JP2006194733A - 磁気センサおよびその製法 - Google Patents
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Abstract
【課題】一枚の基板上に3個以上の磁気抵抗素子を搭載し、その内の1個以上の磁気抵抗素子にZ方向の磁界の強さを感知させうるようにし、三軸方向の磁界の強さを測定することができる磁気センサを得る。
【解決手段】基板1の平坦面に、4個の巨大磁気抵抗素子2、3、4、5を設ける。4個の巨大磁気抵抗素子のうち、2個の巨大磁気抵抗素子2、3は、X軸方向にその感知軸を持ち、残りの2個の巨大磁気抵抗素子4、5は、その感知軸がY軸方向に向いたものである。基板1に、高密度プラズマCVD法により山部6を形成し、この山部6の長手方向の両方の斜面にそれぞれ1個の巨大磁気抵抗素子7、8を設ける。これら巨大磁気抵抗素子7、8は、ともに斜面に平行な方向、すなわち基板1の斜め上方に向く方向に感知軸を有するものとなるため、三軸方向の磁場の強さを検知できるセンサとなる。
【選択図】図1
【解決手段】基板1の平坦面に、4個の巨大磁気抵抗素子2、3、4、5を設ける。4個の巨大磁気抵抗素子のうち、2個の巨大磁気抵抗素子2、3は、X軸方向にその感知軸を持ち、残りの2個の巨大磁気抵抗素子4、5は、その感知軸がY軸方向に向いたものである。基板1に、高密度プラズマCVD法により山部6を形成し、この山部6の長手方向の両方の斜面にそれぞれ1個の巨大磁気抵抗素子7、8を設ける。これら巨大磁気抵抗素子7、8は、ともに斜面に平行な方向、すなわち基板1の斜め上方に向く方向に感知軸を有するものとなるため、三軸方向の磁場の強さを検知できるセンサとなる。
【選択図】図1
Description
この発明は、基板に磁気抵抗素子を搭載してなる磁気センサに関し、特に磁気センサの表面に垂直な方向の磁界の強さを測定できる磁気抵抗素子を有し、三軸方向の磁界の強さを測定できるようにしたものである。
一枚の基板上に3個以上の巨大磁気抵抗素子などの磁気抵抗素子をそれぞれの感知軸を異ならせて配置し、X軸、Y軸、Z軸の三軸方向の磁界の強さを測定できるようにした磁気センサが特開2004−6752号公報に提案されている。
この先行発明では、基板の平坦面に、それぞれX軸方向およびY軸方向を感知軸とする2個以上の巨大磁気抵抗素子を配設する一方、基板にV字溝を形成し、このV字溝の斜面に1個以上の巨大磁気抵抗素子を配設し、この斜面に配設された巨大磁気抵抗素子でZ軸方向の磁界の強さを感知するようにしている。
特開2004−6752号公報
この先行発明では、基板の平坦面に、それぞれX軸方向およびY軸方向を感知軸とする2個以上の巨大磁気抵抗素子を配設する一方、基板にV字溝を形成し、このV字溝の斜面に1個以上の巨大磁気抵抗素子を配設し、この斜面に配設された巨大磁気抵抗素子でZ軸方向の磁界の強さを感知するようにしている。
本発明は、この先行発明に関連するもので、その課題は上述の先行発明と同様に、一枚の基板上に3個以上の磁気抵抗素子を搭載し、その内の1個以上の磁気抵抗素子にZ軸方向の磁界の強さを感知させうるようにし、三軸方向の磁界の強さを測定することができる磁気センサを得ることにある。
かかる課題を解決するため、
請求項1に記載の発明は、段差形成部を有する基板上の絶縁膜に形成された山部の斜面に磁気抵抗素子が配置されていることを特徴とする磁気センサである。
請求項2に記載の発明は、段差形成部を有する基板上の絶縁膜に形成された山部の斜面に1以上の磁気抵抗素子が配置され、基板の平坦面に2以上の磁気抵抗素子が配置され、前記斜面に形成された磁気抵抗素子と前記平坦面に形成された磁気抵抗素子との感度方向が、互いに異なっていることを特徴とする磁気センサである。
請求項1に記載の発明は、段差形成部を有する基板上の絶縁膜に形成された山部の斜面に磁気抵抗素子が配置されていることを特徴とする磁気センサである。
