專利名稱：利用依賴磁場強(qiáng)度的軟磁元件的阻抗變化的磁傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到依賴外部磁場呈現(xiàn)阻抗變化的磁傳感器，特別是，涉及到用于磁頭等的磁傳感器。
近年來，小型化和高性能電子設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)加快了進(jìn)程。比如在與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備中，用于小型化和大容量硬盤的讀出磁頭，通常利用電磁感應(yīng)的磁頭已被利用磁阻效應(yīng)的磁阻磁頭(MR磁頭)代替。然而，在進(jìn)一步提高記錄密度時(shí)，甚至MR磁頭也不能滿足。在這種情況下，強(qiáng)烈要求一種響應(yīng)于外部磁場強(qiáng)度變化呈現(xiàn)在電特性方面寬變化的新的磁元件。
此外，MR磁頭不適用于測量和檢測弱磁場方面，例如地磁強(qiáng)度或腦磁場的測量。
鑒于上面的情況，已經(jīng)建議包括用高頻電流供給的軟磁線的磁傳感器(也稱為“磁阻抗元件”)。響應(yīng)于外部磁場強(qiáng)度的變化，軟磁線呈現(xiàn)電阻和電感方面變化，也就是，呈現(xiàn)阻抗的變化。于是，阻抗變化就應(yīng)用在磁場強(qiáng)度的檢測中(日本未審查專利公開號176930/1994和248365/1995，日本電子工程學(xué)會會刊，Vol，E116，No.1.第7頁(1996))。這種磁傳感器響應(yīng)于外部磁場強(qiáng)度的變化呈現(xiàn)寬的阻抗變化，因此具有很好的磁頭性能。然而，依賴于磁場強(qiáng)度變化的阻抗變化率(即，磁場靈敏度)只有10％Oe。
為消除上述缺點(diǎn)，已經(jīng)包括用晶體管和軟磁線組合形成的振蕩電路的另外的磁傳感器。由于這種構(gòu)成，利用LC諧振來改進(jìn)靈敏度(日本磁學(xué)會期刊，Vol，19，第469頁(1995))。然而，這種磁傳感器不僅要求有源元件，而且還要求多個(gè)電阻器，電容器，和二極管。因此，生產(chǎn)成本不可避免地會增高。
另一方面，與實(shí)現(xiàn)小型化的磁傳感器，考慮使用單層的非晶金屬磁膜(日本電子工程師學(xué)會會刊，115-A，第949頁(1995))。在這種磁傳感器中，電流直接供到磁膜，以便檢測依賴外部磁場的阻抗變化。然而，與通常用作導(dǎo)線的銅、鋁的銀的這些金屬相比較，非晶金屬磁膜具有大的電阻。因此，不能完成有效的激勵(lì)，并且阻抗變化率也是小的。
此外，已經(jīng)建議包括包含銅膜的條形的濺射坡莫合金膜制成的另外的磁傳感器或磁阻抗元件(Senda等人，電子工程師學(xué)會，磁技術(shù)會議，MAG-95-126，91(1995))。另外，已經(jīng)建議包括插入具有單軸磁各向異性的Cosib膜和把銅導(dǎo)層放入其間制成的不同的磁傳感器(Morikawa等人，日本磁學(xué)會期刊，No，20，第553頁(1996))。相對于在一定范圍內(nèi)的變化外部磁場，這些磁傳感器呈現(xiàn)的阻抗變化率在-50和+120％之間。然而，磁場靈敏度不大于-5至+10％/oe。另外，控制磁各向異性是很困難的。
與此同時(shí)，在使用軟磁元件的上述磁傳感器中，在集膚效應(yīng)和渦流損耗增加的影響下，磁傳感器的阻抗是以幾十到幾百兆赫茲(MHz)的量級增加頻率。這就意味著，響應(yīng)于外部磁場強(qiáng)度變化的阻抗變化是相當(dāng)小的。
