(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）非磁性材料からなる基板上に、軟磁性薄膜を一定方向の静磁場中でスパッタ法を用いて成膜する工程、
（ｂ）前記軟磁性薄膜を、前記（ａ）の工程において静磁場がかけられた方向が素子幅方向（Ｘ方向）となるように略長方形にパターン形成して感磁部を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程で略長方形にパターン形成された感磁部を、この感磁部の素子幅方向の静磁場中、回転磁場中または無磁場中で熱処理にかける工程を有することを特徴とする薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記（ａ）の工程の後、前記（ｂ）、（ｃ）工程の代わりに、
（ｄ）前記（ａ）の工程で形成された軟磁性薄膜を、前記軟磁性薄膜に対する方向が、前記（ａ）の工程においてかけられた静磁場の方向と同じである静磁場中、回転磁場中または無磁場中で熱処理にかける工程と、
（ｅ）前記軟磁性薄膜を、前記（ａ）および／または（ｄ）の工程においてかけられた静磁場の方向が、素子幅方向となるように略長方形にパターン形成して感磁部を形成する工程と、
を有する請求項１記載の磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記（ａ）の工程において、前記静磁場の強度を１０（Ｏｅ）以上に設定する請求項１または２に記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を、組成式がＦｅｈＭｉＯｊで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜として形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足するものである。
【請求項５】
前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を、組成式が（Ｃｏ１−ｃＴｃ）ｘＭｙＸｚＯｗで表される微結晶軟磁性合金薄膜として形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、組成比は、ｃが、０≦ｃ≦０．７、ｘ，ｙ，ｚ，ｗは原子％で、３≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦２０、７≦ｗ≦４０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部がｘである。
【請求項６】
前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を、組成式がＴ１００−ｄ−ｅ−ｆ−ｇＸｄＭｅＺｆＱｇで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜として形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するものである。
【請求項７】
前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を、組成式がＴ１００−ｐ−ｑ−ｅ−ｆ−ｇＳｉｐＡｌｑＭｅＺｆＱｇで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜として形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｑ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するものである。
【請求項８】
前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を、組成式が（Ｆｅ１−ａＣｏａ）１００−ｘ−ｙ（Ｓｉ１−ｂＢｂ）ｘＭｙで示される非晶質軟磁性合金薄膜として形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
ただし、ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すａ、ｂは０．０５≦ａ≦０．１、０．２≦ｂ≦０．８であり、ｘ、ｙはａｔ％で１０≦ｘ≦３５、０≦ｙ≦７の関係を満足するものである。
【請求項９】
前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を、組成式がＣｏｌＴａｍＨｆｎで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金薄膜として形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
ただし、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足するものである。
【請求項１０】
前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を、組成式がＣｏａＺｒｂＮｂｃで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金薄膜として形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法。
ただし、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、０．５≦ｂ／ｃ≦０．８の関係を満足するものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界センサとして利用できる薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法に係り、特に、製造過程において、前記薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部に、素子幅方向を磁化容易軸とする一軸異方性を確実に与えることによって、高感度、高分解能の薄膜磁界センサーを提供することのできる薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器、計測機器、制御機器などの急速な発展に伴って、従来の磁束検出型のものより更に小型、高感度且つ高速応答性（高周波動作）の磁界センサが求められ、磁気インピーダンス効果（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−Ｅｆｆｅｃｔ）を有する素子（磁気インピーダンス効果素子）が注目されるようになってきている。
