(57)【要約】【課題】均一なバイアス磁界が得られる磁気インピーダンス効果素子を提供する。【解決手段】希土類元素を含む硬磁性体粉末またはＢａ、Ｓｒを含有するフェライトからなる硬磁性体粉末を、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂のいずれかあるいはそれらの混合物からなるバインダーポリマーに混合させてなるペースト磁石３と、軟磁性体膜２とを少なくとも備えることを特徴とする磁気インピーダンス効果素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素を含む硬磁性体粉末、または、ＢａもしくはＳｒを含有するフェライトからなる硬磁性体粉末を、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂のいずれかあるいはそれらの混合物からなるバインダーポリマーに混合させてなるペースト磁石と、
軟磁性体膜とを少なくとも備え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】
前記ペースト磁石中の硬磁性体粉末の混合比は、７０％以上８５％未満であ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】
非磁性基板上に形成された軟磁性体膜と、前記軟磁性体膜を覆うように前記非磁性基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたペースト磁石とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項４】
非磁性基板上に形成された軟磁性体膜と、前記非磁性基板の裏面に形成されたペースト磁石とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高感度の磁気センサとして知られる薄膜型磁気インピーダンス効果素子に関するものであり、従来この種の素子は、例えば、地磁気を検出して方位を示す電子コンパス、ロータリーエンコーダ、生体磁気計測などに利用されている。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）は、正負の磁界に対して対称にインピーダンスが変化する特性を有する。従って、磁界０付近で正負の磁界を検出するためには、インピーダンス変化が直線的になるよう、バイアス磁界を磁気インピーダンス効果素子に付与する必要がある。バイアス磁界の印加方法としては、巻き線コイル、薄膜コイル、シート状磁石、バルク磁石、薄膜磁石による方法が知られている。
【０００３】
各方法における問題点は以下のとおりである。
１．巻き線コイルによるバイアス磁界印加では、素子の小型化が困難であり、構造が複雑になったり、消費電力が大きくなるといった問題がある。
２．薄膜コイルによるバイアス磁界印加では、構造が複雑になったり、消費電力が大きくなるといった問題がある。
３．シート状磁石やバルク磁石によるバイアス磁界印加では、磁界強度の制御が困難であることや、組立工程が複雑になったり、機械的強度が得難いといった問題がある。
４．薄膜磁石によるバイアス磁界印加では、磁界強度の制御が困難であるといった問題がある。
【０００４】
ここで、磁石によるバイアス磁界印加で磁界強度の制御が困難である原因は、磁石の特性によりバイアス磁界の大きさが決まってしまうため、磁石自体の特性ばらつきに起因するバイアス磁界のばらつきを補正することが困難であるからである。
【特許文献１】特許第３２１０９３３号公報
【特許文献２】特許第３６５０５７５号公報
【特許文献３】特許第３６５６０１８号公報
【特許文献４】特許第３６０２９８８号公報
【特許文献５】特開２００４−３３３２１７号公報
【特許文献６】特開２００２−５５１４８号公報
【特許文献７】特開２００２−４３６４９号公報
【特許文献８】特開２００２−４３６４８号公報
【特許文献９】特開２００２−４３６４７号公報
【特許文献１０】特開２００２−３３２１０号公報
【非特許文献１】日本応用磁気学会誌、第２１巻、第６４９−６５２頁、１９９７年
【非特許文献２】日本応用磁気学会誌、第２８巻、第１３２−１３５頁、２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、均一なバイアス磁界が得られる磁気インピーダンス効果素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、希土類元素を含む硬磁性体粉末、または、ＢａもしくはＳｒを含有するフェライトからなる硬磁性体粉末を、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂のいずれかあるいはそれらの混合物からなるバインダーポリマーに混合させてなるペースト磁石と、軟磁性体膜とを少なくとも備えることを特徴とする磁気インピーダンス効果素子を提供する。
前記ペースト磁石中の硬磁性体粉末の混合比は、７０％以上８５％未満であることが好ましい。
【０００７】
上述の磁気インピーダンス効果素子は、非磁性基板上に形成された軟磁性体膜と、前記軟磁性体膜を覆うように前記非磁性基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたペースト磁石とを備えるものとすることができる。
