(57)【要約】【課題】温度変動によるオフセット出力電圧の変動を補償した、ブリッジ回路のオフセットのばらつきを小さくした磁気インピーダンス素子を提供する。【解決手段】互いにほぼ平行な磁気検出コア１０，１１を有し、前記磁気検出コア１０，１１の方向に対して互いにほぼ等しく逆方向のバイアス磁場が硬磁性のバイアス磁石１２により印加された磁気インピーダンス素子とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２素子の磁性線構成とする磁気インピーダンス素子において、互いにほぼ平行な磁性線領域を有し、磁性線方向に対して互いにほぼ等しく逆方向のバイアス磁場が硬磁性の磁石により印加されたことを特徴とする磁気インピーダンス素子。
【請求項２】
請求項１記載の磁気インピーダンス素子において、前記バイアス磁場は磁気センサが高感度となるように、前記バイアス磁場が、２素子構成の、各領域に印加されたことを特徴とする磁気インピーダンス素子。
【請求項３】
請求項１記載の磁気インピーダンス素子において、前記磁性線領域の中間付近に硬磁性の磁石が配置されたことを特徴とする磁気インピーダンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として地磁気レベル以上の磁気を、高感度で高精度にて検出するのに好適な磁気インピーダンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気インピーダンス素子について、以下に説明する。従来の磁気インピーダンス素子の磁性膜は、以下の性質を持っている。
（１）磁性膜においては、１ＭＨｚ以上の高周波電界を印加した状態では、電流の表皮深さが数ミクロン程度になる。そのため、数ミクロン程度の磁性体薄膜のインピーダンスは電流の表皮深さの影響を大きく受ける。
（２）１軸異方性を持たせた磁性体薄膜の磁化容易軸の透磁率は、磁化困難軸への印加磁場により急峻に変化する。
【０００３】
表皮の深さδは、数１に示されるように、抵抗率ρ、角周波数ω、透磁率μにより決定される。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
そのため、性質（２）より、表皮の深さは、磁化困難軸方向の磁場により急峻に変動し、性質（１）より、磁化困難軸方向のインピーダンスは、磁化困難軸方向の磁場により急峻に変化する。以上の性質に着目し、磁性膜を磁化困難軸に細長い形状に形成した磁気検出コアを用いた磁気センサの試みがなされてきた。
【０００６】
高透磁率磁性体の外部磁場によるインピーダンス変動は、１ＭＨｚ以上の高周波ドライブ電流で検出されるため、前記効果を利用した磁気センサは高周波キャリア型磁気センサとも呼ばれている。
【０００７】
本出願人は、特開平１０−２７０７７４号公報にて、高周波キャリア型磁気センサ素子基板上に、磁気検出コアを２辺組み入れたブリッジ回路を取り込み、抵抗辺と磁気検出コアのインピーダンスをほぼ等しくした構成を提案した。このようにすることで、磁気検出コアのインピーダンス変動を電圧変動として検出し、磁気検出感度の向上と、オフセット削減の機能を持たせることに成功した。
【０００８】
さらに、特開２０００−２０６２１７号公報において、抵抗辺を非磁性体にして小型化し、渦巻きコイル、薄膜コイル、磁性膜による磁気バイアス手段を提案している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気インピーダンス素子は、抵抗辺を非磁性体にしたことで、ブリッジ回路のオフセットのばらつきが大きくなる問題点が発生した。また、磁気検出コアと抵抗辺の材質が異なることから、温度による出力オフセットの変動を補償する必要があった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、温度変動によるオフセット出力電圧の変動を補償し、さらにブリッジ回路のオフセットのばらつきを小さくした磁気インピーダンス素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、磁石による磁気バイアスを温度、経時変動に対して影響を受けない構成としている。具体的には、２個の外部磁場に対して偶関数の特性を示す磁気検出コアが導体により接続されている素子の接続導体部より互いに逆方向で、絶対値の等しい磁気バイアスを印加するため、導体接続部付近に磁石を配置する。磁石の発生磁場は、磁気検出コア中央より逆向きに発生する。
【００１２】
ここで、磁気検出コアは、印加磁場によりインピーダンスが図３に示すように変化し、外部磁場零で図３中Ａのポイントに磁気バイアスされているとする。さらに、直列に接続された磁気検出コアの一方を接地し、もう一方から一定振幅の高周波駆動電圧が印加されているとする。
【００１３】
被検出磁場Ｈｅｘｔが印加された場合、片方の磁気検出コアでは、スパイラルバイアスコイルによるバイアス磁場Ｈｂｉａｓと同方向で、磁場の絶対値はＨｅｘｔが増大するにつれて増大する。そのため、インピーダンスＺａが増大する。もう片方の磁気検出コアのインピーダンスは、スパイラルバイアスコイルによるバイアス磁場Ｈｂｉａｓと逆方向のため、磁場の絶対値はＨｅｘｔが増大するにつれて減少する。そのため、インピーダンスＺｂが減少する。
