(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜層と、該磁性薄膜層に対して印加される外部磁界が印加される方向と平行にバイアス磁界を印加する薄膜からなるバイアス磁界印加手段とを備え、前記バイアス磁界印加手段が前記磁性薄膜層の両端部に接触して設けられた磁石層からな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】
前記磁性薄膜層の外部磁界が印加される方向が、磁化困難軸とされてなることを特徴とする請求項１に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項３】
前記磁性薄膜層が、磁場中でアニール又は成膜されてなることを特徴とする請求項２に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項４】
前記磁性薄膜層は、組成式がＣｏlＴａmＨｆnで表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄膜からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足することを特徴とする請求項１ないし３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５】
前記磁性薄膜層は、組成式がＦｅhＲiＯjで表され、全組織の５０％以上がアモルファス相であり、残部は平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅ結晶粒である軟磁性薄膜からなり、Ｒは希土類元素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は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の関係を満足することを特徴とする１ないし３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】
前記磁性薄膜層は、組成式が（Ｃｏ1-vＴv）xＭyＯzＸwで表され、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相と、Ｃｏと元素Ｔを主体とするｂｃｃ構造、ｆｃｃ構造の１種または２種以上の結晶粒からなる微結晶相が混在した軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｎｉのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ及び希土類元素からなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＸはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、組成比を表すｖは０≦ｖ≦０．７、ｘ、ｙ、ｚ、ｗはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部はｘであることを特徴とする１ないし３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７】
前記磁性薄膜層は、組成式がＣｏaＺｒbＮｂcで表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄膜からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、ｂ＝（０．５〜０．８）×（１００−ａ−ｂ）、ｃ＝１００−ａ−ｂの関係を満足することを特徴とする１ないし３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８】
前記薄膜磁性層は、組成式がＴ100-d-e-f-gＸdＭeＺfＱgで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は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の関係を満足することを特徴とする１ないし３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９】
前記薄膜磁性層は、組成式がＴ100-p-q-f-gＳｉpＡｌqＭeＺfＱgで 表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足することを特徴とする１ないし３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、磁気インピーダンス効果を有する素子を用いた磁気インピーダンス効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の磁気インピーダンス効果素子の磁気−インピーダンス特性の測定回路図である。また、図１３は、従来の磁気インピーダンス効果を有する（Ｆｅ６Ｃｏ９４）７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５非晶質ワイヤの磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。また、図１４は、従来の磁気インピーダンス効果素子の磁気−インピーダンス特性の他の測定回路図である。
近時、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さらに小型、高感度且つ高速応答性（高周波動作）の磁界検知素子が求められ、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】
磁気インピーダンス効果とは、ワイヤ状及びリボン状等に形成された軟磁気特性を有する磁性材料に微小高周波電流を通電し、外部磁界を印加すると、磁性材料のインピーダンスが敏感に変化する効果である。このような磁気インピーダンス効果は、磁性材料に交流電流を通電した時に、交流電流がその表面近くを流れようとする「表皮効果」に基づくものであることが知られている。
【０００４】
磁気インピーダンス効果とは、より具体的には、例えば図１２に示す閉回路において、ワイヤ状の磁気インピーダンス効果素子Ｍｉに交流電源ＥａｃからＭＨｚ帯域の交流電流Ｉａｃを通電した状態で、磁気インピーダンス効果素子Ｍｉの長手方向に外部磁界Ｈｅｘを印加すると、外部磁界Ｈｅｘが数Ｏｅ以下の微弱磁界であっても、磁器インピーダンス効果素子Ｍｉの両端に材料固有のインピーダンスによる出力電圧Ｅｍｉが発生し、その振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に対応して数十％の範囲で変化して、即ちインピーダンス変化を起こす。
【０００５】
このような磁気インピーダンス効果を有する素子（磁気インピーダンス効果素子）は、素子の長さ方向の外部磁界Ｈｅｘに感応するので、例えば磁界センサとして用いる場合などにおいて、従来のコイル巻き磁心を用いた磁束検出型の磁界検知素子などと異なり、センサヘッドの長さを１ｍｍ程度以下に小型化しても磁界検出角度が劣化せず、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ばかりでなく、数ＭＨｚ以上の励磁が可能であるため、数百ＭＨｚの高周波磁界が振幅変調のキャリアとして使用でき、従って磁界センサの遮断周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することが容易であることなどから、新しい超小型磁気ヘッドや微弱磁界検出器等としての応用が期待されている。
