JPH11109006A

JPH11109006A - 磁気インピーダンスセンサ

Info

Publication number: JPH11109006A
Application number: JP26908497A
Authority: JP
Inventors: Akio Takayama; 昭夫高山; Tamio Umehara; 多美雄梅原; Akiyo Yuguchi; 昭代湯口; Kaneo Mori; 佳年雄毛利
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JP4047955B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力
の直線性、温度特性に優れた高感度磁気センサを提供す
ること。【解決手段】薄膜磁気コア１の周囲に絶縁物層２、３を
介してバイアスコイル４および負帰還コイル５を巻回し
た構造を有し、この構造により、磁気センサの小型化、
量産化が可能となる。前記２つのコイルを薄膜コイルで
構成すると効率があがるため、少ない電流で必要なバイ
アス磁界が得られ、また、少ない負帰還量で磁界に対す
る出力の直線性の改善が可能となる。上記薄膜磁気コア
は、NiFe、CoFeNiのめっき膜、あるいはCoZrNb、FeSiB
、CoSiB のアモルファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜
により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサに関し、
特に高感度磁気センサである磁気インピーダンスセンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の情報機器や計測・制御機器の急速
な発展にともない小型・低コストで高感度・高速応答の
磁気センサの要求がますます大きくなっている。たとえ
ば、コンピュータの外部記憶装置のハードディスク装置
ではバルクタイプの誘導型磁気ヘッドから薄膜磁気ヘッ
ド、磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッドと高性能化が進んでき
ており、モータの回転センサであるロータリーエンコー
ダではマグネットリングの磁極数が多くなり従来用いら
れている磁気抵抗効果（ＭＲ）センサに代わり微弱な表
面磁束を感度良く検出できる磁気センサが必要となって
きている。また、非破壊検査や紙幣検査に用いることが
できる高感度センサの需要も大きくなってる。さらに小
型軽量の自動車用方位センサ、高精細カラーテレビやパ
ーソナルコンピュータの表示管のアクティヴ磁気シール
ド用センサなどの需要も高くなっている。

【０００３】現在用いられている代表的な磁気検出素子
として誘導型再生磁気ヘッド、磁気抵抗効果（ＭＲ）素
子、フラックスゲートセンサ、ホール素子等がある。ま
た、最近、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効
果（特開平６−１７６９３０号公報，特開平７−１８１
２３９号公報，特開平７−３３３３０５号公報参照）や
磁性薄膜の磁気インピーダンス効果（特開平８−７５８
３５号公報，日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２０，５５３
（１９９６）参照）を利用した高感度の磁気センサが提
案されている。

【０００４】誘導型再生磁気ヘッドはコイル巻線が必要
であるため磁気ヘッド自体が大型化し、また、ディスク
が小型化すると磁気ヘッドと媒体の相対速度が低下して
検出感度が著しく低下するという問題がある。これに対
して、強磁性膜による磁気抵抗効果（ＭＲ）素子が用い
られるようになってきた。ＭＲ素子は磁束の時間変化で
はなく磁束そのものを検出するものであり、これにより
磁気ヘッドの小型化が進められてきた。しかし、現在の
ＭＲ素子の電気抵抗の変化率は約２％であり、またスピ
ンバルブ素子を用いたＭＲ素子でさえ電気抵抗の変化率
が最大６％以下と小さく、数％の抵抗変化を得るのに必
要な外部磁界は２０Oe以上と大きい。従って磁気抵抗感
度は０．１％／Oe以下の低感度である。また、最近、磁
気抵抗変化率が数１０％を示す人工格子による巨大磁気
抵抗効果（ＧＭＲ）が見いだされてきた。しかし数１０
％の抵抗変化を得るためには数百Oeの外部磁界が必要で
あり、磁気センサとしての実用化はされていない。

【０００５】従来の高感度磁気センサであるフラックス
ゲートセンサはパーマロイ等の高透磁率磁心の対称なＢ
−Ｈ特性が外部磁界によって変化することを利用して磁
気の測定を行うものであり、１０^-6Oeの高分解能と±１
°の高指向性を持つ。しかし、検出感度を上げるために
反磁界の小さな大型の磁心を必要としセンサ全体の寸法
を小さくすることや応答速度を速くすることが難しく、
また、消費電力が大きいという問題点を持つ。

