JP2769403B2 - 磁気抵抗素子 - Google Patents
磁気抵抗素子Info
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- JP2769403B2 JP2769403B2 JP4072232A JP7223292A JP2769403B2 JP 2769403 B2 JP2769403 B2 JP 2769403B2 JP 4072232 A JP4072232 A JP 4072232A JP 7223292 A JP7223292 A JP 7223292A JP 2769403 B2 JP2769403 B2 JP 2769403B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強磁性体金属により形
成される磁気感応薄膜の磁気抵抗効果を利用する磁気抵
抗素子に関するものである。
成される磁気感応薄膜の磁気抵抗効果を利用する磁気抵
抗素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気センサは、近接スイッチ、位
置検出器、電子ロック装置、キーボード、薄膜磁気ヘッ
ド、圧力スイッチングセンサ、パターン認識センサ等と
して広く使用されている。そして、磁界の強度を計測す
るための磁気センサとして、磁気抵抗効果を有する磁気
抵抗素子が広く使用されている。
置検出器、電子ロック装置、キーボード、薄膜磁気ヘッ
ド、圧力スイッチングセンサ、パターン認識センサ等と
して広く使用されている。そして、磁界の強度を計測す
るための磁気センサとして、磁気抵抗効果を有する磁気
抵抗素子が広く使用されている。
【０００３】ここで、磁気抵抗効果とは、半導体等の素
子を磁界内に置くとき、半導体等の電気抵抗が変化する
現象をいう。これは固体内を運動するキャリアの進路が
電磁力により曲げられ、電流の経路が変化するためであ
る。磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗素子としては、イ
ンジウムアンチモン、ガリウム砒素等の化合物半導体を
利用したものと、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、パーマロイ等の強
磁性体金属で形成される磁気感応薄膜を利用したものの
２種類が使用されている。
子を磁界内に置くとき、半導体等の電気抵抗が変化する
現象をいう。これは固体内を運動するキャリアの進路が
電磁力により曲げられ、電流の経路が変化するためであ
る。磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗素子としては、イ
ンジウムアンチモン、ガリウム砒素等の化合物半導体を
利用したものと、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、パーマロイ等の強
磁性体金属で形成される磁気感応薄膜を利用したものの
２種類が使用されている。
【０００４】そして、一般に、半導体磁気抵抗素子では
磁界をかけるとその内部抵抗が増加する。すなわち、半
導体磁気抵抗素子は正の磁気特性をもっている。これに
対して強磁性体磁気抵抗素子では、磁界をかけるとその
内部抵抗が減少する。すなわち、強磁性体磁気抵抗素子
は負の磁気特性をもっている。
磁界をかけるとその内部抵抗が増加する。すなわち、半
導体磁気抵抗素子は正の磁気特性をもっている。これに
対して強磁性体磁気抵抗素子では、磁界をかけるとその
内部抵抗が減少する。すなわち、強磁性体磁気抵抗素子
は負の磁気特性をもっている。
【０００５】一方、従来、強磁性体金属で形成される磁
気感応薄膜は、真空蒸着法やスパッタ法を利用して、ガ
ラス基板上にパーマロイ等で厚さ約１０００オングスト
ロームの薄膜を付着されることにより形成されている。
ここで、形成される磁気感応薄膜の品質は、強磁性体金
属を蒸気化するためのるつぼ温度、真空度、ガラス基板
加熱温度、蒸着速度等により管理されていた。
気感応薄膜は、真空蒸着法やスパッタ法を利用して、ガ
ラス基板上にパーマロイ等で厚さ約１０００オングスト
ロームの薄膜を付着されることにより形成されている。
ここで、形成される磁気感応薄膜の品質は、強磁性体金
属を蒸気化するためのるつぼ温度、真空度、ガラス基板
加熱温度、蒸着速度等により管理されていた。
【０００６】ここで、磁気感応薄膜の品質としては、磁
界の強さに対応して変化する磁気抵抗変化率が高いこと
と、残留磁気の大きさを表わすヒステリシスが小さいこ
とが望まれている。ここでヒステリシスが小さいことが
望まれるのは、磁界が変化したり、なくなった場合に、
