(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸異方性を有するＣｏ基合金及びＦｅ基合金の内の少なくとも一方の材料を用いた板状からなる磁性薄膜を備えた磁性薄膜素子であって、前記磁性薄膜は、少なくとも一端部に透磁率遷移開始又は完了部を備え、前記磁性薄膜に外部より磁界を印加されることで，磁壁移動または，磁化回転が生じ，磁区の消失，磁区の発生が前記透磁率遷移開始又は完了部から起こり、当該磁性薄膜の透磁率が変化することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項２】
請求項１に記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記板状の磁性薄膜が複数本折り返されるように並んだ形状で，前記磁性薄膜の両端部に前記透磁率遷移開始又は完了部を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項３】
請求項１に記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記板状の磁性薄膜は、複数本並行に並んだ形状を備え、さらに、前記複数本の磁性薄膜を電気的に直列に導通するために、前記複数本の磁性薄膜の内の隣接する端部同士を、並んだ方向に互い違いに導体膜にて接続した構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項４】
請求項１から３の内のいずれか一つに記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、前記板状の磁性薄膜の両端部から当該素子長の２０％以内の位置に設けられていることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項５】
請求項１から３の内のいずれか一つに記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、微小穴または，微小凹凸形状を備えていることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項６】
請求項５に記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、前記板状からなる端部に微小凹凸形状を持ち、当該素子幅よりも充分小さい形状で，前記微小凹凸形状は，先が尖った１つまたは，複数の楔型の山形状または谷型状の構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項７】
請求項５に記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、前記板状からなる端部に微小穴を持ち、当該素子幅よりも充分小さい穴を１つまたは，複数有する構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項８】
請求項１に記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記磁性薄膜は、磁性薄膜基部と非磁性薄膜基部とが積層された多層構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項９】
請求項６に記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において，当該磁性薄膜素子の幅が５μｍ〜１０００μｍであり、前記素子端部の鋭利な凹凸形状は１００°以下の角度を持つ楔型をしていることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【請求項１０】
請求項７に記載のインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において，前記素子１本の幅が５μｍ〜１０００μｍで、前記素子端部の微小穴の径は、当該素子幅の５０％以下であることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、家電、通信機器、船舶、航空機、医療機器等の分野で使用する微弱な磁界を検出するインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性薄膜素子は，磁区構造を有した磁性薄膜素子に外部磁場を印加することで，磁化回転が生じ，磁壁移動が起こることで透磁率が変化し，高周波電流を印加していた場合，磁性体のインピーダンスが変動する性質を利用した磁気センサと外部磁界を印加することで磁区の変化により，材料の抵抗値が変化する性質を利用した磁気センサである。
【０００３】
本出願人は、磁性層と導体層の構成においてＣｏ基材料の組成比でインピーダンス変化が起きる素子を、特許文献１において提案している。
【０００４】
さらに、特許文献２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。
【０００５】
非磁性基板上に高透磁率磁性膜を形成して構成され，直線が途中で複数回平行に折り返されて長手方向に対し垂直な方向となるように磁気異方性が付けられた素子が特許文献３において提案されている。
【０００６】
このように複数回折り返すことで磁性膜の総延長を長くしても素子全体を短くし小型化できる。また高インピーダンスになり使用しやすい素子となる。
【０００７】
また、特許文献４において高透磁率磁性膜の多層構造を提案している。
【０００８】
図１０は磁気インピーダンス効果を利用した従来技術による磁性薄膜素子を示す平面図である。図１０を参照すると、磁気薄膜素子は、厚さ２μｍ，長さ１ｍｍの磁性薄膜１１，１２，１３，１４，１５を５本並行に並べ、磁性薄膜１１と１２の端部を０．６μｍの導体膜１６で接続し，その反対側の磁性薄膜１２と１３の端部を，前記同様、導体膜１６で接続する。更に，その反対側端部を磁性薄膜１４に接続して，磁性膜１５まで，直列に接続し，その直列端にあたる磁性膜１１端部と磁性膜１１端部から電極パッド１７に夫々接続する。
