板1の上面の一部にわたる部分に形成された巨大磁気抵抗薄膜6と、長さ方向の一端が第1軟磁性膜3の一端面に形成された巨大磁気抵抗薄膜6と接するように形成された帯状の第2軟磁性膜4とから構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5A, the thin
巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚tgは、第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aのギャップ長Lgと等価であり、必要に応じて任意の大きさにすることができるが、特に、0.05μm以上1.0μm未満とすることにより、ギャップ長Lgが0.05μm以上1.0μm未満の薄膜磁気抵抗素子1Bを実現することができる。なお、図5の例では、巨大磁気抵抗薄膜6が、非磁性絶縁膜5の上面の一部から非磁性絶縁膜5及び第1軟磁性膜3の一端面を通って絶縁基板2の上面の一部にわたる部分に形成されているが、少なくとも第1軟磁性膜3の端面に形成されていれば足りる。
The film thickness tg of the giant magnetoresistive
第2軟磁性膜4は、第1軟磁性膜3と同質の軟磁性体をスパッタリングすることによって形成される。
The second soft
その他については、第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
Others are the same as those of the thin
本例の薄膜磁気抵抗素子1Bは、第1軟磁性膜3の上面に非磁性絶縁膜5を形成すると共に、巨大磁気抵抗薄膜6を介して第1軟磁性膜3の端面側に第2軟磁性膜4を形成したので、第1軟磁性膜3の上面から巨大磁気抵抗薄膜6を介して第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路を遮断することができ、第1軟磁性膜3から巨大磁気抵抗薄膜6を介して第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路を第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4の配列方向にのみ規制することができる。したがって、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、巨大磁気抵抗薄膜が軟磁性膜に比べて十分に薄い場合、例えば1/5以下である場合、図5(b)に示すように、第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4の端面の高さが一致していなくても、同様の効果が得られる。
In the thin
また、本例の薄膜磁気抵抗素子1Bは、図5に示すように、第1軟磁性膜3に形成された幅広部3bの一端及び第2軟磁性膜4に形成された幅広部6bの一端に信号検出用の端子部を有しており、巨大磁気抵抗薄膜6を厚み方向に横断する方向の磁気信号を検出する。したがって、本例の薄膜磁気抵抗素子1Bは、巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚tgをもって第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4との間のギャップ長Lgを規制することができるので、軟磁性膜に形成されたスリット状のギャップ部内に巨大磁気抵抗薄膜を成膜する場合のようにギャップ長に製造上の制限がなく、ギャップ長の減少による磁界感度の向上を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 5, the thin
即ち、図6に示すように、基板201上に形成された軟磁性膜202の中央部にイオンビームエッチングなどの微細加工技術を応用してスリット状のギャップ部203を形成した後、当該ギャップ部203内に巨大磁気抵抗薄膜204がスパッタリングにより形成される薄膜磁気抵抗素子200(比較例に係る薄膜磁気抵抗素子)は、スパッタリング条件を最適化した場合にも、ギャップ部202内への均質な巨大磁気抵抗薄膜203の形成が困難になるため、ギャップ長を0.5μm以下にすることが困難である。これに対して、本例の薄膜磁気抵抗素子1Bは、巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚tgをもって第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4との間のギャップ長Lgを規制することができるので、巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚tgを制御することによって、0.5μm以下のギャップ長を有する薄膜磁気抵抗素子を製造することができる。
That is, as shown in FIG. 6, after forming a slit-
そこで、本願発明者等は、図7に示すように、巨大磁気抵抗薄膜203の膜厚tgが0.25μmでギャップ長Lgが0.5μmの比較例に係る薄膜磁気抵抗素子200と、巨大磁気抵抗薄膜5の膜厚tgが0.25μmでギャップ長Lgが0.1μmの第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Bとを作製し、それぞれの磁界感度を比較した。なお、図7から明らかなように、他の諸元については同一とした。
Therefore, the inventors of the present application, as shown in FIG. 7, have compared the thin
外部磁界Hexの大きさを種々変更しつつギャップ中心部における磁場の強度を測定したところ、図8に示すように、第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Bの外部磁界Hexの変化に対するギャップ中心部における磁場の強度の変化率は、比較例に係る薄膜磁気抵抗素子200の2倍近くになっており、第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Bの磁界感度が上昇していることが実証された。
