JPH0295287A

JPH0295287A - 磁電変換素子

Info

Publication number: JPH0295287A
Application number: JP63246816A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Inoue; 哲夫井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、モーターの回転数、速度、回転角などを検出
する磁気センサなどに用いられる磁電変換素子に関する
。

（従来の技術）磁気抵抗効果を利用した磁気センサとしては、半導体の
ホール効果を利用したものと、強磁性体の異方性磁気抵
抗効果を利用したものとが知られている。

この強磁性体の異方性磁気抵抗効果とは、　　Ｃｏ−旧
やＶｅ−ＮＩなどの高透磁率材料からなる薄膜の電気抵
抗が、強磁性体内を流れる電流Ｉと強磁性体の磁化Ｍの
方向に依存する現象である。

このような強磁性体の異方性磁気抵抗効果を利用した磁
電変換素子の一例を第４図に示す。

磁電変換素子１は、ガラスなどからなる基板２の表面に
、異方性磁気抵抗効果を有する強磁性体薄膜３．４が形
成されている。この強磁性体薄膜３．４は、それぞれ連
続折返しパターンを釘しており、主電流通路となる複数
の直線部分３ａ２４ａと、これらを直結する屈曲部３ｂ
、４ｂとから構成されている。そして、強磁性体薄膜３
．４の直線部分３　ａ　ｓ　４　ａは、直行するように
配置されている。

強磁性体薄膜３および４は、その一端３Ｃ１４Ｃで接続
されており、この接続部に出力端子５が形成されている
。さらに、強磁性体薄膜３および４の他端３ｄ、４ｄに
は、電流端子６．７が形成されている。

そして、この磁電変換素子１の強磁性体薄膜３．４の近
傍に外周に着磁された磁性体層を有する回転体（図示せ
ず）を配置するとともに、電流端子５．６に一定電圧を
印加して強磁性体薄膜３．４に電流（センス電流）を流
し、異方性磁気抵抗効果によるセンス電流の変化を検知
して、回転体の回転数、回転角、回転速度などを検出す
る。

ここで、強磁性体薄膜の磁化Ｍは、外部磁界の各方向成
分の中で強磁性体薄膜の膜面と平行な成分に依存し、電
気比抵抗ρは磁化Ｍの方向に対称軸をもち、ｐ　−ｐ　上５ｉｎ２θ＋ρ／／Ｃ０８２θ廟ρニーΔ
ρｅＯ３２θ （式中、θは磁化Ｍの方向を基準にした角度であり、ρ
±はθ−９０°のときの電気比抵抗、Δρはθ−０″の
ときの比抵抗ρ〃からρ工の値を差引いた値である。）にほぼ近似した形で変化する。そして、センス電流の流
れる方向と直角で強磁性薄膜３．４面と水平な外部磁界
を受けることによって、強磁性体薄膜３．４の電気抵抗
は減少する。この電気抵抗の変化をセンス電流の変化と
して検知し、変化の回数をカウントすることによって、
上述したように回転体の移動を検出することができる。

ところで、この強磁性体薄膜３．４の電気抵抗は、外部
磁界の大きさがある一定値を越えると変化しなくなる。

この際の外部磁界の強さを飽和磁界と言う。したがって
、この飽和磁界を小さくすることによって、より微小な
外部磁界に応答させることが可能となり、磁電変換素子
の感度を向上させることができる。

そして、この飽和磁界は、材料固有の異方性磁界と、材
料の形状に依存する反磁界との和として表される。

ここで、第４図に示した磁電変換素子について考えとみ
ると、この素子の感度は材料の異方性磁界と主電流通路
の反磁界によりほぼ決定される。

第５図は第４図に示した磁電変換素子の主電流通路とな
る直線部分３ａと屈曲部３ｂの拡大図である。主電流通
路の長さ℃は、主電流通路の幅Ｗおよび主電流通路の厚
さｔに比べ十分大きいので、その反磁界Ｈｄは次式で求
められる。

Ｈｄ＝　４πＭｓ　ｅ　ｔ／ｗ（式中、Ｍ　ｓは強磁性体薄膜の飽和磁化である。）し
たがって、この磁電変換素子の感度を向上させるために
は、主電流通路の幅Ｗを大きく、主電流通路の厚さｔを
小さくする必要がある。

