(57)【要約】軟磁性膜の第１の磁性コアと、磁路に垂直な断面の面積が部分的に小さくなされた第２の磁性コアとの間に導体線を挟み磁気検出素子を構成し、導体線に直流バイアス磁界を生じさせる直流電流と高周波のキャリア信号を流す。直流電流は、前記第２の磁性コアの断面積の小さい部分が、適正直流バイアス磁界強度になるように選定される。この磁気検出素子を外部磁界中におくと、外部磁界強度により直流バイアス磁界強度が変化し、導体線のキャリア信号レベルが変化する。キャリア信号レベルの変化は電気信号の変化として取り出され、磁界の強さと方向が検出される。
2003081271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアに前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア
を有する磁気検出素子。
【請求項２】
磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアに前記導体線を挟んで形成された、前記導体線の縁部近傍の磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなされた軟磁性膜の第２の磁性コア
を有する磁気検出素子。
【請求項３】
軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の磁性コアより薄い軟磁性膜の第２の磁性コア
を有する磁気検出素子。
【請求項４】
軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の軟磁性コアより厚い軟磁性膜の第２の磁性コア
を有する磁気検出素子。
【請求項５】
前記第１及び第２の磁性コアの少なくとも一方の幅が、前記導体線の近傍において狭くなされていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記第２の磁性コアは、前記導体線を含む領域において前記第２の磁性コアの磁路に垂直な断面の面積を減らすための凹部又は孔を有することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記導体線が絶縁膜を介して前記第１及び第２の磁性コアの間に挟まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記第１の磁性コア及び第２の磁性コアの部分的に異なる断面積の、小さい部分と大きい部分との比が３対４以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記第１及び第２の磁性コアの少なくとも一方が、前記導体線の近傍において厚さが薄くなされていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記第１の磁性コアは、前記導体線の縁部近傍の厚さが薄くなされていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１１】
前記第１及び第２の磁性コアの少なくとも一方の前記導体線を含む領域の厚さが部分的に薄くなされていることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１２】
前記導体線の周囲において前記第２の磁性コアの磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなるように溝を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１３】
前記導体線を含む領域において、前記第１の磁性コアと第２の磁性コアが絶縁層により絶縁されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１４】
前記第１の磁性コアの端部領域が２層構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１５】
前記導体線の厚さが、前記第１の磁性コア及び第２の磁性コアのいずれか一方の厚さより厚いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１６】
前記導体線の厚さが、前記第２の磁性コアの厚さより厚いことを特徴とする請求項１５記載の磁気検出素子。
【請求項１７】
前記導体線の厚さと、被検出磁界の方向に平行な方向の長さとの比（厚さ／長さ）が４分の１以上であることを特徴とする請求項１５又は１６記載の磁気検出素子。
【請求項１８】
軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、
前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、
前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した第２の磁性コア、及び
前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した第３の磁性コア
を有する磁気検出素子。
【請求項１９】
前記第２及び第３の磁性コアの磁路に垂直なそれぞれの断面の面積が部分的に異なることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２０】
前記第１及び第２の導体線が、それぞれの絶縁膜を介して前記第１、第２及び第３のそれぞれの磁性コアに接していることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２１】
前記第２及び第３の磁性コアの、断面積の小さい薄い部分の厚さと断面積の大きい厚い部分の厚さとの比が３対４以下であることを特徴とする請求項１９記載の磁気検出素子。
【請求項２２】
前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線の周辺に対向する部分の近傍が他の部分より薄くなされていることを特徴とする請求項１８に記載の磁気検出素子。
【請求項２３】
前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線に対向する部分の一部分が他の部分より薄くなされていることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２４】
前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線に対向する部分に溝を有することを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２５】
前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線の周辺領域が除去されていることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２６】
前記第１の磁性コアは、前記第２及び第３の磁性コアより薄くなされていることを特徴とする請求項１８に記載の磁気検出素子。
【請求項２７】
前記第１及び第２の導体線の厚さが、前記第２及び第３の磁性コアの厚さより厚いことを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２８】
断面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、
前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア、
前記第１及び第２の磁性コアに、被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び
前記導体線に、前記被検出磁界に直交する方向に交流電流を流す交流キャリア信号発生器
を有する磁気検出器。
【請求項２９】
軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、
前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、
前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア、
前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第３の磁性コア、
前記第１、第２及び第３の磁性コアに被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び
前記第１及び第２の導体線に前記被検出磁界に直交する方向に交流キャリア電流を流す交流キャリア信号発生器
を有する磁気検出器。
【請求項３０】
前記第１及び第２の導体線に互いに同相の交流キャリア電流を流し、前記第１の導体線と第２の導体線に互いに逆方向に直流電流を流して直流バイアス磁界を与えることを特徴とする請求項２９に記載の磁気検出器。
【請求項３１】
前記第１の導体線の一端と、前記第２の導体線の一端が接続されて第１の磁性コアを囲むコイルになされていることを特徴とする請求項２９記載の磁気検出器。
【請求項３２】
前記第１の導体線及び第２の導体線に互いに逆位相の交流キャリア電流を流し、前記第１の導体線と第２の導体線に互いに逆方向に直流電流を流して直流バイアス磁界を与えることを特徴とする請求項２９記載の磁気検出器。
【請求項３３】
非磁性基板上に形成された、略長方形の軟磁性体の膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上に、前記長方形の第１の磁性コアの長手方向に直交する方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記第１の導体線をはさんで、前記第１の磁性コアの上に形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線を直列に接続する、複数の第２の導体線
を有する磁気検出素子。
【請求項３４】
非磁性基板上に形成された、略長方形の軟磁性の膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上に、前記長方形の第１の磁性コアの長手方向に直交する方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記第１の導体線をはさんで、前記第１の磁性コアの上に形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線を直列に接続する、複数の第２の導体線
を有する複数の磁気検出素子を前記長手方向に並行して配列し、各検出素子の第１及び第２の導体線をすべて直列に接続したことを特徴とする請求項３３記載の磁気検出素子。
【請求項３５】
非磁性基板上に並行して形成された、略長方形の複数の第１の磁性コア、
前記複数の第１の磁性コアの上に、前記複数の第１の磁性コアの長手方向に垂直な方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記複数の第１の磁性コアの上に、前記第１の導体線をはさんでそれぞれ形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線のすべてを直列に接続する第２の導体線
を有する磁気検出素子。
【請求項３６】
前記第２の磁性コアの、前記第１の導体線の近傍の厚さを薄くしたことを特徴とする請求項３５記載の磁気検出素子。
【請求項３７】
前記非磁性基板上に並行に形成された略長方形の複数の第１の磁性コア及び第２の磁性コアの、両端部のものの長さを中央部のものより短くしたことを特徴とする請求項３５記載の磁気検出素子。
【請求項３８】
前記第２の導体線が、前記第２の磁性コアの上に形成された導電体の膜であることを特徴とする請求項３３から３５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項３９】
前記第１の磁性コアと第１の導体線の間、前記第１の導体線と第２の磁性コアの間及び第２磁性コアと第２の導体線の間に絶縁膜を有することを特徴とする請求項３３から３５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項４０】
非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し、第１の磁性コアを形成する工程、
前記第１の磁性コアの所定領域に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、
前記第１の磁性コアと導体線の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、第２の磁性コアを形成する工程、及び
前記第２の磁性コアの所定部分の厚さを薄くする工程
を有する磁気検出素子の製造方法。
【請求項４１】
非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し、第１の磁性コアを形成する工程、
前記第１の磁性コアの上に、非磁性かつ絶縁性の膜を所望のパターンに成膜し、第１の絶縁膜を形成する工程、
前記第１の絶縁膜の上に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、
前記導体線の上に、非磁性かつ絶縁性の膜の第２の絶縁膜を形成する工程、
前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、断面積が部分的に異なる第２の磁性コアを形成する工程、及び
前記第１の磁性コアの面の端部領域に軟磁性膜を形成して、前記第１磁性コアの端部を厚くする工程
を有する磁気検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、磁気により検出導体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子及びその製造方法に関する。
背景技術
微弱な磁気あるいは磁界を検出する磁気検出素子（磁気センサ）としては、従来から磁気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲセンサ）が知られている。ＭＲセンサでは、磁界の強さに応じてＭＲセンサの検出導体の抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用して磁界を検出する。磁気抵抗効果による検出導体の抵抗の変化は、磁界の方向を逆にした反転磁界の場合でも元の方向の磁界の場合と同じであるので、磁界の極性（Ｎ又はＳ）が検出できない。ＭＲセンサにより磁界の極性を検出するためには、ＭＲセンサにバイアス磁界を与えて、磁界による抵抗の変化が磁界の極性により異なるようにする。バイアス磁界を与えるためには、ＭＲセンサの磁極の近傍に導体を設けてその導体に直流バイアス電流を流す方式や、永久磁石を磁極の両端に配置する方式などがある。ＭＲセンサは外部磁界による導体の直流抵抗の変化により磁界を検出するので、直流抵抗の変化が磁極の磁気材料により大きく影響を受けるが、磁界の検出感度は０．１％〜３％／Ｏｅ程度でありあまり高いとはいえない。
ＭＲセンサより高い検出感度を有する磁気センサとして、「磁気インピーダンス効果」を利用するものがある。この種の磁気センサでは、軟磁性体の透磁率が磁界強度（磁束密度）により変化し、透磁率の変化により磁気回路内の導体のインダクタンスが変化し、結果としてインピーダンスが変化する現象の磁気インピーダンス効果に基づいて磁界を検出する。この種の磁気センサの典型的なものの感度は６％／Ｏｅ以上である。
以下に、磁気インピーダンス効果を利用する磁気センサの従来例について説明する。
第１の従来例の磁気センサを図３０及び図３１を参照して説明する。図３１は磁気検出装置の回路図、図３０は磁気検出装置に組み込む第１の従来例の磁気センサの断面図である。図３０を含むすべての図において、図を見やすくするため、断面にはハッチングを施していない。図３０において、２つの磁性体１及び２を張り合わせて磁極を形成し、磁性体１及び２の間に導体線１４をはさんでいる。図３０の導体線１４を図３１に示す直流電源１３２に接続し、黒点を有する丸印４で示すように紙面に垂直に奥から手前に向かう直流電流を流すと、矢印５及び６で示す磁束が磁性体１及び２に生じ、直流バイアス磁界となる。この状態で、磁気センサを矢印１００で方向を示す外部磁界（以下、外部磁界１００という）中におくと、磁性体１及び２を、それぞれ矢印７及び８で示す磁束（以下、それぞれ磁束７及び８という）が通る。磁性体１を通る磁束７は直流バイアス磁界の磁束５と同じ方向なので、導体線１４の下部を通る磁束の密度は増える。一方磁性体２を通る磁束８は、直流バイアス磁界の磁束６と方向が逆であるので、磁性体２の導体線１４の上部を通る磁束の密度は減少する。その結果、導体線１４の近傍で、磁性体１の透磁率は低下し、磁性体２の透磁率は上昇する。磁性体１及び２の透磁率の変化は、外部磁界１００の方向が逆になればそれぞれ逆になる。
第１の従来例の磁気センサでは、理論上は外部磁界１００の方向を検出することはできない。しかしながら実験では検出感度は低いが外部磁界１００の方向を検出する事ができる。その理由は以下のように推測される。すなわち、外部磁界１００の方向によって磁性体１及び２の、導体線１４近傍における透磁率が変化する。この透磁率の変化により、導体線１４のインダクタンスが変化する。導体線１４に図３１に示す高周波発振器１３１を接続して高周波電流を流すと前記インダクタンスの変化により導体線１４のインピーダンスが変化する。インピーダンスの変化により導体線１４の両端子１３４、１３７間の電圧が変化し、この電圧変化から外部磁界の強さと方向を検出することができる。
第２の従来例の磁気センサの断面図を図３２に示す。図において、非磁性体の基板９の上に、前記図３０に示す第１の従来例と同様の磁性体１及び２と導体線１４が設けられている。磁性体２を保護するために、保護膜２ａを設けている。この構成の磁気センサを直流電流が流れるコイル１０の中に挿入して直流バイアス磁界を与える。
図３３は第３の従来例の磁気センサの断面図である。図において、基板９、磁性体１及び２、導体線１４及び保護膜２ａを有する磁気センサの構成は図３２のものと同じである。第３の従来例では、永久磁石１８によって直流バイアス磁界を与えている。
図３２及び、図３３に示す磁気センサでは、直流バイアス磁界の磁束が磁性体１及び２を同じ方向に通る。図３２の磁気センサを外部磁界１００の中におくと、磁性体１及び２内の、直流バイアス磁界による磁束５及び６の方向が、外部磁界１００による磁束７及び８の方向と逆であるので、磁束５及び６の密度は減少する。その結果、磁性体１及び２の透磁率は増加し、導体線１４のインピーダンスも増加する。逆に、この磁気センサを矢印とは逆の方向の外部磁界１００中におくと、外部磁界による磁束が図の矢印７及び８とは逆の方向になり、直流バイアスによる磁束５及び６と同じ方向になる。その結果、磁束５及び６の密度は増加するので、磁性体１及び２の透磁率は減少し、導体線１４のインピーダンスも減少する。外部磁界１００の方向による、磁束５及び６の密度の増減により、前記第１の従来例と同様にして外部磁界１００の強さと方向を判別することができる。図３３に示す磁気センサにおける、外部磁界１００の方向判別の原理も図３２のものと同じである。
図３０に示す第１の従来例の磁気センサでは、外部磁界１００の方向が矢印の方向の場合と、その逆の方向の場合とでの磁束密度の変化が比較的小さく、従って導体線１４のインピーダンス変化も小さい。そのため外部磁界１００の方向の検出感度が低く、かつ外部磁界の強さの検出感度も低い。
図３２に示す第２の従来例の磁気センサでは、検出感度は高いものの、直流バイアス磁界を作るコイル７が大きくかつその消費電力も大きい。そのため小型かつ低消費電力の磁気センサを実現することはできない。
図３３に示す第３の従来例の磁気センサは、永久磁石を用いるため、バイアス磁界の強さの調整が容易ではない。また永久磁石を取り付けるため重量が増えるとともに、永久磁石の取付スペースも必要なので、磁気センサを小型軽量にすることができない。
発明の開示
本発明は、外部磁界の強さと方向を高感度で検出できる小型軽量の磁気検出素子を提供することを目的とする。
本発明の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明の磁気検出素子では、導体線に磁気バイアス用の直流電流と高周波キャリア電流を流して磁気検出器を構成する。この磁気検出器において、前記第２の磁性コアの断面積の異なる部分における磁界強度が「適正直流バイアス磁界強度」になるように、前記直流電流を設定する。適正直流バイアス磁界強度とは、磁気検出素子の第１及び第２の磁性コアを通るバイアス磁束による磁界強度と透磁率との関係を示す特性曲線において、磁界強度の変化に対する透磁率の変化が最も大きい磁界強度で定義される。第２の磁性コアの断面積の異なる部分の磁界強度を前記の適正直流バイアス磁界強度に設定することにより、外部磁界による前記断面積の異なる部分の磁界強度の変化量に対する透磁率の変化量が大きくなる。これにより磁界強度の検出感度が高い磁気検出器が得られる。透磁率の変化の方向（増加又は減少）は外部磁界の方向に応じて決まるので、透磁率の変化の方向から外部磁界の方向を検出することができる。
