(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インピーダンス効果を有する軟磁性薄膜或いは薄帯を含む略長方形の感磁部と、前記感磁部の素子長手方向の両端部に接続されて駆動交流電流を与えるための電極部とが設けられている磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、前記軟磁性薄膜或いは薄帯と、非磁性材料層とが交互に積層されたものであり、前記軟磁性薄膜或いは薄帯の磁化容易軸方向が、前記駆動電流が流される方向である素子長手方向と直交しており、
前記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の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の値を任意に変化させたときに、一定の値を維持する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】
前記軟磁性薄膜或いは薄帯には、前記磁化容易軸方向に平行な磁壁によって区切られる複数の磁区が形成されており、前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯には、前記複数の磁区がほぼ同じ幅で形成され、互いに重なる位置にある磁区の磁化方向は１８０度異なる方向を向いており、さらに前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯が、その幅方向の両側端から発生する磁束によって互いに磁気的に結合されている請求項１記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項３】
前記軟磁性薄膜或いは薄帯には、磁化容易軸方向に平行な磁壁によって区切られる複数の磁区のみが形成され、磁化方向が素子長手方向となる磁区が形成されない請求項１または２記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項４】
前記感磁部が前記軟磁性薄膜或いは薄帯が前記非磁性材料層の上下に１層ずつ積層された構造である請求項１ないし３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５】
前記感磁部の前記アスペクト比Ｗ／Ｌが０．３以下である請求項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】
前記非磁性材料層は、前記軟磁性薄膜の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗を持つ材料を用いて形成されている請求項１ないし５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７】
前記非磁性材料層は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｉＮのうち１種または２種以上から選択された非磁性材料によって形成されている請求項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】
前記軟磁性薄膜は、ｂｃｃ−Ｆｅを主体とし、平均結晶粒径３０ｎｍ以下の微結晶粒組織が少なくとも５０％以上を占め、残部が非晶質からなる請求項１ないし７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９】
前記軟磁性薄膜は、ＦｅとＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂからなる群より選ばれた１種以上の元素Ｍの窒化物もしくは炭化物を含み、ｂｃｃ−Ｆｅ結晶粒の周囲に前記元素Ｍの窒化物もしくは炭化物の微細な結晶粒が存在する請求項８に記載の磁気インピーダンス効果素子。
【請求項１０】
前記軟磁性薄膜は、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として形成されている請求項１ないし７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１１】
前記軟磁性薄膜は、組成式が（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＸzＯwで表される微結晶軟磁性合金薄膜として形成されている請求項１ないし７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は原子％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１２】
前記軟磁性薄膜は、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として形成されている請求項８または９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１３】
前記軟磁性薄膜は、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として形成されている請求項８または９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１４】
前記軟磁性薄帯は、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帯として形成されている請求項１ないし７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１５】
前記軟磁性薄膜は、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として形成されている請求項１ないし７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１６】