【０００３】
ワイヤ状に形成された軟磁性材料からなる感磁部に微少高周波電流を通電すると、前記感磁部の両端にインピーダンスによる出力電圧が発生する。微少高周波電流を通電した軟磁性材料からなる感磁部に、外部磁界を印加すると感磁部のインピーダンスが敏感に変化して、出力電圧が変化することを、磁気インピーダンス効果という。
【０００４】
磁気インピーダンス効果素子とは、磁気インピーダンス効果を利用して外部磁界の大きさを検出することができる素子のことである。
【０００５】
外部磁界の印加による軟磁性材料からなる感磁部のインピーダンスの変化は、磁性材料に交流電流を通電したときに、交流電流がその表面近くを流れようとする「表皮効果」が、外部磁界によって変化するためであることが知られている。
【０００６】
具体的には、磁気インピーダンス効果とは、図１１に示す閉回路において、ワイヤ状の感磁部Ｍｉに電源ＥａｃからＭＨｚ帯域の交流電流Ｉａｃを印加している状態で、感磁部Ｍｉの素子長手方向に外部磁界Ｈｅｘが印加されると、感磁部Ｍｉ両端に素材固有のインピーダンスによる出力電圧Ｅｍｉが発生し、出力電圧Ｅｍｉの振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に対応して数１０％の範囲で変化する、すなわちインピーダンス変化を起こす現象をいう。
【０００７】
磁気インピーダンス効果を有する軟磁性材料からなる感磁部Ｍｉは、素子の外周方向に励磁されるので反磁場がなく、磁化ベクトルが感磁部Ｍｉの素子長手方向、すなわち交流電流Ｉａｃが流れる方向へわずかに回転するだけで透磁率が急激に変化するので、素子長手方向の反磁場も小さく、感磁部Ｍｉの長さを１ｍｍ程度にしても磁界検知感度がほとんど劣化しない。
【０００８】
また、磁気インピーダンス効果素子は、１０-5Ｏｅ程度の高分解能を有する微弱磁界センサが得られるという特性や、数ＭＨｚ以上の励磁が可能であるために数百ＭＨｚの高周波励磁を振幅変調のキャリアとして自由に使用でき、磁界センサとして使用するときに、遮断周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することが容易であるという特性や、消費電力を１０ｍＷ以下にすることができるという特性を持つ。
【０００９】
磁気インピーダンス効果素子の感磁部には、当初アモルファスワイヤーが用いられていた。しかし、アモルファスワイヤーは材料としての生産性には優れているが、磁界センサへの応用には、不適当な特性を多く有する。
【００１０】
たとえば、記録波長が数μｍ以下の記録媒体に対して数十μｍ以下の円形の先端では、先端部における形状的損失により磁束を素子に吸収できないこと、また、交流電流を流すための配線材を接続するための電極部の形成が困難であること、数十μｍの径のワイヤーは、曲がりやすく、素子の位置合わせが困難であること、または、壊れやすいことといった問題点があった。
【００１１】
そこで、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を、軟磁性薄膜で構成することにより、基板上に任意の厚さや幅、長さで形成することを可能にし、上記の問題点を解決することが提案されている。
【００１２】
図１２は、薄膜磁気インピーダンス効果素子の斜視図である。図１２の薄膜磁気インピーダンス効果素子は、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板１上に、軟磁性材料をスパッタ法などの真空成膜法によって薄膜形成することにより形成された感磁部２、および感磁部２の両端部にＣｕなどの導電性材料により形成された電極層３，３によって構成されている。
【００１３】
薄膜磁気インピーダンス効果素子に電極層３，３から素子長手方向（Ｙ方向）に駆動交流電流を与え、感磁部２を素子幅方向（Ｘ方向）に励磁する。この状態で、外部磁界Ｈｅｘが素子長手方向に印加されると、感磁部２のインピーダンスが変化する。感磁部２のインピーダンス変化を、電極層３，３間の電圧の変化として取り出す。
【００１４】
なお、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を軟磁性薄膜で構成することができると、一枚の基板上に同時に多数の磁気インピーダンス効果素子を薄膜形成することができるので、素子の生産性が飛躍的に向上するという効果も得られる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
磁気インピーダンス効果素子の感磁部をワイヤーで構成するときには、負磁歪の軟磁性アモルファス材料を延伸加工することにより、ワイヤーの円周方向に磁区内の磁気モーメントが配向した磁区構造を生じさせている。
【００１６】
このような円周磁区構造を持つワイヤー型感磁部の長手方向に駆動交流電流を流し、磁気インピーダンス効果素子を円周方向に励磁する。このとき、ワイヤー型感磁部の長手方向に外部磁界が印加されると、円周磁区内の磁気モーメントが、交流電流が流れる方向に回転し、磁気インピーダンス効果素子の円周方向の透磁率が変化して、ワイヤー型感磁部を流れる駆動交流電流の表皮厚さが変化し、インピーダンスが変化する。
【００１７】
一方、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を薄膜によって構成するときには、非磁性基板上に略長方形に形成し、さらに、感磁部の素子幅方向に一軸異方性を誘導させることが好ましい。
【００１８】
図１３は、素子幅方向（Ｘ方向）に一軸異方性が誘導された磁気インピーダンス効果素子の感磁部２Ａの磁区構造を説明するための概念平面図である。
【００１９】
図１３の磁気インピーダンス効果素子の感磁部２Ａでは、素子幅方向（Ｘ方向）に磁気モーメントが配向した磁区構造ａが生じている。静磁エネルギーを低下させるため、隣りあう磁区の素子幅方向の磁気モーメントは互いに反対方向を向き、また、感磁部２Ａの表面付近には、素子長手方向に磁気モーメントが配向している三角磁区ｂが形成されている。
【００２０】
略長方形に形成された感磁部２Ａの素子長手方向（Ｙ方向）に、駆動交流電流を流し、素子幅方向に励磁する。
【００２１】
この時、図１３のように感磁部２Ａの素子幅方向が磁化容易軸とされていると、前記素子長手方向に外部磁界を印加したときの、感磁部２Ａの透磁率の変化率が大きくなり、インピーダンスの変化率も大きくなる。つまり、薄膜磁気インピーダンス効果素子に印加される外部磁界の変化に対する、薄膜磁気インピーダンス効果素子のインピーダンスの変化率が大きくなるので、磁気センサーとして優れた特性を有することになる。