【０００６】
磁気インピーダンス効果を有する軟磁性材料としては、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、例えば（Ｆｅ６Ｃｏ９４）７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５の非晶質ワイヤ（毛利佳年雄ほか、「磁気インピーダンス（ＭＩ）素子」、電気学会マグネティクス研究会資料ｖｏｌ．１，ＭＡＧ−９４，Ｎｏ．７５−８４，Ｐ２７−３６，１９９４年発行）等が報告されている。このＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質ワイヤは、線径が５μｍから１２４μｍのものが用いられている。また、このＦｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系材料の磁気−インピーダンス特性は、図１３に実線で示すように、印加する正負の外部磁界Ｈｅｘ（Ｏｅ）に対する出力電圧Ｅｍｉ（ｍＶ）は、外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）を中心として略左右対称形状の特性を示す。また、図１３からわかるように、印加する外部磁界Ｈｅｘが−２Ｏｅ〜＋２Ｏｅ程度の微弱磁界の範囲内では感度がきわめて急峻に立ち上がるため、この間で定量性を得ることが困難であり、微弱磁界を検知する磁気インピーダンス効果素子としては実用的ではない。
【０００７】
また、絶対値で２Ｏｅを越える磁界領域においては、緩やかに変化しているために定量性を得ることが比較的容易であり使用可能ではある。しかし、実際の磁気インピーダンス効果素子として用いるには、外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやすくするため、数Ｏｅのバイアス磁界Ｈｂｉを印加して、磁気−インピーダンス特性の曲線を横方向（外部磁界Ｈｅｘの軸方向）にシフトさせ、例えば図１１中に点線で示したように直線的な部分が外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）の軸上に存在させる必要がある。
【０００８】
従来、図１４に示すように、磁気インピーダンス効果素子Ｍｉがワイヤ状（またはリボン状）であるため、その周囲にコイルＣを適宜巻き数だけ巻回し、このコイルＣに直流電流Ｉｄｃを流すことによりバイアス磁界Ｈｂｉを発生させて、磁気インピーダンス効果素子Ｍｉの長手方向に印加していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微小なワイヤ状（またはリボン状）の磁気インピーダンス効果素子ＭｉにコイルＣを巻回する工程が非常に煩雑となり、製造コスト高となるとともに、磁気インピーダンス効果素子ＭｉにコイルＣを巻回すると大型化し、磁気ヘッドや微弱磁界検出器等の磁気インピーダンス効果素子センサに適用した場合に小型化を阻害する。また、バイアス磁界Ｈｂｉを発生させるためにコイルＣに直流電流Ｉｄｃを流すので直流電源Ｅｄｃによる電力が必要となり、磁気インピーダンス効果素子センサの省電力化を阻害する。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、小型化・省電力化を図った磁気インピーダンス効果素子を提供することである。
【００１１】
【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、磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜層と、該磁性薄膜層に対して印加される外部磁界が印加される方向と平行にバイアス磁界を印加する薄膜からなるバイアス磁界印加手段とを備え、前記バイアス磁界印加手段が前記磁性薄膜層の両端部に接触して設けられた磁石層からなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、第４の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層の外部磁界が印加される方向が、磁化困難軸とされてなる構成とした。
【００１５】
また、第５の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層が、磁場中でアニール又は成膜されてなる構成とした。
【００１６】
また、第６の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層が、組成式ＣｏｌＴａｍＨｆｎで表され、アモルファス相を主体とし軟磁性薄膜からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足する構成とした。
【００１７】
また、第７の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層が、組成式ＦｅｈＲｉＯｊで表され、全組織の５０％以上がアモルファス相であり、残部は平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅ結晶粒である軟磁性薄膜からなり、Ｒは希土類元素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は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の関係を満足する構成とした。尚、上記組成において元素Ｒが希土類元素から選ばれる１種又は２種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。
【００１８】
また、第８の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層は、組成式が（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗで表され、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相と、Ｃｏと元素Ｔを主体とするｂｃｃ構造、ｆｃｃ構造の１種または２種以上の結晶粒からなる微結晶相が混在した軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｎｉのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ及び希土類元素からなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＸはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｐｄからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、組成比を表すｖは０≦ｖ≦０．７、ｘ、ｙ、ｚ、ｗはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部はｘである構成とした。なお、軟磁性薄膜は元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相は、全組織の５０％以上を占めることがより好ましい。