前記軟磁性薄膜は、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として形成されている請求項１ないし７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、特に感磁部の単位体積当たりの磁界検出感度が高く、素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌの値を任意に変化させたときに磁区構造が変化しない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とは、図９に示す閉回路において、ワイヤ状の感磁部Ｍｉ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Ｍｉの素子長さ方向に外部磁界Ｈｅｘが印加されると、感磁部Ｍｉ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、すなわちインピーダンス変化を起こす現象をいう。
【０００４】
磁気インピーダンス効果を有する軟磁性材料からなる感磁部Ｍｉは、素子の外周方向に励磁されるので反磁場がなく、また、磁化ベクトルが感磁部Ｍｉの素子長さ方向、すなわち交流電流Ｉａｃが流れる方向へわずかに回転するだけで透磁率が急激に変化するので、素子長さ方向の反磁場も小さく、感磁部Ｍｉの長さを１ｍｍ程度にしても磁界検知感度がほとんど劣化しない。
【０００５】
また、磁気インピーダンス効果素子は、１０-5Ｏｅ程度の高分解能を有する微弱磁界センサが得られるという特性や、数ＭＨｚ以上の励磁が可能であるために数百ＭＨｚの高周波励磁を振幅変調のキャリアとして自由に使用でき、磁界センサとして使用するときに、遮断周波数を１０ＭＨｚ以上に設定することが容易であるという特性や、消費電力を１０ｍＷ以下にすることができるという特性を持つ。
【０００６】
磁気インピーダンス効果素子の感磁部には、当初アモルファスワイヤーが用いられていた。しかし、アモルファスワイヤーは材料としての生産性には優れているが、磁界センサへの応用には、不適当な特性を多く有する。
【０００７】
たとえば、記録波長が数μｍ以下の記録媒体に対して数十μｍ以下の円形の先端では、先端部における形状的損失により磁束を素子に吸収できないこと、また、交流電流を流すための配線材を接続するための電極部の形成が困難であること、数十μｍの径のワイヤーは、曲がりやすく、素子の位置合わせが困難であること、または、壊れやすいことといった問題点があった。
【０００８】
そこで、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を、軟磁性薄膜や軟磁性薄帯で構成することにより、前記感磁部を任意の厚さや幅、長さで形成することを可能にし、上記の問題点を解決することが提案されている。
【０００９】
しかし、磁気インピーダンス効果素子の感磁部の形状をワイヤーから薄膜あるいは薄帯に変更すると、磁区構造などの磁気特性が変化し、磁気インピーダンス効果特性も変化する。例えば、磁気インピーダンス効果素子の感磁部を軟磁性薄膜として形成したときの、磁界検出感度は、感磁部をワイヤーで形成したときに比べて、十数分の一に低下する。
【００１０】
図１０は、従来の薄膜磁気インピーダンス効果素子の斜視図である。図１０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。
【００１１】
感磁部１２を区切る点線は、感磁部１２内に形成された磁壁を表している。また、矢印は前記磁壁によって区切られたそれぞれの磁区の磁化方向を示している。なお、図１０の感磁部１２の素子長さをＬ、素子幅をＷとする。
【００１２】
図１１は、図１０の磁気インピーダンス効果素子の感磁部１２の磁区構造を示す概念平面図である。
【００１３】
図１１に示された図１０の磁気インピーダンス効果素子の感磁部１２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１２ａが形成されている。なお、図１１の感磁部１２の素子長さをＬ、素子幅をＷ１と表す。
【００１４】
一方、感磁部１２の両側面には感磁部１２の素子長手方向に磁気モーメントが配向している還流磁区１２ｂが形成され、感磁部１２の静磁エネルギーを低下させている。
【００１５】
感磁部１２の素子幅Ｗ１と素子長さＬの比（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還流磁区１２ｂ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１２ａの総面積よりも、著しく狭くなる。
【００１６】
図１２に示すように、感磁部１２の素子幅をＷ１より小さいＷ２にすると、素子長手方向に磁気モーメントが配向している還流磁区１２ｂの総面積は、ほとんど変わらず、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区１２ａの総面積は減少し、磁区１２ａと磁区１２ｂの総面積の値が近くなる。
【００１７】
素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区１２ａ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１２ｂ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、感磁部１２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、感磁部１２の磁気モーメントが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る。すなわち、感磁部１２の素子幅方向の透磁率μが増加する。
【００１８】