本発明の他の観点の磁気検出素子は、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、前記導体線の縁部近傍の磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなされた軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、前記第２の磁性コアの断面積が小さくなされた部分の磁性強度が適正直流バイアス磁界強度になるように磁気バイアス用の直流電流を設定する。この磁気検出素子を外部磁界中においたとき、外部磁界による磁性コアの磁界強度の変化により、透磁率が変化して外部磁界の強さ及び方向を検出できる。
本発明の他の観点の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の磁性コアより薄い軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、２つの磁性コアの一方を他方より薄くすることにより、薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁束の密度が高くなる。薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁界強度を適正直流バイアス磁界強度にすることにより、外部磁界の検出感度を高くすることができる。
本発明の他の観点の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の軟磁性コアより厚い軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、２つの磁性コアの一方を他方より薄くすることにより、薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁束の密度が高くなる。薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁界強度を適正直流バイアス磁界強度にすることにより、外部磁界の検出感度を高くすることができる。
本発明の他の観点の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した第２の磁性コア、及び前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した第３の磁性コアを有する。
本発明によれば、第１の導体線と、第１及び第２の磁性コアにより、１つの磁気検出素子が構成される。また第２の導体線と第１及び第３の磁性コアにより他の１つの磁気検出素子が構成される。２つの磁気検出素子が積層されているので専有面積の少ない磁気検出素子が得られる。
本発明の磁気検出器は、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。前記磁気検出器は更に、前記第１及び第２の磁性コアに被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び前記導体線に前記被検出磁界に直交する方向に交流電流を流す交流キャリア信号発生器を有する。
本発明の磁気検出器によれば、前記導体線のインピーダンスが外部磁界により変化して、導体線の両端子間のキャリア信号レベルが変化するので、この変化に基づいて外部磁界を検出することができる。
本発明の他の観点の磁気検出器は、軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した軟磁性膜の第２の磁性コア、及び前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した軟磁性膜の第３の磁性コアを有する。前記磁気検出器は更に前記第１、第２及び第３の磁性コアに被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び前記第１及び第２の導体線に前記被検出磁界に直交する方向に交流電流を流す交流キャリア信号発生器を有する。
本発明によれば、第１の導体線と、第１及び第２の磁性コアにより、１つの磁気検出素子が構成される。また第２の導体線と第１及び第３の磁性コアにより他の１つの磁気検出素子が構成される。２つの磁気検出素子が積層されているので専有面積の少ない磁気検出器が得られる。
本発明の他の観点の磁気検出素子は、非磁性体の基板上に形成された、略長方形の軟磁性体の膜の第１の磁性コア、前記第１の軟磁性コアの上に、前記長方形の第１の軟磁性コアの長手方向に直交する方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、前記第１の導体線をはさんで、前記第１の磁性コアの上に形成された第２の磁性コア、及び前記複数の第１の導体線を直列に接続した複数の第２の導体線を有する。
本発明によれば、同一基板に形成した第１及び第２の磁性コアと第１の導体線からなる磁気検出素子の複数のものの導体線を全て直列に接続している。従って、外部磁界による導体線のインピーダンス変化は、磁気検出素子の数に比例し、外部磁界の検出感度も磁気検出素子の数に比例する。
本発明の他の観点磁気検出素子は、非磁性基板上に並行して形成された、略長方形の複数の第１の磁性コア、前記複数の第１の磁性コアの上に、所定の間隔をもって、前記複数の第１の磁性コアの長手方向に垂直な方向に形成された複数の第１の導体線、前記複数の第１の磁性コアの上に、前記第１の導体線をはさんで、それぞれ形成された第２の磁性コア、及び前記複数の第１の導体線を直列に接続する第２の導体線を有する。
本発明によれば、同一基板に形成した第１及び第２の磁性コアと第１の導体線からなる磁気検出素子の複数のものの導体線を全て直列に接続している。従って、外部磁界による導体線のインピーダンス変化は、磁気検出素子の数に比例し、外部磁界の検出感度も磁気検出素子の数に比例する。
本発明の磁気検出素子の製造方法は、非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し、第１の磁性コアを形成する工程、前記第１の磁性コアの所定領域に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、前記第１の磁性コアと導体線の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、第２の磁性コアを形成する工程、及び前記第２の磁性コアの所定部分の厚さを薄くする工程を有する。
本発明によれば、磁気検出素子を薄膜形成技術で製造することができるので、磁気検出素子を安価に大量生産できる。
本発明の他の観点の磁気検出素子の製造方法は、非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し第１の磁性コアを形成する工程、前記第１の磁性コアの所定領域に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、前記第１の磁性コアと導体線の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、第２の磁性コアを形成する工程、及び前記第２の磁性コアの所定部分の厚さを薄くする工程を有する。
本発明によれば、磁気検出素子を薄膜形成技術で製造することができるので、磁気検出素子を安価に大量生産できる。
本発明の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された第１の導体線、前記第１の導体線に対して電気的絶縁を保ちつつ前記第１の導体線に並行して形成された第２の導体線及び前記第１の磁性コアに前記第１及び第２の導体線を挟んで形成され、磁路に垂直な断面の面積が部分的に小さくなされた軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、バイアス磁界用の直流電流が流れる導体線と高周波電流が流れる導体線が電気的に絶縁されているので、磁気バイアス用の直流電源の電圧及び発振回路の電源端子の電圧を、それぞれ任意の値に選定することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の磁気検出素子の好適な実施例を図１から図２９を参照して詳細に説明する。図１から図２９に含まれる磁気検出素子の断面図では、図を見やすくするために断面にハッチングを施していない。
《第１実施例》
図１の（ａ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の平面図、同（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。図１の磁気検出素子は、セラミックス等の非磁性体の基板４１の上に、軟磁性の膜による第１の磁性コア１１を帯状に形成している。磁性コア１１の中央部分に薄膜の導体線１４を形成し、磁性コア１１と導体線１４の上に軟磁性の膜による第２の磁性コア１２を形成している。すなわち磁性コア１１と磁性コア１２の間に導体線１４が挟み込まれ、導体線１４の両端部１３４、１３７は外部に導出されている。磁性コア１２は導体線１４によって生じる段部１２ａを有している。磁性コア１２の段部１２ａは他の部分より薄くなされ、厚さＬは他の部分の厚さの約１／２になされている。これにより磁性コアには、段部１２ａにおいて磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなる。段部１２ａの厚さＬを減らすために図１の（ｂ）に示すように、導体線１４の縁部１４ｃの磁性コア１１の面に対する角度θを９０度に近づけるのが望ましい。角度θを９０度に近い値にする加工は、磁性コア１１の上に導体膜を形成しフォトレジストにより導体線１４となる部分を残してエッチングするとき、レジスト膜の材質や厚さ及びエッチング条件等を適正に選定することにより可能である。またよく知られたリフトオフ工法を用いてもよい。段部１２ａの厚さＬを減らすために、磁性コア１２を形成するとき、磁性膜の成膜条件を調節して、導体線１４の縁部１４ｃに形成される磁性膜の厚さを薄くすることも可能である。
本実施例の磁気検出素子では、段部１２ａの厚さＬを減らして磁性コア１２の磁路に垂直な断面の面積を他の部分より小さくしている。薄膜形成技術では、導体線１４の縁部１４ｃの近傍で厚さＬを減らすのが最も簡単であり加工コストも安い。磁性コア１２の段部１２ａの厚さＬと、磁性コア１２の他の部分との厚さの比は３対４以下であるのが好ましい。磁性コア１１及び１２はともに厚さ１．５μｍのＦｅＴａＮを用いた軟磁性体膜である。導体線１４は左右の幅が１０μｍ、厚さが１μｍの銅の膜である。表面をラッピング処理した後の厚さＬは０．７μｍ、角度θは７０度である。後で詳しく説明するが、導体線１４と、磁性コア１１及び１２との間には絶縁層を介在させるのが望ましい。
図２の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本実施例の磁気検出素子の他の構成を示す断面図である。図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、図１に示す基板４１の図示を省略している。
図２の（ａ）の構成では、導体線１４の中央領域において、磁性コア１２に紙面に垂直な方向の溝２１を形成して磁性コア１２の厚さを部分的に薄くして磁路に垂直な断面の面積（以下、単に断面積という）を小さくしている。これによって、図１の（ｂ）に示す、段部１２ａの厚さＬを薄くした場合と同じ作用・効果が得られる。溝２１はエッチング等により一部を除去すればよいので加工工程が簡単である。
図２の（ｂ）の構成では、導体線１４の縁部１４ｃの近傍の磁性コア１２に紙面に垂直な方向の溝２２を形成して厚さＬを小さくしている。図２の（ｃ）の構成では、導体線１４の縁部１４ｃ近傍の磁性コア１２に紙面に垂直な方向の溝２３を形成している。更に導体線１４を囲む部分の磁性コア１２が、両端部の磁性コア１２ｄから分離されるように、磁性コア１１の面に達する溝２４を形成して断面積を小さくしている。前記の溝２１、２２、２３及び２４は、イオンシリング加工、ウェットエッチング加工、レーザー加工等によっても形成することができる。
本実施例の磁気検出素子の動作を図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｃ）に示す磁気検出素子３１は、図２の（ｂ）に示すものと同じ構成である。図３の（ａ）において、磁気検出素子３１を矢印１００で示す方向の磁界（以下、外部磁界１００という）中におくと、磁気検出素子３１の左端から矢印３２、３３で示す磁束（以下、磁束３２、３３という）が流入する。磁性コア１１と１２は、材質が同じで厚さもともに１．５μｍと同じであるので、磁束３２と３３の磁束密度及び磁束の量はほぼ等しい。磁束３２と３３はそれぞれ磁性コア１１及び１２内を右方に進み、溝２２の部分に至る。溝２２によって、磁性コア１２の厚さが薄くなされているので、磁性コア１２の磁束が通過する部分である磁路３４及び３５は他の部分より断面積が小さく通常磁束密度が大きくなる。磁束密度と透磁率の関係は、磁束密度が増加すれば透磁率が低下する。透磁率の低下により溝２２の近傍の導体線１４のインダクタンスが減少する。
図３の（ｂ）及び（ｃ）は、図３１に示すように、本実施例の磁気検出素子３１の導体線１４の両端１３４、１３７を、高周波発振器１３１、直流電源１３２及び高周波増幅器１３９を有するアンプ型の検出回路に接続したときの動作を示す断面図である。このように構成したものを「磁気検出器」という。図３の（ａ）及び（ｂ）において、図３１の回路の高周波発振器１３１のみを動作させて導体線１４に紙面に垂直な方向に交流電流（キャリア電流）を流す。交流電流による磁束を点線３７（以下、磁束３７という）で示す。磁束３７は導体線１４を囲むように形成される。磁路の大部分を占める磁性コア１１及び１２ｅの透磁率は高いので、導体線１４のインダクタンスは比較的高い。インダクタンスを高く保つために、磁路３７の長さは比較的短い方がよい。導体線１４のインダクタンスは磁性コア１１及び１２ｅの透磁率に比例するため、インダクタンスは矢印１００で示す外部磁界の強さに応じて変化する。導体線１４のインダクタンスの変化により、導体線１４のインピーダンスが変化して、キャリア電流の振幅が変化する。キャリア電流の振幅の変化による導体線１４の両端１３４、１３７の出力電圧を図３１に示す高周波増幅器１３９で増幅し検波した出力のキャリア信号レベルによって外部磁界の強さを検出することができる。図２の（ａ）に示す構成の磁気検出素子は溝２１が１つなので、高周波電流による磁束が通りやすく、導体線１４のインダクタンスは高い。従って磁界の検出感度は図２の（ｂ）の磁気検出素子より高い。
図３の（ｂ）に示す磁気検出器は、外部磁界１００の方向が図の矢印方向と逆の左向きの場合でも、同じレベルの出力が得られる。従って外部磁界１００の方向を判別することができない。次に方向の判別をするためのバイアス磁界について説明する。
図３の（ｃ）は、導体線１４に、図３１に示す直流電源１３２により、紙面に垂直に手前から奥に向かう方向の直流バイアス電流を流した場合の直流バイアス磁束３８を示す断面図である。磁性コア１１と１２には互いに逆方向に直流バイアス磁束が通るので、透磁率の差は少ない。導体線１４には高周波発振器１３１によりキャリア電流も流す。導体線１４を流れるキャリア電流によって導体線１４の両端に高周波電圧であるキャリア信号が生じる。導体線１４の周囲の磁性コア１１と１２を通る直流バイアス磁束３８により直流バイアス磁界が生じる。磁性コア１２において、磁路３４及び３５は他の部分に比べて断面積が少ないため、直流バイアスの磁束密度は高い。図２９は直流バイアス磁界が与えられた磁気検出素子３１において、磁性コア１１ｅ、１２ｅを通る直流バイアス磁束による磁界強度（Ｈ）と、磁性コア１１及び１２の透磁率（Ｅ）との関係を示す特性曲線２５６である。横軸の（＋）、（−）は外部磁界１００の方向に対する直流バイアス磁束３８の方向を示しており、（＋）は同方向、（−）は逆方向である。図２９の特性曲線２５６において、直流バイアス磁界２５５の磁界強度Ｈが特性曲線２５６の勾配の最も大きい部分の磁界強度Ｈａになるように導体線１４に流す直流電流値を設定すると、磁界強度（Ｈ）の変化による磁性コア１１及び１２の透磁率（Ｅ）の変化が最も大きくなる。この状態になる直流バイアス磁界の強さを「適正直流バイアス磁界強度Ｈａ」という。
図３の（ｃ）に示す磁性コア１２において、磁路３４及び３５では、磁路の断面積が他の部分より小さいため、直流バイアスの磁束３８の密度は他の部分より高く、従って磁界強度も大きい。直流バイアス電流の調節により磁路３４、３５の磁界強度が適正直流バイアス磁界強度Ｈａになるようにする。このとき磁路３４、３５より断面積の大きい磁性コア１１、１２の他の部分の磁界強度は適正直流バイアス磁界強度Ｈａより低い。
図３の（ｃ）において、導体線１４を囲む磁性コア１１ｅ、１２ｅのそれぞれの磁束、及び溝２２の磁路３４、３５を通る磁束のそれぞれの密度によって定まる磁界強度を、それぞれＨ１１、Ｈ１２、Ｈ２２で表す。図２９を参照して外部磁界１００の強さ及び方向が変化するときの磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２２の変化を説明する。
図２９において、外部磁界１００がないとき、磁路３４、３５は適正直流バイアス磁界強度Ｈａになされているので磁界強度Ｈ２２はＨａに等しい（Ｈ２２＝Ｈａ）。このとき磁路３４、３５より断面積の大きい磁性コア１１ｅ、１２ｅの直流バイアス磁束の密度は、磁路３４、３５の磁束密度より低いので、図に示すように磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２も磁界強度Ｈ２２より低い。Ｅ２２は磁界強度Ｈ２２に対応する透磁率である。Ｅ１１は磁界強度Ｈ１１に対応する透磁率であり、Ｅ１２は磁界強度Ｈ１２に対応する透磁率である。このとき導体線１４のインピーダンスは、磁界強度Ｈａに対応する透磁率Ｅ２２によって決まる値となる。
この状態にある磁気検出器を図３の（ｃ）のように外部磁界１００の中に置くと、外部磁界１００による磁束３６が磁性コア１１を通り、磁束３３ａが磁性コア１２を通る。磁束３６、３３ａによって、図２９に示すように、磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２２がそれぞれ矢印で示すように変化する。すなわち磁界強度Ｈ１１は減少してＨ１１ａとなり、磁界強度Ｈ１２、Ｈ２２は共に増加してそれぞれ磁界強度Ｈ１２ａ、Ｈ２２ａとなる。透磁率Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ２２は共に低下し、それぞれ透磁率Ｅ１１ａ、Ｅ１２ａ、Ｅ２２ａとなる。その結果導体線１４の両端子１３４、１３７間のインピーダンスは低下し、キャリア信号のレベルは低下する。
外部磁界の方向が、図３の（ｃ）で右から左へ向かう矢印２００の方向の場合、図２９において、磁界強度Ｈ１１は増加してＨ１１ｂとなる。磁界強度Ｈ１２、Ｈ２２は共に減少してそれぞれ磁界強度Ｈ１２ｂ、Ｈ２２ｂとなる。磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２の変化は透磁率の変化にわずかしか寄与しないが、磁界強度Ｈ２２がＨ２２ｂに変化した結果、透磁率Ｅ２２は大きく増加して透磁率Ｅ２２ｂとなる。このように外部磁界の方向が変わると、図３の（ｃ）において、溝２２によって断面積が小さくなった磁路３４、３５の透磁率が大きく変化することから、外部磁界１００の方向を検出することができる。透磁率の変化に比例する導体線１４のインピーダンスの変化により、導体線１４の両端子１３４、１３７間のキャリア信号のレベルが変わる。このキャリア信号の高周波電圧を高周波増幅器１３９で増幅し検波することにより、外部磁界１００の方向及び強さを電気信号として検出することができる。
本実施例の磁気検出素子の他の例として図４の（ａ）、（ｂ）及び図５の（ａ）、（ｂ）に示すものがある。図４の（ａ）の磁気検出素子は、導体線１４の下側の磁性コア１１の膜厚を上側の磁性コア１２の膜厚より薄くして断面積を小さくしている。
図４の（ｂ）の磁気検出素子は、導体線１４の上側の磁性コア１２の膜厚を磁性コア１１の膜厚より薄くして断面積を小さくしている。図４の（ａ）及び（ｂ）に示す磁気検出素子は、いずれも成膜工程で磁性コア１１あるいは１２の膜厚を薄くすればよいため加工工程が簡単である。磁性コア１１又は１２のいずれか一方の膜厚を他方より薄くすることで、導体線１４の近傍で磁束密度が高くなり、図４の（ａ）、（ｂ）のものでも本実施例の磁気検出素子と同様の効果が得られる。
図５の（ａ）及び（ｂ）は他の例の磁気検出素子のそれぞれ平面図及び断面図である。この磁気検出素子は、導体線１４の部分の磁性コア１２ｇの幅Ｗ１を他の部分の幅Ｗ２より狭くしている。磁性コア１１と１２ｇの厚さは同じである。幅Ｗ１を他の部分の幅Ｗ２より狭くすることにより、導体線１４の部分で磁性コア１２の断面積が減少し、図４の（ａ）、（ｂ）のように磁性コア１１又は１２の膜厚を薄くしたのと同じ効果が得られる。
図６は第１実施例の他の例の磁気検出素子の断面図である。この例では、下側の磁性コア１１ｂの下面に紙面に垂直な方向の溝２１ｂを設け、この部分で磁性コア１１ｂの断面積を他の部分より小さくしている。
図７は本実施例の更に他の例の磁気検出素子の断面図である。この例では、下側の磁性コア１１ｃの上面に紙面に垂直な方向の溝２１ｄを設けて、断面積を他の部分より小さくしている。
図８の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ更に他の例の磁気検出素子の上面図及びｂ−ｂ断面図である。この例では、上側の磁性コア１２ｊの、導体線１４に接する部分に円又は長円の孔６１を形成している。孔６１を形成することにより、この部分で磁性コア１２ｊの断面積を減少させている。孔６１の面積を変えることで、磁性コア１２ｊのこの部分を所望の断面積にすることができる。