When the strength of the magnetic field at the center of the gap was measured while changing the magnitude of the external magnetic field Hex, as shown in FIG. 8, the gap with respect to the change in the external magnetic field Hex of the thin
また、本例の薄膜磁気抵抗素子1Bは、前述のように巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚tgをもってギャップ長Lgが規制されるので、ギャップ部の形成手段として微細加工技術を適用する必要がなく、薄膜磁気抵抗素子の製造工程を簡略化できて、薄膜磁気抵抗素子の低コスト化を図ることができる。
Further, in the thin
以下、第2実施形態例中の図5(a)に係る薄膜磁気抵抗素子1Bの製造方法を図9に基づいて説明する。図9は薄膜磁気抵抗素子1Bの製造手順を示すフロー図である。
Hereinafter, the manufacturing method of the thin
まず、絶縁基板2の片面に、第1軟磁性膜3の元になる軟磁性膜をめっきやスパッタリングなどによって均一な厚さに形成する(手順S11)。次いで、軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第1軟磁性膜形成用のマスクを形成する(手順S12)。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S13)。これにより、絶縁基板2の片面に所要の第1軟磁性膜3が形成される。次いで、非磁性絶縁膜5をスパッタリングにより形成し(手順S14)、第1軟磁性膜3の上面を含む絶縁基板2の上面全体に再度フォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、非磁性絶縁膜形成用のマスクを形成する(手順S15)。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S16)。これにより、第1軟磁性膜3の上面に非磁性絶縁膜5が積層される。次いで、巨大磁気抵抗薄膜6をスパッタリングにより成膜し(手順S17)、次いで当該巨大磁気抵抗薄膜6上にフォトレジスト層を均一に形成した後、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜6のマスクを形成する(手順S18)。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S19)。これにより、第1軟磁性膜3の端面及び非磁性絶縁膜5の端面に巨大磁気抵抗薄膜6が形成される。次いで、絶縁基板2上に非磁性絶縁膜7をスパッタリングにより形成し(手順S20)、フォトレジスト層で覆われていない部分の酸化膜をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S21)。これにより、絶縁基板2上の巨大磁気抵抗薄膜6の端面と接する部分に非磁性絶縁膜7が積層される。次いで、非磁性絶縁膜7上に第2軟磁性膜3の元になる軟磁性膜をめっきやスパッタリングなどによって均一な厚さに形成し(手順S22)、当該軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第2軟磁性膜形成用のマスクを形成する(手順S23)。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S24)。これにより、図4及び図5に示した第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Bが得られる。
First, a soft magnetic film as a base of the first soft
本例の製造方法によると、第1軟磁性膜3の上面と巨大磁気抵抗薄膜6との間に非磁性絶縁膜5を形成する工程を含むので、第1軟磁性膜3の上面から巨大磁気抵抗薄膜6を介して第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路が遮断され、巨大磁気抵抗薄膜6を介して第1軟磁性膜3から第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路が第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4の配列方向にのみ規制された薄膜磁気抵抗素子1Bを製造することができる。
According to the manufacturing method of this example, since the step of forming the nonmagnetic
次に、本発明に係る薄膜磁気抵抗素子の第3実施形態例を図10乃至図11に基づいて説明する。図10は第3実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子の平面図、図11は図10のC−C断面図である。 Next, a third embodiment of the thin film magnetoresistive element according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a plan view of the thin film magnetoresistive element according to the third embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
図10及び図11に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子1Cは、絶縁基板2と、絶縁基板2上に形成された帯状の第1軟磁性膜3と、第1軟磁性膜3の一端寄りの上面に形成された巨大磁気抵抗薄膜6と、第1軟磁性膜3の上面及び端面並びに巨大磁気抵抗薄膜6の上面の外周部分及び端面に形成された非磁性絶縁膜5と、一端部の下面が非磁性絶縁膜5より露出された巨大磁気抵抗薄膜6と接するように形成された帯状の第2軟磁性膜4とから構成されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the thin
各部の構成については、各膜3〜6の積層構造を除いて第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Bと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