感磁部１２の素子幅方向の透磁率μが最大値をとるとき、感磁部１２のインピーダンスの大きさＺが最大となり、感磁部１２の両端からの出力電圧も最大になる。
【００１９】
すなわち、感磁部１２のアスペクト比Ｗ／Ｌを小さくしていくと、感磁部１２の磁気異方性の方向が全体としてほぼ等方的な状態になり、感磁部１２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、感磁部１２の素子幅方向の透磁率μが最大になり、さらに感磁部１２の両端からの出力電圧Ｅｍｉが最大になる。
【００２０】
従って、図１３のグラフに示されるように感磁部１２のアスペクト比Ｗ／Ｌを０．５、０．２５、０．１と小さくしていくにつれて、駆動交流電流が与えられている感磁部１２に外部磁界Ｈｅｘを印加したときの、感磁部１２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Ｈｐ1、Ｈｐ2、Ｈｐ3が小さくなっていく。
【００２１】
また、感磁部１２のアスペクト比Ｗ／Ｌを０．５、０．２５、０．１と小さくしていくにつれて、感磁部１２の両端からの出力電圧Ｅｍｉの最大値が大きくなる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示される従来の磁気インピーダンス効果素子では、素子幅方向に磁気モーメントが配向している磁区１２ａ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１２ｂの総面積を拮抗させることにより、素子幅方向と素子長手方向の磁気異方性エネルギーをつり合わせ、感磁部１２の磁気異方性の方向を全体としてほぼ等方的な状態にしている。
【００２３】
感磁部１２の素子長手方向に外部磁界が印加されると、素子長手方向に磁気モーメントが配向している還流磁区１２ｂの素子長手方向の透磁率が低いために、感磁部１２の透磁率の変化量が小さくなり、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度が低下していた。
【００２４】
また、上述のように図１０の磁気インピーダンス効果素子では、感磁部１２のアスペクト比Ｗ／Ｌを小さくしていくにつれて、駆動交流電流が与えられている感磁部１２に外部磁界Ｈｅｘを印加したときの、感磁部１２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が小さくなるので、製造時における感磁部１２の素子幅Ｗ及び素子長さＬのバラつきが、直接、磁気インピーダンス効果素子の特性のバラつきにつながるという問題も生じていた。
【００２５】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、磁気インピーダンス効果素子の感磁部に素子長手方向を磁化方向とする磁区が形成されることを抑えて磁界検出感度を向上させることができ、さらに、素子幅や素子長さがばらついても磁気インピーダンス効果特性への変化を抑え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。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁気インピーダンス効果を有する軟磁性薄膜或いは薄帯を含む略長方形の感磁部と、前記感磁部の素子長手方向の両端部に接続されて駆動交流電流を与えるための電極部とが設けられている磁気インピーダンス効果素子において、
前記感磁部は、前記軟磁性薄膜或いは薄帯と、非磁性材料層とが交互に積層されたものであり、前記軟磁性薄膜或いは薄帯の磁化容易軸方向が、前記駆動電流が流される方向である素子長手方向と直交しており、
前記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の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の値を任意に変化させたときに、一定の値を維持することを特徴とするものである。
【００２７】
また、前記軟磁性薄膜或いは薄帯には、前記磁化容易軸方向に平行な磁壁によって区切られる複数の磁区が形成されており、前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯には、前記複数の磁区がほぼ同じ幅で形成され、互いに重なる位置にある磁区の磁化方向は１８０度異なる方向を向いており、さらに前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯が、その幅方向の両側端から発生する磁束によって互いに磁気的に結合されていることが好ましい。
【００２８】
また、前記軟磁性薄膜或いは薄帯には、前記磁化容易軸方向に平行な磁壁によって区切られる複数の磁区のみが形成され、磁化方向が素子長手方向となる磁区が形成されないことが好ましい。
【００２９】
また、前記感磁部が前記軟磁性薄膜或いは薄帯が前記非磁性材料層の上下に１層ずつ積層された構造であることが好ましい。
【００３０】
前記軟磁性薄膜或いは薄帯が前記非磁性材料層の上下に１層ずつ積層された構造であると、前記軟磁性薄膜或いは薄帯の各層の素子長手方向に外部磁界が印加されたときの、各軟磁性薄膜或いは薄帯間の素子幅方向の透磁率の変化のバラつきが抑えられ、外部磁界に対する反応特性が向上する。
【００３２】
本発明では、前記感磁部を構成する前記軟磁性薄膜或いは薄帯の磁化容易軸方向が、前記駆動電流が流される方向である素子長手方向と直交する方向であり、さらに、前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯が、その幅方向の両側端から発生する磁束によって互いに磁気的に結合されている。
【００３３】
従って、前記感磁部には表面磁荷が現れないので、静磁エネルギーを下げるための軟磁性薄膜の両側面に素子長手方向の磁化を持つ還流磁区は形成されない。外部磁界が印加される方向である素子長手方向の透磁率が低い還流磁区が形成されなければ、前記感磁部の単位体積当たりの磁界検出感度が向上する。