【００１９】
また、第９の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記磁性薄膜層は、組成式がＣｏａＺｒｂＮｂｃで表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄膜からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、ｂ＝（０．５〜０．８）×（１００−ａ−ｂ）、ｃ＝１００−ａ−ｂの関係を満足する構成とした。
【００２０】
また、第１０の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記薄膜磁性層は、組成式がＴ１００−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−Ｘｄ−Ｍｅ−Ｚｆ−Ｑｇで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は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の関係を満足する構成とした。なお、結晶粒以外の組織は主にアモルファス相である。
【００２１】
また、第１１の解決手段として、本発明の磁気インピーダンス効果素子は、前記薄膜磁性層は、組成式がＴ１００−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−Ｘｄ−Ｍｅ−Ｚｆ−Ｑｇで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は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の関係を満足する構成とした。なお、結晶粒以外の組織は主にアモルファス相である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、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について説明する。図１は、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を説明する図であり、同図Ａは、磁気インピーダンス効果素子の要部断面図であり、同図Ｂは、磁性薄膜層の斜視図であり、同図Ｃは、本発明の磁気インピーダンス効果素子の回路説明図である。
【００２３】
本発明者らは、磁気インピーダンス効果を有する磁性材料を薄膜化し、バイアス磁界を印加する手段をも薄膜で構成し積層させる構造により、磁気インピーダンス効果素子の小型化を実現でき、さらに特定の磁性材料を磁性薄膜層として用いることにより、微弱なバイアス磁界により適正な感度を有する磁気インピーダンス効果素子が得られることに想到した。図１に示すように、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子は、ガラス等からなる基板１の上層には、スパッタ等により設けられ、磁気インピーダンス効果を有し、室温において軟磁性（Ｓｏｆｔ  ｍａｇｎｅｔｉｓｍ）を示す強磁性体の磁性薄膜層２が設けられている。また、図１Ｂに示すように、磁性薄膜層２は、その長手方向の長さＬが２ｍｍ〜８ｍｍ、短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍ〜１ｍｍ、膜厚Ｔが２μｍとなっている。なお、図においては特に膜厚（上下）方向を誇張して記している。
【００２４】
また、Ｃｒ等からなる２つの電極層３、３は、磁性薄膜層２の両端部に磁性薄膜層２と同程度の膜厚Ｔ（２μｍ）となるようにして設けられ、交流電源（図示せず）と接続されている。また、Ｃｏ−Ｐｔ合金等の硬磁気特性を示す強磁性体からなる２つの磁石層４、４は、スパッタ等により薄膜で設けられており、磁性薄膜層２と電極層３、３との上部に跨って積層されて磁性薄膜層２に接触した状態で設けられている。
【００２５】
以上のようにして構成された磁気インピーダンス効果素子の動作時には、図１に示すように交流電源Ｅａｃからの交流電流Ｉａｃが、電極層３を介して磁性薄膜層２へ通電される。そして、検知する外部磁界Ｈｅｘが磁性薄膜層２の長手方向に印加されると、磁性薄膜層２の両端に材料固有のインピーダンスによる出力電圧Ｅｍｉが発生し、その振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に対応して変化する。この時、磁石層４、４がバイアス磁界印加手段となり、その漏れ磁界を利用したバイアス磁界Ｈｂｉを磁性薄膜層２の長手方向、即ち外部磁界Ｈｅｘが印加される方向と平行な方向に印加して、得られた磁気−インピーダンス特性の外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやすくできるようにシフトすることができる。そして、実際の磁気インピーダンス効果素子して用いた時に、定量的に信頼性が高いものとすることができる。
【００２６】
以上のようにバイアス磁界印加手段が高磁気特性を有する強磁性体からなる磁石層４、４により構成されることで、バイアス磁界Ｈｂｉを発生させる際にバイアス磁界印加手段に電流を流す必要が無く、磁気インピーダンス効果素子の省電力化を図ることができる。また、Ｃｏ−Ｐｔ合金等を用いたスパッタ等により薄膜で磁石層４、４を形成することで、磁気インピーダンス効果素子の小型化を図ることができる。
【００２７】
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について説明する。図２は、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を説明する要部断面図である。本実施の形態は第１の実施の形態とは構造が異なり、磁性薄膜層２へのバイアス磁界印加手段となり、磁性薄膜層２と同程度の膜厚Ｔとなるようにスパッタ等により薄膜で設けられた２つの磁石層４、４が、磁性薄膜層２の両端部に接触した状態で基板１上に配設されている。また、２つの電極層３、３は、磁性薄膜層２と磁石層４、４との上部に跨って積層され、磁性薄膜層２に接触した状態で設けられている。このようにすることによっても第１の実施の形態と全く同じように、磁石層４、４によりバイアス磁界Ｈｂｉが磁性薄膜層２の長手方向に印加され、得られた磁気−インピーダンス特性をシフトさせることができる。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子について説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子を説明する要部断面図である。本実施の形態においては、バイアス磁界印加手段として反強磁性材料からなる反強磁性薄膜層５を用い、軟磁気特性を備えた強磁性体であり、磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜層２との接触界面で生じる交換異方性磁界を利用して、バイアス磁界Ｈｂｉを印加する。
【００２９】