【００２２】
図１２のような薄膜磁気インピーダンス効果素子を製造する従来の方法では、スパッタ法等の真空成膜法によって、基板１上に成膜された軟磁性薄膜を略長方形にパターン形成して感磁部２を形成した後に、感磁部２を素子幅方向の磁場Ｈ中で熱処理することによって、感磁部２に一軸異方性を誘導し、感磁部２の素子幅方向を磁化容易軸方向にさせることが試みられてきた。
【００２３】
しかし、感磁部２形成後の磁場中熱処理によって、感磁部２に一軸異方性を誘導しようとする製造方法では、誘導される異方性が弱すぎて、図１３のような磁区構造を持つ感磁部２Ａを得ることができないという問題が生じていた。
【００２４】
すなわち、成膜後の磁場中アニールのみによって誘導された異方性では、感磁部２の素子長手方向に磁区内の磁気モーメントが配向した磁区構造ｃを生じさせて反磁場の影響を最小にしようとする形状磁気異方性に打ち勝つことができずに、図１４のような磁区構造ｃを持つ感磁部２Ｂになってしまっていた。
【００２５】
図１４のような磁区構造ｃを持つ感磁部２Ｂの素子長手方向に外部磁界を印加したときの透磁率の変化率は、図１３の感磁部２Ａの素子長手方向に外部磁界を印加したときの透磁率の変化率より著しく小さくなり、インピーダンスの変化率も小さくなる。
【００２６】
すなわち、従来の製造方法では、磁気センサーとして優れた特性を有する薄膜磁気インピーダンス素子を提供することが困難であった。
【００２７】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、感磁部の素子幅方向に磁区内の磁気モーメントが配向した磁区構造が生じており、外部磁界の変化に対するインピーダンスの変化率が大きく、磁気センサーとして優れた感度と分解能を有する薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法は、
（ａ）非磁性材料からなる基板上に、軟磁性薄膜を一定方向の静磁場中でスパッタ法を用いて成膜する工程、
（ｂ）前記軟磁性薄膜を、前記（ａ）の工程において静磁場がかけられた方向が素子幅方向（Ｘ方向）となるように略長方形にパターン形成して感磁部を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程で略長方形にパターン形成された感磁部を、この感磁部の素子幅方向の静磁場中、回転磁場中または無磁場中で熱処理にかける工程を有することを特徴とするものである。
あるいは、前記（ａ）の工程の後、前記（ｂ）、（ｃ）工程の代わりに、
（ｄ）前記（ａ）の工程で形成された軟磁性薄膜を、前記軟磁性薄膜に対する方向が、前記（ａ）の工程においてかけられた静磁場の方向と同じである静磁場中、回転磁場中または無磁場中で熱処理にかける工程と、
（ｅ）前記軟磁性薄膜を、前記（ａ）および／または（ｄ）の工程においてかけられた静磁場の方向が、素子幅方向となるように略長方形にパターン形成して感磁部を形成する工程とを有するものである。
【００２９】
本発明では、軟磁性薄膜を静磁場中で成膜することにより、感磁部となる前記軟磁性薄膜に、一軸異方性を強く付与することができる。
【００３０】
したがって、後の工程で、前記軟磁性薄膜を略長方形にパターン形成して感磁部を形成した場合に発生する形状磁気異方性によって、磁化容易軸方向が、素子幅方向から、素子長手方向に変化してしまうことを防ぐことができる。
【００３１】
すなわち、本発明では薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁化容易軸方向を、確実にその素子幅方向に向かせることができる。
【００３２】
従って、前記感磁部の素子長手方向に外部磁界を印加したときの、前記感磁部の透磁率の変化率が大きくなり、インピーダンスの変化率も大きくすることができる。
【００３３】
つまり、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子は、印加される外部磁界の変化に対する、薄膜磁気インピーダンス効果素子のインピーダンスの変化率が大きくすることができ、磁気センサーとして優れた特性を有する。
【００３４】
また、前記（ａ）の工程の後に、
（ｂ）前記軟磁性薄膜を、前記（ａ）の工程において静磁場がかけられた方向が素子幅方向（Ｘ方向）となるように略長方形にパターン形成して感磁部を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）の工程で、略長方形にパターン形成された感磁部を、この感磁部の素子幅方向の静磁場中、回転磁場中、または無磁場中で熱処理にかける工程を有すると、前記感磁部により強い一軸異方性を誘導することができ、磁化容易軸方向をより確実にその素子幅方向に向かせることができるので好ましい。
【００３５】
または、前記（ａ）の工程の後に、
（ｄ）前記（ａ）の工程で形成された軟磁性薄膜を、前記軟磁性薄膜に対する方向が、前記（ａ）の工程においてかけられた静磁場の方向と同じである静磁場中、回転磁場中、または無磁場中で熱処理にかけることにより、前記軟磁性薄膜により強い一軸異方性を誘導し、その後、
（ｅ）前記軟磁性薄膜を、前記（ａ）および／または（ｄ）の工程において静磁場がかけられた方向が素子幅方向となるように略長方形にパターン形成して感磁部を形成しても、前記感磁部の磁化容易軸方向を、より確実にその素子幅方向に向かせることができる。
【００３６】
前記（ｃ）または前記（ｄ）の工程において、熱処理を静磁場中で行っても、回転磁場中または無磁場中で行っても、前記（ａ）の工程によって、軟磁性薄膜に与えられた一軸異方性をより強くする効果が得られる。
【００３７】
なお、前記（ａ）の工程において、前記静磁場の強度を１０（Ｏｅ）以上、好ましくは６０（Ｏｅ）以上に設定すると、前記軟磁性薄膜に一軸異方性を強く付与することができ、後の工程で、前記軟磁性薄膜を略長方形にパターン形成して感磁部を形成した場合に発生する形状磁気異方性によって、磁化容易軸方向が、素子幅方向から、素子長手方向に変化してしまうことを効果的に防ぐことができるので好ましい。
【００３８】
薄膜磁気インピーダンス素子の感磁部は、軟磁気特性を備えた強磁性体の薄膜であることが必要である。また、１ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波領域において透磁率μが高くなくてはならない。さらに、外部磁界（放送電波の磁界成分）によって磁気インピーダンス効果素子に応力がかかって磁気特性が劣化しないように、磁歪定数λが小さいことが好ましい。