在上述通常磁傳感器中，在磁傳感器和其它電路元件或在磁傳感器周圍的導(dǎo)線之間產(chǎn)生雜散電容。這樣就導(dǎo)致磁傳感器的工作不穩(wěn)定。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供幾乎不受在磁傳感器周圍的電介質(zhì)和導(dǎo)體干擾并使其可穩(wěn)定工作的磁傳感器。
本發(fā)明的第二目的是提供磁場靈敏度是高的、制造簡單又低成本的磁傳感器。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供不僅在磁場靈敏度方面是優(yōu)秀的，而且響應(yīng)于外部磁場強(qiáng)度的變化呈現(xiàn)寬阻抗變化，因此保證穩(wěn)定工作的磁傳感器。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供能降低直流電阻，因此與包括也用作導(dǎo)體金屬的導(dǎo)線或磁金屬層相比達(dá)到較高靈敏度的磁傳感器。
本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供能抑制渦流損耗，以改進(jìn)高頻帶方面的磁特性的磁傳感器。
本發(fā)明的第六個(gè)目的是提供具有大的阻抗變化率的磁傳感器。
本發(fā)明的第七目的是提供上述類型的每個(gè)磁傳感器的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供用于檢測磁場強(qiáng)度的磁傳感器，它包括具有第一和第二表面互相相對的絕緣基片；具有第一和第二終端互相相對并安裝在絕緣基片第一表面上的軟磁元件；安裝在絕緣基片的第二表面上的導(dǎo)體；以及粘合到軟磁元件的第一和第二終端的輸出端口，用于導(dǎo)出在第一和第二終端之間軟磁元件的阻抗，阻抗改變依賴于加到軟磁元件的磁場強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了包括絕緣基片和形成在基片上的軟磁薄膜元件，還進(jìn)一步包括通過內(nèi)絕緣層由軟磁薄膜元件環(huán)繞的內(nèi)導(dǎo)層的磁傳感器。軟磁薄膜元件包括基本上由原子百分?jǐn)?shù)80-87的鈷、原子百分?jǐn)?shù)10-17的鈮和原子百分?jǐn)?shù)1-6的鋯組成的鈷-鈮-鋯薄層。
根據(jù)本發(fā)明的，還提供包括在絕緣基片上形成第一軟磁膜；在第一軟磁膜上形成第一絕緣膜；在第一軟磁膜上形成導(dǎo)電層；形成第二絕緣膜，以遮蓋除兩個(gè)末端之外的導(dǎo)電層；及形成第二軟磁膜，以遮蓋第二絕緣膜，以形成包括第一和第二軟磁膜的閉磁環(huán)路的步驟的制造磁傳感器的方法。第一和第二軟磁膜的每一個(gè)都包括基本上由原子百分?jǐn)?shù)80-87的鈷、原子百分?jǐn)?shù)10-17的鈮和原子百分?jǐn)?shù)1-6的鋯組成的鈷-鈮-鋯薄膜。
在此，將說明選擇上面指定成分的原因。在鈷-鈮-鋯薄膜的組成中，大于原子百分?jǐn)?shù)87的鈷對增加磁飽和是有利的，但對增加導(dǎo)致軟磁特性變劣的磁磁致伸縮是不利的。因此，降低了響應(yīng)于外部磁場強(qiáng)度變化的阻抗變化率。另外，要獲得非晶膜是很困難的。另一方面，小于原子百分?jǐn)?shù)80的鈷將降低磁飽和，因此，依賴于外部磁場強(qiáng)度變化的阻抗變化率就變得很小。
鋯起把鈷-鈮-鋯膜轉(zhuǎn)變成非晶膜的作用并需要原子百分?jǐn)?shù)1或更多的含量。大于原子百分?jǐn)?shù)6是不利的，因?yàn)榇胖律炜s的增加將導(dǎo)致軟磁特性的惡化。