しかしながら、主電流通路の幅Ｗは、所定の電気抵抗を
得るために決められた面積内で電流経路を長くする必要
があるため、幅Ｗを狭くして充分に電流経路を確保する
必要があり、また主電流通路の幅Ｗを大きくすると消費
電力が大きくなってしまう。また、強磁性体薄膜の厚さ
ｔについても、膜質を安定させるという意味から　５０
０人程度が下限となる。このようなことから、従来の磁
電変換素子においては、感度の向上に限界があった。

（発明が解決しようとする課題）このように、磁電変換素子の感度を向上させるためには
、強磁性体薄膜によって形成された主電流通路の反磁界
を小さくする必要がある。しかし、この反磁界を決定す
る一因である主電流通路の幅Ｗは、必要とする電気抵抗
や消費電力によって制限を受け、また他の要因である強
磁性薄膜の厚さｔは成膜条件によって制限されているた
め、ある程度以上感度を向上させることが困難であった
。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決すべくなされた
もので、磁電変換素子の主電流通路となる直線部分の形
状に依存する反磁界を小さくし、飽和磁界を小さくする
ことによって感度を向上させた磁電変換素子を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち、本発明の磁電変換素子は、基板上に形成され
た異方性磁気抵抗効果を有する強磁性体薄膜により、受
感部となる複数の主電流通路とこれら主電流通路を結ぶ
屈曲部とが構成されている磁電変換素子において、前記
主電流通路にくびれ部を設けたことを特徴としている。

（作　用）磁電変換素子の強磁性体薄膜によって形成された主電流
通路の反磁界の大きさＨｄは、次式で表される。

Ｈｄ　−Ｎ　Ｍ　ｓ　　　　　　　　　　・・・・・・
・・・（１）ここで、Ｎは反磁界係数である。素子のあ
る平面内で直線方向の反磁界係数をＮ１、この直線方向
と垂直でかつ平面内における方向の反磁界係数をＮ２、
素子面と垂直な方向の反磁界係数をＮ３とすると、次式
に示す関係を有している。

Ｎ、＋Ｎ２　＋Ｎ３−４π　　　　・・・・・・（ＩＩ
）そして、本発明の磁電変換素子において、受感部とな
る主電流通路に、電流の流れ方向に対して同一平面内で
垂直な方向にくびれを設けることによってＮ１が大きく
なる。Ｎ３はくびれの有無によってはほとんど変化しな
い。したがって、上記（ＩＩ）式の関係からＮ２が小さ
くなることになる。

ここで、直線状の受感部を何する磁電変換素子における
感度は、Ｎ２に強く依存するため、Ｎ２を小さくするこ
とにより感度を向上することが可能となる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明に係る磁電変換素子の一例を用いた磁
気センサを示す図である。

同図に示すように、磁電変換素子１０は、ガラスなどか
らなる基板１１上に、Ｃｏ−ＮｉやＰｃ−Ｎｉなどの異
方性磁気抵抗効果を有する強磁性体薄膜１２．１３が形
成されている。この強磁性体薄膜１２．１３は連続折返
しパターン形状を有し、受感部となる複数の主電流通路
部１４．１５とこれらを直結する屈曲部１６．１７とに
より構成されている。これら主電流通路部１４．１５は
、その長手方向が直線状の電流経路となり、また強磁性
体薄膜１２の主電流通路部１４と強磁性体薄膜１３の主
電流通路部１５とは、これらの７１Ｓ流方向が直行する
ように配置されている。

これら主電流通路部１４．１５は、それぞれ直線部にそ
の両側から矩形状の切り欠き１８を複数設けた形状を資
しており、すなわち直線状の幅の広い部分１４　ａ　％
　１．５　ａかくびれ部１４ｂ、１５ｂによって連結さ
れて電流の通路か構成されている。また、主電流通路部
１４と１５とは、その−方の端部１４ｃ、１５Ｃにより
接続されており、その接続部に出力端子１９か形成され
ている。さらに、主電流通路部１４．１５の他方の端部
１４ｄ、１５ｄには、それぞれ電流端子２０．２１が形
成されている。

そして、この磁電変換素子１０の電流端子２０．２１に
、センス電流を供給するための直流電源３１と、この直
流電源３１に対して直列接続された抵抗３２とをリード
線３３ａ、３３ｂを介して接続するとともに、センス電
流が強磁性体薄膜１２．１３の異方性磁気抵抗効果によ
って変化するのを検知するために、出力端子１９とリー
ド線３３ａ間に電圧計３４をリード線３５を介して接続
して、磁気センサが構成されている。

このような磁気センサは、たとえば次のようにして作製
される。

すなわち、まずガラス基板１１上に強磁性体薄膜１２．
１３を真空蒸着法やスパッタ法などによって５００人程
度に成膜する。次いて、強磁性体薄膜１２．１３をフォ
トリソグラフィ技術などを用いて、直線状の連続折返し
パターンにバターニングするとともに、主電流通路部１
４．１５にそれぞれ複数の切り欠き１８を形成すること
により、主電流通路部１４．１５を幅の広い部分１４ａ
１１５ａがくびれ部１４ｂ、１５ｂによって連結された
形状とする。

この後、出力端子１つ、電流端子２０．２１にそれぞれ
インジウム半田などによりリード線３３ａ、３３ｂ、３
５を接続し、これらリード線３３ａ、３３ｂ、３５に直
流電源３１、抵抗３２、電圧計３４を接続する。

この実施例の磁気センサは、強磁性体薄膜１２．１３の
近傍に表面岩礁された磁性体層を有する回転体などを配
置することにより、この磁性体層からの漏れ磁束の移動
によって発生する外部磁界の変化を、受感部である主電
流経路部１４．１５の異方性磁気抵抗効果によってセン
ス電流の変化として検出することができる。

上記実施例の磁気センサにおける磁電変換素子１０は、
主電流通路部１４．１５の電流の流れ方向の反磁界係数
Ｎ１が、電流の流れ方向に対して垂直方向に設けた切り
欠き１８によって形成されたくびれ部１４ｂ、１５ｂに
よって増大されているため、磁電変換素子１０の感度を
左右する同一平面内における電流の流れ方向と垂直な方
向の反磁界係数Ｎ２が減少する。これによって、主電流
通路を直線状とした従来の磁電変換素子に比べて、感度
が大幅に向上したものとなる。

なお、主電流通路の形状としては、上記実施例に示した
形状に限定されるものではなく、電流の′流れ方向に対
して垂直な方向からくびれを設け、主電流通路の電流の
流れ方向の反磁界係数Ｎ１を増大することが可能であれ
ばどのような形状としてもよく、たとえば第２図に示す
ように、円状の部分４１をくびれ部４２で連結したよう
な形状や、第３図に示すように、直線部分４３にその両
側から円弧状の切り欠き４４を設けた形状など、種々の
形状を用いることが可能である。また、くびれ部の面積
や個数などは、使用条件に合せて適宜選択される。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の磁電変換素子では、直線
状の受感部となる主電流通路にくびれ部を設けたことに
よって、この主電流通路の反磁界が、単に直線形状のも
のに比べて小さい。したがって、本発明によれば従来の
磁電変換素子に比べて感度の向上された磁電変換素子を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の磁電変換素子を用いた磁気
センサを示す平面図、第２図および第３図は第１図の磁
電変換素子の主電流通路部の変形例を示す平面図、第４
図は従来の磁電変換素子を用いた磁気センサを示す平面
図、第５図は第４図の要部を拡大して示す図である。１０・・・磁電変換素子、１１・・・基板、１２．１３
・・・強磁性体薄膜、１４．１５・・・主電流通路部、
１４ｂ、１５ｂ・・・くびれ部、１６．１７・・・屈曲
部。出願人　　　　　　株式会社　東芝代理人　弁理士　　須　山　佐　− 」１舅１Ｆ！Ｉ電二カ、

Claims

【特許請求の範囲】　基板上に形成された異方性磁気抵抗効果を有する強磁
性体薄膜により、受感部となる複数の主電流通路とこれ
ら主電流通路を結ぶ屈曲部とが構成されている磁電変換
素子において、前記主電流通路にくびれ部を設けたことを特徴とする磁
電変換素子。