次の測定値に悪い影響を与えず、常に精確な磁界の測定
を行うためである。そのため、従来より高い磁気抵抗変
化率と小さいヒスリシスを有する磁気感応薄膜を製造す
るために、るつぼ温度、真空度、ガラス基板加熱温度、
蒸着速度等の条件が実験により確認され、製造条件とし
て管理されていた。
界の強さに対応して変化する磁気抵抗変化率が高いこと
と、残留磁気の大きさを表わすヒステリシスが小さいこ
とが望まれている。ここでヒステリシスが小さいことが
望まれるのは、磁界が変化したり、なくなった場合に、
次の測定値に悪い影響を与えず、常に精確な磁界の測定
を行うためである。そのため、従来より高い磁気抵抗変
化率と小さいヒスリシスを有する磁気感応薄膜を製造す
るために、るつぼ温度、真空度、ガラス基板加熱温度、
蒸着速度等の条件が実験により確認され、製造条件とし
て管理されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように真空蒸着法による製造工程における製造条件であ
るるつぼ温度、真空度、ガラス基板加熱温度、蒸着速度
等により磁気感応薄膜の品質を管理した場合において
は、例えば、真空蒸着装置等が変更された場合にまた新
たに実験により、最適な条件を決定する必要があった。
また、装置自体を変更しないときでも、強磁性体金属の
成分等を変更した場合等には、実験により複数の条件を
決定することが必要となっていた。
ように真空蒸着法による製造工程における製造条件であ
るるつぼ温度、真空度、ガラス基板加熱温度、蒸着速度
等により磁気感応薄膜の品質を管理した場合において
は、例えば、真空蒸着装置等が変更された場合にまた新
たに実験により、最適な条件を決定する必要があった。
また、装置自体を変更しないときでも、強磁性体金属の
成分等を変更した場合等には、実験により複数の条件を
決定することが必要となっていた。
【０００８】これらの実験は、磁気抵抗素子の品質に影
響を与える要因が複数あるため、かなりの回数の実験を
必要とし、きわめて煩雑であった。そのため、高い磁気
抵抗変化率と小さいヒステリシスを有する磁気抵抗素子
を安定して製造することは難しかった。
響を与える要因が複数あるため、かなりの回数の実験を
必要とし、きわめて煩雑であった。そのため、高い磁気
抵抗変化率と小さいヒステリシスを有する磁気抵抗素子
を安定して製造することは難しかった。
【０００９】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、高い磁気抵抗変化率と小さいヒ
ステリシスを有する磁気抵抗素子を容易かつ安定して提
供することを目的とする。
になされたものであり、高い磁気抵抗変化率と小さいヒ
ステリシスを有する磁気抵抗素子を容易かつ安定して提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の磁気抵抗素子は、強磁性体金属により形成
された磁気感応薄膜の磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗
素子であって、磁気感応薄膜を構成する強磁性体金属の
結晶の平均粒径を５０乃至１５０オングストロームとし
ている。
に、本発明の磁気抵抗素子は、強磁性体金属により形成
された磁気感応薄膜の磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗
素子であって、磁気感応薄膜を構成する強磁性体金属の
結晶の平均粒径を５０乃至１５０オングストロームとし
ている。
【００１１】
【作用】上記の構成よりなる本発明の磁気抵抗素子は、
磁界内に置かれると磁界の強さに応じて電気的な抵抗値
が減少する。この抵抗値の変化を測定し、磁界の強さに
換算することにより磁界の強さが測定される。本発明の
磁気抵抗素子の磁気感応薄膜を構成する強磁性体金属の
結晶の平均粒径が５０乃至１５０オングストロームに管
理されているので、磁気感応膜の磁気抵抗率は高い。ま
た、磁界が変化したり、なくなった場合、従来の磁気抵
抗素子と比べてヒステリシスが小さいため、次の測定値
に悪い影響を与えず、常に精確な磁界の測定ができる。
磁界内に置かれると磁界の強さに応じて電気的な抵抗値
が減少する。この抵抗値の変化を測定し、磁界の強さに
換算することにより磁界の強さが測定される。本発明の
磁気抵抗素子の磁気感応薄膜を構成する強磁性体金属の
結晶の平均粒径が５０乃至１５０オングストロームに管
理されているので、磁気感応膜の磁気抵抗率は高い。ま
た、磁界が変化したり、なくなった場合、従来の磁気抵
抗素子と比べてヒステリシスが小さいため、次の測定値
に悪い影響を与えず、常に精確な磁界の測定ができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例である磁