Since the configuration of each part is the same as that of the thin
本例の薄膜磁気抵抗素子1Cは、第1軟磁性膜3の上面に巨大磁気抵抗薄膜6を形成すると共に、第1軟磁性膜3の端面と第2軟磁性膜4の端面との間に非磁性絶縁膜5を介在させたので、第1軟磁性膜3の端面から第2軟磁性膜4の端面に至る電路及び磁路を遮断することができ、第1軟磁性膜3から巨大磁気抵抗薄膜6を介して第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路を巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚方向にのみ規制することができる。したがって、磁束の分散及び磁束経路長の不均一を抑制することができ、磁界感度の向上及びその直線性の向上を図ることができる。また、本例の薄膜磁気抵抗素子1Cは、第1軟磁性膜3の上面に巨大磁気抵抗薄膜6を形成するので、第1軟磁性膜3の端面に巨大磁気抵抗薄膜6を形成する場合に比べて巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚の制御が容易になり、この点からも磁界感度の向上を図ることができる。さらに、本例の薄膜磁気抵抗素子1Cは、巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚tgをもって第1軟磁性膜3と第2軟磁性膜4との間のギャップ長Lgを規制することができるので、軟磁性膜に形成されたスリット状のギャップ部内に巨大磁気抵抗薄膜を成膜する場合のようにギャップ長に製造上の制限がなく、ギャップ長の減少による磁界感度の向上を図ることができる。
In the thin
以下、第3実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Cの製造方法を図12に基づいて説明する。図12は薄膜磁気抵抗素子1Cの製造手順を示すフロー図である。
Hereinafter, a method of manufacturing the thin
まず、片面に第1軟磁性膜3の元になる軟磁性膜がめっきなどによって均一な厚さに形成された絶縁基板2を用意する(手順S21)。次いで、軟磁性膜上にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第1軟磁性膜形成用のマスクを形成する(手順S22)。次いで、軟磁性膜のフォトレジスト層にて覆われていない部分をエッチングやイオンミリングなどによって除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S23)。これにより、絶縁基板2の片面に所要の第1軟磁性膜3が形成される。次いで、巨大磁気抵抗薄膜6をスパッタリングにより成膜し(手順S24)、次いで当該巨大磁気抵抗薄膜6上にフォトレジスト層を均一に形成した後、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜6のマスクを形成する(手順S25)。次いで、フォトレジスト層で覆われていない部分をエッチングもしくはイオンミリングで除去し、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S26)。これにより、第1軟磁性膜3の上面に巨大磁気抵抗薄膜6が積層される。次いで、第1軟磁性膜3の上面及び巨大磁気抵抗薄膜6の上面を含む絶縁基板2の上面全体にフォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、巨大磁気抵抗薄膜6の上面の外周部分からこれに続く巨大磁気抵抗薄膜6の端面及び第1軟磁性膜3の上面の一部並びに第1軟磁性膜3の端面部分と対向する部分にのみ開口部が形成された非磁性絶縁膜形成用のマスクを形成する(手順S27)。次いで、フォトレジスト層の開口部に非磁性絶縁膜5をスパッタリングにより成膜し(手順S28)、しかる後に、残存フォトレジスト層を除去する(手順S29)。これにより、第1軟磁性膜3及び巨大磁気抵抗薄膜6並びに絶縁基板2の所要の部分に非磁性絶縁膜5が形成される。次いで、第2軟磁性膜4をスパッタリングにより成膜し(手順S30)、しかる後に、イオンミリングやエッチング等で軟磁性膜を除去し、残存フォトレジスト層を除去する(手順S31)。次いで、フォトレジスト層を均一に形成し、露光工程及び現像工程を経て、第2軟磁性膜用のマスクを形成する(手順S32)。これにより、図10及び図11に示した第3実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Cが得られる。
First, an insulating
本例の製造方法によると、巨大磁気抵抗薄膜6の上面と第2軟磁性膜4の下面との間及び第1軟磁性膜3の端面と第2軟磁性膜4の端面の間に非磁性絶縁膜5を形成する工程を含むので、第1軟磁性膜3の上面から巨大磁気抵抗薄膜6を介して第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路並びに第1軟磁性膜3の端面から直接第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路が遮断され、巨大磁気抵抗薄膜6を介して第1軟磁性膜3から第2軟磁性膜4に至る電路及び磁路が巨大磁気抵抗薄膜6の膜厚方向にのみ規制された薄膜磁気抵抗素子1Cを製造することができる。
According to the manufacturing method of this example, the nonmagnetic property is provided between the upper surface of the giant magnetoresistive
図13に本発明の第4実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Dを示す。図13は第4実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Dの要部断面図である。 FIG. 13 shows a thin film magnetoresistive element 1D according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of a thin film magnetoresistive element 1D according to the fourth embodiment.
