JP7203630B2

JP7203630B2 - Magnetic sensors and magnetic sensor systems

Info

Publication number: JP7203630B2
Application number: JP2019027763A
Authority: JP
Inventors: 竜徳篠; 大三遠藤
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: WO2020170746A1; JP2020134301A

Description

本発明は、磁気センサおよび磁気センサシステムに関する。 The present invention relates to magnetic sensors and magnetic sensor systems.

公報記載の従来技術として、非磁性基板上に形成された硬磁性体膜からなる薄膜磁石と、前記薄膜磁石の上を覆う絶縁層と、前記絶縁層上に形成された一軸異方性を付与された一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる感磁部とを備えた磁気インピーダンス効果素子が存在する（特許文献１参照）。 As a prior art described in the publication, a thin film magnet consisting of a hard magnetic film formed on a nonmagnetic substrate, an insulating layer covering the thin film magnet, and a uniaxial anisotropy provided on the insulating layer There is a magneto-impedance effect element provided with a magneto-sensitive portion composed of one or more rectangular soft magnetic films (see Patent Document 1).

特開２００８－２４９４０６号公報JP 2008-249406 A

ところで、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、感受素子にバイアス磁界を付与するための薄膜磁石とによって、誘電体層が挟まれた構造を有する磁気センサは、感受素子に高周波電流を供給すると、誘電体層が分極し、静電容量を有するコンデンサとしてはたらく場合がある。この磁気センサのコンデンサとしての性質を用いて、磁界の変化を検出する技術が提案されている。 By the way, a magnetic sensor having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a sensing element that senses a magnetic field by the magneto-impedance effect and a thin film magnet that applies a bias magnetic field to the sensing element supplies a high-frequency current to the sensing element. The dielectric layer may then become polarized and act as a capacitor with capacitance. Techniques have been proposed for detecting changes in the magnetic field using the properties of the magnetic sensor as a capacitor.

ところで、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子を備えた磁気センサでは、感受素子に供給する電流が高周波領域である場合に感度が低下する場合がある。コンデンサとしての性質を用いた磁気センサについても同様の傾向がみられる。 By the way, in a magnetic sensor having a sensing element that senses a magnetic field by the magneto-impedance effect, the sensitivity may be lowered when the current supplied to the sensing element is in a high frequency range. A similar trend can be seen in magnetic sensors that use the property of capacitors.

本発明は、コンデンサとしての性質を用いて磁界を検出可能な磁気センサおよび磁気センサシステムにおいて、感度の低下を抑制することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to suppress a decrease in sensitivity in a magnetic sensor and a magnetic sensor system capable of detecting a magnetic field using the property of a capacitor.

本発明が適用される磁気センサは、導電体で構成される導電層と、誘電体で構成され、前記導電層に積層される誘電体層と、前記誘電体層上に積層される複数の軟磁性体層と、複数の当該軟磁性体層の間に積層され当該軟磁性体層と比べて導電性が高い高導電層とを備え、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子を有する感受部とを備え、前記感受部は、前記誘電体層上で並列に配置される複数の前記感受素子を備える第１感受部と、当該誘電体層上で並列に配置される複数の当該感受素子を備え、当該第１感受部とは絶縁された第２感受部とを備え、複数の当該感受素子が櫛歯状に接続された当該第１感受部と当該第２感受部とがかみ合った形状を有していることを特徴とする。
ここで、前記感受素子に高周波電流が供給された場合に、当該感受素子が感受する磁界の変化量に応じて静電容量が変化することを特徴とすることができる。
また、前記導電層は、硬磁性体で構成され、面内方向に磁気異方性を有し、前記感受部の前記感受素子は、前記長手方向が前記導電層の発生する磁界の方向を向くことを特徴とすることができる。
さらに、前記感受素子の前記長手方向の端部に対向するように前記誘電体層上に積層され、前記導電層の発生する磁束が当該感受素子を当該長手方向に透過するように誘導する一対のヨークをさらに備え、前記ヨークは、複数の前記軟磁性体層と、当該軟磁性体層の間に積層される前記高導電層とを備えることを特徴とすることができる。
さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される磁気センサシステムは、導電体で構成される導電層と、誘電体で構成され、当該導電層に積層される誘電体層と、当該誘電体層上に積層される複数の軟磁性体層、及び複数の当該軟磁性体層の間に積層され当該軟磁性体層と比べて導電性が高い高導電層を備え、長手方向と短手方向とを有し、当該長手方向と交差する方向に一軸磁気異方性を有し、磁気インピーダンス効果により磁界を感受する感受素子と、を備える磁気センサと、前記感受素子が感受する磁界の変化量に応じて変化する、前記磁気センサが有する静電容量の変化量に基づいて、当該感受素子が感受する磁界の変化量を算出する磁界算出部とを備える。 A magnetic sensor to which the present invention is applied includes a conductive layer made of a conductor, a dielectric layer made of a dielectric and stacked on the conductive layer, and a plurality of soft layers stacked on the dielectric layer. A magnetic layer and a highly conductive layer laminated between the soft magnetic layers and having higher conductivity than the soft magnetic layers, having a longitudinal direction and a lateral direction, and the longitudinal direction a sensing element having uniaxial magnetic anisotropy in a direction intersecting with the magnetic field and sensing a magnetic field by a magneto-impedance effect ; A first sensing part comprising the sensing element, and a second sensing part comprising a plurality of the sensing elements arranged in parallel on the dielectric layer and insulated from the first sensing part, The sensing element is characterized by having a shape in which the first sensing portion and the second sensing portion, which are connected in a comb shape, are engaged with each other .
Here, when a high-frequency current is supplied to the sensing element, the capacitance changes according to the amount of change in the magnetic field sensed by the sensing element.
The conductive layer is made of a hard magnetic material and has magnetic anisotropy in an in-plane direction. It can be characterized as
Furthermore, a pair of magnetic fluxes are laminated on the dielectric layer so as to face the ends of the sensing element in the longitudinal direction, and guide the magnetic flux generated by the conductive layer to pass through the sensing element in the longitudinal direction. A yoke may be further provided, and the yoke may include a plurality of the soft magnetic layers and the highly conductive layers laminated between the soft magnetic layers.
Furthermore, from another point of view, the magnetic sensor system to which the present invention is applied includes a conductive layer made of a conductor, a dielectric layer made of a dielectric and stacked on the conductive layer, and A plurality of soft magnetic layers laminated on the body layer, and a high conductive layer laminated between the plurality of soft magnetic layers and having higher conductivity than the soft magnetic layers, and a sensing element that has uniaxial magnetic anisotropy in a direction that intersects with the longitudinal direction and senses a magnetic field by magnetoimpedance effect; and a change in the magnetic field sensed by the sensing element. and a magnetic field calculator for calculating the amount of change in the magnetic field sensed by the sensing element based on the amount of change in the capacitance of the magnetic sensor , which changes according to the amount.

本発明によれば、コンデンサとしての性質を用いて磁界を検出可能な磁気センサおよび磁気センサシステムにおいて、感度の低下を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetic sensor and magnetic sensor system which can detect a magnetic field using the property as a capacitor WHEREIN: The fall of sensitivity can be suppressed.

本実施の形態が適用される磁気センサシステムを説明する図である。It is a figure explaining the magnetic sensor system to which this Embodiment is applied. 本実施の形態が適用される磁気センサの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the magnetic sensor to which this Embodiment is applied. 本実施の形態が適用される磁気センサの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the magnetic sensor to which this Embodiment is applied. 磁気センサの感受部における感受素子の長手方向に印加された磁界と磁気センサの静電容量との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the magnetic field applied to the longitudinal direction of the sensing element in the sensing part of a magnetic sensor, and the electrostatic capacitance of a magnetic sensor. （ａ）～（ｅ）は、磁気センサの製造方法の一例を説明する図である。(a) to (e) are diagrams for explaining an example of a method of manufacturing a magnetic sensor.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（磁気センサシステム５００の構成）
図１は、本実施の形態が適用される磁気センサシステム５００を説明する図である。磁気センサシステム５００は、発振回路部５１０と、発振回路部５１０から発振される交流電流の周波数を測定する周波数測定部５３０と、周波数測定部５３０により測定された発振周波数に基づいて、後述する磁気センサ１で感受する磁界または磁界の変化を算出する磁界算出部５５０とを備えている。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(Configuration of magnetic sensor system 500)
FIG. 1 is a diagram illustrating a magnetic sensor system 500 to which this embodiment is applied. The magnetic sensor system 500 includes an oscillation circuit section 510, a frequency measurement section 530 that measures the frequency of an alternating current oscillated from the oscillation circuit section 510, and a magnetic sensor system 500 based on the oscillation frequency measured by the frequency measurement section 530. and a magnetic field calculator 550 for calculating the magnetic field sensed by the sensor 1 or a change in the magnetic field.

図１に示すように、発振回路部５１０は、所謂磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサ１と、磁気センサ１に直列接続され磁気センサ１とともにＬＣ共振回路を構成するコイル５１３と、磁気センサ１およびコイル５１３に高周波電流を供給する高周波供給部５１５とを備えている。
詳細については後述するが、本実施の形態の発振回路部５１０では、磁気センサ１が静電容量Ｃを有するコンデンサとして機能する。また、コイル５１３がインダクタンスＬを有するインダクタとして機能する。そして、発振回路部５１０は、高周波供給部５１５により高周波電流が供給されることで、磁気センサ１で感受される磁界に対応する周波数の交流電流を発振する。 As shown in FIG. 1, the oscillation circuit unit 510 includes a magnetic sensor 1 using a so-called magneto-impedance effect, a coil 513 connected in series with the magnetic sensor 1 and forming an LC resonance circuit together with the magnetic sensor 1, the magnetic sensor 1 and and a high-frequency supply unit 515 that supplies a high-frequency current to the coil 513 .
Although the details will be described later, in the oscillation circuit section 510 of the present embodiment, the magnetic sensor 1 functions as a capacitor having a capacitance C. As shown in FIG. Also, the coil 513 functions as an inductor having an inductance L. Then, the oscillation circuit section 510 oscillates an alternating current having a frequency corresponding to the magnetic field sensed by the magnetic sensor 1 by being supplied with a high frequency current from the high frequency supply section 515 .

周波数測定部５３０は、例えば水晶振動子等を用いた既存の周波数カウンタにより構成される。そして、周波数測定部５３０は、発振回路部５１０から発振された交流電流の周波数を測定し、磁界算出部５５０に出力する。 The frequency measurement unit 530 is configured by an existing frequency counter using a crystal oscillator or the like, for example. Then, frequency measurement section 530 measures the frequency of the alternating current oscillated from oscillation circuit section 510 and outputs it to magnetic field calculation section 550 .

