(57)【要約】【課題】インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)の使用量を低減して磁気センサを廉価にしつつ磁気センサの感度の低下を抑制する。【解決手段】基材１０の一方の主面１０ｓ上に形成された半導体膜１１からなる感磁体を含む、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０と、第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間に位置する磁性体部材１３０と、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０にバイアス磁界を印加するバイアス磁石１４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面上に感磁体となりうる半導体膜が形成された基板を分割し、前記感磁体を含む、第１感磁素子および第２感磁素子を形成する工程と、
前記第１感磁素子と前記第２感磁素子との間に磁性体部材が位置するように、前記第１感磁素子、前記第２感磁素子および前記磁性体部材を配置する工程と、
前記第１感磁素子および前記第２感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石を配置する工程とを備える、磁気センサの製造方法。
【請求項２】
前記基板と前記磁性体部材とが、互いに同じ磁性体材料で構成されている、請求項１に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３】
前記半導体膜が、インジウムアンチモナイトで構成されている、請求項１または請求項２に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項４】
基材の一方の主面上に形成された半導体膜からなる感磁体を含む、第１感磁素子および第２感磁素子と、
前記第１感磁素子と前記第２感磁素子との間に位置する磁性体部材と、
前記第１感磁素子および前記第２感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石とを備える、磁気センサ。
【請求項５】
前記基材と前記磁性体部材とが、互いに同じ磁性体材料で構成されている、請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記半導体膜が、インジウムアンチモナイトで構成されている、請求項４または請求項５に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗素子を備える磁気センサを開示した先行文献として、特開平８−１０５９５０号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された磁気センサにおいては、基板上に形成されたインジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)からなる半導体膜がパターニングされて、２つの磁気抵抗素子が互いに間隔をあけて形成されている。インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)は、感磁体として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０５９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)からなる半導体膜をパターニングして磁気抵抗素子を形成する場合、インジウムアンチモナイトの使用量における、感磁体として機能するインジウムアンチモナイトの割合が低い。インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)は、高価な材料であるため、インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)の使用量を少なくして磁気センサを廉価にしつつ磁気センサの感度の低下を抑制することが求められている。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)の使用量を低減して磁気センサを廉価にしつつ磁気センサの感度の低下を抑制できる、磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づく磁気センサの製造方法は、一方の主面上に感磁体となりうる半導体膜が形成された基板を分割し、感磁体を含む、第１感磁素子および第２感磁素子を形成する工程と、第１感磁素子と第２感磁素子との間に磁性体部材が位置するように、第１感磁素子、第２感磁素子および磁性体部材を配置する工程と、第１感磁素子および第２感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石を配置する工程とを備える。
【０００７】
本発明に基づく磁気センサの製造方法の一形態においては、基板と磁性体部材とが、互いに同じ磁性体材料で構成されている。
【０００８】
本発明に基づく磁気センサの製造方法の一形態においては、半導体膜が、インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)で構成されている。
【０００９】
本発明に基づく磁気センサは、基材の一方の主面上に形成された半導体膜からなる感磁体を含む、第１感磁素子および第２感磁素子と、第１感磁素子と第２感磁素子との間に位置する磁性体部材と、第１感磁素子および第２感磁素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石とを備える。
【００１０】
本発明に基づく磁気センサの一形態においては、基材と磁性体部材とが、互いに同じ磁性体材料で構成されている。
【００１１】
本発明に基づく磁気センサの一形態においては、半導体膜が、インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)で構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)の使用量を低減して磁気センサを廉価にしつつ磁気センサの感度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える、第１感磁素子、第２感磁素子および磁性体部材を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。
