JP2002374014A - Magnetic field detection element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、外部磁界を利用し
て電磁気量や力学量を検出する磁界検出素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field detecting element for detecting an electromagnetic quantity or a dynamic quantity using an external magnetic field.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、各種分野において、外部磁界
を利用して電磁気量や力学量を検出することが行われて
おり、このような電磁気量や力学量を高感度に検出する
ために、外部磁界に対する物理量（抵抗、インピーダン
ス）の変化率の高い素子を使用し、外部磁界を電気信号
に変換して検出している。このような検出を行う素子と
して、例えば、特開平８−３２０３６２号公報に開示さ
れているＭＩ素子を用いた磁界検出素子がある。2. Description of the Related Art Conventionally, in various fields, detection of an electromagnetic quantity or a dynamic quantity using an external magnetic field has been performed. In order to detect such an electromagnetic quantity or a dynamic quantity with high sensitivity, An element having a high rate of change in physical quantity (resistance, impedance) with respect to an external magnetic field is used, and the external magnetic field is converted into an electric signal and detected. As an element for performing such detection, for example, there is a magnetic field detection element using an MI element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-320362.
【０００３】この磁界検出素子は、平面状の基板の上面
に、導電体層とこの導電体層の周囲を囲む磁性体層から
なる積層体をスパッタ成膜により形成して構成されてい
る。そして、この磁界検出素子に駆動電源から交流電流
を印加して、外部磁界によるインピーダンスの変化を検
出するようになっており、磁性体層には、通電方向と直
交する方向に磁界を印加しながら熱処理することにより
磁気異方性が付与されている。[0003] This magnetic field detecting element is formed by forming a laminate of a conductor layer and a magnetic layer surrounding the periphery of the conductor layer on the upper surface of a flat substrate by sputtering. An alternating current is applied to the magnetic field detecting element from a driving power supply to detect a change in impedance due to an external magnetic field, and the magnetic layer is applied with a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of current application. The magnetic anisotropy is imparted by the heat treatment.
【０００４】このように、前記磁界検出素子は、磁性体
層と導電体層を積層化したＭＩ素子で構成され、その磁
性体層に磁気異方性を付与したことにより、磁界検出素
子を低抵抗にでき、外部磁界の変化によるインダクタン
ス変化と抵抗変化を効果的に検出できるようになってい
る。これによると、１００ＫＨｚ―１０ＭＨｚでの駆動
周波数領域で、大幅に感度を高めることができ、インピ
ーダンス変化率は１００％以上になっている。[0004] As described above, the magnetic field detecting element is constituted by the MI element in which the magnetic layer and the conductive layer are laminated, and the magnetic layer is provided with magnetic anisotropy, so that the magnetic field detecting element has a low magnetic field. It can be made a resistor, so that a change in inductance and a change in resistance due to a change in an external magnetic field can be effectively detected. According to this, the sensitivity can be greatly increased in the driving frequency range of 100 KHz to 10 MHz, and the impedance change rate is 100% or more.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁界検
出素子の磁性体層や導電体層はスパッタ成膜されるため
その膜厚が製造時間に大きく影響する。この磁界検出素
子の製造工程においては、磁性体層や導電体層の成形時
間を短縮することが要求されており、この時間短縮化を
図るためには磁性体層や導電体層の薄膜化が望まれる。
しかし、磁性体層を薄くするとインピーダンス変化量が
小さくなり、磁界検出素子の検出感度が低下するという
問題が生じる。However, since the magnetic layer and the conductor layer of the magnetic field detecting element are formed by sputtering, the film thickness greatly affects the manufacturing time. In the manufacturing process of this magnetic field detecting element, it is required to shorten the molding time of the magnetic layer and the conductor layer. To shorten this time, the magnetic layer and the conductor layer must be made thinner. desired.
However, when the thickness of the magnetic layer is reduced, the amount of change in impedance is reduced, which causes a problem that the detection sensitivity of the magnetic field detecting element is reduced.
【０００６】[0006]
【発明の概要】本発明は、上記した問題に対処するため
になされたもので、その目的は、検出感度を低下させる
ことなく、製造時間の短縮化が図れる磁界検出素子を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to address the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide a magnetic field detecting element capable of shortening manufacturing time without lowering detection sensitivity. .