關(guān)于鈮，原子百分?jǐn)?shù)10-16的含量是最好的，因?yàn)閷⑦_(dá)到零的磁致伸縮。小于原子百分?jǐn)?shù)10將增加正的磁致伸縮，將引起軟磁特性的惡化，即，阻抗變化率的惡化。另一方面，大于原子百分?jǐn)?shù)16是不利的，因?yàn)榇棚柡鸵档汀?br> 由于在本發(fā)明中使用了薄膜技術(shù)，于是就容易進(jìn)行一些細(xì)微的處理。像其它薄膜磁傳感器一樣，本發(fā)明的磁傳感器在與使用線材料的那些方面相比是優(yōu)秀的。
根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電層和磁性層是互相絕緣的，以便降低渦流損耗。因此，在高頻帶方面的性能是優(yōu)秀的。


圖1A和1B分別表示沒有任何雜散電容和有雜散電容的通常磁傳感器的等效電路；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例磁傳感器的透視圖；圖3表示圖2磁傳感器的等效電路；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的磁傳感器的透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的磁傳感器的透視圖；圖6是對圖5中的磁傳感器改進(jìn)的，根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的磁傳感器的透視圖；圖7是對圖5中磁傳感器另一種改進(jìn)的，根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的磁傳感器的透視圖；圖8是對圖6中磁傳感器改進(jìn)的，根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的磁傳感器的透視圖；圖9是相對于圖3等效電路中的各種L0值的阻抗與頻率關(guān)系的曲線圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例磁傳感器的透視圖；圖11表示阻阻抗2、電阻R和電感L與外部磁場的關(guān)系圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例磁傳感器的透視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例磁傳感器的透視圖；圖14是圖13中磁傳感器的截面圖；圖15是對圖11磁傳感器的改進(jìn)，根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的磁傳感器的部分截面圖；圖16表示圖10磁傳感器的阻抗與頻率的關(guān)系曲線圖；圖17表示圖13的磁傳感器的阻抗Z、電阻R和電感L與頻率的關(guān)系圖；圖18是本發(fā)明第十二初稿例的磁傳感器的透視圖；圖19是圖18中說明的磁傳感器的截面圖；圖20是圖18中說明的磁傳感器的縱向截面圖；圖21A、21B、21C、21D、21E和21F是用于說明圖18中說明的磁傳感器的制造過程圖；圖22表示圖18的磁傳感器的阻抗與外部磁場的關(guān)系；
圖23是根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的磁傳感器的截面圖；和圖24表示圖23的磁傳感器Z、L和R與外部磁場的關(guān)系。
在以前本發(fā)明最佳實(shí)施例的描述，在以后將描述的通常磁傳感器都是對本發(fā)明的最好理解。
參考圖1，使用如線之類的軟磁元件的通常磁傳感器由具有兩端的等效電路表示。磁傳感器檢測磁場強(qiáng)度的變化作為軟磁線阻抗的變化。阻抗由Z＝R+jωL表示(ω是提供到軟磁線的交流電流的角頻率)。特別是，電阻R和電感L的值的變化依賴于外部磁場。詳細(xì)描述如下。