【００１４】
後者の磁気検出コアが接地されていたとすると、２個の磁気検出コアの導体接続部の電圧振幅Ｖｏは、両端に印加される高周波駆動電圧の振幅をＶｄとおくと、式（１）のように表される。
【００１５】
Ｖｏ＝ｂＶｄ／（Ｚａ＋Ｚｂ）　・・・・・・・（１）
【００１６】
Ｚａの増大量、Ｚｂの減少量は、式（１）によりセンサ出力に反映される。外部磁場が零の場合には、式（１）のＺａ＝Ｚｂとなり、Ｖｏ＝Ｖｄ／２となるため、高周波駆動電圧の振幅Ｖｄが一定であれば、導体接続部の電圧振幅は温度、膜への張力、圧縮力、その他環境によるインピーダンス特性の変化等の要因により変動しない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における磁気インピーダンス素子について、以下に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態における磁気インピーダンス素子の説明図である。また、図２は、本発明の実施の形態における磁気インピーダンス素子のバイアス磁場を発生する磁石の配置の説明図である。
【００１９】
図１において、磁気インピーダンス素子は、誘電体基板１の上に磁気検出コア１０，１１が形成され、磁気検出コア１０，１１には、互いに逆方向のバイアス磁場が印加されている。また、図２より、バイアス磁石１２は、磁気検出コア１０，１１との間の垂直な直線上に位置し、Ｎ極、Ｓ極は、前記直線上に位置している。
【００２０】
誘電体基板１としては酸化珪素、珪素、そのほかガラス材、導体膜としてはＴｉの薄い下地膜の上にＣｕを形成したもの、あるいはＣｒを用いる、そのほか導電性を持ち、基板への密着度が強い物質であれば実用に耐える。また、絶縁膜は、酸化珪素に代表される絶縁性の基板への密着度が強い物質を膜形成すればよい。
【００２１】
また、磁気検出コアのネガパターンでフォトレジストをマスキングし、アモルファス軟磁性膜を形成し、フォトレジストの洗浄を行う。さらに、回転磁場中熱処理を行って磁歪を除去し、その後、静磁場を幅方向に印加して熱処理を行い磁化容易軸を形成することで、磁気検出コア１０，１１が形成される。保磁力は、０．１Ｏｅ以下が望ましいが、１Ｏｅ以下であっても実用に耐える。磁化容易軸方向に磁石などで５Ｏｅ以上、望ましくは１００Ｏｅ以上の静磁場を印加した状態でアモルファス軟磁性膜を形成すると、熱処理工程を省くことができる。
【００２２】
ここで、長手方向の比透磁率１０００、長さ１ｍｍ、幅２０ミクロン、膜厚３ミクロンのアモルファス磁気検出コアの、周波数１０ＭＨｚにおける磁気インピーダンス特性を、一例として図３に示す。巻数５０のスパイラルコイルを形成し、磁気検出コアの間隔を１ｍｍおいた場合の最適の磁気バイアス電流を求める場合、外部磁場１Ｏｅを印加した状態でのスパイラルコイルヘの通電電流を変化させた場合の、スパイラル磁気センサ出力の測定を行う。測定結果を図３に示す。
【００２３】
また、スパイラルコイルヘの通電電流に比例して磁気検出コアに磁気バイアスが印加され、外部磁場１Ｏｅが印加された場合の出力が入力電圧振幅１Ｖｐ−ｐの半分の５００ｍＶｐ−ｐからの偏差により表され、５００ｍＶｐ−ｐからの偏差の大きい図４中のＢ点あるいはＣ点に磁気バイアスを固定すれば、外部磁場による出力変動を最も大きく取り出すことができる。
【００２４】
図４は、本発明の磁気インピーダンス素子の磁石の磁性コア中点までの距離と素子出力電圧特性の説明図である。
【００２５】
また、図５は、図４中のＢ点及びＣ点に磁気バイアスを固定し、外部磁場と中間接続部の電圧振幅を測定した結果である。磁気バイアスポイントが異なった場合でも、電磁場では駆動電圧振幅の半分の５００ｍＶを出力する点では変わらず、磁気感度が異なるのみである。式（１）でも示されているように、温度変化などで磁気検出コアのインピーダンスが変化した場合でも、零磁場での出力は一定に保たれる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、温度特性が改善された磁気インピーダンス素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における磁気インピーダンス素子の説明図。
【図２】本発明の実施の形態における磁気インピーダンス素子のバイアス磁場を発生する磁石の配置の説明図。
【図３】本発明の磁気インピーダンス素子の外部磁場とインピーダンス特性の説明図。
【図４】本発明の磁気インピーダンス素子の磁石の磁性コア中点までの距離と素子出力電圧特性の説明図。
【図５】本発明の磁気インピーダンス素子の外部磁場とセンサ出力電圧特性の説明図。
【符号の説明】
１　　誘電体基板
２　　高周波電源
１０，１１　　磁気検出コア
１２　　バイアス磁石
１３　　高周波電圧通電端子
１４　　出力端子
１５　　接地端子
【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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