(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料からなる感磁部と、前記感磁部の両端に接続された良導電材料からなる一対の電極部とを有し、前記感磁部は、直線状である複数の検出部が、それぞれ平行に並設されるとともに、隣り合う前記検出部間は、接続部により電気的に直列接続されており、磁化方向が前記検出部の長手方向と直交する第１の磁区の総面積が、前記検出部の長手方向を磁化方向とする第２の磁区の総面積以下であり、前記感磁部には、一対の前記電極部から交流電流が印加され、外部磁界を、前記電極部間の出力電圧として検出することを特徴とする磁気インピーダンス効果素子。
【請求項２】
前記感磁部は、磁気的に等方性であることを特徴とする請求項１記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項３】
前記接続部は、前記検出部の長手方向と直交する方向から傾斜した状態で、前記検出部から延出されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項４】
前記接続部は、円弧状であることを特徴とする請求項３記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項５】
前記軟磁性材料は組成式がＴ100-a-b-c-dＸaＭbＺcＱdで 表され、平均結晶粒径５〜３０ｎｍのｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの一種または２種以上の結晶粒と、元素Ｍの炭化物、または／及び窒化物の結晶粒とを含み、元素ＴはＦｅ、Ｃｏのうち１種または２種の元素であり、元素ＸはＳｉ、Ａｌのうちの１種または２種の元素であり、元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ、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のうちの１種または２種の元素であり、元素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、ａ、ｂ、ｃ、ｄは原子％で０≦ａ≦２５、１≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦１０の関係を満足するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項６】
前記軟磁性材料は組成式がＴ100-p-q-c-dＳｉpＡｌqＭbＺcＱdで 表され、平均結晶粒径５〜３０ｎｍのｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの一種または２種以上の結晶粒と、元素Ｍの炭化物、または／及び窒化物の結晶粒とを含み、元素ＴはＦｅ、Ｃｏのうち１種または２種の元素であり、元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ、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のうちの１種または２種の元素であり、元素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、ｂ、ｃ、ｄは原子％で８≦ｐ≦２５、１≦ｑ≦１０、１≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦１０の関係を満足するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサとして用いられる磁気インピーダンス効果素子に係わり、特に、磁気センサに用いられる磁気インピーダンス効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の磁気インピーダンス効果素子の一例を示したものである。
従来の磁気インピーダンス効果素子は、軟磁性材料からなる感磁部５１と感磁部５１の両端に接続された一対の電極部５２とを有し、感磁部５１は、直線状である複数の検出部５１ａが並設されて、隣り合う検出部５１ａが接続部５１ｂにより接続されたつづら折れ状である。また、感磁部５１ａは、検出部５１ａの長手方向が磁化容易軸となっている。
【０００３】
外部磁界Ｈの方向が検出部５１ａの長手方向であるとき、一対の電極５２間の出力電圧Ｅmiは外部磁界Ｈにより変化して、出力電圧Ｅmiの外部磁界Ｈ依存性は、例えば図７のように、複数の外部磁界Ｈにおいて出力電圧のピークＥpが現れる。出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性は、出力電圧のピークＥpを含む約±４００Ａ／ｍの外部磁界の範囲において、非線形である。
【０００４】