【０００６】ホール素子を用いた磁界センサは電流の流
れる面に垂直に磁界を印加すると、電流と印加磁界の両
方向に対して垂直な方向に電界が生じてホール素子に起
電力が誘起される現象を利用したセンサである。ホール
素子はコスト的には有利であるが磁界検出感度が低く、
またSiやGaAsなどの半導体で構成されるため温度変化に
対して半導体内の格子の熱振動による散乱によって電
子、または正孔の移動度が変化するため磁界感度の温度
特性が悪いという欠点を持つ。

【０００７】特開平６−１７６９３０号公報，特開平７
−１８１２３９号公報，特開平７−３３３３０５号公報
に記載されているように、磁気インピーダンス素子が提
案され大幅な磁界感度の向上、マイクロ化、高速応答性
を実現している。この磁気インピーダンス素子は時間的
に急激に変化する電流を磁性線に印加することによって
生じる表皮効果を利用した円周磁束の時間変化に対する
電圧のみを外部印加磁界による変化として検出すること
を基本原理としている磁気インピーダンス素子である。
図１６はその磁気インピーダンス素子の例を示したもの
である。この磁性線としてFeCoSiB 等の零磁歪の直径３
０μｍ程度のアモルファスワイヤ（線引後、張力アニー
ルしたワイヤ）が用いられており、図１７はワイヤのイ
ンピーダンス変化の印加磁界依存性を示したものであ
る。長さ１mm程度の微小寸法のワイヤでも１MHz 程度の
高周波電流を通電するとワイヤの電圧の振り幅がＭＲ素
子の１０００倍以上である約１００％／Oeの高感度で変
化する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】磁気センサとして、小
型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、
温度特性に優れた高感度磁気センサが求められており、
アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果を利用し
た磁気センサは高感度の磁界検出特性を示す。また、特
開平６−１７６９３０号公報，特開平６−３４７４８９
号公報に示されるものにおいてはバイアス磁界を加える
ことによりインピーダンス変化の印加磁界依存性の直線
性が改善されること、およびアモルファスワイヤに負帰
還コイルを巻き、アモルファスワイヤの両端の電圧に比
例した電流をコイルに通電し負帰還を施すことにより、
直線性と応答速度の優れたしかもセンサ部の温度変化に
対して磁界検出感度の不変なセンサが提供できることを
示している。

【０００９】しかしながらこの高感度磁気インピーダン
ス素子は直径３０μｍ程度のアモルファスワイヤからな
るため微細加工には適しておらず、超小型の磁気検出素
子を提供することは困難であった。また、半田付けによ
る電極形成が容易でなく特別の工夫をしていた。さらに
バイアスコイル、および負帰還コイルはともに細い銅線
を巻き回しコイルを作製しなければならず小型化に限界
があり、また生産性にも問題があった。

【００１０】一方、特開平８−７５８３５号公報に記載
されているものでは磁性薄膜を用いた磁気インピーダン
ス素子を提案し、素子の小型化をはかっているが、セン
サ感度の直線性を改善するためのバイアス磁界印加方法
としてハードマグネットを用いる方法と、単板の導体を
用いる方法を提案している。バイアスにハードマグネッ
トを用いる方法は作製方法が難しく、また、磁石の経時
変化のためバイアス磁界をコントロールすることは容易
ではない。また、単板の導体を用いてバイアスをかける
方法は構造的には単純であり、またバイアス磁界のコン
トロールは電流量でコントロールできるが単板の導体で
あるため実用上必要なバイアス磁界を得るためには非常
に大きな電流を流さなければならず、素子の発熱や断線
等の問題を持っている。また、負帰還の機能を加えるこ
とについては考慮されていない。