図９の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ更に他の例の磁気検出素子の上面図及びｂ−ｂ断面図である。この例では、上側の磁性コア１２ｊの上面に円又は長円の凹部６２を形成している。凹部６２の面積と深さを変えることで磁性コアのこの部分を所望の断面積にすることができる。なお孔６１、凹部６２の形状は円又は長円に限られるものでなく他の形状でもよい。
本実施例によれば、導体線１４の縁部近傍の磁性コア１２に溝２２を設けるなどして、部分的に断面積の小さい部分を設けることによって、外部磁界１００の変化による導体線１４近傍の磁性コア１２ｅの透磁率変化が大きくなる。その結果導体線１４のインダクタンスの変化が大きくなり、磁気検出素子としての検出感度が高くなる。以下の各実施例における外部磁界の検出原理も本実施例と同じである。
《第２実施例》
本発明の第２実施例の磁気検出素子を図１０から図１５を参照して説明する。
図１０は本発明の第２実施例の磁気検出素子の斜投影図である。図１１の（ａ）は図１０に示す磁気検出素子のＸＩａ−ＸＩａの断面図である。
図１１の（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明の第２実施例の他の２つの例の磁気検出素子の断面図である。
図１０及び図１１の（ａ）において、セラミックス等の非磁性基板４１の上に軟磁性膜の第１の磁性コア４４を形成している。磁性コア４４の中央領域に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜による第１の絶縁膜４２を形成し、その上に磁性コア４４をまたぐように導体線１４を形成している。導体線１４の上に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜による第２の絶縁膜４３を形成し、その上に第２の磁性コア１２を形成している。基板４１の両端部の磁性コア４４の上には、磁性コア１２から離れた部分に軟磁性膜の第２の磁性コア４５を形成している。磁性コア４４及び４５の好ましい厚さは共に１．５μｍである。磁性コア１２の段部１２ａで磁性コア１２の断面積は他の部分より小さくなされている。
本実施例の構成では、第２の磁性コア１２は導体線１４の上とその周辺部のみに設けられている。端部領域Ｔには磁性コア４４と４５が重なって磁性コア１１が形成されているので、基板４１の端部の磁束流入部４０における磁性コア１１の膜厚は３μｍとなる。導体線１４の近傍の中央領域４６ａでは膜厚１．５μｍの磁性コア４４のみであるので、磁性コア１１の膜厚３μｍの端部の磁束流入部４０から流入した磁束は、膜厚１．５μｍの磁性コア４４を通るとき、その磁束密度が約２倍になる。磁性コア４４の磁束密度の増加に応じて磁性コア１２の磁束密度も増加する。この磁束密度の増加により、磁性コア４４の膜厚が端部領域Ｔと中央領域４６ａで同じである場合に比べて外部磁界１００による磁束の密度変化が約２倍になり、その結果として検出感度が高くなる。
図１１の（ｂ）の例では、基板４１の上に厚さ３μｍの磁性コア４４を形成した後、磁性コア４４の中央領域４６ａの表面部分を除去して厚さ１．５μｍ程度まで薄くする。端部領域Ｔの磁性コア４４の上には、磁性コア１２から離れた部分に厚さ１．５μｍの磁性コア４５を形成している。その他の構成は図１１の（ａ）に示すものと同じである。この例では、基板４１の端部の磁束流入部４０の膜厚は４．５μｍであり、導体線４３近傍の中央領域４６ａの磁性コア４４の膜厚は１．５μｍなので、厚さの比は３倍になる。その結果、磁性コア４４の中央領域４６ａにおける磁束密度は端部領域Ｔの約３倍になり感度も更に高くなる。
図１１の（ａ）及び（ｂ）においては、第１の磁性コア４４と第２の磁性コア１２との間に絶縁膜４２を設けて電気的に絶縁しているが、必ずしも両者間を電気的に絶縁する必要はない。絶縁膜４２が厚過ぎると磁路が長くなるので導体線１４のインダクタンスが低くなり好ましくない。
図１１の（ｃ）の例では、図１１の（ｂ）の磁性コア１２の段部１２ａに紙面に垂直な方向の溝４７を形成している。溝４７を形成することによって磁性コア１２の斜面部の膜厚を薄くし断面積を小さくする。なお検出感度を出来るだけ高くしたい場合には薄い絶縁膜４２を設けた方がよい。本実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路に接続し、導体線１４に直流と高周波電流を流す。
図１２の（ａ）から（ｆ）は、図１１の（ａ）に示す第２実施例の磁気検出素子の製造方法を示す各工程における断面図である。図１２の（ａ）において非磁性セラミックスの基板４１の上に厚み１．５μｍの軟磁性体膜をスパッタリングで成膜し、イオンミリング処理により所望の形状の第１の磁性コア４４を形成する。
図１２の（ｂ）において、磁性コア４４の中央領域に厚み０．１μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第１の絶縁膜４２を形成する。
図１２の（ｃ）において、絶縁膜４２の中央領域にＣｕ膜を１．０μｍの厚みでスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして導体線１４を形成する。
図１２の（ｄ）において、導体線１４の上にＳｉＯ２膜を０．１μｍの厚みでスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第２の絶縁膜４３を形成する。
図１２の（ｅ）において、絶縁膜４２及び４３の上、及び磁性コア４４の端部領域に軟磁性体膜を１．５μｍの厚みでスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により第２の磁性コア１２と第１の磁性コア４５を形成する。
図１２の（ｆ）において、磁性コア１２及び４５を含む基板４１の全面に平均３μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜する。次に、イオンミリング処理により所望の形状にして保護膜５１を形成するとともに図示を省略した端子等を設けて成膜工程を終了する。最後に所望の形状に切断加工し、本実施例の磁気検出素子が得られる。
基板４１には、ニッケル、チタン、マグネシウムを含む非磁性セラミックを用いる。軟磁性体膜には、鉄、タンタル、窒素を含む合金の複数の層の各層の間に層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜を挟んで積層したものを用いるのが好ましい。
図１３の（ａ）から（ｇ）は、図１１の（ｂ）に示す磁気検出素子の製造方法を示す各工程における断面図である。
図１３の（ａ）において、セラミックスの基板４１の上にスパッタリングにより厚さ３．０μｍの軟磁性体膜を形成し、イオンミリング処理により所望の形状の第１の磁性コア４４を形成する。
図１３の（ｂ）において、磁性コア４４の中央部の領域の表面部分を、次の工程で形成されるＳｉＯ２膜の領域よりやや広い範囲にわたってイオンミリング処理により除去し、深さ１．５μｍの凹部４６を形成する。
図１３の（ｃ）において、前記凹部４６に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第１の絶縁膜４２を形成する。
図１３の（ｄ）において、絶縁膜４２の中央領域に厚さ１．０μｍのＣｕ膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして導体線１４を形成する。
図１３の（ｅ）において、導体線１４を覆う厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第２の絶縁膜４３を形成する。
図１３の（ｆ）において、絶縁膜４２及び４３、及び磁性コア４４の両端部領域に厚さ１．５μｍの軟磁性体膜をスパッタリングにより成膜する。次に、イオンミリング処理により所望の形状にして第２の磁性コア１２と第１の磁性コア４５を形成する。
図１３の（ｇ）において、磁性コア１２及び４５を含む全面に厚さ３μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして保護膜５１を形成する。
最後に所望の形状になるように不要部分（図示省略）を切断して磁気検出素子が完成する。
基板４１に用いるセラミックは、ニッケル、チタン、マグネシウムを含む非磁性材料である。軟磁性体膜には鉄、タンタル、窒素を含む合金の複数の層の各層の間に層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜を挟んで積層したものを用いるのが好ましい。
なお図１３の（ａ）の工程の後に、軟磁性体膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により磁性コア４５を形成してもよい。
図１１の（ａ）に示す磁気検出素子において、絶縁膜４２を、図１４に示すように、磁性コア４４と磁性コア１２の間にも設けて、磁性コア４４と磁性コア１２を絶縁してもよい。
図１５は本実施例の他の例の磁気検出素子の断面図である。この磁気検出素子では磁性コア１１ｋの中央領域に断面積を小さくするための凹部を形成し、そこに導体線１４を形成している。磁性コア１２ｋを、磁性コア１１ｋと導体線１４の上に形成する。図１５の磁気検出素子は製造の工程が図１４のものと異なるが、特性上はほとんど差がない。
《第３実施例》
本発明の第３実施例の磁気検出素子を図１６の（ａ）及び（ｃ）の断面図を参照して説明する。図１６の（ｂ）は比較説明に用いる図である。図１６の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）では図１０に図示している基板４１の図示を省略している。図１６の（ａ）及び（ｃ）に示す本実施例の磁気検出素子は、前記第１実施例の図１の（ｂ）に示すものと類似の構成を有し、軟磁性体の膜による第１及び第２の磁性コア１１及び１２、磁性コア１１及び１２の中央部分に挟まれた導体膜による導体線１４又は３４を備えている。本実施例が第１実施例と異なる点は、導体線１４又は３４の膜厚が第２の磁性コア１２の膜厚より厚いことである。
図１６の（ａ）において、導体線１４の膜厚を磁性コア１２の膜厚より厚くすることにより、導体線１４の縁部の点１４ａと点１４ｂを通る点線で示す経路７１において、磁性コア１２を通る磁路１２ｄの長さが、磁性コア１１を通る磁路１１ｄの長さより長くなる。また導体線１４を厚くすることにより、スパッタリングで成膜するとき磁性コア１２の、導体線１４の斜面部１４ｃにおける厚さが他の部分より薄くなり、断面積が他の部分より小さくなる。外部磁界１００から磁性コア１２に流入した磁束３３の一部は、点１４ａの近傍で、経路が短いため透磁率が高い磁性コア１１へ移る。すなわち磁力線はより近い経路を通る。磁性コア１２から磁性コア１１に移った磁束は、磁性コア１１に流入した磁束３２と合流し磁路１１ｄを通る。その結果磁路１１ｄの磁束密度は磁路１２ｄの磁束密度より高くなり、外部磁界の検出感度が高くなる。
図１６の（ｂ）は前記第１実施例と同様の、導体線２４の厚さが１μｍ（幅は１０μｍ）で、磁性コア１１、１２の厚さ１．５μｍより薄いものの例である。この例では、点２４ａ、２４ｂ間の点線で示す経路７３において、磁性コア１１を通る磁路と磁性コア１２を通る磁路の差はあまり大きくない。
図１６の（ｃ）は、導体線３４の厚さが２μｍ、幅が５μｍ、磁性コア１１、１２の厚さが１．５μｍのものの例である。導体線２４と３４の断面積は同じであるので単位長当たりの直流抵抗は同じである。図１６の（ｃ）の例では、導体線３４の厚さを磁性コア１２の厚さより大幅に厚くし、左右の幅を短くしているので、点３４ａと３４ｂとの間において、磁性コア１２を通る磁路１２ｃと磁性コア１１を通る磁路１１ｃとの長さの差が大きくなる。その結果、磁路１１ｃの磁束密度は磁路１２ｃより大幅に大きくなる。外部磁界による導体線３４のインピーダンス変化は、図１６の（ａ）の導体線１４のインピーダンス変化よりも大きくなり、さらに高い検出感度が得られる。
導体線２４及び３４のそれぞれのインダクタンスは、導体線２４又は３４の周囲を回る全磁路の長さに反比例する。図１６の（ｂ）の素子の全磁路と同（ｃ）の素子の全磁路とを比較すると、同（ｃ）の全磁路の方が短いので、導体線３４のインダクタンスは導体線２４より大きい。導体線に高周波電流を流したときの外部磁界による導体線のインピーダンスの変化は導体線のインダクタンスが大きい程大きくなるので、この点からも図１６の（ｃ）の磁気検出素子の磁気検出の感度は高くなる。
図１７は長方形の断面で一定の断面積を有する導体線の周長（縦軸）と断面の縦（ａ）横（ｂ）の比ｂ／ａ（横軸）との関係を示すグラフである。導体線の周長を出来るだけ短くするためには、比ｂ／ａを４程度にするのが望ましい。周長はｂ／ａが１のとき（正方形）最小になるが、この場合は膜厚が厚くなるため成膜やエッチング工程に時間を要し製造コストが高くなる。以上の点から導体線１４、３４の膜厚（ａ）と長さ（ｂ）の比（厚さ／長さ）が４分の１以上であるのが望ましい。本実施例の磁気検出素子を用いた磁気検出器は図３１の検出回路を用いて構成し、直流磁気バイアスを印加するために導体線に直流電流を流す。
《第４実施例》
本発明の第４実施例の磁気検出素子を図１８から図２０を参照して説明する。
図１８の（ａ）から（ｅ）は本発明の第４実施例の磁気検出素子の５つの例の断面図である。図１８の（ａ）は本実施例の第１の例の磁気検出素子の断面図である。図において、第１の磁性コア８１の中央部の両面にそれぞれ導体線８４及び８５が設けられている。導体線８４と磁性コア８１の上面に第２の磁性コア８２が形成され、導体線８５と磁性コア８１の下面に第３の磁性コア８３が形成されている。磁性コア８１、８２、８３はともに同じ材質であり、同じ厚さになされている。本実施例の磁気検出素子は、前記第１及び第２実施例のもののような基板４１は図示していないが、磁性コア８２又は８３のいずれか一方を基板上に設けてもよい。例えば、磁性コア８３を基板上に形成する場合、基板の面に磁性コア８３の中央部の凸部８３ｐが入り込むように、凸部８３ｐの形に合わせた凹みを作っておく。別の方法として基板上に非磁性の絶縁物で凸部８３ｐに合わせた凹みをもつ層を形成してもよい。このことは図１８の（ｂ）から（ｅ）のものについても同様である。基板を用いない場合磁性コア８１、８２、８３及び導体線８４、８５は、基板４１を必要としない比較的厚い膜やフィルムなどで形成されている。図１８の（ｂ）の磁気検出素子では、導体線８４ａ、８５ａの断面の縦横の比が約１対２になされている。その他の構成は、図１８の（ａ）のものと同じである。
図１８の（ｃ）の磁気検出素子は、第２及び第３の磁性コア８２ａ及び８３ａの、導体線８４、８５の縁部近傍に、断面積を小さくするための溝２２を形成している。導体線８４、８５は図１８の（ａ）のものと同じである。
図１８の（ｄ）の磁気検出素子は、第２及び第３の磁性コア８２ｂ、８３ｂの中央部に断面積を小さくするための凹部２１を形成している。導体線８４、８５は前記図１８の（ａ）のものと同じである。
図１８の（ｅ）の磁気検出素子は、磁性コア８１の両端部の両面に磁性コア８２ｃと８３ｃを設けている。磁性コア８１の中央部の両面に導体線８４、８５が設けられている。導体線８４を覆うように、前記磁性コア８２ｃとの間に隙間を保ちつつ磁性コア８２ｄが形成されている。また導体線８５を覆うように、磁性コア８３ｃとの間に隙間を保ちつつ溝２３を有する磁性コア８３ｄが設けられている。
本実施例の磁気検出素子の動作を、図１８の（ｃ）のものを例にして、図１９を参照して説明する。図１９の（ａ）において、本実施例の磁気検出素子を外部磁界１００中に置いたとき、矢印９１、９２、９３で示す、ほぼ同じ密度の磁束（以下、磁束９１、９２、９３という）がそれぞれ磁性コア８１、８２、８３を通る。導体線８４と、磁性コア８１及び８２で図２の（ｂ）に示すものと同等の磁気検出素子が構成される。また導体線８５と、磁性コア８１及び８３でもう１つの、図２の（ｂ）に示すものと同等の磁気検出素子が構成される。
本実施例では導体線８４と８５を直列に接続し図３１に示す検出回路の端子１３４、１３７間に接続して高周波発振器１３１から紙面に垂直な方向に高周波電流を流す。図１９の（ｂ）において点線９７、９８で示す長円は、高周波電流により導体線８４と８５の周囲にできる交流磁界を表している。図１９の（ｃ）は、導体線８４、８５に紙面に垂直な方向で互いに逆方向の直流電流を流して直流バイアス磁界を発生させたときの磁束を矢印で示している。
本実施例では、導体線８４と８５を直列に接続することにより、各導体線８４と８５の両端子間のキャリア信号レベルが加算されるので、磁気検出の感度が更に高くなる。
導体線８４と８５を並列に接続して用いてもよいが、この場合直列接続の場合の２倍の直流電流を必要とする。従って直列接続の方が省電力に有効である。導体線８４と８５を前記のように直列に接続せず、導体線８４と８５を独立した別々の直流電源に接続して用いてもよい。この場合、導体線８４、磁性コア８１、８２で構成される第１の磁気検出素子と、導体線８５、磁性コア８１、８３で構成される第２磁気検出素子を独立した２つの磁気検出素子として用いることができる。
図２０は本実施例の他の例の磁気検出素子の断面図である。この例では、第１の磁性コア８１の厚さを、第２及び第３の磁性コア８２、８３より薄くしている。磁性コア８１、８２及び導体線８４により、図４の（ａ）に示す前記第１実施例の磁気検出素子と同等の素子が構成される。同様にして磁性コア８１、８３及び導体線８５により、前記図４の（ａ）に示すものと同等の素子が構成される。この例の磁気検出素子においても導体線８４と８５を直列に接続して磁気検出器を構成してもよい。これにより前記図４の（ａ）の磁気検出素子のもつ効果に加えて、本実施例の前記導体線８４と８５の直列接続による効果も得られる。
《第５実施例》
本発明の第５実施例の磁気検出素子を図２１を参照して説明する。
図２１の（ａ）は本発明の第５実施例の磁気検出素子１０５の平面図である。図２１の（ｂ）は、同（ａ）の磁気検出素子１０５の構造を理解しやすくするための模型の斜視図である。図２１の（ｂ）に示すように、導体線１２２ａから１２２ｅ及び１２３ａから１２３ｄよりなるらせん状の導体の、導体線１２２ａ〜１２２ｅの部分が磁性コア１１１と１１２の間に挟まれている。
図２１の（ａ）において、磁気検出素子１０５は、非磁性体の基板４１の上に、それぞれ薄膜で形成された、磁性コア１１１及び１１２を有する。磁性コア１１１と磁性コア１１２との間に導体線１２２ａ〜１２２ｅを有する。導体線１２２ａ〜１２２ｅは導体線１２３ａ〜１２３ｄにより直列に接続され、検出部１０６が形成されている。検出部１０６の、導体線１２２ａの端部は端子１１５に接続され、導体線１２２ｅの端部は端子１１６に接続されている。導体線１２２ａ〜１２２ｅ、１２３ａ〜１２３ｄ及び端子１１５、１１６はともに銅等の薄膜により形成されている。磁性コア１１１、１１２は軟磁性体の薄膜により形成されている。
検出部１０６の一点鎖線１０７で囲んだ部分（以下、検出ユニット１０７という）は、磁性コア１１１、１１２及び導体線１２２ａにより構成され、図１に示す第１実施例の磁気検出素子と実質的に同じである。図２１の（ａ）の磁性コア１１１、１１２及び導体線１２２ａから１２２ｅは、それぞれ図１の（ｂ）の磁性コア１１、１２及び導体線１４に対応している。図２１の（ａ）の最上部の検出ユニット１０７において、磁性コア１１１、１１２を貫通する直線状の導体線１２２ａは、一端が端子１１５に接続され、他端は、磁性コア１１２の上面を通る略Ｚ字形の導体線１２３ａによってその下の直線状の導体線１２２ｂに接続されている。同様にして、導体線１２２ｂと１２２ｃは導体線１２３ｂによって接続され、導体線１２２ｃと１２２ｄは導体線１２３ｃによって接続されている。導体線１２２ｄと１２２ｅは導体線１２３ｄによって接続され、導体線１２２ｃの端部は端子１１６に接続されている。図２１の（ａ）の構成を模型で示すと図２１の（ｂ）の斜視図のようになる。
本実施例によれば、図１に示す磁気検出素子に相当する検出ユニット１０７が複数個（図２１では５つ）直列に連結され、５つの導体線１２２ａ〜１２２ｅが直列に接続されている。
本実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路の端子１３４、１３７に、それぞれ磁気検出素子１０５の端子１１５、１１６を接続する。高周波発振器１３１から、導体線１２２ａから１２２ｅに高周波電流を流したとき、外部磁界１００によって生じる導体線１２２ａから１２２ｅのインピーダンス変化、すなわち端子１１５と１１６間のインピーダンス変化は図１の（ｂ）のものの約５倍になる。そのため磁界の検出感度も約５倍になる。直列に連結する検出ユニット１０７の数は５つに限定されるものではなく、任意の数にすることができる。導体線１２２ａから１２２ｅに直流電流を流すとき電流の方向が導体線１２２ａから１２２ｅですべて同じである。従って各導体線１２２ａから１２２ｅの近傍には同じ方向の直流バイアス磁界ができる。端子１１５から端子１１６までの直流抵抗を減らすために、導体線１２３ａ〜１２３ｄの断面積を、導体線１２２ａ〜１２２ｅの断面積より大きくするのが望ましい。
《第６実施例》
本発明の第６実施例の磁気検出素子を図２２の平面図を参照して説明する。図２２において、基板４１上に図２１の（ａ）に示す検出部１０６を４つ設け、４つの検出部１０６をすべて接続導体線１８１で直列に接続している。左端の検出部１０６の導体線１２２ａは端子１１５に接続され、右端の検出部１０６の導体線１２２ｅは端子１１６に接続されている。