當(dāng)軟磁線是由高頻電流供給時(shí)，形成環(huán)繞軟磁元件的磁場。當(dāng)提供到軟磁線的外部磁場Hex等于零時(shí)，軟磁線沿容易磁化的軸激盛并由磁疇壁的運(yùn)動(dòng)完成磁化過程。因此，當(dāng)供電電流具有幾兆赫茲(Mhz)或更多的頻帶的頻率(f)時(shí)，相對導(dǎo)磁率大概等于1以及電感L具有由導(dǎo)電層通過空心確定的小值。另一方面，當(dāng)施加外部磁場Hex時(shí)，磁化從激勵(lì)方向傾斜并完成磁化的旋轉(zhuǎn)磁化過程。因此，軟磁線的相對導(dǎo)磁率就增加并在Hex＝HK(HK是各向性磁場)具有最大值。另外，在Hex＞HK時(shí)，在外部磁場Hex的分向上，磁化被固定相對導(dǎo)磁率再次降低。因此，電感L依賴于外部磁場強(qiáng)度Hex的變化并具有大約Hex＝HK的最大值。
另一方面，當(dāng)供電電流具有幾兆赫茲(MHz)的頻帶的頻率f時(shí)，電阻R基本上由導(dǎo)體的直流(d、c)電阻確定。然而，在10MHz或更大數(shù)量級的頻帶情況下，在渦流損耗和集膚效應(yīng)影響下，電阻R就增加。集膚效應(yīng)由方程式(1)給出的集膚深度δ來確定δ＝μρ/(πfμ)， (1)在此，ρ，f，和μ分別表示電阻率，頻率，和導(dǎo)磁率。從方程式(1)將可理解，在相對于膜厚度集膚效應(yīng)不可忽視的高頻率f時(shí)，當(dāng)導(dǎo)磁率μ依賴于外部磁場Hex增加時(shí)，集膚深度減小并且電阻增加。因此，在要求考慮集膚深度δ的高頻范圍中，電阻也與外部磁場Hex的改變相一致。
在上述磁傳感器中，在幾兆赫茲(MHz)量級的頻帶中，相對導(dǎo)磁率基本等于1。因此，對應(yīng)于外部磁場的電感L的改變是小的，然而，當(dāng)外部磁場在強(qiáng)度上等于各向異性磁場時(shí)，利用相對導(dǎo)磁率具有最大值的特性，就能增加阻抗依賴于外部磁場強(qiáng)度變化的變化。
于是，使用軟磁元件的磁傳感器就能把檢測外部磁場強(qiáng)度的變化作為阻抗的變化。
參見圖1B，在通常磁傳感器，雜散電容C產(chǎn)生在傳感元件和其它電路元件的在其周圍的導(dǎo)線之間。雜散電容C就構(gòu)成不穩(wěn)定工作的因素。
現(xiàn)在，參考附圖將描述本的最佳實(shí)施例。
第一實(shí)施例參見圖2，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的磁傳感器31包括絕緣基片37、支撐在絕緣基片37上表面上作為軟磁元件的導(dǎo)電軟磁線33、形成在絕緣基片37背面上的接地導(dǎo)體膜35，和從絕緣基片27上表面部分延伸到一個(gè)其側(cè)表面部分，由此連接軟磁線33的一端和接地導(dǎo)體膜35的一端的連接導(dǎo)體39。
磁傳感器31是分別從軟磁線33和接地導(dǎo)體35提以的具有兩個(gè)輸入端(圖中右上側(cè))的兩端元件。該兩端元件具有圖3中說明的等效電路。在圖3中，電容C產(chǎn)生在接地導(dǎo)體膜35和軟磁線33之間。等效電路的電阻R1電抗X、阻抗Z和諧振頻率f0由方程式(2)-(5)給出R=R02+2R0ω4L02+ω2(R02C2-4L0C)+4-----(2)]]>X=ωL02+ω4(2L0-R02C-ω2L02C)ω4L02+ω2(R02C2-4L0C)+4-----(3)]]>z＝R+jωX (4)fO=12π2L0C--------(5)]]>在具有圖3中等效電路的磁傳感器中，阻抗響應(yīng)于外磁場強(qiáng)度變化而變化并在諧振頻率f0附近急劇地變化。于是，在諧振頻率f0附近阻抗變化大于遠(yuǎn)低于諧振頻率f0的頻帶的阻抗變化。