【００１１】日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２１，６４９
−６５２（１９９７）によると、薄膜コイルを薄膜磁気
コアの周囲に巻き回してバイアスコイルを形成している
が、この構造はバイアスコイル、および負帰還コイルを
同時に持つ構造とはなっていない。また、薄膜コイルに
Ａｕを用いていることによりコスト面で問題である。本
発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、小型で低
コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、温度特
性および量産性に優れた高感度磁気センサを提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の如き本発明の目的
を達成するために、本発明は、非磁性体からなる基板と
該基板上に形成された薄膜磁気コアと該薄膜磁気コアの
長手方向両端に設けられた第一の電極と第二の電極から
なる磁気インピーダンスセンサにおいて、上記薄膜磁気
コアの周囲に絶縁体を媒介してバイアスコイルと負帰還
コイルを巻回した構造を有することを特徴とする磁気イ
ンピーダンスセンサを提供する。また、上記バイアスコ
イルと負帰還コイルは薄膜コイルから構成され、そして
これらは一定間隔をもって交互に且つ同一方向に巻回さ
れているが、これらの巻数を同一巻き数とすることもで
きる。磁気インピーダンスセンサを形成する場合、薄膜
磁気コアの下面において該薄膜磁気コアから絶縁されて
平行に配置された複数の薄膜導体と前記薄膜磁気コアの
上面において該薄膜磁気コアから絶縁されて平行に配置
された複数の薄膜導体とを有し、薄膜磁気コアの上面と
下面の薄膜導体の先端部をそれぞれ電気的に接続して、
一定間隔をもって交互に且つ同一方向に巻回される上記
バイアスコイルと負帰還コイルを形成する。上記薄膜磁
気コアは、NiFe、CoFeNi、FeP 、FeNiP 、FeCoP 、FeNi
CoP 、CoB、NiCoB 、FeNiCoB 、FeCoB 、CoFeのめっき
膜、あるいはCoZrNb、FeSiB 、CoSiB のアモルファスス
パッタ膜、NiFeスパッタ膜により形成されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による各実施例を図
面を参照して説明する。図１は、本発明に係る磁気イン
ピーダンス（ＭＩ）素子を用いた薄膜ＭＩセンサの構造
を模式的に示した正面図、図２は図１のＡ−Ｂ線に沿っ
て切断した断面図であり、図３は図１のＣ−Ｄ線に沿っ
て切断した断面図である。実際の薄膜ＭＩセンサ全体は
薄膜セラミックス板、ガラス板のような板状体の上に形
成されているが、図１ではこれを省略して示している。
図１、図２及び図３において、１は平面形状が長方形の
薄板状に形成された薄膜磁気コアであるＭＩセンサ板で
ある。このＭＩセンサ板としての薄膜磁気コアの形状
は、幅２０μｍ、厚さ５μｍ、長さ５００μｍである。
該ＭＩセンサ板１の周囲には、絶縁物層２、３を介し
て、バイアスコイル４と負帰還コイル５が同一方向に且
つ交互に巻回されている。図には正確に示してはいない
が、これらコイルの巻数は、それぞれ２０ターンであ
る。バイアスコイル４の両端には、バイアスコイル端子
６、７が接続され、負帰還コイル５の両端には、負帰還
コイル端子８、９が接続されている。ＭＩセンサ板１の
両端には、ＭＩセンサ端子１０、１１が接続されてい
る。これら端子はＡｕ金属薄膜から成り、先端の巾広部
は、外部配線用のパッドとなる。なお、１２は、ＭＩセ
ンサ全体を覆う絶縁保護膜である。

【００１４】次に図４を用いて本発明に係る薄膜ＭＩセ
ンサの作製プロセスについて詳細に説明する。なお、図
４は図２のＡ−Ｂ断面方向からみた状態で説明してい
る。図４の（ａ）はバイアスコイル、および負帰還コイ
ルを構成するコイル下層部であり、それぞれのコイル部
パターンの端部において図４の（ｅ）に示すコイル上層
部パターンのコイル端部と接続され、図１に示す連続し
たバイアスコイル４、および負帰還コイル５が構成され
る。