請求項2に記載の発明は、段差形成部を有する基板上の絶縁膜に形成された山部の斜面に1以上の磁気抵抗素子が配置され、基板の平坦面に2以上の磁気抵抗素子が配置され、前記斜面に形成された磁気抵抗素子と前記平坦面に形成された磁気抵抗素子との感度方向が、互いに異なっていることを特徴とする磁気センサである。
請求項3に記載の発明は、基板上に凸状の段差形成部を形成し、この段差形成部上に高密度プラズマCVD法により酸化ケイ素を堆積して、段差形成部上に山部を形成したのち、この山部の斜面に磁気抵抗素子を形成することを特徴とする磁気センサの製法である。
請求項4に記載の発明は、2以上の山部を隣接して形成することを特徴とする請求項3記載の磁気センサの製法である。
請求項5に記載の発明は、山部の横断面形状を台形または三角形とすることを特徴とする請求項3または4記載の磁気センサの製法である。
請求項6に記載の発明は、山部の斜面に磁気抵抗素子を形成すると同時に基板の平坦面に磁気抵抗素子を形成することを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の磁気センサの製法である。
請求項5に記載の発明は、山部の横断面形状を台形または三角形とすることを特徴とする請求項3または4記載の磁気センサの製法である。
請求項6に記載の発明は、山部の斜面に磁気抵抗素子を形成すると同時に基板の平坦面に磁気抵抗素子を形成することを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の磁気センサの製法である。
本発明によれば、基板上にZ軸方向の磁界の強さを感知しうる磁気抵抗素子を設けることができる。このため、X軸方向およびY軸方向に感知軸を有する磁気抵抗素子を基板の平坦面にさらに設けることにより、三軸磁気センサとすることができる。
また、これらの磁気抵抗素子を同時に同一の薄膜形成プロセスで形成することができる。
また、これらの磁気抵抗素子を同時に同一の薄膜形成プロセスで形成することができる。
以下、本発明を詳しく説明する。以下の説明では、磁気抵抗素子として巨大磁気抵抗素子を例示して記述を行うが、本発明では、これ以外の異方性磁気抵抗素子、磁気トンネル効果素子も同様に適用できる。
図1および図2は、本発明の磁気センサの一例を模式的に示すものである。
これらの図において、符号1は、基板を示す。この基板1は、シリコンなどの半導体基板に磁気センサの駆動回路、信号処理回路などとなる半導体集積回路(図示略)が予め形成されており、その表面には酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる絶縁膜(図示略)が被覆されてなるものである。
図1および図2は、本発明の磁気センサの一例を模式的に示すものである。
これらの図において、符号1は、基板を示す。この基板1は、シリコンなどの半導体基板に磁気センサの駆動回路、信号処理回路などとなる半導体集積回路(図示略)が予め形成されており、その表面には酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる絶縁膜(図示略)が被覆されてなるものである。
この基板1の表面の平坦面には、4個の巨大磁気抵抗素子2、3、4、5が設けられている。4個の巨大磁気抵抗素子のうち、2個の巨大磁気抵抗素子2、3は、図1に示した座標軸におけるX軸方向にその感知軸を持つもので、基板1の一方の周辺部に並んで設けられている。
また、残りの2個の巨大磁気抵抗素子4、5は、その感知軸が同じくY軸方向に向いたもので、基板1の他方の周辺部に並んで設けられている。
また、残りの2個の巨大磁気抵抗素子4、5は、その感知軸が同じくY軸方向に向いたもので、基板1の他方の周辺部に並んで設けられている。
また、基板1の表面には、山部6が形成されている。この山部6は、横断面形状が台形で全体形状が畝状のものである。この山部6の斜面の角度は約30〜60度に、斜面の幅は5〜7μm程度に、山部6の底部の幅は3〜5μmに、山部5の長さは10〜20μmとなっている。