図13に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子1Dは、第1及び第2の軟磁性膜3,4を所要のギャップgを隔てて絶縁基板2上に形成すると共に、第1及び第2の軟磁性膜3,4の上面にそれぞれ非磁性絶縁膜5を積層し、これら第1及び第2の軟磁性膜3,4の端面及び非磁性絶縁膜5の端面に巨大磁気抵抗薄膜6を介して第3の軟磁性膜11を形成したことを特徴とする。
As shown in FIG. 13, in the thin film magnetoresistive element 1D of this example, the first and second soft
かかる構成によっても、第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aと同様の効果を発揮することができる。また、第3の軟磁性膜11に代えて硬磁性膜を形成すれば、バイアス効果を期待することもできる。
Even with this configuration, the same effect as the thin
図14に本発明の第5実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Eを示す。図14は第5実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Eの要部平面図である。
FIG. 14 shows a thin
図14に示すように、本例の薄膜磁気抵抗素子1Eは、第2軟磁性膜5を十文字状に形成し、当該第2軟磁性膜5を中心として互いに直交する方向に巨大磁気抵抗薄膜6(図示省略)と非磁性絶縁膜5と第1軟磁性膜3(図示省略)とを形成したことを特徴とする。なお、第1軟磁性膜3、非磁性絶縁膜5、巨大磁気抵抗薄膜6及び第2軟磁性膜4の積層構造については、第1乃至第3実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1A,1B,1Cのいずれかと同じである。
As shown in FIG. 14, in the thin
本例の薄膜磁気抵抗素子1Eは、直交する2方向の磁場を同時に検出することができるので、一般的な磁気センサとして利用できるほか、コンパスなどの特殊用途の磁気センサとしても利用することができる。
Since the thin
以下、本発明に係る磁気センサの一実施形態例を図15乃至図17に基づいて説明する。図15は実施形態例に係る磁気センサの平面図、図16は実施形態例に係る磁気センサに適用される固定抵抗素子の要部断面図、図17は実施形態例に係る磁気センサの等価回路図である。 Hereinafter, an embodiment of a magnetic sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 15 is a plan view of the magnetic sensor according to the embodiment, FIG. 16 is a cross-sectional view of a principal part of a fixed resistance element applied to the magnetic sensor according to the embodiment, and FIG. 17 is an equivalent circuit of the magnetic sensor according to the embodiment. FIG.
図15に示すように、本例の磁気センサ21は、2つの第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aを対向する2辺に備え、他の対向する2辺に固定抵抗素子22を備えたブリッジ回路からなり、薄膜磁気抵抗素子1Aを構成する各軟磁性膜3,4の端部に端子23を形成したことを特徴とする。
As shown in FIG. 15, the
固定抵抗素子22は、図16に示すように、絶縁基板24と、絶縁基板24上に形成された帯状の第1非磁性金属膜25と、第1非磁性金属膜25の一端寄りの上面に形成された非磁性絶縁膜26と、非磁性絶縁膜26の上面の一部から第1非磁性金属膜25及び非磁性絶縁膜26の一端面を通って基板24の上面の一部にわたる部分に形成された巨大磁気抵抗薄膜27と、長さ方向の一端が巨大磁気抵抗薄膜27を覆い且つ第1非磁性金属膜25と接触しないように形成された帯状の第2非磁性金属膜28とからなる。
As shown in FIG. 16, the fixed
本例の磁気センサ21は、薄膜磁気抵抗素子として第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aを用いたので、磁界感度が高く、かつその直線性に優れる。また、本例の磁気センサ21は、対向する2辺に備えられた2個の薄膜磁気抵抗素子1Aと他の対向する2辺に備えられた固定抵抗素子22とをもってブリッジ回路を構成してなるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない零位法による高精度の磁界検出を行うことができる。
Since the
即ち、図17に示すように、2つの薄膜磁気抵抗素子1Aの抵抗値をそれぞれR1,R3とし、2つの固定抵抗素子22の抵抗値をそれぞれR2,R4とした場合、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutは、下式で表される。
この式から明らかなように、ブリッジ回路の出力電圧Voutは、各素子の抵抗値R1,R2,R3,R4と入力電圧Vinとによってのみ定まり、且つ平衡状態においては出力電圧Voutが零になるので、電源電圧の変動それに検出器の入力インピーダンスや非直線性などに依存しない高精度の磁界検出が可能になり、実用性の高い磁気センサとすることができる。
As is apparent from this equation, the output voltage Vout of the bridge circuit is determined only by the resistance values R 1 , R 2 , R 3 , R 4 of each element and the input voltage Vin, and in an equilibrium state, the output voltage Vout is Since it becomes zero, it becomes possible to detect the magnetic field with high accuracy independent of fluctuations in the power supply voltage and the input impedance or non-linearity of the detector, and a highly practical magnetic sensor can be obtained.