【０００７】上記の目的を達成するため、本発明に係る
磁界検出素子の特徴は、導電体層と、導電体層に積層さ
れた磁性体層とを備えた磁界検出素子において、磁性体
層の厚みをａ、磁性体層の幅をｂ、導電体層の幅をｄと
した場合に、磁性体層の厚みａを２μｍ以下に設定する
とともに、磁性体層の幅ｂを、ｄ×２．５／ａｍｍ以上
に設定したことにある。In order to achieve the above object, a magnetic field detecting element according to the present invention is characterized in that in a magnetic field detecting element having a conductor layer and a magnetic layer laminated on the conductor layer, When the thickness is a, the width of the magnetic layer is b, and the width of the conductor layer is d, the thickness a of the magnetic layer is set to 2 μm or less, and the width b of the magnetic layer is d × 2. 5 / amm or more.
【０００８】前記のように構成した本発明の特徴によれ
ば、従来の磁界検出素子における磁性体層の一般的な厚
みである２μｍ以下の範囲で、磁性体層の厚みａを小さ
くしても、厚みａを小さくするに伴って磁性体層の幅ｂ
を大きくしていくことで、必要なインピーダンス変化量
（感度）が得られ、磁性体層の薄膜化による成形時間の
短縮と検出感度の維持の両立が図れる。すなわち、磁界
検出素子には、磁性体層の厚みａが小さくなるに伴って
インピーダンス変化量が少なくなるという特性がある
が、感度のよい検出を行うためには、このインピーダン
ス変化量を所定値以上に維持する必要がある。According to the features of the present invention configured as described above, the thickness a of the magnetic layer can be reduced within the range of 2 μm or less, which is the general thickness of the magnetic layer in the conventional magnetic field detecting element. The width b of the magnetic layer as the thickness a decreases.
By increasing the value, the required amount of impedance change (sensitivity) can be obtained, and it is possible to reduce the molding time and maintain the detection sensitivity by thinning the magnetic layer. That is, the magnetic field detecting element has a characteristic that the impedance change amount decreases as the thickness a of the magnetic material layer decreases, but in order to perform sensitive detection, the impedance change amount must be equal to or more than a predetermined value. Need to be maintained.
【０００９】そこで、本件発明者は、磁性体層の幅ｂと
導電体層の幅ｄとの相関関係に着目して鋭意研究した結
果、磁性体層の厚みａを小さくしても、磁性体層の幅ｂ
が、磁性体層の厚みａおよび導電体層の幅ｄに対して前
述した関係にあれば、インピーダンス変化量を必要値以
上に維持できることを見出した。これによって、磁界検
出素子の検出精度を低下させることなく磁性体層の厚み
ａを小さくでき、磁界検出素子の製造工程における時間
短縮が可能になる。The inventors of the present invention have conducted intensive studies focusing on the correlation between the width b of the magnetic layer and the width d of the conductive layer. As a result, even if the thickness a of the magnetic layer was reduced, Layer width b
It was found that if the above-mentioned relationship was established with respect to the thickness a of the magnetic layer and the width d of the conductor layer, the amount of impedance change could be maintained at a required value or more. Thereby, the thickness a of the magnetic layer can be reduced without lowering the detection accuracy of the magnetic field detection element, and the time required for the manufacturing process of the magnetic field detection element can be reduced.
【００１０】また、本発明の他の構成上の特徴は、磁性
体層の厚みａを０．５μｍ以下に設定したことにある。
この場合、磁性体層の幅ｂを導電体層の幅ｄの５〜１０
倍に設定することがより好ましい。これによって、より
高精度（高感度）の磁界検出素子が得られる。すなわ
ち、磁性体層の厚みａが０．５μｍの場合には、磁性体
層の幅ｂが導電体層の幅ｄの５倍以上になって十分な精
度を確保でき、さらに磁性体層の幅ｂを導電体層の幅ｄ
の５〜１０倍にすることによって、磁性体層の幅ｂが広
すぎて、かえってインピーダンス変化量を小さくするこ
とを防止できる。Another structural feature of the present invention resides in that the thickness a of the magnetic layer is set to 0.5 μm or less.
In this case, the width b of the magnetic layer is set to 5 to 10 times the width d of the conductor layer.
More preferably, it is set to double. As a result, a magnetic field detecting element with higher accuracy (high sensitivity) can be obtained. That is, when the thickness a of the magnetic layer is 0.5 μm, the width b of the magnetic layer is at least five times the width d of the conductor layer, and sufficient accuracy can be ensured. b is the width d of the conductor layer
By making it 5 to 10 times, it is possible to prevent the width b of the magnetic layer from being too wide, thereby reducing the amount of impedance change.