図３に示したように、ガラス等からなる基板１の上層にはスパッタ法や蒸着法等により設けられ、磁気インピーダンス効果を有し、室温において軟磁性（Ｓｏｆｔ  ｍａｇｎｅｔｉｓｍ）を示す強磁性体の磁性薄膜層２が設けられている。また、磁性薄膜層２の形状は、図１Ｂに示した第１の実施の形態と同様に、長手方向の長さＬが２ｍｍ〜８ｍｍ、短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍ〜１ｍｍ、膜厚Ｔが２μｍとなっている。
【００３０】
また、Ｆｅ−Ｍｎ合金やＮｉ−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、ＮｉＯ等からなる反強磁性薄膜層５は、磁性薄膜層２の上に直接積層されて、磁性薄膜層２と同形状の長手方向の長さＬが２ｍｍ〜８ｍｍ、短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍ〜１ｍｍで設けられており、膜厚Ｔは５μｍである。このようにすることによっても、反強磁性薄膜層５によりバイアス磁界Ｈｂｉが磁性薄膜層２の長手方向に印加され、得られた磁気−インピーダンス特性をシフトさせることができる。
【００３１】
以上第１〜第３の実施の形態で示した磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜層２は、その長手方向、即ち外部磁界Ｈｅｘが印加される方向が磁化困難軸となっていることが望ましい。外部磁界Ｈｅｘが印加される方向が磁化困難軸であると、その方向において透磁率が上昇し、印加される外部磁界Ｈｅｘに対する検知感度が上昇するためである。このような外部磁界Ｈｅｘが印加される方向に磁化困難軸が設けられた磁性薄膜層２は、磁場中でスパッタ等により成膜を行うか、又は磁場の無い（小さい）状態で成膜された後の磁性薄膜層２を高温雰囲気下の磁場中に置き、磁場中アニールすることで容易に形成される。
【００３２】
【実施例】
（実施例１）
以下に、本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いることができる磁気インピーダンス効果を有する磁性材料ごとに実施例を説明する。図４は、本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられる磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を測定するための回路説明図である。また、図５及び図６は、本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＣｏｌＴａｍＨｆｎ系アモルファス磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図であり、図５は、磁性薄膜層の短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍのものであり、図６は、磁性薄膜層の短手方向の幅Ｓが１ｍｍのものである。
【００３３】
本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられる磁性薄膜層２を形成する材料としては、組成式がＣｏｌＴａｍＨｆｎで表され、各組成比は、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係をそれぞれ満足し、アモルファス相を主体とした組織を有し、軟磁気特性を示す材料を挙げることができる。
【００３４】
本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられる磁性薄膜層２は、軟磁気特性を備えた強磁性体であることが必要である。即ち、軟磁気特性を備えた材料（軟磁性材料）は、磁気インピーダンス効果を有しているからである。また、軟磁性材料からなる磁性薄膜層２には、以下のような特性が要求される。まず、数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚ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（但し、磁気インピーダンス効果素子の用途によって、透磁率μが高い必要がある周波数帯は異なる）。これと関連して、高周波領域で透磁率μが高くなるためには、比抵抗ρが大きくなければならない。そして、外部磁界Ｈｅｘにより軟磁性材料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。
【００３５】
まず、ＣｏｌＴａｍＨｆｎ系の磁性薄膜層２を作製し、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ及び磁歪定数λを求めた。磁性薄膜層２は、入力電力２００Ｗの高周波スパッタ装置に４インチ径のＣｏｌＴａｍＨｆｎ系合金ターゲットを配設すると共に、５×１０−３ＴｏｒｒのＡｒガス圧下でスパッタを行って、ガラスからなる基板１上に成膜した。また、磁性薄膜層２は、長手方向の長さＬが２、４、６、８ｍｍ、短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍ又は１ｍｍの長方形状に形成し、膜厚Ｔが約２μｍとなるようにスパッタ時間を調整して成膜した。次いで、真空加熱炉内に磁性薄膜層２が成膜された基板１を置き、磁場中で５００℃、６０分間保持した後に徐冷してアニール処理を行って、磁性薄膜層２の長手方向が磁化困難軸となるようにした。
【００３６】
ＣｏｌＴａｍＨｆｎ系の磁性薄膜層２においては、その飽和磁束密度ＢｓはＣｏの含有率に依存しており、０．５Ｔ以上の飽和磁束密度Ｂｓを得るには少なくともＣｏの含有率が７０ａｔ％以上必要であった。また、Ｃｏの含有率が９０ａｔ％を越えると比抵抗ρが小さくなるので、Ｃｏの含有率は９０ａｔ％以下とした。
【００３７】
また、Ｔａ及びＨｆは軟磁気特性を得るための元素であり、Ｔａの含有率が５ａｔ％以上２１ａｔ％以下、Ｈｆの含有率が６ａｔ％以上１５ａｔ％以下の組成範囲内で添加することにより、飽和磁束密度Ｂｓが大きく比抵抗ρが大きい軟磁性材料とすることができた。併せて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ともなり、磁歪定数λは（Ｔａの含有量）／（Ｈｆの含有量）で表される比率に依存することが判明し、この比率が１以上２．５以下となる上述の組成範囲内で添加することにより良好に磁歪定数λを解消することができた。
【００３８】
次に、ＣｏｌＴａｍＨｆｎ系の磁性薄膜層２の磁気−インピーダンス特性を測定した。まず、図４に示すように、その長手方向の両端部にＣｒ等からなる２つの電極層３、３を磁性薄膜層２と同程度の膜厚Ｔで設け、交流電源Ｅａｃと接続した。そして、３ＭＨｚの交流電流Ｉａｃを通電した状態で、磁性薄膜層２の長手方向に外部磁界Ｈｅｘを印加し、磁気−インピーダンス特性を測定した。
【００３９】
図５には、短手方向の幅Ｓ＝０．５ｍｍに形成したＣｏ８３Ｔａ６Ｈｆ１１からなる磁性薄膜層２の磁気−インピーダンス特性を示す。このように外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）を中心に正負磁界の絶対値に依存して正負方向に略対称的に出力電圧Ｅｍｉ、即ちインピーダンスが変化（上昇）し、薄膜により構成した磁性薄膜層２は磁気インピーダンス効果を有していることがわかる。また、磁性薄膜層２の長手方向の長さＬを２、４、６、８ｍｍと変化させても、それぞれ異なる磁気−インピーダンス特性を有しており、様々なサイズの磁気インピーダンス効果素子に対応して設けることができることがわかる。また、磁性薄膜層２の長手方向の長さＬを変化させることで、検知感度や用途が異なる様々な磁気インピーダンス効果素子に対応させることができる。