出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性は、出力電圧のピークＥpから外れた外部磁界の区間で、線形となる。出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性が線形であれば、出力電圧Ｅmiから外部磁界Ｈを一義的に導き出すことができる。
【０００５】
検出する外部磁界Ｈの範囲において出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性を線形とするためには、検出部５１ａの長手方向（検出する外部磁界Ｈの方向）にバイアス磁界を印加することにより、出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性が線形である区間を、検出する外部磁界の範囲に移動させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の磁気インピーダンス効果素子では、出力電圧の外部磁界依存性が、広い非線形区間を有している。このような出力電圧の外部磁界依存性では、検出する外部磁界の範囲から非線形区間を排除して、外部磁界の大きさに対する出力電圧の線形性を確保するためは、大きなバイアス磁界が必要である。一方、バイアス磁界印加手段とする磁石を薄くすることにより磁気インピーダンス効果素子を薄型化することができるが、一般的な薄型磁石、特に薄膜磁石では、印加できる磁界の大きさに限界がある。よって、大きなバイアス磁界を必要とする磁気インピーダンス効果素子では、薄型化が困難であるという問題があった。
本発明は、出力電圧より外部磁界を一義的に導き出ために必要なバイアス磁界が小さく、且つ、高感度な磁気インピーダンス効果素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、軟磁性材料からなる感磁部と、前記感磁部の両端に接続された良導電材料からなる一対の電極部とを有し、前記感磁部は、直線状である複数の検出部が、それぞれ平行に並設されるとともに、隣り合う前記検出部間は、接続部により電気的に直列接続されており、磁化方向が前記検出部の長手方向と直交する第１の磁区の総面積が、前記検出部の長手方向を磁化方向とする第２の磁区の総面積以下であり、前記感磁部には、一対の前記電極部から交流電流が印加され、外部磁界を、前記電極部間の出力電圧として検出する。
このような磁気インピーダンス効果素子では、検出部の長さ方向について感磁部を大型化することなく、検出部の合計長さを長く形成して、検出部に生じる磁気インピーダンス効果の大きさを増加させることができるので、小型、且つ、検出部の長手方向の外部磁界に対して、検出出力が大きく、且つ高感度である。また、感磁部が、検出部の長さ方向に関して短いので、検出部の長手方向の外部磁界が微小であっても、効率良く検出することができる。
【０００８】
また、感磁部の磁区構造を、磁化方向が検出部の長手方向と直交する第１の磁区の総面積が、前記検出部の長手方向を磁化方向とする第２の磁区の総面積以下とすることにより、出力電圧の外部磁界依存性における非線形区間を狭くすることができる。このような出力電圧の外部磁界依存性では、検出する外部磁界の範囲から非線形区間を排除して、外部磁界の大きさに対する出力電圧の線形性を確保するために必要なバイアス磁界が小さく、バイアス磁界印加手段を薄膜磁石や、薄帯状に得られる磁石を所定の大きさに切断した薄板磁石等の薄型磁石としても、検出する外部磁界の範囲における出力電圧の外部磁界依存性を線形として、出力電圧から外部磁界を一義的に導くことが可能である。また、バイアス磁界をコイルに印加した直流電流により誘導するときにも、コイルの巻き数を少なくすることができる。よって、バイアス磁界印加手段を薄型にして、磁気インピーダンス効果素子の薄型化を図ることができる。
【０００９】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記感磁部を、磁気的に等方性とした。
このような磁気インピーダンス効果素子では、磁気的に等方性の検出部であるから、検出部の磁化方向は固定されにくくなり、磁化方向を変化させやすくなっている。即ち、検出部の長手方向と直交する方向の透磁率が向上して、検出部長手方向の外部磁界の変化に対して、検出部の長手方向と直交する方向の透磁率の変化率が大きい。よって、外部磁界の変化に対する磁気インピーダンス効果の変化が大きいので、高感度の磁気インピーダンス効果素子とすることができる。
【００１０】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記接続部が、前記検出部の長手方向と直交する方向に対して傾斜した状態で、前記検出部から延出されている。
このような磁気インピーダンス効果素子では、外部磁界の方向が検出部の長手方向と直交するとき、接続部が検出部の長手方向に対して垂直に延出された場合と比べて、外部磁界の接続部における交流電流方向成分が小さいので、接続部に生じる磁気インピーダンス効果が小さく、検出部長手方向の外部磁界に関する指向性に優れている。
