(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、
前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌは、０．１以下であり、
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積とが等しい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】
非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、
前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌは、０．１以下であり、
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きいことを特徴とする磁気インピーダンス効果素子。
【請求項３】
前記軟磁性体部と、前記導電体部とが交互に積層されている請求項１又は２に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項４】
最上層と最下層が前記軟磁性体部であり、前記最上層と前記最下層の軟磁性体部が、少なくとも素子幅方向の端部において磁気的に結合されている請求項３記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項５】
前記感磁部の上面の素子幅寸法が、前記感磁部の底面の素子幅方向寸法より短い請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項６】
前記感磁部は、前記基板の表面から離れるにつれて、素子幅方向寸法が徐々に短くなる請求項５記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項７】
駆動交流電流が与えられている前記感磁部の素子長手方向に外部磁界を印加したときに、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が４００（Ａ／ｍ）以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項８】
前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が３２０（Ａ／ｍ）以下である請求項７に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項９】
前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が１６０（Ａ／ｍ）以下である請求項７に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１０】
前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌが、０．０５以下である請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１１】
前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌが、０．０３以下である請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１２】
前記感磁部の素子長手方向と平行な方向にバイアス磁界を印加する磁性体を有する請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１３】
前記軟磁性体部は、組成式がＦｅhＭiＯjで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足するものである。
【請求項１４】
前記軟磁性体部は、組成式が（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＸzＯwで表される微結晶軟磁性合金薄膜である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、組成比は、ｃが、０≦ｃ≦０．７、ｘ，ｙ，ｚ，ｗはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦２０、７≦ｗ≦４０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部がｘである。
【請求項１５】
前記軟磁性体部は、組成式がＴ100-d-e-f-gＸdＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するものである。
【請求項１６】
前記軟磁性体部は、組成式がＴ100-p-q-e-f-gＳｉpＡｌqＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｑ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するものである。
【請求項１７】
前記軟磁性体部は、組成式が（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭyで示される非晶質軟磁性合金薄膜または薄帯である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すａ、ｂは０．０５≦ａ≦０．１、０．２≦ｂ≦０．８であり、ｘ、ｙはａｔ％で１０≦ｘ≦３５、０≦ｙ≦７の関係を満足するものである。
【請求項１８】
前記軟磁性体部は、組成式がＣｏlＴａmＨｆnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金薄膜である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足するものである。
【請求項１９】
前記軟磁性体部は、組成式がＣｏaＺｒbＮｂcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金薄膜である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気インピーダンス効果素子。
ただし、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、０．５≦ｂ／ｃ≦０．８の関係を満足するものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界センサとして利用できる磁気インピーダンス効果素子に係り、特に、磁気インピーダンス効果素子の抵抗値を低くできて、消費電力を低くでき、また、バイアス磁界を小さくしても、良好な磁界検出感度を有する磁気インピーダンス効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器、計測機器、制御機器などの急速な発展に伴って、従来の磁束検出型のものより更に小型、高感度且つ高速応答性（高周波動作）の磁界センサが求められ、磁気インピーダンス効果（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−Ｅｆｆｅｃｔ）を有する素子（磁気インピーダンス効果素子）が注目されるようになってきている。
【０００３】
磁気インピーダンス効果素子は、微小交流電流をワイヤー状、リボン状、または薄膜状に形成された磁性線に印加することによって生じるインピーダンスによる出力電圧が外部印加磁界によって変化することを基本原理としている素子である。
【０００４】
外部磁界の印加による軟磁性材料からなる感磁部のインピーダンスの変化は、磁性材料に交流電流を通電したときに、交流電流がその表面近くを流れようとする「表皮効果」が、外部磁界によって変化するためであることが知られている。
【０００５】
図２９は、従来の磁気インピーダンス効果素子の斜視図である。図２９の磁気インピーダンス効果素子Ｍは、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板１１上に、軟磁性材料をスパッタ法や蒸着法などによって、薄膜形成することにより形成された感磁部１２、および感磁部１２の両端部に接合されているＣｕなどの導電性材料により形成された電極部１３，１３によって構成されている。感磁部１２は、略長方形状または線状にパターン形成されている。
なお、図２９の感磁部１２の素子長さをＬ、素子幅をＷとする。
【０００６】
図３０は、従来の磁気インピーダンス効果素子を用いて構成した磁界検出回路を示す回路図である。図３０に示す回路において、感磁部１２に電源ＥａｃからＭＨｚ帯域の交流電流Ｉａｃを印加している状態で、感磁部１２の素子長さ方向に外部磁界Ｈｅｘが印加されると、感磁部１２両端に素材固有のインピーダンスによる出力電圧Ｅｍｉが発生し、出力電圧Ｅｍｉの振幅が外部磁界Ｈｅｘの強度に対応して数１０％の範囲で変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気インピ-ダンス効果素子では、感磁部１２が単層の軟磁性薄膜からなっている。駆動交流電流は、感磁部１２の中を流れる。
【０００８】
しかし、感磁部１２を形成する軟磁性薄膜は、比抵抗の高い材料によって形成されることが多く、直流電流損失が大きくなる傾向があった。また、軟磁性薄膜が比抵抗の高い材料によって形成されると、駆動交流電流が流れるときの表皮厚が厚くなって直流抵抗値が低くなり、感磁部１２に外部磁界が印加されたときの、インピ-ダンスの変化が小さくなる。従って、特に駆動電圧が低いとき充分な出力電圧の変化量を得ることができなかった。その結果、磁界に対する充分な出力変化量を得ることができず、磁界検出感度が小さくなるという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、前記感磁部を、軟磁性体部と前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とが接しているものとすることにより、磁気インピーダンス効果素子の抵抗値を低くできて、消費電力を低くでき、かつ駆動電圧が低いときでも充分な出力電圧の変化量を得ることのできる磁気インピーダンス効果素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、
前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌは、０．１以下であり、
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積とが等しいことを特徴とするものである。
または本発明は、非磁性材料からなる基板上に、磁気インピーダンス効果を有する感磁部と、前記感磁部に駆動交流電流を与える電極部とが設けられた磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、軟磁性材料で形成された軟磁性体部、前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とを有し、前記軟磁性体部と前記導電体部とが、少なくとも部分的に接しており、
前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌは、０．１以下であり、