【００１５】図４の（ａ）に示すように、コイル下層部
は、Al₂O₃ セラミックウェーハ、Siウェーハ、ガラスウ
ェーハ等の表面平滑性を高めた非磁性基板２０上に、５
０ｎｍ程度の厚さのCuスパッタ膜をめっき用のシード層
とするために形成し、そのシード層の上に所定のコイル
形状の反転パターンのフォトレジストパターンを形成
後、フォトレジストパターンの間にCuめっきを約３μｍ
の厚さだけ埋め込み、さらにフォトレジストパターンを
有機溶剤等により除去後、Cuスパッタ膜のシード層をエ
ッチングにより除去することによりコイルパターン２１
が形成される。一方、Cuスパッタ膜を約３μｍの厚さだ
け成膜し、その後、所定のコイル形状のフォトレジスト
パターンを形成し、フォトレジストパターンをエッチン
グ用マスクとして、イオンミリング等のエッチング手段
によりエッチングし、さらにフォトレジストパターンを
有機溶剤等により除去することにより下層コイル部を作
製することもできる。上記によるCuコイルの作製方法は
導体ワイヤを巻回してコイルを作製する方法や導体薄帯
を巻回してコイルを作製する方法に比べてコイル自体を
小型化でき、かつコイルを磁気コアに近づけることがで
きるためコイル効率を高めることが可能となる。

【００１６】図４の（ｂ）に示すように、形成されたコ
イル下層部の上に絶縁物層３を被着する。図４の（ｃ）
は絶縁物層３の上に薄膜磁気コアが形成される。この薄
膜磁気コアは、NiFe、CoFeNi等のめっき膜、あるいはCo
ZrNb、FeSiB 、CoSiB 等のアモルファススパッタ膜、Ni
Feスパッタ膜などの軟磁性膜が用いられる。ここでNiFe
めっき膜を薄膜磁気コアとして用いたときの作成例を示
す。まず、５０ｎｍ程度の厚さのNiFeスパッタ膜をめっ
き用のシード層とするために形成する。そのシード層の
上に所定のコイル形状の反転パターンのフォトレジスト
パターンを形成し、その後、フォトレジストパターンの
間にNiFeめっきを約５μｍの厚さだけ埋め込み、さらに
フォトレジストパターンを有機溶剤等により除去後、Ni
Feスパッタ膜のシード層をエッチングにより除去するこ
とにより形成される。CoFeNiめっき膜を薄膜磁気コアと
して用いたときも同様のプロセスで作成する。また、薄
膜磁気コアを作成した後、回転磁場中、および静止磁場
中で熱処理を行うと磁気特性の向上がはかれる。

【００１７】次に、CoZrNb、FeSib 、CoFeB 等のアモル
ファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜等の軟磁性膜を薄膜
磁気コアとして用いる場合の作成プロセスを示す。たと
えばCoZrNbスパッタ膜を約５μｍの厚さだけ製膜し、そ
の後、所定の磁気コア形状のフォトレジストパターンを
形成し、フォトレジストパターンをエッチング用マスク
として用い、イオンミリング等のエッチング手段により
エッチングし、さらにフォトレジストパターンを有機溶
剤等により除去することにより下層コイル部分を作製す
ることもできる。一方、所定の薄膜磁気コアの反転形状
を薄い金属板に作製し、それをスパッタマスクとして用
いるメタルマスク法もあるが、この方法では微細の形状
の磁気コアが得られにくく、その寸法精度も悪く好まし
くはない。

【００１８】図４の（ｄ）に示すように、薄膜磁気コア
の上層に、絶縁物層２を形成する。この絶縁物層２は、
次に形成されるコイル上層部分と薄膜磁気コアを電気的
に絶縁するための絶縁膜である。成形方法は図４の
（ｂ）で示した絶縁物層３の場合と同様である。次に図
４の（ｅ）に示すように、絶縁物層２の表面にバイアス
コイル、および負帰還コイルを構成するコイル上層部を
形成する。図４の（ａ）の説明で示したように、それぞ
れのコイル部の端部において図４の（ａ）に示すコイル
下層部のコイル端部と接続され、連続したバイアスコイ
ル４、および負帰還コイル５が構成される。作製方法は
図４の（ａ）で示したコイル上層部の作成の場合と同様
である。