【００１１】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記接続部が円弧状である。
このような磁気インピーダンス効果素子では、外部磁界の方向が検出部の長手方向と直交するとき、外部磁界の接続部における交流電流方向成分がさらに小さくなるので、検出部長手方向の外部磁界に関する指向性を、さらに向上させることができる。
【００１２】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記軟磁性材料が組成式Ｔ100-a-b-c-dＸaＭbＺcＱdで表され、平均結晶粒径５〜３０ｎｍのｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの一種または２種以上の結晶粒と、元素Ｍの炭化物、または／及び窒化物の結晶粒とを含み、元素ＴはＦｅ、Ｃｏのうち１種または２種の元素であり、元素ＸはＳｉ、Ａｌのうちの１種または２種の元素であり、元素ＭはＴｉ、 Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ、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のうちの１種または２種の元素であり、元素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、ａ、ｂ、ｃ、ｄは原子％で０≦ａ≦２５、１≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦１０の関係を満足するものである。このような磁気インピーダンス効果素子では、感磁部を構成する軟磁性材料が、上記ａ、ｂ、ｃ、ｄ の範囲にあれば、高透磁率、低保磁力、低磁歪定数とすることができる。このような軟磁性材料からなる感磁部では、外部磁界の変化に対する透磁率の変化率が 大きく、高感度の磁気インピーダンス効果素子とすることができる。
【００１３】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記軟磁性材料が組成式Ｔ100-p-q-c-dＳｉpＡｌqＭbＺcＱdで表され、平均結晶粒径５〜３０ｎｍのｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの一種または２種以上の結晶粒と、元素Ｍの炭化物、または／及び窒化物の結晶粒とを含み、元素ＴはＦｅ、Ｃｏのうち１種または２種の元素であり、元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ、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のうちの１種または２種の元素であり、元素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、ｂ、ｃ、ｄは原子％で８≦ｐ≦２５、１≦ｑ≦１０、１≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦１０の関係を満足するものである。このような磁気インピーダンス効果素子では、感磁部を構成する軟磁性材料が、上記ｐ、ｑ、ｂ、ｃ、ｄの範囲にあれば、高透磁率、低保磁力、低磁歪定数とすることができる。このような軟磁性材料からなる感 磁部では、外部磁界の変化に対する透磁率の変化率が大きく、高感度の磁気インピーダンス効果素子とすることができる。
【発明の実施の形態】
本発明の磁気インピーダンス効果素子を、図１から図５を用いて説明する。第１の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子は、図１（ａ）に示すように、ガラス等非磁性材料からなる基板（図示せず）上に、軟磁性材料の薄膜からなる感磁部１が形成されている。
【００１４】
感磁部１は、例えば、Ｆｅ71.4Ｓｉ13.1Ａｌ5.8Ｈｆ3.3Ｃ4.5Ｒｕ1.9なる組成で表され、平均結晶粒径５〜３０ｎｍのｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒と、Ｈｆの炭化物の結晶粒を主体として、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。
【００１５】