【０００９】
図１０に示す磁気インピーダンス効果を利用した磁性薄膜素子を製造するには、ガラス基板１０にフォトレジストを使用し露光を行い素子形状のレジストマスキングを作成して磁性膜をスパッターにて成膜をする。その後、リフトオフ法にて磁性膜パターンニングをし、素子形状である複数本の高透磁率磁性薄膜１１，１２，１３，１４，１５を形成する方法である。更に前記同様の工程にて複数本の磁性膜１１，１２，１３，１４，１５を直列に繋ぐ導体膜のレジストマスキングを作成し導体膜１６，１６，１６のパターニング形成する。
【００１０】
更に、パターンニング形成後、磁場中熱処理を真空中で行い、スパッター時の異方性を取り除き、且つ一軸異方性をパターンニングした磁性膜１１，１２，１３，１４，１５の幅方向に付与する一般的な製法である。
【００１１】
図１１は図１０の磁性薄膜を示す斜視図である。図１１に示すように、磁性薄膜１１，１２，１３，１４は、磁性膜１１ａと磁性膜１１ｂの間に，非磁性膜１８を挟んだ構造で，この従来例においては，磁性膜１１ａを２層，磁性膜１１ｂを２層，その各の層間に非磁性膜１８を挟んだ，磁性層４層，及び非磁性層３層の多層構造とした。
【００１２】
２つの電極パッド１７間に高周波プローブを接続し、ネットワークアナライザーにて１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの高周波電流を印加して、素子の長手方向に外部磁界を−１ＫＡ／ｍ〜１ＫＡ／ｍ印加してインピーダンスの変化を観察する。
【００１３】
図１２は図１０の従来の磁性薄膜素子のインピーダンス特性を示す図である。図１２に示すように、磁性薄膜素子に印加する外部磁界を負側（−）から印加した場合のインピーダンス変化１０１は，外部磁界の正側（＋）のピーク点，約０．５ＫＡ／ｍ付近で，インピーダンスの変化が崩れる。逆に外部磁界を正側（＋）から印加した場合，外部磁界の負側（−）のインピーダンスピーク点（−０．５ＫＡ／ｍ付近）が崩れている特性となっている。
【００１４】
図１３は図１０の従来の薄膜素子のインピーダンスが崩れている理由の説明に供せられる図である。図１３に示すように、磁性薄膜素子の端部に於ける磁区の形成構造と磁化の動きにある。磁性薄膜１１と磁性薄膜１２を導体膜６で接続している端部部分をビッター法にて磁区観察している。磁性体端部に形成された磁区１０２は，亀の甲羅のような丸みを帯びた構造をしており，外部磁界を飽和磁界以上に印加しても，磁区１０３が残存してしまう。また、印加した磁界を，減磁して行くと磁区の発生点が，印加時と異なってしまっていることからである。
【００１５】
前述したように、棒状の細長い磁性薄膜素子は，素子端部が磁気回路的に空隙に曝されるため，反磁界が非常に強くなる部位である。素子中央部は，端部と比較すると，反磁界が弱いため，異方性を誘導する場合に於いても比較的，誘導は容易であり，磁区も均一に形成されるが、素子端部に於いては，反磁界が強いため，異方性を誘導しようとしても均一な磁区を付与するのは困難で，複雑な磁区構造となってしまうことが多い。
【００１６】
また、磁性薄膜素子端部は，複雑な磁区構造なため、外部より磁界が印加された場合，磁壁移動や磁区回転により，磁区の消失もしくは，磁区の発生時に於いて同一箇所からの変化に再現が無く，素子の特性にヒステリシスをもたらす原因となる問題がある。
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−９０３８０号公報
【特許文献２】特開２００２−６０１５号公報
【特許文献３】特開２０００−２０６２１７号公報
【特許文献４】特開２０００−２０６２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って，本発明の技術的課題は，正，負外部磁界のどちらから磁界を印加してもヒステリシスの生じない再現性の良いインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、一軸異方性を有するＣｏ基及びＦｅ基の内の少なくとも一方を用いた板状からなる磁性薄膜を備えた磁性薄膜素子であって、前記磁性薄膜は、少なくとも一端部に透磁率遷移開始又は完了部を備え、前記磁性薄膜に外部より磁界を印加されることで，磁壁移動または，磁化回転が生じ，磁区の消失，磁区の発生が前記透磁率遷移開始又は完了部から起こり、当該磁性薄膜の透磁率が変化することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記インピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記板状の磁性薄膜が複数本折り返されるように並んだ形状で，前記磁性薄膜の両端部に前記透磁率遷移開始又は完了部を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記インピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記板状の磁性薄膜は、複数本並行に並んだ形状を備え、さらに、前記複数本の磁性薄膜を電気的に直列に導通するために、前記複数本の磁性薄膜の内の隣接する端部同士を、並んだ方向に互い違いに導体膜にて接続した構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記いずれか１つのインピーダンス素子を用いた薄膜磁性素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、前記板状の磁性薄膜の両端部から当該素子長の２０％以内の位置に設けられていることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、微小穴または，微小凹凸形状を備えていることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記インピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、前記板状からなる端部に微小凹凸形状を持ち、当該素子幅よりも充分小さい形状で，前記微小凹凸形状は，先が尖った１つまたは，複数の楔型の山形状または谷型状の構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、前記インピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記透磁率遷移開始又は完了部は、前記板状からなる端部に微小穴を持ち、当該素子幅よりも充分小さい穴を１つまたは，複数有する構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２６】