【００４０】
また、図６には、短手方向の幅Ｓ＝１．０ｍｍに形成したＣｏ８３Ｔａ６Ｈｆ１１からなる磁性薄膜層２の磁気−インピーダンス特性を示す。図５と同様に、長手方向の長さＬを２、４、６、８ｍｍと変化させると、磁気−インピーダンス特性も変化している。また、図５と比較して、同じ長手方向の長さＬであっても、膜厚Ｔを２倍にすることで、磁気−インピーダンス特性の立ち上がりが緩やかになっていることがわかる。このように膜厚Ｔを変化させることによっても、磁気−インピーダンス特性を変化させることができ、サイズや検知感度、用途が異なる様々な磁気インピーダンス効果素子に対応させることができる。
【００４１】
また、図５及び図６に示したように、外部磁界Ｈｅｘの極性に関わらず、インピーダンス変化による出力電圧Ｅｍｉが緩やかに変化しているため、この緩やかに変化している部分において定量性を得やすい。
また、上述の第１〜第３の実施の形態に示したバイアス磁界印加手段により、数Ｏｅのバイアス磁界Ｈｂｉを磁性薄膜層２に印加して、磁気−インピーダンス特性の曲線を横方向（外部磁界Ｈｅｘの軸方向）にシフトさせ、外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやすくすることができる。また、印加するバイアス磁界Ｈｂｉは、２Ｏｅ程度の軽微なもので良いことがわかる。
そして、これら磁性薄膜層２に前述のバイアス磁界印加手段として、磁性薄膜２の上層に、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、Ｉｒ−Ｍｎ合金、Ｐｄ−Ｍｎ合金等の反強磁性材料からなる反強磁性薄膜層５を配設するか、磁性薄膜層２の両端部に配設されたＣｏ−Ｐｔ系合金等の硬磁性材料の薄膜からなる磁石層４、４を配設するものであるから、小型化に対応でき、製造も容易な磁気インピーダンス効果素子を得ることができる。
【００４２】
（実施例２）
図７は、本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＦｅｈＲｉＯｊ系磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。磁気インピーダンス効果を有する他の磁性薄膜層２として、組成式がＦｅｈＲｉＯｊで表され、Ｒは希土類元素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は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の関係をそれぞれ満足する軟磁気特性を示す材料を用いることができる。なお、全組織の５０％以上を占め、軟磁性薄膜は元素ＭもしくはＲの酸化物を多量に含むアモルファス相と、残部が平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅを主体とする微結晶相が混在するとより好ましい。
【００４３】
まず、上述のＦｅｈＲｉＯｊ系の磁性薄膜層２を作製し、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ及び透磁率μ（１０ＭＨｚ）を求めた。磁性薄膜層２は、入力電力４００ＷのＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、Ｆｅターゲット上にＲの各元素の各種ペレットを配置した複合ターゲットを用い、Ａｒ＋０．１〜２．０％Ｏ２の雰囲気中、５×１０−３ＴｏｒｒのＡｒ＋Ｏ２ガス圧下でスパッタを行い、ガラスからなる基板１を間接水冷しながら上に成膜した。また、磁性薄膜層２は、長手方向の長さＬが４ｍｍ、短手方向の幅Ｓが１ｍｍの長方形状に形成し、膜厚Ｔが約２μｍとなるようにスパッタ時間を調整して成膜した。次いで、真空加熱炉内に磁性薄膜層２が成膜された基板１を置き、磁場中で４００℃、１２０分間保持した後に徐冷してアニール処理を行って、磁性薄膜層２の長手方向が磁化困難軸となるようにした。その一部の測定結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
0003602988.tif 000002
【００４５】
表１より、ＦｅｈＲｉＯｊ系の磁性薄膜層２において、上述の組成範囲とすることで、飽和磁束密度Ｂｓは１．０Ｔ以上と高く、また、比抵抗ρはおよそ４００〜１０００（μΩ・ｃｍ）と大きいことがわかる。また、透磁率μに関しては、１０ＭＨｚにおいては表１に示したように数百以上と大きく、また、上述のように比抵抗ρも大きいことから、さらに高周波領域においても透磁率μが高くなることがわかる。なお、上述の組成範囲を外れると、軟磁気特性が劣化することがわかっている。このようにＦｅｈＲｉＯｊ系の磁性薄膜層２は、バランスのとれた優れた軟磁性材料であることがわかる。
【００４６】
次に、ＦｅｈＲｉＯｊ系の磁性薄膜層２の磁気−インピーダンス特性を測定した。また、磁気−インピーダンス特性の測定方法については、実施例１（図４）と同様な方法に依った。図７には、例として、Ｆｅ５５Ｈｆ１１Ｏ３４からなる磁性薄膜層２の磁気−インピーダンス特性を示す。図７から明らかなように、Ｆｅ５５Ｈｆ１１Ｏ３４からなる磁性薄膜層２は、磁気インピーダンス効果を有していることがわかる。また、外部磁界Ｈｅｘの極性に関わらず、優れた直線性を有して変化しており、２Ｏｅ程度の軽微なバイアス磁界Ｈｂｉを磁性薄膜層２に印加して、外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやすくすることができる。このようなバイアス磁界Ｈｂｉを印加する手段としては、第１〜第３の実施の形態で示したように、磁性薄膜層２の両端部に磁石層４、４を配設するか、磁性薄膜層２の上層に反強磁性薄膜層５を配設することで実現できる。
【００４７】
（実施例３）
図８は、本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられる（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗ系磁性薄膜層の周波数と透磁率との関係を示すグラフ図である。磁気インピーダンス効果を有するさらに他の磁性薄膜層２として、組成式が（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗで表され、ＴはＦｅ、Ｎｉのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ及び希土類元素からなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＸはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、組成比を表すｖは０≦ｖ≦０．７、ｘ、ｙ、ｚ、ｗはそれぞれａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係をそれぞれ満足し、残部はｘであり、これらの組成において、（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗで表される磁性薄膜層２は、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相と、Ｃｏと元素Ｔを主体とするｂｃｃ構造、ｆｃｃ構造の１種または２種以上の結晶粒からなる微結晶相が混在し、さらに、前記微結晶相には元素Ｍの酸化物を含んだ結晶構造を有し、軟磁気特性を示す材料を用いることができる。