【００１１】この磁性体層の厚みａを０．５μｍ以下に
設定することによって、従来の磁界検出素子、例えば、
磁性体層の厚みが２μｍのものと比べて、製造時間の大
幅な短縮が可能になる。また、磁性体層の幅ｂが導電体
層の幅ｄの５倍〜１０倍の範囲においては、好適なイン
ピーダンス変化量が確保できる。By setting the thickness a of the magnetic layer to 0.5 μm or less, a conventional magnetic field detecting element, for example,
The manufacturing time can be significantly reduced as compared with a magnetic layer having a thickness of 2 μm. Further, when the width b of the magnetic layer is in the range of 5 to 10 times the width d of the conductor layer, a suitable amount of impedance change can be secured.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明する。図１および図２は、同実施形態に係
る磁界検出素子１０を示している。この磁界検出素子１
０では、矩形平面状の半導体基板であるＳｉウエハ１１
の上面に、矩形薄膜状の磁性体層１２が形成され、磁性
体層１２の上面における長手方向に沿う中央部に細長い
矩形薄膜状の導電体層１３が、その長手方向を磁性体層
１２の長手方向に揃えた状態で形成されている。そし
て、導電体層１３および磁性体層１２の上面に、導電体
層１３を、磁性体層１２とで挟むように矩形薄膜状の磁
性体層１４が形成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a magnetic field detecting element 10 according to the embodiment. This magnetic field detecting element 1
0, Si wafer 11 which is a rectangular planar semiconductor substrate
On the upper surface of the magnetic layer 12, a rectangular thin film-shaped magnetic layer 12 is formed, and an elongated rectangular thin film-shaped conductor layer 13 is formed at the center of the upper surface of the magnetic layer 12 along the longitudinal direction. It is formed in a state aligned in the longitudinal direction. On the upper surfaces of the conductor layer 13 and the magnetic layer 12, a rectangular thin-film-shaped magnetic layer 14 is formed so as to sandwich the conductor layer 13 with the magnetic layer 12.
【００１３】磁性体層１２，１４は、ＣｏＮｂＺｒアモ
ルファス磁性体で構成されており、厚みａ（図示にない
が磁性体層１２の厚みもａと同様とする。）が０．５μ
ｍ、幅ｂが０．３ｍｍに設定されている。導電体層１３
は、Ｃｕで構成され、厚みｃが０．５μｍ、幅ｄが０．
０５ｍｍに設定されている。なお、この磁界検出素子１
０においては、磁性体層１２，１４の幅ｂと、磁性体層
１２，１４の厚みａおよび導電体層１３の幅ｄの関係
は、ｂ＞ｄ×２．５／ａの関係になるように設定され
る。The magnetic layers 12 and 14 are made of a CoNbZr amorphous magnetic substance, and have a thickness a (not shown, but the thickness of the magnetic layer 12 is the same as a) 0.5 μm.
m and the width b are set to 0.3 mm. Conductor layer 13
Is made of Cu, has a thickness c of 0.5 μm, and a width d of 0.1 μm.
It is set to 05 mm. Note that this magnetic field detecting element 1
At 0, the relationship between the width b of the magnetic layers 12, 14 and the thickness a of the magnetic layers 12, 14 and the width d of the conductive layer 13 is such that b> d × 2.5 / a. Is set to
【００１４】したがって、上記のように、磁性体層１
２，１４の厚みａが０．５μｍの場合には、磁性体層１
２，１４の幅ｂは、導電体層１３の幅ｄの５倍以上に設
定される。また、例えば、磁性体層１２，１４の厚みａ
を０．２５μｍにした場合には、磁性体層１２，１４の
幅ｂを、導電体層１３の幅ｄの１０倍以上に設定する。
なお、導電体層１３の厚みｃは、特に、制限されない
が、導電体として機能するために好適な寸法に設定さ
れ、好ましいのは、磁性体層１２，１４の厚みａよりも
小さく設定することである。これによって、磁性体層１
４の成膜、特に、導電体層１３の両側部に対応する部分
の成膜が寸法精度よく行える。また、磁性体層１２，１
４の厚みａは、磁界検出素子１０が使用される駆動周波
数領域によっても変わり、駆動周波数が１００ＭＨｚ〜
５００ＭＨｚの場合であれば、磁性体層１２，１４の厚
みａは０．５μｍ〜０．１μｍにすることができる。Therefore, as described above, the magnetic layer 1
In the case where the thickness a of each of the magnetic layers 2 and 14 is 0.5 μm,
The width b of each of the conductor layers 2 and 14 is set to be at least five times the width d of the conductor layer 13. Further, for example, the thickness a of the magnetic layers 12 and 14
Is set to 0.25 μm, the width b of the magnetic layers 12 and 14 is set to be at least 10 times the width d of the conductor layer 13.