気抵抗素子について図面を参照して説明する。図１に磁
気抵抗素子１，２を利用した磁気センサ６の構成を示
す。磁気センサ６は、一般的に複数の磁気抵抗素子より
構成されている。その理由は、単一の磁気抵抗素子を使
用する場合、磁気抵抗素子の温度依存性が大きいため、
同一基板上に複数の磁気抵抗素子を設け、差動的に温度
補償を行うためである。
気抵抗素子について図面を参照して説明する。図１に磁
気抵抗素子１，２を利用した磁気センサ６の構成を示
す。磁気センサ６は、一般的に複数の磁気抵抗素子より
構成されている。その理由は、単一の磁気抵抗素子を使
用する場合、磁気抵抗素子の温度依存性が大きいため、
同一基板上に複数の磁気抵抗素子を設け、差動的に温度
補償を行うためである。
【００１３】同一の磁気抵抗素子１，２は、各々約１０
〜２０μの線幅を有するパターンとして形成されてい
る。磁気抵抗素子１，２のパターンは直角の位相差をも
つように形成されている。磁気抵抗素子１，２は、パタ
ーンの線の長手方向と直角に磁界を受けた場合に、抵抗
値が減少する性質を有しており、パターンの線の長手方
向に磁界を受けた場合には、抵抗値が変化しない。
〜２０μの線幅を有するパターンとして形成されてい
る。磁気抵抗素子１，２のパターンは直角の位相差をも
つように形成されている。磁気抵抗素子１，２は、パタ
ーンの線の長手方向と直角に磁界を受けた場合に、抵抗
値が減少する性質を有しており、パターンの線の長手方
向に磁界を受けた場合には、抵抗値が変化しない。
【００１４】そのため、磁気抵抗素子１のパターン線の
長手方向に磁界Ａがかけられた場合、磁気抵抗素子２の
抵抗値は減少するが、磁気抵抗素子１の抵抗値は磁界Ａ
によっては変化しない。従って、磁気抵抗素子１の抵抗
値の変化は、温度変化を直接表わすこととなり、これを
利用して温度補償を行っている。この抵抗値の変化を端
子３，４，５より図示しない演算処理器に取り込んで演
算処理することにより、温度補償された磁界Ａの強さを
測定することができる。
長手方向に磁界Ａがかけられた場合、磁気抵抗素子２の
抵抗値は減少するが、磁気抵抗素子１の抵抗値は磁界Ａ
によっては変化しない。従って、磁気抵抗素子１の抵抗
値の変化は、温度変化を直接表わすこととなり、これを
利用して温度補償を行っている。この抵抗値の変化を端
子３，４，５より図示しない演算処理器に取り込んで演
算処理することにより、温度補償された磁界Ａの強さを
測定することができる。
【００１５】次に、本発明の主要部である強磁性体金属
により形成される磁気感応薄膜について図２により説明
する。本実施例では、強磁性体金属としてパーマロイ
（Ｎｉ−Ｆｅ，８３：１７）を使用している。
により形成される磁気感応薄膜について図２により説明
する。本実施例では、強磁性体金属としてパーマロイ
（Ｎｉ−Ｆｅ，８３：１７）を使用している。
【００１６】磁気感応薄膜の内部結晶構造を２０万倍の
倍率で撮影した写真を基にして、結晶粒子をトレースし
た図を図２に示す。図２の正方形の対角線Ｈの長さは、
３５３５オングストロームで描いている。対角線が横切
っている結晶粒子の数は、（ａ）が１８個、（ｂ）が２
５個、（ｃ）が３８個である。
倍率で撮影した写真を基にして、結晶粒子をトレースし
た図を図２に示す。図２の正方形の対角線Ｈの長さは、
３５３５オングストロームで描いている。対角線が横切
っている結晶粒子の数は、（ａ）が１８個、（ｂ）が２
５個、（ｃ）が３８個である。
【００１７】ここで、平均粒径Ｒは長さ３５３５オング
ストロームを、対角線Ｈが横切っている結晶粒子の数で
除した数で定義する。この定義に従えば、（ａ）が１９
６．４オングストローム、（ｂ）が１４１．４オングス
トローム、（ｃ）が９３．０オングストロームとなる。
ストロームを、対角線Ｈが横切っている結晶粒子の数で
除した数で定義する。この定義に従えば、（ａ）が１９
６．４オングストローム、（ｂ）が１４１．４オングス
トローム、（ｃ）が９３．０オングストロームとなる。
【００１８】このようにして、結晶の平均粒径Ｒを算出
し、磁気抵抗素子１の品質であるヒステリシスｉＨｃ
（単位エルステッド；Ｏｅ）、および磁気抵抗変化率Ｔ
（単位；％）とを実験により求めた。図４，図５，図６
に、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）の各平均粒径を有す
る磁気抵抗素子のヒステリシスを測定したデータ図を示
す。ここで、図４、図５，図６においてＷ１，Ｗ２，Ｗ
３が残留する磁気であるヒステリシスの大きさを表わし
ている。
し、磁気抵抗素子１の品質であるヒステリシスｉＨｃ