本実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路の端子１３４、１３７に、それぞれ磁気検出素子の端子１１５、１１６を接続する。図３１のアンプ型の検出回路は、導体線の直流抵抗が大きい場合でも動作するので、本実施例のような導体線の直流抵抗がやや大きな検出素子にも使用できる。
本実施例では、前記第５実施例の検出部１０６が４つ直列に接続されているので、外部磁界１００による端子１１５と１１６間のインピーダンス変化は第５実施例のものに比べて約４倍になる。従って磁界の検出感度も約４倍になる。
《第７実施例》
本発明の第７実施例の磁気検出素子を図２３の平面図を参照して説明する。図２３において、一点鎖線１０７で囲んだ部分は図２１に示すものと同じ構成の検出ユニット１０７である。検出部１０６ａは５つの検出ユニット１０７が縦に連結されて構成されている。基板４１上に９つの検出部１０６ａが並列に設けられている。９つの検出部１０６ａの、図において最も上の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ａは互いに連結されている。上から２番目の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｂは互いに連結されている。同様にして、上から３番目の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｃは連結され、上から４番目の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｄは連結されている。最も下の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｅは連結されている。導体線１２２ａの左端は基板４１上の端子１１５に接続され、導体線１２２ａの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｂの左端に接続されている。同様にして導体線１２２ｂの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｃの左端に接続されている。導体線１２２ｃの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｄの左端に接続されている。導体線１２２ｄの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｅの左端に接続され、導体線１２２ｅの右端は端子１１６に接続されている。本実施例では縦５つ横９つ、合計４５の検出ユニット１０７の導体線１２２ａから１２２ｅがすべて直列に接続されている。従って磁界１００による端子１１５と１１６間のインピーダンス変化は、１つの検出ユニット１０７の場合の約４５倍になる。これにより磁界の検出感度も約４５倍になる。本実施例の構成では、隣り合う検出部１０６ａ間の間隔を図２２のものに比べて狭くすることができるので、基板４１上の検出ユニット１０７の配置密度が高くなる。従って高感度の磁気検出素子を小型の基板４１を用いて作ることが可能となる。前記実施例５から７の検出ユニット１０７は図１の（ｂ）の構成も素子限定されるものではなく、前記実施例１から４の磁気検出素子を検出ユニット１０７に用いてもよい。
《第８実施例》
図２４は本発明の第８実施例の磁気検出素子の平面図である。図２４における検出ユニット１０７ａは、第１の磁性コア１１が２つの磁性コア４４、４５で構成されている、図１０に示す磁気検出素子に実質的に等しい。その他の構成は図２３のものと同じである。検出ユニット１０７ａの検出感度は図２３の検出ユニット１０７の検出感度よりも高いので、本実施例の磁気検出素子は、前記の図２３の磁気検出素子よりも高い検出感度を有する。
《第９実施例》
図２５は本発明の第９実施例の磁気検出素子を図２５の平面図を参照して説明する。図２５において、検出ユニット１０７は図２３における検出ユニット１０７と同じである。図２５においては、左右の両端の検出部１０６ｃの縦の長さを、それより内側の検出部１０６ｄの縦の長さより短くしている。さらに検出部１０６ｄの長さを中央部の検出部１０６ｅの長さより短くしている。この構成によって得られる作用効果を以下に詳しく説明する。
例えば、図２３に示す磁気検出素子を、矢印１００で示す方向の均一な強さの磁界中に置くと、両端部の検出部１０６ｆを通る磁力線の数が中央部の検出部１０６ｇを通る磁力線の数より多くなることを発明者等は発見した。すなわち９つの検出部１０６ａを通る磁力線の磁束密度が不均一になる。そのため導体線１２２ａから１２２ｅにおいて、中央部の検出部１０６ｇにある部分と、端部の検出部１０６ｆにある部分とで、磁界によるインピーダンスの変化量が異なる。この影響により、磁気検出素子を不均一な磁界においたとき、磁気検出素子の位置により検出値が変化し、正しい測定値が得られないことがある。
一般に均一な磁界中に磁性体を置いたとき、磁界の方向に沿う長さが長い磁性体の磁束密度は、短い磁性体の磁束密度より高くなることが知られている。この現象は磁界の方向に沿う方向において磁性体に生じる反磁性の作用によるものである。
本実施例では、図２５に示すように、検出部１０６ｄの長さを中央部の検出部１０６ｅより短くし、両端の検出部１０６ｃの長さを検出部１０６ｄより更に短くすることにより、均一な磁界１００において、検出部１０６ｃ、１０６ｄ及び１０６ｅの磁束密度が等しくなるようにする。これによって、前記図２３に示す磁気検出素子の有する問題点が解決された磁気検出素子が得られる。
なお、前記第７、第８及び第９実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路を用いる。
《第１０実施例》
本発明の第１０実施例の磁気検出素子１６０を図２６から図２８を参照して説明する。図２６は磁気検出素子１６０の平面図である。図２７は図２６において一点鎖線で囲んだ検出ユニット１５０のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ断面図である。図２６に示す本実施例の磁気検出素子は、同じ構成の前記検出ユニット１５０を縦に５つ連結しており、これを検出部１６５と呼ぶ。さらに９つの検出部１６５を横に並行配置しており、４５個の検出ユニット１５０により本実施例の磁気検出素子１６０が構成される。検出ユニット１５０の数は４５個に限定されるものでなく、この数は１つの例である。図２７の検出ユニット１５０の断面図において、基板４１の上に薄膜形成技術により軟磁性膜の第１の磁性コア１５１が形成されている。磁性コア１５１の一部分にＳｉＯ２膜の絶縁膜１５２を介して第１の導体線１５３ａが形成されている。第１の導体１５３ａの上に、ＳｉＯ２膜の絶縁膜１５４を介して第２の導体線１５５ａが形成されている。更に第２の導体線１５５ａの上にＳｉＯ２膜の絶縁膜１５６を形成する。絶縁膜１５６の上及び磁性コア１５１の上に軟磁性膜による第２の磁性コア１５８が形成されている。磁性コア１５８は、両斜面部１５８ａの厚さが他の部分より薄く、斜面部１５８ａの断面積が他の部分より小さくなるように成膜する。磁性コア１５８の上にＳｉＯ２膜の絶縁膜１５９を形成し、絶縁膜１５９の上の右端部に導体の接続線１４０ａが形成されている。
図２６に示す磁気検出素子１６０について、まず第１の導体線１５３ａ〜１５３ｅの接続について説明する。図２６の９つの検出部１６５において、最も上の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ａは直列に接続されている。同様にして上から２番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｂは直列に接続され、上から３番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｃは直列に接続されている。また上から４番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｄは直列に接続され、最も下の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｅは直列に接続されている。導体線１５３ａの左端は、９つの検出部１６５の上を横方向に通る接続線１４０ａにより端子１１５に接続されている。導体線１５３ａの右端は、９つの検出部１６５の上を横に通る接続線１４０ｂにより導体線１５３ｂの左端に接続されている。同様にして導体線１５３ｂの右端は接続線１４０ｃにより導体線１５３ｃの左端に接続され、導体線１５３ｃの右端は接続線１４０ｄにより導体線１５３ｄの左端に接続されている。導体線１５３ｄの右端は接続線１４０ｅにより導体線１５３ｅの左端に接続され、導体線１５３ｅの右端は接続線１４０ｆにより端子１１６に接続されている。その結果、導体線１５３ａ〜１５３ｅは端子１１５、１１６間で直列に接続されたことになる。
第２の導体線１５５ａ〜１５５ｅの接続について説明する。９つの検出部１６５の図において最も上の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ａは直列に接続されている。同様にして上から２番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｂは直列に接続されている。上から３番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｃは直列に接続されている。上から４番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｄは直列に接続されている。最も下の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｅは直列に接続されている。導体線１５５ａの左端は端子１３５に接続されている。導体線１５５ａの右端と導体線１５５ｂの右端が接続され、導体線１５５ｂの左端と導体線１５５ｃの左端が接続されている。導体線１５５ｃの右端と導体線１５５ｄの右端が接続され、導体線１５５ｄの左端と導体線１５５ｅの左端が接続されている。導体線１５５ｅの右端は端子１３６に接続されている。その結果導体線１５５ａ〜１５５ｅは端子１３５、１３６間で直列に接続されたことになる。直列に接続された導体線１５５ａ〜１５５ｅを導体線１５５と表記する。
本実施例の磁気検出素子により磁気検出器を構成するときは、図２８に示す発振型の検出回路を用いる。図２８において、磁気検出素子１６０の端子１１５、１１６を、抵抗１８０が直列に接続された磁気バイアス用の直流電源１８５に接続する。また端子１３５、１３６を発振回路５００のインバータ回路５５１の入出力間に接続する。電極端子１３５、１３６にはコンデンサ５５２、５５４のそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５５２、５５４の他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５５１の電源端子５５３に印加されている。この発振回路５００はインダクタンスを有する導体線１５５と組み合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成している。発振回路５００の発振周波数は例えば１０ＭＨｚである。
直流電源１８５から抵抗１８０を経て導体線１４０を流れる直流電流により、各検出ユニット１５０の磁性コア１５１、１５８に、図２７において矢印１７０で示す磁束（以下、バイアス磁束１７０という）が生じる。このバイアス磁束１７０によりバイアス磁界が形成される。この状態の磁気検出器を図２８に示す外部磁界１００の中におくと、前記の各実施例の場合と同様の作用により、導体線１５５のインダクタンスが外部磁界１００の変化に応じて変化する。導体線１５５のインダクタンスの変化により、図２８に示す検出回路の発振回路５００の発振周波数が変化して周波数変調（ＦＭ）信号が出力される。発振回路５００の周波数変調信号をＦＭ復調回路５６１で復調することにより発振周波数の変化量を出力レベルの変化量として出力することができる。発振周波数の変化は外部磁界の強さ及び方向の変化に対応しているので、ＦＭ復調回路５６１の出力を磁界検出回路で検出することにより外部磁界の強さ及び方向を検出することができる。
本実施例によれば磁気検出素子１６０が４５個の検出ユニット１５０を有するので、外部磁界の検出感度は１つの検出ユニット１５０の約４５倍となり、高感度の磁気検出器が実現できる。
バイアス磁界用の直流電流が流れる導体線１４０と高周波電流が流れる導体線１５５が電気的に絶縁されているので、磁気バイアス用の直流電源１８５の電圧及び発振回路５００の電源端子５５３の電圧を、それぞれ任意の値に選定することができる。
また、外部磁界１００の変化を周波数の変化で検出するので外部から到来する主としてＡＭ変調波の電気ノイズの影響を受けにくい。
前記の各実施例では、軟磁性体膜としてＦｅＴａＮを用いたが、実効透磁率の優れたＦｅ系、Ｃｏ系金属磁性体膜、酸化物磁性体膜等磁性体であれば使用可能である。導電性金属膜としては銅を用いたが、比抵抗の小さなＡｕ、Ａｇなどの金属膜でもよい。また、絶縁膜としてＳｉＯ２を用いたが、アルミナ、ガラスなどの無機質の誘電体膜でもよい。また、基板はＮｉＴｉＭｇのセラミック基板を用いたが、ＡｌＴｉＣなど他のセラミック、ガラス系材料、カーボン基板を用いてもよい。非磁性体部の材料としてＳｉＯ２を用いたが他の非磁性体でもよい。保護膜としてはＳｉＯ２を用いたが、アルミナ等の他の誘電体、樹脂等を用いてもよい。
製造方法において、エッチング方法として主としてイオンミリング処理を用いたが、ウエットエッチング等、他のエッチング方法を用いてもよい。成膜方法も主としてスパッタリングにより行ったが、蒸着、メッキ等の方法を用いてもよい。
産業上の利用の可能性
本発明の磁気検出素子は、磁気検出素子を構成する軟磁性膜の２つの磁性コアと、２つの磁性コアの間に設けられる導電膜による導体線を薄膜形成技術によって形成する。成膜時に成膜条件を調節したり、エッチングなどの膜加工技術を用いて、磁性コアの一部分で磁路に垂直な断面の面積（断面積）を小さくする。断面積の小さい部分において、磁束密度の増加により透磁率が減少する作用を利用することにより、高い磁気検出感度を有する磁気検出器が得られる。磁性コア及び導電体を薄膜で形成するため、小型軽量の磁気検出素子を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
図１の（ａ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の平面図である。
図１の（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
図２の（ａ）から（ｃ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の他の例を示すそれぞれの断面図である。
図３の（ａ）から（ｃ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の動作を示す断面図である。
図４の（ａ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の他の例を示す断面図である。
図４の（ｂ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例を示す断面図である。
図５の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の平面図及び断面図である。
図６は本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の断面図である。
図７は本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の断面図である。
図８の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の平面図及び断面図である。
図９の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の平面図及び断面図である。
図１０は本発明の第２実施例の磁気検出素子の斜投影図である。
図１１の（ａ）から（ｃ）はそれぞれ本発明の第２実施例の磁気検出素子の３つの例の断面図である。
図１２の（ａ）から（ｆ）は、本発明の第２実施例の磁気検出素子の各製造工程における断面図である。
図１３の（ａ）から（ｇ）は、本発明の第２実施例の他の例の磁気検出素子の各製造工程における断面図である。
図１４は本発明の第２実施例の更に他の例の磁気検出素子の断面図である。
図１５は本発明の第２実施例の更に他の例の磁気検出素子の断面図である。
図１６の（ａ）から（ｃ）は、本発明の第３実施例の磁気検出素子の３つの例のそれぞれの断面図である。
図１７は本発明の各実施例における導体線断面の縦横比と周長の関係を表すグラフである。
図１８の（ａ）から（ｅ）は、本発明の第４実施例の磁気検出素子の５つの例のそれぞれの断面図である。
図１９の（ａ）から（ｃ）は、本発明の第４実施例の磁気検出素子の動作を示す断面図である。
図２０は本発明の第４実施例の磁気検出素子の他の例の断面図である。
図２１の（ａ）は本発明の第５実施例の磁気検出素子の平面図である。
図２１の（ｂ）は本発明の第５実施例の磁気検出素子の模型の斜視図である。
図２２は本発明の第６実施例の磁気検出素子の平面図である。
図２３は本発明の第７実施例の磁気検出素子の平面図である。
図２４は本発明の第８実施例の磁気検出素子の平面図である。
図２５は本発明の第９実施例の磁気検出素子の平面図である。
図２６は本発明の第１０実施例の磁気検出素子の平面図である。
図２７は図２６の磁気検出ユニット１５０の断面を示す部分断面図である。
図２８は本発明の第１０実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成する発振型の検出回路の回路図である。
図２９は磁気検出器の磁性コア内の磁界強度（Ｈ）と透磁率（Ｅ）との関係を示す特性曲線である。
図３０は第１の従来例の磁気検出素子の断面図である。
図３１は本発明の各実施例及び従来の磁気検出素子の導体線に接続して磁気検出器を構成する、アンプ型の検出回路の回路図である。
図３２は第２の従来例の磁気検出素子の断面図である。
図３３は第３の従来例の磁気検出素子の断面図である。
【図１】
2003081271.tif 000003
【図２】
2003081271.tif 000004
【図３】
2003081271.tif 000005
【図４】
2003081271.tif 000006
【図５】
2003081271.tif 000007
【図６】
2003081271.tif 000008
【図７】
2003081271.tif 000009
【図８】
2003081271.tif 000010
【図９】
2003081271.tif 000011
【図１０】
2003081271.tif 000012
【図１１】
2003081271.tif 000013
【図１２】
2003081271.tif 000014
【図１３】
2003081271.tif 000015
【図１４】
2003081271.tif 000016
【図１５】
2003081271.tif 000017
【図１６】
2003081271.tif 000018
【図１７】
2003081271.tif 000019
【図１８】
2003081271.tif 000020
【図１９】
2003081271.tif 000021
【図２０】
2003081271.tif 000022
【図２１】
2003081271.tif 000023
【図２２】
2003081271.tif 000024
【図２３】
2003081271.tif 000025
【図２４】
2003081271.tif 000026
【図２５】
2003081271.tif 000027
【図２６】
2003081271.tif 000028
【図２７】
2003081271.tif 000029
【図２８】
2003081271.tif 000030
【図２９】
2003081271.tif 000031
【図３０】
2003081271.tif 000032
【図３１】
2003081271.tif 000033
【図３２】
2003081271.tif 000034
【図３３】
2003081271.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月2日(2004.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアに前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアに前記導体線を挟んで形成された、前記導体線の縁部近傍の磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなされた軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の磁性コアより薄い軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の軟磁性コアより厚い軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３３】