【図３】図２の第１感磁素子をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図４】研磨されたインジウムアンチモナイド基板の他方の主面を基板の一方の主面に貼り付けた状態を示す側面図である。
【図５】第１感磁素子、第２感磁素子および磁性体部材を配置した状態を示す側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。
【図７】バイアス磁界の磁界強度と、強磁性体および非磁性体に対する磁気センサの出力との関係示すグラフである。
【図８】Ｘ軸方向におけるバイアス磁界の磁界強度分布を示すグラフである。
【図９】比較例の磁気センサの感度と本実施形態に係る磁気センサの感度とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る磁気センサおよびその製造方法について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える、第１感磁素子、第２感磁素子および磁性体部材を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。図３は、図２の第１感磁素子をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【００１６】
図１〜図３に示すように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１００は、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０と、磁性体部材１３０と、バイアス磁石１４０とを備える。
【００１７】
第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０の各々は、基材１０の一方の主面１０ｓ上に形成された半導体膜１１からなる感磁体を含む。第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０とは、Ｘ軸方向において互いに間隔をあけて配置されている。磁性体部材１３０は、第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間に位置している。バイアス磁石１４０は、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０にバイアス磁界を印加する。
【００１８】
本実施形態においては、第１感磁素子１１０、第２感磁素子１２０、磁性体部材１３０およびバイアス磁石１４０は、樹脂製のケース１７０に収容されている。樹脂製のケース１７０には、金属製のカバー１８０が取り付けられている。第１感磁素子１１０、第２感磁素子１２０および磁性体部材１３０は、ケース１７０とカバー１８０とに囲まれた空間に配置されている。
【００１９】
磁気センサ１００は、第１感磁素子１１０と電気的に接続される第１端子１６１と、第２感磁素子１２０と電気的に接続される第２端子１６２と、第１感磁素子１１０と第１端子１６１とを互いに接続する第１接続部材１５１と、第２感磁素子１２０と第２端子１６２とを互いに接続する第２接続部材１５２とをさらに備える。
【００２０】
第１接続部材１５１および第２接続部材１５２の各々は、たとえば、ワイヤボンディング用のワイヤである。第１端子１６１および第２端子１６２の各々は、ケース１７０からＺ軸方向の他方側に引き出されている。
【００２１】
バイアス磁石１４０は、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０と対向している。バイアス磁石１４０による磁束は、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０を主にＺ軸方向に通過する。
【００２２】
バイアス磁石１４０の材料として、等方性フェライト、異方性フェライト、サマリウムコバルト、アルニコまたはネオジムなどを用いることができる。バイアス磁石１４０の材料として、異方性フェライト、サマリウムコバルトまたはネオジムを用いた場合、バイアス磁石１４０の保磁力を大きくできるため、バイアス磁石１４０の磁気特性の安定性を高めることができる。バイアス磁石１４０は、焼結磁石またはボンド磁石で構成されていてもよい。
【００２３】
以下、第１感磁素子１１０、第２感磁素子１２０および磁性体部材１３０について詳細に説明する。
【００２４】
第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０の各々は、Ｙ軸方向に沿って設けられている。基材１０は、フェライトなどの磁性体材料で構成されている。
【００２５】
第１感磁素子１１０は、複数の単位感磁体１１１、および、複数の単位感磁体１１１において互いに隣り合う単位感磁体１１１同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体１１１を直列に接続する複数の接続導体１１２を含む。第１感磁素子１１０のＹ軸方向の一方の端部に接続端子１１３が設けられている。第１感磁素子１１０のＹ軸方向の他方の端部に接続端子１１４が設けられている。
【００２６】
第２感磁素子１２０は、複数の単位感磁体１２１、および、複数の単位感磁体１２１において互いに隣り合う単位感磁体１２１同士の間に１つずつ配置されて複数の単位感磁体１２１を直列に接続する複数の接続導体１２２を含む。第２感磁素子１２０のＹ軸方向の一方の端部に接続端子１２３が設けられている。第２感磁素子１２０のＹ軸方向の他方の端部に接続端子１２４が設けられている。
【００２７】
図３に示すように、基材１０上に半導体膜１１が形成されており、半導体膜１１上に導電体層１２がパターニングされて設けられている。半導体膜１１の電気抵抗が導電体層１２の電気抵抗より高いため、半導体膜１１上に導電体層１２が設けられている部分においては、電流は主に導電体層１２を流れる。