感磁部１は、他にも、組成式がＴ100-p-q-c-dＳｉpＡｌqＭbＺcＱdと表され、（但し、元素ＴはＦｅ、Ｃｏのうち１種または２種の元素であり、元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ、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のうちの１種または２種の元素であり、元素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）平均結晶粒径５〜３０ｎｍのｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの一種または２種以上の結晶粒と、元素Ｍの炭化物、または／及び窒化物の結晶粒とを含む微結晶軟磁性合金薄膜であってもよい。このとき、ａ、ｂ、ｃ、ｄは原子％で０≦ａ≦２５、１≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦１０である。
【００１６】
感磁部１は、他にも、組成式がＴ100-a-b-c-dＸaＭbＺcＱdであり、（但し、元素ＴはＦｅ、Ｃｏのうち１種または２種の元素であり、元素ＸはＳｉ、Ａｌのうちの１種または２種の元素であり、元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ、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のうちの１種または２種の元素であり、元素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）ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの一種または２種以上の結晶粒とを含む微結晶軟磁性合金薄膜であってもよい。このとき、ａ、ｂ、ｃ、ｄは原子％で０≦ａ≦２５、１≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１５、０≦ｃ≦１０、０≦ｄ≦１０である。
【００１７】
感磁部１は、直線状の検出部１ａを複数有し、検出部１ａは、それぞれ同一寸法であり、平行に並設されている。接続部１ｂは、検出部１ａと同等の幅であり、各検出部１ａの長手方向（図１（ａ）中に示すｘ方向）端部から垂直に延出されて、互いに隣り合う検出部１ａ間を連結している。このように、感磁部１は検出部１ａが接続部１ａにより電気的に直列接続され、つづら折り状パターンとなっている。なお、接続部１ｂの延出長さは、検出部１ａの長さ寸法と比べて、十分短いものとなっている。
【００１８】
また、図１（ｂ）に示すように、感磁部１には、検出部１ａの長手方向と直交する方向（図１中に示すｙ方向）に誘導磁気異方性が導入されており、検出部１ａは、磁化方向が検出部１ａの長手方向と直交する第１の磁区Ｓ１を有している。一方、検出部１ａは直線状であるから、形状磁気異方性により、検出部１ａの長手方向を磁化方向とする第２の磁区Ｓ２を有している。検出部１ａの磁区構造は、第１の磁区Ｓ１の総面積と第２の磁区Ｓ２の総面積が拮抗しており、検出部１ａは、磁気的に等方性となっている。
【００１９】
接続部１ｂの磁区構造は、接続部１ｂの面積に比べて検出部１ａの面積が十分大きいので、検出部１ａの磁区構造に影響されて、検出部１ａと同様、ほぼ、磁気的に等方性となっている。また、接続部１ｂが等方的にならない場合であっても、検出部１ａよりも面積が十分小さいので、その影響を小さくすることができる。
【００２０】
良導電材料の薄膜からなる一対の電極部２は、基板上で感磁部１の両端に配設されて、感磁部１に接続されている。
【００２１】
感磁部１は、絶縁膜（図示せず）により覆われている。Ｃｏ−Ｐｔ合金等の硬磁性材料の薄膜からなる磁石３（以下、薄膜磁石）は、絶縁膜を介して、全ての検出部１ａを覆っている。このとき、薄膜磁石３は、検出部１ａのほぼ全長に至って形成されている。この薄膜磁石３は、検出部１ａの長手方向にバイアス磁界Ｈbを付与している。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、バイアス磁界印加手段として薄膜磁石３を用いたが、バイアス磁界印加手段は、ＦｅＭＲｅＢ（Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂのなかの１種または、２種以上、Ｒｅは、Ｙを含む希土類元素のなかから選ばれた１種または２種以上）等からなる液体急冷法により得られた薄帯状の磁石を、所定の大きさに切断したもの、フェライト磁石等で形成した薄板状の磁石でもよい。バイアス磁界印加手段としてフェライト磁石などの電気抵抗の高い材料を用いるとき、絶縁膜はなくても良い。
【００２３】
次に、第１の実施の形態の製造方法、特に、感磁部１の製造方法について説明する。
感磁部１とする微結晶軟磁性合金薄膜は、ＲＦマグネトロンスパッタを用いて、Ａｒ雰囲気中、磁界を印加して成膜する。微結晶軟磁性合金薄膜の成膜は、検出部１ａの長手方向となる方向に直交する静磁界を印加して、感磁部１に、検出部１ａの長手方向と直交する方向に誘導磁気異方性を導入する。微結晶軟磁性合金薄膜の成膜標準条件は、高周波電力が４００（Ｗ）、Ａｒガス圧が５０（ｓｃｃｍ）、成膜時圧力が７（ｍＴｏｒｒ）、成膜時静磁界強度が４８００（Ａ／ｍ）、成膜速度が３３．５（ｎｍ／分）である。また、基板の冷却は、間接冷却により行った。