【００３９】
前記感磁部を、このような性質を備えた薄膜磁性体として形成するために、前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を以下に示すような微結晶軟磁性合金薄膜として形成することが好ましい。
【００４０】
１．組成式が、ＦｅhＭiＯjで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足するもの。
【００４１】
Ｆｅは大きい飽和磁束密度Ｂｓを得るためのものであり、ＭはＯと化合して酸化物を形成することにより、比抵抗ρを大きくして、高周波領域におけるμを大きくするためのものである。
【００４２】
ｈ、ｉ、ｊが上記範囲であると、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ、透磁率μが大きい軟磁性合金を得ることができ、ｈ、ｉ、ｊが上記範囲を外れると、軟磁気特性が劣化する。
【００４３】
なお、上記組成において元素Ｍが希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素である場合には、ｈ、ｊはａｔ％で５０≦ｈ≦７０、１０≦ｊ≦３０であることがより好ましい。
【００４４】
２．組成式が、（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＸzＯwで表される微結晶軟磁性合金薄膜。ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、組成比は、ｃが、０≦ｃ≦０．７、ｘ，ｙ，ｚ，ｗは原子％で、３≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦２０、７≦ｗ≦４０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部がｘであるもの。
【００４５】
なお、軟磁性合金は、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相に、Ｃｏと元素Ｔを主体とする微結晶相が混在し、さらに微結晶相は、元素Ｍの酸化物を含んだ構造を有するものであるとより好ましい。
【００４６】
３．組成式が、Ｔ100-d-e-f-gＸdＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【００４７】
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
【００４８】
ｄ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金薄膜を得ることができる。
【００４９】
４．組成式が、Ｔ100-p-q-e-f-gＳｉpＡｌqＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【００５０】
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｑ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
【００５１】
ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金を得ることができる。
【００５２】
あるいは、前記（ａ）の工程において、前記軟磁性薄膜を以下に示すような非晶質軟磁性合金薄膜として形成してもよい。
【００５３】
５．組成式が、（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭyで示される非晶質軟磁性合金薄膜。ただし、ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すａ、ｂは０．０５≦ａ≦０．１、０．２≦ｂ≦０．８であり、ｘ、ｙはａｔ％で１０≦ｘ≦３５、０≦ｙ≦７の関係を満足するもの。
【００５４】
前記（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭy系の軟磁性合金薄膜では、ａが０．０５≦ａ≦０．１の範囲を越えると、磁歪が大きくなるので好ましくない。また、ｂが０．２≦ｂ≦０．８の範囲を越えると、非晶質化が困難になり好ましくない。さらに、ｘが１０≦ｘ≦３５の範囲を越えると非晶質化が困難になり好ましくない。また、ｘ＞３５であると磁気特性が劣化するので好ましくない。
【００５５】
６．組成式が、ＣｏlＴａmＨｆnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金薄膜。ただし、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足するもの。
【００５６】
前記ＣｏlＴａmＨｆn系の軟磁性合金薄膜においては、飽和磁束密度ＢｓはＣｏの含有量に依存しており、高い飽和磁束密度Ｂｓを得るには、７０≦ｌであることが必要である。しかし、ｌ＞９０であると、比抵抗ρが低くなるので好ましくない。
【００５７】
ＴａおよびＨｆは軟磁気特性を得るための元素であり、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５とすることにより、飽和磁束密度Ｂｓが大きく、比抵抗ρも大きい軟磁性材料を得ることができる。また、Ｈｆは、Ｃｏ−Ｔａ系において発生する負の磁歪定数λを解消するための元素でもある。磁歪定数λは、Ｔａの含有量とＨｆの含有量の比に依存し、１≦ｍ／ｎ≦２．５の範囲内であると、磁歪定数λを良好に解消することができる。
【００５８】
７．組成式が、ＣｏaＺｒbＮｂcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金薄膜。ただし、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、０．５≦ｂ／ｃ≦０．８の関係を満足するもの。
【００５９】
飽和磁束密度ＢｓはＣｏの濃度に依存し、Ｂｓを大きくするためには、７８≦ａ≦９１にする必要がある。ａ＞９１であると、耐食性が低下すると共にアモルファス構造になりにくくなり、結晶化し始めるので好ましくない。また、ａ＜７８であると、Ｃｏどうしが隣接する割合が減り、軟磁気特性を示しにくくなるので好ましくない。透磁率μも、Ｃｏの濃度に依存し、７８≦ａ≦９１の範囲で高い値を示す。