The thickness c of the conductor layer 13 is not particularly limited, but is set to a size suitable for functioning as a conductor, and is preferably smaller than the thickness a of the magnetic layers 12 and 14. It is. Thereby, the magnetic layer 1
4 can be formed with high dimensional accuracy, particularly the portions corresponding to both sides of the conductor layer 13. The magnetic layers 12, 1
4, the thickness a varies depending on the driving frequency region in which the magnetic field detecting element 10 is used.
In the case of 500 MHz, the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 can be set to 0.5 μm to 0.1 μm.
【００１５】また、磁性体層１２、導電体層１３および
磁性体層１４の各層は、スパッタ成膜によって形成され
ており、このスパッタ成膜は、以下のようにして行われ
る。すなわち、まず、真空チャンバ内にターゲットの金
属板（磁性体層１２，１４を形成する場合は、磁歪定数
が略０のＣｏＮｂＺｒ，ＦｅＣｏＳｉＢ，ＣｏＳｉＢ等
のアモルファス軟磁性体、導電体層１３を形成する場合
は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ等の導電体）を配置するととも
に、その対向位置にＳｉウエハ１１を配置する。Each of the magnetic layer 12, the conductor layer 13 and the magnetic layer 14 is formed by sputtering, and the sputtering is performed as follows. That is, first, when a metal plate (magnetic layer 12, 14) of a target is formed in a vacuum chamber, an amorphous soft magnetic material such as CoNbZr, FeCoSiB, CoSiB or the like having a magnetostriction constant of approximately 0, and a conductor layer 13 are formed. In this case, a conductor such as Cu, Al, or Ag) is arranged, and the Si wafer 11 is arranged at a position facing the conductor.
【００１６】つぎに、チャンバを高真空度に排気して、
ターゲットとＳｉウエハ１１の間に高電圧を印加すると
ともに、真空チャンバ内にアルゴン等のガスを導入す
る。そして、このガスをプラズマ化し、プラズマ中のイ
オンを負電圧電極であるターゲットに衝突させてターゲ
ットの原子を飛散（スパッタ）させることによって、ス
パッタ粒子を陽極側に設けられたＳｉウエハ１１の表面
に堆積させ、磁性体層１２、導電体層１３および磁性体
層１４を順次形成する。Next, the chamber is evacuated to a high vacuum,
A high voltage is applied between the target and the Si wafer 11, and a gas such as argon is introduced into the vacuum chamber. Then, this gas is turned into plasma, and ions in the plasma collide with a target which is a negative voltage electrode to scatter (sputter) atoms of the target, so that sputtered particles are deposited on the surface of the Si wafer 11 provided on the anode side. Then, a magnetic layer 12, a conductor layer 13, and a magnetic layer 14 are sequentially formed.
【００１７】なお、この薄膜形成の際、薄膜形成位置以
外の部分に薄膜が形成されることを防止するためにマス
クを用い、薄膜形成位置だけに薄膜が形成されるように
する。このマスクの方法としては、メタルマスクを用い
る方法や樹脂層を形成し不要な部分を除去する方法等が
用いられる。また、各層１２，１３，１４の形成後、こ
の積層生成体の長手方向に沿って直流磁場を印加した状
態で、積層体をアニール（熱処理）する。これによっ
て、磁性体層１２，１４の長手方向に沿った磁気異方性
が付与されその方向ｅが容易磁化方向となった磁界検出
素子１０が得られる。なお、導電体層１３の両端部１３
ａ，１３ｂはそれぞれ配線用の電極に構成されて、各配
線に接続される。In forming the thin film, a mask is used to prevent the thin film from being formed in a portion other than the thin film forming position, and the thin film is formed only in the thin film forming position. As a method of the mask, a method using a metal mask, a method of forming a resin layer and removing unnecessary portions, and the like are used. After the formation of each of the layers 12, 13, and 14, the laminate is annealed (heat-treated) while a DC magnetic field is applied along the longitudinal direction of the laminate. As a result, the magnetic field detecting element 10 having magnetic anisotropy along the longitudinal direction of the magnetic layers 12 and 14 and having the direction e as the easy magnetization direction is obtained. In addition, both ends 13 of the conductor layer 13
Reference numerals a and 13b are formed as wiring electrodes, respectively, and are connected to the respective wirings.