【００２４】
上記感磁部１の製造では、感磁部１とする微結晶軟磁性合金薄膜を、磁界中にて成膜したが、微結晶軟磁性合金薄膜を成膜した後に静磁界を印加しても良い。
このとき、微結晶軟磁性合金薄膜をスパッタ法等を用いて成膜して、成膜後の微結晶軟磁性合金薄膜に熱処理工程を行う。熱処理工程では、感磁部１に、検出部１ａと直交する方向の静磁界を印加して、感磁部１に、検出部１ａと直交する方向の誘導磁気異方性を導入する。熱処理工程の標準条件は、静磁界強度が８００００（Ａ／ｍ）、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。
【００２５】
このように、成膜工程の後、静磁界中において熱処理工程を行うことにより、感磁部１に、検出部１ａの長手方向と直交する誘導磁気異方性を導入し、検出部１ａの長手方向に生じる形状磁気異方性拮抗させ、磁化方向が検出部１ａの長手方向と直交する第１の磁区Ｓ１の総面積と、検出部１ａの長手方向を磁化方向とする第２の磁区Ｓ２の総面積とを、ほぼ拮抗させることが容易となる。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の駆動方法について説明する。
上記第１の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子は、図１（ａ）に示すように、一対の電極部２間に発振回路が接続され、数ＭＨｚ帯域の交流電流IACが感磁部１に印加される。感磁部１に印加された交流電流IACは、検出部１ａを検出部１ａの長手方向に流れて、検出部１ａから略垂直に延出された接続部１ｂを、検出部１ａの長手方向と略直交する方向に流れる。
【００２７】
また、一対の電極部２間に検波回路が接続され、一対の電極部２間の出力電圧Ｅmiを、検波回路より得る。
【００２８】
感磁部１に外部磁界Ｈが印加されると、感磁部１に磁気インピーダンス効果が生じる。
【００２９】
検出部１ａでは、外部磁界Ｈの検出部１ａ長手方向成分による磁気インピーダンス効果が生じる。それぞれの検出部１ａに生じる磁気インピーダンス効果の大きさ｜Ｚ｜は、（数１）のように表すことができる。
【００３０】
【数１】
0003650575.tif 000002
【００３１】
また、それぞれの接続部１ｂには、外部磁界Ｈの検出部１ａの長手方向と直交する成分によって、磁気インピーダンス効果が生じる。接続部１ｂに生じる磁気インピーダンス効果の大きさ｜Ｚ｜は、（数２）のように表すことができる。
【００３２】
【数２】
0003650575.tif 000003
【００３３】
外部磁界Ｈの方向が検出部１ａの長手方向と一致するとき、検出部１ａのみに磁気インピーダンス効果が生じて、接続部１ｂには磁気インピーダンス効果が生じない。よって、一対の電極部２間の出力電圧Ｅmiから、検出部１ａの長手方向の外部磁界を導き出すことができる。
【００３４】
一方、外部磁界Ｈの方向が検出部１ａの長手方向と直交するとき、接続部１ｂのみに磁気インピーダンス効果が生じて、検出部１ａには磁気インピーダンス効果が生じない。このとき、一対の電極部２間の出力電圧Ｅmiは、検出部１ａの長手方向と直交する外部磁界により変化する。
【００３５】
このようなつづら折れ状の感磁部１において、検出部１ａ長手方向の外部磁界に対する指向性を高めるためには、外部磁界、特に、検出部１ａの長手方向に直交する方向（図１中ｙ方向）の外部磁界に対する接続部１ｂの感度を極力小さくする必要がある。これは、接続部１ｂのｙ方向の長さ（Ｌb）を出来る限り短く形成することよって、実現可能である。
【００３６】
以下、外部磁界の方向が検出部１ａの長手方向と一致するときを考える。
【００３７】
まず、磁気インピーダンス効果素子の感度について説明する。
（数１）より、検出部１ａの長手方向と直交する方向（以後、検出部１ａの幅方向）の透磁率μが、外部磁界Ｈにより大きく変化するほど、外部磁界Ｈに対する磁気インピーダンス効果の大きさ｜Ｚ｜の変化が大きく、感度の高い磁気インピーダンス効果素子となることがわかる。
【００３８】
検出部１ａは、図１（ｂ）のように、磁気的に等方性であるから、検出部１ａの磁化方向が固定されにくくなり、磁化方向を変化させやすくなっている。即ち、検出部１ａの長手方向と直交する方向の透磁率が向上して、検出部長手方向の外部磁界の変化に対して、検出部１ａの幅方向の透磁率μの変化率が大きい。
一方、検出部１ａにおいて検出部１ａの長手方向の磁化が支配的であると、磁気的に等方性である検出部１ａに比べて外部磁界Ｈによる透磁率μの変化率が低いものとなる。
【００３９】
また、（数１）からわかるように、それぞれの検出部１ａに生じる磁気インピーダンス効果の大きさ｜Ｚ｜は、検出部１ａの長さ（Ｌａ）が長いほど、外部磁界に対する変化率が増大する。感磁部１を、図１（ａ）に示すようなつづら折れ状として複数個の検出部１ａを連結することにより、感磁部１の寸法を大型化することなく検出部１ａの合計長さを長くして、磁気インピーダンス効果素子の感度を向上させることができる。