磁界算出部５５０は、周波数測定部５３０から取得した周波数に基づいて、磁気センサ１で感受される外部磁界または外部磁界の変化を算出する。詳細については後述するが、磁界算出部５５０は、磁気センサ１の静電容量Ｃと磁気センサ１で感受される磁界の強さとの関係を記憶している。そして、磁界算出部５５０は、周波数測定部５３０にて測定された周波数から磁気センサ１の静電容量Ｃを算出し、静電容量Ｃに基づいて磁気センサ１で感受される磁界または磁界の変化を算出する。 The magnetic field calculator 550 calculates the external magnetic field sensed by the magnetic sensor 1 or a change in the external magnetic field based on the frequency acquired from the frequency measurement unit 530 . Although the details will be described later, the magnetic field calculator 550 stores the relationship between the capacitance C of the magnetic sensor 1 and the strength of the magnetic field sensed by the magnetic sensor 1 . Then, the magnetic field calculator 550 calculates the electrostatic capacitance C of the magnetic sensor 1 from the frequency measured by the frequency measuring unit 530, and based on the electrostatic capacitance C, the magnetic field sensed by the magnetic sensor 1 or the change in the magnetic field. Calculate

（磁気センサ１の構成）
図２、図３は、本実施の形態が適用される磁気センサ１の一例を説明する図である。図２は、磁気センサ１の平面図、図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。
図３に示すように、実施の形態１が適用される磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に設けられた硬磁性体（硬磁性体層１０３）で構成された薄膜磁石２０と、薄膜磁石２０に対向して積層され、軟磁性体（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）および軟磁性体層１０５と比べて導電性の高い導電体（高導電層１０６）で構成されて磁場を感受する感受部３０とを備える。以下の説明では、二層の軟磁性体層（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）をそれぞれ区別しない場合には、単に軟磁性体層１０５と表記する。
なお、磁気センサ１の断面構造については、後に詳述する。 (Configuration of magnetic sensor 1)
2 and 3 are diagrams for explaining an example of the magnetic sensor 1 to which the present embodiment is applied. 2 is a plan view of the magnetic sensor 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG.
As shown in FIG. 3, the magnetic sensor 1 to which the first embodiment is applied includes a thin film magnet 20 made of a hard magnetic material (hard magnetic material layer 103) provided on a nonmagnetic substrate 10, and a thin film magnet 20. Laminated so as to face the magnet 20, composed of a soft magnetic material (lower soft magnetic layer 105a, upper soft magnetic layer 105b) and a conductor (highly conductive layer 106) having higher conductivity than the soft magnetic layer 105 and a sensing part 30 for sensing a magnetic field. In the following description, the two soft magnetic layers (the lower soft magnetic layer 105a and the upper soft magnetic layer 105b) are simply referred to as the soft magnetic layer 105 when they are not distinguished from each other.
The cross-sectional structure of the magnetic sensor 1 will be detailed later.

ここで硬磁性体とは、外部磁界によって磁化されると、外部磁界を取り除いても磁化された状態が保持される、いわゆる保磁力の大きい材料である。一方、軟磁性体とは、外部磁界によって容易に磁化されるが、外部磁界を取り除くと速やかに磁化がないか又は磁化が小さい状態に戻る、いわゆる保磁力の小さい材料である。 Here, the hard magnetic material is a material having a so-called large coercive force that, when magnetized by an external magnetic field, retains the magnetized state even if the external magnetic field is removed. On the other hand, a soft magnetic material is a material with a so-called small coercive force, which is easily magnetized by an external magnetic field, but quickly returns to a state of no magnetization or low magnetization when the external magnetic field is removed.

なお、本明細書においては、磁気センサ１を構成する要素（薄膜磁石２０など）を二桁の数字で表し、要素に加工される層（硬磁性体層１０３など）を１００番台の数字で表す。そして、要素の数字に対して、要素に加工される層の番号を（）内に表記する。例えば薄膜磁石２０の場合、薄膜磁石２０（硬磁性体層１０３）と表記する。図においては、２０（１０３）と表記する。他の場合も同様である。 In this specification, the elements (thin film magnet 20, etc.) constituting the magnetic sensor 1 are represented by two-digit numbers, and the layers processed into the elements (hard magnetic layer 103, etc.) are represented by numbers in the 100s. . Then, the number of the layer to be processed into the element is written in parentheses for the number of the element. For example, the thin film magnet 20 is referred to as the thin film magnet 20 (hard magnetic layer 103). In the figure, it is written as 20 (103). The same is true for other cases.

図２により、磁気センサ１の平面構造を説明する。磁気センサ１は、一例として四角形の平面形状を有する。ここでは、磁気センサ１の最上部に形成された感受部３０及びヨーク４０を説明する。感受部３０は、それぞれが櫛歯形状を有する第１感受部３０Ａと第２感受部３０Ｂとが互いにかみ合った形状を有している。 A planar structure of the magnetic sensor 1 will be described with reference to FIG. The magnetic sensor 1 has, for example, a rectangular planar shape. Here, the sensing part 30 and the yoke 40 formed on the uppermost part of the magnetic sensor 1 will be described. The sensing portion 30 has a shape in which a first sensing portion 30A and a second sensing portion 30B each having a comb tooth shape are engaged with each other.

第１感受部３０Ａは、平面形状が長手方向と短手方向とを有する短冊状である複数の感受素子３１ａと、後述する感受素子３１ｂを挟んで隣接する感受素子３１ａを並列に接続する接続部３２ａと、電流供給のための電線が接続される端子部３３ａとを備える。同様に、第２感受部３０Ｂは、複数の感受素子３１ｂと、感受素子３１ａを挟んで隣接する感受素子３１ｂを並列に接続する接続部３２ｂと、電流供給のための電線が接続される端子部３３ｂとを備える。
感受素子３１ａおよび感受素子３１ｂが磁気インピーダンス効果素子である。この例では、第１感受部３０Ａを構成する８個の感受素子３１ａと、第２感受部３０Ｂを構成する８個の感受素子３１ｂとが、短手方向に交互に配置されている。 The first sensing part 30A is a connection part that connects in parallel a plurality of strip-shaped sensing elements 31a having a planar shape with a longitudinal direction and a lateral direction and adjacent sensing elements 31a with a sensing element 31b described later interposed therebetween. 32a, and a terminal portion 33a to which an electric wire for supplying current is connected. Similarly, the second sensing portion 30B includes a plurality of sensing elements 31b, a connecting portion 32b for connecting in parallel the sensing elements 31b adjacent to each other with the sensing element 31a interposed therebetween, and a terminal portion to which an electric wire for supplying current is connected. 33b.
The sensing element 31a and the sensing element 31b are magneto-impedance effect elements. In this example, eight sensing elements 31a constituting the first sensing section 30A and eight sensing elements 31b constituting the second sensing section 30B are alternately arranged in the lateral direction.

なお、以下では、第１感受部３０Ａと第２感受部３０Ｂとを区別しない場合には、単に感受部３０と表記する場合がある。同様に、第１感受部３０Ａを構成する感受素子３１ａ、接続部３２ａ、端子部３３ａと、第２感受部３０Ｂを構成する感受素子３１ｂ、接続部３２ｂ、端子部３３ｂを区別しない場合には、それぞれ、単に感受素子３１、接続部３２、端子部３３と表記する場合がある。 In the following description, the first sensing section 30A and the second sensing section 30B may be simply referred to as the sensing section 30 when not distinguished from each other. Similarly, when the sensing element 31a, the connecting portion 32a, and the terminal portion 33a that constitute the first sensing portion 30A are not distinguished from the sensing element 31b, the connecting portion 32b, and the terminal portion 33b that constitute the second sensing portion 30B, They may be simply referred to as a sensing element 31, a connection portion 32, and a terminal portion 33, respectively.

本実施の形態では、第１感受部３０Ａの感受素子３１ａと、第２感受部３０Ｂの感受素子３１ｂとは、間隙を介して配置されており、接続部３２等によって接続されていない。これにより、磁気センサ１では、第１感受部３０Ａの端子部３３ａから、第２感受部３０Ｂの端子部３３ｂに至る回路において、直流電流が流れないようになっている。言い換えると、第１感受部３０Ａと第２感受部３０Ｂとの間の直流抵抗が無限大となっている。
また、端子部３３を介して第１感受部３０Ａおよび第２感受部３０Ｂに高周波電流を供給した場合には、誘電体層１０４が分極することで、誘電体層１０４を介して第１感受部３０Ａと第２感受部３０Ｂとの間で高周波電流が流れるようになっている。 In this embodiment, the sensing element 31a of the first sensing section 30A and the sensing element 31b of the second sensing section 30B are arranged with a gap therebetween and are not connected by the connecting section 32 or the like. Thus, in the magnetic sensor 1, a direct current does not flow in the circuit from the terminal portion 33a of the first sensing portion 30A to the terminal portion 33b of the second sensing portion 30B. In other words, the DC resistance between the first sensing portion 30A and the second sensing portion 30B is infinite.
Further, when a high-frequency current is supplied to the first sensing portion 30A and the second sensing portion 30B through the terminal portion 33, the dielectric layer 104 is polarized, so that the first sensing portion through the dielectric layer 104 A high frequency current flows between 30A and the second sensing portion 30B.

本実施の形態では、感受部３０が、間隙を介して配置される第１感受部３０Ａと第２感受部３０Ｂとを有し直流電流は流れず高周波電流は流れるという構成を有することで、磁気センサ１を含む発振回路部５１０（図１参照）の回路設計の自由度が向上する。
また、感受部３０が直流電流は流れず高周波電流は流れるという構成を有することで、発振回路部５１０において、高周波供給部５１５から供給される高周波電流を用いることができる。 In the present embodiment, the sensing portion 30 has a first sensing portion 30A and a second sensing portion 30B arranged with a gap therebetween, and has a configuration in which a direct current does not flow and a high-frequency current flows. The degree of freedom in circuit design of the oscillation circuit section 510 (see FIG. 1) including the sensor 1 is improved.
Further, since the sensing section 30 has a configuration in which a high-frequency current flows but not a direct current, the high-frequency current supplied from the high-frequency supply section 515 can be used in the oscillation circuit section 510 .

感受素子３１は、例えば長手方向の長さが約１ｍｍ、短手方向の幅が数１００μｍ、厚さ（軟磁性体層１０５の厚さ）が０．５μｍ～５μｍである。感受素子３１同士の間隔（第１感受部３０Ａの感受素子３１ａと第２感受部３０Ｂの感受素子３１ｂとの間隔）は、５０μｍ～１５０μｍである。
なお、それぞれの感受素子３１の大きさ（長さ、面積、厚さ等）、感受素子３１の数、感受素子３１同士の間隔等は、感受（計測）したい磁界の大きさや後述する静電容量Ｃの大きさなどによって設定される。 The sensing element 31 has, for example, a length of about 1 mm in the longitudinal direction, a width of several hundred μm in the lateral direction, and a thickness (thickness of the soft magnetic layer 105) of 0.5 μm to 5 μm. The distance between the sensing elements 31 (the distance between the sensing element 31a of the first sensing portion 30A and the sensing element 31b of the second sensing portion 30B) is 50 μm to 150 μm.
The size (length, area, thickness, etc.) of each sensing element 31, the number of sensing elements 31, the distance between the sensing elements 31, and the like are determined by the magnitude of the magnetic field to be sensed (measured) and the electrostatic capacity described later. It is set according to the size of C and the like.

第１感受部３０Ａの接続部３２ａは、感受素子３１ａの右側の端部に設けられている。そして、接続部３２ａは、複数の感受素子３１ａを櫛歯状に並列接続する。また、第２感受部３０Ｂの接続部３２ｂは、感受素子３１ｂの左側の端部に設けられている。そして、接続部３２ｂは、複数の感受素子３１ｂを櫛歯状に並列に接続する。 The connecting portion 32a of the first sensing portion 30A is provided at the right end of the sensing element 31a. The connecting portion 32a connects the plurality of sensing elements 31a in parallel in a comb shape. The connecting portion 32b of the second sensing portion 30B is provided at the left end of the sensing element 31b. The connecting portion 32b connects the plurality of sensing elements 31b in parallel in a comb shape.