【００１９】図４の（ｅ）に示す工程が終了後、作製さ
れた磁気センサ部を保護するための絶縁保護膜１２と磁
気センサの駆動および検知するための周辺回路との電気
的接続を得るためのワイヤーボンド用のボンディングパ
ッド（バイアスコイル端子７、ＭＩセンサ端子１０，１
１等）を設けて図２の状態にする。絶縁保護膜１２は、
図４の（ｂ）で示した絶縁物層３と同様にフォトレジス
トを露光、現像の工程を行い所定の絶縁物層の形状に形
成後２７０℃、１０時間の熱処理を行い硬化させたもの
を用いる。また、ポリイミドなどの樹脂を硬化させたも
のやSi0₂等の無機膜を所定の形状に形成したものを用い
てもかまわない。ワイヤーボンド用のボンディングパッ
ドは、Auめっき膜、あるいはAuスパッタ膜で作製され
る。その作製工程はCuコイルの場合とほぼ同様の工程で
作製される。このように図４の（ａ）から順に図４の
（ｅ）、図２まで薄膜プロセスが積み上げられて薄膜Ｍ
Ｉセンサが作成される。

【００２０】磁気インピーダンス効果（ＭＩ効果）は高
透磁率磁性体に高周波電流を通電すると、その両端のイ
ンピーダンスが通電方向に印加した外部磁場によって変
化する現象である。つまり、磁性体の内部インダクタン
ス分Liと、表皮効果によって電流周波数ｆとともに増加
する抵抗分RwによるインピーダンスＺ＝Rw（μθ）＋ｊωLi（μθ）・・・・・（１）が、外部から磁界を印加することにより変化する磁性体
の幅方向の透磁率μの関数として変化することによるも
のである。薄膜の場合、表皮効果が顕著な高周波領域
（膜厚ｄ＞２δ）における薄膜の抵抗Rwは直流抵抗をRd
c とすると、 Rw＝Rdc （d ／2 δ）と表すことができる。一方、ｄ＞２δの場合、インダク
タンスは、 L ＝Li（2 δ／d ）と表すことができる。ここで、δは表皮の深さを示し、
図５に示す値となる。従って、薄膜のインピーダンスＺ
は、Ｚ＝Rdc （d ／2 δ）+jωLi（2 δ／d ）となる。ここで、薄膜の厚さは、ｄ＝２ａであり、また
幅Ｗ、長さｌとすると、薄膜のインピーダンスＺの絶対
値は図６に示すものとなる。ここで、表皮の深さδは図
５の示すところであるので、薄膜のインピーダンスＺの
絶対値は透磁率μθの関数となる。

【００２１】図７の（ａ）に示されるように薄膜のパタ
ーンの幅方向に一軸異方性が付与されているとき、磁化
ベクトルは幅方向を向いて磁区構造は１８０°磁壁を持
つ構造となる。ところでこの薄膜の長さ方向に高周波電
流を流した場合、幅方向の高周波磁界が生じるが、１８
０°磁壁の移動は渦電流制動により妨げられる。また、
高周波磁界方向と磁化ベクトルの向きが同じ方向である
ため回転磁化は起こりにくい。このため磁束の変化は少
なくμθは小さい。