前記軟磁性体部は、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きいことを特徴とするものである。
【００１１】
前記感磁部が、前記軟磁性体部と前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とが接した構造を有していると、前記感磁部に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は前記軟磁性体部内を流れる電流と前記導電体部内を流れる電流とに分れて流れる。その結果、前記駆動交流電流が流れるときの前記感磁部の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明では、前記感磁部が、透磁率の高い前記軟磁性体部と導電率の高い前記導電体部とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、直流抵抗値が高くなって大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができ、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【００１３】
本発明の磁気インピーダンス効果素子では、前記感磁部を、前記軟磁性体部と前記導電体部とが交互に積層されているものとすることができる。
【００１４】
また、前記感磁部の、最上層と最下層が前記軟磁性体部であり、前記最上層と前記最下層の軟磁性体部が、少なくとも素子幅方向の端部において磁気的に結合されていてもよい。
【００１５】
なお、特に前記感磁部が前記軟磁性体部と前記導電体部とが交互に積層されたものであるときに、前記感磁部の膜厚が厚くなると、膜応力が大きくなって、前記感磁部が基板から剥がれやすくなる。そこで、前記感磁部の上面の素子幅方向寸法を、前記感磁部の底面の素子幅方向寸法より短くすると、膜応力を分散できて、前記感磁部が基板から剥がれることを防止でき、また、前記感磁部を安定した形状に維持できる。例えば、前記感磁部を、前記基板の表面から離れるにつれて、素子幅方向寸法が徐々に短くなるものとして形成することができる。
【００１８】
また、本発明では、駆動交流電流が与えられている前記感磁部の素子長手方向に外部磁界を印加したときに、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が４００（Ａ／ｍ）以下であることが好ましい。
【００１９】
駆動交流電流が与えられている前記感磁部の素子長手方向に前記外部磁界を印加し、この外部磁界の大きさを変化させたときの、前記感磁部からの出力電圧の変化率は、出力電圧が最大値となる付近で最も大きくなる。従って、前記感磁部からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が小さくなっていくと、前記外部磁界の大きさが０付近であるときの、出力電圧の変化率が大きくなる。したがって、感磁部に与えるバイアス磁界の大きさを小さくすることができる。
【００２０】
特に、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が４００（Ａ／ｍ）以下になると、磁気インピーダンス効果素子の周辺に、或いは磁気インピーダンス効果素子に重ねて、形成された磁性材料からなる磁性体から発生する磁界を、バイアス磁界として用いることが可能になる。
【００２１】
また、バイアス磁界を前記感磁部の周囲に巻回するコイルによって与える場合でも、前記コイルの巻回数が少なくなり、感磁部を製造する際の工程を簡略化することができるようになる。
【００２２】
また、磁気インピーダンス効果素子を磁気ヘッドや微弱磁界検出器に適用する際に必要な小型化も容易になる。
【００２３】
さらに、前記バイアス磁界を発生させるために前記コイルに与える直流電流も小さくすることができるので、磁気インピーダンス効果素子の省電力化も容易になる。
【００２４】
なお、上記感磁部は、通常、略長方形状もしくは直線状に形成されるが、Ｕ字型や、つづら折れ状に形成してもよい。このときの素子長手方向とは、前記感磁部の中のもっとも長い直線部分の延長方向であり、駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【００２５】
また、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が３２０（Ａ／ｍ）以下であることが好ましく、より好ましくは、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大とする前記外部磁界の大きさの絶対値が１６０（Ａ／ｍ）以下であることである。
【００２７】
本発明の発明者は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を形成するときに、前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌを小さくしていくと、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上することを見出した。特に、前記アスペクト比が、０．１以下になると、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が著しく向上することを見出した。
【００２８】
前記感磁部は高周波数の交流電流によって励磁されるので、表皮効果が強く現れる。このとき、前記感磁部の素子幅Ｗ、素子長さＬ、比抵抗ρ、励磁周波数ω、素子幅方向の透磁率μと前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜との間には、次の（数１）によって示される関係がある。
【００２９】
【数１】
0003936137.tif 000002
（数１）から、前記感磁部の素子幅Ｗ、素子長さＬ、比抵抗ρ、励磁周波数ωを一定としたとき、前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜は、素子幅方向の透磁率μの１／２乗に比例することがわかる。素子長手方向に交流電流が与えられ、素子幅方向に励磁されている前記感磁部の素子長手方向に、外部磁界が印加されると、前記感磁部の素子幅方向の透磁率μが変化し、前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜が変化する。この、前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜の変化を測定することにより、前記感磁部に印加された前記外部磁界を検知する。
【００３０】
アスペクト比Ｗ／Ｌが小さくなると、素子幅方向の透磁率μの変化に対するインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜の変化率が大きくなる。すなわち、前記感磁部の両端から引き出される出力電圧の大きさの変化が大きくなり、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上する。
【００３１】
また、前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌが、０．０５以下であることが好ましく、より好ましくは、前記感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌが、０．０３以下であることである。
【００３２】
なお、前記感磁部がＵ字型、つづら折れ状に形成される場合には、前記感磁部の素子長手方向を向いた部位の長さの総和が素子長さＬとなる。このときの素子長手方向とは、前記感磁部の中のもっとも長い直線部分の延長方向であり、駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【００３４】
前記軟磁性体部が、単磁区構造或いは多磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積が等しくなっていると、前記軟磁性体部の、全体としての磁気異方性の方向がほぼ等方的な状態になる。
【００３５】
つまり、前記軟磁性体部の磁気モーメントがある方向に固定されにくくなり、前記軟磁性体部を有する前記感磁部が交流電流によって励磁されたときに、軟磁性体部の磁気モーメントの方向を変化させやすくなる。すなわち、軟磁性体部の素子幅方向の透磁率μが増加し、前記外部磁界を印加しないときに、軟磁性体部の素子幅方向の透磁率μが最大値をとる。軟磁性体部の素子幅方向の透磁率μが最大値をとるとき、軟磁性体部のインピーダンスの大きさＺが最大となり、前記感磁部の両端からの出力電圧も最大になる。すなわち、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値が０に近くなる。
【００３７】
前記軟磁性体部の各磁区において、磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きい場合においても、前記感磁部を構成する軟磁性体部の磁気異方性の方向を全体として等方的な状態に近い状態にすることができ、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積とが等しい磁区構造の感磁部を有する磁気インピーダンス効果素子と同等の磁界検出感度を得ることができる。
【００３８】
また、前記感磁部を構成する軟磁性体部の磁気異方性の方向が全体として等方的な状態に近い状態であると、前記感磁部の素子長手方向にわずかに外部磁界を印加するだけで、前記軟磁性体部の磁気異方性の方向を全体としてほぼ等方的な状態にさせることができ、前記感磁部の素子幅方向の透磁率μを最大にさせることができ、さらに前記感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせることができる。すなわち、前記感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値を小さくさせることができる。
【００３９】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子が、前記感磁部の素子長手方向と平行な方向にバイアス磁界を印加する磁性体を有するものであると、製造工程を簡略化でき、小型化が容易で、かつ消費電力を少なくすることができるので好ましい。
【００４０】
前記磁気インピーダンス効果素子の感磁部は、軟磁気特性を備えた強磁性体を有することが必要である。また、１ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波領域において透磁率μが高くなくてはならない。さらに、外部磁界（放送電波の磁界成分）によって軟磁性体に応力がかかって磁気特性が劣化しないように、磁歪定数λが小さいことが好ましい。
【００４１】
前記軟磁性体が、このような性質を備えた薄膜磁性体として形成されるために、前記軟磁性体が以下に示すような微結晶軟磁性合金薄膜として形成されることが好ましい。
【００４２】
１．組成式が、ＦｅhＭiＯjで表され、アモルファス構造を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【００４３】
ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、ｈ、ｉ、ｊはａｔ％で、４５≦ｈ≦７０、５≦ｉ≦３０、１０≦ｊ≦４０、ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００の関係を満足するもの。