第１感受部３０Ａの端子部３３ａは、接続部３２ａの図２における上側の端部に設けられている。端子部３３ａは、接続部３２ａから引き出す引き出し部と、電流を供給する電線を接続するパッド部とを備える。また、第２感受部３０Ｂの端子部３３ｂは、図２における下側に位置する感受素子３１ｂの右側の端部に設けられている。端子部３３ｂは、感受素子３１ｂから引き出す引き出し部と、電流を供給する電線を接続するパッド部とを備える。端子部３３は、引き出し部を設けずパッド部を接続部３２ａまたは感受素子３１ｂに連続するように設けてもよい。パッド部は、電線を接続しうる大きさであればよい。端子部３３ａ及び端子部３３ｂの位置は、図２に示した位置に限定されず、それぞれ第１感受部３０Ａ及び第２感受部３０Ｂに電流を供給できる位置であればよい。 The terminal portion 33a of the first sensing portion 30A is provided at the upper end portion of the connecting portion 32a in FIG. The terminal portion 33a includes a drawer portion drawn from the connection portion 32a and a pad portion for connecting an electric wire for supplying current. The terminal portion 33b of the second sensing portion 30B is provided at the right end of the sensing element 31b located on the lower side in FIG. The terminal portion 33b includes a drawer portion drawn out from the sensing element 31b and a pad portion to which an electric wire for supplying current is connected. The terminal portion 33 may be provided with a pad portion so as to be continuous with the connection portion 32a or the sensor element 31b without providing a lead portion. The pad portion may have any size as long as it can be connected to an electric wire. The positions of the terminal portion 33a and the terminal portion 33b are not limited to the positions shown in FIG. 2, and may be any position that allows current to be supplied to the first sensing portion 30A and the second sensing portion 30B, respectively.

そして、感受部３０の感受素子３１、接続部３２及び端子部３３は、二層の軟磁性体層１０５（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）と高導電層１０６とにより一体に構成されている。
なお、感受素子３１（感受素子３１ａ、３１ｂ）の長さ及び幅、並列させる個数など上記した数値は一例であって、感受（計測）する磁界の値や用いる軟磁性体材料などによって変更してもよい。 The sensing element 31, the connection portion 32 and the terminal portion 33 of the sensing portion 30 are integrated by the two soft magnetic layers 105 (lower soft magnetic layer 105a, upper soft magnetic layer 105b) and the high conductive layer 106. is configured to
Note that the above numerical values such as the length and width of the sensing elements 31 (sensory elements 31a and 31b) and the number of parallel ones are examples, and may be changed depending on the value of the magnetic field to be sensed (measured) and the soft magnetic material used. good too.

さらに、磁気センサ１は、感受素子３１の長手方向の端部に対向して設けられたヨーク４０を備える。ここでは、感受素子３１の長手方向の両端部に対向してそれぞれが設けられた２個のヨーク４０ａ、４０ｂを備える。なお、ヨーク４０ａ、４０ｂをそれぞれ区別しない場合には、ヨーク４０と表記する。ヨーク４０は、感受素子３１の長手方向の端部に磁力線を誘導する。このため、ヨーク４０は磁力線が透過しやすい軟磁性体（軟磁性体層１０５）を含んで構成されている。この例では、感受部３０及びヨーク４０は、二層の軟磁性体層１０５（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）と高導電層１０６とにより構成されている。なお、感受素子３１の長手方向に磁力線が十分透過する場合には、ヨーク４０を備えなくてもよい。 Further, the magnetic sensor 1 includes a yoke 40 provided facing the longitudinal end of the sensing element 31 . Here, two yokes 40a and 40b are provided, each provided facing each end in the longitudinal direction of the sensing element 31 . The yokes 40a and 40b are referred to as yokes 40 when they are not distinguished from each other. The yoke 40 guides the magnetic lines of force to the longitudinal ends of the sensing element 31 . Therefore, the yoke 40 includes a soft magnetic material (soft magnetic layer 105) through which magnetic lines of force are easily transmitted. In this example, the sensing portion 30 and the yoke 40 are composed of two soft magnetic layers 105 (lower soft magnetic layer 105 a and upper soft magnetic layer 105 b ) and a highly conductive layer 106 . Note that the yoke 40 may not be provided if the lines of magnetic force are sufficiently transmitted in the longitudinal direction of the sensing element 31 .

磁気センサ１の大きさは、平面形状において数ｍｍ角である。なお、磁気センサ１の大きさは、他の値であってもよい。 The size of the magnetic sensor 1 is several millimeters square in plan view. Note that the size of the magnetic sensor 1 may be other values.

次に、図３により、磁気センサ１の断面構造を説明する。磁気センサ１は、非磁性の基板１０上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３（薄膜磁石２０）、誘電体層１０４、軟磁性体層１０５と高導電層１０６とからなる感受部３０及びヨーク４０が、この順に配置（積層）されて構成されている。 Next, the cross-sectional structure of the magnetic sensor 1 will be described with reference to FIG. The magnetic sensor 1 comprises an adhesion layer 101, a control layer 102, a hard magnetic layer 103 (thin film magnet 20), a dielectric layer 104, a soft magnetic layer 105, and a highly conductive layer 106 on a non-magnetic substrate 10. The sensing part 30 and the yoke 40 are arranged (stacked) in this order.

基板１０は、非磁性体からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板等が挙げられる。
密着層１０１は、基板１０に対する制御層１０２の密着性を向上させるための層である。密着層１０１としては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金を用いるのがよい。Ｃｒ又はＮｉを含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＴａ、ＮｉＴａ等が挙げられる。密着層１０１の厚さは、例えば５ｎｍ～５０ｎｍである。なお、基板１０に対する制御層１０２の密着性に問題がなければ、密着層１０１を設けることを要しない。なお、本明細書においては、Ｃｒ又はＮｉを含む合金の組成比を示さない。以下同様である。 The substrate 10 is a substrate made of a non-magnetic material such as an oxide substrate such as glass or sapphire, a semiconductor substrate such as silicon, or a metal substrate such as aluminum, stainless steel, nickel-phosphorus-plated metal, or the like. be done.
The adhesion layer 101 is a layer for improving adhesion of the control layer 102 to the substrate 10 . As the adhesion layer 101, an alloy containing Cr or Ni is preferably used. Alloys containing Cr or Ni include CrTi, CrTa, NiTa, and the like. The thickness of the adhesion layer 101 is, for example, 5 nm to 50 nm. If there is no problem in the adhesion of the control layer 102 to the substrate 10, the adhesion layer 101 need not be provided. In this specification, the composition ratio of alloys containing Cr or Ni is not shown. The same applies hereinafter.

制御層１０２は、硬磁性体層１０３で構成される薄膜磁石２０の磁気異方性が膜の面内方向に発現しやすいように制御する層である。制御層１０２としては、Ｃｒ、Ｍｏ若しくはＷ又はそれらを含む合金（以下では、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金と表記する。）を用いるのがよい。制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金としては、ＣｒＴｉ、ＣｒＭｏ、ＣｒＶ、ＣｒＷ等が挙げられる。制御層１０２の厚さは、例えば１０ｎｍ～３００ｎｍである。 The control layer 102 is a layer that controls the magnetic anisotropy of the thin film magnet 20 composed of the hard magnetic layer 103 so that it is likely to develop in the in-plane direction of the film. As the control layer 102, it is preferable to use Cr, Mo, W, or an alloy containing them (hereinafter referred to as an alloy containing Cr or the like constituting the control layer 102). CrTi, CrMo, CrV, CrW and the like are examples of alloys containing Cr or the like that constitute the control layer 102 . The thickness of the control layer 102 is, for example, 10 nm to 300 nm.

薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３は、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ又はＰｔのいずれか一方又は両方を含む合金（以下では、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いることがよい。薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＢ等が挙げられる。なお、Ｆｅが含まれていてもよい。硬磁性体層１０３の厚さは、例えば１μｍ～３μｍである。 The hard magnetic layer 103 constituting the thin film magnet 20 uses an alloy containing Co as a main component and either or both of Cr and Pt (hereinafter referred to as a Co alloy constituting the thin film magnet 20). It's good. Co alloys forming the thin film magnet 20 include CoCrPt, CoCrTa, CoNiCr, CoCrPtB, and the like. In addition, Fe may be contained. The thickness of the hard magnetic layer 103 is, for example, 1 μm to 3 μm.

制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金は、ｂｃｃ（body-centered cubic（体心立方格子））構造を有する。よって、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体（硬磁性体層１０３）は、ｂｃｃ構造のＣｒ等を含む合金で構成された制御層１０２上において結晶成長しやすいｈｃｐ（hexagonal close-packed（六方最密充填））構造であるとよい。ｂｃｃ構造上にｈｃｐ構造の硬磁性体層１０３を結晶成長させると、ｈｃｐ構造のｃ軸が面内に向くように配向しやすい。よって、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０が面内方向に磁気異方性を有するようになりやすい。なお、硬磁性体層１０３は結晶方位の異なる集合からなる多結晶であり、各結晶が面内方向に磁気異方性を有する。この磁気異方性は結晶磁気異方性に由来するものである。 The alloy containing Cr or the like forming the control layer 102 has a bcc (body-centered cubic) structure. Therefore, the hard magnetic material (hard magnetic material layer 103) that constitutes the thin film magnet 20 is hcp (hexagonal close-packed) in which crystal growth is facilitated on the control layer 102 made of an alloy containing Cr or the like with a bcc structure. It is preferable to have a close-packed)) structure. When the hcp hard magnetic layer 103 is crystal-grown on the bcc structure, the c-axis of the hcp structure is easily oriented in-plane. Therefore, the thin film magnet 20 composed of the hard magnetic layer 103 tends to have magnetic anisotropy in the in-plane direction. The hard magnetic layer 103 is a polycrystal composed of a set of different crystal orientations, and each crystal has magnetic anisotropy in the in-plane direction. This magnetic anisotropy is derived from magnetocrystalline anisotropy.

なお、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金及び薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金の結晶成長を促進するために、基板１０を１００℃～６００℃に加熱するとよい。この加熱により、制御層１０２を構成するＣｒ等を含む合金が結晶成長しやすくなり、ｈｃｐ構造を持つ硬磁性体層１０３が面内に磁化容易軸を持つように結晶配向されやすくなる。つまり、硬磁性体層１０３の面内に磁気異方性が付与されやすくなる。 In order to promote crystal growth of the alloy containing Cr or the like forming the control layer 102 and the Co alloy forming the thin film magnet 20, the substrate 10 may be heated to 100.degree. C. to 600.degree. This heating facilitates crystal growth of the alloy containing Cr or the like forming the control layer 102, and facilitates the crystal orientation of the hard magnetic layer 103 having the hcp structure so as to have an in-plane easy magnetization axis. In other words, the in-plane magnetic anisotropy of the hard magnetic layer 103 is likely to be imparted.

誘電体層１０４は、非磁性の誘電体で構成され、薄膜磁石２０と感受部３０との間を電気的に絶縁する。誘電体層１０４を構成する誘電体としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等が挙げられる。また、誘電体層１０４の厚さは、例えば０．１μｍ～３０μｍである。 The dielectric layer 104 is made of a non-magnetic dielectric and electrically insulates between the thin film magnet 20 and the sensing section 30 . Dielectrics constituting the dielectric layer 104 include oxides such as SiO ₂ , Al ₂ O ₃ and TiO ₂ and nitrides such as Si ₃ N ₄ and AlN. Also, the thickness of the dielectric layer 104 is, for example, 0.1 μm to 30 μm.