なお、前記実施例においては、薄膜磁気抵抗素子として第1実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Aを用いたが、これに代えて、第2実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1B又は第3実施形態例に係る薄膜磁気抵抗素子1Cを用いることもできる。また、前記実施形態例においては、固定抵抗素子21として第1非磁性金属膜25、非磁性絶縁膜26、巨大磁気抵抗薄膜27及び第2非磁性金属膜28とを有するものを用いたが、他の構成の固定抵抗素子を用いることもできる。
In the above embodiment, the thin
1A〜1E 薄膜磁気抵抗素子
2 絶縁基板
3 第1軟磁性膜
4 第1軟磁性膜
5 非磁性絶縁膜
6 巨大磁気抵抗薄膜
11 第3の軟磁性膜
21 磁気センサ
22 固定抵抗素子
23 端子
1A to 1E Thin
Claims (4)
絶縁基板上に形成された前記第1軟磁性膜の上面に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面及び端面並びに前記第1軟磁性膜の端面に前記巨大磁気抵抗薄膜を形成すると共に、一端が前記巨大磁気抵抗薄膜に接するように前記絶縁基板上に前記非磁性絶縁膜を形成し、当該非磁性絶縁膜の上面に一端が前記非磁性絶縁膜の端面及び前記第1軟磁性膜の端面に形成された前記巨大磁気抵抗薄膜と接するように前記第2軟磁性膜を形成し、前記非磁性絶縁膜により前記巨大磁気抵抗薄膜を介して前記第1軟磁性膜から前記第2軟磁性膜に至る電路及び磁路を前記第1軟磁性膜と前記第2軟磁性膜の配列方向にのみ規制したことを特徴とする薄膜磁気抵抗素子。 A giant magnetoresistive thin film, first and second soft magnetic films having one end electrically and magnetically connected via the giant magnetoresistive thin film, and the first soft magnetic film and the second soft magnetic film. A thin film magnetoresistive element having a nonmagnetic insulating film interposed between at least one of them and the giant magnetoresistive thin film, wherein the first and second soft magnetic films are provided with signal detection terminal portions. In
The nonmagnetic insulating film is formed on an upper surface of the first soft magnetic film formed on an insulating substrate, and the giant magnetoresistive thin film is formed on an upper surface and an end surface of the nonmagnetic insulating film and an end surface of the first soft magnetic film. The nonmagnetic insulating film is formed on the insulating substrate so that one end is in contact with the giant magnetoresistive thin film, and one end is on the end surface of the nonmagnetic insulating film and the first surface on the top surface of the nonmagnetic insulating film. The second soft magnetic film is formed so as to be in contact with the giant magnetoresistive thin film formed on the end face of the soft magnetic film, and the non-magnetic insulating film passes through the giant magnetoresistive thin film from the first soft magnetic film. A thin film magnetoresistive element characterized in that an electric path and a magnetic path leading to a second soft magnetic film are restricted only in an arrangement direction of the first soft magnetic film and the second soft magnetic film.
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