【００１８】この場合、磁性体層１２，１４の厚みａ
は、従来の一般的な磁界検出素子における磁性体層の厚
み２μｍと比較して、１／４と大幅に薄く形成されてい
るため、成形時間が略１／４に短縮されている。この成
膜に要する時間は、膜厚が１μｍの場合で、略４０分
で、この所要時間は膜厚に比例する。したがって、膜厚
が薄くなった分だけ所要時間も短縮される。また、その
際、磁性体層１２，１４の幅が広くなって形成面積は広
がるが、これに関してはマスクによる露呈面積を広げる
だけであるため、従来と同様の操作で行うことができ
る。In this case, the thickness a of the magnetic layers 12, 14
Is formed to be much thinner than 1/4 of the thickness of the magnetic layer in a conventional general magnetic field detecting element, and the molding time is reduced to about 1/4. The time required for the film formation is approximately 40 minutes when the film thickness is 1 μm, and the required time is proportional to the film thickness. Therefore, the required time is shortened by the reduced thickness. In this case, the width of the magnetic layers 12 and 14 is widened and the formed area is widened. However, this can be performed by the same operation as in the related art because only the exposed area by the mask is widened.
【００１９】上記磁界検出素子１０を、例えば、電流セ
ンサや変位センサに用いる場合、精度のよい検出を行う
ためには、０．５Ω以上のインピーダンス変化量が必要
になる。そして、このインピーダンス変化量と、磁性体
層１２，１４の厚みａとの間には、図３に示すような関
係が成り立っている。図３は、磁性体層１２，１４の幅
ｂを導電体層１３の幅ｄの２倍に設定した場合における
磁性体層１２，１４の厚みａの変化に対するインピーダ
ンスの変化量を示している。この場合、磁性体層１２，
１４の厚みａが１．０μｍ以上であれば、インピーダン
ス変化量は０．５Ω以上になり、磁性体層１２，１４の
厚みａを大きくするほど検出精度の優れた磁界検出素子
が得られる。When the magnetic field detecting element 10 is used in, for example, a current sensor or a displacement sensor, an impedance change of 0.5Ω or more is required for performing accurate detection. The relationship shown in FIG. 3 is established between the impedance change amount and the thickness a of the magnetic layers 12 and 14. FIG. 3 shows the amount of change in impedance with respect to the change in thickness a of the magnetic layers 12, 14 when the width b of the magnetic layers 12, 14 is set to twice the width d of the conductive layer 13. In this case, the magnetic layer 12,
If the thickness a of the magnetic layer 14 is 1.0 μm or more, the amount of change in impedance becomes 0.5 Ω or more. As the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 is increased, a magnetic field detecting element with higher detection accuracy can be obtained.
【００２０】また、図４は、磁性体層１２，１４の厚み
ａを変えた場合の導電体層１３の幅ｄに対する磁性体層
１２，１４の幅ｂの倍率と、インピーダンス変化量との
関係を示しており、それぞれ、曲線ｆは厚みａが２．０
μｍ、曲線ｇは厚みａが１．０μｍ、曲線ｈは厚みａが
０．５μｍの場合を示している。これによると、磁性体
層１２，１４の厚みａを小さくしても、導電体層１３の
幅ｄに対する磁性体層１２，１４の幅ｂの倍率を大きく
すれば磁界検出素子に必要なインピーダンス変化量が得
られることが分かる。FIG. 4 shows the relationship between the magnification of the width b of the magnetic layers 12, 14 with respect to the width d of the conductive layer 13 when the thickness a of the magnetic layers 12, 14 is changed, and the amount of impedance change. And the curve f indicates that the thickness a is 2.0
μm, curve g shows the case where the thickness a is 1.0 μm, and curve h shows the case where the thickness a is 0.5 μm. According to this, even if the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 is reduced, if the ratio of the width b of the magnetic layers 12 and 14 to the width d of the conductor layer 13 is increased, the impedance change required for the magnetic field detecting element is increased. It can be seen that an amount is obtained.
