(57)【要約】【課題】高精度に外部磁場を検出可能な磁気デバイスを提供する。【解決手段】機能素子ＢおよびＤは、基板１１上で互いに隣接して配される。そして、機能素子Ｂの磁性体の少なくとも一部と、機能素子Ｄの磁性体の少なくとも一部とが、互いに小さな離間距離を保って対向して配された部位αを持つ。例えば、この部位αは、機能素子Ｂの磁性体を構成する最外側に位置する長辺１２ａと、機能素子Ｄの磁性体を構成する最外側に位置する長辺１２ａとが互いに、小さな離間距離を保って対向して配された領域を成す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つの機能素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄがホイートストンブリッジ回路を成すように接続されてなる磁気デバイスであって、
前記機能素子ＡまたはＣを介して互いに接続される前記機能素子ＢおよびＤは、少なくとも帯状の磁性体を有する磁気インピーダンス素子であり、
前記機能素子ＢおよびＤは、これらを構成する磁性体の少なくとも一部どうしが、互いに小さな離間距離を保って対向して配された部位をもち、
前記磁性体は長手方向に沿った方向を感磁方向とするとともに、
前記磁性体は短辺と長辺とを交互に組み合わせてなるメアンダ形状を成し、
前記短辺の近傍は電気的な開放端として機能させない形状を成すことを特徴とする磁気デバイス。
【請求項２】
前記部位は、前記磁性体の最外側に位置する長辺どうしのみから構成されることを特徴とする請求項１記載の磁気デバイス。
【請求項３】
前記部位は、前記磁性体の長辺どうし、および短辺どうしから構成されることを特徴とする請求項１記載の磁気デバイス。
【請求項４】
前記機能素子ＡおよびＣは抵抗であることを特徴とする請求項１記載の磁気デバイス。
【請求項５】
前記機能素子ＡおよびＣは磁気インピーダンス素子であることを特徴とする請求項１記載の磁気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能素子を備えた磁気デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コスト低減やチップ部品の削減を目的に、磁気インピーダンス素子等の機能素子を、例えば半導体などの基板に集積化したものが提案されている。このような磁気インピーダンス素子（ＭＩ）を磁気センサとして利用するものとしては、アモルファスワイヤＭＩが知られている。このアモルファスワイヤＭＩは、アモルファスワイヤをコイルで取り囲んだ構造を成し、外部磁場によって生じるアモルファスワイヤの出力変動をコイルで検出するものである。しかし、このアモルファスワイヤＭＩは、アモルファスワイヤとコイルとの位置合わせが困難であることや、形状が複雑であるなどの理由によって、量産が困難である。
【０００３】
こうしたアモルファスワイヤＭＩに代わって、薄膜ＭＩが提案されている。この薄膜ＭＩは、基板上に磁性体薄膜をメアンダ（つづら折り）形状に形成したものである。そして、この磁性体に高周波電流を流すと、外部磁場に応じてその透磁率が変化し、この透磁率の変化によるインピーダンスの変動を検出することによって、外部磁場を検出する磁気センサとして機能する。こうした薄膜ＭＩは、基板上に磁性体をめっき、スパッタなどによって形成すれば良く、小型、軽量で生産性にも優れている。例えば、特許文献１には、２つの薄膜ＭＩと、２つの抵抗とでホイートストンブリッジ回路を形成した磁気センサが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２７０７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１の磁気センサでは、２つの磁気インピーダンス素子が抵抗を介して離間して形成されているため、磁場検出感度が必ずしも良好ではなく、高精度に磁場が検出可能な磁気センサが望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高精度に外部磁場を検出可能な磁気デバイス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】
本発明の請求項１に記載の磁気デバイスは、４つの機能素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄがホイートストンブリッジ回路を成すように接続されてなる磁気デバイスであって、前記機能素子ＡまたはＣを介して互いに接続される前記機能素子ＢおよびＤは、少なくとも帯状の磁性体を有する磁気インピーダンス素子であり、前記機能素子ＢおよびＤは、これらを構成する磁性体の少なくとも一部どうしが、互いに小さな離間距離を保って対向して配された部位をもち、前記磁性体は長手方向に沿った方向を感磁方向とするとともに、前記磁性体は短辺と長辺とを交互に組み合わせてなるメアンダ形状を成し、前記短辺の近傍は電気的な開放端として機能させない形状を成すことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の磁気デバイスは、請求項１において、前記部位は、前記磁性体の最外側に位置する長辺どうしのみから構成されることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の磁気デバイスは、請求項１において、前記部位は、前記磁性体の長辺どうし、および短辺どうしから構成されることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の磁気デバイスは、請求項１において、前記機能素子ＡおよびＣは抵抗であることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の磁気デバイスは、請求項１において、前記機能素子ＡおよびＣは磁気インピーダンス素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の磁気デバイスによれば、機能素子Ｂの磁性体と機能素子Ｄの磁性体とが、互いに小さな離間距離を保って対向して配された部位を形成しているので、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄによる外部磁場の検出感度が高められ、高感度に外部磁場を検出可能な磁気デバイスを実現できる。なお、こうした部位の長手方向に対する断面において、互いに同じ周回方向に磁場を発生させれば、近接して配された磁性体どうしで発生した磁場強度が高められ、より一層外部磁場の検出感度を高めることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る磁気デバイスの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。
【０００９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の磁気デバイス（磁気センサ）の一例を示す平面図である。本発明の磁気デバイス１０は、例えば、基板１１の一面側に４つの機能素子Ａ〜Ｄを備えている。このうち、機能素子ＢおよびＤは、磁気インピーダンス素子（ＭＩ）を構成している。また、機能素子ＡおよびＣは、例えば抵抗を構成している。
【００１０】
図４に示すように、磁気インピーダンス素子を成す機能素子ＢおよびＤは、それぞれ抵抗を成す機能素子ＡまたはＣを介して互いに接続され、これら４つの機能素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによってホイートストンブリッジ回路を成している。
【００１１】
図１に示すように、機能素子ＢおよびＤは、それぞれ帯状の磁性体１２Ｂ，１２Ｄを有している。この磁性体１２Ｂ，１２Ｄは、基板１１のＸ方向に沿って延びる長辺１２ａと、Ｙ方向に沿って延びる短辺１２ｂとを組み合わせてなるメアンダ形状を成している。そして、機能素子Ｂの長辺１２ａおよび機能素子Ｄの長辺１２ａの長手方向が感磁方向Ｓとなるように設定する。また、こうした磁性体１２Ｂ，１２Ｄの短辺１２ｂの近傍は、電気的な開放端として機能させない形状、例えば、メアンダ形状の一部が角状に突出している部分を形成しないようにされる。この構成により、感磁精度の低下を防止して、高感度に磁場を検出することが可能になる。
【００１２】
機能素子ＢおよびＤは、基板１１上で互いに隣接して配される。そして、機能素子Ｂの磁性体１２Ｂの少なくとも一部と、機能素子Ｄの磁性体１２Ｄの少なくとも一部とが、互いに小さな離間距離を保って対向して配された部位αを持つ。小さな離間距離とは、磁性体１２Ｂ，１２Ｄの長手方向に対する幅と同じか、それより小さいと定義する。部位αを持つことにより、部位αの長手方向に略垂直な断面において、互いに同じ周回方向に磁場を発生させることで、近接して配された磁性体１２Ｂ，１２Ｄどうしで発生した磁場強度が高められる。これにより、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄによる外部磁場の検出感度が高められ、高感度に外部磁場を検出可能な磁気デバイスを実現できる。例えば、図１に示す実施形態においては、この部位αは、機能素子Ｂの磁性体１２Ｂを構成する最外側に位置する長辺１２ａと、機能素子Ｄの磁性体１２Ｄを構成する最外側に位置する長辺１２ａとが互いに、小さな離間距離を保って対向して配された領域を成す。
【００１３】
図２に示すように、この部位αにおいては、機能素子Ｂの長辺１２Ｂａと機能素子Ｄの長辺１２Ｄａとが長手方向Ｌに沿って互いに同じ方向に電流Ｐが流されるように、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄが電気的に配線されている。部位αにおいて、機能素子Ｂの長辺１２Ｂａと機能素子Ｄの長辺１２Ｄａとが互いに同じ方向に電流が流されることによって、図２のＡ−Ａ断面である図３に示すように、機能素子Ｂの長辺１２Ｂａと機能素子Ｄの長辺１２Ｄａとは、その長手方向の断面Ｚで、互いに同じ周回方向に磁場Ｃが発生する。部位αの長手方向に略垂直な断面において、互いに同じ周回方向に磁場を発生させることで、近接して配された磁性体１２Ｂ，１２Ｄどうしで発生した磁場強度が高められる。