【００６０】
【発明の実施の形態】
図１は、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板１１上に、軟磁性材料からなる軟磁性薄膜１２をスパッタ法、蒸着法或いはメッキ法などによって成膜した状態を示す斜視図である。
【００６１】
軟磁性薄膜１２を成膜するときに、図１の矢印方向の静磁場Ｈ１をかけ、軟磁性薄膜１２に一軸異方性を誘導する。
【００６２】
軟磁性薄膜１２は、例えば、組成式がＦｅ71.4Ａｌ5.8Ｓｉ13.1Ｈｆ3.3Ｃ4.5Ｒｕ1.9で表される、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を主体とし、ｂｃｃ−Ｆｅの周囲にＨｆＣの結晶粒が存在する結晶粒径５〜３０ｎｍの微結晶軟磁性合金薄膜である。
【００６３】
この組成以外のＴ―Ｘ―Ｍ―Ｚ―Ｑ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌの内どちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素）の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏ等からなる結晶粒径１０〜３０ｎｍの結晶相とＭの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の５０％以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ−Ｔ−Ｍ−Ｘ―Ｏ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素）の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅを主体とする結晶粒径１０〜３０ｎｍの結晶相とＭの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の５０％以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜や、Ｆｅ―Ｍ―Ｏ系（Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）の微結晶軟磁性合金薄膜として軟磁性薄膜１２を形成してもよい。
【００６４】
あるいは、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ系（ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素）の非晶質軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ―Ｔａ―Ｈｆ系の非晶質軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系の非晶質軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜１２を形成してもよい。
【００６５】
なお、本実施の形態では、軟磁性薄膜１２の成膜をＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて行った。成膜時の条件は以下の範囲である。
【００６６】
高周波電力：２００〜４００（Ｗ）
Ａｒガス圧：５０（ｓｃｃｍ）
成膜時圧力：３〜７（ｍＴｏｒｒ）
成膜時静磁場強度：１０以上（Ｏｅ）
成膜速度：１０〜３３．５（ｎｍ／分）
なお、標準条件は、高周波電力が４００（Ｗ）、Ａｒガス圧が５０（ｓｃｃｍ）、成膜時圧力が７（ｍＴｏｒｒ）、成膜時静磁場強度が６０（Ｏｅ）、成膜速度が３３．５（ｎｍ／分）である。また、基板の冷却は間接冷却によって行った。
【００６７】
次に、軟磁性薄膜１２をフォトリソグラフィーおよびエッチングによって、図２に示されるように略長方形にパターン形成して感磁部１３を形成する。このとき、図１の静磁場Ｈ１によって誘導された一軸異方性の磁化容易軸方向が、感磁部１３の素子幅方向（Ｘ方向）となるようにする。
【００６８】
なお、感磁部１３は、基板１１上一面に形成されるが、図２ではそのうち一部のみを示している。
【００６９】
このように、感磁部１３を薄膜形成プロセスによって形成することができると、一枚の基板上に同時に多数の感磁部１３を形成することができるので、磁気インピーダンス効果素子の生産性が飛躍的に向上するという効果も得られる。
【００７０】
本発明では、軟磁性薄膜１２の成膜を、静磁場Ｈ１中で行い、軟磁性薄膜１２に、矢印方向を磁化容易軸とする強い一軸異方性を付与しているので、図２のように、感磁部１３を略長方形に形成しても形状磁気異方性によって磁化容易軸方向が素子幅方向から素子長手方向（Ｙ方向）に変化してしまうことを防ぐことができる。
【００７１】
本実施の形態では、感磁部１３をパターン形成した後、さらに、感磁部１３の素子幅方向に静磁場Ｈ２をかけ、熱処理にかける。このように、軟磁性薄膜１２の磁場中成膜後、さらに、磁場中熱処理を施すことによって、感磁部１３に、より強く、素子幅方向を磁化容易軸とする一軸異方性を与えることができる。
【００７２】
本実施の形態における磁場中熱処理の条件は、以下の範囲である。
静磁場強度：１（ｋＯｅ）
熱処理温度：５４０〜６７５（℃）
熱処理時間：２０〜３０（分）
昇温レート：１０〜１４（℃／分）
なお、標準条件は、静磁場強度が１（ｋＯｅ）、熱処理温度が５７５（℃）、熱処理時間が３０（分）、昇温レートが１３．６（℃／分）である。
【００７３】
なお、本実施の形態では、図１のように軟磁性薄膜１２を磁場中成膜した後に、図２のように、感磁部１３をパターン形成した後で、磁場中熱処理を施しているが、軟磁性薄膜１２の磁場中成膜後、感磁部１３をパターン形成する前、すなわち、図１の状態で、軟磁性薄膜１２を成膜するときにかけた静磁場Ｈ１の方向と同じ方向に、静磁場をかけて熱処理を施し、その後、感磁部１３をパターン形成しても同じように、感磁部１３に、より強く、素子幅方向を磁化容易軸とする一軸異方性を与えることができる。
【００７４】
感磁部１３をパターン形成し、磁場中熱処理を施した後に、図３のように、感磁部１３の両端部に、Ｃｕ、Ｔｉ、ＣｒやＮｉなどの導電性材料からなる電極層１４をスパッタ法、フォトリソグラフィー、およびエッチングによって形成する。
【００７５】
電極層１４を形成後、基板１１を切断し、図４のような個々の薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍとする。