【００４４】
Ｆｅは大きい飽和磁束密度Ｂｓを得るためのものであり、ＭはＯと化合し、比抵抗ρを大きくするためのものである。ｈ、ｉ、ｊが上記範囲であると、飽和磁束密度Ｂｓ、比抵抗ρ、透磁率μが大きい軟磁性合金を得ることができ、ｈ、ｉ、ｊが上記範囲を外れると、軟磁気特性が劣化する。
【００４５】
なお、上記組成において元素Ｍが希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素である場合には、ｈ、ｊはａｔ％で５０≦ｈ≦７０、１０≦ｊ≦３０であることがより好ましい。
【００４６】
２．組成式が、（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＸzＯwで表される微結晶軟磁性合金薄膜。
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素であり、組成比は、ｃが、０≦ｃ≦０．７、ｘ，ｙ，ｚ，ｗはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、０≦ｚ≦２０、７≦ｗ≦４０、２０≦ｙ＋ｚ＋ｗ≦６０の関係を満足し、残部がｘであるもの。
【００４７】
なお、軟磁性合金は、元素Ｍの酸化物を多量に含むアモルファス相に、Ｃｏと元素Ｔを主体とする微結晶相が混在し、さらに微結晶相は、元素Ｍの酸化物を含んだ構造を有するものであるとより好ましい。
【００４８】
３．組成式が、Ｔ100-d-e-f-gＸdＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【００４９】
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、０≦ｄ≦２５、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
【００５０】
ｄ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金薄膜を得ることができる。
【００５１】
４．組成式が、Ｔ100-p-q-e-f-gＳｉpＡｌqＭeＺfＱgで表され、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏの１種または２種以上の結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜。
【００５２】
ただし、元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素であり、ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇはａｔ％で、８≦ｐ≦１５、０≦ｑ≦１０、１≦ｅ≦１０、０．５≦ｆ≦１５、０≦ｇ≦１０の関係を満足するもの。
【００５３】
ｐ、ｑ、ｅ、ｆ、ｇが上記範囲内にあれば、透磁率μが大きく、保磁力Ｈｃも低く、磁歪定数λも小さい軟磁性合金を得ることができる。
【００５４】
また、前記感磁部が、以下に示すような非晶質軟磁性合金薄膜または薄帯を有するものとして形成されていてもよい。
【００５５】
５．組成式が、（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭyで示される非晶質軟磁性合金薄膜または薄帯。
【００５６】
ただし、ＭはＣｒ、Ｒｕのうちいずれか一方、あるいは両方を含む元素であり、組成比を表すａ、ｂは０．０５≦ａ≦０．１、０．２≦ｂ≦０．８であり、ｘ、ｙはａｔ％で１０≦ｘ≦３５、０≦ｙ≦７の関係を満足するもの。
【００５７】
前記（Ｆｅ1-aＣｏa）100-x-y（Ｓｉ1-bＢb）xＭy系の軟磁性合金薄膜又は薄帯では、ａが０．０５≦ａ≦０．１の範囲を越えると、磁歪が大きくなるので好ましくない。また、ｂが０．２≦ｂ≦０．８の範囲を越えると、非晶質化が困難になり好ましくない。さらに、ｘが１０≦ｘ≦３５の範囲を越えると非晶質化が困難になり好ましくない。また、ｘ＞３５であると磁気特性が劣化するので好ましくない。
【００５８】
６．組成式が、ＣｏlＴａmＨｆnで表され、アモルファス構造を主体にした非晶質軟磁性合金薄膜。
【００５９】
ただし、ｌ、ｍ、ｎはａｔ％で、７０≦ｌ≦９０、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５、１≦ｍ／ｎ≦２．５の関係を満足するもの。
【００６０】
前記ＣｏlＴａmＨｆn系の軟磁性合金薄膜においては、飽和磁束密度ＢｓはＣｏの含有量に依存しており、高い飽和磁束密度Ｂｓを得るには、７０≦ｌであることが必要である。しかし、ｌ＞９０であると、比抵抗ρが低くなるので好ましくない。
【００６１】
ＴａおよびＨｆは軟磁気特性を得るための元素であり、５≦ｍ≦２１、６．６≦ｎ≦１５とすることにより、飽和磁束密度Ｂｓが大きく、比抵抗ρも大きい軟磁性材料を得ることができる。また、Ｈｆは、Ｃｏ−Ｔａ系において発生する負の磁歪定数λを解消するための元素でもある。磁歪定数λは、Ｔａの含有量とＨｆの含有量の比に依存し、１≦ｍ／ｎ≦２．５の範囲内であると、磁歪定数λを良好に解消することができる。
【００６２】
７．組成式が、ＣｏaＺｒbＮｂcで表されるアモルファス構造を主体とした非晶質軟磁性合金薄膜。
【００６３】
ただし、ａ、ｂ、ｃはａｔ％で、７８≦ａ≦９１、０．５≦ｂ／ｃ≦０．８の関係を満足するもの。
【００６４】
飽和磁束密度ＢｓはＣｏの濃度に依存し、Ｂｓを大きくするためには、７８≦ａ≦９１にする必要がある。ａ＞９１であると、耐食性が低下すると共にアモルファス構造になりにくくなり、結晶化し始めるので好ましくない。また、ａ＜７８であると、Ｃｏどうしが隣接する割合が減り、軟磁気特性を示しにくくなるので好ましくない。透磁率μも、Ｃｏの濃度に依存し、７８≦ａ≦９１の範囲で高い値を示す。
【００９１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子を示す斜視図である。
【００９２】
図１の磁気インピーダンス効果素子Ｍは、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜２２、導電体部である導電性薄膜２３、及び軟磁性薄膜２４が順次積層されて形成された感磁部２５、および感磁部２５の両端部にＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒなどの導電性材料により形成された電極部２６，２６によって構成されている。感磁部２５は、略長方形状または線状にパターン形成されている。また、感磁部２５はＵ字形状またはジグザグ状に形成されてもよい。
【００９３】
なお、図１では、電極部２６，２６が感磁部２５の素子長手方向の両端部に形成されているが、電極部２６，２６は、軟磁性薄膜２４の上面の両端部付近上にＣｕなどの導電性材料を積層して形成されてもよい。
【００９４】
磁気インピーダンス効果素子Ｍに電極部２６，２６から素子長手方向（Ｙ方向）に駆動交流電流を与え、感磁部２５を素子幅方向（Ｘ方向）に励磁する。この状態で、外部磁界Ｈｅｘが素子長手方向に印加されると、感磁部２５のインピーダンスが変化する。感磁部２５のインピーダンス変化を、電極部２６，２６間の電圧の変化として取り出す。
【００９５】
ここで、素子長手方向は、駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【００９６】
また、感磁部２５がＵ字型やつづら折れ形状で形成されているときは、感磁部の中のもっとも長い直線部分の延長方向が素子長手方向となり、この方向が駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【００９７】
なお、感磁部２５上に、絶縁材料からなる保護層が形成されてもよい。
軟磁性薄膜２２，２４は、例えば、組成式がＦｅ71.4Ａｌ5.8Ｓｉ13.1Ｈｆ3.3Ｃ4.5Ｒｕ1.9（ａｔ％）で表される、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を主体とし、ｂｃｃ−Ｆｅの周囲にＨｆＣの結晶粒が存在する平均結晶粒径５〜３０ｎｍの微結晶軟磁性合金薄膜である。
【００９８】
この組成以外のＴ―Ｘ―Ｍ―Ｚ―Ｑ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌの内どちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素）の微結晶軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ−Ｔ−Ｍ−Ｘ―Ｏ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素）の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏ等からなる平均結晶粒径１０〜３０ｎｍの結晶相とＭの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の５０％以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜や、Ｆｅ―Ｍ―Ｏ系（Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅを主体とする平均結晶粒径１０〜３０ｎｍの結晶相とＭの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の５０％以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜２２，２４が形成されていてもよい。
【００９９】
あるいは、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ―Ｍ系（Ｍは、Ｃｒ，Ｒｕのうちいずれか一方あるいは両方を含む元素）の非晶質軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ―Ｔａ―Ｈｆ系の非晶質軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系の非晶質軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜２２，２４が形成されていてもよい。
【０１００】
導電性薄膜２３は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒなどの導電性材料により形成される。また、導電性薄膜２３を形成するために用いる材料は、軟磁性薄膜２２，２４より比抵抗の低い材料であれば、どのようなものでもかまわない。例えば、Ｆｅ，Ｃｏを含む強磁性材料であっても、ＮｉＯ，ＣｏＯなどの反強磁性材料であってもよい。ただし、導電性薄膜２３を形成するために用いる材料の比抵抗は、軟磁性薄膜２２，２４を形成するために用いる材料の比抵抗の１／１０以下の比抵抗の材料であることが好ましい。
【０１０１】
本実施の形態では、感磁部２５が軟磁性薄膜２２，２４と導電性薄膜２３とが交互に積層されたものとして形成されている。軟磁性材料からなる軟磁性薄膜２２，２４と、この軟磁性材料よりも比抵抗の低い材料によって形成された導電性薄膜２３とが接した構造を有していると、感磁部２５に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は軟磁性薄膜２２，２４内を流れる電流と導電性薄膜２３内を流れる電流とに分れて流れる。その結果、前記駆動交流電流が流れるときの感磁部２５の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【０１０２】