在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的磁傳感器中，阻抗響應(yīng)于外磁場而變化。因此，磁傳感器的諧振頻率也變化。因此，用供給到磁傳感器的電流的最佳頻率，檢測外磁場中的變化就可作為很大的阻抗變化率。換句話說，磁場靈敏度就能增加。
因此，第一實(shí)施例包括接地導(dǎo)體膜35，因此就能抑制先有技術(shù)中雜散電容的發(fā)生。另外，由于供到軟磁線33的電流的電場集中到接地導(dǎo)體膜35和通過其電流的連結(jié)導(dǎo)體39之間的區(qū)域。因此，磁傳感器對干擾不敏感，因此不具有接地導(dǎo)體膜35的通常的磁傳感器相比，工作就穩(wěn)定。從而，磁場的檢測，甚至當(dāng)磁傳感器工作在低于LC中的諧振頻率的頻帶都能能穩(wěn)定地完成。
第一實(shí)施例的磁傳感器的例子如下。
使用具有直徑50μm的長度5mm的坡莫合金線作為軟磁線33和使用聚酰亞胺膜作為具有高厚度140mm的絕緣基片37。聚酰亞胺膜具有形成在兩個(gè)表面上的35mm厚的銅箔。在聚酰亞胺膜上的銅箔之一用作接地導(dǎo)體膜35，而另一個(gè)銅箔局部地除去，剩下連接導(dǎo)體39以短路到作為接地導(dǎo)體膜35的一個(gè)銅箔。此外，坡莫合金線的一端被焊接到作為連接導(dǎo)體39的另一銅箔。
于是得到的磁傳感器31受到阻抗變壞的測量。特別是，10MHz的高頻電流加在坡莫合金線33的另一端和接地導(dǎo)體膜35之間。以坡莫合金線33的縱方向施加外磁場Hex。在這種情況下，Hex＝0Oe的參考值，在Hex＝3Oe時(shí)，阻抗變化率具有38％/Oe的最大值。
第二實(shí)施例參考圖4，根據(jù)第二實(shí)施例的磁傳感器41包括作為絕緣基片的絕緣膜45，作為軟磁元件連接到絕緣膜45的一個(gè)表面的軟磁線33，作為地導(dǎo)體以平行于軟磁線33連接到絕緣膜45的另一個(gè)表面的導(dǎo)線43，和作為連接導(dǎo)體連接軟磁線33的一端與接地導(dǎo)線32的短路導(dǎo)線47。磁傳感器41是具有兩個(gè)外部連接端的兩端元件，其外接端分別在軟磁線33和接地導(dǎo)體線43的另一端。
在磁傳感器41中，軟磁線33、接地導(dǎo)體線43、短路導(dǎo)線47和絕緣膜45分別對應(yīng)于圖2的磁傳感器31中的軟磁線33、接地導(dǎo)體膜35、絕緣體37、和連接導(dǎo)體39。因此，磁傳感器也用圖3的等效電路表示和其工作基本上與第一實(shí)施例相同。
第二實(shí)施例的磁傳感器41的例子如下。
具有直徑50μm和長度5mm作為軟磁線33的坡莫合金線和具有直徑50μm和長度5mm作為接地導(dǎo)線43的銅線分別粘合到具有厚度70μm作為絕緣膜45的聚酰亞胺膜的兩個(gè)表面。坡莫合金線和銅線的一端被短路導(dǎo)線47短路，以獲得磁傳感器41。然后，磁傳感器41受到阻抗變化的測量。特別是，10MHz的高頻電流加在坡莫合金線33和銅線43的另一端之間。另外，以坡莫合金線33的縱向施加外磁場Hex。在這種情況下，阻抗變化率在Hex＝30Oe時(shí)具有最大值29％/Oe。
第一比較例子為比較的目的，僅使用具有直徑50μm和長度5mm的坡莫合金線和在單獨(dú)坡莫合金線的兩端施加10MHz的高頻電流。然后，以坡莫合金線的\縱向施加外磁場Hex。在這種狀態(tài)下，檢測阻抗變化。其結(jié)果，在Hex＝30Oe時(shí)，阻抗變化不大于8％/Oe。
第三實(shí)施例參見圖5，根據(jù)第三實(shí)施例的磁傳感器49除了軟磁線33之間是用插入通過心線53的導(dǎo)線的軟磁管51代替之外，其余與圖2的軟磁傳感器31相同。心線53的一端連接到用焊接或類似方法的連接導(dǎo)體39。
不難理解，磁傳感器49也形成由圖3中等效電路表示的兩端元件。
第三實(shí)施例的磁傳感器49的例子如下。
具有直徑100μm作為心線53的銅線通常是以同軸形式插入通過具有外徑200μm的作為軟磁管51的坡莫合金管。坡莫合金80銅線的組合在以后為簡潔描述，被稱為同軸軟磁線。使用同軸軟磁線和聚酰亞胺膜與在第一實(shí)施例中使用的相同(即，形成在兩個(gè)表面上具有總厚度140mm的銅膜)，圖5中磁傳感器49以第一實(shí)施例的相同方式制造。于是獲得的磁傳感器49受到阻抗變化的測量。特別是，1MHz的高頻電流加在同軸軟磁線的心線的一端和接地導(dǎo)體膜35之間。此外，以坡莫合金管的縱向施加外磁場Hex。結(jié)果是，在Hex＝4Oe時(shí)，阻抗變化率具有最大值21％/Oe。
第四實(shí)施例參見圖6，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的磁傳感器55是圖5磁傳感器的改進(jìn)。圖5磁傳感器中的按地導(dǎo)體膜35和接地導(dǎo)體39分別由接地導(dǎo)線43和短路導(dǎo)線47代替，以及同軸軟磁線(51，53)和接地導(dǎo)線43分別以第二實(shí)施例(圖4)的相同方式附連到絕緣膜45的兩個(gè)表面。
第四實(shí)施例的磁傳感器55的例子說明如下。
通過利用包括具有外徑200μm的坡莫合金管(51)和具有直徑100μm的銅線(53)，與那些使用在第二實(shí)施例中相同的銅線(43)和聚酰亞胺膜(45)一起，來制造圖6中的磁傳感器55。于是得到的磁傳感器55受到依賴于外磁場強(qiáng)度阻抗變化的測量。特別是，1Mhz的高頻電流加在同軸軟磁線的銅線53的一端和接地導(dǎo)線43之間，并以坡莫合金管51的縱向施加外磁場Hex。結(jié)果是，在Hex＝4Oe地，阻抗變化率具有最大值16％/Oe。
第二比較例子除了除去接地導(dǎo)線43之外，與圖6相似的磁傳感器55的磁傳感器準(zhǔn)備作為比較例子。1MHz電流加在比較例子的同軸軟磁線的導(dǎo)線的兩端之間。在這種狀態(tài)下，測量阻抗的磁場相關(guān)性。結(jié)果是，在Hex＝4Oe時(shí)，阻抗變化率具有最大值6％/Oe。
第五實(shí)施例參見圖7，根據(jù)第五實(shí)施例的磁傳感器57是圖5的磁傳感器的改進(jìn)。特別是，磁傳感器57具有插入在軟磁管51和形成同軸軟磁線的心線53之間的級層59。
第五實(shí)施例的磁傳感器57的例子說明如下。
具有直徑0.5mm作為心線53的銅線是用乙烯基覆蓋膜覆蓋作為絕緣層59。此外，絕緣層59是用具有厚度50μm的坡莫合金箔覆蓋作為軟磁管51，以得到同軸軟磁線。利用有銅箔的聚酰亞胺，磁傳感器57就以類似于第一實(shí)施例的方式制造。于是得到的磁傳感器57受到信賴于外磁場阻抗變化的測量。特別是，10MHz的高頻電流加在同軸軟磁線的心線53的一端和地導(dǎo)膜35之間。此外，以坡莫合金管的縱向施加外磁場Hex。結(jié)果是，在Hex＝3Oe時(shí)，阻抗變化率具有最大值48％/Oe。
第六實(shí)施例參見圖8，根據(jù)第六實(shí)施例的磁傳感器61是第四(圖6)或第五(圖7)實(shí)施例的改進(jìn)。特別是，以類似于圖7的方式，絕緣層59是介入在軟磁管51和心線53之間，形成圖6中的同軸軟磁線。
磁傳感器61的例子說明如下。