【００２２】一方、薄膜パターンの長さ方向に外部磁界
Hex を印可すると磁化ベクトルの向きが幅方向から傾く
ので、高周波電流により生じる磁界により磁化ベクトル
の回転が起こり（回転磁化）磁束の変化が生じるのでμ
θが大きくなる。外部磁界Hex がパターンの異方性磁界
Hkと同じになったときμθは最大となり、このときイン
ピーダンスΖは最大となる。さらにHex が大きく（Hex
＞Hk）なると磁化ベクトルはHex に固定されるため磁化
ベクトルの回転が抑制され、μθは小さくなっていき、
それにともないＺも小さくなっていく。これらの現象を
回転磁化モデルに基づき図７の（ｂ）を用いて検証す
る。H θ＝０の場合の回転角θ₀は、図８に示す式
（３）のエネルギー極小条件により定まる。従って、Hk
= 2Ku／Msを用いて、θ₀ ＝Hex ／Hk が得られる。こ
こでH θによる回転角の変化｜Δθ｜＞θ₀ とすると幅
方向の磁化変化分ΔΜは次式で表せられる。 ΔＭ＝Ms COSθ₀ Δθ ・・・・・（４）またH θによる項を含めた全エネルギーは次式で表せら
れる。 E=−Ms( Ｈθ＋Hk) COS[π/2−( θ₀ + Δθ)]−Ms Hex COS( θ₀ + Δθ) ・・・・・（５）（５）式を用い、図９に示す（７）式よりΔθを求め、
（４）式に代入すると、図９に示す（６）式となる。従
ってHex ＜Hkでは磁界の増加とともにμθすなわちΖが
増加し、Hex ＝Hkで最大値をとった後、磁界の増加とと
もに減少することが示される。また、磁化ベクトルが薄
膜パターンの長さ方向に向いているときにはHex による
幅方向のμθはほとんど変化しないのでMI効果は非常に
小さくなる。

【００２３】次に、作成した薄膜MIセンサの特性につい
て述べる。ここで薄膜磁気コアの寸法は幅２０μｍ、厚
さ５μｍ、長さ５００μｍであり、通電電流は１０mAで
ある。またバイアス用、負帰還用コイルは同一面上に交
互に巻き回されており、その巻き数はそれぞれ２０ター
ンである。バイアス用、負帰還用コイルを同一面上に交
互に薄膜磁気コアに巻き回す構造により磁気コアの各部
位に均等にバイアス磁界、および負帰還磁界を加えるこ
とができ磁気センサとしての特性が安定する。図１０は
薄膜磁気コアをNiFeめっきで作成したときの薄膜磁気セ
ンサにセンサの長さ方向に０および３０Oeの磁界（Hex
）を印加したときのセンサ両端電極Ε（Ε＝Ζ＊Ｉ）
の通電電流周波数特性である。Hex ＝０のときとHex ＝
３０OeのときのΕの差ΔΕは通電電流の周波数２０MHz
付近で最大であった。図１１は通電電流周波数を２０MH
z （１０mA）一定としたときのインピーダンスの変化率
の印加磁界（Hex ）依存性を示したものである。印加磁
界を大きくしていくとインピーダンスの変化率ΔΖ／Z_o
は大きくなり、素子の異方向性磁界HKのところでΔΖ／
Z_oは最大となり、さらにHex ＞HkではΔΖ／Z_oは小さく
なっていく。これらの結果は前述の理論式で示した特性
となった。また、単位印加磁界あたりのインピーダンス
の変化量（磁界感度）はHex ＝２０Oe前後で最大となり
１．５％／Oeの磁界感度を示した。

【００２４】磁気センサとして用いるときは最大感度の
ところに動作点を持ってくることによりセンサ感度を向
上することができる。図１２はバイアスコイルに電流を
流すことにより薄膜磁性体に２０Oeのバイアス磁界を加
え動作点を変えたときのインピーダンスの変化率ΔΖ／
Z_oの印加磁界（Hex ）依存性を示したものである。この
図からわかるように２０Oeのバイアス磁界を薄膜コイル
を用いて磁気コアに印可することにより磁界０Oeのとこ
ろに磁界感度が最大になるようなMI特性が得られた。

【００２５】図１３はコイル起磁力（電流と巻き数の
積）とバイアス磁界の関係を示したものである。薄膜コ
イルをバイアスコイルとして用いた場合、２８（Oe／A
T）のグラフの傾斜であり、比較として検討した３０μ
ｍ径のアモルファスワイヤに銅線を巻き回したバイアス
コイルを作製した場合には２（Oe／AT）であった。薄膜
コイルはNiFe薄膜コアに近接し、かつ緻密にコイルを形
成できることにより銅線を巻き回したバイアスコイルに
比べて電流を磁束に変換するコイル効率は１０倍以上高
いものであった。