感受部３０における感受素子３１は、長手方向に交差する方向、例えば直交する短手方向（幅方向）に一軸磁気異方性が付与されている。なお、長手方向に交差する方向とは、長手方向に対して４５°を超えた角度を有すればよい。
感受素子３１を構成する軟磁性体（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）としては、Ｃｏを主成分とした合金に高融点金属Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等を添加したアモルファス合金（以下では、感受素子３１を構成するＣｏ合金と表記する。）を用いるのがよい。感受素子３１を構成するＣｏ合金としては、ＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＣｏＷＺｒ等が挙げられる。感受素子３１を構成する軟磁性体（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）の厚さは、例えば、それぞれ０．２μｍ～２μｍである。図３に示す例では、下層軟磁性体層１０５ａの厚さと上層軟磁性体層１０５ｂの厚さが互いに等しいが、互いに異なっていてもよい。 The sensing element 31 in the sensing section 30 is imparted with uniaxial magnetic anisotropy in a direction crossing the longitudinal direction, for example, in a transverse direction (width direction) perpendicular to the longitudinal direction. Note that the direction crossing the longitudinal direction may have an angle exceeding 45° with respect to the longitudinal direction.
As the soft magnetic material (lower soft magnetic layer 105a, upper soft magnetic layer 105b) constituting the sensing element 31, an amorphous alloy ( Hereinafter, it is described as a Co alloy constituting the sensing element 31.) is preferably used. Co alloys forming the sensing element 31 include CoNbZr, CoFeTa, CoWZr, and the like. The thickness of the soft magnetic material (lower soft magnetic layer 105a, upper soft magnetic layer 105b) constituting the sensing element 31 is, for example, 0.2 μm to 2 μm. In the example shown in FIG. 3, the thickness of the lower soft magnetic layer 105a and the thickness of the upper soft magnetic layer 105b are equal to each other, but may be different from each other.

感受素子３１を構成する導電体（高導電層１０６）としては、導電性が高い金属または合金を用いることが好ましく、導電性が高く且つ非磁性の金属または合金を用いることがより好ましい。具体的には、感受素子３１を構成する導電体（高導電層１０６）としては、アルミニウム、銅、銀等の金属を用いるのがよい。感受素子３１を構成する導電体（高導電層１０６）の厚さは、例えば、１０ｎｍ～５００ｎｍである。感受素子３１を構成する導電体（高導電層１０６）の厚さは、後述する感受素子３１の抵抗Ｒや感受する磁界の値等が所望の値となるよう、軟磁性体層１０５として用いる感受素子３１を構成するＣｏ合金や高導電層１０６として用いる導電体の種類等によって変更できる。 As the conductor (highly conductive layer 106) constituting the sensing element 31, a highly conductive metal or alloy is preferably used, and a highly conductive and non-magnetic metal or alloy is more preferably used. Specifically, as the conductor (highly conductive layer 106) forming the sensing element 31, it is preferable to use a metal such as aluminum, copper, or silver. The thickness of the conductor (highly conductive layer 106) forming the sensing element 31 is, for example, 10 nm to 500 nm. The thickness of the conductor (highly conductive layer 106) constituting the sensing element 31 is set so that the resistance R of the sensing element 31, which will be described later, the value of the magnetic field to be sensed, etc., become desired values. It can be changed depending on the Co alloy forming the element 31, the type of conductor used as the highly conductive layer 106, and the like.

密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、及び誘電体層１０４は、平面形状が四角形（図２参照）になるように加工されている。そして、露出した側面のうち、対向する二つの側面において、薄膜磁石２０がＮ極（図３における（Ｎ））及びＳ極（図３における（Ｓ））となっている。なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ線が、感受部３０における感受素子３１の長手方向に向くようになっている。ここで、長手方向に向くとは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度が４５°未満であることをいう。なお、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線と長手方向とがなす角度は、小さいほどよい。 The adhesion layer 101, the control layer 102, the hard magnetic layer 103, and the dielectric layer 104 are processed to have a square planar shape (see FIG. 2). Among the exposed side surfaces, the thin film magnet 20 has an N pole ((N) in FIG. 3) and an S pole ((S) in FIG. 3) on two opposing side surfaces. A line connecting the N pole and the S pole of the thin film magnet 20 is oriented in the longitudinal direction of the sensing element 31 in the sensing portion 30 . Here, "oriented in the longitudinal direction" means that the angle formed by the line connecting the N pole and the S pole and the longitudinal direction is less than 45°. The smaller the angle formed by the line connecting the north pole and the south pole and the longitudinal direction, the better.

磁気センサ１において、薄膜磁石２０のＮ極から出た磁力線は、一旦磁気センサ１の外部に出る。そして、一部の磁力線が、ヨーク４０ａを介して感受素子３１を透過し、ヨーク４０ｂを介して再び外部に出る。そして、感受素子３１を透過した磁力線が透過しない磁力線とともに薄膜磁石２０のＳ極に戻る。つまり、薄膜磁石２０は、感受素子３１の長手方向に磁界を印加する。
なお、薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とをまとめて両磁極と表記し、Ｎ極とＳ極とを区別しない場合は磁極と表記する。 In the magnetic sensor 1 , the lines of magnetic force emitted from the N pole of the thin film magnet 20 temporarily go out of the magnetic sensor 1 . Some of the magnetic lines of force pass through the sensing element 31 through the yoke 40a and exit again through the yoke 40b. Then, the magnetic lines of force that have passed through the sensing element 31 return to the S pole of the thin film magnet 20 together with the magnetic lines of force that do not pass through. That is, the thin film magnet 20 applies a magnetic field in the longitudinal direction of the sensing element 31 .
The N pole and the S pole of the thin film magnet 20 are collectively referred to as both magnetic poles, and when the N pole and the S pole are not distinguished, they are referred to as magnetic poles.

なお、図２に示すように、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）は、基板１０の表面側から見た形状が、感受部３０に近づくにつれて狭くなっていくように構成されている。これは、感受部３０に磁界を集中させる（磁力線を集める）ためである。つまり、感受部３０における磁界を強くして感度のさらなる向上を図っている。なお、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）の感受部３０に対向する部分の幅を狭くしなくてもよい。 As shown in FIG. 2, the yoke 40 (yokes 40a and 40b) is configured so that the shape of the yoke 40 (yokes 40a and 40b) when viewed from the surface side of the substrate 10 becomes narrower as the sensing portion 30 is approached. This is for concentrating the magnetic field on the sensing part 30 (gathering the lines of magnetic force). In other words, the sensitivity is further improved by increasing the magnetic field in the sensing portion 30 . The width of the portion of the yoke 40 (yokes 40a and 40b) facing the sensing portion 30 may not be narrowed.

ここで、ヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）と感受部３０との間隔は、例えば１μｍ～１００μｍであればよい。 Here, the distance between the yoke 40 (yokes 40a and 40b) and the sensing portion 30 may be, for example, 1 μm to 100 μm.

（磁気センサ１の作用）
上述したように、磁気センサ１は、例えば感受素子３１の長手方向と交差する短手方向（幅方向）に磁化容易軸が向いた、一軸磁気異方性が付与されている。そして、感受素子３１の長手方向には、薄膜磁石２０により、磁界（バイアス磁界）が印加されている。
また、磁気センサ１は、それぞれの端子部３３を介して第１感受部３０Ａの感受素子３１ａと第２感受部３０Ｂの感受素子３１ｂとに高周波電流を流すと、感受部３０と薄膜磁石２０とに挟まれた誘電体層１０４において分極が生じる。そして、誘電体層１０４が分極することで、第１感受部３０Ａの感受素子３１ａと第２感受部３０Ｂの感受素子３１ｂとの間で、誘電体層１０４を介して高周波電流が流れるようになっている。さらに、磁気センサ１は、高周波電流により誘電体層１０４が分極することで、静電容量Ｃを有するコンデンサとして機能するようになる。 (Action of magnetic sensor 1)
As described above, the magnetic sensor 1 is imparted with uniaxial magnetic anisotropy in which the axis of easy magnetization is oriented in the transverse direction (width direction) intersecting the longitudinal direction of the sensing element 31, for example. A magnetic field (bias magnetic field) is applied in the longitudinal direction of the sensing element 31 by the thin film magnet 20 .
In the magnetic sensor 1, when a high-frequency current is applied to the sensing element 31a of the first sensing section 30A and the sensing element 31b of the second sensing section 30B through the respective terminal portions 33, the sensing section 30 and the thin film magnet 20 Polarization occurs in the dielectric layer 104 sandwiched between. By polarizing the dielectric layer 104, a high-frequency current flows through the dielectric layer 104 between the sensing element 31a of the first sensing section 30A and the sensing element 31b of the second sensing section 30B. ing. Furthermore, the magnetic sensor 1 functions as a capacitor having a capacitance C by polarizing the dielectric layer 104 due to the high-frequency current.

ここで、バイアス磁界が印加された状態で２個の端子部３３から感受素子３１に高周波の電流を流すと、端子部３３の間のインピーダンスＺは、感受部３０の感受素子３１に作用する磁界Ｈ（外部磁界）の長手方向に沿った方向の成分によって変化する。そして、インピーダンスＺの変化に伴って、コンデンサとして機能する磁気センサ１の静電容量Ｃが変化する。すなわち、磁気センサ１の静電容量Ｃは、感受部３０の感受素子３１に作用する磁界Ｈ（外部磁界）の長手方向に沿った方向の成分によって変化する。 Here, when a high-frequency current is passed through the sensing element 31 from the two terminal portions 33 while a bias magnetic field is applied, the impedance Z between the terminal portions 33 is the magnetic field acting on the sensing element 31 of the sensing portion 30. It changes depending on the component along the longitudinal direction of H (external magnetic field). As the impedance Z changes, the capacitance C of the magnetic sensor 1 functioning as a capacitor changes. That is, the electrostatic capacitance C of the magnetic sensor 1 changes depending on the longitudinal component of the magnetic field H (external magnetic field) acting on the sensing element 31 of the sensing section 30 .

図４は、磁気センサ１の感受部３０における感受素子３１の長手方向に印加された磁界Ｈと磁気センサ１の静電容量Ｃとの関係を説明する図である。図４において、横軸が磁界Ｈであり、縦軸が静電容量Ｃである。図４では、上述した構成を有する本実施の形態の磁気センサ１の磁界Ｈと静電容量Ｃとの関係を実線で示している。さらに図４では、感受部３０が一層の軟磁性体層１０５から構成される（すなわち高導電層１０６を有していない）以外は本実施の形態と同様の構造を有する従来の磁気センサ１の磁界Ｈと静電容量Ｃとの関係を破線で示している。なお、以下では、従来の磁気センサ１についても、図２、３に示した本実施の形態の磁気センサ１と同様の構成については、同じ符号を用いて説明を行う。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the magnetic field H applied in the longitudinal direction of the sensing element 31 in the sensing portion 30 of the magnetic sensor 1 and the electrostatic capacitance C of the magnetic sensor 1. As shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis is the magnetic field H, and the vertical axis is the capacitance C. As shown in FIG. In FIG. 4, the solid line indicates the relationship between the magnetic field H and the capacitance C of the magnetic sensor 1 of the present embodiment having the above-described configuration. Furthermore, in FIG. 4, the conventional magnetic sensor 1 having the same structure as the present embodiment except that the sensing portion 30 is composed of a single soft magnetic layer 105 (that is, does not have the highly conductive layer 106). A relationship between the magnetic field H and the capacitance C is indicated by a dashed line. In the following description, the conventional magnetic sensor 1 will also be described using the same reference numerals for the same configurations as those of the magnetic sensor 1 of the present embodiment shown in FIGS.