また、本発明によれば、前記インピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において、前記磁性薄膜は、磁性薄膜基部と非磁性薄膜基部とが積層された多層構造を有することを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２７】
また、本発明によれば、前記インピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において，当該磁性薄膜素子の幅が５μｍ〜１０００μｍであり、前記素子端部の鋭利な凹凸形状は１００°以下の角度を持つ楔型をしていることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【００２８】
さらに、本発明によれば、前記インピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子において，前記素子１本の幅が５μｍ〜１０００μｍで、前記素子端部の微小穴の径は、当該素子幅の５０％以下であることを特徴とするインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば，磁性薄膜素子に於ける素子端部を凹凸の尖った形状または，微小な穴形状を持つ構造にすることで，外部磁場の正磁界，負磁界どちらから印加されても，透磁率変化にヒステリシスのない再現性の良いインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明の実施の形態によるインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子について説明する。
【００３１】
本発明の磁性薄膜素子は、磁性体に高周波電流をキャリアとして印加し、その高周波キャリア電流によって磁性体に生じる表皮効果の表皮深さが外部の磁場に対して変化することで、前記磁性体のインピーダンスが変動する効果（ＭＩ効果）を利用したインピーダンス素子を用いた磁性薄膜素子である。
【００３２】
また、本発明の磁性薄膜素子は、磁性体に一定の電流を印加し，外部からの磁界強度により，磁性体の磁化回転により，抵抗値が変化する効果（ＭＲ効果）の磁性薄膜素子に於いて，立方体を含む板状の磁性薄膜の両端部に、鋭利な凹凸形状または，微小な円状穴形状の部分を有する透過磁率遷移開始又は完了部備えた構造の素子を具備する。ここで、本発明において、このように外部からの磁界強度により，磁性体の磁化回転により，抵抗値が変化する効果（ＭＲ効果）の係る部位を透磁率遷移開始又は完了部と呼ぶ。
【００３３】
また、本発明の磁性薄膜素子は、素子１の幅が５μｍ〜１０００μｍの幅で，その素子端部の鋭利な凹凸形状は１００°以下の角度を持つ楔型をしている。
【００３４】
この本発明による磁性薄膜素子において，素子１本の幅が５μｍ〜１０００μｍの幅で，その素子端部の微小穴径は幅の５０％以下の微小穴を有する。
【００３５】
本発明の磁性薄膜素子においては、素子の構造が、板状の一枚の磁性薄膜からなるものであってもよく、一方、積層した磁性膜及び非磁性膜からなる多層構造を有しても良い。
【００３６】
それでは、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による磁性薄膜素子の磁性薄膜を示す斜視図である。図１を参照すると、板状の磁性薄膜素子の長手方向の両端部に鋭利なくさび型の切り欠け形状１ａ，１ｂ（開口角度６０°）が設けられている。
【００３７】
図２は、実際にフォトマスクを使用し，露光，現像，磁性膜スパッターと一連の前記作業にて，実施の形態と同様，磁性薄膜１１，１２，１３，１４，１５が５本並行に並び，導体膜１６にて，それら磁性膜が直列に接続されている形状である。なお、磁性薄膜の厚さ，長さ，導体膜厚さは，従来例と同じである。
【００３８】
図３は図２の拡大平面図である。素子１本毎の両端部に、透磁率遷移開始又は完了部として当時鋭利なくさび型の切り欠け形状１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅを設けた。前記形状は，磁区発生の核（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ）形成を目的として作成したもので，外部磁界が印加された場合の磁区の発生，消失が常にその核より行われる。このような核を有する点を本発明では、透磁率遷移開始又は完了部と呼ぶ。この透磁率遷移開始又は完了部とを設けることで，ヒステリシスが改善される。
【００３９】
図４は本発明による第１の実施の形態による形状において測定したインピーダンス特性を示す図である。図４に示すように、素子に印加する外部磁界を負側（−）から印加した場合のインピーダンス変化２６，外部磁界を正側（＋）から印加した場合のインピーダンス変化２５は，ほぼ同じ軌跡を辿っている。
【００４０】
図５は本発明の第1の実施の形態による磁性薄膜を従来技術と同様に，素子端部をビッター法にて磁区観察した写真である。図５を参照すると、外部磁界印加前は，細かい磁壁は観察されておらず，外部磁界を印加することで，その磁化は，本発明による素子の尖り部分（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ；磁区発生の核）に向かって磁化することが観察されている。一方、外部磁界を反転させると、その磁化は，素子の尖り部分（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ；磁区発生の核）に向かって磁化することが観察される。本発明では、ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅを有する点を透磁率遷移開始又は完了部と呼ぶ。本発明では、この透磁率遷移開始又は完了部を設けることで、素子の透磁率のヒステリシスを改善し，外部磁界の印加方向に影響されない再現性のある特性が得られる。