非磁性基板上に形成された、略長方形の軟磁性体の膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上に、前記長方形の第１の磁性コアの長手方向に直交する方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記第１の導体線をはさんで、前記第１の磁性コアの上に形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線を直列に接続する、複数の第２の導体線を有し、
前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３５】
非磁性基板上に並行して形成された、略長方形の複数の第１の磁性コア、
前記複数の第１の磁性コアの上に、前記複数の第１の磁性コアの長手方向に垂直な方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記複数の第１の磁性コアの上に、前記第１の導体線をはさんでそれぞれ形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線のすべてを直列に接続する第２の導体線を有し、
前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月1日(2004.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】  軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアに前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】  磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアに前記導体線を挟んで形成された、前記導体線の縁部近傍の磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなされた軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【請求項３】  軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の磁性コアより薄い軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【請求項４】  軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び
前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の軟磁性コアより厚い軟磁性膜の第２の磁性コアを有し、前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【請求項５】  前記第１及び第２の磁性コアの少なくとも一方の幅が、前記導体線の近傍において狭くなされていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項６】  前記第２の磁性コアは、前記導体線を含む領域において前記第２の磁性コアの磁路に垂直な断面の面積を減らすための凹部又は孔を有することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項７】  前記導体線が絶縁膜を介して前記第１及び第２の磁性コアの間に挟まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項８】  前記第１の磁性コア及び第２の磁性コアの部分的に異なる断面積の、小さい部分と大きい部分との比が３対４以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項９】  前記第１及び第２の磁性コアの少なくとも一方が、前記導体線の近傍において厚さが薄くなされていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１０】  前記第１の磁性コアは、前記導体線の縁部近傍の厚さが薄くなされていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１１】  前記第１及び第２の磁性コアの少なくとも一方の、前記導体線を含む領域の厚さが部分的に薄くなされていることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１２】  前記導体線の周囲において前記第２の磁性コアの磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなるように溝を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１３】  前記導体線を含む領域において、前記第１の磁性コアと第２の磁性コアが絶縁層により絶縁されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１４】  前記第１の磁性コアの端部領域が２層構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気検出素子。
【請求項１５】  前記導体線の厚さが、前記第１の磁性コア及び第２の磁性コアのいずれか一方の厚さより厚いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１６】  前記導体線の厚さが、前記第２の磁性コアの厚さより厚いことを特徴とする請求項１５記載の磁気検出素子。
【請求項１７】  前記導体線の厚さと、被検出磁界の方向に平行な方向の長さとの比（厚さ／長さ）が４分の１以上であることを特徴とする請求項１５又は１６記載の磁気検出素子。
【請求項１８】  軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、
前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、
前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した第２の磁性コア、及び
前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した第３の磁性コア
を有する磁気検出素子。
【請求項１９】  前記第２及び第３の磁性コアの磁路に垂直なそれぞれの断面の面積が部分的に異なることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２０】  前記第１及び第２の導体線が、それぞれの絶縁膜を介して前記第１、第２及び第３のそれぞれの磁性コアに接していることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２１】  前記第２及び第３の磁性コアの、断面積の小さい薄い部分の厚さと断面積の大きい厚い部分の厚さとの比が３対４以下であることを特徴とする請求項１９記載の磁気検出素子。
【請求項２２】  前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線の周辺に対向する部分の近傍が他の部分より薄くなされていることを特徴とする請求項１８に記載の磁気検出素子。
【請求項２３】  前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線に対向する部分の一部分が他の部分より薄くなされていることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２４】  前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線に対向する部分に溝を有することを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２５】  前記第２及び第３の磁性コアは、前記第１及び第２の導体線の周辺領域が除去されていることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２６】  前記第１の磁性コアは、前記第２及び第３の磁性コアより薄くなされていることを特徴とする請求項１８に記載の磁気検出素子。
【請求項２７】  前記第１及び第２の導体線の厚さが、前記第２及び第３の磁性コアの厚さより厚いことを特徴とする請求項１８記載の磁気検出素子。
【請求項２８】  断面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、
前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア、
前記第１及び第２の磁性コアに、被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び
前記導体線に、前記被検出磁界に直交する方向に交流電流を流す交流キャリア信号発生器
を有する磁気検出器。
【請求項２９】  軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、
前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、
前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア、
前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第３の磁性コア、
前記第１、第２及び第３の磁性コアに被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び
前記第１及び第２の導体線に前記被検出磁界に直交する方向に交流キャリア電流を流す交流キャリア信号発生器
を有する磁気検出器。
【請求項３０】  前記第１及び第２の導体線に互いに同相の交流キャリア電流を流し、前記第１の導体線と第２の導体線に互いに逆方向に直流電流を流して直流バイアス磁界を与えることを特徴とする請求項２９に記載の磁気検出器。
【請求項３１】  前記第１の導体線の一端と、前記第２の導体線の一端が接続されて第１の磁性コアを囲むコイルになされていることを特徴とする請求項２９記載の磁気検出器。
【請求項３２】  前記第１の導体線及び第２の導体線に互いに逆位相の交流キャリア電流を流し、前記第１の導体線と第２の導体線に互いに逆方向に直流電流を流して直流バイアス磁界を与えることを特徴とする請求項２９記載の磁気検出器。
【請求項３３】  非磁性基板上に形成された、略長方形の軟磁性体の膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上に、前記長方形の第１の磁性コアの長手方向に直交する方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記第１の導体線をはさんで、前記第１の磁性コアの上に形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線を直列に接続する、複数の第２の導体線を有し、
前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【請求項３４】  非磁性基板上に形成された、略長方形の軟磁性の膜の第１の磁性コア、
前記第１の磁性コアの上に、前記長方形の第１の磁性コアの長手方向に直交する方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記第１の導体線をはさんで、前記第１の磁性コアの上に形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線を直列に接続する、複数の第２の導体線
を有する複数の磁気検出素子を前記長手方向に並行して配列し、各検出素子の第１及び第２の導体線をすべて直列に接続したことを特徴とする請求項３３記載の磁気検出素子。
【請求項３５】  非磁性基板上に並行して形成された、略長方形の複数の第１の磁性コア、
前記複数の第１の磁性コアの上に、前記複数の第１の磁性コアの長手方向に垂直な方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、
前記複数の第１の磁性コアの上に、前記第１の導体線をはさんでそれぞれ形成された磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる第２の磁性コア、及び
前記複数の第１の導体線のすべてを直列に接続する第２の導体線を有し、
前記導体線に、交流電流に直流バイアス電流が重畳された電流を流すことを特徴とする磁気検出素子。
【請求項３６】  前記第２の磁性コアの、前記第１の導体線の近傍の厚さを薄くしたことを特徴とする請求項３５記載の磁気検出素子。
【請求項３７】  前記非磁性基板上に並行に形成された略長方形の複数の第１の磁性コア及び第２の磁性コアの、両端部のものの長さを中央部のものより短くしたことを特徴とする請求項３５記載の磁気検出素子。
【請求項３８】  前記第２の導体線が、前記第２の磁性コアの上に形成された導電体の膜であることを特徴とする請求項３３から３５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項３９】  前記第１の磁性コアと第１の導体線の間、前記第１の導体線と第２の磁性コアの間及び第２磁性コアと第２の導体線の間に絶縁膜を有することを特徴とする請求項３３から３５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項４０】  非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し、第１の磁性コアを形成する工程、
前記第１の磁性コアの所定領域に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、
前記第１の磁性コアと導体線の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、第２の磁性コアを形成する工程、及び
前記第２の磁性コアの所定部分の厚さを薄くする工程
を有する磁気検出素子の製造方法。
【請求項４１】  非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し、第１の磁性コアを形成する工程、
前記第１の磁性コアの上に、非磁性かつ絶縁性の膜を所望のパターンに成膜し、第１の絶縁膜を形成する工程、
前記第１の絶縁膜の上に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、
前記導体線の上に、非磁性かつ絶縁性の膜の第２の絶縁膜を形成する工程、
前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、断面積が部分的に異なる第２の磁性コアを形成する工程、及び
前記第１の磁性コアの面の端部領域に軟磁性膜を形成して、前記第１磁性コアの端部を厚くする工程
を有する磁気検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気により検出導体のインピーダンスが変化する、磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微弱な磁気あるいは磁界を検出する磁気検出素子（磁気センサ）としては、従来から磁気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲセンサ）が知られている。ＭＲセンサでは、磁界の強さに応じてＭＲセンサの検出導体の抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用して磁界を検出する。磁気抵抗効果による検出導体の抵抗の変化は、磁界の方向を逆にした反転磁界の場合でも元の方向の磁界の場合と同じであるので、磁界の極性（Ｎ又はＳ）が検出できない。ＭＲセンサにより磁界の極性を検出するためには、ＭＲセンサにバイアス磁界を与えて、磁界による抵抗の変化が磁界の極性により異なるようにする。バイアス磁界を与えるためには、ＭＲセンサの磁極の近傍に導体を設けてその導体に直流バイアス電流を流す方式や、永久磁石を磁極の両端に配置する方式などがある。ＭＲセンサは外部磁界による導体の直流抵抗の変化により磁界を検出するので、直流抵抗の変化が磁極の磁気材料により大きく影響を受けるが、磁界の検出感度は０．１％〜３％／Ｏｅ程度でありあまり高いとはいえない。
【０００３】
ＭＲセンサより高い検出感度を有する磁気センサとして、「磁気インピーダンス効果」を利用するものがある。この種の磁気センサでは、軟磁性体の透磁率が磁界強度（磁束密度）により変化し、透磁率の変化により磁気回路内の導体のインダクタンスが変化し、結果としてインピーダンスが変化する現象の磁気インピーダンス効果に基づいて磁界を検出する。この種の磁気センサの典型的なものの感度は６％／Ｏｅ以上である。
【０００４】
以下に、磁気インピーダンス効果を利用する磁気センサの従来例について説明する。
第１の従来例の磁気センサを図３０及び図３１を参照して説明する。図３１は磁気検出装置の回路図、図３０は磁気検出装置に組み込む第１の従来例の磁気センサの断面図である。図３０を含むすべての図において、図を見やすくするため、断面にはハッチングを施していない。図３０において、２つの磁性体１及び２を張り合わせて磁極を形成し、磁性体１及び２の間に導体線１４をはさんでいる。図３０の導体線１４を図３１に示す直流電源１３２に接続し、黒点を有する丸印４で示すように紙面に垂直に奥から手前に向かう直流電流を流すと、矢印５及び６で示す磁束が磁性体１及び２に生じ、直流バイアス磁界となる。この状態で、磁気センサを矢印１００で方向を示す外部磁界（以下、外部磁界１００という）中におくと、磁性体１及び２を、それぞれ矢印７及び８で示す磁束（以下、それぞれ磁束７及び８という）が通る。磁性体１を通る磁束７は直流バイアス磁界の磁束５と同じ方向なので、導体線１４の下部を通る磁束の密度は増える。一方磁性体２を通る磁束８は、直流バイアス磁界の磁束６と方向が逆であるので、磁性体２の導体線１４の上部を通る磁束の密度は減少する。その結果、導体線１４の近傍で、磁性体１の透磁率は低下し、磁性体２の透磁率は上昇する。磁性体１及び２の透磁率の変化は、外部磁界１００の方向が逆になればそれぞれ逆になる。
【０００５】
第１の従来例の磁気センサでは、理論上は外部磁界１００の方向を検出することはできない。しかしながら実験では検出感度は低いが外部磁界１００の方向を検出する事ができる。その理由は以下のように推測される。すなわち、外部磁界１００の方向によって磁性体１及び２の、導体線１４近傍における透磁率が変化する。この透磁率の変化により、導体線１４のインダクタンスが変化する。導体線１４に図３１に示す高周波発振器１３１を接続して高周波電流を流すと前記インダクタンスの変化により導体線１４のインピーダンスが変化する。インピーダンスの変化により導体線１４の両端子１３４、１３７間の電圧が変化し、この電圧変化から外部磁界の強さと方向を検出することができる。
【０００６】
第２の従来例の磁気センサの断面図を図３２に示す。図において、非磁性体の基板９の上に、前記図３０に示す第１の従来例と同様の磁性体１及び２と導体線１４が設けられている。磁性体２を保護するために、保護膜２ａを設けている。この構成の磁気センサを直流電流が流れるコイル１０の中に挿入して直流バイアス磁界を与える。
図３３は第３の従来例の磁気センサの断面図である。図において、基板９、磁性体１及び２、導体線１４及び保護膜２ａを有する磁気センサの構成は図３２のものと同じである。第３の従来例では、永久磁石１８によって直流バイアス磁界を与えている。
【０００７】
図３２及び、図３３に示す磁気センサでは、直流バイアス磁界の磁束が磁性体１及び２を同じ方向に通る。図３２の磁気センサを外部磁界１００の中におくと、磁性体１及び２内の、直流バイアス磁界による磁束５及び６の方向が、外部磁界１００による磁束７及び８の方向と逆であるので、磁束５及び６の密度は減少する。その結果、磁性体１及び２の透磁率は増加し、導体線１４のインピーダンスも増加する。逆に、この磁気センサを矢印とは逆の方向の外部磁界１００中におくと、外部磁界による磁束が図の矢印７及び８とは逆の方向になり、直流バイアスによる磁束５及び６と同じ方向になる。その結果、磁束５及び６の密度は増加するので、磁性体１及び２の透磁率は減少し、導体線１４のインピーダンスも減少する。外部磁界１００の方向による、磁束５及び６の密度の増減により、前記第１の従来例と同様にして外部磁界１００の強さと方向を判別することができる。図３３に示す磁気センサにおける、外部磁界１００の方向判別の原理も図３２のものと同じである。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１１３５９０号公報
【特許文献２】特開平１０−９０３８２号公報
【特許文献３】米国特許番号 No. 5,838,154
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３０に示す第１の従来例の磁気センサでは、外部磁界１００の方向が矢印の方向の場合と、その逆の方向の場合とでの磁束密度の変化が比較的小さく、従って導体線１４のインピーダンス変化も小さい。そのため外部磁界１００の方向の検出感度が低く、かつ外部磁界の強さの検出感度も低い。