【００７６】
本発明の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法によって形成された感磁部１３は、図１３の感磁部２Ａと同じ磁区構造をもつ。
【００７７】
図１３をみると、感磁部２Ａでは、素子幅方向（Ｘ方向）に磁区内の磁気モーメントが配向した磁区構造ａが生じている。静磁エネルギーを低下させるため、隣りあう磁区の素子幅方向の磁気モーメントは互いに反対方向を向き、また、感磁部２Ａの表面付近には、素子長手方向に磁気モーメントが配向している三角磁区ｂが形成されている。
つまり、感磁部１３では、素子幅方向が磁化容易軸とされている。
【００７８】
このように、感磁部１３の素子幅方向が磁化容易軸とされていると、前記素子長手方向に外部磁界を印加したときの、感磁部１３の素子幅方向の透磁率の変化率が大きくなり、インピーダンスの変化率も大きくなる。つまり、薄膜磁気インピーダンス効果素子に印加される外部磁界の変化に対する、薄膜磁気インピーダンス効果素子のインピーダンスの変化率が大きくなるので、磁気センサーとして優れた検出感度を有することになる。
【００７９】
また、感磁部１３の素子幅を短くすると、素子長手方向に磁化方向を揃えようとする形状磁気異方性が発生する。しかし、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍでは、感磁部１３の素子幅方向を磁化容易軸とする一軸異方性が、この形状磁気異方性に打ち勝って、磁化方向を前記素子幅方向に維持しつづける。したがって、従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子よりも感磁部の素子幅を短くすることができるので、外部磁界の位置検出分解能を向上させることができる。
【００８０】
本発明の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法の特徴は、基板１１上に、軟磁性薄膜１２を成膜するときに磁場中で成膜することである。
【００８１】
図５は、本実施の形態において用いられたＲＦマグネトロンスパッタ装置の内部構造を示す構成図である。
【００８２】
図５に示されるように、マグネトロンスパッタ装置２１のチャンバー２２内には、ターゲット２３を取り付けるための電極部２４と、ターゲット２３と対向する位置に、基板保持部２８とが設けられている。なお基板保持部２８上には、基板１１が置かれている。また、基板保持部２８の外側に、成膜中の軟磁性薄膜に静磁場Ｈ１をかけるための磁石３０が設置されている。磁石３０は、例えば、Ｓｍ−Ｃｏなどの硬磁性材料または電磁石などによって形成されている。
【００８３】
図５に示すように電極部２４内には、放電用磁石２５が設けられており、この放電用磁石２５から発生する磁場によって、ターゲット２３の表面には、エロージョン領域（図示しない）が形成される。
【００８４】
また、チャンバー２２には、ガス導入口２６と、ガス排気口２７とが設けられており、ガス導入口２６からＡｒ（アルゴン）ガスが導入される。
【００８５】
電極部２４に、高周波電源（ＲＦ電源）２９から高周波が印加されることによって、電場と磁場の相互作用により、マグネトロン放電が発生し、ターゲット２３がスパッタされ、ターゲット２３と対向する位置に配置された基板１１上に、軟磁性薄膜１２が形成される。
【００８６】
図５のＲＦマグネトロンスパッタ装置では、２個の磁石３０、３０が、基板保持部２８を挟んで対向する位置に設けられ、成膜中の軟磁性薄膜１２に矢印方向の静磁場Ｈ１がかけられている。従って、成膜された軟磁性薄膜１２は、図１に示された矢印方向を磁化容易軸とする、強い一軸異方性が付与される。
【００８７】
なお、スパッタ装置としては、磁場中成膜を行うことができるものであれば、図５に示すようなＲＦマグネトロンスパッタ装置２１以外に、ＲＦ２極スパッタ装置、ＲＦ３極スパッタ装置、イオンビームスパッタ装置、または対向ターゲット式スパッタ装置など既存のものを任意に使用してよい。
【００８８】
また、本発明における軟磁性薄膜１２の成膜方法には、スパッタ法の他に蒸着法、ＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−エピタキシー）法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビーム）法またはメッキ法などを使用してもよい。
【００８９】
【実施例】
図６は、薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を測定するための回路の回路図である。
【００９０】
図６の回路は、駆動回路部４１、薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍを含む外部磁界感知部４２、基準電圧供給部４３、および増幅部４４によって構成されている。
【００９１】
駆動回路部４１は、薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍに駆動交流電流を供給するためのものであり、本実施の形態では、安定化コルビッツ発振回路を用いている。駆動回路部４１が、自己発振方式の回路によって構成されていると、駆動回路部４１と外部磁界感知部４２とを一体化することができるので、回路の浮遊インピーダンスなどによる感度の不安定化を防ぐことができる。
【００９２】
外部磁界感知部４２を構成する薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍについて説明する。
【００９３】
磁気インピーダンス効果素子Ｍは、図４に示されるように、基板１１上に、軟磁性薄膜が略長方形にパターン形成された感磁部１３および、感磁部１３の素子長手方向の両端に、薄膜形成された導電性材料からなる電極層１４、１４から構成されている。電極層１４、１４のうち片方は駆動回路部４１に接続され、片方はアースに接続されている。
【００９４】
駆動回路部４１から、電極層１４を通じて感磁部１３に駆動交流電流が供給される。このとき、感磁部１３は、素子幅方向に励磁される。この状態で、感磁部１３の素子長手方向に外部磁界Ｈｅｘが印加されると、素子幅方向の透磁率が変化する。素子幅方向の透磁率が変化すると、感磁部１３内を流れている駆動交流電流の表皮厚さが変化し、感磁部１３のインピーダンスが変化する。感磁部１３のインピーダンスが変化すると、外部磁界感知部４２の両端部の電圧が変化する。
【００９５】