【００２１】すなわち、曲線ｇの厚みａが１．０μｍの
場合では、導電体層１３の幅ｄに対して磁性体層１２，
１４の幅ｂを２倍〜７．５倍程度にすれば、０．５Ω以
上のインピーダンス変化量が得られる。しかし、磁性体
層１２，１４の幅を導電体層１３の幅の２倍〜７．５倍
程度にしたままの状態で、磁性体層１２，１４の厚みａ
を薄くし、例えば、曲線ｈに示した０．５μｍの厚みに
すると急激に感度が落ちインピーダンス変化量が０．５
Ω以下になる部分が増えてくる。That is, when the thickness a of the curve g is 1.0 μm, the magnetic layer 12,
If the width b of the 14 is made about 2 to 7.5 times, an impedance variation of 0.5Ω or more can be obtained. However, while keeping the width of the magnetic layers 12 and 14 at about 2 to 7.5 times the width of the conductive layer 13, the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 is maintained.
When the thickness is reduced to, for example, 0.5 μm as shown by the curve h, the sensitivity drops sharply and the impedance change amount becomes 0.5.
The number of parts below Ω increases.
【００２２】また、逆に、磁性体層１２，１４の幅を導
電体層１３の幅の２倍〜７．５倍程度にしたままの状態
で、磁性体層１２，１４の厚みａを厚くし、例えば、曲
線ｆに示した２．０μｍの厚みにすると、磁性体層１
２，１４の幅ｂが導電体層１３の幅ｄの２倍になるとこ
ろでは急激に感度が高くなってインピーダンス変化量が
１．５Ω程度にまでなる。しかし、上記磁性体層１２，
１４の幅ｂの倍率が５倍以上の高い部分ではインピーダ
ンス変化量が０．５Ω以下になる部分も出てくる。Conversely, the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 is increased while the width of the magnetic layers 12 and 14 is maintained at about twice to 7.5 times the width of the conductive layer 13. For example, when the thickness is 2.0 μm as shown by the curve f, the magnetic material layer 1
Where the width b of the layers 2 and 14 is twice as large as the width d of the conductor layer 13, the sensitivity is sharply increased and the impedance change amount becomes about 1.5Ω. However, the magnetic layer 12,
In a high portion where the magnification of the width b of 14 is 5 times or more, there is a portion where the impedance change amount becomes 0.5Ω or less.
【００２３】これらの曲線ｆ，ｇ，ｈから分かるよう
に、磁性体層１２，１４の厚みａを変更しても、その厚
みａに応じて、導電体層１３の幅ｄに対する磁性体層１
２，１４の幅ｂの倍率を適宜変更することにより、０．
５Ω以上のインピーダンス変化量が得られる適正範囲が
存在する。As can be seen from these curves f, g, and h, even if the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 is changed, the magnetic layer 1 with respect to the width d of the conductor layer 13 is changed according to the thickness a.
By appropriately changing the magnification of the width b of 2, 14
There is an appropriate range where an impedance variation of 5Ω or more can be obtained.
【００２４】このため、磁性体層１２，１４の厚みａを
薄くしても、導電体層１３の幅ｄに対する磁性体層１
２，１４の幅ｂの倍率を高くしていくことにより、磁界
検出素子１０に必要な０．５Ω以上のインピーダンス変
化量を確保することができ、適正な検出ができる。そし
て、磁性体層１２，１４の厚みａを薄くすることによ
り、製造時間の短縮が図れ、コストが低減できるように
なる。すなわち、磁性体層１２，１４の厚みａを薄くす
るのに伴い磁性体層１２，１４の幅ｂを広げることで、
必要なインピーダンス変化量（感度）が得られ、磁性体
層１２，１４の薄膜化による成形時間の短縮と検出感度
の両立が図れる。For this reason, even if the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 is reduced, the magnetic layer 1 has a smaller width d than the conductor layer 13.
By increasing the magnification of the width b between 2 and 14, an impedance change amount of 0.5Ω or more required for the magnetic field detecting element 10 can be secured, and appropriate detection can be performed. By reducing the thickness a of the magnetic layers 12, 14, the manufacturing time can be shortened, and the cost can be reduced. That is, by reducing the thickness a of the magnetic layers 12 and 14 and increasing the width b of the magnetic layers 12 and 14,
The required impedance change (sensitivity) can be obtained, and both the reduction of the molding time and the detection sensitivity can be achieved by making the magnetic layers 12 and 14 thinner.