図３２に示す第２の従来例の磁気センサでは、検出感度は高いものの、直流バイアス磁界を作るコイル１０が大きくかつその消費電力も大きい。そのため小型かつ低消費電力の磁気センサを実現することはできない。
図３３に示す第３の従来例の磁気センサは、永久磁石を用いるため、バイアス磁界の強さの調整が容易ではない。また永久磁石を取り付けるため重量が増えるとともに、永久磁石の取付スペースも必要なので、磁気センサを小型軽量にすることができない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外部磁界の強さと方向を高感度で検出できる小型軽量の磁気検出素子を提供することを目的とする。
本発明の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
【００１１】
本発明の磁気検出素子では、導体線に磁気バイアス用の直流電流と高周波キャリア電流を流して磁気検出器を構成する。この磁気検出器において、前記第２の磁性コアの断面積の異なる部分における磁界強度が「適正直流バイアス磁界強度」になるように、前記直流電流を設定する。適正直流バイアス磁界強度とは、磁気検出素子の第１及び第２の磁性コアを通るバイアス磁束による磁界強度と透磁率との関係を示す特性曲線において、磁界強度の変化に対する透磁率の変化が最も大きい磁界強度で定義される。第２の磁性コアの断面積の異なる部分の磁界強度を前記の適正直流バイアス磁界強度に設定することにより、外部磁界による前記断面積の異なる部分の磁界強度の変化量に対する透磁率の変化量が大きくなる。これにより磁界強度の検出感度が高い磁気検出器が得られる。透磁率の変化の方向（増加又は減少）は外部磁界の方向に応じて決まるので、透磁率の変化の方向から外部磁界の方向を検出することができる。
【００１２】
本発明の他の観点の磁気検出素子は、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、及び  前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、前記導体線の縁部近傍の磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなされた軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、前記第２の磁性コアの断面積が小さくなされた部分の磁性強度が適正直流バイアス磁界強度になるように磁気バイアス用の直流電流を設定する。この磁気検出素子を外部磁界中においたとき、外部磁界による磁性コアの磁界強度の変化により、透磁率が変化して外部磁界の強さ及び方向を検出できる。
【００１３】
本発明の他の観点の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の磁性コアより薄い軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、２つの磁性コアの一方を他方より薄くすることにより、薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁束の密度が高くなる。薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁界強度を適正直流バイアス磁界強度にすることにより、外部磁界の検出感度を高くすることができる。
【００１４】
本発明の他の観点の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの上の一部分に形成された導体線、及び前記第１の磁性コアの上に前記導体線を挟んで形成された、厚さが前記第１の軟磁性コアより厚い軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、２つの磁性コアの一方を他方より薄くすることにより、薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁束の密度が高くなる。薄い方の磁性コアの直流バイアスの磁界強度を適正直流バイアス磁界強度にすることにより、外部磁界の検出感度を高くすることができる。
【００１５】
本発明の他の観点の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した第２の磁性コア、及び前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した第３の磁性コアを有する。
本発明によれば、第１の導体線と、第１及び第２の磁性コアにより、１つの磁気検出素子が構成される。また第２の導体線と第１及び第３の磁性コアにより他の１つの磁気検出素子が構成される。２つの磁気検出素子が積層されているので専有面積の少ない磁気検出素子が得られる。
【００１６】
本発明の磁気検出器は、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された導体線、前記第１の磁性コア及び導体線に前記導体線を挟んで形成された、磁路に垂直な断面の面積が部分的に異なる軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。前記磁気検出器は更に、前記第１及び第２の磁性コアに被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び前記導体線に前記被検出磁界に直交する方向に交流電流を流す交流キャリア信号発生器を有する。
本発明の磁気検出器によれば、前記導体線のインピーダンスが外部磁界により変化して、導体線の両端子間のキャリア信号レベルが変化するので、この変化に基づいて外部磁界を検出することができる。
【００１７】
本発明の他の観点の磁気検出器は、軟磁性膜の第１の磁性コアの一方の面の所定領域に形成した第１の導体線、前記第１の磁性コアの他方の面の、前記第１の導体線に対向する領域に形成した第２の導体線、前記第１の磁性コアの前記一方の面と第１の導体線の上に形成した軟磁性膜の第２の磁性コア、及び前記第１の磁性コアの前記他方の面と前記第２の導体線の上に形成した軟磁性膜の第３の磁性コアを有する。前記磁気検出器は更に前記第１、第２及び第３の磁性コアに被検出磁界の方向に平行な方向のバイアス磁界を与える磁気バイアス手段、及び前記第１及び第２の導体線に前記被検出磁界に直交する方向に交流電流を流す交流キャリア信号発生器を有する。
本発明によれば、第１の導体線と、第１及び第２の磁性コアにより、１つの磁気検出素子が構成される。また第２の導体線と第１及び第３の磁性コアにより他の１つの磁気検出素子が構成される。２つの磁気検出素子が積層されているので専有面積の少ない磁気検出器が得られる。
【００１８】
本発明の他の観点の磁気検出素子は、非磁性体の基板上に形成された、略長方形の軟磁性体の膜の第１の磁性コア、前記第１の軟磁性コアの上に、前記長方形の第１の軟磁性コアの長手方向に直交する方向に所定の間隔をもって形成された複数の第１の導体線、前記第１の導体線をはさんで、前記第１の磁性コアの上に形成された第２の磁性コア、及び前記複数の第１の導体線を直列に接続した複数の第２の導体線を有する。
本発明によれば、同一基板に形成した第１及び第２の磁性コアと第１の導体線からなる磁気検出素子の複数のものの導体線を全て直列に接続している。従って、外部磁界による導体線のインピーダンス変化は、磁気検出素子の数に比例し、外部磁界の検出感度も磁気検出素子の数に比例する。
【００１９】
本発明の他の観点磁気検出素子は、非磁性基板上に並行して形成された、略長方形の複数の第１の磁性コア、前記複数の第１の磁性コアの上に、所定の間隔をもって、前記複数の第１の磁性コアの長手方向に垂直な方向に形成された複数の第１の導体線、前記複数の第１の磁性コアの上に、前記第１の導体線をはさんで、それぞれ形成された第２の磁性コア、及び前記複数の第１の導体線を直列に接続する第２の導体線を有する。
本発明によれば、同一基板に形成した第１及び第２の磁性コアと第１の導体線からなる磁気検出素子の複数のものの導体線を全て直列に接続している。従って、外部磁界による導体線のインピーダンス変化は、磁気検出素子の数に比例し、外部磁界の検出感度も磁気検出素子の数に比例する。
【００２０】
本発明の磁気検出素子の製造方法は、非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し、第１の磁性コアを形成する工程、前記第１の磁性コアの所定領域に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、前記第１の磁性コアと導体線の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、第２の磁性コアを形成する工程、及び前記第２の磁性コアの所定部分の厚さを薄くする工程を有する。
本発明によれば、磁気検出素子を薄膜形成技術で製造することができるので、磁気検出素子を安価に大量生産できる。
【００２１】
本発明の他の観点の磁気検出素子の製造方法は、非磁性体の基板に軟磁性体の膜を所望のパターンに成膜し、第１の磁性コアを形成する工程、前記第１の磁性コアの上に、非磁性かつ絶縁性の膜を所望のパターンに成膜し、第１の絶縁膜を形成する工程、前記第１の絶縁膜の上に所望のパターンの導電体の膜を成膜し、導体線を形成する工程、前記導体線の上に、非磁性かつ絶縁性の膜の第２の絶縁膜を形成する工程、前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜の上に軟磁性膜を所望のパターンに成膜し、断面積が部分的に異なる第２の磁性コアを形成する工程、及び前記第１の磁性コアの面の端部領域に軟磁性膜を形成して、前記第１磁性コアの端部を厚くする工程を有する。
本発明によれば、磁気検出素子を薄膜形成技術で製造することができるので、磁気検出素子を安価に大量生産できる。
【００２２】
本発明の磁気検出素子は、軟磁性膜の第１の磁性コア、前記第１の磁性コアの一部分に形成された第１の導体線、前記第１の導体線に対して電気的絶縁を保ちつつ前記第１の導体線に並行して形成された第２の導体線及び前記第１の磁性コアに前記第１及び第２の導体線を挟んで形成され、磁路に垂直な断面の面積が部分的に小さくなされた軟磁性膜の第２の磁性コアを有する。
本発明によれば、バイアス磁界用の直流電流が流れる導体線と高周波電流が流れる導体線が電気的に絶縁されているので、磁気バイアス用の直流電源の電圧及び発振回路の電源端子の電圧を、それぞれ任意の値に選定することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子において、磁性コアの一部分で磁路に垂直な断面の面積（断面積）を小さくする。断面積の小さい部分において、磁束密度の増加により透磁率が減少する作用を利用することにより、高い磁気検出感度を有する磁気検出器が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気検出素子の好適な実施例を図１から図２９を参照して詳細に説明する。図１から図２９に含まれる磁気検出素子の断面図では、図を見やすくするために断面にハッチングを施していない。
【００２５】
《第１実施例》
図１の（ａ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の平面図、同（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面図である。図１の磁気検出素子は、セラミックス等の非磁性体の基板４１の上に、軟磁性の膜による第１の磁性コア１１を帯状に形成している。磁性コア１１の中央部分に薄膜の導体線１４を形成し、磁性コア１１と導体線１４の上に軟磁性の膜による第２の磁性コア１２を形成している。すなわち磁性コア１１と磁性コア１２の間に導体線１４が挟み込まれ、導体線１４の両端部１３４、１３７は外部に導出されている。磁性コア１２は導体線１４によって生じる段部１２ａを有している。磁性コア１２の段部１２ａは他の部分より薄くなされ、厚さＬは他の部分の厚さの約１／２になされている。これにより磁性コアには、段部１２ａにおいて磁路に垂直な断面の面積が他の部分より小さくなる。段部１２ａの厚さＬを減らすために図１の（ｂ）に示すように、導体線１４の縁部１４ｃの磁性コア１１の面に対する角度θを９０度に近づけるのが望ましい。角度θを９０度に近い値にする加工は、磁性コア１１の上に導体膜を形成しフォトレジストにより導体線１４となる部分を残してエッチングするとき、レジスト膜の材質や厚さ及びエッチング条件等を適正に選定することにより可能である。またよく知られたリフトオフ工法を用いてもよい。段部１２ａの厚さＬを減らすために、磁性コア１２を形成するとき、磁性膜の成膜条件を調節して、導体線１４の縁部１４ｃに形成される磁性膜の厚さを薄くすることも可能である。
【００２６】
本実施例の磁気検出素子では、段部１２ａの厚さＬを減らして磁性コア１２の磁路に垂直な断面の面積を他の部分より小さくしている。薄膜形成技術では、導体線１４の縁部１４ｃの近傍で厚さＬを減らすのが最も簡単であり加工コストも安い。磁性コア１２の段部１２ａの厚さＬと、磁性コア１２の他の部分との厚さの比は３対４以下であるのが好ましい。磁性コア１１及び１２はともに厚さ１．５μｍのＦｅＴａＮを用いた軟磁性体膜である。導体線１４は左右の幅が１０μｍ、厚さが１μｍの銅の膜である。表面をラッピング処理した後の厚さＬは０．７μｍ、角度θは７０度である。後で詳しく説明するが、導体線１４と、磁性コア１１及び１２との間には絶縁層を介在させるのが望ましい。
【００２７】
図２の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本実施例の磁気検出素子の他の構成を示す断面図である。図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、図１に示す基板４１の図示を省略している。
図２の（ａ）の構成では、導体線１４の中央領域において、磁性コア１２に紙面に垂直な方向の溝２１を形成して磁性コア１２の厚さを部分的に薄くして磁路に垂直な断面の面積（以下、単に断面積という）を小さくしている。これによって、図１の（ｂ）に示す、段部１２ａの厚さＬを薄くした場合と同じ作用・効果が得られる。溝２１はエッチング等により一部を除去すればよいので加工工程が簡単である。
【００２８】
図２の（ｂ）の構成では、導体線１４の縁部１４ｃの近傍の磁性コア１２に紙面に垂直な方向の溝２２を形成して厚さＬを小さくしている。図２の（ｃ）の構成では、導体線１４の縁部１４ｃ近傍の磁性コア１２に紙面に垂直な方向の溝２３を形成している。更に導体線１４を囲む部分の磁性コア１２が、両端部の磁性コア１２ｄから分離されるように、磁性コア１１の面に達する溝２４を形成して断面積を小さくしている。前記の溝２１、２２、２３及び２４は、イオンシリング加工、ウェットエッチング加工、レーザー加工等によっても形成することができる。
【００２９】
本実施例の磁気検出素子の動作を図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｃ）に示す磁気検出素子３１は、図２の（ｂ）に示すものと同じ構成である。図３の（ａ）において、磁気検出素子３１を矢印１００で示す方向の磁界（以下、外部磁界１００という）中におくと、磁気検出素子３１の左端から矢印３２、３３で示す磁束（以下、磁束３２、３３という）が流入する。磁性コア１１と１２は、材質が同じで厚さもともに１．５μｍと同じであるので、磁束３２と３３の磁束密度及び磁束の量はほぼ等しい。磁束３２と３３はそれぞれ磁性コア１１及び１２内を右方に進み、溝２２の部分に至る。溝２２によって、磁性コア１２の厚さが薄くなされているので、磁性コア１２の磁束が通過する部分である磁路３４及び３５は他の部分より断面積が小さく通常磁束密度が大きくなる。磁束密度と透磁率の関係は、磁束密度が増加すれば透磁率が低下する。透磁率の低下により溝２２の近傍の導体線１４のインダクタンスが減少する。
【００３０】
図３の（ｂ）及び（ｃ）は、図３１に示すように、本実施例の磁気検出素子３１の導体線１４の両端１３４、１３７を、高周波発振器１３１、直流電源１３２及び高周波増幅器１３９を有するアンプ型の検出回路に接続したときの動作を示す断面図である。このように構成したものを「磁気検出器」という。図３の（ａ）及び（ｂ）において、図３１の回路の高周波発振器１３１のみを動作させて導体線１４に紙面に垂直な方向に交流電流（キャリア電流）を流す。交流電流による磁束を点線３７（以下、磁束３７という）で示す。磁束３７は導体線１４を囲むように形成される。磁路の大部分を占める磁性コア１１及び１２ｅの透磁率は高いので、導体線１４のインダクタンスは比較的高い。インダクタンスを高く保つために、磁路３７の長さは比較的短い方がよい。導体線１４のインダクタンスは磁性コア１１及び１２ｅの透磁率に比例するため、インダクタンスは矢印１００で示す外部磁界の強さに応じて変化する。導体線１４のインダクタンスの変化により、導体線１４のインピーダンスが変化して、キャリア電流の振幅が変化する。キャリア電流の振幅の変化による導体線１４の両端１３４、１３７の出力電圧を図３１に示す高周波増幅器１３９で増幅し検波した出力のキャリア信号レベルによって外部磁界の強さを検出することができる。図２の（ａ）に示す構成の磁気検出素子は溝２１が１つなので、高周波電流による磁束が通りやすく、導体線１４のインダクタンスは高い。従って磁界の検出感度は図２の（ｂ）の磁気検出素子より高い。
【００３１】
図３の（ｂ）に示す磁気検出器は、外部磁界１００の方向が図の矢印方向と逆の左向きの場合でも、同じレベルの出力が得られる。従って外部磁界１００の方向を判別することができない。次に方向の判別をするためのバイアス磁界について説明する。
図３の（ｃ）は、導体線１４に、図３１に示す直流電源１３２により、紙面に垂直に手前から奥に向かう方向の直流バイアス電流を流した場合の直流バイアス磁束３８を示す断面図である。磁性コア１１と１２には互いに逆方向に直流バイアス磁束が通るので、透磁率の差は少ない。導体線１４には高周波発振器１３１によりキャリア電流も流す。導体線１４を流れるキャリア電流によって導体線１４の両端に高周波電圧であるキャリア信号が生じる。導体線１４の周囲の磁性コア１１と１２を通る直流バイアス磁束３８により直流バイアス磁界が生じる。磁性コア１２において、磁路３４及び３５は他の部分に比べて断面積が少ないため、直流バイアスの磁束密度は高い。図２９は直流バイアス磁界が与えられた磁気検出素子３１において、磁性コア１１ｅ、１２ｅを通る直流バイアス磁束による磁界強度（Ｈ）と、磁性コア１１及び１２の透磁率（Ｅ）との関係を示す特性曲線２５６である。横軸の（＋）、（−）は外部磁界１００の方向に対する直流バイアス磁束３８の方向を示しており、（＋）は同方向、（−）は逆方向である。図２９の特性曲線２５６において、直流バイアス磁界２５５の磁界強度Ｈが特性曲線２５６の勾配の最も大きい部分の磁界強度Ｈａになるように導体線１４に流す直流電流値を設定すると、磁界強度（Ｈ）の変化による磁性コア１１及び１２の透磁率（Ｅ）の変化が最も大きくなる。この状態になる直流バイアス磁界の強さを「適正直流バイアス磁界強度Ｈａ」という。
【００３２】
図３の（ｃ）に示す磁性コア１２において、磁路３４及び３５では、磁路の断面積が他の部分より小さいため、直流バイアスの磁束３８の密度は他の部分より高く、従って磁界強度も大きい。直流バイアス電流の調節により磁路３４、３５の磁界強度が適正直流バイアス磁界強度Ｈａになるようにする。このとき磁路３４、３５より断面積の大きい磁性コア１１、１２の他の部分の磁界強度は適正直流バイアス磁界強度Ｈａより低い。
図３の（ｃ）において、導体線１４を囲む磁性コア１１ｅ、１２ｅのそれぞれの磁束、及び溝２２の磁路３４、３５を通る磁束のそれぞれの密度によって定まる磁界強度を、それぞれＨ１１、Ｈ１２、Ｈ２２で表す。図２９を参照して外部磁界１００の強さ及び方向が変化するときの磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２２の変化を説明する。
【００３３】
図２９において、外部磁界１００がないとき、磁路３４、３５は適正直流バイアス磁界強度Ｈａになされているので磁界強度Ｈ２２はＨａに等しい（Ｈ２２＝Ｈａ）。このとき磁路３４、３５より断面積の大きい磁性コア１１ｅ、１２ｅの直流バイアス磁束の密度は、磁路３４、３５の磁束密度より低いので、図に示すように磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２も磁界強度Ｈ２２より低い。Ｅ２２は磁界強度Ｈ２２に対応する透磁率である。Ｅ１１は磁界強度Ｈ１１に対応する透磁率であり、Ｅ１２は磁界強度Ｈ１２に対応する透磁率である。このとき導体線１４のインピーダンスは、磁界強度Ｈａに対応する透磁率Ｅ２２によって決まる値となる。
【００３４】
この状態にある磁気検出器を図３の（ｃ）のように外部磁界１００の中に置くと、外部磁界１００による磁束３６が磁性コア１１を通り、磁束３３ａが磁性コア１２を通る。磁束３６、３３ａによって、図２９に示すように、磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２２がそれぞれ矢印で示すように変化する。すなわち磁界強度Ｈ１１は減少してＨ１１ｂとなり、磁界強度Ｈ１２、Ｈ２２は共に増加してそれぞれ磁界強度Ｈ１２ａ、Ｈ２２ａとなる。透磁率Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ２２は共に低下し、それぞれ透磁率Ｅ１１ａ、Ｅ１２ａ、Ｅ２２ａとなる。その結果導体線１４の両端子１３４、１３７間のインピーダンスは低下し、キャリア信号のレベルは低下する。