また、この山部6は、図2に示すように、基板1に形成された段差形成部13の上部に成膜された酸化ケイ素などの絶縁膜14に形成されたものである。
また、この山部6は、図2に示すように、基板1に形成された段差形成部13の上部に成膜された酸化ケイ素などの絶縁膜14に形成されたものである。
さらに、図2に示すように、この山部6の長手方向の両方の斜面には、それぞれ1個の巨大磁気抵抗素子7、8が設けられている。これら巨大磁気抵抗素子7、8は、ともに斜面に平行な方向、すなわち基板1の斜め上方に向く方向に感知軸を有するものである。このため、これら2個の巨大磁気抵抗素子7、8は、Z軸方向の磁界の強さに感度を有し、Z軸方向の磁界の強さを測定できるものとなる。
なお、図1および図2に示した矢印は、それぞれの巨大磁気抵抗素子の感知軸の向きを示すものである。
なお、図1および図2に示した矢印は、それぞれの巨大磁気抵抗素子の感知軸の向きを示すものである。
よって、この磁気センサは、X軸、Y軸およびX軸の三軸方向の磁界の強さを測定できるものとなる。
さらに、これら6個の巨大磁気抵抗素子2〜8が設けられた基板1の表面には、図示しない酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる保護膜で被覆されており、これら巨大磁気抵抗素子等が外界から保護されるようになっている。
さらに、これら6個の巨大磁気抵抗素子2〜8が設けられた基板1の表面には、図示しない酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる保護膜で被覆されており、これら巨大磁気抵抗素子等が外界から保護されるようになっている。
なお、基板1に設けられた6個の巨大磁気抵抗素子2〜8は、周知の構成のもので、複数の帯状の素子本体と、これら素子本体を接続するバイアス磁石とからなり、素子本体は、磁化の向きが所定の向きに固定(ピン)されたピンド層と、磁化の向きが外部磁界の向きに応じて変化するフリー層を備えたものである。
具体的には、素子本体はフリー層上に導電性のスペーサー層、ピンド層、キャピング層を順次積層してなる多層金属薄膜積層物から構成されており、例えばフリー層には、コバルト−ジルコニウム−ニオブのアモルファス磁性層とニッケル−コバルトの磁性層とコバルト−鉄の磁性層との3層からなるものが、スペーサー層には、銅からなるものが、ピンド層には、コバルト−鉄の強磁性層と白金−マンガンの反磁性層との2層からなるものが、キャッピング層にはタンタルからなるものが用いられる。
このような巨大磁気抵抗素子は、周知のスパッタ、蒸着、イオンプレーティングなどの薄膜形成手段とホトリソグラフィによって作製することができる。
図3ないし図9は、上述の山部6およびその斜面に巨大磁気抵抗素子を形成する方法の一例を示すものである。これらの図において、符号11は、基板を示す。この基板11は、図1に示したものと同様のもので、この基板11の表面には、第1絶縁膜12が設けられている。
この第1絶縁膜12は、酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる厚さ50〜100nm程度のものである。
この第1絶縁膜12は、酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる厚さ50〜100nm程度のものである。
この第1絶縁膜12上の所定の位置には、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属や酸化ケイ素などの絶縁物からなる凸状の段差形成部13が設けられている。この段差形成部13は、外形が直方体状のもので、高さ1〜3μm、幅2〜5μm、長さ5〜10μm程度の寸法を有するものである。