【００４８】
上述の（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗ系の磁性薄膜層２を作製し、比抵抗ρ及び実効透磁率μ′、虚数部の透磁率μ″を求めた。磁性薄膜層２は、入力電力２００Ｗの高周波二極スパッタ装置を用いて、ＣｏターゲットにＴ及びＭの各元素の各種ペレットを配置した複合ターゲットを用い、Ａｒ＋０．１〜２．０％Ｏ２の雰囲気中、５×１０−３ＴｏｒｒのＡｒ＋Ｏ２ガス圧下でスパッタを行い、ガラスからなる基板１を間接水冷しながら、その上に成膜した。
【００４９】
（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗ系の磁性薄膜層２の比抵抗ρはおよそ１２００（μΩ・ｃｍ）以上と非常に大きく、高周波領域においても透磁率が高くなることがわかる。また、（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗ系の磁性薄膜層２の周波数に対する透磁率の関係は、図８に示すＣｏ４４．３Ｆｅ１９．１Ｈｆ１４．５Ｏ２２．１を例として説明すると、実効透磁率μ′はＧＨｚ帯まで高い値で略一定の値をとっており、虚数部の透磁率μ″も低く抑えられている。また、（実効透磁率μ′）／（虚数部の透磁率μ″）で表されるいわゆる性能係数Ｑは、周波数が１ＧＨｚ以下においては約２以上となっており、損失を低く抑えることができる範囲であるＱ≧１を確保できる。また、その他の（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗ系の磁性薄膜層２についても、５００ＭＨｚにおける実効透磁率μ′、虚数部の透磁率μ″及び性能係数Ｑを求め、表２に記載した。
【００５０】
【表２】
0003602988.tif 000003
【００５１】
表２より、５００ＭＨｚという高周波領域においても高い実効透磁率μ′を有し、性能係数Ｑも１以上となっており、（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗ系の磁性薄膜層２は損失の少ない優れた軟磁性材料であることがわかる。なお、上述の組成範囲を外れると、軟磁気特性が劣化することがわかっている。このような優れた軟磁性材料は良好な磁気インピーダンス効果を発揮するため、高感度且つ高速応答が要求される磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層２に適用することができる。
【００５２】
（実施例４）
図９は、本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＣｏａＺｒｂＮｂｃ系磁性薄膜層の磁気特性を示すグラフ図であり、同図ＡはＣｏ濃度（ａｔ％）と飽和磁束密度Ｂｓとの関係を示すグラフ図であり、同図ＢはＺｒ／Ｎｂと磁歪定数λとの関係を示すグラフ図であり、同図Ｃは１０ＭＨｚにおけるＣｏ濃度と透磁率μとの関係を示すグラフ図である。磁気インピーダンス効果を有するさらに他の磁性薄膜層２として、組成式がＣｏａＺｒｂＮｂｃで表され、各組成比は、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、ｂ＝（０．５〜０．８）×（１００−ａ−ｂ）、ｃ＝１００−ａ−ｂの関係をそれぞれ満足し、アモルファス単相もしくはアモルファス相を主体とし、軟磁気特性を示す材料を用いることができる。
【００５３】
上述のＣｏａＺｒｂＮｂｃ系の磁性薄膜層２を作製し、飽和磁束密度Ｂｓ、磁歪定数λ、比抵抗ρ及び透磁率μを求めた。磁性薄膜層２は、ＲＦコンベンショナルスパッタ装置を用いて、ＣｏターゲットにＺｒ及びＮｂの各ペレットを配置した複合ターゲットを用い、Ａｒの雰囲気中で磁場中スパッタを行って成膜した。
【００５４】
図９Ａに示すように、飽和磁束密度ＢｓはＣｏの濃度に依存し、Ｃｏの濃度が７８〜９１ａｔ％の時には飽和磁束密度Ｂｓが０．６〜１．４（Ｔ）と高い値を示す。Ｃｏの濃度が９１ａｔ％を越えると、耐食性が低下すると共にアモルファス相になりにくく結晶化し始めるので好ましくない。また、Ｃｏの濃度が７８ａｔ％未満であると、Ｃｏ同士が隣接する割合が減り軟磁気特性を示しにくくなり好ましくない。
【００５５】
また、図９Ｂに示すように、磁歪定数λはＺｒ／Ｎｂに対して直線的に変化しており、より優れた軟磁性材料としての目安である磁歪定数λ≦０．５×１０−６とするためには、０．５≦Ｚｒ／Ｎｂ≦０．８である必要がある。即ち、Ｚｒの組成比ｂ（ａｔ％）は（０．５〜０．８）×（１００−ａ−ｂ）となり、Ｎｂの組成比ｃ（ａｔ％）は残部（１００−ａ−ｂ）となる。
【００５６】
また、図９Ｃに示すように、１０ＭＨｚにおける透磁率μは、Ｃｏの濃度が７８〜９１ａｔ％の範囲内では、いずれにしても９００以上の高い値となっていることがわかる。以上のように、ＣｏａＺｒｂＮｂｃ系磁性薄膜層２は優れた軟磁性材料であり、このような優れた軟磁性材料は良好な磁気インピーダンス効果を発揮するため、高感度且つ高速応答が要求される磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層２に適用することができる。
【００５７】
（実施例５）
磁気インピーダンス効果を有するさらに他の磁性薄膜層２として、組成式がＴ１００−ｄ−ｅ−ｆ−ｇＸｄＭｅＺｆＱｇで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＸはＳｉ、Ａｌのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は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の関係をそれぞれ満足し、軟磁気特性を示す材料を用いることができる。
【００５８】
また、組成式がＴ１００−ｐ−ｑ−ｆ−ｇＳｉｐＡｌｑＭｅＺｆＱｇで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係をそれぞれ満足し、軟磁気特性を示す材料を用いることができる。
【００５９】
まず、上述のＴ１００−ｄ−ｅ−ｆ−ｇＸｄＭｅＺｆＱｇ系及びＴ１００−ｐ−ｑ−ｆ−ｇＳｉｐＡｌｑＭｅＺｆＱｇ系の磁性薄膜層２を作製した。磁性薄膜層２は、スパッタ又は蒸着等により形成でき、スパッタ装置としてはＲＦ２極スパッタ、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、３極スパッタ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存のものを用いることができる。また、磁性薄膜層２は、長手方向の長さＬが２または４ｍｍ、短手方向の幅Ｓが０．５ｍｍの長方形状に形成し、膜厚Ｔが約２μｍとなるようにスパッタ時間を調整して成膜した。
この時点において、得られた磁性薄膜層２は、成膜後はアモルファス相を主体とするものであるが、５５０〜７５０℃、２０分間保持して熱処理を行って、結晶粒の平均粒径３０ｎｍ以下の結晶組織を有するようにし、結晶組織は、ｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏの結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏの結晶粒の少なくとも一種類以上と、これらの周囲に存在する金属元素Ｍの炭化物又は窒化物の結晶粒とを主体として含むものである。この磁性薄膜層２の結晶粒の占める割合は少なくとも５０％以上であり、残部は主にアモルファス相である。