【００３５】
外部磁界の方向が、図３の（ｃ）で右から左へ向かう矢印２００の方向の場合、図２９において、磁界強度Ｈ１１は増加してＨ１１ａとなる。磁界強度Ｈ１２、Ｈ２２は共に減少してそれぞれ磁界強度Ｈ１２ｂ、Ｈ２２ｂとなる。磁界強度Ｈ１１、Ｈ１２の変化は透磁率の変化にわずかしか寄与しないが、磁界強度Ｈ２２がＨ２２ｂに変化した結果、透磁率Ｅ２２は大きく増加して透磁率Ｅ２２ｂとなる。このように外部磁界の方向が変わると、図３の（ｃ）において、溝２２によって断面積が小さくなった磁路３４、３５の透磁率が大きく変化することから、外部磁界１００の方向を検出することができる。透磁率の変化に比例する導体線１４のインピーダンスの変化により、導体線１４の両端子１３４、１３７間のキャリア信号のレベルが変わる。このキャリア信号の高周波電圧を高周波増幅器１３９で増幅し検波することにより、外部磁界１００の方向及び強さを電気信号として検出することができる。
【００３６】
本実施例の磁気検出素子の他の例として図４の（ａ）、（ｂ）及び図５の（ａ）、（ｂ）に示すものがある。図４の（ａ）の磁気検出素子は、導体線１４の下側の磁性コア１１の膜厚を上側の磁性コア１２の膜厚より薄くして断面積を小さくしている。
図４の（ｂ）の磁気検出素子は、導体線１４の上側の磁性コア１２の膜厚を磁性コア１１の膜厚より薄くして断面積を小さくしている。図４の（ａ）及び（ｂ）に示す磁気検出素子は、いずれも成膜工程で磁性コア１１あるいは１２の膜厚を薄くすればよいため加工工程が簡単である。磁性コア１１又は１２のいずれか一方の膜厚を他方より薄くすることで、導体線１４の近傍で磁束密度が高くなり、図４の（ａ）、（ｂ）のものでも本実施例の磁気検出素子と同様の効果が得られる。
【００３７】
図５の（ａ）及び（ｂ）は他の例の磁気検出素子のそれぞれ平面図及び断面図である。この磁気検出素子は、導体線１４の部分の磁性コア１２ｇの幅Ｗ１を他の部分の幅Ｗ２より狭くしている。磁性コア１１と１２ｇの厚さは同じである。幅Ｗ１を他の部分の幅Ｗ２より狭くすることにより、導体線１４の部分で磁性コア１２の断面積が減少し、図４の（ａ）、（ｂ）のように磁性コア１１又は１２の膜厚を薄くしたのと同じ効果が得られる。
図６は第１実施例の他の例の磁気検出素子の断面図である。この例では、下側の磁性コア１１ｂの下面に紙面に垂直な方向の溝２１ｂを設け、この部分で磁性コア１１ｂの断面積を他の部分より小さくしている。
図７は本実施例の更に他の例の磁気検出素子の断面図である。この例では、下側の磁性コア１１ｃの上面に紙面に垂直な方向の溝２１ｄを設けて、断面積を他の部分より小さくしている。
【００３８】
図８の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ更に他の例の磁気検出素子の上面図及びVIIIｂ−VIIIｂ断面図である。この例では、上側の磁性コア１２ｊの、導体線１４に接する部分に円又は長円の孔６１を形成している。孔６１を形成することにより、この部分で磁性コア１２ｊの断面積を減少させている。孔６１の面積を変えることで、磁性コア１２ｊのこの部分を所望の断面積にすることができる。
図９の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ更に他の例の磁気検出素子の上面図及びIXｂ−IXｂ断面図である。この例では、上側の磁性コア１２ｊの上面に円又は長円の凹部６２を形成している。凹部６２の面積と深さを変えることで磁性コアのこの部分を所望の断面積にすることができる。なお孔６１、凹部６２の形状は円又は長円に限られるものでなく他の形状でもよい。
【００３９】
本実施例によれば、導体線１４の縁部近傍の磁性コア１２に溝２２を設けるなどして、部分的に断面積の小さい部分を設けることによって、外部磁界１００の変化による導体線１４近傍の磁性コア１２ｅの透磁率変化が大きくなる。その結果導体線１４のインダクタンスの変化が大きくなり、磁気検出素子としての検出感度が高くなる。以下の各実施例における外部磁界の検出原理も本実施例と同じである。
【００４０】
《第２実施例》
本発明の第２実施例の磁気検出素子を図１０から図１５を参照して説明する。
図１０は本発明の第２実施例の磁気検出素子の斜投影図である。図１１の（ａ）は図１０に示す磁気検出素子のXIａ−XIａの断面図である。
図１１の（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明の第２実施例の他の２つの例の磁気検出素子の断面図である。
【００４１】
図１０及び図１１の（ａ）において、セラミックス等の非磁性基板４１の上に軟磁性膜の第１の磁性コア４４を形成している。磁性コア４４の中央領域に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜による第１の絶縁膜４２を形成し、その上に磁性コア４４をまたぐように導体線１４を形成している。導体線１４の上に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜による第２の絶縁膜４３を形成し、その上に第２の磁性コア１２を形成している。基板４１の両端部の磁性コア４４の上には、磁性コア１２から離れた部分に軟磁性膜の第２の磁性コア４５を形成している。磁性コア４４及び４５の好ましい厚さは共に１．５μｍである。磁性コア１２の段部１２ａで磁性コア１２の断面積は他の部分より小さくなされている。
【００４２】
本実施例の構成では、第２の磁性コア１２は導体線１４の上とその周辺部のみに設けられている。端部領域Ｔには磁性コア４４と４５が重なって磁性コア１１が形成されているので、基板４１の端部の磁束流入部４０における磁性コア１１の膜厚は３μｍとなる。導体線１４の近傍の中央領域４６ａでは膜厚１．５μｍの磁性コア４４のみであるので、磁性コア１１の膜厚３μｍの端部の磁束流入部４０から流入した磁束は、膜厚１．５μｍの磁性コア４４を通るとき、その磁束密度が約２倍になる。磁性コア４４の磁束密度の増加に応じて磁性コア１２の磁束密度も増加する。この磁束密度の増加により、磁性コア４４の膜厚が端部領域Ｔと中央領域４６ａで同じである場合に比べて外部磁界１００による磁束の密度変化が約２倍になり、その結果として検出感度が高くなる。
【００４３】
図１１の（ｂ）の例では、基板４１の上に厚さ３μｍの磁性コア４４を形成した後、磁性コア４４の中央領域４６ａの表面部分を除去して厚さ１．５μｍ程度まで薄くする。端部領域Ｔの磁性コア４４の上には、磁性コア１２から離れた部分に厚さ１．５μｍの磁性コア４５を形成している。その他の構成は図１１の（ａ）に示すものと同じである。この例では、基板４１の端部の磁束流入部４０の膜厚は４．５μｍであり、導体線１４近傍の中央領域４６ａの磁性コア４４の膜厚は１．５μｍなので、厚さの比は３倍になる。その結果、磁性コア４４の中央領域４６ａにおける磁束密度は端部領域Ｔの約３倍になり感度も更に高くなる。
【００４４】
図１１の（ａ）及び（ｂ）においては、第１の磁性コア４４と第２の磁性コア１２との間に絶縁膜４２を設けて電気的に絶縁しているが、必ずしも両者間を電気的に絶縁する必要はない。絶縁膜４２が厚過ぎると磁路が長くなるので導体線１４のインダクタンスが低くなり好ましくない。
図１１の（ｃ）の例では、図１１の（ｂ）の磁性コア１２の段部１２ａに紙面に垂直な方向の溝４７を形成している。溝４７を形成することによって磁性コア１２の斜面部の膜厚を薄くし断面積を小さくする。なお検出感度を出来るだけ高くしたい場合には薄い絶縁膜４２を設けた方がよい。本実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路に接続し、導体線１４に直流と高周波電流を流す。
【００４５】
図１２の（ａ）から（ｆ）は、図１１の（ａ）に示す第２実施例の磁気検出素子の製造方法を示す各工程における断面図である。図１２の（ａ）において非磁性セラミックスの基板４１の上に厚み１．５μｍの軟磁性体膜をスパッタリングで成膜し、イオンミリング処理により所望の形状の第１の磁性コア４４を形成する。
図１２の（ｂ）において、磁性コア４４の中央領域に厚み０．１μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第１の絶縁膜４２を形成する。
【００４６】
図１２の（ｃ）において、絶縁膜４２の中央領域にＣｕ膜を１．０μｍの厚みでスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして導体線１４を形成する。
図１２の（ｄ）において、導体線１４の上にＳｉＯ２膜を０．１μｍの厚みでスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第２の絶縁膜４３を形成する。
図１２の（ｅ）において、絶縁膜４２及び４３の上、及び磁性コア４４の端部領域に軟磁性体膜を１．５μｍの厚みでスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により第２の磁性コア１２と第１の磁性コア４５を形成する。
【００４７】
図１２の（ｆ）において、磁性コア１２及び４５を含む基板４１の全面に平均３μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜する。次に、イオンミリング処理により所望の形状にして保護膜５１を形成するとともに図示を省略した端子等を設けて成膜工程を終了する。最後に所望の形状に切断加工し、本実施例の磁気検出素子が得られる。
基板４１には、ニッケル、チタン、マグネシウムを含む非磁性セラミックを用いる。軟磁性体膜には、鉄、タンタル、窒素を含む合金の複数の層の各層の間に層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜を挟んで積層したものを用いるのが好ましい。
【００４８】
図１３の（ａ）から（ｇ）は、図１１の（ｂ）に示す磁気検出素子の製造方法を示す各工程における断面図である。
図１３の（ａ）において、セラミックスの基板４１の上にスパッタリングにより厚さ３．０μｍの軟磁性体膜を形成し、イオンミリング処理により所望の形状の第１の磁性コア４４を形成する。
図１３の（ｂ）において、磁性コア４４の中央部の領域の表面部分を、次の工程で形成されるＳｉＯ２膜の領域よりやや広い範囲にわたってイオンミリング処理により除去し、深さ１．５μｍの凹部４６を形成する。
【００４９】
図１３の（ｃ）において、前記凹部４６に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第１の絶縁膜４２を形成する。
図１３の（ｄ）において、絶縁膜４２の中央領域に厚さ１．０μｍのＣｕ膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして導体線１４を形成する。
図１３の（ｅ）において、導体線１４を覆う厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして第２の絶縁膜４３を形成する。
【００５０】
図１３の（ｆ）において、絶縁膜４２及び４３、及び磁性コア４４の両端部領域に厚さ１．５μｍの軟磁性体膜をスパッタリングにより成膜する。次に、イオンミリング処理により所望の形状にして第２の磁性コア１２と第１の磁性コア４５を形成する。
図１３の（ｇ）において、磁性コア１２及び４５を含む全面に厚さ３μｍのＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により所望の形状にして保護膜５１を形成する。
最後に所望の形状になるように不要部分（図示省略）を切断して磁気検出素子が完成する。
【００５１】
基板４１に用いるセラミックは、ニッケル、チタン、マグネシウムを含む非磁性材料である。軟磁性体膜には鉄、タンタル、窒素を含む合金の複数の層の各層の間に層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜を挟んで積層したものを用いるのが好ましい。
なお図１３の（ａ）の工程の後に、軟磁性体膜をスパッタリングにより成膜し、イオンミリング処理により磁性コア４５を形成してもよい。
図１１の（ａ）に示す磁気検出素子において、絶縁膜４２を、図１４に示すように、磁性コア４４と磁性コア１２の間にも設けて、磁性コア４４と磁性コア１２を絶縁してもよい。
【００５２】
図１５は本実施例の他の例の磁気検出素子の断面図である。この磁気検出素子では磁性コア１１ｋの中央領域に断面積を小さくするための凹部を形成し、そこに導体線１４を形成している。磁性コア１２ｋを、磁性コア１１ｋと導体線１４の上に形成する。図１５の磁気検出素子は製造の工程が図１４のものと異なるが、特性上はほとんど差がない。
【００５３】
《第３実施例》
本発明の第３実施例の磁気検出素子を図１６の（ａ）及び（ｃ）の断面図を参照して説明する。図１６の（ｂ）は比較説明に用いる図である。図１６の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）では図１０に図示している基板４１の図示を省略している。図１６の（ａ）及び（ｃ）に示す本実施例の磁気検出素子は、前記第１実施例の図１の（ｂ）に示すものと類似の構成を有し、軟磁性体の膜による第１及び第２の磁性コア１１及び１２、磁性コア１１及び１２の中央部分に挟まれた導体膜による導体線１４又は３４を備えている。本実施例が第１実施例と異なる点は、導体線１４又は３４の膜厚が第２の磁性コア１２の膜厚より厚いことである。
【００５４】
図１６の（ａ）において、導体線１４の膜厚を磁性コア１２の膜厚より厚くすることにより、導体線１４の縁部の点１４ａと点１４ｂを通る点線で示す経路７１において、磁性コア１２を通る磁路１２ｄの長さが、磁性コア１１を通る磁路１１ｄの長さより長くなる。また導体線１４を厚くすることにより、スパッタリングで成膜するとき磁性コア１２の、導体線１４の斜面部１４ｃにおける厚さが他の部分より薄くなり、断面積が他の部分より小さくなる。外部磁界１００から磁性コア１２に流入した磁束３３の一部は、点１４ａの近傍で、経路が短いため透磁率が高い磁性コア１１へ移る。すなわち磁力線はより近い経路を通る。磁性コア１２から磁性コア１１に移った磁束は、磁性コア１１に流入した磁束３２と合流し磁路１１ｄを通る。その結果磁路１１ｄの磁束密度は磁路１２ｄの磁束密度より高くなり、外部磁界の検出感度が高くなる。
【００５５】
図１６の（ｂ）は前記第１実施例と同様の、導体線２４の厚さが１μｍ（幅は１０μｍ）で、磁性コア１１、１２の厚さ１．５μｍより薄いものの例である。この例では、点２４ａ、２４ｂ間の点線で示す経路７３において、磁性コア１１を通る磁路と磁性コア１２を通る磁路の差はあまり大きくない。
図１６の（ｃ）は、導体線３４の厚さが２μｍ、幅が５μｍ、磁性コア１１、１２の厚さが１．５μｍのものの例である。導体線２４と３４の断面積は同じであるので単位長当たりの直流抵抗は同じである。図１６の（ｃ）の例では、導体線３４の厚さを磁性コア１２の厚さより大幅に厚くし、左右の幅を短くしているので、点３４ａと３４ｂとの間において、磁性コア１２を通る磁路１２ｃと磁性コア１１を通る磁路１１ｃとの長さの差が大きくなる。その結果、磁路１１ｃの磁束密度は磁路１２ｃより大幅に大きくなる。外部磁界による導体線３４のインピーダンス変化は、図１６の（ａ）の導体線１４のインピーダンス変化よりも大きくなり、さらに高い検出感度が得られる。
【００５６】
導体線２４及び３４のそれぞれのインダクタンスは、導体線２４又は３４の周囲を回る全磁路の長さに反比例する。図１６の（ｂ）の素子の全磁路と同（ｃ）の素子の全磁路とを比較すると、同（ｃ）の全磁路の方が短いので、導体線３４のインダクタンスは導体線２４より大きい。導体線に高周波電流を流したときの外部磁界による導体線のインピーダンスの変化は導体線のインダクタンスが大きい程大きくなるので、この点からも図１６の（ｃ）の磁気検出素子の磁気検出の感度は高くなる。
【００５７】
図１７は長方形の断面で一定の断面積を有する導体線の周長（縦軸）と断面の縦（ａ）横（ｂ）の比ｂ／ａ（横軸）との関係を示すグラフである。導体線の周長を出来るだけ短くするためには、比ｂ／ａを４程度にするのが望ましい。周長はｂ／ａが１のとき（正方形）最小になるが、この場合は膜厚が厚くなるため成膜やエッチング工程に時間を要し製造コストが高くなる。以上の点から導体線１４、３４の膜厚（ａ）と長さ（ｂ）の比（厚さ／長さ）が４分の１以上であるのが望ましい。本実施例の磁気検出素子を用いた磁気検出器は図３１の検出回路を用いて構成し、直流磁気バイアスを印加するために導体線に直流電流を流す。
【００５８】
《第４実施例》
本発明の第４実施例の磁気検出素子を図１８から図２０を参照して説明する。
図１８の（ａ）から（ｅ）は本発明の第４実施例の磁気検出素子の５つの例の断面図である。図１８の（ａ）は本実施例の第１の例の磁気検出素子の断面図である。図において、第１の磁性コア８１の中央部の両面にそれぞれ導体線８４及び８５が設けられている。導体線８４と磁性コア８１の上面に第２の磁性コア８２が形成され、導体線８５と磁性コア８１の下面に第３の磁性コア８３が形成されている。磁性コア８１、８２、８３はともに同じ材質であり、同じ厚さになされている。本実施例の磁気検出素子は、前記第１及び第２実施例のもののような基板４１は図示していないが、磁性コア８２又は８３のいずれか一方を基板上に設けてもよい。例えば、磁性コア８３を基板上に形成する場合、基板の面に磁性コア８３の中央部の凸部８３ｐが入り込むように、凸部８３ｐの形に合わせた凹みを作っておく。別の方法として基板上に非磁性の絶縁物で凸部８３ｐに合わせた凹みをもつ層を形成してもよい。このことは図１８の（ｂ）から（ｅ）のものについても同様である。基板を用いない場合磁性コア８１、８２、８３及び導体線８４、８５は、基板４１を必要としない比較的厚い膜やフィルムなどで形成されている。図１８の（ｂ）の磁気検出素子では、導体線８４ａ、８５ａの断面の縦横の比が約１対２になされている。その他の構成は、図１８の（ａ）のものと同じである。
【００５９】
図１８の（ｃ）の磁気検出素子は、第２及び第３の磁性コア８２ａ及び８３ａの、導体線８４、８５の縁部近傍に、断面積を小さくするための溝２２を形成している。導体線８４、８５は図１８の（ａ）のものと同じである。  図１８の（ｄ）の磁気検出素子は、第２及び第３の磁性コア８２ｂ、８３ｂの中央部に断面積を小さくするための凹部２１を形成している。導体線８４、８５は前記図１８の（ａ）のものと同じである。
図１８の（ｅ）の磁気検出素子は、磁性コア８１の両端部の両面に磁性コア８２ｃと８３ｃを設けている。磁性コア８１の中央部の両面に導体線８４、８５が設けられている。導体線８４を覆うように、前記磁性コア８２ｃとの間に隙間を保ちつつ磁性コア８２ｄが形成されている。また導体線８５を覆うように、磁性コア８３ｃとの間に隙間を保ちつつ溝２３を有する磁性コア８３ｄが設けられている。
【００６０】
本実施例の磁気検出素子の動作を、図１８の（ｃ）のものを例にして、図１９を参照して説明する。図１９の（ａ）において、本実施例の磁気検出素子を外部磁界１００中に置いたとき、矢印９１、９２、９３で示す、ほぼ同じ密度の磁束（以下、磁束９１、９２、９３という）がそれぞれ磁性コア８１、８２、８３を通る。導体線８４と、磁性コア８１及び８２で図２の（ｂ）に示すものと同等の磁気検出素子が構成される。また導体線８５と、磁性コア８１及び８３でもう１つの、図２の（ｂ）に示すものと同等の磁気検出素子が構成される。
【００６１】
本実施例では導体線８４と８５を直列に接続し図３１に示す検出回路の端子１３４、１３７間に接続して高周波発振器１３１から紙面に垂直な方向に高周波電流を流す。図１９の（ｂ）において点線９７、９８で示す長円は、高周波電流により導体線８４と８５の周囲にできる交流磁界を表している。図１９の（ｃ）は、導体線８４、８５に紙面に垂直な方向で互いに逆方向の直流電流を流して直流バイアス磁界を発生させたときの磁束を矢印で示している。
【００６２】
本実施例では、導体線８４と８５を直列に接続することにより、各導体線８４と８５の両端子間のキャリア信号レベルが加算されるので、磁気検出の感度が更に高くなる。
導体線８４と８５を並列に接続して用いてもよいが、この場合直列接続の場合の２倍の直流電流を必要とする。従って直列接続の方が省電力に有効である。導体線８４と８５を前記のように直列に接続せず、導体線８４と８５を独立した別々の直流電源に接続して用いてもよい。この場合、導体線８４、磁性コア８１、８２で構成される第１の磁気検出素子と、導体線８５、磁性コア８１、８３で構成される第２磁気検出素子を独立した２つの磁気検出素子として用いることができる。
【００６３】
図２０は本実施例の他の例の磁気検出素子の断面図である。この例では、第１の磁性コア８１の厚さを、第２及び第３の磁性コア８２、８３より薄くしている。磁性コア８１、８２及び導体線８４により、図４の（ａ）に示す前記第１実施例の磁気検出素子と同等の素子が構成される。同様にして磁性コア８１、８３及び導体線８５により、前記図４の（ａ）に示すものと同等の素子が構成される。この例の磁気検出素子においても導体線８４と８５を直列に接続して磁気検出器を構成してもよい。これにより前記図４の（ａ）の磁気検出素子のもつ効果に加えて、本実施例の前記導体線８４と８５の直列接続による効果も得られる。
【００６４】
《第５実施例》
本発明の第５実施例の磁気検出素子を図２１を参照して説明する。