また、感磁部２５が、透磁率の高い軟磁性薄膜２２，２４と導電率の高い導電性薄膜２３とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができる。従って、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【０１０３】
図２は、本発明の第２の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【０１０４】
図２の磁気インピーダンス効果素子は、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜３２、導電体部である導電性薄膜３３、及び軟磁性薄膜３４が順次積層されて形成された感磁部３５を有している。本実施の形態では、感磁部３５の、最上層の軟磁性薄膜３４と最下層の軟磁性薄膜３２とが、素子幅方向の端部において磁気的に結合されており、感磁部３５に駆動交流電流が流されたときに、軟磁性薄膜３４と軟磁性薄膜３２に閉じた周回磁界が発生させることができる。
【０１０５】
図３は、本発明の第３の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【０１０６】
図３の磁気インピーダンス効果素子は、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜４２、導電体部である導電性薄膜４３、及び軟磁性薄膜４４が順次積層されて形成された感磁部４５を有している。本実施の形態では、感磁部４５が基板２１の表面２１ａから離れるにつれて、素子幅方向（Ｙ方向）寸法が徐々に短くなるものとして形成されている。従って、膜応力を分散できて、感磁部４５が基板から剥がれることを防止でき、また、感磁部４５を安定した形状に維持できる。
【０１０７】
なお、感磁部４５の断面形状は、図３のような形状に限らず、感磁部４５の上面４５ａの素子幅方向寸法が、感磁部４５の底面４５ｂの素子幅方向寸法より短くされていればよい。例えば、感磁部４５の素子幅方向の両端部が階段状に形成されても良い。
【０１０８】
図４は、本発明の第４の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【０１０９】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、必ずしも、軟磁性薄膜と導電性薄膜が、上下方向に順次積層されたものでなくともよい。
【０１１０】
例えば、図４に示されるように、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板２１の表面２１ａの同一面上に、軟磁性薄膜５２、導電性薄膜５３、及び軟磁性薄膜５４が形成され、軟磁性薄膜５２及び導電性薄膜５３が互いに接触し、さらに、導電性薄膜５３及び軟磁性薄膜５４が互いに接触した構造を有する感磁部５５を有する磁気インピーダンス効果素子であってもよい。
【０１１１】
図４の感磁部５５を有する磁気インピーダンス効果素子でも、感磁部５５に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は軟磁性薄膜５２，５４内を流れる電流と導電性薄膜５３内を流れる電流とに分れて流れる。その結果、前記駆動交流電流が流れるときの感磁部５５の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【０１１２】
また、感磁部５５が、透磁率の高い軟磁性薄膜５２，５４と導電率の高い導電性薄膜５３とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができる。従って、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【０１１３】
図５は、本発明の第５の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【０１１４】
本発明では、感磁部の軟磁性薄膜と導電性薄膜が何層積層されてもかまわない。
【０１１５】
例えば、図５のように、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性体部である軟磁性薄膜６２、導電体部である導電性薄膜６３、軟磁性薄膜６４、導電性薄膜６５、軟磁性薄膜６６が順次積層されて形成された感磁部６７を有した磁気インピーダンス効果素子でもよい。
【０１１６】
なお、最上層の軟磁性薄膜６６と最下層の軟磁性薄膜６２とが、素子幅方向の端部において磁気的に結合されていてもよい。また、感磁部６７が基板２１の表面２１ａから離れるにつれて、素子幅方向（Ｙ方向）寸法が徐々に短くなるものとして形成されてもよい。
【０１１７】
図６は、本発明の第６の実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の感磁部の断面図である。
【０１１８】
本発明では、必ずしも、感磁部の導電性薄膜が，複数の軟磁性薄膜によって挟まれていなくともよい。
【０１１９】
例えば、図６のように、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性薄膜７２及び導電性薄膜７３のみが順次積層されて形成された感磁部７４を有した磁気インピーダンス効果素子でもよい。
【０１２０】
なお、感磁部３５、４５、５５、６７、及び７４の両端部に、感磁部の素子長手方向（Ｙ方向）に駆動交流電流を与えるための電極部が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒなどの導電性材料により形成される。感磁部３５、４５、５５、６７、及び７４は、略長方形状または線状にパターン形成されている。または、感磁部３５、４５、５５、６７、及び７４は、Ｕ字形状またはジグザグ状に形成されてもよい。
【０１２１】
感磁部３５、４５、５５、６７、及び７４の素子長手方向（Ｙ方向）に駆動交流電流を与え、素子幅方向（Ｘ方向）に励磁する。この状態で、外部磁界Ｈｅｘが素子長手方向に印加されると、感磁部３５、４５、５５、６７、及び７４のインピーダンスが変化する。感磁部３５、４５、５５、６７、及び７４のインピーダンス変化を、電極部間の電圧の変化として取り出す。
【０１２２】
なお、感磁部３５、４５、５５、６７、及び７４上に、絶縁材料からなる保護層が形成されてもよい。
【０１２３】
図７は、参考例の磁気インピーダンス効果素子の斜視図であり、図８は、図７の磁気インピーダンス効果素子を８−８線からみた断面図である。
【０１２４】
図７及び図８の磁気インピーダンス効果素子では、アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性薄膜８１、絶縁性材料からなる絶縁層８２、導電性薄膜８３、絶縁層８４、軟磁性薄膜８５が順次積層されて感磁部８６が形成されている。
【０１２５】
軟磁性薄膜８１と導電性薄膜８３は、絶縁層８２によって電気的に絶縁されている。また、導電性薄膜８３と軟磁性薄膜８５は、絶縁層８４によって電気的に絶縁されている。
【０１２６】
感磁部８６の両端部には、導電性薄膜８３の素子長手方向（Ｙ方向）に駆動交流電流を与えるための電極部８７，８７が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒなどの導電性材料により形成される。電極部８７，８７は導電性薄膜８３にのみ接続されている。軟磁性薄膜８１と電極部８７，８７は、絶縁層８２によって電気的に絶縁されている。また、軟磁性薄膜８５と電極部８７，８７は、絶縁層８４によって電気的に絶縁されている。従って、駆動交流電流は導電性薄膜８３のみに流される。
【０１２７】
導電性薄膜８３の素子長手方向（Ｙ方向）に駆動交流電流を与え、素子幅方向（Ｘ方向）に励磁する。この状態で、外部磁界Ｈｅｘが素子長手方向に印加されると、感磁部８６のインピーダンスが変化する。感磁部８６のインピーダンス変化を、電極部間の電圧の変化として取り出す。
【０１２８】
駆動交流電流が導電性薄膜８３のみに流され、軟磁性薄膜８１，８５には流されないようにすると、駆動交流電流による励磁磁界を効率よく発生させることができ、より顕著な磁気インピーダンス効果を引き出すことが可能になる。
【０１２９】
感磁部８６は、略長方形状または線状にパターン形成されている。または、感磁部８６は、Ｕ字形状またはジグザグ状に形成されてもよい。
【０１３０】
図９は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と、磁界検出感度の関係を示すグラフである。図９のグラフでは、感磁部の素子長さＬを４ｍｍまたは６ｍｍに固定し、素子幅Ｗを変えることにより感磁部のアスペクト比Ｗ／Ｌを変化させた。図９から明らかなように、感磁部のアスペクト比Ｗ／Ｌが０．１以下になると、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上することがわかる。特に、感磁部の素子長さＬが６ｍｍのときには、感磁部のアスペクト比Ｗ／Ｌが約０．０８以下になると、さらに、急激に磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上することがわかる。
【０１３１】
なお、感磁部がＵ字型、つづら折れ状に形成される場合には、前記感磁部の素子長手方向を向いた部位の長さの総和が素子長さＬとなる。
【０１３２】
本実施の形態では、感磁部２５は、例えば、素子幅Ｗを０．１０ｍｍ、素子長さＬを６ｍｍとして形成されている。このとき、磁気インピーダンス効果素子Ｍの感磁部２５のアスペクト比は、Ｗ／Ｌ＝０．０１７である。
【０１３３】
図１に示された磁気インピーダンス効果素子Ｍの、素子長さ６ｍｍ、アスペクト比が０．０１７であると、図９のグラフから、約２．５（ｍＶ・ｍ／Ａ）（約２００（ｍＶ／Ｏｅ））もの高感度を有することがわかる。
【０１３４】
図１０は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比（Ｗ／Ｌ）と、感磁部の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値（Ｈｐ）との関係を示すグラフである。
【０１３５】
図１０のグラフから、磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比（Ｗ／Ｌ）を小さくすると、感磁部の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値（Ｈｐ）も小さくなることがわかる。図３のグラフでは、感磁部の素子長さを４ｍｍまたは６ｍｍに固定し、素子幅を変えることにより感磁部のアスペクト比を変化させている。
【０１３６】
例えば、感磁部の素子長さが６ｍｍのとき、アスペクト比（Ｗ／Ｌ）を約０．１以下にすると、感磁部の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値（Ｈｐ）の値は、３２０（Ａ／ｍ）（４（Ｏｅ））以下になる。また、感磁部の素子長さが４ｍｍのときも、アスペクト比（Ｗ／Ｌ）を約０．１以下にすると、出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値（Ｈｐ）が、３２０（Ａ／ｍ）（４（Ｏｅ））以下になる。