また、非磁性基板上に形成された軟磁性体膜と、前記非磁性基板の裏面に形成されたペースト磁石とを備えるものとすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バイアス磁界印加手段としてペースト磁石を備えているので、印刷やスピンコート等により、バイアス磁界印加手段としての磁石を容易な方法にて形成することができ、基板に対する磁石の固着方法、形状自由度、小型化などにおける問題を解決することができる。また、基板がウエハの状態で形成することができるため、ひとつひとつのチップに形成する必要がなく、製造プロセスを大幅に簡略化することができる。また、厚膜化が容易であるため、薄膜磁石と比較して、強いバイアス磁界の印加が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、本発明の磁気インピーダンス効果素子の一形態例を示す。また、図２に、本発明の磁気インピーダンス効果素子の別の形態例を示す。
【００１０】
本発明の第１形態例の磁気インピーダンス効果素子は、図１に示すように、非磁性基板１上に形成された軟磁性体膜２と、軟磁性体膜２を覆うように非磁性基板１上に形成された絶縁層４と、絶縁層４上に形成されたペースト磁石３とを備える。
また、本発明の第２形態例の磁気インピーダンス効果素子は、図２に示すように、非磁性基板１上に形成された軟磁性体膜２と、軟磁性体膜２を覆うように非磁性基板１上に形成された絶縁層４と、非磁性基板１の裏面に形成されたペースト磁石３とを備える。
【００１１】
非磁性基板１は、非磁性体からなる基板であれば特に限定されない。例としては、シリコン等の半導体基板や、ガラス等の基板が挙げられる。
【００１２】
軟磁性体膜２は、軟磁性体からなる薄膜に、一軸異方性を付与したものである。軟磁性体膜２の平面形状は、長手方向を有する形状であり、具体的には例えば短冊状（長辺が短辺に比べて一定以上長い長方形状）である。軟磁性体膜２の一軸異方性の方向（感磁方向）は長手方向に等しく、軟磁性体膜２の長手方向に沿う磁界に対して感度を有する。軟磁性体膜２としては、例えばＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＴａＺｒ等、Ｃｏ基の軟磁性体から構成することができる。例えばＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３が挙げられる。
【００１３】
例えば図１および図２に示す磁気インピーダンス効果素子の場合、略長方形の平面形状を有する軟磁性体膜２が複数、長手方向を互いに平行にして配置され、隣接する軟磁性体膜２をその端部同士でつづら折り形状になるように良導電膜５を介して、長手方向と垂直な幅方向に電気的に接続したものである。また、複数の軟磁性体膜２を直列に接続した両端には、外部と導通するための電極６が設けられている。良導電膜５および電極６は、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体から構成することができる。
【００１４】
軟磁性体膜２を形成する方法としては、軟磁性体をスパッタリングで成膜した後、ドライエッチング、リフトオフ、ウエットエッチング等により所定の短冊形状にパターニングする方法が挙げられる。
また、複数の軟磁性体膜２の間を導通して直列接続するための良導体膜５および両末端の電極６のパターンを形成する方法としては、良導体をスパッタや真空蒸着等により成膜し、得られた良導体膜の上にフォトリソグラフィーによりレジストパターンを設けた後、ウエットエッチングにより良導体膜をパターニングする方法が挙げられる。
【００１５】
軟磁性体膜２に一軸磁気異方性を付与する方法としては、例えば４００℃、３ｋＧの条件で回転磁場中熱処理およびそれに引き続いて同条件での静磁場中熱処理を行う方法が挙げられる。回転磁場中熱処理では、成膜中に軟磁性体膜２に導入された不均一な異方性を緩和することができ、静磁場中熱処理では、軟磁性体膜２に印加した磁界の方向に一軸異方性を付与することができる。
【００１６】
絶縁層４は、軟磁性体膜２を絶縁するため、非磁性の絶縁体からなる。絶縁体としては、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物やＳｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の金属窒化物に代表される無機物をスパッタリングやプラズマＣＶＤ等の手法で成膜したもの、ポリイミドやシリコーン樹脂等の樹脂材料をスピンコートにより成膜したものが挙げられる。
【００１７】
本形態例の磁気インピーダンス効果素子の場合、絶縁層４は、非磁性基板１上に形成された軟磁性体膜２、良導電膜５および電極６を覆うように非磁性基板１上に形成されている。また、それぞれの電極６上には、外部との導通を確保するための開口部７が設けられている。電極パッドへの開口部７は、フォトリソグラフィ等で形成することができる。
【００１８】
ペースト磁石３は、硬磁性体粉末をバインダーポリマーに混合させ、塗布などの方法で基板上または基板の裏面に形成したのち、所定の方向に着磁して磁化させたものである。
このペースト磁石３により、軟磁性体膜２にバイアス磁界を付与することができる。ペースト磁石３は磁気インピーダンス効果素子の製造工程における熱処理や薬液処理に耐えられないので、非磁性基板１上に軟磁性体膜２、絶縁層４やその開口部７を形成した後に、ペースト磁石３を塗布することが好ましい。
【００１９】
硬磁性体粉末としては、例えば、希土類元素を含む硬磁性体（ＮｄＦｅＢ、ＳｍＦｅＢ、ＳｍＣｏなど）を粉末状にしたものや、ＢａもしくはＳｒを含有するフェライト磁石（バリウムフェライトやストロンチウムフェライトなど）を粉末状にしたものが挙げられる。