（単位エルステッド；Ｏｅ）、および磁気抵抗変化率Ｔ
（単位；％）とを実験により求めた。図４，図５，図６
に、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）の各平均粒径を有す
る磁気抵抗素子のヒステリシスを測定したデータ図を示
す。ここで、図４、図５，図６においてＷ１，Ｗ２，Ｗ
３が残留する磁気であるヒステリシスの大きさを表わし
ている。
【００１９】すなわち、結晶の平均粒径Ｒが約２００オ
ングストロームのとき、ヒステリシスは約２０Ｏｅであ
り、結晶の平均粒径Ｒが約１４０オングストロームのと
き、ヒステリシスは約３Ｏｅであり、結晶の平均粒径Ｒ
が約９０オングストロームのとき、ヒステリシスは約２
Ｏｅである。このようにして実験により求めたヒステリ
シスｉＨｃおよび磁気抵抗変化率Ｔと結晶の平均粒径Ｒ
との関係を図３に示す。
ングストロームのとき、ヒステリシスは約２０Ｏｅであ
り、結晶の平均粒径Ｒが約１４０オングストロームのと
き、ヒステリシスは約３Ｏｅであり、結晶の平均粒径Ｒ
が約９０オングストロームのとき、ヒステリシスは約２
Ｏｅである。このようにして実験により求めたヒステリ
シスｉＨｃおよび磁気抵抗変化率Ｔと結晶の平均粒径Ｒ
との関係を図３に示す。
【００２０】図３に示すように、磁気抵抗変化率Ｔは、
結晶の平均粒径Ｒが５０オングストロームまでは急激に
増加し、結晶の平均粒径Ｒが５０オングストロームを越
えると、増加率が極度に減少する。一方、ヒステリシス
Ｈは、結晶の平均粒径Ｒが０から１５０オングストロー
ムまでは、徐々に増加し、結晶の平均粒径Ｒが１５０オ
ングストロームを越えると急速に増加している。
結晶の平均粒径Ｒが５０オングストロームまでは急激に
増加し、結晶の平均粒径Ｒが５０オングストロームを越
えると、増加率が極度に減少する。一方、ヒステリシス
Ｈは、結晶の平均粒径Ｒが０から１５０オングストロー
ムまでは、徐々に増加し、結晶の平均粒径Ｒが１５０オ
ングストロームを越えると急速に増加している。
【００２１】この実験結果より、結晶の平均粒径を５０
乃至１５０オングストロームに維持すれば、磁気抵抗変
化率Ｔを高くして、かつヒステリシスｉＨｃの小さい磁
気抵抗素子を製造することができる。従って、従来のよ
うに間接的にガラス基板加熱温度等を管理するのではな
く、結晶の顕微鏡写真により平均粒径を管理すれば高性
能の磁気抵抗素子を得られるので、例えば、真空蒸着装
置等が変更された場合でも、磁気抵抗素子の結晶の平均
粒径のみを管理すれば良いため、容易に最適な製造条件
を見いだすことができる。
乃至１５０オングストロームに維持すれば、磁気抵抗変
化率Ｔを高くして、かつヒステリシスｉＨｃの小さい磁
気抵抗素子を製造することができる。従って、従来のよ
うに間接的にガラス基板加熱温度等を管理するのではな
く、結晶の顕微鏡写真により平均粒径を管理すれば高性
能の磁気抵抗素子を得られるので、例えば、真空蒸着装
置等が変更された場合でも、磁気抵抗素子の結晶の平均
粒径のみを管理すれば良いため、容易に最適な製造条件
を見いだすことができる。
【００２２】本実施例では、結晶の平均粒径の計算方法
として、３５３５オングストロームの対角線が交差する
結晶の数を利用しているが、この長さに限定されること
なく、種々の長さを設定すればよい。
として、３５３５オングストロームの対角線が交差する
結晶の数を利用しているが、この長さに限定されること
なく、種々の長さを設定すればよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の磁気抵抗素子によれば、磁気感応薄膜を構成する
強磁性体金属の結晶の平均粒径を５０乃至１５０オング
ストロームになるように管理しているので、例えば、真
空蒸着装置等が変更された場合でも、磁気抵抗素子の結
晶の平均粒径のみを管理すれば良いため、容易に最適な
製造条件を見いだすことができ、容易に磁気抵抗変化率
が高く、ヒステリシスの小さい磁気抵抗素子を得ること
ができる。
発明の磁気抵抗素子によれば、磁気感応薄膜を構成する
強磁性体金属の結晶の平均粒径を５０乃至１５０オング
ストロームになるように管理しているので、例えば、真
空蒸着装置等が変更された場合でも、磁気抵抗素子の結
晶の平均粒径のみを管理すれば良いため、容易に最適な
製造条件を見いだすことができ、容易に磁気抵抗変化率
が高く、ヒステリシスの小さい磁気抵抗素子を得ること
ができる。
【図１】本発明の一実施例である磁気抵抗素子を利用し
た磁気センサの構成図である。
た磁気センサの構成図である。
【図２】本発明の一実施例である磁気抵抗素子の顕微鏡
写真をトレースしたトレース図である。
写真をトレースしたトレース図である。