【０１３７】
また、感磁部の素子長さが６ｍｍのとき、アスペクト比（Ｗ／Ｌ）を約０．０５以下にすると、出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値（Ｈｐ）が１６０（Ａ／ｍ）（２（Ｏｅ））以下になる。
【０１３８】
図１に示された本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子Ｍの感磁部２５は、素子長さ６ｍｍ、アスペクト比が０．０１７であるので、図１０のグラフから、出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値が、おおよそ０〜２４（Ａ／ｍ）（０．３（Ｏｅ））の範囲にあることがわかる。
【０１３９】
図１１は、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を説明するための概念図である。
【０１４０】
図１の磁気インピーダンス効果素子Ｍの電極部２６，２６から感磁部２５の両端部に駆動交流電流を与えた状態で、外部磁界Ｈｅｘを、磁気インピーダンス効果素子Ｍの素子長手方向に印加する。印加した外部磁界Ｈｅｘの大きさを変化させつつ、出力電圧Ｅｍｉを測定すると図１１のようなグラフが得られる。
【０１４１】
図１１の磁気インピーダンス効果特性を示す概念図は、外部磁界Ｈｅｘの大きさがＨｐ+あるいはＨｐ-であるときの出力電圧Ｅｍｉの値を示す点を頂点とする双峰形状をなしている。また、Ｈｐ+とＨｐ-の絶対値の大きさはほとんど等しくおおよそ０〜２４（Ａ／ｍ）（０．３（Ｏｅ））である。
【０１４２】
図１１をみると、外部磁界Ｈｅｘの大きさがＨｐ+またはＨｐ-に近づくにつれて、出力電圧Ｅｍｉの変化率が大きくなっている。すなわち、外部磁界Ｈｅｘの検出感度は、外部磁界Ｈｅｘの大きさがＨｐ+またはＨｐ-付近にあるときに良好になる。
【０１４３】
Ｈｐ+またはＨｐ-の大きさの絶対値がおおよそ０〜２４（Ａ／ｍ）（０．３（Ｏｅ））であるとき、外部磁界Ｈｅｘ＝０付近における外部磁界Ｈｅｘの検出感度を良好にするために、感磁部２５の素子長手方向に印加するバイアス磁界の大きさは、例えば、ＨB＝０〜８０（Ａ／ｍ）（１（Ｏｅ））であれば充分である。なお、後述する実施例において、磁気インピーダンス効果素子の、実測値に基づいた磁気インピーダンス効果特性のグラフについて説明する。
【０１４４】
なお、Ｈｐ+またはＨｐ-の大きさの絶対値が４００（Ａ／ｍ）（５（Ｏｅ））以下、好ましくは３２０（Ａ／ｍ）（４（Ｏｅ））以下、より好ましくは１６０（Ａ／ｍ）（２Ｏｅ）以下であれば、感磁部２５の素子長手方向に印加するバイアス磁界の大きさを４００（Ａ／ｍ）（５（Ｏｅ））以下、好ましくは３２０（Ａ／ｍ）（４（Ｏｅ））以下、より好ましくは１６０（Ａ／ｍ）（２Ｏｅ）以下にできる。
【０１４５】
感磁部２５の素子長手方向に印加する必要なバイアス磁界の大きさを、４００（Ａ／ｍ）以下にすることができると、感磁部２５の周辺に形成された硬磁性材料や、或いは感磁部２５に重ねて形成された硬磁性材料や反強磁性材料からなる磁性膜から発生する磁界を、バイアス磁界として用いることが可能になる。
【０１４６】
また、感磁部２５の素子長手方向に印加するバイアス磁界の大きさを４００（Ａ／ｍ）（５（Ｏｅ））以下、好ましくは３２０（Ａ／ｍ）（４（Ｏｅ））以下、より好ましくは１６０（Ａ／ｍ）（２Ｏｅ）以下にできると、感磁部２５にバイアス磁界を与えるために、感磁部２５の周囲に巻回するコイルの巻回数も少なくなり、磁気インピーダンス効果素子を製造する際の工程を簡略化することができるようになる。また、磁気インピーダンス効果素子Ｍを磁気ヘッドや微弱磁界検出器に適用する際に必要な小型化も容易になる。さらに、バイアス磁界を発生させるためにコイルに与える直流電流も小さくすることができるので、磁気インピーダンス効果素子Ｍの省電力化も容易になる。
【０１４７】
磁気インピーダンス効果素子の感磁部の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌを小さくしていくと、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上するという効果が得られるのは以下の理由による。
【０１４８】
前記感磁部は高周波数の交流電流によって励磁されるので、表皮効果が強く現れる。このとき、前記感磁部の素子幅Ｗ、素子長さＬ、比抵抗ρ、励磁周波数ω、素子幅方向の透磁率μと前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜との間には、次の（数２）によって示される関係がある。
【０１４９】
【数２】
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（数２）から、前記感磁部の素子幅Ｗ、素子長さＬ、比抵抗ρ、励磁周波数ωを一定としたとき、前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜は、素子幅方向の透磁率μの１／２乗に比例することがわかる。
【０１５０】
素子長手方向に交流電流が与えられ、素子幅方向に励磁されている前記感磁部の素子長手方向に、外部磁界が印加されると、前記感磁部の素子幅方向の透磁率μが変化し、前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜が変化する。前記感磁部のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜の変化を測定することにより、前記感磁部に印加された外部磁界を検知する。
【０１５１】
アスペクト比Ｗ／Ｌが小さくなると、素子幅方向の透磁率μの変化に対するインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜の変化率が大きくなる。すなわち、前記感磁部の両端から引き出される出力電圧の大きさの変化が大きくなり、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が向上する。
【０１５２】
図１２は、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を構成する軟磁性薄膜の、磁区構造の一例を示す概念平面図である。
【０１５３】
図１２では、図１に示された磁気インピーダンス効果素子Ｍの感磁部２５を構成する軟磁性薄膜２２，２４のうち、軟磁性薄膜２２の磁区構造を示しているが、軟磁性薄膜２４の磁区構造も、軟磁性薄膜２２の磁区構造とほぼ同様である。軟磁性薄膜２２は、静磁場中で形成され、あるいは、異方性の強い軟磁性材料を用いて形成されることにより、素子幅方向の磁気異方性を持たされている。したがって、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区２２ａが形成されている。なお、図１２の軟磁性薄膜２２の素子幅をＷ１とする。
【０１５４】
一方、形状磁気異方性により軟磁性薄膜２２の素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区２２ｂが形成される。
【０１５５】
軟磁性薄膜２２のアスペクト比が大きいと、素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区２２ｂの総面積が、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区２２ａの総面積よりも、著しく狭くなる。
【０１５６】
図１３は、磁気インピーダンス効果素子Ｍの軟磁性薄膜２２の他の磁区構造を示す平面概念図である。
【０１５７】
例えば、軟磁性薄膜２２の素子幅をＷ１より小さいＷ２にすることによって、軟磁性薄膜２２のアスペクト比を０．１より小さくする。
【０１５８】
図１３において、磁区２２ｂは、磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区であり、磁区２２ａは、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である。図１３において、磁区２２ｂの総面積は、図１２の磁区２２ｂの総面積とほとんど変わらず、磁区２２ａの総面積は、図１２の磁区２２ａの総面積より減少し、磁区２２ａと磁区２２ｂの総面積の値が等しくなっている。すると、軟磁性薄膜２２の全体としての磁気異方性の方向がほぼ等方的な状態になる。
【０１５９】
素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ｂの総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ａの総面積が拮抗すると、すなわち、素子幅方向と素子長手方向の磁気異方性エネルギーがつり合うと、軟磁性薄膜２２は、磁気異方性の方向が全体としてほぼ等方的な状態になる。つまり、軟磁性薄膜２２の磁気モーメントはある方向に固定されにくくなり、交流電流によって励磁されたときに磁気モーメントの方向を変化させやすくなっている。すなわち、軟磁性薄膜２２の素子幅方向の透磁率μは増加している。
【０１６０】
軟磁性薄膜２２の素子幅方向の透磁率μが最大値をとるとき、軟磁性薄膜２２のインピーダンスの大きさＺが最大となり、軟磁性薄膜２２の両端からの出力電圧も最大になる。
【０１６１】
図１３では、外部磁界を印加していないときに、軟磁性薄膜２２は磁気異方性の方向が全体として等方的な状態に近い状態にされている。
【０１６２】
従って、軟磁性薄膜２２の素子長手方向に、外部磁界Ｈｅｘを印加しなくとも、或いはわずかに外部磁界Ｈｅｘを印加するだけで、軟磁性薄膜２２の磁気異方性の方向を全体としてほぼ等方的な状態にさせ、軟磁性薄膜２２の素子幅方向の透磁率μを最大にさせることができ、さらに軟磁性薄膜２２の両端からの出力電圧Ｅｍｉを最大にさせることができる。
【０１６３】
すなわち、駆動交流電流が与えられている軟磁性薄膜２２に外部磁界Ｈｅｘを印加したときに、軟磁性薄膜２２からの出力電圧Ｅｍｉを最大とする外部磁界Ｈｅｘの大きさの絶対値Ｈｐを小さくさせることができる。
【０１６４】
なお、軟磁性薄膜２２が単磁区構造を有し、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分が釣り合っていてもよい。
【０１６５】
また、本発明の磁気インピーダンス効果素子では、図１４に示されるように、素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ｂの総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ａの総面積より大きい場合においても、軟磁性薄膜２２の磁気異方性の方向を全体として等方的な状態に近い状態にすることができ、磁区２２ｂの総面積と磁区２２ａの総面積とが拮抗している磁区構造の軟磁性薄膜２２を有する磁気インピーダンス効果素子と同等の磁界検出感度を得ることができる。
【０１６６】
また、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子では、磁界検出感度を、少なくとも磁界センサとして実用可能な範囲である０．３（ｍＶ・ｍ／Ａ）（２５ｍＶ／Ｏｅ）以上にすることができる。
【０１６７】