【００４０】
また、感磁部１を構成する軟磁性材料に、前述のような微結晶軟磁性合金薄膜を用いることによって、外部磁界Ｈによる透磁率μの変化率を高めて、高感度な磁気インピーダンス効果素子とすることができる。
【００４１】
次に、出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性について説明する。
このような磁気インピーダンス効果素子における出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性を、図２において模式的に示す。図２に示すように、出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性は、検出部１ａが磁気的に等方性であるから、出力電圧のピークＥPが、バイアス磁界Ｈbに対応するただ一つの外部磁界Ｈ1において現れる。
【００４２】
なお、検出部１ａにおいて、検出部１ａの長手方向の磁化が支配的であるとき、即ち、検出部１ａの幅方向を磁化方向とする第１の磁区Ｓ１の総面積が、検出部１ａの長手方向を磁化方向とする第２の磁区Ｓ２の総面積以下であっても、出力電圧のピークＥPは、ただ一つの外部磁界Ｈ1において現れる。
【００４３】
このような出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性は、出力電圧のピークＥPを含む外部磁界の区間で非線形であり、出力電圧のピークＥPから外れた区間で線形である。出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性が線形であれば、出力電圧Ｅmiから外部磁界Ｈを一義的に導き出すことができる。
【００４４】
また、出力電圧のピークＥPが現れる外部磁界Ｈ1は、バイアス磁界Ｈbにより変化させることができる。ゼロバイアス磁界（Ｈb＝０）であるとき、出力電圧のピークＥPが現れる外部磁界Ｈ0と、バイアス磁界Ｈbを印加したとき、出力電圧のピークＥPが現れる外部磁界Ｈ1との間隔（｜Ｈ1−Ｈ0｜）は、印加するバイアス磁界Ｈbが大きいほど大きくなる。
【００４５】
第１の磁区Ｓ１の総面積が第２の磁区の総面積以下であれば、出力電圧Ｅmiの外部磁界依存性は、出力電圧のピークＥPが一つしかないので、非線形区間が狭い。よって、検出する外部磁界の範囲から非線形区間を排除して、外部磁界の大きさに対する出力電圧Ｅmiの線形性を確保するために必要なバイアス磁界Ｈbは、薄膜磁石３等を用いて得ることができる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子は、図３に示すように、ガラス等非磁性材料からなる基板（図示せず）上に、軟磁性材料の薄膜からなる感磁部１１が形成されている。感磁部１１は、第１の実施の形態と同様な微結晶軟磁性合金薄膜であり、成膜方法も第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
感磁部１１は、直線状の検出部１１ａを複数有し、検出部１１ａは、それぞれ同一寸法であり、平行に並設されている。接続部１１ｂは、各検出部１ａの長手方向（図３中、ｘ方向）端部から、検出部１１ａと同等な幅で円弧状に延出されて、互いに隣り合う検出部１１ａ間を連結している。このような円弧状の接続部１１ｂは、ほとんどの部分において、検出部１１ａの長手方向と直交する方向（図３中、ｙ方向）に対して傾斜しており、検出部１１ａの長手方向と直交するのは、円弧状の頂部のみである。
【００４８】
このように、感磁部１１は、検出部１１ａが接続部１１ａにより電気的に直列接続され、Ｓ字状パターンとなっている。なお、接続部１１ｂの長さ、及び面積は、検出部１１ａの長さ、及び面積と比べて、十分短く、小さいものとなっている。
【００４９】
また、感磁部１１には検出部１１ａの幅方向に誘導磁気異方性が導入され、検出部１１ａの長手方向に生じる形状磁気異方性と拮抗している。検出部１１ａの磁区構造は、図１（ｂ）に示す第１の実施の形態における検出部１ａの磁区構造と同様に、検出部１１ａの幅方向を磁化方向とする第１の磁区Ｓ１と、検出部１１ａの長手方向の磁化方向とする第２の磁区Ｓ２の総面積が拮抗しており、検出部１１ａは、磁気的にほぼ等方性となっている。
【００５０】
接続部１１ｂの磁区構造は、接続部１１ｂの面積に比べて検出部１１ａの面積が十分大きいので、検出部１１ａの磁区構造に影響されて、検出部１１ａと同様、磁気的に、ほぼ等方性となっている。また、接続部１１ｂが等方的にならない場合であっても、検出部１１ａよりも面積が十分小さいので、その影響を小さくすることができる。
【００５１】
良導電材料の薄膜からなる一対の電極部１２は、基板上で感磁部１１の両端に配設されて、感磁部１１に接続されている。