【００２６】一方、バイアスコイルを用いて印加磁界０
に最大感度を持ってくるように動作点を移動した場合、
図１２に示すように磁界に対するインピーダンスの変化
（出力の変化）の直線性はあまり良くないものとなって
いる。この直線性を改善する方法として出力信号をフィ
ードバックし負帰還コイルを用いて磁界に対する出力の
非直線性を補正するだけの磁界を薄膜磁気コアに負帰還
磁界として加えることにより出力信号を補正し直線性を
得る方法がとられている。図１４にリニア磁界MIセンサ
の電子回路のブロック図を示す。この回路により動作点
を最大感度の点に移動し、出力信号をフィードバック
し、薄膜コアに負帰還磁界を加え感度特性の直線性を高
めている。

【００２７】図１５は図１４の回路を用いてバイアスコ
イル磁界２０Oe、負帰還率５０％の負帰還をかけたとき
の印加磁界に対する出力電圧の関係を示したものであ
る。ここで通電電流の周波数は２０MHz であり出力の増
幅度は５００倍である。図に示すように±３Oeの測定磁
界内で優れた直線性を示し、かつ、１０^-5Oeの磁界分解
能を示した。これらの結果はリニア磁界センサとして良
好な特性である。また、比較としたアモルファスワイヤ
に銅線を巻き回した負帰還コイルを用いた素子の場合で
は、図と同等の直線を得るためには約３００％の負帰還
をかけなければならなかった。アモルファスワイヤに銅
線を巻き回した負帰還コイルに対して、薄膜コイルは約
１／６の負帰還率で同等の直線性を得られたのはバイア
スコイルのところで述べたように薄膜コイルのコイル効
率が高いことによるものである。上記は測定の一例であ
り、その他のＭＩセンサの駆動方法として低消費電力駆
動が可能なＣ−ＭＯＳＩＣを用いてのパルス励磁型ＭＩ
効果を用いることも可能である。さらに、バイアス磁界
の印加方法もパルス励磁と連動したパルスを印加するこ
とが可能であり、これにより必要なバイアス磁界を得る
ことができる。

【００２８】以上、本発明を上述の実施の形態により説
明したが、本発明の趣旨の範囲内で種々の変形が可能で
ある。例えば、バイアスコイル４と負帰還コイル５とを
同巻数とせず、図１８に示すように、負帰還コイル５
を、バイアスコイル４を跨ぐ連結線５’で一部短絡接続
し、バイアスコイル４と負帰還コイル５との巻数を変え
ても良い。もちろん、バイアスコイル４の一部を連結線
で接続して、バイアスコイルと負帰還コイルとの巻数を
変えるようにしても良い。そして、これらの変形や応用
を本発明の範囲から排除するものではない。

【００２９】

【発明の効果】薄膜磁気コアの周囲に絶縁体を介してバ
イアス用、および負帰還用薄膜コイルを形成した薄膜MI
センサ構造により、磁気センサの小型化・高信頼化・量
産化が可能となり、かつ、上記のような構造に作製され
た薄膜コイルはコイル効率がよいため、少ない電流で必
要なバイアス磁界が得られ、また、少ない負帰還量で磁
界に対する出力の直線性の改善が可能となる。これらの
ことから高感度で感度の直線性が良く、温度特性の優れ
た薄膜リニア磁界センサを提供できる。また、バイアス
用薄膜コイル、および負帰還用薄膜コイルを交互に巻き
回すことにより薄膜の磁気コアの各部位に均等にバイア
ス磁界、および負帰還磁界を加えることができ磁気セン
サとしての特性が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る磁気インピーダンス（Ｍ
Ｉ）素子を用いた薄膜ＭＩセンサの構造を模式的に示し
た正面図である。