これらの実効透磁率μ（１ＭＨｚ）、保磁力Ｈｃ及び磁歪定数λを求めた結果を表３に示す。なお、これら磁性薄膜層２は、必要に応じて長手方向と直交する方向の磁場中で成膜もしくはアニールを行って、長手方向を磁化困難軸としても良い。
【００６０】
【表３】
0003602988.tif 000004
【００６１】
表３より、上述の組成範囲内のＴ１００−ｄ−ｅ−ｆ−ｇＸｄＭｅＺｆＱｇ系及びＴ１００−ｐ−ｑ−ｆ−ｇＳｉｐＡｌｑＭｅＺｆＱｇ系の磁性薄膜層２は、１ＭＨｚにおいて１５００〜５１００という高い透磁率μを有しており、また、保磁力Ｈｃも低く、併せて磁歪定数λも１０−６台と小さいことがわかる。このようにＴ１００−ｄ−ｅ−ｆ−ｇＸｄＭｅＺｆＱｇ系の磁性薄膜層２は、高感度且つ高速応答が要求される磁気インピーダンス効果素子に好ましく適用できる優れた軟磁性材料であることがわかる。
【００６２】
次に、Ｔ１００−ｐ−ｑ−ｆ−ｇＳｉｐＡｌｑＭｅＺｆＱｇ系の磁性薄膜層２の磁気−インピーダンス特性を、実施例１（図４）と同様な方法で測定した。図１０、図１１には、例として、それぞれ長手方向の長さＬが２、４ｍｍ、幅Ｓは０．５ｍｍ、膜厚Ｔは２μｍであるＦｅ７１．４Ｓｉ１３．１Ａｌ５．８Ｈｆ３．３Ｃ４．５Ｒｕ１．９からなる磁性薄膜層２の磁気インピーダンス特性を示す。なお、この例の磁性薄膜層２は、磁場中にて成膜し、成膜後、磁性薄膜層２の長手方向が磁化困難軸となるように、長手方向と直交する方向の磁場中にて、５７５℃で３０分間アニールしたものである。
図１０、図１１から明らかなように、Ｆｅ７１．４Ｓｉ１３．１Ａｌ５．８Ｈｆ３．３Ｃ４．５Ｒｕ１．９からなる磁性薄膜層２は、磁気インピーダンス効果を有していることがわかる。また、磁性薄膜層２の長手方向の長さＬを２、４ｍｍと変化させても、それぞれ異なる磁気−インピーダンス特性を有しており、様々なサイズの磁気インピーダンス効果素子に対応して設けることができることがわかる。また、磁性薄膜層２の長手方向の長さＬを変化させることで、検知感度や用途が異なる様々な磁気インピーダンス効果素子に対応させることができる。
【００６３】
また、図１０及び図１１に示したように、  外部磁界Ｈｅｘの極性に関わらず、インピーダンス変化による出力電圧Ｅｍｉが緩やかに変化しているため、この緩やかに変化している部分において定量性を得やすい。また、上述の第１〜第３の実施の形態に示したバイアス磁界印加手段により数Ｏｅのバイアス磁界Ｈｂｉを印加して、磁気−インピーダンス特性の曲線を横方向（外部磁界Ｈｅｘの軸方向）にシフトさせ、外部磁界Ｈｅｘ＝０（Ｏｅ）付近における出力を取りやすくすることができる。また、印加するバイアス磁界Ｈｂｉは、２Ｏｅ程度の軽微なもので良いことがわかる。
そして、これら磁性薄膜層２に前述のバイアス磁界印加手段として、磁性薄膜２の上層に、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、Ｉｒ−Ｍｎ合金、Ｐｄ−Ｍｎ合金等の反強磁性材料からなる反強磁性薄膜層５を配設するか、磁性薄膜層２の両端部に配設されたＣｏ−Ｐｔ系合金等の硬磁性材料の薄膜からなる磁石層４、４を配設するか、ものであるから、小型化に対応でき、製造も容易な磁気インピーダンス効果素子を得ることができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、磁気インピーダンス効果を有する磁性薄膜層と、磁性薄膜層に対して印加される外部磁界が印加される方向と平行にバイアス磁界を印加する薄膜からなるバイアス磁界印加手段とを備えてなることにより、磁気インピーダンス効果素子にコイルを巻回せずにバイアス磁界を印加できるため、磁気インピーダンス効果素子の小型化を図ることができる。
【００６５】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、バイアス磁界印加手段が、磁性薄膜層の両端部に接触して設けられた磁石層からなることにより、バイアス磁界を発生させるために電流を流す必要がなく、磁気インピーダンス効果素子の省電力化を実現することができる。
【００６６】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、バイアス磁界印加手段が、磁性薄膜層に積層して設けられた硬磁性薄膜層又は反強磁性薄膜層からなることによっても、バイアス磁界を発生させるために電流を流す必要がなく、磁気インピーダンス効果素子の省電力化を実現することができる。
【００６７】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、磁性薄膜層の外部磁界が印加される方向が、磁化困難軸とされてなることにより、その方向において透磁率が上昇し、印加される外部磁界に対する磁気インピーダンス効果素子の検知感度を上昇させることができる。
【００６８】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、磁性薄膜層が、磁場中でアニール又は成膜されてなることにより、外部磁界Ｈｅｘが印加される方向に磁化困難軸が設けられた磁性薄膜層を容易に形成することができる。
【００６９】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、磁性薄膜層は、組成式がＣｏｌＴａｍＨｆｎで表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄膜からなり、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足することにより、磁気−インピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層として用いることができる。
【００７０】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、組成式がＦｅｈＲｉＯｊで表され、全組織の５０％以上がアモルファス相であり、残部は平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅ結晶粒である軟磁性薄膜からなり、Ｒは希土類元素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は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の関係を満足することによっても、磁気−インピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素子センサの磁性薄膜層として用いることができる。尚、上記組成の軟磁性薄膜において、元素Ｒが希土類元素から選ばれる１種又は２種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。