【００２８】
半導体膜１１において導電体層１２に覆われていない部分が単位感磁体１１１，１２１となり、半導体膜１１において導電体層１２に覆われている部分が接続導体１１２，１２２または接続端子１１３，１１４，１２３，１２４となる。導電体層１２は、アルミニウムなどの電気伝導率の高い金属で構成されている。導電体層１２は、蒸着装置などを用いて形成されている。
【００２９】
半導体膜１１は、インジウムアンチモナイド(ＩｎＳｂ)で構成されている。半導体膜１１は、後述するインジウムアンチモナイド基板１１ｍの一部で構成されている。具体的には、半導体膜１１は、一方の主面に後述する導電体層１２ｍが蒸着により形成されたインジウムアンチモナイド基板１１ｍの他方の主面を研磨して薄膜化することにより形成されている。
【００３０】
ここで、本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法について説明する。
図４は、研磨されたインジウムアンチモナイド基板の他方の主面を基板の一方の主面に貼り付けた状態を示す側面図である。図４に示すように、研磨されたインジウムアンチモナイド基板１１ｍの他方の主面が、基板１０ｍの一方の主面１０ｍｓに貼り付けられる。インジウムアンチモナイド基板１１ｍの一方の主面には、導電体層１２ｍが形成されている。
【００３１】
本実施形態においては、ダイサーなどを用いて、図４に示すカットラインＣに沿って、一方の主面１０ｍｓ上に感磁体となりうる半導体膜が形成された基板１０ｍを分割することにより、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０を形成する。
【００３２】
すなわち、研磨されたインジウムアンチモナイド基板１１ｍの他方の主面が、基板１０ｍの一方の主面１０ｍｓに貼り付けられた状態で、カットラインＣに沿って、基板１０ｍ、インジウムアンチモナイド基板１１ｍおよび導電体層１２ｍを分割することにより、基材１０、半導体膜１１および導電体層１２からなる、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０を形成する。
【００３３】
次に、第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間に磁性体部材１３０が位置するように、第１感磁素子１１０、第２感磁素子１２０および磁性体部材１３０を配置する。
【００３４】
図５は、第１感磁素子、第２感磁素子および磁性体部材を配置した状態を示す側面図である。図５に示すように、第１感磁素子１１０の基材１０と、第２感磁素子１２０の基材１０とに挟まれるように、磁性体部材１３０が配置される。磁性体部材１３０は、基材と同じ、フェライトなどの磁性体材料で構成されている。
【００３５】
本実施形態においては、磁性体部材１３０は、第１感磁素子１１０の基材１０および第２感磁素子１２０の基材１０の各々と、接着剤によって接合されて一体に構成されている。なお、第１感磁素子１１０、第２感磁素子１２０および磁性体部材１３０は、必ずしも一体に構成されていなくてもよい。
【００３６】
次に、図１に示すように、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０にバイアス磁界が印加されるように、第１感磁素子１１０、第２感磁素子１２０およびバイアス磁石１４０を配置する。
【００３７】
第１感磁素子１１０の接続端子１１３は、第１接続部材１５１によって第１端子１６１に接続される。第２感磁素子１２０の接続端子１２３は、第２接続部材１５２によって第２端子１６２に接続される。第１感磁素子１１０の接続端子１１４は、第２感磁素子１２０の接続端子１２４と接続される。
【００３８】
図６は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの回路構成を示す回路図である。図６に示すように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１００においては、ハーフブリッジ回路が構成されている。具体的には、接続端子１１３には、駆動電圧が入力される。接続端子１１４と接続端子１２４との接続部から中間電位が出力される。接続端子１２３は、接地されている。
【００３９】
上記のように構成された磁気センサ１００において、図１に示すように、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０に対して、カバー１８０を間に挟んでＺ軸方向の一方側の位置を、被検出物１がＸ軸方向に通過する。
【００４０】
磁気センサ１００が被検出物１を検出する際、被検出物１に設けられている強磁性体を検出する場合と、被検出物１に設けられている非磁性体を検出する場合とがある。強磁性体としては、たとえば、酸化鉄またはフェライトなどがある。非磁性体としては、オーステナイト系のステンレス鋼などがある。
【００４１】
磁気センサ１００の出力特性としては、強磁性体および非磁性体の両方の出力が高いことが好ましい。ここで、バイアス磁界の磁界強度と、強磁性体および非磁性体に対する磁気センサの出力との関係について、シミュレーション解析を行なった実験結果について説明する。
【００４２】
図７は、バイアス磁界の磁界強度と、強磁性体および非磁性体に対する磁気センサの出力との関係示すグラフである。図７においては、縦軸に磁気センサの出力、横軸にバイアス磁界の磁界強度を示している。図７においては、強磁性体に対する磁気センサの出力を実線で、非磁性体に対する磁気センサの出力を点線で示している。
【００４３】
図７に示すように、非磁性体に対する磁気センサの出力は、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって大きくなっていた。一方、強磁性体に対する磁気センサの出力は、バイアス磁界の磁界強度がＬ１を超えるまでは、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって大きくなり、バイアス磁界の磁界強度がＬ１を超えた後は、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって小さくなっていた。バイアス磁界の磁界強度がＬ２を超えた後は、強磁性体に対する磁気センサの出力は、非磁性体に対する磁気センサの出力を下回っていた。