外部磁界感知部４２を流れる駆動交流電流は、整流用ダイオード４２ａによって整流され、さらにローパスフィルタ４２ｂによって、駆動交流電流の高周波成分が除去される。したがって、外部磁界感知部４２からの出力電圧の大きさは、磁気インピーダンス効果素子Ｍに印加された外部磁界の大きさの変化に対応して変化したものとなる。
【００９６】
一方、基準電圧供給部４３からの出力電圧は、外部磁界の影響を受けることなく、常に一定である。したがって、整流用ダイオード４３ａおよびローパスフィルタ４３ｂを経た基準電圧供給部４３からの出力は、一定電圧の直流電流となる。
【００９７】
外部磁界感知部４２からの出力電圧および基準電圧供給部４３からの出力電圧の電圧差は、増幅部４４によって増幅される。最終出力は、Ｅから取り出される。
【００９８】
このように、本実施例では、薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍの磁気インピーダンス効果特性を、薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍの素子長手方向に、外部磁界Ｈｅｘを印加したときの、外部磁界感知部４２からの出力電圧および基準電圧供給部４３からの出力電圧の電圧差（差動電圧）として測定した。
【００９９】
図７および図８は、感磁部となる軟磁性薄膜を磁場中で成膜する本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性と、前記軟磁性薄膜を無磁場中で成膜する従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を、図６の回路を用いて測定した結果である。
【０１００】
本実施例では、感磁部となる軟磁性薄膜の成膜を、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、高周波電力４００（Ｗ）、Ａｒガス圧５０（ｓｃｃｍ）、成膜時圧力７（ｍＴｏｒｒ）、成膜速度３３．５（ｎｍ／分）の条件下で行った。また、基板の冷却を間接冷却によって行った。なお、前記軟磁性薄膜を本発明の製造方法を用いて成膜するときには、強度６０（Ｏｅ）の静磁場中で成膜を行った。
【０１０１】
また、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子と、従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の両方とも、感磁部が略長方形にパターン形成された後、感磁部の素子幅方向の磁場中熱処理を施されている。
【０１０２】
本実施例では、この磁場中熱処理を、静磁場強度１（ｋＯｅ）、熱処理温度５７５（℃）、熱処理時間３０（分）、昇温レート１３．６（℃／分）の条件下で行った。
【０１０３】
なお、駆動回路部４１から供給される駆動交流電流の周波数は３ＭＨｚである。外部磁界Ｈｅｘは、０Ｏｅからスタートし、１０Ｏｅ、０Ｏｅ、−１０Ｏｅ、０Ｏｅと連続的に往復変化させた。
【０１０４】
図７は、薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍの感磁部を、素子長さ２ｍｍ、素子幅０．５ｍｍ、厚さ２μｍの軟磁性薄膜として形成したときの結果である。感磁部は、組成式がＦｅ71.4Ａｌ5.8Ｓｉ13.1Ｈｆ3.3Ｃ4.5Ｒｕ1.9で表される、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜として形成した。
【０１０５】
従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性（○）は、全体的になだらかである。
【０１０６】
一方、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性（□）は、外部磁界が３Ｏｅの点の前後と、−３Ｏｅの点の前後において、外部磁界Ｈｅｘの変化に伴って出力電圧が急激に変化する領域を有している。外部磁界Ｈｅｘを、０Ｏｅを中心に±３Ｏｅの範囲で変化させると、出力電圧は、２０〜３０ｍＶ変化する。
【０１０７】
すなわち、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子は、外部磁界の微少変化の検出感度が、従来の製法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子よりも著しく向上していることがわかる。
【０１０８】
これは、本発明の製造方法によって薄膜磁気インピーダンス効果素子を製造すると、薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁化容易軸方向が、感磁部の素子幅方向に揃うために、素子長手方向に外部磁界が印加されたときの、感磁部の素子幅方向の透磁率の変化率が大きくなるためである。感磁部の素子幅方向の透磁率の変化率が大きくなると、感磁部内を流れる高周波電流の表皮厚さの変化も大きくなる。従って、感磁部のインピーダンス変化が大きくなる。つまり、図６の回路において、出力電圧の変化が大きくなる。
【０１０９】
図８は、薄膜磁気インピーダンス効果素子Ｍの感磁部を、素子長さ４ｍｍ、素子幅０．５ｍｍ、厚さ２μｍの軟磁性薄膜として形成したときの結果である。
【０１１０】
図８の測定と図７の測定では、測定に用いた薄膜磁気インピーダンス効果素子の長さだけが異なっている。薄膜磁気インピーダンス効果素子の材料、製造方法、感磁部となる軟磁性薄膜の磁場中成膜および、成膜後の磁場中アニールの条件は、図７と同じである。
【０１１１】
また、磁気インピーダンス効果特性を測定するための回路、測定条件も、図７の測定時と同じである。
【０１１２】
図８において、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性（□）は、外部磁界Ｈｅｘが３Ｏｅの点の前後と、−３Ｏｅの点の前後において、外部磁界Ｈｅｘの変化に伴って、出力電圧が急激に変化する領域を有している。
【０１１３】
一方、従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性（○）は、外部磁界Ｈｅｘが０の点を中心として、外部磁界Ｈｅｘの絶対値の増加に伴って出力電圧が減少する形状を示している。
【０１１４】
図８においても、外部磁界の変化の幅が同じとき、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の出力電圧の変化の大きさのほうが、従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の出力電圧の変化の大きさより著しく大きいことがわかる。