図４にて特性を実線で示す本実施の形態の磁気センサ１は、感受部３０（感受素子３１）およびヨーク４０が、厚さ０．７５μｍのＣｏ₈₅Ｎｂ₁₂Ｚｒ₃からなる下層軟磁性体層１０５ａと上層軟磁性体層１０５ｂとの間に、厚さ１００ｎｍのアルミニウムからなる高導電層１０６を積層した構造を有している。また、それぞれの感受素子３１は、幅１００μｍ、長さ２ｍｍである。
また、図４にて特性を破線で示す従来の磁気センサ１は、感受部３０（感受素子３１）およびヨーク４０が、厚さ１．５μｍの一層のＣｏ₈₅Ｎｂ₁₂Ｚｒ₃からなる以外は、上述した本実施の形態の磁気センサ１と同様の構成を有している。 _In the magnetic _sensor ₁ of the present embodiment, the characteristics of which are indicated by solid lines in FIG. It has a structure in which a highly conductive layer 106 made of aluminum with a thickness of 100 nm is laminated between the layer 105a and the upper soft magnetic layer 105b. Also, each sensing element 31 has a width of 100 μm and a length of 2 mm.
_In addition, the conventional magnetic sensor ₁ whose characteristics are indicated by the _dashed line in FIG. It has the same configuration as the magnetic sensor 1 of the present embodiment described above.

図４において実線および破線で示すように、磁気センサ１の静電容量Ｃは、感受素子３１の長手方向に印加された磁界Ｈに応じて変化する。この例では、静電容量Ｃは、磁界Ｈが０の場合（Ｈ＝０）を境界としてプラス方向またはマイナス方向に磁界Ｈの絶対値が大きくなるに伴い減少、増加と変化している。また、図４に示すように、磁界Ｈの変化に対する静電容量Ｃの変化量（グラフの傾き）は、磁界Ｈの大きさによって異なっている。したがって、印加する磁界Ｈの変化量（ΔＨ）に対して静電容量Ｃの変化量（ΔＣ）が急峻な部分（グラフの傾きであるΔＣ／ΔＨが大きい部分）を用いることで、磁界Ｈの微弱な変化量を静電容量Ｃの変化量（ΔＣ）として取り出すことができる。図４では、ΔＣ／ΔＨが大きい磁界Ｈの中心を磁界Ｈｂとして示している。つまり、磁界Ｈｂの近傍（図４で矢印で示す範囲）における磁界Ｈの変化量（ΔＨ）が高精度に測定できる。この磁界Ｈｂが、上述したバイアス磁界に対応する。 As indicated by the solid and dashed lines in FIG. 4, the capacitance C of the magnetic sensor 1 changes according to the magnetic field H applied in the longitudinal direction of the sensing element 31. As shown in FIG. In this example, the capacitance C decreases and increases as the absolute value of the magnetic field H increases in the plus or minus direction with the magnetic field H being 0 (H=0) as the boundary. Further, as shown in FIG. 4, the amount of change in the electrostatic capacitance C (slope of the graph) with respect to the change in the magnetic field H differs depending on the magnitude of the magnetic field H. FIG. Therefore, by using a portion where the amount of change (ΔC) in the capacitance C is steep with respect to the amount of change (ΔH) in the applied magnetic field H (the portion where ΔC/ΔH, which is the slope of the graph, is large), A weak change amount can be taken out as a change amount (ΔC) of the capacitance C. In FIG. 4, the center of the magnetic field H where ΔC/ΔH is large is shown as the magnetic field Hb. That is, the amount of change (ΔH) in the magnetic field H in the vicinity of the magnetic field Hb (the range indicated by the arrow in FIG. 4) can be measured with high accuracy. This magnetic field Hb corresponds to the bias magnetic field described above.

ところで、磁気インピーダンス効果素子として一層の軟磁性体層１０５から構成される感受素子３１を備える従来の磁気センサ１では、供給する電流の周波数が高いと、磁界Ｈの変化量ΔＨに対するインピーダンスＺの変化量ΔＺ（ΔＺ／ΔＨ）が低下する場合がある。上述したように、磁気センサ１の静電容量Ｃの変化はインピーダンスＺの変化に伴うため、この場合、図４において破線で示すように、磁界Ｈの変化量ΔＨに対する静電容量Ｃの変化量（ΔＣ／ΔＨ）も低下する。この結果、磁界Ｈの変化に対する磁気センサ１の感度が低下することになる。 By the way, in the conventional magnetic sensor 1 having the sensing element 31 composed of the single soft magnetic layer 105 as a magneto-impedance effect element, when the frequency of the supplied current is high, the change in the impedance Z with respect to the change amount ΔH in the magnetic field H is The quantity ΔZ (ΔZ/ΔH) may decrease. As described above, the change in the capacitance C of the magnetic sensor 1 accompanies the change in the impedance Z, so in this case, as shown by the dashed line in FIG. (ΔC/ΔH) also decreases. As a result, the sensitivity of the magnetic sensor 1 to changes in the magnetic field H is reduced.

このような高周波電流を供給した場合の磁気センサ１の感度の低下は、並列する感受素子３１同士の間隙や、感受素子３１（感受部３０）とヨーク４０との間隙で生じる浮遊容量の影響によるものと推測される。付言すると、磁気センサ１におけるインピーダンスＺのうち、虚部の容量性成分（容量性リアクタンス）が大きくなることの影響によるものと推測される。
特に、磁気センサ１において、感受素子３１の長さを長くしたり、並列させる感受素子３１の個数を多くしたりすると、感受素子３１同士の間隙や感受素子３１（感受部３０）とヨーク４０との間隙が多くなるため、浮遊容量の影響が大きくなりやすい。この結果、磁気センサ１の感度が低下しやすくなるものと考えられる。 The decrease in the sensitivity of the magnetic sensor 1 when such a high-frequency current is supplied is due to the effect of stray capacitance generated in the gap between the parallel sensing elements 31 and the gap between the sensing element 31 (the sensing portion 30) and the yoke 40. It is assumed that In addition, it is presumed that the imaginary part of the impedance Z in the magnetic sensor 1 is affected by an increase in the capacitive component (capacitive reactance).
In particular, in the magnetic sensor 1, if the length of the sensing element 31 is increased or the number of the sensing elements 31 arranged side by side is increased, the gap between the sensing elements 31 and the gap between the sensing elements 31 (the sensing portion 30) and the yoke 40 will increase. Since the number of gaps increases, the effect of stray capacitance tends to increase. As a result, it is considered that the sensitivity of the magnetic sensor 1 tends to decrease.

ここで、磁気センサ１において、感受素子３１の抵抗をＲ、浮遊容量をＣｓとし、感受素子３１を抵抗Ｒと浮遊容量Ｃｓの並列回路とすると、この磁気センサ１の緩和周波数ｆ_rは、以下の式（１）のように表される。ここで、緩和周波数ｆ_rは、インピーダンスＺの実部（レジスタンス）が減衰し且つ虚部（リアクタンス）が極小値をとる周波数であって、感受素子３１の感度が低下し始める周波数に相当する。
ｆ_r＝１／２πＲＣｓ …（１）
式（１）によれば、磁気センサ１の高周波領域での感度を向上させるためには、すなわち、緩和周波数ｆ_rを大きくするためには、感受素子３１の抵抗Ｒまたは浮遊容量Ｃｓを小さくする必要がある。 Here, in the magnetic sensor 1, the resistance of the sensing element 31 is R, the stray capacitance is Cs, and the sensing element 31 is a parallel circuit of the resistance _R and the stray capacitance Cs. is represented by the following formula (1). Here, the relaxation frequency f _r is the frequency at which the real part (resistance) of the impedance Z attenuates and the imaginary part (reactance) takes a minimum value, and corresponds to the frequency at which the sensitivity of the sensing element 31 begins to decrease.
f _r = 1/2πRCs (1)
According to formula (1), in order to improve the sensitivity of the magnetic sensor 1 in the high frequency region, that is, to increase the relaxation frequency f _r , the resistance R or the stray capacitance Cs of the sensing element 31 should be decreased. There is a need.

これに対し、本実施の形態の磁気センサ１は、感受素子３１が、軟磁性体層１０５と、軟磁性体層１０５と比べて導電性の高い高導電層１０６とが積層された構成となっている。これにより、感受素子３１が高導電層１０６を備えない場合と比べて、感受素子３１の抵抗Ｒが低くなる。 In contrast, in the magnetic sensor 1 of the present embodiment, the sensing element 31 has a structure in which the soft magnetic layer 105 and the highly conductive layer 106 having higher conductivity than the soft magnetic layer 105 are laminated. ing. This reduces the resistance R of the sensing element 31 compared to the case where the sensing element 31 does not include the highly conductive layer 106 .

ここで、軟磁性体層１０５（感受素子３１を構成するＣｏ合金）の一例であるＣｏ₈₅Ｎｂ₁₂Ｚｒ₃の電気抵抗率は、約２５０μΩ・ｃｍであり、高導電層１０６（感受素子３１を構成する導電体）の一例であるアルミニウムの電気抵抗率は、約２．５μΩ・ｃｍである。
これにより、図４において実線で示す本実施の形態の磁気センサ１では、感受部３０（感受素子３１）が厚さ１００ｎｍのアルミニウムからなる高導電層１０６を備えることで、高導電層１０６を備えない従来の磁気センサ１と比べて、感受素子３１の抵抗Ｒが１０分の１程度に低下する。 Here, the electrical resistivity of Co ₈₅ Nb ₁₂ Zr ₃ , which is an example of the soft magnetic layer 105 (Co alloy constituting the sensing element 31), is about 250 μΩ·cm, and the high conductive layer 106 (the sensing element 31 is The electric resistivity of aluminum, which is an example of the constituent conductor), is about 2.5 μΩ·cm.
As a result, in the magnetic sensor 1 of the present embodiment indicated by the solid line in FIG. The resistance R of the sensing element 31 is reduced to about one-tenth of that of the conventional magnetic sensor 1 without the sensor.

この結果、磁気センサ１に高周波電流を供給した場合であっても、図４において実線で示すように、磁界Ｈの変化量ΔＨに対する静電容量Ｃの変化量（ΔＣ／ΔＨ）の低下が抑制され、磁気センサ１の高周波領域での感度を向上させることができる。 As a result, even when a high-frequency current is supplied to the magnetic sensor 1, as indicated by the solid line in FIG. It is possible to improve the sensitivity of the magnetic sensor 1 in a high frequency region.

また、本実施の形態の磁気センサ１では、感受素子３１が高導電層１０６を備え抵抗Ｒが低下することで、感受素子３１が高導電層１０６を備えない場合と比較して、高周波領域においてインピーダンスＺの実部（レジスタンス）及び虚部（リアクタンス）が上昇する。このため、本実施の形態の磁気センサ１では、高周波電流を供給した場合の表皮効果をより強めることができる。 In addition, in the magnetic sensor 1 of the present embodiment, since the sensor element 31 includes the high conductive layer 106 and the resistance R is reduced, the high frequency region is The real part (resistance) and imaginary part (reactance) of the impedance Z rise. Therefore, in the magnetic sensor 1 of the present embodiment, the skin effect can be enhanced when a high-frequency current is supplied.

