(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体に高周波電圧を印加した際に生じる表皮効果の表皮深さが外部磁場に対して変化することにより、前記磁性体のインピーダンスが変動する効果を利用した磁気センサにおいて、つづら折り構造で、長さ、幅の異なる複数の磁性膜を直列につないだ磁性コアを具備し、前記複数の磁性膜の各々のインピーダンス値が等しいことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
請求項１記載の磁気センサにおいて、前記複数の磁性膜の各々の幅が３０％以上異なることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気センサにおいて、前記磁性コアの幅に対する長さの比が６００以下、１０以上の範囲にあることを特徴とする磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気を高感度、高精度に検出するための磁気センサに関し、特にインピーダンス変化を活用した磁気インピーダンスセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の磁気センサは、磁性体に数ＭＨｚ以上の高周波電圧を印加した場合に生ずる表皮効果の表皮深さが透磁率の平方の逆数に比例することと、この磁性体の透磁率が、外部磁場により大きく変動することから、磁性体のインピーダンスが外部磁場によって変動する性質を利用したものである。
【０００３】
高透磁率の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、上記の効果を利用した磁気センサは磁気インピーダンスセンサとも呼ばれている。
【０００４】
ところで、磁性体のインピーダンス変動を利用した磁気センサとしての応用の試みは、特開昭５９−２２０４号に開示されている。
【０００５】
さらに、１９８９年に第１３回日本応用磁気学会において、加茂芳邦氏、島田寛氏により、磁性体を、薄膜とワイヤに形成した場合に関して、それぞれの高周波電気抵抗の外部磁場による変化について開示されている。
【０００６】
その後、１９９２年に電気学会マグネディックス研究会にて毛利佳年雄氏らによって、ワイヤ形状で、従来のＭＲ素子の１０倍のインピーダンス変化率を持つ素子が開示されている。
【０００７】
薄膜形状での開発も行われており、特開平８−７５８３５号においては、磁性膜により固定磁気バイアスを加え、被検出磁界の変動によるインピーダンス変動を線形的に検出することが開示されている。
【０００８】
本出願人は、特開平１０−２７０７７４号にて、磁気インピーダンス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。このような構成にすることで、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を実現した。
【０００９】
さらに、特開２０００−２０６２１７号において、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た。
【００１０】
また、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つけられた素子が、特開平９−１２７２１８号において開示されている。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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の素子では、線形範囲が狭く低感度領域が広いために、磁場の検出のための余分な処理回路が必要となるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決し、線形範囲が広く、高感度領域が広い磁気センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によれば、磁性体に高周波電圧を印加した際に生じる表皮効果の表皮深さが外部磁場に対して変化することにより、前記磁性体のインピーダンスが変動する効果を利用した磁気センサにおいて、つづら折り構造で、長さ、幅の異なる複数の磁性膜を直列につないだ磁性コアを具備し、前記複数の磁性膜の各々のインピーダンス値が等しいことを特徴とする磁気センサが得られる。各々の磁性膜のインピーダンス値を、ほぼ等しくすることで、磁気特性を足し合わせる効果が大きくなる。
【００１４】
また、本発明によれば、上記の磁気センサにおいて、前記複数の磁性膜の各々の幅が３０％以上異なることを特徴とする磁気センサが得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、上記の磁気センサにおいて、前記磁性コアの幅に対する長さの比が６００以下、１０以上の範囲である磁気センサが得られる。磁性コアの幅に対する長さの比が、これより小さなものであると、感度が低くなり、大きなものは、反磁界の影響が大きくなり、磁区形成が困難になるためである。
【００１７】
また、本発明において、磁性コアの長さは、数ミリ以内であることが、磁気センサの小型化のために好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
ＭＩ（磁気インピーダンス）効果を利用した実施の形態１の磁気センサを次のようにして作製した。まず、誘電体基板を洗浄し、フォトレジストにてマスキングして磁性膜をスパッタする。次に、リフトオフによりパターニングを行うことで、図１の形状のアモルファス磁性薄膜による磁性コア１を形成する。次いで、真空中で熱処理を行う。この熱処理によって磁性膜の横方向に磁化容易軸が形成され、磁気センサとしての感度が向上する。その後、電極も同様にリフトオフで形成することで、実施の形態１の磁気センサを得る。