【００７１】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、磁性薄膜層は、組成式が（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗで表され、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ｂｃｃ構造、ｆｃｃ構造の１種または２種以上の結晶粒からなる微結晶層が混在した軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｎｉのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ及び希土類元素からなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＸはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｐｄからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、組成比を表すｖは０≦ｖ≦０．７、ｘ、ｙ、ｚ、ｗはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部はｘであることによっても、磁気−インピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層として用いることができる。
【００７２】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、磁性薄膜層は、組成式がＣｏａＺｒｂＮｂｃで表され、アモルファス相を主体とした軟磁性薄膜からなり、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、ｂ＝（０．５〜０．８）×（１００−ａ）、ｃ＝１００−ａ−ｂの関係を満足することによっても、磁気−インピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層として用いることができる。
【００７３】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、薄膜磁性層は、組成式がＴ１００−ｐ−ｑ−ｆ−ｇＳｉｐＡｌｑＭｅＺｆＱｇで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足することによっても、磁気−インピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層として用いることができる。
【００７４】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子によれば、薄膜磁性層は、組成式がＴ１００−ｐ−ｑ−ｆ−ｇＳｉｐＡｌｑＭｅＺｆＱｇで表され、平均結晶粒径が３０ｎｍ以下のｂｃｃ構造のＦｅの結晶粒、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ結晶粒、ｆｃｃ構造のＣｏ結晶粒のいずれか一つ、もしくはこれらが混合した状態からなる組成が全組成の５０％以上を占める軟磁性薄膜からなり、ＴはＦｅ、Ｃｏのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ＺはＣ、Ｎのいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、ＱはＣｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｐ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足することによっても、磁気−インピーダンス特性の優れた軟磁気特性を有する磁性材料を得ることができ、高い感度の磁気インピーダンス効果素子の磁性薄膜層として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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を説明する図である。
【図２】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を説明する要部断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子を説明する要部断面図である。
【図４】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられる磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を測定するための回路説明図である。
【図５】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＣｏｌＴａｍＨｆｎ系磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。
【図６】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＣｏｌＴａｍＨｆｎ系磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。
【図７】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＦｅｈＲｉＯｊ系磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。
【図８】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられる（Ｃｏ１−ｖＴｖ）ｘＭｙＯｚＸｗ系磁性薄膜層の周波数と透磁率との関係を示すグラフ図である。
【図９】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＣｏａＺｒｂＮｂｃ系磁性薄膜層の磁気特性を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＦｅ７１．４Ｓｉ１３．１Ａｌ５．８Ｈｆ３．３Ｃ４．５Ｒｕ１．９からなる磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の磁気インピーダンス効果素子に用いられるＦｅ７１．４Ｓｉ１３．１Ａｌ５．８Ｈｆ３．３Ｃ４．５Ｒｕ１．９からなる磁性薄膜層の磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。
【図１２】従来の磁気インピーダンス効果素子の磁気−インピーダンス特性の測定回路図である。
【図１３】従来の磁気インピーダンス効果を有する（Ｆｅ６Ｃｏ９４）７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５非晶質ワイヤの磁気−インピーダンス特性を示すグラフ図である。
【図１４】従来の磁気インピーダンス効果素子の磁気−インピーダンス特性の他の測定回路図である。
【符号の説明】
１  基板
２  磁性薄膜層
３  電極層
４  磁石層
５  反強磁性薄膜層
Ｅａｃ  交流電源
Ｈｅｘ  外部磁界
Ｅｍｉ  出力電圧
Ｈｂｉ  バイアス磁界
Ｌ  磁性薄膜層２の長手方向の長さ
Ｓ  磁性薄膜層２の短手方向の幅
Ｔ  磁性薄膜層２の膜厚
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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