ここで、本実施の形態の磁気センサ１は、第１感受部３０Ａの感受素子３１ａと、第２感受部３０Ｂの感受素子３１ｂとが、間隙を介して櫛歯状にかみ合った形状を有している。これにより、間隙を介して対向する感受素子３１ａと感受素子３１ｂとが沿う長さが長くなるため、感受部３０に高周波電流を供給した場合の抵抗が低くなる。また、例えば感受部３０において感受素子３１がつづら折り状に直列に接続されている場合と比べて、磁気センサ１において感受素子３１（感受素子３１ａ、３１ｂ）の面積を大きく設計しやすい。 Here, the magnetic sensor 1 of the present embodiment has a shape in which the sensing elements 31a of the first sensing section 30A and the sensing elements 31b of the second sensing section 30B are engaged with each other with a gap therebetween. ing. As a result, the length along which the sensing element 31a and the sensing element 31b facing each other across the gap is lengthened, so that the resistance when a high-frequency current is supplied to the sensing section 30 is reduced. In addition, it is easier to design the area of the sensing element 31 (the sensing elements 31a and 31b) in the magnetic sensor 1 to be larger than in the case where the sensing elements 31 are connected in series in a zigzag shape in the sensing section 30, for example.

なお、上述した式（１）によれば、感受素子３１の抵抗Ｒを小さくする他、感受素子１３の浮遊容量Ｃｓを小さくすることによっても、緩和周波数ｆ_rを大きくし、高周波領域での磁気センサ１の感度を向上させることができる。
しかしながら、感受素子３１の浮遊容量Ｃｓを小さくするためには、例えば隣接する感受素子３１同士の距離や感受部３０とヨーク４０との距離、並列させる感受素子３１の個数等を変更する必要がある。言い換えると、磁気センサ１の平面形状等を大きく変える必要がある。
これに対し、本実施の形態によれば、磁気センサ１の平面形状等を変更せずに、感受素子３１の積層構造のみを変更することで、磁気センサ１の高周波領域での感度を向上させることができる。 According to the above equation (1), in addition to reducing the resistance R of the sensing element 31, by reducing the stray capacitance Cs of the sensing element 13, the relaxation frequency f _r can be increased and the magnetism in the high frequency region can be increased. Sensitivity of the sensor 1 can be improved.
However, in order to reduce the stray capacitance Cs of the sensing elements 31, it is necessary to change, for example, the distance between the adjacent sensing elements 31, the distance between the sensing part 30 and the yoke 40, the number of the sensing elements 31 arranged in parallel, and the like. . In other words, it is necessary to greatly change the planar shape of the magnetic sensor 1 and the like.
In contrast, according to the present embodiment, the sensitivity of the magnetic sensor 1 in the high frequency region is improved by changing only the laminated structure of the sensing element 31 without changing the planar shape of the magnetic sensor 1. be able to.

（磁気センサシステム５００による磁界の変化量の測定方法）
続いて、上述した図１も参照して、磁気センサ１の感受部３０で感受される磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を磁気センサシステム５００により測定する測定方法の一例について説明する。
磁気センサシステム５００により磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を測定する場合、まず、発振回路部５１０が、高周波供給部５１５によってＬＣ共振回路（磁気センサ１、コイル５１３）に高周波電流を供給する。これにより、発振回路部５１０は、磁気センサ１とコイル５１３とにより形成されるＬＣ共振回路によって、所定の共振周波数ｆ₀を有する交流電流を発振する。 (Measuring method of amount of change in magnetic field by magnetic sensor system 500)
Next, an example of a measurement method for measuring the amount of change (ΔH) in the magnetic field H sensed by the sensing portion 30 of the magnetic sensor 1 using the magnetic sensor system 500 will be described with reference to FIG. 1 described above.
When the magnetic sensor system 500 measures the amount of change (ΔH) in the magnetic field H, first, the oscillation circuit section 510 supplies high-frequency current to the LC resonance circuit (magnetic sensor 1, coil 513) by the high-frequency supply section 515. FIG. Thereby, the oscillation circuit section 510 oscillates an alternating current having a predetermined resonance frequency f ₀ by an LC resonance circuit formed by the magnetic sensor 1 and the coil 513 .

続いて、周波数測定部５３０が、発振回路部５１０から発振された交流電流の周波数（共振周波数ｆ₀）を測定し、磁界算出部５５０に出力する。 Subsequently, the frequency measurement section 530 measures the frequency (resonance frequency f ₀ ) of the alternating current oscillated from the oscillation circuit section 510 and outputs it to the magnetic field calculation section 550 .

続いて、磁界算出部５５０が、周波数測定部５３０から取得した周波数（共振周波数ｆ₀）に変化が生じた場合、その変化量に基づいて、磁気センサ１の感受部３０で感受された磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を算出する。 Subsequently, when the frequency (resonance frequency f ₀ ) acquired from the frequency measurement unit 530 changes, the magnetic field calculation unit 550 calculates the magnetic field H sensed by the sensing unit 30 of the magnetic sensor 1 based on the amount of change. The amount of change (ΔH) of is calculated.

ここで、ＬＣ共振回路から発振される交流電流の周波数である共振周波数ｆ₀、磁気センサ１（コンデンサ）の静電容量Ｃ、コイル５１３（インダクタ）のインダクタンスＬとの関係は、以下の式（２）により表される。
ｆ₀＝１／（２π√（ＬＣ）） …（２）
したがって、図４に示した磁界Ｈと静電容量Ｃとの関係のように、磁界Ｈが変化すると静電容量Ｃが変化し、式（２）により、静電容量Ｃが変化すると共振周波数ｆ₀が変化する。 Here, the relationship between the resonance frequency f ₀ which is the frequency of the alternating current oscillated from the LC resonance circuit, the capacitance C of the magnetic sensor 1 (capacitor), and the inductance L of the coil 513 (inductor) is expressed by the following equation ( 2).
f ₀ =1/(2π√(LC)) (2)
Therefore, as shown in the relationship between the magnetic field H and the capacitance C shown in FIG. 4, when the magnetic field H changes, the capacitance C changes. ₀ changes.

磁界算出部５５０は、予め共振周波数ｆ₀の変化量と磁界Ｈの変化量（ΔＨ）との相関関係を求めておくことで、周波数測定部５３０にて測定される共振周波数ｆ₀の変化量から、感受部３０で感受された磁界Ｈの変化量（ΔＨ）を求めることができる。また、共振周波数ｆ₀の変化量（Δｆ₀）と磁界Ｈの変化量（ΔＨ）との相関関係は、例えば、磁気センサシステム５００の磁気センサ１を磁界発生装置内にセットし、磁界Ｈの変化量（ΔＨ）と共振周波数ｆ₀の変化量（Δｆ₀）との関係を測定することで求められる。 Magnetic field calculator 550 obtains in advance the correlation between the amount of change in resonance frequency f ₀ and the amount of change in magnetic field H (ΔH), so that the amount of change in resonance frequency f ₀ measured by frequency measurement unit 530 , the amount of change (ΔH) in the magnetic field H sensed by the sensing section 30 can be obtained. Further, the correlation between the amount of change (Δf ₀ ) in the resonance frequency f ₀ and the amount of change (ΔH) in the magnetic field H can be obtained by setting the magnetic sensor 1 of the magnetic sensor system 500 in the magnetic field generator, It is obtained by measuring the relationship between the amount of change (ΔH) and the amount of change (Δf ₀ ) of the resonance frequency f ₀ .

以上の工程により、本実施の形態の磁気センサシステム５００では、磁気センサ１の静電容量Ｃの変化量に基づいて、磁気センサ１の感受部３０で感受される磁界の変化量を得ることができる。 Through the above steps, in the magnetic sensor system 500 of the present embodiment, the amount of change in the magnetic field sensed by the sensing portion 30 of the magnetic sensor 1 can be obtained based on the amount of change in the capacitance C of the magnetic sensor 1. can.

本実施の形態の磁気センサシステム５００では、磁気センサ１の感受部３０で感受される磁界Ｈの変動を、発振回路部５１０のＬＣ共振回路（磁気センサ１、コイル５１３）から発振される共振周波数ｆ₀の変化に変換している。これにより、例えば磁界Ｈの変動を信号強度の変化に変換するような場合と比べて、電気的なノイズを低減でき、磁界Ｈの変動を感度良く検出することができる。 In the magnetic sensor system 500 of the present embodiment, the fluctuation of the magnetic field H sensed by the sensing section 30 of the magnetic sensor 1 is detected by the resonance frequency oscillated from the LC resonance circuit (magnetic sensor 1, coil 513) of the oscillation circuit section 510. Transformed into changes in f ₀ . As a result, electrical noise can be reduced and variations in the magnetic field H can be detected with high sensitivity, compared to the case where variations in the magnetic field H are converted into variations in signal strength.

なお、本実施の形態の磁気センサシステム５００では、磁気センサ１とコイル５１３とが直列接続されたＬＣ共振回路から発振される共振周波数ｆ₀を用いて、磁気センサ１の静電容量Ｃを算出している。しかしながら、磁気センサ１の静電容量Ｃを得ることができれば、発振回路部５１０の構成はこれに限定されるものではない。 In the magnetic sensor system 500 of the present embodiment, the capacitance C of the magnetic sensor 1 is calculated using the resonance frequency f ₀ oscillated from the LC resonance circuit in which the magnetic sensor 1 and the coil 513 are connected in series. are doing. However, as long as the capacitance C of the magnetic sensor 1 can be obtained, the configuration of the oscillation circuit section 510 is not limited to this.

（磁気センサ１の製造方法）
次に、磁気センサ１の製造方法の一例を説明する。
図５（ａ）～（ｅ）は、磁気センサ１の製造方法の一例を説明する図である。図５（ａ）～（ｅ）は、磁気センサ１の製造方法における工程を示す。なお、図５（ａ）～（ｅ）は、代表的な工程であって、他の工程を含んでいてもよい。そして、工程は、図５（ａ）～（ｅ）の順に進む。図５（ａ）～（ｅ）は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図に対応する。 (Manufacturing method of magnetic sensor 1)
Next, an example of a method for manufacturing the magnetic sensor 1 will be described.
5A to 5E are diagrams for explaining an example of a method for manufacturing the magnetic sensor 1. FIG. 5A to 5E show the steps in the method of manufacturing the magnetic sensor 1. FIG. Note that FIGS. 5A to 5E are representative steps, and may include other steps. Then, the process proceeds in the order of FIGS. 5(a) to 5(e). 5A to 5E correspond to cross-sectional views taken along line III-III in FIG.