【００４４】
これは、バイアス磁界の磁界強度がＬ１となった時点で強磁性体が磁気飽和するとともに、バイアス磁界の磁界強度が大きくなるにしたがって磁気センサの感度が低下しているためである。したがって、強磁性体に対する磁気センサの出力低下を抑制するためには、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０に印加されるバイアス磁界の磁界強度が高くなりすぎないようにすることが必要である。
【００４５】
そこで、本実施形態に係る磁気センサ１００においては、第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間に、磁性体部材１３０を配置している。ここで、磁性体部材１３０を配置していない比較例に係る磁気センサと、本実施形態に係る磁気センサ１００とにおいて、バイアス磁界のＸ軸方向における磁界強度分布についてシミュレーション解析を行なった実験結果について説明する。
【００４６】
図８は、Ｘ軸方向におけるバイアス磁界の磁界強度分布を示すグラフである。図８においては、縦軸にバイアス磁界の磁界強度、横軸にＸ軸方向の位置を示している。図８においては、本実施形態に係る磁気センサ１００の出力を実線で、比較例に係る磁気センサの出力を点線で示している。図８中のＸ軸方向の位置Ｌ３が第１感磁素子１１０の位置であり、図８中のＸ軸方向の位置Ｌ４が第２感磁素子１２０の位置である。
【００４７】
図８に示すように、比較例に係る磁気センサにおいては、Ｘ軸方向における第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間の位置に磁性体部材１３０が配置されていないため、バイアス磁界の磁界強度は、第１感磁素子１１０の近傍で高くなった後、第２感磁素子１２０側に行くにしたがって急激に低下し、第２感磁素子１２０の近傍で再度高くなっていた。
【００４８】
一方、Ｘ軸方向における第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間の位置に磁性体部材１３０が配置されている本実施形態に係る磁気センサ１００においては、第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間の位置では、バイアス磁界の磁界強度が略一定に維持されており、比較例に係る磁気センサに比較して、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０の各々に印加されるバイアス磁界の磁界強度が低くなっていた。
【００４９】
図９は、比較例の磁気センサの感度と本実施形態に係る磁気センサの感度とを示すグラフである。図９においては、縦軸に、比較例に係る磁気センサの感度を１．０として規格化した磁気センサの感度を、横軸に、サンプル名を示している。
【００５０】
図９に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１００の感度は、比較例の磁気センサの感度に対して、約１．５倍高くなっていた。
【００５１】
上記の実験結果から確認されたように、本実施形態に係る磁気センサ１００においては、Ｘ軸方向における第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間の位置に磁性体部材１３０が配置されているため、第１感磁素子１１０および第２感磁素子１２０に印加されるバイアス磁界の磁界強度が高くなりすぎないようにすることができる。
【００５２】
その結果、バイアス磁界の磁界強度を高くして非磁性体に対する磁気センサの出力を高くしつつ、磁気センサの感度の低下を抑制して、強磁性体に対する磁気センサの出力を高く維持することができる。よって、強磁性体および非磁性体の両方に対する磁気センサ１００の出力を高くすることができる。
【００５３】
本実施形態に係る磁気センサ１００の製造方法においては、インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)からなる半導体膜をパターニングせずに分割して使用しているため、インジウムアンチモナイトの使用量における、感磁体として機能するインジウムアンチモナイトの割合を高めることができる。その結果、インジウムアンチモナイト(ＩｎＳｂ)の使用量を低減して磁気センサ１００を廉価にすることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る磁気センサ１００の製造方法においては、基板１０ｍと磁性体部材１３０とが、互いに同じ磁性体材料で構成されているため、第１感磁素子１１０と第２感磁素子１２０との間の位置においてバイアス磁界の磁界強度を略一定に維持することができる。これにより、磁気センサ１００の感度を安定させることができる。
【００５５】
本発明の一実施形態に係る磁気センサ１００は、マルチチャンネル磁気センサとして構成されていてもよい。また、磁気センサ１００は、紙幣識別装置または自動改札機などに適用可能である。
【００５６】
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
【００５７】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１  被検出物、１０  基材、１０ｍ  基板、１０ｍｓ，１０ｓ  主面、１１  半導体膜、１１ｍ  インジウムアンチモナイド基板、１２，１２ｍ  導電体層、１００  磁気センサ、１１０  第１感磁素子、１１１，１２１  単位感磁体、１１２，１２２  接続導体、１１３，１１４，１２３，１２４  接続端子、１２０  第２感磁素子、１３０  磁性体部材、１４０  バイアス磁石、１５１  第１接続部材、１５２  第２接続部材、１６１  第１端子、１６２  第２端子、１７０  ケース、１８０  カバー。
【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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