【０１１５】
図８では、外部磁界Ｈｅｘを、０Ｏｅを中心に±３Ｏｅの範囲で変化させたときの、出力電圧の変化の幅は、約９０ｍＶであり、図７の磁気インピーダンス効果特性における出力電圧の変化の幅よりも大きい。すなわち、薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部の素子長さが長くなると、外部磁界Ｈｅｘの変化に対する薄膜磁気インピーダンス効果素子のインピーダンスの変化率が大きくなることがわかる。
【０１１６】
従って、実際に薄膜磁気インピーダンス効果素子を製造するときには、用途に合わせて、感磁部の素子長さなどを変えることによって、薄膜磁気インピーダンス効果素子の外部磁界の検出感度を調節することができる。
【０１１７】
図９および図１０は、それぞれ本発明および従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの様式図である。
【０１１８】
図９に示されるように、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部では、感磁部に出来る磁壁Ｗの向きが素子幅方向に揃っている。すなわち、素子幅方向（Ｘ方向）に磁区内の磁気モーメントが配向した磁区構造が生じていることがわかる。
【０１１９】
一方、従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子では、感磁部に出来る磁壁Ｗの向きが素子長手方向（Ｙ方向）に向いている。すなわち、素子長手方向に磁区内の磁気モーメントが配向した磁区構造が生じていることがわかる。
【０１２０】
図９および図１０の矢印は、それぞれの磁区の磁気モーメントの配向方向を示している。隣り合う磁区では、磁気モーメントの方向が互いに反対方向を向き、静磁エネルギーを低下させている。
【０１２１】
図９および図１０から、本発明の製造方法によって、はじめて、薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部に素子幅方向の一軸異方性を誘導することができ、素子幅方向に磁区内の磁気モーメントが配向した磁区構造を生じさせることができることがわかる。
【０１２２】
【発明の効果】
以上詳述した本発明の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法によれば、感磁部の素子幅方向が磁化容易軸である一軸異方性が確実に誘導される。したがって、感磁部の素子長手方向に外部磁界を印加したときの、感磁部の素子幅方向の透磁率の変化率が大きくなり、インピーダンスの変化率も大きくなる。つまり、薄膜磁気インピーダンス効果素子に印加される外部磁界の変化に対する、薄膜磁気インピーダンス効果素子のインピーダンスの変化率を大きくできるので、磁気センサーとして優れた検出感度を有する薄膜磁気インピーダンス効果素子を製造することができる。
【０１２３】
また、感磁部の素子幅を短くすると、素子長手方向に磁化方向を揃えようとする形状磁気異方性が発生する。しかし、本発明の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子では、感磁部の前記素子幅方向を磁化容易軸とする一軸異方性が、この形状磁気異方性に打ち勝って、磁化方向を前記素子幅方向に維持しつづける。
【０１２４】
したがって、従来の製造方法によって製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子よりも感磁部の素子幅を短くすることができるので、外部磁界の位置検出分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜磁気インピーダンス効果素子の製造方法の実施の形態における、基板上に軟磁性薄膜を静磁場中で成膜した状態を示す斜視図。
【図２】図１の軟磁性薄膜をパターン形成して、略長方形上の感磁部を形成した状態を示す斜視図。
【図３】図２の感磁部の両端に電極層を形成した状態を示す斜視図。
【図４】図３の基板から切り出された薄膜磁気インピーダンス効果素子の斜視図。
【図５】本発明における軟磁性薄膜の磁場中成膜に用いることのできるマグネトロンスパッタ装置の断面図。
【図６】薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を測定するための回路の回路図。
【図７】本発明および従来の製造方法を用いて製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を示すグラフ。
【図８】本発明および従来の製造方法を用いて製造された他の薄膜磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を示すグラフ。
【図９】本発明を用いて製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの様式図。
【図１０】従来の製造方法を用いて製造された薄膜磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの様式図。
【図１１】磁気インピーダンス効果素子に駆動交流電流を与え、外部磁界を印加する方法を示す概念図。
【図１２】薄膜磁気インピーダンス効果素子の斜視図。
【図１３】磁気インピーダンス効果素子の感磁部に素子幅方向の一軸異方性が誘導されたときの、前記感磁部の磁区構造を示す平面概念図。
【図１４】磁気インピーダンス効果素子の感磁部の形状磁気異方性によって、前記感磁部が素子長手方向に磁気モーメントが配向した磁区構造を有している状態を示す平面概念図。
【符号の説明】
１１  基板
１２  軟磁性薄膜
１３  感磁部
１４  電極層
【図１】
0003688942.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003688942.tif 000008
【図８】
0003688942.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003688942.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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