この段差形成部13は、第2絶縁膜12上に蒸着、スパッタなど薄膜形成手段によって厚さ1〜3μmのアルミニウム、アルミニウム合金などからなる金属薄膜や酸化ケイ素などからなる絶縁膜を成膜し、この薄膜をホトリソグラフィによって、不要部分をエッチングにより除去する方法で形成することができる。
なお、この段差形成部13が金属からなる場合には、この上に酸化ケイ素などからなる保護膜(図示略)を形成することが好ましい。
なお、この段差形成部13が金属からなる場合には、この上に酸化ケイ素などからなる保護膜(図示略)を形成することが好ましい。
次ぎに、図4に示すように、段差形成部13を含む第1絶縁膜12上に第2絶縁膜14を堆積して、山部15を形成する。この第2絶縁膜14は、シラン、テトラエトキシシランなどを原料化合物として、高密度プラズマCVD法によって成膜された酸化ケイ素からなるもので、その厚さが3〜5μm程度のものである。
高密度プラズマCVD法とは、プラズマ密度が高い状態、例えば電子密度1×109〜5×1010/cm3で上記原料化合物から酸化ケイ素を合成し、この合成された酸化ケイ素を堆積すると同時に、堆積された酸化ケイ素の一部をプラズマによりエッチングして行くものである。
この高密度プラズマCVD法の作用により、段差形成部13上に堆積され、周辺部分よりも上方に突出した酸化ケイ素の堆積物は、その上部の隅部が削り取られ、斜面を有する形状となる。
この高密度プラズマCVD法の作用により、段差形成部13上に堆積され、周辺部分よりも上方に突出した酸化ケイ素の堆積物は、その上部の隅部が削り取られ、斜面を有する形状となる。
この高密度プラズマCVD法での成膜条件としては、例えばモノシラン流量50〜150sccm、酸素流量100〜200sccm、圧力1〜10Pa、温度250〜450℃、高周波出力2kW〜5kW、周波数10MHz〜20MHz程度とされる。
この第2絶縁膜14の形成により、段差形成部13に対応する位置において、横断面形状が台形の山部15が形成される。この山部15の高さは3〜5μm、斜面16の幅5〜7μm、長さ5〜10μm、斜面16の傾斜角程度30〜60度とされる。
また、段差形成部13が存在しない基板11面には厚さ3〜5μmの平坦な絶縁層が形成される。
なお、この山部15を複数並べて基板1上に形成する場合には、山部15の裾が隣接する山部で互いに接してもよく、数μm程度離して形成してもよい。
なお、この山部15を複数並べて基板1上に形成する場合には、山部15の裾が隣接する山部で互いに接してもよく、数μm程度離して形成してもよい。
続いて、図5に示すように、この山部15の斜面16、16を含む第2絶縁膜14上に巨大磁気抵抗素子膜17を成膜し、この巨大磁気抵抗素子膜17上にレジスト18を塗布する。巨大磁気抵抗素子膜17は、スパッタ、蒸着、イオンプレーティングなどによって成膜されたもので、その膜構成は、先に述べたものと同様のものである。
ついで、図6に示すように、レジスト18に露光、現像し、山部15の斜面16、16に形成された巨大磁気抵抗素子膜17の上部のレジスト18以外の部分を除去し、山部15の斜面16、16に形成された巨大磁気抵抗素子膜17をレジスト18で被覆した状態とする。
この際、図6に示すように、基板11上の第2絶縁膜14の平坦面に形成された巨大磁気抵抗素子膜17の一部を同様にレジスト18で被覆された状態としておき、この平坦面にX軸感知用巨大磁気抵抗素子とY軸感知用巨大磁気抵抗素子とを同時に形成することもできる。
この際、図6に示すように、基板11上の第2絶縁膜14の平坦面に形成された巨大磁気抵抗素子膜17の一部を同様にレジスト18で被覆された状態としておき、この平坦面にX軸感知用巨大磁気抵抗素子とY軸感知用巨大磁気抵抗素子とを同時に形成することもできる。
ついで、図7に示すように、残っているレジスト18を加熱処理してその形状を変化させたのち、レジスト18で被覆されていない部分の巨大磁気抵抗素子膜17をミリング処理等により除去し、さらに巨大磁気抵抗素子膜17上に残っているレジスト18を有機溶剤等で溶解して除去する。