また、感磁部２５の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値を小さくさせることができる。
【０１６８】
図１５から図１７は、本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を薄膜磁性体によって与えることのできる磁気インピーダンス効果素子の縦断面図である。
【０１６９】
図１５の磁気インピーダンス効果素子は、基板２１上に軟磁性薄膜９１、導電性薄膜９２、軟磁性薄膜９３からなる感磁部９４が形成され、感磁部９４の素子長手方向の両端部に電極９５，９５が形成され、さらに、感磁部９４の両端部に接触する磁性薄膜である硬磁性体層９６，９６が設けられたものである。硬磁性体層９６，９６は、ＣｏＰｔなどの硬磁性材料によって形成される。
【０１７０】
硬磁性体層９６，９６によって与えることのできるバイアス磁界の大きさは、最大で４００Ａ／ｍ程度であるが、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子では、感磁部９４の素子長手方向に印加する必要なバイアス磁界の大きさを、４００（Ａ／ｍ）以下にすることができるので、図１５のような硬磁性体層９６，９６によって、感磁部９４に十分なバイアス磁界をかけることができる。すなわち、バイアス磁界を与えるために直流電流が流される巻線コイルを用いなくてすむので、磁気インピーダンス効果素子の小型化・低消費電力化を達成できる。
【０１７１】
また、図１６に示されるように、硬磁性体層９６，９６が、感磁部９４の素子長手方向の両端部に形成され、硬磁性体層９６，９６上に電極９５，９５が形成されてもよい。
【０１７２】
あるいは、図１７に示されるように、感磁部９４の上層及び下層に反強磁性層９７，９７を積層し、感磁部９４の軟磁性薄膜９１，９３と反強磁性層９７，９７との界面に生じる交換異方性磁界によって、感磁部９４に必要なバイアス磁界を与えることも可能である。
【０１７３】
図１８及び図１９は、図１の磁気インピーダンス効果素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【０１７４】
図１８は、アルミナチタンカーバイド、ガラス、セラミック、結晶化ガラスなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性薄膜２２、導電性薄膜２３及び軟磁性薄膜２４を順次スパッタ法、蒸着法或いはメッキ法などによって成膜し、積層した状態を示す斜視図である。
【０１７５】
軟磁性薄膜２２及び２４は、例えば、組成式がＦｅ71.4Ａｌ5.8Ｓｉ13.1Ｈｆ3.3Ｃ4.5Ｒｕ1.9で表される、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜である。
【０１７６】
この組成以外のＴ―Ｘ―Ｍ―Ｚ―Ｑ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｘは、Ｓｉ、Ａｌの内どちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であり、元素Ｚは、Ｃ、Ｎのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、Ｑは、Ｃｒ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕから選ばれる１種または２種以上の元素）の微結晶軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ−Ｔ−Ｍ−Ｘ―Ｏ系（元素Ｔは、Ｆｅ、Ｎｉのうちどちらか一方あるいは両方を含む元素であり、元素Ｍは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｗ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素であり、Ｘは、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種あるいは２種以上の元素）の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅ、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ、ｂｃｃ−Ｃｏ等からなる平均結晶粒径１０〜３０ｎｍの結晶相とＭの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の５０％以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜や、Ｆｅ―Ｍ―Ｏ系（Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅを主体とする平均結晶粒径１０〜３０ｎｍの結晶相とＭの酸化物を含む非晶質相からなり、非晶質相が組織全体の５０％以上を占めている微結晶軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜２２及び２４が形成されていてもよい。
【０１７７】
あるいは、Ｃｏ―Ｔａ―Ｈｆ系の非晶質軟磁性合金薄膜や、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系の非晶質軟磁性合金薄膜として、軟磁性薄膜２２及び２４を形成してもよい。
【０１７８】
導電性薄膜２３は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒなどの導電性材料により形成される。また、導電性薄膜２３を形成するために用いる材料は、軟磁性薄膜２２，２４より比抵抗の低い材料であれば、どのようなものでもかまわない。例えば、Ｆｅ，Ｃｏを含む強磁性材料であっても、ＮｉＯ，ＣｏＯなどの反強磁性材料であってもよい。ただし、導電性薄膜２３を形成するために用いる材料の比抵抗は、軟磁性薄膜２２，２４を形成するために用いる材料の比抵抗の１／１０以下の比抵抗の材料であることが好ましい。
【０１７９】
なお、本実施の形態では、軟磁性薄膜２２、導電性薄膜２３、及び軟磁性薄膜２４の成膜をＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて行った。成膜時の条件は以下の範囲である。
【０１８０】
高周波電力：２００〜４００（Ｗ）
Ａｒガス圧：５０（ｓｃｃｍ）
成膜時圧力：３〜７（ｍＴｏｒｒ）
成膜時静磁場強度：７９０以上（Ａ／ｍ）
成膜速度：１０〜３３．５（ｎｍ／分）
なお、標準条件は、高周波電力が４００（Ｗ）、Ａｒガス圧が５０（ｓｃｃｍ）、成膜時圧力が７（ｍＴｏｒｒ）、成膜時静磁場強度が４７４０（Ａ／ｍ）、成膜速度が３３．５（ｎｍ／分）である。また、基板の冷却は間接冷却によって行った。
【０１８１】
次に、軟磁性薄膜２２、導電性薄膜２３、及び軟磁性薄膜２４をフォトリソグラフィーおよびエッチングによって、図１９に示されるようにパターン形成して感磁部２５を形成する。このとき、感磁部２５を素子幅Ｗと素子長さＬの比Ｗ／Ｌ（アスペクト比）が、０．１以下になるように略長方形にパターン形成する。
【０１８２】
感磁部２５は、例えば、素子幅Ｗを１００μｍ、素子長さＬを６ｍｍとして形成される。したがって、本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子Ｍの感磁部２５のアスペクト比は、Ｗ／Ｌ＝０．０１７である。
【０１８３】
なお、感磁部２５は、基板２１上一面に形成されるが、図６ではそのうち一部のみを示している。
【０１８４】
本実施の形態では、感磁部２５をパターン形成した後、感磁部２５の素子幅方向に静磁場Ｈ２をかけ、熱処理にかける。
【０１８５】
なお、軟磁性薄膜２２及び軟磁性薄膜２４を成膜するときに、図１の磁気インピーダンス効果素子が完成したときに素子幅方向となる図１８の矢印方向に静磁場Ｈ１をかけてもよい。このように磁場中成膜を行なったときには、成膜後の静磁場中熱処理の工程を省略することが可能である。または、磁場中成膜後に、静磁場中熱処理の代りに回転磁場中、または無磁場中熱処理を行なってもよい。
【０１８６】
静磁場中熱処理、あるいは回転磁場中または無磁場中熱処理の条件は、以下の範囲である。
【０１８７】
静磁場強度：０〜７９０００（Ａ／ｍ）
熱処理温度：５４０〜６７５（℃）
熱処理時間：２０〜３０（分）
昇温レート：１０〜１４（℃／分）
なお、標準条件は、静磁場強度が７９０００（Ａ／ｍ）、熱処理温度が５７５（℃）、熱処理時間が３０（分）、昇温レートが１３．６（℃／分）である。
【０１８８】
なお、本実施の形態では、図１８のように軟磁性薄膜２２、導電性薄膜２３、及び軟磁性薄膜２４を順次成膜した後に、図１９のように、感磁部２５をパターン形成した後で、静磁場中熱処理を施しているが、軟磁性薄膜２２、導電性薄膜２３、及び軟磁性薄膜２４の成膜後、感磁部２５をパターン形成する前、すなわち、図１８の状態で、静磁場中熱処理を施し、その後、感磁部２５をパターン形成してもよい。
【０１８９】
静磁場中、回転磁場中、または無磁場中での熱処理は、前記軟磁性薄膜の素子長手方向に発生する形状磁気異方性と素子幅方向の磁気異方性とをほぼ拮抗させ、前記感磁部の磁気異方性の方向を全体としてほぼ等方的な状態にさせるために行われる。
【０１９０】
すなわち、前記磁場中成膜及び熱処理工程は、アスペクト比Ｗ／Ｌを小さくさせたときにおいても、素子幅方向の透磁率μを高く維持するために行われるのであり、単に軟磁性薄膜の素子幅方向に磁気異方性を持たせるためだけのものではない。
【０１９１】
感磁部２５をパターン形成し、磁場中熱処理を施した後に、図１のように、感磁部２５の両端部に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒなどの導電性材料からなる電極部２６，２６をスパッタ法、フォトリソグラフィー、およびエッチングによって形成する。
【０１９２】
電極部２６，２６を形成後、基板２１を切断し、図１のような個々の磁気インピーダンス効果素子Ｍとする。
【０１９３】
図２のような磁気インピーダンス効果素子を製造するときは、基板２１上に軟磁性薄膜３２、導電性薄膜３３をパターン形成し、その後、軟磁性薄膜３４を成膜して、軟磁性薄膜３２と軟磁性薄膜３４とが素子幅方向の両端部で磁気的に接続されるようにする。
【０１９４】
図３のような磁気インピーダンス効果素子を製造するときには、アルミナチタンカーバイド、ガラス、セラミック、結晶化ガラスなどの非磁性材料からなる基板２１上に、軟磁性薄膜４２、導電性薄膜４３及び軟磁性薄膜４４を順次スパッタ法、蒸着法或いはメッキ法などによって成膜して、図１８と同様の多層膜を形成した後、軟磁性薄膜４４上にフォトレジストを積層する。前記フォトレジストは形成される感磁部４５と同じ形状、同じ大きさで形成する。例えば、幅１００μｍ、長さ６ｍｍの略長方形状で形成する。
【０１９５】
次に、フッ酸、過酸化水素水などを含む酸性水溶液を用いて、前記フォトレジストが積層された多層膜にエッチング処理を施すことにより、感磁部４５をパターン形成する。このエッチング処理により、感磁部４５を、基板２１の表面から離れるにつれて、素子幅方向（Ｘ方向）寸法が徐々に短くなるもの、すなわち図３のように素子幅方向の両端部にテーパー面４５ｃ、４５ｃが形成されたものとして形成することができる。
【０１９６】