【００３４】
また、前記感磁部の前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯が、その幅方向の両側端から発生する磁束によって互いに磁気的に結合されていると、前記感磁部のアスペクト比Ｗ／Ｌを小さくしたときでも、素子長手方向に発生する形状磁気異方性の影響を受け難くなるので、素子長手方向に磁気モーメントが配向する磁区の形成を防ぐことができる。すると、駆動交流電流が与えられている前記感磁部に外部磁界を印加したときの、前記感磁部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の変化を抑えることができるので、製造時における前記感磁部の素子幅Ｗや素子長さＬのバラつきが、直接、磁気インピーダンス効果素子の特性のバラつきにつながることがなくなる。
【００３５】
なお、本発明では、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度を十分高くするために、前記感磁部の前記アスペクト比Ｗ／Ｌが０．３以下であることが好ましい。
【００３６】
また、前記感磁部に流される交流電流が前記軟磁性薄膜或いは薄帯に流れて、確実に磁気インピーダンス効果を発揮できるように、前記非磁性材料層は、前記軟磁性薄膜或いは薄帯の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗を持つ材料を用いて形成されていることが好ましい。
【００３７】
前記非磁性材料層は、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｉＮのうち１種または２種以上から選択された非磁性材料によって形成されることが好ましい。
【００３８】
前記磁気インピーダンス素子の感磁部を構成する軟磁性薄膜或いは薄帯は、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）によって軟磁性薄膜或いは薄帯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。
【００３９】
前記が、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、前記軟磁性薄膜は、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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は原子％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。
【００４５】
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。
【００４６】
３．ｂｃｃ−Ｆｅを主体とし、平均結晶粒径３０ｎｍ以下の微結晶粒組織が少なくとも５０％以上を占め、残部が非晶質からなる軟磁性薄膜。
【００４７】
前記軟磁性薄膜は、ＦｅとＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂからなる群より選ばれた１種以上の元素Ｍの窒化物もしくは炭化物を含み、ｂｃｃ−Ｆｅ結晶粒の周囲に前記元素Ｍの窒化物もしくは炭化物の微細な結晶粒が存在することが好ましい。
【００４８】
特に、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ことが好ましい。
【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】
または、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ことが好ましい。
【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として形成されていてもよい。
【００５５】
４．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】
５．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】
６．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。
【００９３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明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。
【００９４】
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、軟磁性薄膜２２、非磁性材料層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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
また、軟磁性薄膜２２及び２４の磁化容易軸方向は、素子幅方向（Ｘ方向）であり、前記駆動電流が流される方向である素子長手方向と直交している。
【００９８】
また、軟磁性薄膜２２及び２４には、磁化容易軸方向に平行な磁壁によって区切られる複数の磁区が形成されている。図１において、軟磁性薄膜２２及び２４を区切る点線は、軟磁性薄膜２２及び２４内に形成された磁壁を表している。また、矢印は前記磁壁によって区切られたそれぞれの磁区の磁化方向を示している。
【００９９】
非磁性材料層２３を介して隣接する軟磁性薄膜２２と軟磁性薄膜２４には、磁化容易軸に平行な磁壁によって区切られる複数の磁区が同じ幅で形成され、互いに重なる位置にある磁区の磁化方向は１８０度異なる方向を向いている。
【０１００】
図２は、図１の磁気インピーダンス効果素子の２−２線における断面図である。
【０１０１】
非磁性材料層２３を介して隣接する軟磁性薄膜２２と軟磁性薄膜２４は、その幅方向の両側端から発生する磁束Ｆによって互いに磁気的に結合されている。
【０１０２】
従って、感磁部２５には表面磁荷が現れないので、静磁エネルギーを下げるための軟磁性薄膜２２及び２４の両側面に素子長手方向の磁化を持つ還流磁区は形成されない。外部磁界が印加される方向である素子長手方向の透磁率が低い還流磁区が形成されなければ、感磁部２５の単位体積当たりの磁界検出感度が向上する。
【０１０３】
また、軟磁性薄膜２２と軟磁性薄膜２４とが、その幅方向の両側端から発生する磁束によって互いに磁気的に結合されていると、軟磁性薄膜２２及び軟磁性薄膜２４は素子長手方向に発生する形状磁気異方性の影響を受けにくくなるので、感磁部２５の素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）が変化した場合でも、素子長手方向を磁化方向とする磁区の形成を抑えることができる。従って、感磁部２５のアスペクト比が変化した場合でも、駆動交流電流が与えられている感磁部２５に外部磁界を印加したときの感磁部２５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の変化を抑えることができる。
【０１０４】
図３は、駆動交流電流が与えられている感磁部２５に印加した外部磁界Ｈｅｘと感磁部２５からの出力電圧Ｅｍｉの関係を示すグラフである。
【０１０５】
本発明の磁気インピーダンス効果素子では、感磁部２５のアスペクト比Ｗ／Ｌを０．５、０．２５、０．１と小さくしても、感磁部２５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は変化しない。
【０１０６】
従って、製造時における感磁部２５の素子幅Ｗや素子長さＬのバラつきが、直接、磁気インピーダンス効果素子の特性のバラつきにつながることを防ぐことができる。
【０１０７】
また、感磁部２５のアスペクト比Ｗ／Ｌを０．５、０．２５、０．１と小さくしていくにつれて、感磁部２５の両端からの出力電圧Ｅｍｉの最大値が大きくなり、磁界検出感度が向上する。
【０１０８】
上述した、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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
【数１】
0003866467.tif 000002
【０１１１】
（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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
ただし、アスペクト比Ｗ／Ｌが小さくなりすぎると素子長手方向の形状磁気異方性が強くなり、感磁部２５の軟磁性薄膜２２，２４に素子長手方向を磁化方向とする磁区が形成される。軟磁性薄膜２２，２４の内部で素子長手方向を磁化方向とする磁区が支配的になると、素子幅方向の透磁率μの変化率が低下し、磁界検出感度が低下する。
【０１１５】
本発明の磁気インピーダンス効果素子は、素子長手方向に発生する形状磁気異方性の影響を受けにくいので、図４に示すグラフのように、従来の磁気インピーダンス効果素子よりも磁界検出感度が低下し始めるアスペクト比Ｗ／Ｌの値が小さくなり、磁界検出感度の最大値を大きくすることができる。
【０１１６】
なお、図１の磁気インピーダンス効果素子の感磁部２５は、非磁性材料層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。
【０１１７】
軟磁性薄膜２２及び２４が非磁性材料層２３の上下に１層ずつ積層された構造であると、軟磁性薄膜が３層以上積層される構造に比べて、各軟磁性薄膜間の、素子幅方向の透磁率の変化のバラつきが抑えられ、外部磁界に対する反応特性が向上する。
【０１１８】
なお、磁気インピーダンス効果素子の磁界検出感度を十分高くするために、感磁部２５のアスペクト比Ｗ／Ｌを０．３以下にすることが好ましい。
【０１１９】
本実施の形態では、感磁部２５は、素子幅Ｗを１００μｍ、素子長さＬを２ｍｍ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＝０．１である。
【０１２０】
また、感磁部２５に流される交流電流が軟磁性薄膜２２及び２４に流れて、確実に磁気インピーダンス効果を発揮できるように、非磁性材料層２３は、軟磁性薄膜２２及び２４の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗を持つ材料を用いて形成されていることが好ましい。
【０１２１】
非磁性材料層は、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｉＮのうち１種または２種以上から選択された非磁性材料によって形成される。
【０１２２】
また、感磁部２５の軟磁性薄膜２２及び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結晶粒径５〜３０ｎｍの微結晶軟磁性合金薄膜である。
【０１２３】
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、感磁部２５が形成されていてもよい。
【０１２４】
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、感磁部２５が形成されていてもよい。
【０１２５】
なお、磁気インピーダンス効果素子Ｍの感磁部２５を軟磁性薄膜で構成することができると、一枚の基板上に同時に多数の感磁部２５を薄膜形成することができるので、素子の生産性が飛躍的に向上するという効果も得られる。ただし、感磁部２５を単ロール法などによって形成された薄帯によって形成してもよい。
【０１２６】
図５及び図６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。
【０１２７】
図５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、非磁性材料層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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
また、非磁性材料層２３は、軟磁性薄膜２２及び２４の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗を持つ材料を用いて形成されていることが好ましい。
【０１３２】
非磁性材料層２３は、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｉＮのうち１種または２種以上から選択された非磁性材料を用いて形成される。
【０１３３】
なお、本実施の形態では、軟磁性薄膜２２、非磁性材料層２３、及び軟磁性層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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
次に、軟磁性薄膜２２、非磁性材料層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６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、０．３以下になるように略長方形にパターン形成する。
【０１３６】
感磁部２５は、素子幅Ｗを１００μｍ、素子長さＬを２ｍｍ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＝０．１である。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。このように、軟磁性薄膜２２および２４の成膜後、静磁場中で熱処理を施すことによって、感磁部２５の軟磁性薄膜２２及び２４の磁化容易軸方向を素子幅方向（Ｙ方向）に揃えている。
【０１３９】
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５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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
なお、本実施の形態では、図５のように軟磁性薄膜２２、非磁性材料層２３、及び軟磁性薄膜２４を順次成膜した後に、図６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、非磁性材料層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５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同じように、感磁部２５の素子幅方向（Ｘ方向）に感磁部２５の軟磁性薄膜２２及び２４の磁化容易軸方向を素子幅方向（Ｘ方向）に揃えることができる。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
なお、図６では、磁気インピーダンス効果素子の感磁部２５は、非磁性材料層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上にさらに非磁性磁性層及び軟磁性薄膜を積層する工程を繰り返し行なうことにより、軟磁性薄膜が３層以上積層された感磁部を形成してもよい。
【０１４６】
ただし、軟磁性薄膜２２及び２４が非磁性材料層２３の上下に１層ずつ積層された構造であると、軟磁性薄膜が３層以上積層された構造に比べて、各軟磁性薄膜間の、素子幅方向の透磁率の変化のバラつきが抑えられ、外部磁界に対する反応特性が向上する。
【０１４７】
図７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。
【０１４８】
図７に示されるように、マグネトロンスパッタ装置３１のチャンバー３２内には、ターゲット３３、３４を取り付けるための電極部３５と、ターゲット３３、３４と対向する位置に、基板保持部３６とが設けられている。なお基板保持部３６上には、基板２１が置かれている。
【０１４９】
ターゲット３３は軟磁性材料、ターゲット３４は非磁性材料からなっている。また、ターゲット３３とターゲット３４の間には遮蔽板３７が設けられている。
【０１５０】
電極部３５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３３、３４の表面には、エロージョン領域（図示しない）が形成される。
【０１５１】
また、チャンバー３２には、ガス導入口３８と、ガス排気口３９とが設けられており、ガス導入口３８からＡｒ（アルゴン）ガスが導入される。
【０１５２】
電極部３５に、高周波電源（ＲＦ電源）４０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３３及び３４がスパッタされる。
【０１５３】
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３３の下の領域Ａにあるときには、軟磁性薄膜が成膜され、非磁性材料からなるターゲット３４の下の領域Ｂにあるときには、非磁性材料層が成膜される。
【０１５４】
まず、軟磁性材料からなるターゲット３３の下の領域Ａに基板２１を配置する。基板保持部３６は、矢印方向に回転している。基板保持部３６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３４の下の領域Ｂに移動し、軟磁性薄膜２２上に非磁性材料層２３が成膜される。基板保持部３６はさらに回転し続けて、基板２１は再びターゲット３３の下の領域Ａに移動し、非磁性材料層２３上に軟磁性薄膜２４が成膜されて、図５の状態になる。