【００１４】
これにより、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄによる外部磁場の検出感度が高められ、高感度に外部磁場を検出可能な磁気デバイスを実現できる。従来のように、部位αにおいて、機能素子Ｂと機能素子Ｄとが互いに対向する方向に電流が流されると、図９に示すように、磁性体１２Ｂ，１２Ｄが、互いに異なる周回方向に磁場Ｃが発生し、互いに磁場強度を弱めあってしまい、高感度に外部磁場を検出することができなくなる。
【００１５】
このような構成の磁気デバイス１０は、例えば、図１および図４に示すホイートストンブリッジ回路を成す磁気デバイス１０の接点ａ−ｃ間に電圧を印加し、接点ｂ−ｄ間で電圧の変化を検出することによって、感磁方向Ｓに対する磁気デバイス１０に加わる外部磁場の強度を測定することができる。
【００１６】
かつ、さらに、機能素子Ｂの磁性体１２Ｂと機能素子Ｄの磁性体１２Ｄとが、互いに小さな離間距離を保って対向して配された部位αを形成することにより、前述の通りこの部位αにおいて、機能素子Ｂの長辺１２ａと機能素子Ｄの長辺１２ａとが互いに同じ方向に電流を流す構成を採用することによって、部位αで発生した磁場強度が高められる。これにより、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄによる外部磁場の検出感度が高められ、高感度に外部磁場を検出可能な磁気デバイス１０を実現できる。
【００１７】
また、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄを近接して配して磁場強度を高め、高感度に外部磁場を検出することで、磁気デバイス１０の面積を小さくでき、高感度でかつ小型化された磁気デバイス１０を得ることができる。
【００１８】
機能素子Ｂや機能素子Ｄを構成する磁性体１２は、磁性体、例えばＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＴｉ，ＣｏＺｒなどのアモルファス薄膜から形成されていれば良い。図２のように、部位αにおける機能素子Ｂの磁性体１２Ｂと機能素子Ｄの磁性体１２Ｄとの小さな離間距離Ｗ１は、例えば、機能素子Ｂの磁性体１２Ｂの幅Ｗ２や、機能素子Ｄの磁性体１２Ｄの幅Ｗ３と同じか、それよりも小さくなるように形成されていればよい。また、磁性体１２Ｂと磁性体１２Ｄとで厚みや構成材料が異なっていても良い。
【００１９】
こうした部位αにおける磁性体１２どうしの離間距離Ｗ１を極めて狭くすることによって、互いに同じ方向に電流が流された際に、部位αに生じる磁場を高め合い、感磁精度を高めることができる。部位αにおける磁性体１２の離間距離Ｗ１は、例えば１〜４０μｍ程度、磁性体１２の幅Ｗ２は、例えば１〜４０μｍ程度に形成されれば良い。
【００２０】
基板１１は、例えば絶縁性の樹脂基板や、半導体からなる基板の表面に酸化膜などの絶縁膜を形成したものを用いれば良い。機能素子Ａおよび機能素子Ｃを成す抵抗は、チップ抵抗、薄膜抵抗、カーボン抵抗、金属皮膜抵抗など、各種抵抗を用いることができる。また、こうした機能素子Ａおよび機能素子Ｃは、必ずしも基板１１の一面上に配されていなくても良く、基板１１の他面側や、基板１１の外部に設けられていてもよい。
【００２１】
（第二実施形態）
図１に示した磁気デバイス１０の機能素子Ｂや機能素子Ｄは、説明を明確にするために、メアンダ形状の磁性体１２が数回折り返されただけの簡易な形状を成しているが、実際の磁気デバイスとしては、図５に示すように、数十回折り返した微細なメアンダ形状を成す機能素子Ｂや機能素子Ｄを備え、部位αを形成したものが好適に用いられる。
【００２２】
（第三実施形態）
図６は、本発明の磁気デバイスの別な実施形態を示した平面図である。この実施形態における磁気デバイス２０は、磁気インピーダンス素子を成す機能素子Ｂおよび機能素子Ｄが、抵抗を成す機能素子Ａまたは機能素子Ｃを介して接続されたホイートストンブリッジ回路を成している。機能素子Ｂおよび機能素子Ｄは、それぞれメアンダ形状を成す磁性体２１を備えている。
【００２３】
そして、機能素子Ｂの磁性体２１を成す長辺２１ａおよび短辺２１ｂは、機能素子Ｄの磁性体２１を成す長辺２１ａおよび短辺２１ｂに対して、それぞれほぼ全域で互いに小さな離間距離を保って対向して配された部位αをもつ。即ち、機能素子Ｂの磁性体２１と機能素子Ｂの磁性体２１とは、互いに入れ子構造で組み合わされたメアンダ形状を成している。
【００２４】
このように、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄの磁性体２１における長辺２１ａのほぼ全域にわたって部位αを構成することによって、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄに互いに同じ方向の電流を流すと、第一実施形態よりも一層大幅に磁場が高められる。これにより、感磁方向Ｓに対する外部磁場強度の検出感度を大幅に高めることができる。