【図３】磁気抵抗素子の性能と結晶の平均粒径との関係
を示すデータ図である。
を示すデータ図である。
【図４】結晶の平均粒径が約２００オングストロームで
ある磁気抵抗素子の磁界の強さと磁化の強さの関係を示
すデータ図である。
ある磁気抵抗素子の磁界の強さと磁化の強さの関係を示
すデータ図である。
【図５】結晶の平均粒径が約１４０オングストロームで
ある磁気抵抗素子の磁界の強さと磁化の強さの関係を示
すデータ図である。
ある磁気抵抗素子の磁界の強さと磁化の強さの関係を示
すデータ図である。
【図６】結晶の平均粒径が約９０オングストロームであ
る磁気抵抗素子の磁界の強さと磁化の強さの関係を示す
データ図である。
る磁気抵抗素子の磁界の強さと磁化の強さの関係を示す
データ図である。
１ 磁気抵抗素子 ２ 磁気抵抗素子 ６ 磁気センサ ｉＨｃ ヒステリシス Ｒ 結晶の平均粒径 Ｔ 磁気抵抗変化率
Claims (1)
- 【請求項１】 ニッケル８３％、鉄１７％からなるニッ
ケル−鉄合金により形成された磁気感応薄膜の磁気抵抗
効果を利用する磁気抵抗素子において、 前記磁気感応薄膜を構成する前記強磁性体金属の結晶の
顕微鏡写真を所定倍率で撮影し、前記顕微鏡写真に長さ
がＨの対角線を引いて、前記対角線が交差する結晶の数
Ｋを算出し、平均粒径Ｒ＝Ｈ／Ｋと定義したとき、 前記平均粒径Ｒを５０オングストローム以上とすること
により、前記磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率の増加率を
減少させ、 前記平均粒径Ｒを１５０オングストローム以下とするこ
とにより、前記磁気抵抗素子のヒステリシスを５エルス
テッド以下とすることを特徴とする磁気抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072232A JP2769403B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 磁気抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072232A JP2769403B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 磁気抵抗素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235435A JPH05235435A (ja) | 1993-09-10 |
| JP2769403B2 true JP2769403B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=13483326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4072232A Expired - Fee Related JP2769403B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 磁気抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2769403B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4423658B2 (ja) * | 2002-09-27 | 2010-03-03 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗素子及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH083883B2 (ja) * | 1987-06-11 | 1996-01-17 | 株式会社日立製作所 | 薄膜磁気ヘツド |
| JPH0240972A (ja) * | 1988-07-29 | 1990-02-09 | Nec Corp | 磁気抵抗効果薄膜 |
| JP2712631B2 (ja) * | 1989-09-25 | 1998-02-16 | 松下電器産業株式会社 | 軟磁性薄膜及び磁気ヘッド |
| JPH042185A (ja) * | 1990-04-18 | 1992-01-07 | Nec Corp | 磁気抵抗効果薄膜 |
-
1992
- 1992-02-21 JP JP4072232A patent/JP2769403B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05235435A (ja) | 1993-09-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |