JPH11109006A - Magnetic impedance sensor - Google Patents
Magnetic impedance sensorInfo
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- JPH11109006A JPH11109006A JP26908497A JP26908497A JPH11109006A JP H11109006 A JPH11109006 A JP H11109006A JP 26908497 A JP26908497 A JP 26908497A JP 26908497 A JP26908497 A JP 26908497A JP H11109006 A JPH11109006 A JP H11109006A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサに関し、
特に高感度磁気センサである磁気インピーダンスセンサ
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a magnetic sensor,
In particular, it relates to a magnetic impedance sensor which is a high-sensitivity magnetic sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近の情報機器や計測・制御機器の急速
な発展にともない小型・低コストで高感度・高速応答の
磁気センサの要求がますます大きくなっている。たとえ
ば、コンピュータの外部記憶装置のハードディスク装置
ではバルクタイプの誘導型磁気ヘッドから薄膜磁気ヘッ
ド、磁気抵抗効果(MR)ヘッドと高性能化が進んでき
ており、モータの回転センサであるロータリーエンコー
ダではマグネットリングの磁極数が多くなり従来用いら
れている磁気抵抗効果(MR)センサに代わり微弱な表
面磁束を感度良く検出できる磁気センサが必要となって
きている。また、非破壊検査や紙幣検査に用いることが
できる高感度センサの需要も大きくなってる。さらに小
型軽量の自動車用方位センサ、高精細カラーテレビやパ
ーソナルコンピュータの表示管のアクティヴ磁気シール
ド用センサなどの需要も高くなっている。2. Description of the Related Art With the rapid development of information devices and measurement / control devices in recent years, there has been an increasing demand for small, low-cost, high-sensitivity, high-speed magnetic sensors. For example, in a hard disk drive of an external storage device of a computer, the performance has been improved from a bulk type inductive magnetic head to a thin film magnetic head and a magnetoresistive effect (MR) head, and a rotary encoder which is a rotation sensor of a motor has a magnet. As the number of magnetic poles of the ring increases, a magnetic sensor capable of detecting a weak surface magnetic flux with high sensitivity is required instead of a conventionally used magnetoresistive effect (MR) sensor. In addition, demand for a high-sensitivity sensor that can be used for nondestructive inspection and banknote inspection has been increasing. In addition, there is a growing demand for small and lightweight direction sensors for automobiles, sensors for active magnetic shielding of display tubes of high-definition color televisions and personal computers, and the like.
【0003】現在用いられている代表的な磁気検出素子
として誘導型再生磁気ヘッド、磁気抵抗効果(MR)素
子、フラックスゲートセンサ、ホール素子等がある。ま
た、最近、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効
果(特開平6−176930号公報,特開平7−181
239号公報,特開平7−333305号公報参照)や
磁性薄膜の磁気インピーダンス効果(特開平8−758
35号公報,日本応用磁気学会誌vol.20,553
(1996)参照)を利用した高感度の磁気センサが提
案されている。[0003] Typical magnetic detecting elements currently used include an inductive reproducing magnetic head, a magnetoresistive (MR) element, a flux gate sensor, and a Hall element. Recently, the magnetic impedance effect of an amorphous wire (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-176930 and Japanese Patent Application Laid-Open No.
239, JP-A-7-333305) and the magnetic impedance effect of a magnetic thin film (JP-A-8-758).
No. 35, Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, vol. 20,553
(See (1996))).
【0004】誘導型再生磁気ヘッドはコイル巻線が必要
であるため磁気ヘッド自体が大型化し、また、ディスク
が小型化すると磁気ヘッドと媒体の相対速度が低下して
検出感度が著しく低下するという問題がある。これに対
して、強磁性膜による磁気抵抗効果(MR)素子が用い
られるようになってきた。MR素子は磁束の時間変化で
はなく磁束そのものを検出するものであり、これにより
磁気ヘッドの小型化が進められてきた。しかし、現在の
MR素子の電気抵抗の変化率は約2%であり、またスピ
ンバルブ素子を用いたMR素子でさえ電気抵抗の変化率
が最大6%以下と小さく、数%の抵抗変化を得るのに必
要な外部磁界は20Oe以上と大きい。従って磁気抵抗感
度は0.1%/Oe以下の低感度である。また、最近、磁
気抵抗変化率が数10%を示す人工格子による巨大磁気
抵抗効果(GMR)が見いだされてきた。しかし数10
%の抵抗変化を得るためには数百Oeの外部磁界が必要で
あり、磁気センサとしての実用化はされていない。The inductive reproducing magnetic head requires a coil winding, so that the magnetic head itself becomes large, and when the size of the disk is reduced, the relative speed between the magnetic head and the medium is reduced, and the detection sensitivity is significantly reduced. There is. On the other hand, a magnetoresistive effect (MR) element using a ferromagnetic film has come to be used. The MR element detects the magnetic flux itself, not the temporal change of the magnetic flux, and thus, the miniaturization of the magnetic head has been promoted. However, the change rate of the electric resistance of the current MR element is about 2%, and even the MR element using the spin valve element has a small change rate of the electric resistance of 6% or less at the maximum and obtains a resistance change of several%. The external magnetic field required for this is as large as 20 Oe or more. Therefore, the magnetoresistive sensitivity is as low as 0.1% / Oe or less. Recently, a giant magnetoresistance effect (GMR) using an artificial lattice having a magnetoresistance change rate of several tens of percent has been found. But number 10
To obtain a% resistance change, an external magnetic field of several hundred Oe is required, and it has not been put to practical use as a magnetic sensor.
【0005】従来の高感度磁気センサであるフラックス
ゲートセンサはパーマロイ等の高透磁率磁心の対称なB
−H特性が外部磁界によって変化することを利用して磁
気の測定を行うものであり、10-6Oeの高分解能と±1
°の高指向性を持つ。しかし、検出感度を上げるために
反磁界の小さな大型の磁心を必要としセンサ全体の寸法
を小さくすることや応答速度を速くすることが難しく、
また、消費電力が大きいという問題点を持つ。[0005] A fluxgate sensor, which is a conventional high-sensitivity magnetic sensor, has a symmetrical B-type magnetic core of high permeability, such as permalloy.
The magnetism is measured by utilizing the fact that the −H characteristic changes due to an external magnetic field, and a high resolution of 10 −6 Oe and ± 1
° High directivity. However, in order to increase the detection sensitivity, a large magnetic core with a small demagnetizing field is required, making it difficult to reduce the size of the entire sensor and to increase the response speed.
In addition, there is a problem that power consumption is large.
【0006】ホール素子を用いた磁界センサは電流の流
れる面に垂直に磁界を印加すると、電流と印加磁界の両
方向に対して垂直な方向に電界が生じてホール素子に起
電力が誘起される現象を利用したセンサである。ホール
素子はコスト的には有利であるが磁界検出感度が低く、
またSiやGaAsなどの半導体で構成されるため温度変化に
対して半導体内の格子の熱振動による散乱によって電
子、または正孔の移動度が変化するため磁界感度の温度
特性が悪いという欠点を持つ。In a magnetic field sensor using a Hall element, when a magnetic field is applied perpendicularly to the plane through which current flows, an electric field is generated in a direction perpendicular to both the current and the applied magnetic field, and an electromotive force is induced in the Hall element. This is a sensor that utilizes Hall elements are advantageous in terms of cost, but have low magnetic field detection sensitivity,
In addition, since it is composed of semiconductors such as Si and GaAs, the mobility of electrons or holes changes due to the scattering due to thermal oscillation of the lattice in the semiconductor due to temperature changes, and the temperature characteristics of magnetic field sensitivity are poor because of the disadvantage. .
【0007】特開平6−176930号公報,特開平7
−181239号公報,特開平7−333305号公報
に記載されているように、磁気インピーダンス素子が提
案され大幅な磁界感度の向上、マイクロ化、高速応答性
を実現している。この磁気インピーダンス素子は時間的
に急激に変化する電流を磁性線に印加することによって
生じる表皮効果を利用した円周磁束の時間変化に対する
電圧のみを外部印加磁界による変化として検出すること
を基本原理としている磁気インピーダンス素子である。
図16はその磁気インピーダンス素子の例を示したもの
である。この磁性線としてFeCoSiB 等の零磁歪の直径3
0μm程度のアモルファスワイヤ(線引後、張力アニー
ルしたワイヤ)が用いられており、図17はワイヤのイ
ンピーダンス変化の印加磁界依存性を示したものであ
る。長さ1mm程度の微小寸法のワイヤでも1MHz 程度の
高周波電流を通電するとワイヤの電圧の振り幅がMR素
子の1000倍以上である約100%/Oeの高感度で変
化する。[0007] JP-A-6-176930, JP-A-7-176930
As described in JP-A-181239 and JP-A-7-333305, a magneto-impedance element has been proposed to realize a significant improvement in magnetic field sensitivity, miniaturization, and high-speed response. The basic principle of this magneto-impedance element is to detect only the voltage with respect to the time change of the circumferential magnetic flux using the skin effect generated by applying a current that changes rapidly with time to a magnetic wire as a change due to an externally applied magnetic field. Magnetic impedance element.
FIG. 16 shows an example of the magneto-impedance element. This magnetic wire has a zero magnetostriction diameter of 3 such as FeCoSiB.
An amorphous wire of about 0 μm (wire that has been drawn and then annealed in tension) is used, and FIG. 17 shows the applied magnetic field dependence of the impedance change of the wire. When a high-frequency current of about 1 MHz is applied to a wire having a small dimension of about 1 mm, the voltage swing of the wire changes with a high sensitivity of about 100% / Oe, which is 1000 times or more that of the MR element.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】磁気センサとして、小
型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、
温度特性に優れた高感度磁気センサが求められており、
アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果を利用し
た磁気センサは高感度の磁界検出特性を示す。また、特
開平6−176930号公報,特開平6−347489
号公報に示されるものにおいてはバイアス磁界を加える
ことによりインピーダンス変化の印加磁界依存性の直線
性が改善されること、およびアモルファスワイヤに負帰
還コイルを巻き、アモルファスワイヤの両端の電圧に比
例した電流をコイルに通電し負帰還を施すことにより、
直線性と応答速度の優れたしかもセンサ部の温度変化に
対して磁界検出感度の不変なセンサが提供できることを
示している。SUMMARY OF THE INVENTION As a magnetic sensor, a small, low-cost, linear output with respect to a detected magnetic field,
There is a need for high-sensitivity magnetic sensors with excellent temperature characteristics.
A magnetic sensor using the magneto-impedance effect of an amorphous wire exhibits high-sensitivity magnetic field detection characteristics. Also, JP-A-6-176930 and JP-A-6-347489.
The linearity of the applied magnetic field dependence of the impedance change is improved by applying a bias magnetic field, and a current is proportional to the voltage across the amorphous wire by winding a negative feedback coil around the amorphous wire. By applying a negative feedback to the coil,
This shows that a sensor excellent in linearity and response speed and invariant in magnetic field detection sensitivity with respect to a temperature change of the sensor unit can be provided.
【0009】しかしながらこの高感度磁気インピーダン
ス素子は直径30μm程度のアモルファスワイヤからな
るため微細加工には適しておらず、超小型の磁気検出素
子を提供することは困難であった。また、半田付けによ
る電極形成が容易でなく特別の工夫をしていた。さらに
バイアスコイル、および負帰還コイルはともに細い銅線
を巻き回しコイルを作製しなければならず小型化に限界
があり、また生産性にも問題があった。However, since this high-sensitivity magnetic impedance element is made of an amorphous wire having a diameter of about 30 μm, it is not suitable for fine processing, and it has been difficult to provide an ultra-small magnetic detection element. In addition, electrode formation by soldering is not easy, and special measures have been taken. Further, both the bias coil and the negative feedback coil have to be wound around a thin copper wire to produce a coil, which limits the miniaturization and has a problem in productivity.
【0010】一方、特開平8−75835号公報に記載
されているものでは磁性薄膜を用いた磁気インピーダン
ス素子を提案し、素子の小型化をはかっているが、セン
サ感度の直線性を改善するためのバイアス磁界印加方法
としてハードマグネットを用いる方法と、単板の導体を
用いる方法を提案している。バイアスにハードマグネッ
トを用いる方法は作製方法が難しく、また、磁石の経時
変化のためバイアス磁界をコントロールすることは容易
ではない。また、単板の導体を用いてバイアスをかける
方法は構造的には単純であり、またバイアス磁界のコン
トロールは電流量でコントロールできるが単板の導体で
あるため実用上必要なバイアス磁界を得るためには非常
に大きな電流を流さなければならず、素子の発熱や断線
等の問題を持っている。また、負帰還の機能を加えるこ
とについては考慮されていない。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-75835 proposes a magneto-impedance element using a magnetic thin film to reduce the size of the element, but to improve the linearity of sensor sensitivity. A method using a hard magnet and a method using a single-plate conductor have been proposed as the bias magnetic field applying method. The method of using a hard magnet for the bias is difficult to fabricate, and it is not easy to control the bias magnetic field due to the aging of the magnet. In addition, the method of applying a bias using a single-plate conductor is structurally simple, and the control of the bias magnetic field can be controlled by the amount of current, but since it is a single-plate conductor, it is necessary to obtain a bias magnetic field necessary for practical use. Requires a very large current to flow, which causes problems such as heat generation and disconnection of the element. No consideration is given to adding a negative feedback function.
【0011】日本応用磁気学会誌vol.21,649
−652(1997)によると、薄膜コイルを薄膜磁気
コアの周囲に巻き回してバイアスコイルを形成している
が、この構造はバイアスコイル、および負帰還コイルを
同時に持つ構造とはなっていない。また、薄膜コイルに
Auを用いていることによりコスト面で問題である。本
発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、小型で低
コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、温度特
性および量産性に優れた高感度磁気センサを提供するこ
とにある。The Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, vol. 21,649
According to -652 (1997), a thin-film coil is wound around a thin-film magnetic core to form a bias coil, but this structure is not a structure having a bias coil and a negative feedback coil at the same time. Further, the use of Au for the thin film coil is problematic in terms of cost. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a small-sized, low-cost, high-sensitivity magnetic sensor excellent in linearity of output with respect to a detected magnetic field, temperature characteristics, and mass productivity.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の如き本発明の目的
を達成するために、本発明は、非磁性体からなる基板と
該基板上に形成された薄膜磁気コアと該薄膜磁気コアの
長手方向両端に設けられた第一の電極と第二の電極から
なる磁気インピーダンスセンサにおいて、上記薄膜磁気
コアの周囲に絶縁体を媒介してバイアスコイルと負帰還
コイルを巻回した構造を有することを特徴とする磁気イ
ンピーダンスセンサを提供する。また、上記バイアスコ
イルと負帰還コイルは薄膜コイルから構成され、そして
これらは一定間隔をもって交互に且つ同一方向に巻回さ
れているが、これらの巻数を同一巻き数とすることもで
きる。磁気インピーダンスセンサを形成する場合、薄膜
磁気コアの下面において該薄膜磁気コアから絶縁されて
平行に配置された複数の薄膜導体と前記薄膜磁気コアの
上面において該薄膜磁気コアから絶縁されて平行に配置
された複数の薄膜導体とを有し、薄膜磁気コアの上面と
下面の薄膜導体の先端部をそれぞれ電気的に接続して、
一定間隔をもって交互に且つ同一方向に巻回される上記
バイアスコイルと負帰還コイルを形成する。上記薄膜磁
気コアは、NiFe、CoFeNi、FeP 、FeNiP 、FeCoP 、FeNi
CoP 、CoB、NiCoB 、FeNiCoB 、FeCoB 、CoFeのめっき
膜、あるいはCoZrNb、FeSiB 、CoSiB のアモルファスス
パッタ膜、NiFeスパッタ膜により形成されている。In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention provides a substrate made of a non-magnetic material, a thin film magnetic core formed on the substrate, and a longitudinal axis of the thin film magnetic core. A magneto-impedance sensor comprising a first electrode and a second electrode provided at both ends in the direction, having a structure in which a bias coil and a negative feedback coil are wound around an insulator around the thin-film magnetic core. A magneto-impedance sensor is provided. Further, the bias coil and the negative feedback coil are formed of thin-film coils, and are wound alternately and at a constant interval in the same direction. However, the number of turns may be the same. When forming a magnetic impedance sensor, a plurality of thin-film conductors are arranged in parallel on the lower surface of the thin-film magnetic core, insulated from the thin-film magnetic core, and are arranged in parallel on the upper surface of the thin-film magnetic core, insulated from the thin-film magnetic core. Having a plurality of thin film conductors, and electrically connecting the top ends of the thin film conductors on the upper and lower surfaces of the thin film magnetic core, respectively,
The bias coil and the negative feedback coil are formed alternately and in the same direction at regular intervals. The thin film magnetic core is made of NiFe, CoFeNi, FeP, FeNiP, FeCoP, FeNi
It is formed of a plated film of CoP, CoB, NiCoB, FeNiCoB, FeCoB, CoFe, or an amorphous sputtered film of CoZrNb, FeSiB, CoSiB, or a NiFe sputtered film.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明による各実施例を図
面を参照して説明する。図1は、本発明に係る磁気イン
ピーダンス(MI)素子を用いた薄膜MIセンサの構造
を模式的に示した正面図、図2は図1のA−B線に沿っ
て切断した断面図であり、図3は図1のC−D線に沿っ
て切断した断面図である。実際の薄膜MIセンサ全体は
薄膜セラミックス板、ガラス板のような板状体の上に形
成されているが、図1ではこれを省略して示している。
図1、図2及び図3において、1は平面形状が長方形の
薄板状に形成された薄膜磁気コアであるMIセンサ板で
ある。このMIセンサ板としての薄膜磁気コアの形状
は、幅20μm、厚さ5μm、長さ500μmである。
該MIセンサ板1の周囲には、絶縁物層2、3を介し
て、バイアスコイル4と負帰還コイル5が同一方向に且
つ交互に巻回されている。図には正確に示してはいない
が、これらコイルの巻数は、それぞれ20ターンであ
る。バイアスコイル4の両端には、バイアスコイル端子
6、7が接続され、負帰還コイル5の両端には、負帰還
コイル端子8、9が接続されている。MIセンサ板1の
両端には、MIセンサ端子10、11が接続されてい
る。これら端子はAu金属薄膜から成り、先端の巾広部
は、外部配線用のパッドとなる。なお、12は、MIセ
ンサ全体を覆う絶縁保護膜である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view schematically showing the structure of a thin-film MI sensor using a magnetic impedance (MI) element according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AB in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CD of FIG. Although the entire actual thin film MI sensor is formed on a plate-like body such as a thin film ceramic plate or a glass plate, this is omitted in FIG.
1, 2 and 3, reference numeral 1 denotes an MI sensor plate which is a thin-film magnetic core formed in a thin plate shape having a rectangular planar shape. The shape of the thin film magnetic core as the MI sensor plate is 20 μm in width, 5 μm in thickness, and 500 μm in length.
Around the MI sensor plate 1, a bias coil 4 and a negative feedback coil 5 are alternately wound in the same direction via insulating layers 2 and 3. Although not shown exactly in the figure, each of these coils has 20 turns. Bias coil terminals 6 and 7 are connected to both ends of the bias coil 4, and negative feedback coil terminals 8 and 9 are connected to both ends of the negative feedback coil 5. MI sensor terminals 10 and 11 are connected to both ends of the MI sensor plate 1. These terminals are made of an Au metal thin film, and the wide portions at the ends serve as pads for external wiring. Reference numeral 12 denotes an insulating protective film that covers the entire MI sensor.
【0014】次に図4を用いて本発明に係る薄膜MIセ
ンサの作製プロセスについて詳細に説明する。なお、図
4は図2のA−B断面方向からみた状態で説明してい
る。図4の(a)はバイアスコイル、および負帰還コイ
ルを構成するコイル下層部であり、それぞれのコイル部
パターンの端部において図4の(e)に示すコイル上層
部パターンのコイル端部と接続され、図1に示す連続し
たバイアスコイル4、および負帰還コイル5が構成され
る。Next, a manufacturing process of the thin film MI sensor according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that FIG. 4 is described in a state viewed from the AB cross section direction in FIG. FIG. 4A shows a lower coil portion constituting a bias coil and a negative feedback coil. Each end of each coil portion pattern is connected to the coil end portion of the upper coil portion pattern shown in FIG. 4E. Thus, the continuous bias coil 4 and the negative feedback coil 5 shown in FIG. 1 are configured.
【0015】図4の(a)に示すように、コイル下層部
は、Al2O3 セラミックウェーハ、Siウェーハ、ガラスウ
ェーハ等の表面平滑性を高めた非磁性基板20上に、5
0nm程度の厚さのCuスパッタ膜をめっき用のシード層
とするために形成し、そのシード層の上に所定のコイル
形状の反転パターンのフォトレジストパターンを形成
後、フォトレジストパターンの間にCuめっきを約3μm
の厚さだけ埋め込み、さらにフォトレジストパターンを
有機溶剤等により除去後、Cuスパッタ膜のシード層をエ
ッチングにより除去することによりコイルパターン21
が形成される。一方、Cuスパッタ膜を約3μmの厚さだ
け成膜し、その後、所定のコイル形状のフォトレジスト
パターンを形成し、フォトレジストパターンをエッチン
グ用マスクとして、イオンミリング等のエッチング手段
によりエッチングし、さらにフォトレジストパターンを
有機溶剤等により除去することにより下層コイル部を作
製することもできる。上記によるCuコイルの作製方法は
導体ワイヤを巻回してコイルを作製する方法や導体薄帯
を巻回してコイルを作製する方法に比べてコイル自体を
小型化でき、かつコイルを磁気コアに近づけることがで
きるためコイル効率を高めることが可能となる。[0015] As shown in (a) of FIG. 4, the coil lower part, Al 2 O 3 ceramic wafer, Si wafer, on the non-magnetic substrate 20 having enhanced surface smoothness such as glass wafer 5
A Cu sputter film having a thickness of about 0 nm is formed to serve as a seed layer for plating, and a photoresist pattern of a predetermined coil shape inversion pattern is formed on the seed layer. About 3μm plating
After removing the photoresist pattern with an organic solvent or the like, the seed layer of the Cu sputtered film is removed by etching, so that the coil pattern 21 is removed.
Is formed. On the other hand, a Cu sputtered film is formed to a thickness of about 3 μm, and thereafter, a photoresist pattern having a predetermined coil shape is formed, and the photoresist pattern is used as an etching mask to perform etching by etching means such as ion milling. By removing the photoresist pattern with an organic solvent or the like, the lower coil portion can be manufactured. The method of manufacturing a Cu coil according to the above can reduce the size of the coil itself and bring the coil closer to the magnetic core compared to a method of manufacturing a coil by winding a conductor wire or a method of manufacturing a coil by winding a conductor ribbon. Therefore, the coil efficiency can be increased.
【0016】図4の(b)に示すように、形成されたコ
イル下層部の上に絶縁物層3を被着する。図4の(c)
は絶縁物層3の上に薄膜磁気コアが形成される。この薄
膜磁気コアは、NiFe、CoFeNi等のめっき膜、あるいはCo
ZrNb、FeSiB 、CoSiB 等のアモルファススパッタ膜、Ni
Feスパッタ膜などの軟磁性膜が用いられる。ここでNiFe
めっき膜を薄膜磁気コアとして用いたときの作成例を示
す。まず、50nm程度の厚さのNiFeスパッタ膜をめっ
き用のシード層とするために形成する。そのシード層の
上に所定のコイル形状の反転パターンのフォトレジスト
パターンを形成し、その後、フォトレジストパターンの
間にNiFeめっきを約5μmの厚さだけ埋め込み、さらに
フォトレジストパターンを有機溶剤等により除去後、Ni
Feスパッタ膜のシード層をエッチングにより除去するこ
とにより形成される。CoFeNiめっき膜を薄膜磁気コアと
して用いたときも同様のプロセスで作成する。また、薄
膜磁気コアを作成した後、回転磁場中、および静止磁場
中で熱処理を行うと磁気特性の向上がはかれる。As shown in FIG. 4B, an insulator layer 3 is deposited on the lower layer of the formed coil. FIG. 4 (c)
A thin-film magnetic core is formed on the insulator layer 3. This thin film magnetic core is made of a plated film of NiFe, CoFeNi, etc.
Amorphous sputtered film of ZrNb, FeSiB, CoSiB, etc., Ni
A soft magnetic film such as a Fe sputtered film is used. Where NiFe
An example of preparation when a plating film is used as a thin-film magnetic core will be described. First, a NiFe sputtered film having a thickness of about 50 nm is formed to be a seed layer for plating. A photoresist pattern of a reverse pattern of a predetermined coil shape is formed on the seed layer, and then NiFe plating is buried to a thickness of about 5 μm between the photoresist patterns, and the photoresist pattern is removed with an organic solvent or the like. Later, Ni
It is formed by removing the seed layer of the Fe sputtered film by etching. When a CoFeNi plating film is used as a thin-film magnetic core, a similar process is used. Further, if a heat treatment is performed in a rotating magnetic field and in a static magnetic field after forming the thin film magnetic core, the magnetic properties can be improved.
【0017】次に、CoZrNb、FeSib 、CoFeB 等のアモル
ファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜等の軟磁性膜を薄膜
磁気コアとして用いる場合の作成プロセスを示す。たと
えばCoZrNbスパッタ膜を約5μmの厚さだけ製膜し、そ
の後、所定の磁気コア形状のフォトレジストパターンを
形成し、フォトレジストパターンをエッチング用マスク
として用い、イオンミリング等のエッチング手段により
エッチングし、さらにフォトレジストパターンを有機溶
剤等により除去することにより下層コイル部分を作製す
ることもできる。一方、所定の薄膜磁気コアの反転形状
を薄い金属板に作製し、それをスパッタマスクとして用
いるメタルマスク法もあるが、この方法では微細の形状
の磁気コアが得られにくく、その寸法精度も悪く好まし
くはない。Next, a manufacturing process in the case of using a soft magnetic film such as an amorphous sputtered film such as CoZrNb, FeSib or CoFeB or a NiFe sputtered film as a thin film magnetic core will be described. For example, a CoZrNb sputtered film is formed to a thickness of about 5 μm, then a photoresist pattern having a predetermined magnetic core shape is formed, and the photoresist pattern is used as an etching mask, and is etched by an etching means such as ion milling. Further, the lower coil portion can be formed by removing the photoresist pattern with an organic solvent or the like. On the other hand, there is also a metal mask method in which a predetermined thin film magnetic core is inverted on a thin metal plate and is used as a sputtering mask. However, this method makes it difficult to obtain a magnetic core having a fine shape and has poor dimensional accuracy. Not preferred.
【0018】図4の(d)に示すように、薄膜磁気コア
の上層に、絶縁物層2を形成する。この絶縁物層2は、
次に形成されるコイル上層部分と薄膜磁気コアを電気的
に絶縁するための絶縁膜である。成形方法は図4の
(b)で示した絶縁物層3の場合と同様である。次に図
4の(e)に示すように、絶縁物層2の表面にバイアス
コイル、および負帰還コイルを構成するコイル上層部を
形成する。図4の(a)の説明で示したように、それぞ
れのコイル部の端部において図4の(a)に示すコイル
下層部のコイル端部と接続され、連続したバイアスコイ
ル4、および負帰還コイル5が構成される。作製方法は
図4の(a)で示したコイル上層部の作成の場合と同様
である。As shown in FIG. 4D, an insulating layer 2 is formed on the thin film magnetic core. This insulating layer 2
This is an insulating film for electrically insulating the next upper coil portion and the thin-film magnetic core. The forming method is the same as that of the insulator layer 3 shown in FIG. Next, as shown in FIG. 4E, a coil upper layer constituting a bias coil and a negative feedback coil is formed on the surface of the insulator layer 2. As shown in the description of FIG. 4A, the end of each coil is connected to the coil end of the coil lower layer shown in FIG. 4A, and the continuous bias coil 4 and the negative feedback are provided. The coil 5 is configured. The manufacturing method is the same as that of the case of forming the coil upper layer shown in FIG.
【0019】図4の(e)に示す工程が終了後、作製さ
れた磁気センサ部を保護するための絶縁保護膜12と磁
気センサの駆動および検知するための周辺回路との電気
的接続を得るためのワイヤーボンド用のボンディングパ
ッド(バイアスコイル端子7、MIセンサ端子10,1
1等)を設けて図2の状態にする。絶縁保護膜12は、
図4の(b)で示した絶縁物層3と同様にフォトレジス
トを露光、現像の工程を行い所定の絶縁物層の形状に形
成後270℃、10時間の熱処理を行い硬化させたもの
を用いる。また、ポリイミドなどの樹脂を硬化させたも
のやSi02等の無機膜を所定の形状に形成したものを用い
てもかまわない。ワイヤーボンド用のボンディングパッ
ドは、Auめっき膜、あるいはAuスパッタ膜で作製され
る。その作製工程はCuコイルの場合とほぼ同様の工程で
作製される。このように図4の(a)から順に図4の
(e)、図2まで薄膜プロセスが積み上げられて薄膜M
Iセンサが作成される。After the step shown in FIG. 4E is completed, an electrical connection is obtained between the insulating protective film 12 for protecting the manufactured magnetic sensor unit and a peripheral circuit for driving and detecting the magnetic sensor. Pad for wire bonding (bias coil terminal 7, MI sensor terminal 10, 1)
1 etc.) to obtain the state of FIG. The insulating protective film 12
The photoresist is exposed and developed in the same manner as the insulating layer 3 shown in FIG. 4 (b), formed into a predetermined insulating layer shape, and then cured by heat treatment at 270 ° C. for 10 hours. Used. Further, a resin obtained by curing a resin such as polyimide, or a resin obtained by forming an inorganic film such as SiO 2 into a predetermined shape may be used. The bonding pad for wire bonding is made of an Au plating film or an Au sputtered film. The manufacturing process is substantially the same as that for the Cu coil. In this manner, the thin film processes are sequentially stacked from FIG. 4A to FIG. 4E and FIG.
An I-sensor is created.
【0020】磁気インピーダンス効果(MI効果)は高
透磁率磁性体に高周波電流を通電すると、その両端のイ
ンピーダンスが通電方向に印加した外部磁場によって変
化する現象である。つまり、磁性体の内部インダクタン
ス分Liと、表皮効果によって電流周波数fとともに増加
する抵抗分Rwによるインピーダンス Z=Rw(μθ)+jωLi(μθ)・・・・・(1) が、外部から磁界を印加することにより変化する磁性体
の幅方向の透磁率μの関数として変化することによるも
のである。薄膜の場合、表皮効果が顕著な高周波領域
(膜厚d>2δ)における薄膜の抵抗Rwは直流抵抗をRd
c とすると、 Rw=Rdc (d /2 δ) と表すことができる。一方、d>2δの場合、インダク
タンスは、 L =Li(2 δ/d ) と表すことができる。ここで、δは表皮の深さを示し、
図5に示す値となる。従って、薄膜のインピーダンスZ
は、 Z=Rdc (d /2 δ)+jωLi(2 δ/d ) となる。ここで、薄膜の厚さは、d=2aであり、また
幅W、長さlとすると、薄膜のインピーダンスZの絶対
値は図6に示すものとなる。ここで、表皮の深さδは図
5の示すところであるので、薄膜のインピーダンスZの
絶対値は透磁率μθの関数となる。The magnetic impedance effect (MI effect) is a phenomenon in which when a high-frequency current is applied to a high-permeability magnetic material, the impedance at both ends of the magnetic material changes due to an external magnetic field applied in the direction in which the current is applied. That is, the internal inductance Li of the magnetic material and the impedance Z = Rw (μθ) + jωLi (μθ) due to the resistance Rw that increases with the current frequency f due to the skin effect apply an external magnetic field. This changes as a function of the magnetic permeability μ in the width direction of the magnetic material that changes as a result. In the case of a thin film, the resistance Rw of the thin film in a high-frequency region (thickness d> 2δ) where the skin effect is remarkable is represented by a DC resistance Rd.
Assuming that c, Rw = Rdc (d / 2δ) can be expressed. On the other hand, when d> 2δ, the inductance can be expressed as L = Li (2δ / d). Here, δ indicates the depth of the epidermis,
The values are as shown in FIG. Therefore, the impedance Z of the thin film
Is as follows: Z = Rdc (d / 2δ) + jωLi (2δ / d) Here, assuming that the thickness of the thin film is d = 2a, and the width is W and the length is 1, the absolute value of the impedance Z of the thin film is as shown in FIG. Here, since the skin depth δ is as shown in FIG. 5, the absolute value of the impedance Z of the thin film is a function of the magnetic permeability μθ.
【0021】図7の(a)に示されるように薄膜のパタ
ーンの幅方向に一軸異方性が付与されているとき、磁化
ベクトルは幅方向を向いて磁区構造は180°磁壁を持
つ構造となる。ところでこの薄膜の長さ方向に高周波電
流を流した場合、幅方向の高周波磁界が生じるが、18
0°磁壁の移動は渦電流制動により妨げられる。また、
高周波磁界方向と磁化ベクトルの向きが同じ方向である
ため回転磁化は起こりにくい。このため磁束の変化は少
なくμθは小さい。As shown in FIG. 7A, when uniaxial anisotropy is given in the width direction of the pattern of the thin film, the magnetization vector is oriented in the width direction and the magnetic domain structure has a structure having a 180 ° domain wall. Become. When a high-frequency current flows in the length direction of the thin film, a high-frequency magnetic field is generated in the width direction.
Movement of the 0 ° domain wall is hindered by eddy current braking. Also,
Since the direction of the high-frequency magnetic field and the direction of the magnetization vector are the same, rotational magnetization hardly occurs. Therefore, the change in magnetic flux is small and μθ is small.
【0022】一方、薄膜パターンの長さ方向に外部磁界
Hex を印可すると磁化ベクトルの向きが幅方向から傾く
ので、高周波電流により生じる磁界により磁化ベクトル
の回転が起こり(回転磁化)磁束の変化が生じるのでμ
θが大きくなる。外部磁界Hex がパターンの異方性磁界
Hkと同じになったときμθは最大となり、このときイン
ピーダンスΖは最大となる。さらにHex が大きく(Hex
>Hk)なると磁化ベクトルはHex に固定されるため磁化
ベクトルの回転が抑制され、μθは小さくなっていき、
それにともないZも小さくなっていく。これらの現象を
回転磁化モデルに基づき図7の(b)を用いて検証す
る。H θ=0の場合の回転角θ0は、図8に示す式
(3)のエネルギー極小条件により定まる。従って、Hk
= 2Ku/Msを用いて、θ0 =Hex /Hk が得られる。こ
こでH θによる回転角の変化|Δθ|>θ0 とすると幅
方向の磁化変化分ΔΜは次式で表せられる。 ΔM=Ms COSθ0 Δθ ・・・・・(4) またH θによる項を含めた全エネルギーは次式で表せら
れる。 E=−Ms( Hθ+Hk) COS[π/2−( θ0 + Δθ)]−Ms Hex COS( θ0 + Δθ) ・・・・・(5) (5)式を用い、図9に示す(7)式よりΔθを求め、
(4)式に代入すると、図9に示す(6)式となる。従
ってHex <Hkでは磁界の増加とともにμθすなわちΖが
増加し、Hex =Hkで最大値をとった後、磁界の増加とと
もに減少することが示される。また、磁化ベクトルが薄
膜パターンの長さ方向に向いているときにはHex による
幅方向のμθはほとんど変化しないのでMI効果は非常に
小さくなる。On the other hand, an external magnetic field extends in the length direction of the thin film pattern.
When Hex is applied, the direction of the magnetization vector is tilted from the width direction, so that the magnetic field generated by the high-frequency current causes the rotation of the magnetization vector (rotational magnetization), and thus the change in the magnetic flux.
θ increases. The external magnetic field Hex is the anisotropic magnetic field of the pattern
When it becomes equal to Hk, μθ becomes maximum, and at this time, the impedance Ζ becomes maximum. Hex is larger (Hex
> Hk), the magnetization vector is fixed at Hex, so the rotation of the magnetization vector is suppressed, and μθ decreases,
Accordingly, Z also becomes smaller. These phenomena will be verified using FIG. 7B based on a rotational magnetization model. The rotation angle θ 0 when H θ = 0 is determined by the minimum energy condition of Expression (3) shown in FIG. Therefore, Hk
= 2 Ku / Ms, θ 0 = Hex / Hk is obtained. Wherein a change in the rotation angle by H θ | Δθ |> magnetization variation ΔΜ of theta 0 to the width direction is expressed by the following equation. ΔM = Ms COSθ 0 Δθ (4) The total energy including the term based on Hθ is expressed by the following equation. E = -Ms (Hθ + Hk) COS [π / 2- (θ 0 + Δθ)] - Ms Hex COS (θ 0 + Δθ) ····· (5) (5) formula used is shown in FIG. 9 ( Calculate Δθ from equation 7),
By substituting into equation (4), equation (6) shown in FIG. 9 is obtained. Accordingly, it is shown that when Hex <Hk, μθ, that is, Ζ, increases as the magnetic field increases, reaches a maximum value when Hex = Hk, and then decreases as the magnetic field increases. When the magnetization vector is oriented in the length direction of the thin film pattern, the μ effect in the width direction due to Hex hardly changes, so that the MI effect becomes very small.
【0023】次に、作成した薄膜MIセンサの特性につい
て述べる。ここで薄膜磁気コアの寸法は幅20μm、厚
さ5μm、長さ500μmであり、通電電流は10mAで
ある。またバイアス用、負帰還用コイルは同一面上に交
互に巻き回されており、その巻き数はそれぞれ20ター
ンである。バイアス用、負帰還用コイルを同一面上に交
互に薄膜磁気コアに巻き回す構造により磁気コアの各部
位に均等にバイアス磁界、および負帰還磁界を加えるこ
とができ磁気センサとしての特性が安定する。図10は
薄膜磁気コアをNiFeめっきで作成したときの薄膜磁気セ
ンサにセンサの長さ方向に0および30Oeの磁界(Hex
)を印加したときのセンサ両端電極Ε(Ε=Ζ*I)
の通電電流周波数特性である。Hex =0のときとHex =
30OeのときのΕの差ΔΕは通電電流の周波数20MHz
付近で最大であった。図11は通電電流周波数を20MH
z (10mA)一定としたときのインピーダンスの変化率
の印加磁界(Hex )依存性を示したものである。印加磁
界を大きくしていくとインピーダンスの変化率ΔΖ/Zo
は大きくなり、素子の異方向性磁界HKのところでΔΖ/
Zoは最大となり、さらにHex >HkではΔΖ/Zoは小さく
なっていく。これらの結果は前述の理論式で示した特性
となった。また、単位印加磁界あたりのインピーダンス
の変化量(磁界感度)はHex =20Oe前後で最大となり
1.5%/Oeの磁界感度を示した。Next, the characteristics of the manufactured thin film MI sensor will be described. Here, the dimensions of the thin-film magnetic core are 20 μm in width, 5 μm in thickness, and 500 μm in length, and the energizing current is 10 mA. The coils for bias and negative feedback are wound alternately on the same surface, and the number of turns is 20 turns, respectively. A bias magnetic field and a negative feedback magnetic field can be uniformly applied to each part of the magnetic core by a structure in which a bias coil and a negative feedback coil are alternately wound around the same surface on the same surface, thereby stabilizing the characteristics as a magnetic sensor. . FIG. 10 shows a magnetic field of 0 and 30 Oe (Hex) in the length direction of the thin film magnetic sensor when the thin film magnetic core is formed by NiFe plating.
) Is applied to both ends of the sensor Ε (Ε = Ζ * I)
4 shows the current-carrying frequency characteristics of FIG. Hex = 0 and Hex =
The difference ΔΕ of Ε at 30 Oe is 20MHz
It was the largest near. FIG. 11 shows that the current frequency is 20 MHz.
It shows the applied magnetic field (Hex) dependence of the rate of change of impedance when z (10 mA) is constant. As the applied magnetic field is increased, the rate of change of impedance ΔΖ / Z o
Becomes large, and ΔΖ /
Z o is the maximum and will, in addition Hex> Hk ΔΖ / Z o becomes smaller. These results have the characteristics shown by the above-mentioned theoretical formula. The amount of change in impedance per unit applied magnetic field (magnetic field sensitivity) became maximum around Hex = 20 Oe, indicating a magnetic field sensitivity of 1.5% / Oe.
【0024】磁気センサとして用いるときは最大感度の
ところに動作点を持ってくることによりセンサ感度を向
上することができる。図12はバイアスコイルに電流を
流すことにより薄膜磁性体に20Oeのバイアス磁界を加
え動作点を変えたときのインピーダンスの変化率ΔΖ/
Zoの印加磁界(Hex )依存性を示したものである。この
図からわかるように20Oeのバイアス磁界を薄膜コイル
を用いて磁気コアに印可することにより磁界0Oeのとこ
ろに磁界感度が最大になるようなMI特性が得られた。When used as a magnetic sensor, the sensitivity of the sensor can be improved by bringing the operating point to the maximum sensitivity. FIG. 12 shows a change rate of impedance ΔΖ / when the operating point is changed by applying a bias magnetic field of 20 Oe to the thin film magnetic material by passing a current through the bias coil.
It applied magnetic field of Z o (Hex) shows the dependence. As can be seen from the figure, by applying a bias magnetic field of 20 Oe to the magnetic core using a thin-film coil, MI characteristics that maximize the magnetic field sensitivity at a magnetic field of 0 Oe were obtained.
【0025】図13はコイル起磁力(電流と巻き数の
積)とバイアス磁界の関係を示したものである。薄膜コ
イルをバイアスコイルとして用いた場合、28(Oe/A
T)のグラフの傾斜であり、比較として検討した30μ
m径のアモルファスワイヤに銅線を巻き回したバイアス
コイルを作製した場合には2(Oe/AT)であった。薄膜
コイルはNiFe薄膜コアに近接し、かつ緻密にコイルを形
成できることにより銅線を巻き回したバイアスコイルに
比べて電流を磁束に変換するコイル効率は10倍以上高
いものであった。FIG. 13 shows the relationship between the coil magnetomotive force (the product of the current and the number of turns) and the bias magnetic field. When a thin film coil is used as a bias coil, 28 (Oe / A
T) is the slope of the graph of FIG.
The value was 2 (Oe / AT) when a bias coil in which a copper wire was wound around an amorphous wire having a diameter of m was produced. The thin film coil was close to the NiFe thin film core and could form the coil densely, so that the coil efficiency for converting current to magnetic flux was 10 times or more higher than that of a bias coil wound with a copper wire.
【0026】一方、バイアスコイルを用いて印加磁界0
に最大感度を持ってくるように動作点を移動した場合、
図12に示すように磁界に対するインピーダンスの変化
(出力の変化)の直線性はあまり良くないものとなって
いる。この直線性を改善する方法として出力信号をフィ
ードバックし負帰還コイルを用いて磁界に対する出力の
非直線性を補正するだけの磁界を薄膜磁気コアに負帰還
磁界として加えることにより出力信号を補正し直線性を
得る方法がとられている。図14にリニア磁界MIセンサ
の電子回路のブロック図を示す。この回路により動作点
を最大感度の点に移動し、出力信号をフィードバック
し、薄膜コアに負帰還磁界を加え感度特性の直線性を高
めている。On the other hand, when the applied magnetic field
When the operating point is moved to bring the maximum sensitivity to
As shown in FIG. 12, the linearity of the change in impedance (change in output) with respect to the magnetic field is not very good. As a method for improving this linearity, the output signal is fed back, and the output signal is corrected by applying a magnetic field sufficient to correct the nonlinearity of the output with respect to the magnetic field using a negative feedback coil to the thin film magnetic core as a negative feedback magnetic field. There is a way to get sex. FIG. 14 shows a block diagram of an electronic circuit of the linear magnetic field MI sensor. With this circuit, the operating point is moved to the point of maximum sensitivity, the output signal is fed back, and a negative feedback magnetic field is applied to the thin film core to improve the linearity of the sensitivity characteristic.
【0027】図15は図14の回路を用いてバイアスコ
イル磁界20Oe、負帰還率50%の負帰還をかけたとき
の印加磁界に対する出力電圧の関係を示したものであ
る。ここで通電電流の周波数は20MHz であり出力の増
幅度は500倍である。図に示すように±3Oeの測定磁
界内で優れた直線性を示し、かつ、10-5Oeの磁界分解
能を示した。これらの結果はリニア磁界センサとして良
好な特性である。また、比較としたアモルファスワイヤ
に銅線を巻き回した負帰還コイルを用いた素子の場合で
は、図と同等の直線を得るためには約300%の負帰還
をかけなければならなかった。アモルファスワイヤに銅
線を巻き回した負帰還コイルに対して、薄膜コイルは約
1/6の負帰還率で同等の直線性を得られたのはバイア
スコイルのところで述べたように薄膜コイルのコイル効
率が高いことによるものである。上記は測定の一例であ
り、その他のMIセンサの駆動方法として低消費電力駆
動が可能なC−MOSICを用いてのパルス励磁型MI
効果を用いることも可能である。さらに、バイアス磁界
の印加方法もパルス励磁と連動したパルスを印加するこ
とが可能であり、これにより必要なバイアス磁界を得る
ことができる。FIG. 15 shows the relationship between the applied magnetic field and the output voltage when applying a negative feedback with a bias coil magnetic field of 20 Oe and a negative feedback rate of 50% using the circuit of FIG. Here, the frequency of the conduction current is 20 MHz, and the amplification of the output is 500 times. As shown in the figure, excellent linearity was exhibited within a measurement magnetic field of ± 3 Oe, and a magnetic field resolution of 10 −5 Oe was exhibited. These results are good characteristics as a linear magnetic field sensor. In the case of a device using a negative feedback coil in which a copper wire is wound around a comparative amorphous wire, about 300% of negative feedback had to be applied in order to obtain a straight line equivalent to the diagram. As compared to the negative feedback coil in which a copper wire is wound around an amorphous wire, the thin film coil obtained the same linearity with a negative feedback rate of about 1/6. This is due to the high efficiency. The above is an example of measurement. As another method of driving the MI sensor, a pulse excitation type MI using a C-MOSIC capable of driving with low power consumption is used.
It is also possible to use effects. Further, the bias magnetic field can be applied by applying a pulse in conjunction with the pulse excitation, whereby a necessary bias magnetic field can be obtained.
【0028】以上、本発明を上述の実施の形態により説
明したが、本発明の趣旨の範囲内で種々の変形が可能で
ある。例えば、バイアスコイル4と負帰還コイル5とを
同巻数とせず、図18に示すように、負帰還コイル5
を、バイアスコイル4を跨ぐ連結線5’で一部短絡接続
し、バイアスコイル4と負帰還コイル5との巻数を変え
ても良い。もちろん、バイアスコイル4の一部を連結線
で接続して、バイアスコイルと負帰還コイルとの巻数を
変えるようにしても良い。そして、これらの変形や応用
を本発明の範囲から排除するものではない。Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiment, various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, the bias coil 4 and the negative feedback coil 5 are not made to have the same number of turns, and as shown in FIG.
May be partially short-circuited by a connection line 5 ′ that straddles the bias coil 4, and the number of turns between the bias coil 4 and the negative feedback coil 5 may be changed. Of course, a part of the bias coil 4 may be connected by a connecting wire to change the number of turns of the bias coil and the negative feedback coil. These modifications and applications are not excluded from the scope of the present invention.
【0029】[0029]
【発明の効果】薄膜磁気コアの周囲に絶縁体を介してバ
イアス用、および負帰還用薄膜コイルを形成した薄膜MI
センサ構造により、磁気センサの小型化・高信頼化・量
産化が可能となり、かつ、上記のような構造に作製され
た薄膜コイルはコイル効率がよいため、少ない電流で必
要なバイアス磁界が得られ、また、少ない負帰還量で磁
界に対する出力の直線性の改善が可能となる。これらの
ことから高感度で感度の直線性が良く、温度特性の優れ
た薄膜リニア磁界センサを提供できる。また、バイアス
用薄膜コイル、および負帰還用薄膜コイルを交互に巻き
回すことにより薄膜の磁気コアの各部位に均等にバイア
ス磁界、および負帰還磁界を加えることができ磁気セン
サとしての特性が安定する。The thin-film MI having a thin-film coil for bias and negative feedback formed around the thin-film magnetic core via an insulator.
The sensor structure enables the magnetic sensor to be miniaturized, highly reliable, and mass-produced, and the thin-film coil manufactured with the above structure has high coil efficiency, so the required bias magnetic field can be obtained with a small current. In addition, the output linearity with respect to the magnetic field can be improved with a small amount of negative feedback. From these facts, it is possible to provide a thin-film linear magnetic field sensor having high sensitivity, good linearity of sensitivity, and excellent temperature characteristics. Further, by alternately winding the thin film coil for bias and the thin film coil for negative feedback, a bias magnetic field and a negative feedback magnetic field can be uniformly applied to each part of the magnetic core of the thin film, and the characteristics as a magnetic sensor are stabilized. .
【図1】図1は、本発明に係る磁気インピーダンス(M
I)素子を用いた薄膜MIセンサの構造を模式的に示し
た正面図である。FIG. 1 shows a magnetic impedance (M) according to the present invention.
FIG. 1 is a front view schematically showing a structure of a thin film MI sensor using an element.
【図2】図2は、図1のA−B線に沿って切断した断面
図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AB in FIG. 1;
【図3】図3は、図1のC−D線に沿って切断した断面
図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line CD of FIG. 1;
【図4】図4は、本発明に係る磁気インピーダンスセン
サの製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of the magneto-impedance sensor according to the present invention.
【図5】図5は、δの値を示す方程式図である。FIG. 5 is an equation diagram showing values of δ.
【図6】図6は、インピーダンスの絶対値を示す方程式
図である。FIG. 6 is an equation diagram showing an absolute value of impedance.
【図7】図7は、薄膜MIセンサの磁気コア部の磁区構
造モデル図である。FIG. 7 is a model diagram of a magnetic domain structure of a magnetic core portion of the thin-film MI sensor.
【図8】図8は、EOの値を示す方程式である。FIG. 8 is an equation showing the value of EO.
【図9】図9は、ΔM0 の値を示す方程式図である。FIG. 9 is an equation diagram showing the value of ΔM0.
【図10】図10は、出力の通電電流周波数依存性を示
す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the dependence of the output on the current-carrying frequency.
【図11】図11は、インピーダンス変化率の磁界依存
性を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram illustrating magnetic field dependence of an impedance change rate.
【図12】図12は、20Oeのバイアス磁界を印加した
ときのインピーダンス変化率の磁界依存性を示す特性図
である。FIG. 12 is a characteristic diagram illustrating the magnetic field dependence of the impedance change rate when a bias magnetic field of 20 Oe is applied.
【図13】図13は、バイアス磁界強度のバイアスコイ
ル起磁力依存性を示す特性図である。FIG. 13 is a characteristic diagram illustrating a bias coil magnetomotive force dependency of a bias magnetic field intensity.
【図14】図14は、本発明に係る磁気インピーダンス
センサを用いた回路ブロック図である。FIG. 14 is a circuit block diagram using a magnetic impedance sensor according to the present invention.
【図15】図15は、本発明に係る磁気インピーダンス
センサのリニアセンシング特性を示す特性図である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing linear sensing characteristics of the magnetic impedance sensor according to the present invention.
【図16】図16は、磁気インピーダンスセンサを用い
た回路ブロック図である。FIG. 16 is a circuit block diagram using a magnetic impedance sensor.
【図17】図17は、アモルファスワイヤのMI効果を
示す特性図である。FIG. 17 is a characteristic diagram illustrating an MI effect of an amorphous wire.
【図18】図18は、別の実施の形態を示す正面図であ
る。FIG. 18 is a front view showing another embodiment.
1・・・・・MIセンサ板 2・・・・・絶縁物層 3・・・・・絶縁物層 4・・・・・バイアスコイル 5・・・・・負帰還コイル 6・・・・・バイアスコイル端子 7・・・・・バイアスコイル端子 8・・・・・負帰還コイル端子 9・・・・・負帰還コイル端子 10・・・・・MIセンサ端子 11・・・・・MIセンサ端子 12・・・・・絶縁保護膜 20・・・・・非磁性基板 21・・・・・コイルパターン 1 ... MI sensor plate 2 ... Insulator layer 3 ... Insulator layer 4 ... Bias coil 5 ... Negative feedback coil 6 ... Bias coil terminal 7 Bias coil terminal 8 Negative feedback coil terminal 9 Negative feedback coil terminal 10 MI sensor terminal 11 MI sensor terminal 12 ... Insulating protective film 20 ... Nonmagnetic substrate 21 ... Coil pattern
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯口 昭代 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−1 ミネベ ア株式会社開発技術センタ−内 (72)発明者 毛利 佳年雄 愛知県名古屋市天白区天白町大字島田黒石 3911の3 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akiyo Yuguchi 173-1 Asana-machi, Asaba-cho, Iwata-gun, Shizuoka Prefecture Inside the Minebea Development Technology Center (72) Inventor Yoshinori Mouri Tenpaku, Tenpaku-ku, Nagoya-shi Shimada Kuroishi 3911-3
Claims (7)
れた薄膜磁気コアと該薄膜磁気コアの長手方向両端に設
けられた第一の電極と第二の電極からなる磁気インピー
ダンスセンサにおいて、上記薄膜磁気コアの周囲に絶縁
体を媒介してバイアスコイルと負帰還コイルを巻回した
構造を有することを特徴とする磁気インピーダンスセン
サ。1. A magnetic impedance sensor comprising a substrate made of a non-magnetic material, a thin-film magnetic core formed on the substrate, and first and second electrodes provided at both longitudinal ends of the thin-film magnetic core. A magnetic impedance sensor having a structure in which a bias coil and a negative feedback coil are wound around an insulator around the thin-film magnetic core.
コイルから構成されていることを特徴とする請求項1に
記載の磁気インピーダンスセンサ。2. The magneto-impedance sensor according to claim 1, wherein the bias coil and the negative feedback coil are constituted by thin-film coils.
間隔をもって交互に且つ同一方向に巻回されていること
を特徴とする請求項1に記載の磁気インピーダンスセン
サ。3. The magneto-impedance sensor according to claim 1, wherein the bias coil and the negative feedback coil are wound alternately at a constant interval in the same direction.
磁気コアの周囲にそれぞれ同一回数巻回されていること
を特徴とする請求項1に記載の磁気インピーダンスセン
サ。4. The magneto-impedance sensor according to claim 1, wherein the bias coil and the negative feedback coil are wound the same number of times around the thin-film magnetic core.
アから絶縁されて平行に配置された複数の薄膜導体と前
記薄膜磁気コアの上面において該薄膜磁気コアから絶縁
されて平行に配置された複数の薄膜導体とを有し、薄膜
磁気コアの上面と下面の薄膜導体の先端部をそれぞれ電
気的に接続して、一定間隔をもって交互に且つ同一方向
に巻回される上記バイアスコイルと負帰還コイルを形成
することを特徴とする請求項2に記載の磁気インピーダ
ンスセンサ。5. A plurality of thin-film conductors arranged in parallel on the lower surface of the thin-film magnetic core and insulated from the thin-film magnetic core, and a plurality of thin-film conductors arranged on the upper surface of the thin-film magnetic core and insulated from the thin-film magnetic core. A bias coil and a negative feedback coil, which are electrically connected alternately at regular intervals and in the same direction by electrically connecting the top ends of the thin film conductors on the upper and lower surfaces of the thin film magnetic core. The magneto-impedance sensor according to claim 2, wherein
、FeNiP 、FeCoP 、FeNiCoP 、CoB、NiCoB 、FeNiCoB
、FeCoB 、CoFeのめっき膜、あるいはCoZrNb、FeSiB
、CoSiB のアモルファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜
により形成されていることを特徴とする請求項1に記載
の磁気インピーダンスセンサ。6. The thin film magnetic core is made of NiFe, CoFeNi, FeP
, FeNiP, FeCoP, FeNiCoP, CoB, NiCoB, FeNiCoB
, FeCoB, CoFe plating film, or CoZrNb, FeSiB
2. The magneto-impedance sensor according to claim 1, wherein the magneto-impedance sensor is formed of a CoSiB amorphous sputtered film or a NiFe sputtered film.
れていることを特徴とする請求項1に記載の磁気インピ
ーダンスセンサ。7. The magneto-impedance sensor according to claim 1, wherein the thin-film magnetic core is heat-treated in a magnetic field.
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Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6239594B1 (en) | 1998-09-25 | 2001-05-29 | Alps Electric Co., Ltd. | Mageto-impedance effect element |
WO2002037131A1 (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-10 | The Foundation : The Research Institute For Electric And Magnetic Materials | Thin-film magnetic field sensor |
JP2003121522A (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-23 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | Thin-film magnetic field sensor |
KR20040011132A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-05 | 주식회사 씨앤케이 | Magnetic field sensor biased using planar coil |
US6707298B2 (en) | 2001-10-29 | 2004-03-16 | Yamaha Corporation | Magnetic sensor |
KR20040050128A (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-16 | 주식회사 씨앤케이 | Magnetic field sensor fabricated by multilayer PCB process |
KR100520663B1 (en) * | 2000-12-28 | 2005-10-10 | 매그나칩 반도체 유한회사 | A semiconductor device |
CN1313832C (en) * | 2002-02-19 | 2007-05-02 | 爱知知的微技股份有限公司 | Two-demensional magnetic sensors |
US7417269B2 (en) | 2002-11-21 | 2008-08-26 | Denso Corporation | Magnetic impedance device, sensor apparatus using the same and method for manufacturing the same |
WO2010005168A3 (en) * | 2008-07-11 | 2010-03-04 | (주)노바마그네틱스 | Composite of cobalt-nickel-iron ternary alloy thin film for magnet-inductive nondestructive sensor |
US8710835B2 (en) | 2009-03-19 | 2014-04-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Magnetic impedance element and magnetic sensor using the same |
WO2019111744A1 (en) * | 2017-12-08 | 2019-06-13 | 日本電産リード株式会社 | Production method of mi element, and mi element |
CN112400116A (en) * | 2018-06-27 | 2021-02-23 | 日本电产理德股份有限公司 | Magnetic impedance sensor and method for manufacturing magnetic impedance sensor |
CN117316617A (en) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 兰州大学 | GMI sensor probe, U-shaped composite structure magnetic core thereof and preparation method |
-
1997
- 1997-10-01 JP JP26908497A patent/JP4047955B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6239594B1 (en) | 1998-09-25 | 2001-05-29 | Alps Electric Co., Ltd. | Mageto-impedance effect element |
CN100403048C (en) * | 2000-10-26 | 2008-07-16 | 财团法人电气磁气材料研究所 | Thin-film magnetic field sensor |
WO2002037131A1 (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-10 | The Foundation : The Research Institute For Electric And Magnetic Materials | Thin-film magnetic field sensor |
US6642714B2 (en) | 2000-10-26 | 2003-11-04 | The Research Institute For Electric And Magnetic Materials | Thin-film magnetic field sensor |
KR100520663B1 (en) * | 2000-12-28 | 2005-10-10 | 매그나칩 반도체 유한회사 | A semiconductor device |
JP2003121522A (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-23 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | Thin-film magnetic field sensor |
US6707298B2 (en) | 2001-10-29 | 2004-03-16 | Yamaha Corporation | Magnetic sensor |
CN1313832C (en) * | 2002-02-19 | 2007-05-02 | 爱知知的微技股份有限公司 | Two-demensional magnetic sensors |
KR20040011132A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-05 | 주식회사 씨앤케이 | Magnetic field sensor biased using planar coil |
US7417269B2 (en) | 2002-11-21 | 2008-08-26 | Denso Corporation | Magnetic impedance device, sensor apparatus using the same and method for manufacturing the same |
US7582489B2 (en) | 2002-11-21 | 2009-09-01 | Denso Corporation | Method for manufacturing magnetic sensor apparatus |
KR20040050128A (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-16 | 주식회사 씨앤케이 | Magnetic field sensor fabricated by multilayer PCB process |
WO2010005168A3 (en) * | 2008-07-11 | 2010-03-04 | (주)노바마그네틱스 | Composite of cobalt-nickel-iron ternary alloy thin film for magnet-inductive nondestructive sensor |
US8710835B2 (en) | 2009-03-19 | 2014-04-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Magnetic impedance element and magnetic sensor using the same |
WO2019111744A1 (en) * | 2017-12-08 | 2019-06-13 | 日本電産リード株式会社 | Production method of mi element, and mi element |
CN111448678A (en) * | 2017-12-08 | 2020-07-24 | 日本电产理德股份有限公司 | Method for manufacturing MI element and MI element |
US20200300930A1 (en) * | 2017-12-08 | 2020-09-24 | Nidec Read Corporation | Method for producing mi element and mi element |
JPWO2019111744A1 (en) * | 2017-12-08 | 2021-04-30 | 日本電産リード株式会社 | MI element manufacturing method and MI element |
CN112400116A (en) * | 2018-06-27 | 2021-02-23 | 日本电产理德股份有限公司 | Magnetic impedance sensor and method for manufacturing magnetic impedance sensor |
CN117316617A (en) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 兰州大学 | GMI sensor probe, U-shaped composite structure magnetic core thereof and preparation method |
CN117316617B (en) * | 2023-11-29 | 2024-01-26 | 兰州大学 | GMI sensor probe, U-shaped composite structure magnetic core thereof and preparation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4047955B2 (en) | 2008-02-13 |
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