【００５２】
感磁部１１は、絶縁膜（図示せず）により覆われている。Ｃｏ−Ｐｔ合金等の硬磁性材料の薄膜からなる磁石１３（以下、薄膜磁石）は、絶縁膜を介して、全ての検出部１１ａを覆っている。このとき、薄膜磁石１３は、検出部１１ａのほぼ全長に至って形成されている。この磁石１３は、検出部１１ａの長手方向（ｙ方向）にバイアス磁界Ｈbを付与している。
【００５３】
なお、図３では、感磁部１１を検出部１１ａを３個有するものとして説明したが、感磁部１１は、検出部１１ａを２個有するＵ字状であっても良いし、検出部１１ａが４個以上であっても良い。
【００５４】
なお、図３では接続部１１ｂを円弧状としたが、図４に示す感磁部２１のように、直線状の検出部２１ａを複数有し、検出部２１ａは互いに平行であるように並設されて、隣り合う検出部２１を接続する接続部２１ｂがＶ字状であっても良い。また、図５に示す感磁部３１のように、直線状の検出部３１ａを複数有し、検出部３１ａは互いに平行に並設されて、隣り合う検出部３１ａの端部の位置が、検出部３１ａの長手方向に関してずれており、隣り合う検出部３１ａを接続する接続部３１ｂが、検出部の長手方向に対して傾斜する直線状であっても良い。
【００５５】
なお、図３では、検出部１１ａを同一寸法として示したが、検出部１１ａは、必ずしも同一寸法でなくても良い。図４、図５の検出部２１ａ、３１ａについても同様である。
【００５６】
なお、バイアス磁界印加手段は、第１の実施の形態と同様、薄帯状の磁石や、薄板状の磁石でもよい。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の駆動方法について説明する。
上記第２の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子は、電極部１２に発振回路が接続され、数ＭＨｚ帯域の交流電流が感磁部１１に印加される。感磁部１１に印加された交流電流ＩACは、検出部１１ａを検出部１１ａの長手方向（ｘ方向）に流れる。
【００５８】
接続部１１ｂを流れる交流電流ＩACは、接続部１１ｂの形状に沿って、円弧状に流れる。このとき、接続部１１ｂの各部分における交流電流ＩACの向きは、殆どの部分において、検出部１１ｂの長手方向と直交する方向に対して連続的に変化している。接続部１１ｂを流れる交流電流ＩACが、検出部１１ｂの長手方向と直交するのは、円弧状の頂部のみである。
【００５９】
また、一対の電極部２間に検波回路が接続され、一対の電極部２間の出力電圧Ｅmiを、検波回路により得る。
【００６０】
感磁部１に外部磁界Ｈが印加されると、感磁部１には、外部磁界Ｈによる磁気インピーダンス効果が生じる。
【００６１】
外部磁界Ｈの方向が検出部１１ａの長手方向と一致するとき、検出部１ａに生じる磁気インピーダンス効果の大きさ｜Ｚ｜は、前述の（数１）のように表すことができる。そして、一対の電極部１２間の出力電圧Ｅmiから、検出部１１ａ長手方向の外部磁界Ｈを導き出すことができる。
【００６２】
一方、外部磁界Ｈの方向が検出部１１ａの長手方向と直交するとき、外部磁界Ｈは、検出部１１ａの長手方向、即ち検出部１１ａを流れる交流電流ＩACの方向に成分をもたないので、検出部１１ａに磁気インピーダンス効果が生じない。以下、外部磁界Ｈの方向が検出部１１ａの長手方向と直交するときを考える。
【００６３】
このとき、接続部１１ｂにおいて、交流電流ＩACの向きは、円弧状の頂部のみで外部磁界Ｈ方向と一致して、他の殆どの部分で外部磁界Ｈの方向に対して、連続的に変化している。
【００６４】
このように、交流電流ＩACの向きが外部磁界の方向から傾斜している部分では、交流電流ＩAC方向が外部磁界Ｈ方向と一致するときに比べて、外部磁界の交流電流ＩAC方向成分が小さい。よって、交流電流ＩACの向きが外部磁界の方向と交叉している部分に生じる磁気インピーダンス効果は、交流電流ＩAC方向が外部磁界Ｈ方向と一致するときに生じる磁気インピーダンス効果よりも小さくなる。
【００６５】
よって、外部磁界Ｈが検出部１１ａの長手方向と直交するとき、接続部１１ｂが円弧状であれば、接続部１１ｂにおいて生じる磁気インピーダンス効果の大きさが小さいので、外部磁界Ｈの変化によっても、出力電圧Ｅmiはほとんど変化しない。よって、検出部１１ａ長手方向の外部磁界に関する指向性が優れた磁気インピーダンス効果素子とすることができる。
【００６６】
また、図４のようなＶ字状の接続部２１ｂや、図５に示すような直線状の接続部３１ｂであっても、検出部２１ａ、３１ａの長手方向の外部磁界に関する指向性が優れたものとなる。
【００６７】
円弧状である接続部１１ｂと、Ｖ字状、直線状である接続部２１ｂ、３１ｂを比較すると、円弧状である接続部１１ｂは、主な部分において検出部１ａの長さ方向と直交する方向に対する傾斜が大きく、しかも短い長さで検出部１１ａ間を接続することができる。よって、円弧状の接続部１１ｂでは、外部磁界Ｈが検出部１１ａの長さ方向と直交するとき、接続部１１ｂに生じる磁気インピーダンス効果が小さいので、検出部１１ａ長手方向の外部磁界に関する指向性が、より優れてる。