【００２５】ここで、磁界検出素子１０によるインピー
ダンスの検出の原理はつぎのようになっている。すなわ
ち、磁気検出素子１０の磁気異方性方向ｅに外部磁界を
印加すると、スピン（磁化ベクトル）が回転して傾き、
これによって透磁率が変化する。この透磁率の変化によ
って、インピーダンスの値が変化し、例えば、透磁率が
減少するとインピーダンスも減少する。これによって、
磁界の大きさとインピーダンスの関係を知ることができ
る。Here, the principle of impedance detection by the magnetic field detecting element 10 is as follows. That is, when an external magnetic field is applied in the magnetic anisotropy direction e of the magnetic detection element 10, the spin (magnetization vector) rotates and tilts,
This changes the magnetic permeability. This change in magnetic permeability changes the value of the impedance. For example, when the magnetic permeability decreases, the impedance also decreases. by this,
The relationship between the magnitude of the magnetic field and the impedance can be known.
【００２６】また、磁界検出素子１０は、ＭＩ素子であ
り、かつ、磁性体層１２，１４の長手方向に沿って磁気
異方性が付与されているため、ＭＩ効果に加えて温度特
性による悪影響を排除できる構成になっている。すなわ
ち、ＭＩ効果とは、表面効果により、インピーダンスが
磁界によって巨大変化を示す現象をいい、磁性体に電源
から交流電流を印加し、その状態で磁性体の長手方向か
ら外部磁界を印加すると、外部磁界が数ガウス程度の微
弱磁界であっても、磁性体の両端に素材固有のインピー
ダンスによる電圧が発生し、その振幅が外部磁界の強度
に対応して変化する。Since the magnetic field detecting element 10 is an MI element and has magnetic anisotropy along the longitudinal direction of the magnetic layers 12 and 14, it has an adverse effect due to temperature characteristics in addition to the MI effect. Is configured to be eliminated. In other words, the MI effect is a phenomenon in which the impedance shows a huge change due to the magnetic field due to the surface effect. When an AC current is applied to the magnetic material from a power source and an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the magnetic material in this state, the external effect is reduced. Even when the magnetic field is a weak magnetic field of about several gauss, a voltage is generated at both ends of the magnetic body due to the impedance inherent in the material, and the amplitude changes according to the strength of the external magnetic field.
【００２７】また、温度特性による悪影響を排除するた
めには、磁壁の移動の発生を防止することが効果的であ
るが、磁界検出素子１０では、磁気異方性方向ｅが磁界
検出素子１０の長手方向に沿っているため、磁性体層１
２，１４に形成される磁区やスピンの方向も磁界検出素
子１０の長手方向に沿うようになる。したがって、上記
磁区やスピンと直交する方向のスピンを有する磁壁は大
幅に減少して、磁壁の移動が少なくなり、その結果、磁
壁の移動の影響による温度の影響も除去される。In order to eliminate the adverse effect due to the temperature characteristic, it is effective to prevent the domain wall from moving. However, in the magnetic field detecting element 10, the magnetic anisotropy direction e of the magnetic field detecting element 10 Since the magnetic layer 1 extends along the longitudinal direction,
The directions of the magnetic domains and spins formed in the magnetic field detecting elements 2 and 14 also extend along the longitudinal direction of the magnetic field detecting element 10. Therefore, the number of domain walls having spins in the direction perpendicular to the magnetic domains and spins is greatly reduced, and the movement of the domain walls is reduced. As a result, the influence of temperature due to the movement of the domain walls is also eliminated.
【００２８】この結果、磁界検出素子１０によると、製
造時間の短縮化が図れてコストの低減ができることに加
えて、検出精度を低下させることなく、温度の影響によ
る誤差もなくなる。なお、この実施形態では、磁性体層
１２，１４の幅ｂを導電体層１３の幅ｄの５〜１０倍に
設定しているが、これによって、磁性体層１２，１４の
幅ｂが広すぎてかえってインピーダンスの変化量が小さ
くなることを抑制できる。As a result, according to the magnetic field detecting element 10, the manufacturing time can be shortened and the cost can be reduced. In addition, the error due to the temperature is eliminated without lowering the detection accuracy. In this embodiment, the width b of the magnetic layers 12 and 14 is set to be 5 to 10 times the width d of the conductor layer 13, but this increases the width b of the magnetic layers 12 and 14. It is possible to prevent the amount of change in impedance from becoming too small.