通過利用類似于使用在與銅線一起的第五實(shí)施例的同軸軟磁線和類似于那些使用在第二實(shí)施例中的聚酰亞胺膜來制造圖8中的磁傳感器61。然后，磁傳感器61受到依賴于外磁場強(qiáng)度阻抗變化的測量。特別是，10MHz的高頻電流加在同軸軟磁線的心線53的一端和接地導(dǎo)線43之間。此外，以坡莫合金管的縱向施加外磁場Hex。結(jié)果是，在Hex＝3Oe時(shí)，阻抗變化率具有最大值為31％/Oe。
第三比較例子作為第三比較例子，除去圖8磁傳感器61中的接地導(dǎo)線43，以形成包括具有絕緣層59的同軸軟磁線的磁傳感器。10MHz的電流加在磁傳感器的兩端，以測量阻抗與磁場的相關(guān)性。結(jié)果是，在Hex＝3Oe時(shí)，阻抗變化率具有像8％/Oe小的值。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一到第六實(shí)施例的每個(gè)磁傳感器具有接地導(dǎo)體，以便具有在圖3中說明的等效電路。在這種情況下，響應(yīng)于外磁場強(qiáng)度變化的阻抗變化就能通過使用LC諧振進(jìn)一步擴(kuò)大。為說明上面的，在等效電路中電感L的值是變化的，而電阻R和電容C分別保持恒定3Ω和200PF。根據(jù)方程式(2)到(5)，在圖9中計(jì)算并繪制阻抗Z。
在上述實(shí)施例中，選擇坡莫合金作為軟磁材料。就那種材料能形成線而言，一般用作軟磁材料的大多數(shù)的那些金屬材料都能達(dá)到相同的效果，例如可用鈷-鐵-硅-鉍(Co-Fe-Si-Bi)代替。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一到第六實(shí)施例的每個(gè)磁傳感器包括軟磁線或帶有插入穿過導(dǎo)體心的同軸軟磁線，接地導(dǎo)體，和插入其間的絕緣體。由于這種結(jié)構(gòu)，就可能抑制在軟磁元件和導(dǎo)體周圍之間雜散電容的產(chǎn)生并通過防止干擾，達(dá)到穩(wěn)定工作。另外，利用從絕緣體和導(dǎo)體的附加產(chǎn)生的電容，LC諧振頻率就能隨意設(shè)計(jì)。利用跟隨依賴于外磁場的電感L的變化的阻抗的急成蟲變化，靈敏度與通常的傳感器相比較就從幾倍到幾十倍的顯著地改進(jìn)。另外，本發(fā)明的磁傳感器僅包括把包含導(dǎo)體層或絕緣和導(dǎo)線的組合的絕緣體加到作為軟磁元件的線材料。于是，減少元件的數(shù)量并且不需要像濺射裝置這樣的昂貴設(shè)備，因此可以以低成本得到磁傳感器。因此，本發(fā)明的磁傳感器是非常有效的用作磁頭及其類似的。
第七實(shí)施例參見圖10，根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的磁傳感器63包括介電質(zhì)板件或玻璃基片65，作為沿預(yù)定方向具有上和下表面的絕緣基片，線條狀軟磁薄膜71作為具有預(yù)選寬度的軟磁元件并附著在玻璃基片65的上表面部分。軟磁薄膜71具有作為輸入和輸出端67和69的相對的端，以便在其間供給電流。磁傳感器63是用于檢測當(dāng)軟磁薄膜71在橫切預(yù)定方向的方向上加有磁場時(shí)引起的電流變化，如阻抗變化。在磁傳感器63中，電容是有意地在玻璃基片65的下表面沉積接地導(dǎo)體膜35作為導(dǎo)體形成的。
軟磁薄膜71形成具有輸入和輸出端67和69的兩端元件。兩端元件具有圖3中說明的等效電路。在圖3中，已表示有意地形成在接地導(dǎo)體膜35和軟磁薄膜71之間的電容。等效電路具有分別由方程式(2)至(4)給出的電阻R、電抗X和阻抗Z，并具有由方程式(5)給出的諧振頻率，如上面所述。
在具有圖3中等效電路的元件中，元件的阻抗響應(yīng)于外磁場的變化而變化。應(yīng)注意的是，在諧振頻率附近阻抗是急劇地變化。因此，通過監(jiān)測在諧振頻率附近的阻抗的變化，與低于諧振頻率很多的低頻范圍的監(jiān)測相比，就能獲得較寬的輸出。