【００６８】
第２の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感度、出力電圧の外部磁界依存性は、第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
（実施例）
図６は、本発明の第１の実施の形態の実施例である磁気インピーダンス効果素子について、出力電圧の外部磁界依存性を示すグラフである。
実施例の形状は、第１の実施の形態と同様であり、３ｍｍ×１ｍｍ大きさの結晶化ガラス基板上に感磁部１が形成されており、感磁部１１は、３個の検出部１ａを有するつづら折れ状であり、検出部１ａの長さが２ｍｍ、検出部１ｂの幅が３６．８μｍであり、検出部１ａ間の間隔が、１５０μｍである。
【００７０】
また、感磁部１の材料は、Ｆｅ71.4Ｓｉ13.1Ａｌ5.8Ｈｆ3.3Ｃ4.5Ｒｕ1.9なる組成で表され、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒と、Ｈｆの炭化物の結晶粒を主体として、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り、感磁部１の厚さは、３．８μｍである。
【００７１】
実施例では、バイアス磁界を印加しておらず（Ｈb＝０）、図６に示す出力電圧の外部磁界依存性において、外部磁界の方向が検出部１ａの長手方向であるとき、出力電圧のピークは、外部磁界が０であるときに現れる。
【００７２】
また、外部磁界の方向が検出部１ａの幅方向であるとき、出力電圧は外部磁界により変化して、出力電圧のピークは外部磁界が０であるときに現れる。出力電圧の外部磁界に対する変化率は、外部磁界の方向が検出部１ａの長手方向である方が、外部磁界が検出部１ｂの幅方向であるときよりも大きい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、直線状である感磁部が平行に並設されるとともに、各検出部間は、接続部により電気的に直列接続されており、検出部の幅方向を磁化方向とする第１の磁区の総面積が、検出部の長手方向を磁化方向とする第２の磁区の総面積以下である。
このような磁気インピーダンス効果素子では、長い感磁部を短い区間内に形成することができるので、小型にすることができ、高出力、且つ高感度である。さらに、検出部の幅方向を磁化方向とする第１の磁区の総面積が、検出部の長手方向を磁化方向とする第２の磁区の総面積以下であるので、出力電圧の外部磁界依存性は非線形である区間が狭くなる。このような出力電圧の外部磁界依存性では、検出する外部磁界の範囲から非線形区間を排除して、外部磁界の大きさに対する出力電圧の線形性を確保するために必要なバイアス磁界が小さい。よって、このような磁気インピーダンス効果素子では、小さなバイアス磁界によっても、出力電圧から外部磁界を一義的に導くことが可能であるから、バイアス磁界印加手段として薄型磁石を用いることによって、磁気インピーダンス効果素子の薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気インピーダンス効果素子の第１の実施の形態における構造を示す説明図と、本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁区構造を示す説明図。
【図２】本発明の磁気インピーダンス効果素子の出力電圧の外部磁界依存性を模式的に示す説明図。
【図３】本発明の磁気インピーダンス効果素子の第２の実施の形態における構造を示す説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態における他の構造を示す説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における他の構造を示す説明図。
【図６】本発明の実施例での出力電圧の外部磁界依存性。
【図７】従来の磁気インピーダンス効果素子における出力電圧の外部磁界依存性を示すグラフ
【図８】従来の磁気インピーダンス効果素子を示す説明図。
【符号の説明】
１、１１、２１  感磁部
１ａ、１１ａ、２１ａ  検出部
１ｂ、１１ｂ、２１ｂ  接続部
２、１２、２２  電極部
３、１３、２３  薄膜磁石（磁石）
【図１】
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【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】
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【図８】
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