基板１０は、前述したように、非磁性材料からなる基板であって、例えばガラス、サファイアといった酸化物基板やシリコン等の半導体基板、あるいは、アルミニウム、ステンレススティール、ニッケルリンメッキを施した金属等の金属基板である。基板１０には、研磨機などを用いて、例えば曲率半径Ｒａが０．１ｎｍ～１００ｎｍの筋状の溝又は筋状の凹凸が設けられていてもよい。なお、この筋状の溝又は筋状の凹凸の筋の方向は、硬磁性体層１０３によって構成される薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向に設けられているとよい。このようにすることで、硬磁性体層１０３における結晶成長が、溝の方向へ促進される。よって、硬磁性体層１０３により構成される薄膜磁石２０の磁化容易軸がより溝方向（薄膜磁石２０のＮ極とＳ極とを結ぶ方向）に向きやすい。つまり、薄膜磁石２０の着磁をより容易にする。 As described above, the substrate 10 is a substrate made of a nonmagnetic material such as an oxide substrate such as glass or sapphire, a semiconductor substrate such as silicon, or a metal such as aluminum, stainless steel, or nickel-phosphorus-plated metal. It is a metal substrate. The substrate 10 may be provided with streak-like grooves or streak-like unevenness having a radius of curvature Ra of 0.1 nm to 100 nm, for example, using a grinder or the like. The direction of the streak-like grooves or streak-like uneven streaks is preferably set in the direction connecting the N pole and the S pole of the thin film magnet 20 constituted by the hard magnetic layer 103 . By doing so, the crystal growth in the hard magnetic layer 103 is promoted in the groove direction. Therefore, the axis of easy magnetization of the thin film magnet 20 formed by the hard magnetic layer 103 is more likely to face the groove direction (the direction connecting the N pole and the S pole of the thin film magnet 20). In other words, magnetization of the thin film magnet 20 is facilitated.

ここでは、基板１０は、一例として直径約９５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍのガラスとして説明する。磁気センサ１の平面形状が数ｍｍ角である場合、基板１０上には、複数の磁気センサ１が一括して製造され、後に個々の磁気センサ１に分割（切断）される。図５（ａ）～（ｅ）では、中央に表記する一個の磁気センサ１に着目するが、左右に隣接する磁気センサ１の一部を合わせて示す。なお、隣接する磁気センサ１間の境界を一点鎖線で示す。 Here, as an example, the substrate 10 is explained as glass having a diameter of about 95 mm and a thickness of about 0.5 mm. When the planar shape of the magnetic sensor 1 is several millimeters square, a plurality of magnetic sensors 1 are collectively manufactured on the substrate 10 and then divided (cut) into individual magnetic sensors 1 later. In FIGS. 5A to 5E, attention is paid to one magnetic sensor 1 shown in the center, and part of the magnetic sensors 1 adjacent to the left and right are shown together. A boundary between adjacent magnetic sensors 1 is indicated by a dashed line.

図５（ａ）に示すように、基板１０を洗浄した後、基板１０の一方の面（以下、表面と表記する。）上に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３及び誘電体層１０４を順に成膜（堆積）して、積層体を形成する。 As shown in FIG. 5A, after cleaning the substrate 10, an adhesion layer 101, a control layer 102, a hard magnetic layer 103 and a dielectric layer are formed on one surface of the substrate 10 (hereinafter referred to as the surface). The body layers 104 are deposited (deposited) in sequence to form a laminate.

まず、Ｃｒ又はＮｉを含む合金である密着層１０１、Ｃｒ等を含む合金である制御層１０２、及び、薄膜磁石２０を構成するＣｏ合金である硬磁性体層１０３を順に連続して成膜（堆積）する。この成膜は、スパッタリング法などにより行える。それぞれの材料で形成された複数のターゲットに順に対面するように、基板１０を移動させることで密着層１０１、制御層１０２及び硬磁性体層１０３が基板１０上に順に積層される。前述したように、制御層１０２及び硬磁性体層１０３の形成では、結晶成長を促進するために、基板１０を例えば１００℃～６００℃に加熱するとよい。 First, the adhesion layer 101 made of an alloy containing Cr or Ni, the control layer 102 made of an alloy containing Cr or the like, and the hard magnetic layer 103 made of a Co alloy that constitutes the thin film magnet 20 are successively formed ( accumulate. This film formation can be performed by a sputtering method or the like. Adhesion layer 101 , control layer 102 , and hard magnetic layer 103 are sequentially laminated on substrate 10 by moving substrate 10 so as to sequentially face a plurality of targets made of respective materials. As described above, in forming the control layer 102 and the hard magnetic layer 103, the substrate 10 may be heated to, for example, 100.degree. C. to 600.degree. C. in order to promote crystal growth.

なお、密着層１０１の成膜では、基板１０の加熱を行ってもよく、行わなくてもよい。基板１０の表面に吸着している水分などを除去するために、密着層１０１を成膜する前に、基板１０を加熱してもよい。 Note that the substrate 10 may or may not be heated when the adhesion layer 101 is formed. The substrate 10 may be heated before forming the adhesion layer 101 in order to remove moisture and the like adsorbed on the surface of the substrate 10 .

次に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物、又は、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ等の窒化物等である誘電体層１０４を成膜（堆積）する。誘電体層１０４の成膜は、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタリング法などにより行える。 Next, a dielectric layer 104 made of oxides such as SiO ₂ , Al ₂ O ₃ and TiO ₂ or nitrides such as Si ₃ N ₄ and AlN is formed (deposited). The film formation of the dielectric layer 104 can be performed by a plasma CVD method, a reactive sputtering method, or the like.

そして、図５（ｂ）に示すように、感受部３０が形成される部分及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される部分を開口とするフォトレジストによるパターン（レジストパターン）１１１を、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。 Then, as shown in FIG. 5(b), a photoresist pattern (resist pattern) 111 having openings corresponding to the portions where the sensing portion 30 is formed and the portions where the yokes 40 (yokes 40a and 40b) are formed is known. is formed by the photolithographic technique of

続いて、図５（ｃ）に示すように、感受素子３１を構成するＣｏ合金である下層軟磁性体層１０５ａ、軟磁性体層１０５と比較して導電性の高い導電体である高導電層１０６、及び感受素子３１を構成するＣｏ合金である上層軟磁性体層１０５ｂを順に成膜（堆積）する。軟磁性体層１０５（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）及び高導電層１０６の成膜は、例えばスパッタリング法を用いて行える。 Subsequently, as shown in FIG. 5(c), a lower soft magnetic layer 105a which is a Co alloy constituting the sensing element 31, and a high conductive layer which is a conductor having a higher conductivity than the soft magnetic layer 105. 106, and an upper soft magnetic layer 105b made of a Co alloy forming the sensing element 31 are formed (deposited) in this order. The soft magnetic layer 105 (the lower soft magnetic layer 105a and the upper soft magnetic layer 105b) and the highly conductive layer 106 can be formed by sputtering, for example.

次に、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン１１１を除去するとともに、レジストパターン１１１上の軟磁性体層１０５（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）及び高導電層１０６を除去（リフトオフ）する。これにより、軟磁性体層１０５及び高導電層１０６により構成される感受部３０及びヨーク４０（ヨーク４０ａ、４０ｂ）が形成される。つまり、感受部３０とヨーク４０とが、軟磁性体層１０５及び高導電層１０６の成膜により同時に形成される。 Next, as shown in FIG. 5D, the resist pattern 111 is removed, and the soft magnetic layer 105 (lower soft magnetic layer 105a, upper soft magnetic layer 105b) and high conductive layer on the resist pattern 111 are removed. 106 is removed (lifted off). As a result, the sensing portion 30 and the yokes 40 (yokes 40a and 40b) composed of the soft magnetic layer 105 and the highly conductive layer 106 are formed. That is, the sensing portion 30 and the yoke 40 are simultaneously formed by depositing the soft magnetic layer 105 and the highly conductive layer 106 .

この後、軟磁性体層１０５には、感受部３０における感受素子３１の幅方向に一軸磁気異方性を付与する。この軟磁性体層１０５への一軸磁気異方性の付与は、例えば３ｋＧ（０．３Ｔ）の回転磁場中における４００℃での熱処理（回転磁場中熱処理）と、それに引き続く３ｋＧ（０．３Ｔ）の静磁場中における４００℃での熱処理（静磁場中熱処理）とで行える。この時、ヨーク４０を構成する軟磁性体層１０５にも同様の一軸磁気異方性が付与される。しかし、ヨーク４０は、磁気回路としての役割を果たせばよく、一軸磁気異方性が付与されていても、一軸磁気異方性が付与されていなくてもよい。 After that, the soft magnetic layer 105 is given uniaxial magnetic anisotropy in the width direction of the sensing element 31 in the sensing section 30 . The imparting of uniaxial magnetic anisotropy to the soft magnetic layer 105 is performed, for example, by heat treatment at 400° C. in a rotating magnetic field of 3 kG (0.3 T) (heat treatment in a rotating magnetic field), followed by 3 kG (0.3 T). heat treatment at 400° C. in a static magnetic field (heat treatment in a static magnetic field). At this time, the same uniaxial magnetic anisotropy is imparted to the soft magnetic layer 105 forming the yoke 40 as well. However, the yoke 40 may or may not be provided with uniaxial magnetic anisotropy as long as it functions as a magnetic circuit.

次に、薄膜磁石２０を構成する硬磁性体層１０３を着磁する。硬磁性体層１０３に対する着磁は、静磁場中又はパルス状の磁場中において、硬磁性体層１０３の保磁力より大きい磁界を、硬磁性体層１０３の磁化が飽和するまで印加することで行える。
この後、図５（ｅ）に示すように、基板１０上に形成された複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割（切断）する。つまり、図２の平面図に示したように、平面形状が四角形になるように、基板１０、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４、軟磁性体層１０５及び高導電層１０６を切断する。すると、分割（切断）された硬磁性体層１０３の側面に薄膜磁石２０の磁極（Ｎ極及びＳ極）が露出する。こうして、着磁された硬磁性体層１０３は、薄膜磁石２０になる。この分割（切断）は、ダイシング法やレーザカッティング法などにより行える。 Next, the hard magnetic layer 103 constituting the thin film magnet 20 is magnetized. The hard magnetic layer 103 can be magnetized by applying a magnetic field larger than the coercive force of the hard magnetic layer 103 in a static magnetic field or pulsed magnetic field until the magnetization of the hard magnetic layer 103 is saturated. .
After that, the plurality of magnetic sensors 1 formed on the substrate 10 are divided (cut) into individual magnetic sensors 1, as shown in FIG. 5(e). That is, as shown in the plan view of FIG. 2, the substrate 10, the adhesion layer 101, the control layer 102, the hard magnetic layer 103, the dielectric layer 104, the soft magnetic layer 105 and the The highly conductive layer 106 is cut. Then, the magnetic poles (N pole and S pole) of the thin film magnet 20 are exposed on the side surfaces of the divided (cut) hard magnetic layer 103 . Thus, the magnetized hard magnetic layer 103 becomes the thin film magnet 20 . This division (cutting) can be performed by a dicing method, a laser cutting method, or the like.

なお、図５（ｅ）の複数の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の前に、基板１０上において隣接する磁気センサ１の間の密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４、軟磁性体層１０５及び高導電層１０６を、平面形状が四角形（図２に示した磁気センサ１の平面形状）になるようにエッチング除去してもよい。そして、露出した基板１０を分割（切断）してもよい。
また、図５（ａ）の積層体を形成する工程の後に、密着層１０１、制御層１０２、硬磁性体層１０３、誘電体層１０４を、平面形状が四角形（図２に示した磁気センサ１の平面形状）になるように加工してもよい。
なお、図５（ａ）～（ｅ）に示した製造方法は、これらの製造方法に比べ、工程が簡略化される。 Before the step of dividing the plurality of magnetic sensors 1 into individual magnetic sensors 1 in FIG. The layer 103, the dielectric layer 104, the soft magnetic layer 105 and the highly conductive layer 106 may be etched away so as to have a square planar shape (the planar shape of the magnetic sensor 1 shown in FIG. 2). Then, the exposed substrate 10 may be divided (cut).
5(a), the adhesive layer 101, the control layer 102, the hard magnetic layer 103, and the dielectric layer 104 are formed in a rectangular planar shape (the magnetic sensor 1 shown in FIG. 2). It may be processed so as to have a planar shape).
The manufacturing method shown in FIGS. 5(a) to 5(e) is simpler than these manufacturing methods.