【００２０】
上記の方法によって作製した磁性コアの特性について、図２〜５にて示して説明する。図２に、磁性コアの幅を３０％ずつ変えたときの磁気特性を示した。磁性コアの幅を変えるとき、幅が狭い場合は、バイアスポイント（インピーダンスの変化量が最大の時の外部磁界（Ｏｅ））を低いところに持つ特性が得られる。幅が広くなるにしたがってバイアスポイントは、高磁界側になる。これは、磁性コアの幅が狭い場合は、図３に示すように、還流磁区の割合が幅の広い素子（図４）に比べて大きい。磁気検出方向である素子長手方向に外部磁界が生じたとき、磁化回転が起きる領域が少ないため、磁化回転が容易に起こり、低磁場において磁化の向きが揃うものと考えられる。また、磁性コアの幅を３０％未満で変えても効果は小さい。図５に、磁性コアの長さを変えた場合の磁気特性を示した。磁性コアの長さが変化するとき、幅が等しいならぼ磁性コアの長い方がインピーダンスは高く、短い方がインピーダンスは低い。バイアスポイントは、素子の長さが短い方が少し高い磁界に出現する。
【００２１】
次に、図１の本発明の磁気センサにおける、幅の違う磁性膜をつづら形状に直列につないだときの磁性コアの特性について説明する。幅の異なる磁性コアをつづら折りにして直列につなぎ合わせることで、上記で説明した単体の磁性コアの特性を足し合わせた磁気特性が得られる。図６に、それぞれの特性を足し合わせた磁気特性を示した。幅が狭いものは長さを短くし、幅の広いものはコアの長さを長くすることで、それぞれの磁性コアのインピーダンスをほぼ等しくできる。インピーダンスが大きいものほど磁気特性への関与が大きくなるので、どの磁性コアも等しいインピーダンスとなるのが好ましい。
【００２２】
従来の幅の等しい磁性膜からなるつづら折り構造の磁性コアの磁気特性を図７に示した。感度のない領域が数Ｏｅあり、線形範囲が狭い傾向がある。磁性コアの長さと幅を変えてインピーダンス特性を設計すると、図６に示すように、線形範囲が広くなり、感度のない領域をなくすことができる。このように、素子の設計において磁気特性を制御できる。
【００２３】
（実施の形態２）
実施の形態２の磁気センサを次のようにして作製した。まず、誘電体基板を洗浄し、磁性膜をスパッタする。次に、フォトレジストにてマスキングしてイオンミリング装置および他方式の湿式エッチングにてパターニングを行うことで、図１の形状のアモルファス磁性薄膜による磁性コア１を形成する。次いで、真空中で熱処理を行う。この熱処理によって、磁性膜の横方向に磁化容易軸が形成され、磁気センサのとしての感度が向上する。その後、フォトレジストにてマスキングして非磁性導体膜をスパッタする。リフトオフによりパターニングを行うことで電極を形成して、磁気センサを得る。この磁気センサは、実施の形態１と同様に、線形範囲が広くなり、感度のない領域をなくすことができる。
【００２４】
（実施の形態３）
実施の形態３の磁気センサを次のようにして作製した。まず、誘電体基板を洗浄し、フォトレジストにてマスキングし、磁性膜を無電解めっきにて生成する。次に、リフトオフによりパターニングを行うことで、図１の形状のアモルファス磁性薄膜による磁性コア１が形成する。次いで、真空中で熱処理を行う。この熱処理によって磁性膜の横方向に磁化容易軸が形成され、磁気センサのとしての感度が向上する。その後、フォトレジストにてマスキングして非磁性導体膜をスパッタする。リフトオフによりパターニングを行うことで電極を形成して、磁気センサを得る。この磁気センサは、実施の形態１と同様に、線形範囲が広くなり、感度のない領域をなくすことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、線形範囲が広く、高感度領域が広い磁気センサを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気センサにおける磁性コアの形状を示す平面図。
【図２】磁性コアの幅を変化させたときの外部磁界に対するインピーダンス変化及び磁気感度を示す図。図２（ａ）は、インピーダンスの変化を示す図。図２（ｂ）は、磁気感度を示す図。
【図３】幅の狭い素子の磁区構造及び外部磁界を受けた時の磁区の変化の様子を示す図。図３（ａ）は、磁区構造を示す図。図３（ｂ）は、磁区の変化の様子を示す図。
【図４】幅の広い素子の磁区構造及び外部磁界を受けた時の磁区の変化の様子を示す図。図４（ａ）は、磁区構造を示す図。図４（ｂ）は、磁区の変化の様子を示す図。
【図５】磁性コアの長さを変化させたときの外部磁界に対するインピータンス変化及び磁気感度を示す図。図５（ａ）は、インピーダンスの変化を示す図。図５（ｂ）は、磁気感度を示す図。
【図６】形状が異なる磁性コアを直列に接続したつづら素子を有する本発明の磁気センサにおける外部磁界に対するインピーダンス変化及び磁気感度を示す図。図６（ａ）は、インピーダンスの変化を示す図。図６（ｂ）は、磁気感度を示す図。
【図７】磁性コアの幅が等しいつづら素子を有する従来の磁気センサにおける外部磁界に対するインピーダンス変化及び磁気感度を示す図。図７（ａ）は、インピーダンスの変化を示す図。図７（ｂ）は、磁気感度を示す図。
【符号の説明】
１    磁性コア
【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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