【００４１】
図６は本発明の第２の実施の形態による磁性薄膜を示す斜視図である。図６を参照すると、磁性薄膜素子の薄膜の端部付近に、透磁率遷移開始又は完了部として丸穴形状２ａ，２ｂ（穴径１０μｍ）を設けた構造を備えている。
【００４２】
次に図７は前記フォトマスクにて作成した磁性薄膜１１，１２，１３，１４，１５が５本並行に並び，導体膜１６で磁性膜が直列に接続されている素子の磁性膜端部に丸穴形状構造２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅをもたせた試作品である。図８は図７の部分拡大図である。
【００４３】
本発明の第２の実施の形態による薄膜磁性素子も、第１の実施の形態と同様、素子の透磁率のヒステリシスを改善し，外部磁界の印加方向に影響されない再現性のある特性が得られる。
【００４４】
図９は本発明の第３の実施の形態による磁性薄膜を示す斜視図である。図９を参照すると、磁性薄膜の両端部に透磁率遷移開始又は完了部として、鋭利な尖り形状３ａ，３ｂのフォトマスクを作成した。前記形状は，第1及び第２の実施の形態と同様に、磁区発生の核（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ）形成を目的として作製したもので，外部磁界が印加された場合の磁区の発生，消失が常にその核より行われることで，このような部分を有する点を透磁率遷移開始又は完了部と呼び、この透磁率遷移開始又は完了部を設けることで、ヒステリシスが改善される。
【００４５】
本発明の第３の実施の形態による薄膜磁性素子も、端部に透磁率遷移開始又は完了部を設けることで、第１及び第２の実施の形態と同様、素子の透磁率のヒステリシスを改善し，外部磁界の印加方向に影響されない再現性のある特性が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上の説明の通り、本発明の薄膜磁性素子は、自動車、家電、通信機器、船舶、航空機、医療機器等の分野で使用する微弱な磁界を検出する磁性薄膜素子に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第1の実施の形態による磁性薄膜素子の端部形状の説明図（透磁率開始又は完了部は尖り凹形状）である。
【図２】本発明の第1の実施の形態による磁性薄膜素子の端部を示す部分平面図（透磁率開始又は完了部は尖り凹形状）である。
【図３】図２の磁性薄膜素子端部の部分拡大図（透磁率開始又は完了部は尖り凹形状）である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による磁性薄膜素子の外部磁場に対するインピーダンス変化の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の磁性薄膜素子端部の金属組織の外部磁場印加に於ける磁区変化の説明するための写真である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による磁性薄膜素子の端部形状を示す斜視図（透磁率開始又は完了部は微小穴形状）である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による磁性薄膜素子の端部の部分平面図（透磁率開始又は完了部は微小穴形状）である。
【図８】図７の磁性薄膜素子端部の部分拡大図（透磁率開始又は完了部は微小穴形状）である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による磁性薄膜素子の端部形状の説明図（透磁率開始又は完了部は尖り凸形状）である。
【図１０】従来技術による磁性薄膜素子のパターンニング形状の説明図である。
【図１１】従来の磁性薄膜素子の端部の説明図である。
【図１２】従来の磁性薄膜素子の外部磁場に対するインピーダンス変化の説明図である。
【図１３】従来の磁性薄膜素子端部の外部磁場印加に於ける磁区変化の説明するための写真である。
【符号の説明】
【００４８】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ    素子端部の尖った凹形状構造（透磁率開始又は完了部）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ    素子端部の微小穴形状構造（透磁率開始又は完了部）
３ａ，３ｂ    素子端部の尖った凸形状構造（透磁率開始又は完了部）
１０    ガラス基板
１１，１２，１３，１４，１５    磁性薄膜素子
１１ａ    磁性薄膜（上層）
１１ｂ    磁性薄膜（下層）
１６    導体膜（直列接続、導体膜（端子−パッド）
１８    非磁性中間膜
２５    外部磁界−インピーダンス特性（正磁界→負磁界）
２６    外部磁界−インピーダンス特性（負磁界→正磁界）
２７    外部磁界印加前の磁性薄膜素子端部の磁区構造（本発明）
２８    外部磁界印加後の磁性薄膜素子端部の磁区構造（本発明）
１００    外部磁界−インピーダンス特性（正磁界→負磁界）
１０１    外部磁界−インピーダンス特性（負磁界→正磁界）
１０２    外部磁界印加前の磁性薄膜素子端部の磁区構造（従来）
１０３    外部磁界印加後の磁性薄膜素子端部の磁区構造（従来）
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図５】
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【図１３】
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