【００２５】
また、機能素子Ｂの磁性体２１のメアンダ形状と、機能素子Ｄの磁性体２１のメアンダ形状とを互いに入れ子構造で組み合わせることで、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄの占める面積を小さくでき、高い磁場検出感度で小型化が可能な磁気デバイス２０を実現できる。
【００２６】
（第四実施形態）
図７は、本発明の磁気デバイスのさらに別な実施形態を示した平面図である。この実施形態における磁気デバイス４０は、磁気インピーダンス素子を成す機能素子Ｂおよび機能素子Ｄが、別な磁気インピーダンス素子を成す機能素子Ａまたは機能素子Ｃを介して接続されたホイートストンブリッジ回路を成している。機能素子Ｂおよび機能素子Ｄは、それぞれメアンダ形状を成す磁性体４１を備えている。また、機能素子Ａおよび機能素子Ｃも、それぞれメアンダ形状を成す磁性体４２を備えている。
【００２７】
この実施形態では、機能素子Ｂの磁性体４１を構成する最外側に位置する長辺４１ａと、機能素子Ｄの磁性体４１を構成する最外側に位置する長辺４１ａとが互いに、小さな離間距離を保って対向して配された部位αを構成し、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄに互いに同じ方向の電流を流すと、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄの隣接部分で磁場が高められる。これにより、感磁方向Ｓに対する外部磁場強度の検出感度を高めることができる。
【００２８】
この実施形態では、機能素子Ａおよび機能素子Ｃに抵抗を用いる代わりに、磁気インピーダンス素子を形成してホイートストンブリッジ回路を構成しているが、この機能素子Ａおよび機能素子Ｃの磁気インピーダンス素子は、磁場強度の検出としては寄与しない。磁場強度の検出は機能素子Ｂおよび機能素子Ｄによって行われ、機能素子Ａおよび機能素子Ｃは磁場によって変化させない。このため、機能素子Ａおよび機能素子Ｃを構成する磁性体４２の長辺４２ａは、機能素子Ｂおよび機能素子Ｄを構成する磁性体４１の長辺４１ａに対して直角方向に延びるように配され、感磁方向Ｓの磁場に対しては変化しない。
【実施例】
【００２９】
本発明の磁気デバイスの機能素子Ｂおよび機能素子Ｄの形状による外部磁場の検出感度の違いを検証した。検証にあたっては、図１、図６および図８に示す磁気デバイスを用意した。このうち、図８に示す磁気デバイスは、磁性体５１の短辺５１ｂの近傍に電気的な開放端を成す角部５２をもつ形状とした比較例である。
【００３０】
これら図１、図６および図８に示す磁気デバイスに、それぞれ同じ電圧を印加して、外部磁場の検出感度を測定した。測定方法は、図４中のａ−ｃ間（またはｂ−ｄ間）に高周波またはパルスを印加しながら、直流磁界を感磁方向Ｓに沿って印加する。磁界は０から任意の強度の磁界までスイープし、各磁界におけるｂ−ｄ間（またはａ−ｃ間）の電圧を検出した。この電圧と各磁界との関係をグラフにして、関数の傾き（Δ電圧／Δ磁界＝感度：単位ｍＶ／Ｏｅ）を評価した。
【００３１】
その結果、図１に示す磁気デバイスの検出感度を１００とすると、図６に示す磁気デバイスでは１５０、図８に示す比較例の磁気デバイスでは５未満であった。この結果から、磁性体の短辺の近傍に電気的な開放端を成す形状を有すると、外部磁場の検出感度が著しく低下することが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の磁気デバイスの第一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の磁気デバイスの要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】本発明の磁気デバイスの電気的な配線を示す説明図である。
【図５】本発明の磁気デバイスの第二実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の磁気デバイスの第三実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明の磁気デバイスの第四実施形態を示す平面図である。
【図８】実施例での検証における比較例の磁気デバイスを示す平面図である。
【図９】従来の磁気デバイスを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  磁気デバイス、１１  基板、１２  磁性体、１２ａ  長辺、１２ｂ  短辺、Ａ〜Ｄ  機能素子。
【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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