【００２９】また、磁性体層１２，１４の厚みａは、従
来の磁界検出素子の磁性体層の厚みよりも小さくできれ
ばよいが、好ましいのは、１．０μｍ以下に設定するこ
とで、より好ましいのは、０．５μｍ以下に設定するこ
とである。これによって、製造時間の短縮化およびコス
トの低減化において顕著な効果が現われる。さらに、磁
性体層１２の厚みや幅も磁性体層１４の厚みや幅と同様
の大きさに設定することが好ましいが、磁性体層１２の
厚みや幅は、適宜変更可能である。すなわち、本発明で
いう磁性体層の厚みａは磁性体１４の厚みである。The thickness a of the magnetic layers 12 and 14 may be smaller than the thickness of the magnetic layer of the conventional magnetic field detecting element, but is more preferably set to 1.0 μm or less. Is to set it to 0.5 μm or less. As a result, a remarkable effect is brought about in reducing the manufacturing time and the cost. Further, the thickness and the width of the magnetic layer 12 are preferably set to the same size as the thickness and the width of the magnetic layer 14, but the thickness and the width of the magnetic layer 12 can be appropriately changed. That is, the thickness a of the magnetic material layer in the present invention is the thickness of the magnetic material 14.
【００３０】また、磁界検出素子１０においては、Ｓｉ
ウエハ１１と磁性体層１２の間、磁性体層１２と導電体
層１３の間、および導電体層１３と磁性体層１４のいず
れかまたはすべてにＳｉＯ２等の絶縁体からなる絶縁体
層を形成することもできる。これによって、電流損失を
低減することができる。Further, in the magnetic field detecting element 10, Si
An insulator layer made of an insulator such as SiO 2 is provided between the wafer 11 and the magnetic layer 12, between the magnetic layer 12 and the conductor layer 13, and between one or all of the conductor layer 13 and the magnetic layer. It can also be formed. Thereby, the current loss can be reduced.
【図１】 （ａ）は本発明の一実施形態による磁界検出
素子の平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。FIG. 1A is a plan view of a magnetic field detecting element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view thereof.
【図２】 磁界検出素子の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a magnetic field detection element.
【図３】 磁性体層の膜厚とインピーダンス変化量の関
係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of a magnetic layer and the amount of change in impedance.
【図４】 導電体層の幅に対する磁性体層の幅の倍率と
インピーダンス変化量の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a magnification of a width of a magnetic layer with respect to a width of a conductor layer and an impedance change amount.
１０…磁界検出素子、１２，１４…磁性体層、１３…導
電体層、ａ…磁性体層の厚み、ｂ…磁性体層の幅、ｄ…
導電体層の幅。10: magnetic field detecting element, 12, 14: magnetic layer, 13: conductive layer, a: thickness of magnetic layer, b: width of magnetic layer, d:
The width of the conductor layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西部 祐司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 太田 則一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山寺 秀哉 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD27 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yuji Nishibu 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside of Toyota Central Research Institute, Inc. (72) Inventor Norikazu Ota Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture 41, Chochu-Yokomichi, Toyota Central Research Institute, Inc. (72) Inventor Hideya Yamadera 41, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture, Nagatsute-Yokomichi 41 Toyota Central Research Institute, Inc. F-term (reference) 2G017 AA01 AD27
Claims (3)
性体層とを備えた磁界検出素子において、前記磁性体層
の厚みをａ、前記磁性体層の幅をｂ、前記導電体層の幅
をｄとした場合に、前記磁性体層の厚みａを２μｍ以下
に設定するとともに、前記磁性体層の幅ｂを、ｄ×２．
５／ａｍｍ以上に設定したことを特徴とする磁界検出素
子。1. A magnetic field detecting element comprising a conductor layer and a magnetic layer laminated on the conductor layer, wherein the thickness of the magnetic layer is a, the width of the magnetic layer is b, When the width of the body layer is d, the thickness a of the magnetic layer is set to 2 μm or less, and the width b of the magnetic layer is d × 2.
A magnetic field detecting element characterized by being set to 5 / amm or more.
設定した請求項１に記載の磁界検出素子。2. The magnetic field detecting element according to claim 1, wherein the thickness a of the magnetic layer is set to 0.5 μm or less.
の５〜１０倍に設定した請求項２に記載の磁界検出素
子。3. The width b of the magnetic layer is set to the width d of the conductor layer.
The magnetic field detecting element according to claim 2, wherein the magnetic field detecting element is set to 5 to 10 times.
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| JP2001179465A JP4810005B2 (en) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Magnetic field detection element |
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Citations (4)
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-
2001
- 2001-06-14 JP JP2001179465A patent/JP4810005B2/en not_active Expired - Fee Related
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