また、図７及び図８に示された磁気インピーダンス効果素子を製造するときには、基板２１上に軟磁性薄膜８１をパターン形成した後、絶縁層８２、導電性薄膜８３、絶縁層８４を順次積層し、導電性薄膜８３のみと電気的に接続される電極部８７，８７を形成すればよい。
【０１９７】
なお、図１９では、磁気インピーダンス効果素子の感磁部２５は、導電性薄膜２３の上下に軟磁性薄膜２２と軟磁性薄膜２４とが積層された構造であるが、軟磁性薄膜２４上にさらに導電性薄膜及び軟磁性薄膜を積層する工程を繰り返し行なってもよい。
【０１９８】
なお、図２から図８に示された磁気インピーダンス効果素子を製造する際にも、感磁部３５，４５，５５，６７，７４，８６を形成した後、感磁部３５，４５，５５，６７，７４，８６の素子幅方向に静磁場をかける。
【０１９９】
なお、感磁部３５，４５，５５，６７，７４，８６に含まれる軟磁性薄膜を成膜するときに、感磁部の素子幅方向となる方向に静磁場をかけてもよい。このように磁場中成膜を行なったときには、成膜後の静磁場中熱処理の工程を省略することが可能である。または、磁場中成膜後に、静磁場中熱処理の代りに回転磁場中、または無磁場中熱処理を行なってもよい。
【０２００】
また、感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６をＵ字型もしくはつづら折れ状にパターン形成してもよい。感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６がＵ字型、つづら折れ状に形成される場合には、感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６の素子長手方向を向いた部位の長さの総和が素子長さＬとなる。感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６がＵ字型やつづら折れ形状で形成されているときは、感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６の中のもっとも長い直線部分の延長方向が素子長手方向となり、この方向が駆動交流電流によって発生する磁界の励磁方向に対して垂直な方向に一致する。
【０２０１】
感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６は、例えば、素子幅Ｗを０．１０ｍｍ、素子長さＬを６ｍｍとして形成される。このとき、磁気インピーダンス効果素子の感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６のアスペクト比は、Ｗ／Ｌ＝０．０１７である。
【０２０２】
このとき、磁気インピーダンス効果素子の形成後、感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６の素子長手方向に、駆動交流電流を与えつつ外部磁界を印加したときに、感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６の両端からの出力電圧を最大とする外部磁界の大きさの絶対値は、４００（Ａ／ｍ）以下になる。
【０２０３】
感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６の成膜を、静磁場中で行わせることにより、感磁部２５，３５，４５，５５，６７，７４，８６に含まれる軟磁性薄膜の、素子長手方向（Ｘ方向）の形状磁気異方性エネルギーと素子幅方向（Ｙ方向）の磁気異方性エネルギーとをほぼつり合わせることができる。すなわち、図１３に示されるように、素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ｂの総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ａの総面積に等しい磁区構造を有するもの、あるいは、図１４に示されるように、素子長手方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ｂの総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区である磁区２２ａの総面積より大きい磁区構造を持つものが得られる。
【０２０４】
図２０は、本実施の形態において用いられたＲＦマグネトロンスパッタ装置の内部構造を示す構成図である。
【０２０５】
図２０に示されるように、マグネトロンスパッタ装置１０１のチャンバー１０２内には、ターゲット１０３、１０４を取り付けるための電極部１０５と、ターゲット１０３、１０４と対向する位置に、基板保持部１０６とが設けられている。なお基板保持部１０６上には、基板２１が置かれている。
【０２０６】
ターゲット１０３は軟磁性材料、ターゲット１０４は導電性材料からなっている。また、ターゲット１０３とターゲット１０４の間には遮蔽板１０７が設けられている。
【０２０７】
電極部１０５内には、放電用磁石（図示せず）が設けられており、この放電用磁石から発生する磁場によって、ターゲット１０３、１０４の表面には、エロージョン領域（図示しない）が形成される。
【０２０８】
また、チャンバー１０２には、ガス導入口１０８と、ガス排気口１０９とが設けられており、ガス導入口１０８からＡｒ（アルゴン）ガスが導入される。
【０２０９】
電極部１０５に、高周波電源（ＲＦ電源）１１０から高周波が印加されることによって、電場と磁場の相互作用により、マグネトロン放電が発生し、ターゲット１０３及び１０４がスパッタされる。
【０２１０】
薄膜が積層される基板２１が軟磁性材料からなるターゲット１０３の下の領域Ａにあるときには、軟磁性薄膜が成膜され、導電性材料からなるターゲット１０４の下の領域Ｂにあるときには、導電性薄膜が成膜される。
【０２１１】
まず、軟磁性材料からなるターゲット１０３の下の領域Ａに基板２１を配置する。基板保持部１０６は、矢印方向に回転している。基板保持部１０６が回転することによって、基板２１上に軟磁性薄膜２２が成膜されながら、基板２１が非磁性材料からなるターゲット１０４の下の領域Ｂに移動し、軟磁性薄膜２２上に導電性薄膜２３が成膜される。基板保持部１０６はさらに回転し続けて、基板２１は再びターゲット１０３の下の領域Ａに移動し、導電性薄膜２３上に軟磁性薄膜２４が成膜されて、図１８の状態になる。
【０２１２】
さらに、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を稼動し続け、基板保持部１０６を回転させ続けることにより、導電性薄膜と軟磁性薄膜を任意の層数だけ積層することができる。
【０２１３】
なお、磁場中成膜を行なう場合には、基板保持部１０６を挟んで、成膜中の軟磁性薄膜に静磁場をかけるための磁石を設置する。前記磁石は、例えば、Ｓｍ−Ｃｏなどの硬磁性材料または電磁石などによって形成されている。
【０２１４】
なお、スパッタ装置としては、図２０に示すようなＲＦマグネトロンスパッタ装置１０１以外に、ＲＦ２極スパッタ装置、ＲＦ３極スパッタ装置、イオンビームスパッタ装置、または対向ターゲット式スパッタ装置など既存のものを任意に使用してよい。
【０２１５】
また、本発明における軟磁性薄膜、導電性薄膜の成膜方法には、スパッタ法の他に蒸着法、ＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−エピタキシー）法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビーム）法またはメッキ法などを使用してもよい。
【０２１６】
また、感磁部２５を、軟磁性薄帯を用いて形成する場合には、例えば、図２１に示す液体急冷装置Ｃを用いる。
【０２１７】
まず、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系の軟磁性材料が、石英からなるノズル１１１に投入され、ノズル１１１の周囲に設けられたヒータ１１２により加熱され、溶融される。この溶融合金１１３をノズルの上部から加えられた圧力により高速回転している冷却ロール１１４上に射出させて接触急冷することにより、軟磁性薄帯１１５を形成する。
【０２１８】
得られた軟磁性薄帯１１５を素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌが、０．１以下になるように、略長方形に切断する。この軟磁性薄帯１１５の少なくとも一方の面に、導電性薄膜を、スパッタ、蒸着などの方法により形成する。
【０２１９】
次に、基板上に順次前記導電性薄膜を積層した軟磁性薄帯を少なくとも２枚以上接着積層して感磁部を形成した後、この感磁部を素子幅方向の静磁場中で熱処理にかける。
【０２２０】
さらに、前記感磁部の両端部に電極部を形成すると、図１のような磁気インピーダンス効果素子が得られる。
【０２２１】
図２２から図２５は、図１の磁気インピーダンス効果素子の感磁部２５の軟磁性薄膜２４をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図である。
【０２２２】
図２２は、感磁部２５を素子長手方向（Ｘ方向）の長さＬ＝２ｍｍ、素子幅方向（Ｙ方向）の長さＷ＝１００μｍ、すなわちアスペクト比Ｗ／Ｌ＝０．０５として形成したもの軟磁性薄膜２４の磁区構造を示している。また、図２３及び図２４は、感磁部２５を素子長手方向の長さＬ＝４ｍｍ、素子幅方向寸法Ｗ＝１００μｍ、すなわちアスペクト比Ｗ／Ｌ＝０．０２５として形成したもの軟磁性薄膜２４の磁区構造を示している。
【０２２３】
図２２及び図２３では、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積と、素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積が拮抗している状態になっており、素子幅方向と素子長手方向の磁気異方性エネルギーがつり合って、磁気異方性の方向が全体としてほぼ等方的な状態になっている。
【０２２４】
また、図２４では、素子長手方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積が、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区の総面積より大きくなっている。しかし、素子幅方向と素子長手方向の磁気異方性エネルギーがつり合って、磁気異方性の方向が全体としてほぼ等方的な状態になっている。
【０２２５】
つまり、図２２から図２４に示されたいずれの軟磁性薄膜２４においても、磁気モーメントはある方向に固定されにくくなり、交流電流によって励磁されたときに磁気モーメントの方向を変化させやすくなっている。すなわち、感磁部２５の素子幅方向の透磁率μは増加しており、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が大きくなっている。また、感磁部２５の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値を小さくさせることができ、必要なバイアス磁界の大きさを小さくできる。
【０２２６】
図２５は、感磁部を素子長手方向（Ｘ方向）の長さＬ＝４ｍｍ、素子幅方向（Ｙ方向）の長さＷ＝５００μｍ、すなわちアスペクト比Ｗ／Ｌ＝０．１２５として形成したものの軟磁性薄膜２４の磁区構造を示している。
【０２２７】
図２５では、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区が大勢を占めており、磁気異方性の方向が素子幅方向を向いている。
【０２２８】