図２１の（ａ）は本発明の第５実施例の磁気検出素子１０５の平面図である。図２１の（ｂ）は、同（ａ）の磁気検出素子１０５の構造を理解しやすくするための模型の斜視図である。図２１の（ｂ）に示すように、導体線１２２ａから１２２ｅ及び１２３ａから１２３ｄよりなるらせん状の導体の、導体線１２２ａ〜１２２ｅの部分が磁性コア１１１と１１２の間に挟まれている。
【００６５】
図２１の（ａ）において、磁気検出素子１０５は、非磁性体の基板４１の上に、それぞれ薄膜で形成された、磁性コア１１１及び１１２を有する。磁性コア１１１と磁性コア１１２との間に導体線１２２ａ〜１２２ｅを有する。導体線１２２ａ〜１２２ｅは導体線１２３ａ〜１２３ｄにより直列に接続され、検出部１０６が形成されている。検出部１０６の、導体線１２２ａの端部は端子１１５に接続され、導体線１２２ｅの端部は端子１１６に接続されている。導体線１２２ａ〜１２２ｅ、１２３ａ〜１２３ｄ及び端子１１５、１１６はともに銅等の薄膜により形成されている。磁性コア１１１、１１２は軟磁性体の薄膜により形成されている。
【００６６】
検出部１０６の一点鎖線１０７で囲んだ部分（以下、検出ユニット１０７という）は、磁性コア１１１、１１２及び導体線１２２ａにより構成され、図１に示す第１実施例の磁気検出素子と実質的に同じである。図２１の（ａ）の磁性コア１１１、１１２及び導体線１２２ａから１２２ｅは、それぞれ図１の（ｂ）の磁性コア１１、１２及び導体線１４に対応している。図２１の（ａ）の最上部の検出ユニット１０７において、磁性コア１１１、１１２を貫通する直線状の導体線１２２ａは、一端が端子１１５に接続され、他端は、磁性コア１１２の上面を通る略Ｚ字形の導体線１２３ａによってその下の直線状の導体線１２２ｂに接続されている。同様にして、導体線１２２ｂと１２２ｃは導体線１２３ｂによって接続され、導体線１２２ｃと１２２ｄは導体線１２３ｃによって接続されている。導体線１２２ｄと１２２ｅは導体線１２３ｄによって接続され、導体線１２２ｃの端部は端子１１６に接続されている。図２１の（ａ）の構成を模型で示すと図２１の（ｂ）の斜視図のようになる。
【００６７】
本実施例によれば、図１に示す磁気検出素子に相当する検出ユニット１０７が複数個（図２１では５つ）直列に連結され、５つの導体線１２２ａ〜１２２ｅが直列に接続されている。
本実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路の端子１３４、１３７に、それぞれ磁気検出素子１０５の端子１１５、１１６を接続する。高周波発振器１３１から、導体線１２２ａから１２２ｅに高周波電流を流したとき、外部磁界１００によって生じる導体線１２２ａから１２２ｅのインピーダンス変化、すなわち端子１１５と１１６間のインピーダンス変化は図１の（ｂ）のものの約５倍になる。そのため磁界の検出感度も約５倍になる。直列に連結する検出ユニット１０７の数は５つに限定されるものではなく、任意の数にすることができる。導体線１２２ａから１２２ｅに直流電流を流すとき電流の方向が導体線１２２ａから１２２ｅですべて同じである。従って各導体線１２２ａから１２２ｅの近傍には同じ方向の直流バイアス磁界ができる。端子１１５から端子１１６までの直流抵抗を減らすために、導体線１２３ａ〜１２３ｄの断面積を、導体線１２２ａ〜１２２ｅの断面積より大きくするのが望ましい。
【００６８】
《第６実施例》
本発明の第６実施例の磁気検出素子を図２２の平面図を参照して説明する。図２２において、基板４１上に図２１の（ａ）に示す検出部１０６を４つ設け、４つの検出部１０６をすべて接続導体線１８１で直列に接続している。左端の検出部１０６の導体線１２２ａは端子１１５に接続され、右端の検出部１０６の導体線１２２ｅは端子１１６に接続されている。
【００６９】
本実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路の端子１３４、１３７に、それぞれ磁気検出素子の端子１１５、１１６を接続する。図３１のアンプ型の検出回路は、導体線の直流抵抗が大きい場合でも動作するので、本実施例のような導体線の直流抵抗がやや大きな検出素子にも使用できる。
本実施例では、前記第５実施例の検出部１０６が４つ直列に接続されているので、外部磁界１００による端子１１５と１１６間のインピーダンス変化は第５実施例のものに比べて約４倍になる。従って磁界の検出感度も約４倍になる。
【００７０】
《第７実施例》
本発明の第７実施例の磁気検出素子を図２３の平面図を参照して説明する。図２３において、一点鎖線１０７で囲んだ部分は図２１に示すものと同じ構成の検出ユニット１０７である。検出部１０６ａは５つの検出ユニット１０７が縦に連結されて構成されている。基板４１上に９つの検出部１０６ａが並列に設けられている。９つの検出部１０６ａの、図において最も上の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ａは互いに連結されている。上から２番目の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｂは互いに連結されている。同様にして、上から３番目の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｃは連結され、上から４番目の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｄは連結されている。最も下の横列の９つの検出ユニット１０７の導体線１２２ｅは連結されている。導体線１２２ａの左端は基板４１上の端子１１５に接続され、導体線１２２ａの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｂの左端に接続されている。同様にして導体線１２２ｂの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｃの左端に接続されている。導体線１２２ｃの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｄの左端に接続されている。導体線１２２ｄの右端は検出部１０６ａの上を通る導体線１２３で導体線１２２ｅの左端に接続され、導体線１２２ｅの右端は端子１１６に接続されている。本実施例では縦５つ横９つ、合計４５の検出ユニット１０７の導体線１２２ａから１２２ｅがすべて直列に接続されている。従って磁界１００による端子１１５と１１６間のインピーダンス変化は、１つの検出ユニット１０７の場合の約４５倍になる。これにより磁界の検出感度も約４５倍になる。本実施例の構成では、隣り合う検出部１０６ａ間の間隔を図２２のものに比べて狭くすることができるので、基板４１上の検出ユニット１０７の配置密度が高くなる。従って高感度の磁気検出素子を小型の基板４１を用いて作ることが可能となる。前記実施例５から７の検出ユニット１０７は図１の（ｂ）の構成も素子限定されるものではなく、前記実施例１から４の磁気検出素子を検出ユニット１０７に用いてもよい。
【００７１】
《第８実施例》
図２４は本発明の第８実施例の磁気検出素子の平面図である。図２４における検出ユニット１０７ａは、第１の磁性コア１１が２つの磁性コア４４、４５で構成されている、図１０に示す磁気検出素子に実質的に等しい。その他の構成は図２３のものと同じである。検出ユニット１０７ａの検出感度は図２３の検出ユニット１０７の検出感度よりも高いので、本実施例の磁気検出素子は、前記の図２３の磁気検出素子よりも高い検出感度を有する。
【００７２】
《第９実施例》
図２５は本発明の第９実施例の磁気検出素子を図２５の平面図を参照して説明する。図２５において、検出ユニット１０７は図２３における検出ユニット１０７と同じである。図２５においては、左右の両端の検出部１０６ｃの縦の長さを、それより内側の検出部１０６ｄの縦の長さより短くしている。さらに検出部１０６ｄの長さを中央部の検出部１０６ｅの長さより短くしている。この構成によって得られる作用効果を以下に詳しく説明する。
【００７３】
例えば、図２３に示す磁気検出素子を、矢印１００で示す方向の均一な強さの磁界中に置くと、両端部の検出部１０６ｆを通る磁力線の数が中央部の検出部１０６ｇを通る磁力線の数より多くなることを発明者等は発見した。すなわち９つの検出部１０６ａを通る磁力線の磁束密度が不均一になる。そのため導体線１２２ａから１２２ｅにおいて、中央部の検出部１０６ｇにある部分と、端部の検出部１０６ｆにある部分とで、磁界によるインピーダンスの変化量が異なる。この影響により、磁気検出素子を不均一な磁界においたとき、磁気検出素子の位置により検出値が変化し、正しい測定値が得られないことがある。
一般に均一な磁界中に磁性体を置いたとき、磁界の方向に沿う長さが長い磁性体の磁束密度は、短い磁性体の磁束密度より高くなることが知られている。この現象は磁界の方向に沿う方向において磁性体に生じる反磁性の作用によるものである。
【００７４】
本実施例では、図２５に示すように、検出部１０６ｄの長さを中央部の検出部１０６ｅより短くし、両端の検出部１０６ｃの長さを検出部１０６ｄより更に短くすることにより、均一な磁界１００において、検出部１０６ｃ、１０６ｄ及び１０６ｅの磁束密度が等しくなるようにする。これによって、前記図２３に示す磁気検出素子の有する問題点が解決された磁気検出素子が得られる。
なお、前記第７、第８及び第９実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成するときは、図３１の検出回路を用いる。
【００７５】
《第１０実施例》
本発明の第１０実施例の磁気検出素子１６０を図２６から図２８を参照して説明する。図２６は磁気検出素子１６０の平面図である。図２７は図２６において一点鎖線で囲んだ検出ユニット１５０のXXVII−XXVII断面図である。図２６に示す本実施例の磁気検出素子は、同じ構成の前記検出ユニット１５０を縦に５つ連結しており、これを検出部１６５と呼ぶ。さらに９つの検出部１６５を横に並行配置しており、４５個の検出ユニット１５０により本実施例の磁気検出素子１６０が構成される。検出ユニット１５０の数は４５個に限定されるものでなく、この数は１つの例である。図２７の検出ユニット１５０の断面図において、基板４１の上に薄膜形成技術により軟磁性膜の第１の磁性コア１５１が形成されている。磁性コア１５１の一部分にＳｉＯ２膜の絶縁膜１５２を介して第１の導体線１５３ａが形成されている。第１の導体１５３ａの上に、ＳｉＯ２膜の絶縁膜１５４を介して第２の導体線１５５ａが形成されている。更に第２の導体線１５５ａの上にＳｉＯ２膜の絶縁膜１５６を形成する。絶縁膜１５６の上及び磁性コア１５１の上に軟磁性膜による第２の磁性コア１５８が形成されている。磁性コア１５８は、両斜面部１５８ａの厚さが他の部分より薄く、斜面部１５８ａの断面積が他の部分より小さくなるように成膜する。磁性コア１５８の上にＳｉＯ２膜の絶縁膜１５９を形成し、絶縁膜１５９の上の右端部に導体の接続線１４０ａが形成されている。
【００７６】
図２６に示す磁気検出素子１６０について、まず第１の導体線１５３ａ〜１５３ｅの接続について説明する。図２６の９つの検出部１６５において、最も上の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ａは直列に接続されている。同様にして上から２番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｂは直列に接続され、上から３番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｃは直列に接続されている。また上から４番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｄは直列に接続され、最も下の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５３ｅは直列に接続されている。導体線１５３ａの左端は、９つの検出部１６５の上を横方向に通る接続線１４０ａにより端子１１５に接続されている。導体線１５３ａの右端は、９つの検出部１６５の上を横に通る接続線１４０ｂにより導体線１５３ｂの左端に接続されている。同様にして導体線１５３ｂの右端は接続線１４０ｃにより導体線１５３ｃの左端に接続され、導体線１５３ｃの右端は接続線１４０ｄにより導体線１５３ｄの左端に接続されている。導体線１５３ｄの右端は接続線１４０ｅにより導体線１５３ｅの左端に接続され、導体線１５３ｅの右端は接続線１４０ｆにより端子１１６に接続されている。その結果、導体線１５３ａ〜１５３ｅは端子１１５、１１６間で直列に接続されたことになる。
【００７７】
第２の導体線１５５ａ〜１５５ｅの接続について説明する。９つの検出部１６５の図において最も上の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ａは直列に接続されている。同様にして上から２番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｂは直列に接続されている。上から３番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｃは直列に接続されている。上から４番目の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｄは直列に接続されている。最も下の横列の９つの検出ユニット１５０の各導体線１５５ｅは直列に接続されている。導体線１５５ａの左端は端子１３５に接続されている。導体線１５５ａの右端と導体線１５５ｂの右端が接続され、導体線１５５ｂの左端と導体線１５５ｃの左端が接続されている。導体線１５５ｃの右端と導体線１５５ｄの右端が接続され、導体線１５５ｄの左端と導体線１５５ｅの左端が接続されている。導体線１５５ｅの右端は端子１３６に接続されている。その結果導体線１５５ａ〜１５５ｅは端子１３５、１３６間で直列に接続されたことになる。直列に接続された導体線１５５ａ〜１５５ｅを導体線１５５と表記する。
【００７８】
本実施例の磁気検出素子により磁気検出器を構成するときは、図２８に示す発振型の検出回路を用いる。図２８において、磁気検出素子１６０の端子１１５、１１６を、抵抗１８０が直列に接続された磁気バイアス用の直流電源１８５に接続する。また端子１３５、１３６を発振回路５００のインバータ回路５５１の入出力間に接続する。電極端子１３５、１３６にはコンデンサ５５２、５５４のそれぞれの一端が接続され、コンデンサ５５２、５５４の他端は回路グランドＧに接続されている。正の直流電圧（＋Ｖ）がインバータ回路５５１の電源端子５５３に印加されている。この発振回路５００はインダクタンスを有する導体線１５５と組み合わされてＬＣ発振器の一種であるコルピッツ形発振回路を構成している。発振回路５００の発振周波数は例えば１０ＭＨｚである。
【００７９】
直流電源１８５から抵抗１８０を経て導体線１４０を流れる直流電流により、各検出ユニット１５０の磁性コア１５１、１５８に、図２７において矢印１７０で示す磁束（以下、バイアス磁束１７０という）が生じる。このバイアス磁束１７０によりバイアス磁界が形成される。この状態の磁気検出器を図２８に示す外部磁界１００の中におくと、前記の各実施例の場合と同様の作用により、導体線１５５のインダクタンスが外部磁界１００の変化に応じて変化する。導体線１５５のインダクタンスの変化により、図２８に示す検出回路の発振回路５００の発振周波数が変化して周波数変調（ＦＭ）信号が出力される。発振回路５００の周波数変調信号をＦＭ復調回路５６１で復調することにより発振周波数の変化量を出力レベルの変化量として出力することができる。発振周波数の変化は外部磁界の強さ及び方向の変化に対応しているので、ＦＭ復調回路５６１の出力を磁界検出回路５６２で検出することにより外部磁界の強さ及び方向を検出することができる。
【００８０】
本実施例によれば磁気検出素子１６０が４５個の検出ユニット１５０を有するので、外部磁界の検出感度は１つの検出ユニット１５０の約４５倍となり、高感度の磁気検出器が実現できる。
バイアス磁界用の直流電流が流れる導体線１４０と高周波電流が流れる導体線１５５が電気的に絶縁されているので、磁気バイアス用の直流電源１８５の電圧及び発振回路５００の電源端子５５３の電圧を、それぞれ任意の値に選定することができる。
また、外部磁界１００の変化を周波数の変化で検出するので外部から到来する主としてＡＭ変調波の電気ノイズの影響を受けにくい。
【００８１】
前記の各実施例では、軟磁性体膜としてＦｅＴａＮを用いたが、実効透磁率の優れたＦｅ系、Ｃｏ系金属磁性体膜、酸化物磁性体膜等磁性体であれば使用可能である。導電性金属膜としては銅を用いたが、比抵抗の小さなＡｕ、Ａｇなどの金属膜でもよい。また、絶縁膜としてＳｉＯ２を用いたが、アルミナ、ガラスなどの無機質の誘電体膜でもよい。また、基板はＮｉＴｉＭｇのセラミック基板を用いたが、ＡｌＴｉＣなど他のセラミック、ガラス系材料、カーボン基板を用いてもよい。非磁性体部の材料としてＳｉＯ２を用いたが他の非磁性体でもよい。保護膜としてはＳｉＯ２を用いたが、アルミナ等の他の誘電体、樹脂等を用いてもよい。
製造方法において、エッチング方法として主としてイオンミリング処理を用いたが、ウエットエッチング等、他のエッチング方法を用いてもよい。成膜方法も主としてスパッタリングにより行ったが、蒸着、メッキ等の方法を用いてもよい。
【００８２】
［産業上の利用可能性］
本発明の磁気検出素子は、磁気検出素子を構成する軟磁性膜の２つの磁性コアと、２つの磁性コアの間に設けられる導電膜による導体線を薄膜形成技術によって形成する。成膜時に成膜条件を調節したり、エッチングなどの膜加工技術を用いて、磁性コアの一部分で磁路に垂直な断面の面積（断面積）を小さくする。断面積の小さい部分において、磁束密度の増加により透磁率が減少する作用を利用することにより、高い磁気検出感度を有する磁気検出器が得られる。磁性コア及び導電体を薄膜で形成するため、小型軽量の磁気検出素子を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
（ａ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面図
【図２】
（ａ）から（ｃ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の他の例を示すそれぞれの断面図
【図３】
（ａ）から（ｃ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の動作を示す断面図
【図４】
（ａ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の他の例を示す断面図、（ｂ）は本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例を示す断面図
【図５】
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の平面図及び断面図
【図６】
本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の断面図
【図７】
本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の断面図
【図８】
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の平面図及び断面図
【図９】
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例の磁気検出素子の更に他の例の平面図及び断面図
【図１０】
本発明の第２実施例の磁気検出素子の斜投影図
【図１１】
（ａ）から（ｃ）はそれぞれ本発明の第２実施例の磁気検出素子の３つの例の断面図
【図１２】
（ａ）から（ｆ）は、本発明の第２実施例の磁気検出素子の各製造工程における断面図
【図１３】
（ａ）から（ｇ）は、本発明の第２実施例の他の例の磁気検出素子の各製造工程における断面図
【図１４】
本発明の第２実施例の更に他の例の磁気検出素子の断面図
【図１５】
本発明の第２実施例の更に他の例の磁気検出素子の断面図
【図１６】
（ａ）から（ｃ）は、本発明の第３実施例の磁気検出素子の３つの例のそれぞれの断面図
【図１７】
本発明の各実施例における導体線断面の縦横比と周長の関係を表すグラフ
【図１８】
（ａ）から（ｅ）は、本発明の第４実施例の磁気検出素子の５つの例のそれぞれの断面図
【図１９】
（ａ）から（ｃ）は、本発明の第４実施例の磁気検出素子の動作を示す断面図
【図２０】
本発明の第４実施例の磁気検出素子の他の例の断面図
【図２１】
（ａ）は本発明の第５実施例の磁気検出素子の平面図、（ｂ）は本発明の第５実施例の磁気検出素子の模型の斜視図
【図２２】
本発明の第６実施例の磁気検出素子の平面図
【図２３】
本発明の第７実施例の磁気検出素子の平面図
【図２４】
本発明の第８実施例の磁気検出素子の平面図
【図２５】
本発明の第９実施例の磁気検出素子の平面図
【図２６】
本発明の第１０実施例の磁気検出素子の平面図
【図２７】
図２６の磁気検出ユニット１５０の断面を示す部分断面図
【図２８】
本発明の第１０実施例の磁気検出素子を用いて磁気検出器を構成する発振型の検出回路の回路図
【図２９】
磁気検出器の磁性コア内の磁界強度（Ｈ）と透磁率（Ｅ）との関係を示す特性曲線
【図３０】
第１の従来例の磁気検出素子の断面図
【図３１】
本発明の各実施例及び従来の磁気検出素子の導体線に接続して磁気検出器を構成する、アンプ型の検出回路の回路図
【図３２】
第２の従来例の磁気検出素子の断面図
【図３３】
第３の従来例の磁気検出素子の断面図


【国際調査報告】
2003081271.tif 000036
2003081271.tif 000037