これにより、図8に示すように、山部15の斜面16、16に巨大磁気抵抗素子19、19が形成される。また、図6に示したように、第2絶縁膜14の平坦面にレジスト18を残しておけば、その部分をX軸感知用巨大磁気抵抗素子とY軸感知用巨大磁気抵抗素子とにすることができる。
その後、この上に酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる保護膜を成膜することで、磁気センサが作製される。
その後、この上に酸化ケイ素、窒化ケイ素などからなる保護膜を成膜することで、磁気センサが作製される。
図9および図10は、先の製法例における図6以降のプロセスの変形例を示すもので、図6までのプロセスは先の製法例を同様である。
こののち、図9に示すように、ドライエッチング、異方性エッチングによりレジスト18で被覆されていない部分の巨大磁気抵抗素子膜17を除去する。
こののち、図9に示すように、ドライエッチング、異方性エッチングによりレジスト18で被覆されていない部分の巨大磁気抵抗素子膜17を除去する。
次いで、図10に示すように、残っている巨大磁気抵抗素子膜17上のレジスト18を有機溶剤等で溶解して除去する。この状態では、山部15の斜面16、16に存在する巨大磁気抵抗素子膜17の上先端部が、図示のように、山部15の頂部から突出した状態となっている。このため、この突出部分をミリング処理して削り取ることで、図8に示したような形状の巨大磁気抵抗素子19、19が山部15の斜面16、16に形成されることになる。
図11は、本発明における山部の形成状況の他の形態を示すものである。
このものでは、基板11の第1絶縁膜12上に、2個の段差形成部13、13をその間隔が5μm程度まで接近させて形成し、この上に第2絶縁膜14を堆積し、2個の山部15、15を形成したものである。
このものでは、基板11の第1絶縁膜12上に、2個の段差形成部13、13をその間隔が5μm程度まで接近させて形成し、この上に第2絶縁膜14を堆積し、2個の山部15、15を形成したものである。
この場合、段差形成部13の幅と高さをほぼ同一とし、さらに第2絶縁膜14の膜厚を段差形成部13の高さをほぼ同一とし、これらの値を約5μmとすることで、図示したような山部15、15の横断面形状が三角形となり、かつ山部15、15の裾が互いに隣接した状態とすることができる。このものでは、山部15、15の斜面16、16・・に配置する巨大磁気抵抗素子の配置密度を高めることができ、磁気センサを小型化することができて好ましい。
1、11・・・基板、2、3、4、5、7、8、19・・・巨大磁気抵抗素子、6、15・・・山部、13・・・段差形成部
Claims (6)
- 段差形成部を有する基板上の絶縁膜に形成された山部の斜面に磁気抵抗素子が配置されていることを特徴とする磁気センサ。
- 段差形成部を有する基板の絶縁膜に形成された山部の斜面に1以上の磁気抵抗素子が配置され、基板の平坦面に2以上の磁気抵抗素子が配置され、前記斜面に形成された磁気抵抗素子と前記平坦面に形成された磁気抵抗素子との感度方向が、互いに異なっていることを特徴とする磁気センサ。
- 基板上に凸状の段差形成部を形成し、この段差形成部上に高密度プラズマCVD法により酸化ケイ素を堆積して、段差形成部上に山部を形成したのち、この山部の斜面に磁気抵抗素子を形成することを特徴とする磁気センサの製法。
- 2以上の山部を隣接して形成することを特徴とする請求項3記載の磁気センサの製法。
- 山部の横断面形状を台形または三角形とすることを特徴とする請求項3または4記載の磁気センサの製法。
- 山部の斜面に磁気抵抗素子を形成すると同時に基板の平坦面に磁気抵抗素子を形成することを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の磁気センサの製法。
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