【０１５５】
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３６を回転させ続けることにより、非磁性材料層と軟磁性薄膜を任意の層数だけ積層することができる。
【０１５６】
なお、磁場中成膜を行なう場合には、基板保持部３６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。
【０１５７】
なお、スパッタ装置としては、図７に示すようなＲＦマグネトロンスパッタ装置３１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。
【０１５８】
また、本発明における軟磁性薄膜２２及び２４、非磁性材料層２３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。
【０１５９】
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８に示す液体急冷装置Ｃを用いる。
【０１６０】
まず、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系の軟磁性材料が、石英からなるノズル４１に投入され、ノズル４１の周囲に設けられたヒータ４２により加熱され、溶融される。この溶融合金４３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４４上に射出させて接触急冷することにより、軟磁性薄帯４５を形成する。
【０１６１】
得られた軟磁性薄帯４５を素子幅Ｗと素子長さＬの比（アスペクト比）Ｗ／Ｌが、０．３以下になるように、略長方形に切断する。この軟磁性薄帯４５の少なくとも一方の面に、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｉＮなどの非磁性材料層を、スパッタ、蒸着、塗布などの方法により形成する。
【０１６２】
次に、基板上に順次前記非磁性材料層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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、前記感磁部を構成する前記軟磁性薄膜或いは薄帯の磁化容易軸方向が、前記駆動電流が流される方向である素子長手方向と直交する方向であり、さらに、前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯が、その幅方向の両側端から発生する磁束によって互いに磁気的に結合されている。
【０１６５】
従って、前記感磁部には表面磁荷が現れないので、静磁エネルギーを下げるための軟磁性薄膜の両側面に素子長手方向の磁化を持つ還流磁区は形成されない。外部磁界が印加される方向である素子長手方向の透磁率が低い還流磁区が形成されなければ、前記感磁部の単位体積当たりの磁界検出感度が向上する。
【０１６６】
また、前記感磁部の前記非磁性材料層を介して隣接する前記軟磁性薄膜或いは薄帯が、その幅方向の両側端から発生する磁束によって互いに磁気的に結合されていると、前記感磁部のアスペクト比Ｗ／Ｌを小さくしたときでも、素子長手方向に発生する形状磁気異方性の影響を受け難くなるので、素子長手方向に磁気モーメントが配向する磁区の形成を防ぐことができる。すると、駆動交流電流が与えられている前記感磁部に外部磁界を印加したときの、前記感磁部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の変化を抑えることができるので、製造時における前記感磁部の素子幅Ｗや素子長さＬのバラつきが、直接、磁気インピーダンス効果素子の特性のバラつきにつながることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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、
【図２】図１の磁気インピーダンス効果素子の２-２線における断面図、
【図３】本発明の磁気インピーダンス効果素子に印加する外部磁界と、出力電圧との関係を示すグラフ、
【図４】本発明の磁気インピーダンス効果素子と従来の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との関係を示すグラフ、
【図５】基板上に、軟磁性薄膜、非磁性材料層、及び軟磁性薄膜が順次積層された状態を示す斜視図、
【図６】図５の軟磁性薄膜、非磁性材料層、及び軟磁性薄膜をパターン形成した状態を示す斜視図、
【図７】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８】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９】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概念図、
【図１０】従来の磁気インピーダンス効果素子を示す斜視図、
【図１１】従来の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１２】従来の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】従来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グラフ、
【符号の説明】
２１  基板
２２，２４  軟磁性薄膜
２３  非磁性材料層
【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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