バインダーポリマーとしては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂のいずれかあるいはそれらの混合物が挙げられる。
【００２０】
ペースト磁石中の硬磁性体粉末の混合比（ｗｔ％）は、硬磁性体粉末が７０％以上８５％未満であることが好ましい。硬磁性体粉末の混合比はペースト磁石の表面磁束密度とほぼ比例しており、硬磁性体粉末の混合比が低いと表面磁束が低下し、角型比が悪くなるおそれがある。また硬磁性体粉末の混合比が過多であると、バインダーポリマー不足で均一な塗布が困難になるおそれがある。
【００２１】
ペースト磁石３は、図１に示すように、非磁性基板１上において、絶縁層４上に形成してもよく、あるいは、図２に示すように、ペースト磁石３を非磁性基板１の裏面に形成してもよい。
ペースト磁石３の形成方法としては、スピンコート等の塗布法や、スクリーン印刷等の印刷法が挙げられる。ペースト磁石３の着磁は、硬磁性体の保磁力よりも大きい、パルス状または直流の磁界を印加して、静磁場中またはパルス状の磁場中にて磁化させる方法が挙げられる。
【００２２】
本形態例の磁気インピーダンス効果素子は、非磁性基板１上に一軸磁気異方性を有する短冊状の軟磁性体膜２と、軟磁性体膜２に対して高周波電流もしくはパルス電流を通電して素子を駆動するための電極６を備えているので、正負の磁界に対して対称的かつ非線形なインピーダンス変化を示す。したがって、ゼロ磁界付近で高感度を有する磁気センサを実現するためには、磁気インピーダンス効果素子のインピーダンス変化が最も大きくなる磁界をバイアス磁界として印加する必要がある。本発明においては、バイアス磁界を印加するための磁石として、軟磁性体膜２を形成した非磁性基板１上または裏面に、印刷やスピンコートで形成したペースト磁石３を設けるので、バイアス磁界印加手段としての磁石を容易な方法にて形成することができる。
【００２３】
ペースト磁石３は、基板がウエハの状態で形成することができるため、ひとつひとつのチップに形成する必要がなく、バルク磁石やボンド磁石を個々のチップに搭載する場合と比較して製造プロセスを簡略化することができる。また、小型集積化を実現する手段として薄膜磁石をスパッタリング等により成膜する方法があるが、この方法と比較して、真空プロセスを用いる必要がなく、より低コストにてバイアス磁界印加手段を形成することができる。また、磁石からの発生磁界は磁石の大きさに依存することから、スパッタリング等による方法では十分に大きいバイアス磁界を得ることが困難であるが、ペースト磁石とすれば厚膜化が容易であり、十分に大きいバイアス磁界を印加することができ、また、印加できるバイアス磁界の幅が広いといった利点がある。
【００２４】
また、磁気インピーダンス効果素子を形成した後にペースト磁石に着磁を施し磁化させるため、着磁の強さを任意に調節することができ、磁気インピーダンス効果素子の特性に合わせた強度のバイアス磁界を精度良く印加することが可能となる。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
（実施例）
熱酸化シリコン基板上に、Ｃｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３をスパッタ成膜した後、リフトオフによりパターニングを施し、電極を形成した。次に、４００℃、３ｋＧにて回転磁場中の熱処理および静磁場中熱処理を施した後、ＮｄＦｅＢ粉末をフェノールエポキシ樹脂に７５ｗｔ％分散させたペーストを基板裏面に塗布した。ペースト磁石を乾燥させた後、磁気インピーダンス効果素子の長手方向に着磁を行った。基板の厚さは１ｍｍ、ペースト磁石の膜厚は約７０μｍである。
【００２７】
（比較例）
ペースト磁石の形成および着磁を省略したほかは、実施例と同様にして、磁石無しで磁気インピーダンス効果素子を製造した。
【００２８】
図３に、実施例および比較例に係る磁気インピーダンス効果素子の特性を示す。特性の測定にはインピーダンスアナライザを用い、ヘルムホルツコイルにて磁場をスウィープさせながら測定を行った。磁石なしの磁気インピーダンス効果素子では、正負の磁界Ｈに対して対称にインピーダンスＺが変化するのに対して、ペースト磁石を設けた磁気インピーダンス効果素子では、バイアス磁界により高感度領域が０磁界付近へと変化していることが分かる。本実施例では、高感度領域は０磁界からわずかに外れた形になっているが、磁石の膜厚、ペーストの組成を最適化することにより、高感度領域をより正確に０磁界に設定することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、例えば、地磁気を検出して方位を示す電子コンパス、ロータリーエンコーダ、生体磁気計測など、高感度の磁気センサに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の磁気インピーダンス効果素子の一形態例を示す図面であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の磁気インピーダンス効果素子の別の形態例を示す断面図である。
【図３】実施例および比較例に係る磁気インピーダンス効果素子の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１…非磁性基板、２…軟磁性体膜、３…ペースト磁石、４…絶縁層、５…良導電膜、６…電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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