すなわち、感磁部の素子幅方向の透磁率μは小さく、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度は小さい。また、感磁部の両端からの出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値も大きく、必要なバイアス磁界も大きくなる。
【０２２９】
なお、図２２から図２５のいずれの感磁部も、ＦｅＡｌＳｉＨｆＣＲｕ系の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜によって形成され、また感磁部の膜厚は４μｍで形成されている。
【０２３０】
また、図２２から図２５では、図１の磁気インピーダンス効果素子の感磁部２５の最上層の軟磁性薄膜２４の磁区構造を示したが、最下層の軟磁性薄膜２２も同様の磁区構造を示した。
【０２３１】
【実施例】
図２６及び図２７は、図１に示された磁気インピーダンス効果素子を用いて、磁気インピーダンス効果特性を測定した結果を示すグラフである。
【０２３２】
図２６の磁気インピーダンス効果素子Ｍの電極部２６，２６から感磁部２５の両端部に駆動交流電流を与えた状態で、外部磁界Ｈｅｘを、磁気インピーダンス効果素子Ｍの素子長手方向に印加する。印加した外部磁界Ｈｅｘの大きさを変化させつつ、出力電圧Ｅｍｉを測定した。
【０２３３】
図２６は、感磁部をＦｅＡｌＳｉＨｆＣＲｕ系の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜によって形成し、感磁部２５の素子長手方向の長さを４ｍｍ、厚さを４μｍとし、素子幅方向寸法を変化させたときの結果である。
【０２３４】
図２６を見ると、感磁部２５の素子幅方向寸法が１０００μｍ（Ｗ／Ｌ＝０．２５）及び５００μｍ（Ｗ／Ｌ＝０．１２５）のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化がほとんどみられず、磁界センサとして機能していないことが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、４００（Ａ／ｍ）を越えている。
【０２３５】
一方、感磁部２５の素子幅方向寸法が１００μｍ（Ｗ／Ｌ＝０．０２５）のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化は、最大で２００ｍＶ以上となり、高感度な磁界センサとして機能することが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、１６０（Ａ／ｍ）である。
【０２３６】
なお、感磁部２５の素子幅方向寸法が１００μｍ（Ｗ／Ｌ＝０．０２５）のとき、感磁部２５を構成する軟磁性薄膜は単磁区構造或いは多磁区構造を有しており、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積が等しいものであるか、または、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きくなっている。
【０２３７】
図２７は、感磁部２５をＦｅＡｌＳｉＨｆＣＲｕ系の組成を有し、ｂｃｃ−Ｆｅの結晶粒を主体とした微結晶軟磁性合金薄膜によって形成し、感磁部２５の素子長手方向の長さを６ｍｍ、厚さを４μｍとし、素子幅方向寸法を変化させたときの結果である。
【０２３８】
図２７を見ると、感磁部２５の素子幅方向寸法が１０００μｍ（Ｗ／Ｌ＝０．１７）のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化がほとんどみられず、磁界センサとして機能していないことが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、４００（Ａ／ｍ）を越えている。
【０２３９】
一方、感磁部２５の素子幅方向寸法が５００μｍ（Ｗ／Ｌ＝０．０８）のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化は、最大で５０ｍＶ以上となり、磁界センサとして機能できることが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、３２０（Ａ／ｍ）である。さらに、感磁部２５の素子幅方向寸法が１００μｍ（Ｗ／Ｌ＝０．０１７）のときは、外部磁界の大きさを変化させたときに出力電圧の変化は、最大で６００ｍＶ以上となり、非常に高感度な磁界センサとして機能できることが分かる。また、出力電圧を最大にさせる外部磁界の大きさの絶対値は、０〜２４（Ａ／ｍ）である。
【０２４０】
なお、感磁部２５の素子幅方向寸法が５００μｍ又は１００μｍのとき、感磁部２５を構成する軟磁性薄膜は、単磁区構造或いは多磁区構造を有しており、各磁区において磁気モーメントの素子長手方向の成分と素子幅方向の成分を比較したときに、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積と、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積が等しいものであるか、または、前記素子長手方向の成分の方が大きい磁区の総面積が、前記素子幅方向の成分の方が大きい磁区の総面積より大きくなっている。
【０２４１】
図２８は、感磁部２５の素子長手方向の長さを３ｍｍに固定し、素子幅方向寸法を様々に変えた磁気インピーダンス効果素子を用いて、感磁部２５のアスペクト比と外部磁界を印加したときの出力電圧の変化量との関係を調べた結果を示すグラフである。
【０２４２】
図２８に示される出力電圧の変化量とは、外部磁界を３２０（Ａ／ｍ）変化させたときの電圧変化量である。
【０２４３】
磁気インピーダンス効果素子を磁界センサとして使用するときには、図２８のグラフにおける出力変化量を１００ｍＶ以上とすることが好ましい。したがって、感磁部のアスペクト比（Ｗ／Ｌ）を０．００４以上にすることが好ましいことがわかる。
【０２４４】
なお、図２８において出力変化量が最大値をとるときの、感磁部のアスペクト比は０．０１７である。
【０２４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明によれば、磁気インピーダンス効果素子の前記感磁部が、前記軟磁性体部と前記軟磁性体部よりも比抵抗の低い導電体部とが接した構造を有しているので、前記感磁部に駆動交流電流が与えられたときに、この駆動交流電流は前記軟磁性体部内を流れる電流と前記軟磁性体部内を流れる電流とに分れて流れ、前記駆動交流電流が流れるときの前記感磁部の直流抵抗値が低くなり、磁気インピーダンス効果素子の消費電力を小さくすることができる。
【０２４６】
また、本発明では、前記感磁部が透磁率の高い軟磁性体部と導電率の高い導電体部とが接した構造を有しているために、前記感磁部内を流れる駆動交流電流の表皮厚さが薄くなり、大きな磁気インピーダンス効果を発生させることができる。従って、低駆動電圧であっても磁界に対する充分な出力電圧の変化量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の斜視図、
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図５】本発明の第５の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図６】本発明の第６の実施の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図７】参考例の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の斜視図、
【図８】図７の形態を示す磁気インピーダンス効果素子の断面図、
【図９】磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と、磁界検出感度の関係を示すグラフ、
【図１０】磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と、感磁部の両端からの出力電圧Ｅｍｉを最大とする外部磁界の大きさの絶対値Ｈｐとの関係を示すグラフ、
【図１１】本実施の形態の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性を示す概念図、
【図１２】磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁区構造を示す概念平面図、
【図１３】磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁区構造を示す概念平面図、
【図１４】磁気インピーダンス効果素子の感磁部の磁区構造を示す概念平面図、
【図１５】本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を与える硬磁性体層が設けられた磁気インピーダンス効果素子を示す断面図、
【図１６】本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を与える硬磁性体層が設けられた磁気インピーダンス効果素子を示す断面図、
【図１７】本発明の磁気インピーダンス効果素子の実施の形態として、バイアス磁界を与える反強磁性層が設けられた磁気インピーダンス効果素子を示す断面図、
【図１８】アルミナチタンカーバイドなどの非磁性材料からなる基板上に、感磁部となる軟磁性薄膜と導電性薄膜を成膜した状態を示す斜視図、
【図１９】図１８の多層膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングによって、パターン形成して感磁部を形成した状態を示す斜視図、
【図２０】本発明の磁気インピーダンス効果素子の製造方法を実施するために用いることができるＲＦマグネトロンスパッタ装置の断面図、
【図２１】軟磁性薄帯を形成するための液体急冷装置を示す斜視図、
【図２２】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図２３】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図２４】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図２５】本発明の磁気インピーダンス効果素子の感磁部をカー効果偏光顕微鏡によって観察し、写真撮影したものの摸式図、
【図２６】本発明の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性の実測値を示すグラフ、
【図２７】本発明の磁気インピーダンス効果素子の磁気インピーダンス効果特性の実測値を示すグラフ、
【図２８】磁気インピーダンス効果素子の感磁部のアスペクト比と出力変化量との関係を示すグラフ、
【図２９】従来の磁気インピーダンス効果素子を示す斜視図、
【図３０】磁気インピーダンス効果素子に駆動交流電流を与え、外部磁界を印加する方法を示す回路図、
【符号の説明】
２１  基板
２２、２４、３２、３４、４２、４４、５２、５４、６２、６４、６６、７２、８１、８５  軟磁性薄膜
２３、３３、４３、５３、６３、６５、７３、８３  導電性薄膜
２５、３５、４５、５５、６７、７４、８６  感磁部
２６、８７  電極部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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