【図２】図２は、図１のＡ−Ｂ線に沿って切断した断面
図である。

【図３】図３は、図１のＣ−Ｄ線に沿って切断した断面
図である。

【図４】図４は、本発明に係る磁気インピーダンスセン
サの製造工程を示す断面図である。

【図５】図５は、δの値を示す方程式図である。

【図６】図６は、インピーダンスの絶対値を示す方程式
図である。

【図７】図７は、薄膜ＭＩセンサの磁気コア部の磁区構
造モデル図である。

【図８】図８は、EOの値を示す方程式である。

【図９】図９は、ΔＭ0 の値を示す方程式図である。

【図１０】図１０は、出力の通電電流周波数依存性を示
す特性図である。

【図１１】図１１は、インピーダンス変化率の磁界依存
性を示す特性図である。

【図１２】図１２は、２０Oeのバイアス磁界を印加した
ときのインピーダンス変化率の磁界依存性を示す特性図
である。

【図１３】図１３は、バイアス磁界強度のバイアスコイ
ル起磁力依存性を示す特性図である。

【図１４】図１４は、本発明に係る磁気インピーダンス
センサを用いた回路ブロック図である。

【図１５】図１５は、本発明に係る磁気インピーダンス
センサのリニアセンシング特性を示す特性図である。

【図１６】図１６は、磁気インピーダンスセンサを用い
た回路ブロック図である。

【図１７】図１７は、アモルファスワイヤのＭＩ効果を
示す特性図である。

【図１８】図１８は、別の実施の形態を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・・ＭＩセンサ板２・・・・・絶縁物層３・・・・・絶縁物層４・・・・・バイアスコイル５・・・・・負帰還コイル６・・・・・バイアスコイル端子７・・・・・バイアスコイル端子８・・・・・負帰還コイル端子９・・・・・負帰還コイル端子１０・・・・・ＭＩセンサ端子１１・・・・・ＭＩセンサ端子１２・・・・・絶縁保護膜２０・・・・・非磁性基板２１・・・・・コイルパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯口昭代静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ミネベア株式会社開発技術センタ−内 (72)発明者毛利佳年雄愛知県名古屋市天白区天白町大字島田黒石 3911の３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性体からなる基板と該基板上に形成さ
れた薄膜磁気コアと該薄膜磁気コアの長手方向両端に設
けられた第一の電極と第二の電極からなる磁気インピー
ダンスセンサにおいて、上記薄膜磁気コアの周囲に絶縁
体を媒介してバイアスコイルと負帰還コイルを巻回した
構造を有することを特徴とする磁気インピーダンスセン
サ。
【請求項２】上記バイアスコイルと負帰還コイルは薄膜
コイルから構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の磁気インピーダンスセンサ。
【請求項３】上記バイアスコイルと負帰還コイルは一定
間隔をもって交互に且つ同一方向に巻回されていること
を特徴とする請求項１に記載の磁気インピーダンスセン
サ。
【請求項４】上記バイアスコイルと負帰還コイルは薄膜
磁気コアの周囲にそれぞれ同一回数巻回されていること
を特徴とする請求項１に記載の磁気インピーダンスセン
サ。
【請求項５】薄膜磁気コアの下面において該薄膜磁気コ
アから絶縁されて平行に配置された複数の薄膜導体と前
記薄膜磁気コアの上面において該薄膜磁気コアから絶縁
されて平行に配置された複数の薄膜導体とを有し、薄膜
磁気コアの上面と下面の薄膜導体の先端部をそれぞれ電
気的に接続して、一定間隔をもって交互に且つ同一方向
に巻回される上記バイアスコイルと負帰還コイルを形成
することを特徴とする請求項２に記載の磁気インピーダ
ンスセンサ。
【請求項６】上記薄膜磁気コアは、NiFe、CoFeNi、FeP
、FeNiP 、FeCoP 、FeNiCoP 、CoB、NiCoB 、FeNiCoB
、FeCoB 、CoFeのめっき膜、あるいはCoZrNb、FeSiB
、CoSiB のアモルファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜
により形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の磁気インピーダンスセンサ。
【請求項７】前記薄膜磁気コアが磁場中で熱処理が行わ
れていることを特徴とする請求項１に記載の磁気インピ
ーダンスセンサ。