このようにして、磁気センサ１が製造される。なお、軟磁性体層１０５への一軸異方性の付与及び／又は薄膜磁石２０の着磁は、図５（ｅ）の磁気センサ１を個々の磁気センサ１に分割する工程の後に、磁気センサ１毎又は複数の磁気センサ１に対して行ってもよい。 Thus, the magnetic sensor 1 is manufactured. The uniaxial anisotropy imparting to the soft magnetic layer 105 and/or the magnetization of the thin film magnet 20 are performed after the step of dividing the magnetic sensor 1 into individual magnetic sensors 1 in FIG. It may be performed for each magnetic sensor 1 or for a plurality of magnetic sensors 1 .

なお、制御層１０２を備えない場合には、硬磁性体層１０３を成膜後、８００℃以上に加熱して結晶成長させることで、面内に磁気異方性を付与することが必要となる。しかし、第１の実施の形態が適用される磁気センサ１のように、制御層１０２を備える場合には、制御層１０２により結晶成長が促進されるため、８００℃以上のような高温による結晶成長を要しない。 If the control layer 102 is not provided, it is necessary to impart in-plane magnetic anisotropy by heating the hard magnetic layer 103 to 800° C. or higher for crystal growth after forming the hard magnetic layer 103 . . However, when the control layer 102 is provided as in the magnetic sensor 1 to which the first embodiment is applied, the crystal growth is promoted by the control layer 102. Therefore, the crystal growth at a high temperature of 800° C. or more is required. does not require

また、感受部３０の感受素子３１への一軸異方性の付与は、上記の回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う代わりに、感受素子３１を構成するＣｏ合金である軟磁性体層１０５の堆積時にマグネトロンスパッタリング法を用いて行ってもよい。マグネトロンスパッタリング法では、磁石（マグネット）を用いて磁界を形成し、放電によって発生した電子をターゲットの表面に閉じ込める（集中させる）。これにより、電子とガスとの衝突確率を増加させてガスの電離を促進し、膜の堆積速度（成膜速度）を向上させる。このマグネトロンスパッタリング法に用いられる磁石（マグネット）が形成する磁界により、軟磁性体層１０５の堆積と同時に、軟磁性体層１０５に一軸異方性が付与される。このようにすることで、回転磁場中熱処理及び静磁場中熱処理で行う一軸異方性を付与する工程が省略できる。 In addition, the uniaxial anisotropy is imparted to the sensing element 31 of the sensing part 30 by the soft magnetic layer 105 which is a Co alloy constituting the sensing element 31 instead of the heat treatment in the rotating magnetic field and the heat treatment in the static magnetic field. may be carried out using a magnetron sputtering method during the deposition of . In the magnetron sputtering method, a magnetic field is formed using a magnet, and electrons generated by discharge are confined (concentrated) on the surface of the target. This increases the probability of collision between electrons and gas, promotes ionization of the gas, and improves the film deposition rate (film formation rate). Uniaxial anisotropy is imparted to the soft magnetic layer 105 at the same time as the soft magnetic layer 105 is deposited by a magnetic field formed by a magnet used in the magnetron sputtering method. By doing so, it is possible to omit the step of imparting uniaxial anisotropy performed by the heat treatment in the rotating magnetic field and the heat treatment in the static magnetic field.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、本実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限りにおいては、様々な変形や組み合わせを行っても構わない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Various modifications and combinations may be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、本実施の形態の磁気センサ１は、硬磁性体層１０３から構成される薄膜磁石２０の上に、誘電体層１０４及び感受部３０が積層された構造を有しているが、磁気センサ１の構造は、これに限定されるものではない。すなわち、感受素子３１に高周波電流を流した場合に誘電体層１０４が分極し磁気センサ１が静電容量Ｃを有するという観点からは、磁気センサ１は、誘電体層１０４を介して感受素子３１に対向する層が導電性を有していればよい。言い換えると、磁気センサ１では、薄膜磁石２０に代えて、非磁性の導電体から構成される導電層を設けてもよい。 For example, the magnetic sensor 1 of this embodiment has a structure in which a dielectric layer 104 and a sensing portion 30 are laminated on a thin film magnet 20 composed of a hard magnetic layer 103. The structure of 1 is not limited to this. That is, from the viewpoint that the dielectric layer 104 is polarized and the magnetic sensor 1 has an electrostatic capacitance C when a high-frequency current is passed through the sensing element 31, the magnetic sensor 1 is connected to the sensing element 31 via the dielectric layer 104. It is sufficient that the layer facing to has conductivity. In other words, in the magnetic sensor 1, instead of the thin film magnet 20, a conductive layer made of a non-magnetic conductor may be provided.

また、磁気センサ１において薄膜磁石２０に代えて非磁性の導電体から構成される導電層を設ける場合には、この導電層とは別に、感受素子３１の長手方向にバイアス磁界を印加する要素を設けることで、磁界Ｈの変化量（ΔＨ）に対して静電容量Ｃの変化量（ΔＣ）が大きくなるように調整することができる。また、このバイアス磁界を印加する要素は、磁気センサ１と一体であってもよいし、磁気センサ１とは別体であってもよい。 In addition, when a conductive layer composed of a non-magnetic conductor is provided instead of the thin film magnet 20 in the magnetic sensor 1, an element for applying a bias magnetic field in the longitudinal direction of the sensing element 31 is provided separately from this conductive layer. By providing it, it is possible to adjust the amount of change (ΔC) in the capacitance C to be greater than the amount of change (ΔH) in the magnetic field H. Also, the element that applies this bias magnetic field may be integrated with the magnetic sensor 1 or may be separate from the magnetic sensor 1 .

さらに、本実施の形態の磁気センサ１は、感受部３０が、二層の軟磁性体層１０５（下層軟磁性体層１０５ａ、上層軟磁性体層１０５ｂ）と、一層の高導電層１０６とを有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、感受部３０の最下層および最上層が軟磁性体層１０５により構成されていれば、軟磁性体層１０５および高導電層１０６は、それぞれ３層以上および２層以上であってもよい。 Further, in the magnetic sensor 1 of the present embodiment, the sensing portion 30 includes two soft magnetic layers 105 (lower soft magnetic layer 105a, upper soft magnetic layer 105b) and one highly conductive layer 106. Although the case where it has is explained, it is not limited to this. That is, as long as the bottom layer and the top layer of the sensing part 30 are composed of the soft magnetic layer 105, the soft magnetic layer 105 and the highly conductive layer 106 may be three or more layers and two or more layers, respectively.

さらにまた、本実施の形態の磁気センサ１は、感受部３０が直流電流は流れず高周波電流は流れるという構成を有しているが、磁気センサ１の構造は、これに限定されるものではない。例えば、磁気センサ１は、第１感受部３０Ａと第２感受部３０Ｂとを備えておらず、一体の感受部３０を有していてもよい。より具体的には、磁気センサ１は、一方の端子部３３と他方の端子部３３との間で複数の感受素子３１が接続部３２を介して直列につづら折り状に接続された感受部３０を有していてもよい。 Furthermore, the magnetic sensor 1 of the present embodiment has a structure in which a direct current does not flow through the sensing portion 30, but a high-frequency current flows. However, the structure of the magnetic sensor 1 is not limited to this. . For example, the magnetic sensor 1 may have the integrated sensing portion 30 instead of the first sensing portion 30A and the second sensing portion 30B. More specifically, the magnetic sensor 1 has a sensing portion 30 in which a plurality of sensing elements 31 are connected in series via connecting portions 32 in a serpentine shape between one terminal portion 33 and the other terminal portion 33 . may have.

１…磁気センサ、１０…基板、２０…薄膜磁石、３０…感受部、３０Ａ…第１感受部、３０Ｂ…第２感受部、３１、３１ａ、３１ｂ…感受素子、３２、３２ａ、３２ｂ…接続部、３３、３３ａ、３３ｂ…端子部、４０、４０ａ、４０ｂ…ヨーク、１０１…密着層、１０２…制御層、１０３…硬磁性体層、１０４…誘電体層、１０５…軟磁性体層、１０６…高導電層、５００…磁気センサシステム、５１０…発振回路部、５１３…コイル、５１５…高周波供給部、５３０…周波数測定部、５５０…磁界算出部、Ｃ…静電容量、Ｈ…磁界 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Magnetic sensor 10... Substrate 20... Thin film magnet 30... Sensing part 30A... First sensing part 30B... Second sensing part 31, 31a, 31b... Sensing element 32, 32a, 32b... Connecting part , 33, 33a, 33b... Terminal portions 40, 40a, 40b... Yoke 101... Adhesion layer 102... Control layer 103... Hard magnetic layer 104... Dielectric layer 105... Soft magnetic layer 106... High conductive layer 500 Magnetic sensor system 510 Oscillation circuit 513 Coil 515 High frequency supply unit 530 Frequency measurement unit 550 Magnetic field calculation unit C Capacitance H Magnetic field

Claims

a conductive layer made of a conductor;
a dielectric layer composed of a dielectric and stacked on the conductive layer;
a plurality of soft magnetic layers laminated on the dielectric layer; and a highly conductive layer laminated between the plurality of soft magnetic layers and having a higher conductivity than the soft magnetic layers; and a transverse direction, having uniaxial magnetic anisotropy in a direction intersecting the longitudinal direction, and a sensing part having a sensing element that senses a magnetic field by the magnetoimpedance effect ,
The sensing part comprises a first sensing part having a plurality of the sensing elements arranged in parallel on the dielectric layer, and a plurality of the sensing elements arranged in parallel on the dielectric layer, A second sensing part is provided which is insulated from the first sensing part, and has a shape in which the first sensing part and the second sensing part, in which a plurality of sensing elements are connected in a comb shape, are engaged with each other. A magnetic sensor characterized by:

2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein when a high-frequency current is supplied to said sensing element, the capacitance changes according to the amount of change in the magnetic field sensed by said sensing element.

The conductive layer is made of a hard magnetic material and has magnetic anisotropy in the in-plane direction,
3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the longitudinal direction of the sensing element of the sensing portion is oriented in the direction of the magnetic field generated by the conductive layer.

a pair of yokes laminated on the dielectric layer so as to face the ends of the sensing element in the longitudinal direction, and guiding the magnetic flux generated by the conductive layer to pass through the sensing element in the longitudinal direction; further prepared,
4. The magnetic sensor according to claim 3, wherein said yoke comprises a plurality of said soft magnetic layers and said highly conductive layer laminated between said soft magnetic layers.

A conductive layer made of a conductor, a dielectric layer made of a dielectric and stacked on the conductive layer, a plurality of soft magnetic layers stacked on the dielectric layer, and a plurality of soft magnetic layers A highly conductive layer laminated between the body layers and having higher conductivity than the soft magnetic layer, having a longitudinal direction and a lateral direction, and having uniaxial magnetic anisotropy in a direction intersecting the longitudinal direction. a magnetic sensor comprising:
a magnetic field calculator that calculates the amount of change in the magnetic field sensed by the sensing element based on the amount of change in the capacitance of the magnetic sensor that changes according to the amount of change in the magnetic field sensed by the sensing element. Magnetic sensor system.