在本實(shí)施例中的磁傳感器具有有意提供的電容C，因此與通常沒有接地導(dǎo)體膜35的磁傳感器相比工作是穩(wěn)定的。因此，甚至當(dāng)在上述通常的磁傳感器的LC諧振中，工作在低于諧振頻率的頻帶中磁傳感器就能穩(wěn)定地完成磁場的檢測。
將描述在第七實(shí)施例(圖10)中利用高頻磁控管濺射制造磁傳感器63的方法。
首先，制備具有厚度200mm、寬度10mm，和長度20mm的玻璃基片。然后，具有厚度4μm，寬度4mm，和長度14mm的鈷-鈮-鋯的條形狀軟磁薄膜71用濺射方法沉積在玻璃基片65的上表面部分。其次，具有厚度1μm，寬度10mm，和長度20mm的銅接地導(dǎo)體膜35也沉積在玻璃基片65的下表面。用EPMA(電子探針微量分析)分解軟磁薄膜71以具有原子百分?jǐn)?shù)83.7的鈷、原子百分?jǐn)?shù)2.8的鋯、和原子百分?jǐn)?shù)13.5的鈮的成分。
磁傳感器63在真空5.0×10-5乇或更低真空下，在旋轉(zhuǎn)磁場H＝500Oe之下，在400℃加熱2小時(shí)，以馳緩在膜的沉積期間，已引入的磁的各向異性。此后，在相同強(qiáng)度的靜磁場下，在相同等級真空中，完成熱處理以在磁傳感器36的橫向方向上引入單軸磁各向異性。
當(dāng)加熱處理時(shí)，磁傳感器63加上40MHz的電流并測量依賴于外磁場(Hex)變化的阻抗。在圖11中說明測量數(shù)據(jù)。阻抗變化率是(188％/7.6Oe和平均磁場靈敏度是24.7％/Oe。在Hex＝7Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是65.8％/Oe。
第四比較例子作為第四比較例子，除了接地導(dǎo)體膜35不形成在玻璃基片65的下面之外，磁傳感器的實(shí)驗(yàn)制備類似于第七實(shí)施例(圖10)的磁傳感器。以類似于圖10的第七實(shí)施例的磁傳感器31例子的制造方式完成在玻璃基片65的上表面形成鈷-鈮-鋯(Co-Nb-Zr)的軟磁場薄膜)1的過程。在形成軟磁薄膜71之后，也以相同方式完成熱處理。也分解軟磁薄膜71，以具有原子百分?jǐn)?shù)83.6的鈷、原子百分?jǐn)?shù)2.7的鋯，和原子百分?jǐn)?shù)13.7的鈮的成分。40MHz的電流提供到第四比較例子的磁傳感器并測量外磁場與阻抗的相關(guān)性。阻抗變化率是37％/8.6Oe，平均磁場靈敏度是4.3％/Oe。在Hex＝70Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是9.5％/Oe。
第八實(shí)施例參見圖12，根據(jù)用環(huán)控管濺射方法制造的第八實(shí)施例的磁傳感器73與第七實(shí)施例不同，將在下文詳細(xì)描述。
第八實(shí)施例的磁傳感器73制造如下。制備具有厚度200μm、寬度10mm、和長度200mm的玻璃基片65。然后，在玻璃基片65的上表面部分沉積具有厚度4μm、寬度4mm，和長度14mm鈷-鈮-鋯的線條狀軟磁薄膜71的低的部分。其次，具有厚度1μm、寬度2mm，和長度20mm的銅膜75形成在軟磁薄膜71的軟低部分的中心線上。此后，軟磁薄膜71的較低部分超過銅膜75的上表面，鈷-鈮-鋯的軟磁薄膜71的上部分沉積為最大厚度4μm、寬度4mm、和長度14mm。最后，在玻璃基片65的下表面、銅接地導(dǎo)體膜35沉積具有厚度1μm、寬度10mm、和長度20mm。
軟磁薄膜71也分解為具有原子百分?jǐn)?shù)83.4的鈷、原子百分?jǐn)?shù)3.0的鋯，和原子百分?jǐn)?shù)13.6的鈮。
以類似于第七實(shí)施例方式，單軸磁各向異性橫方向引入磁薄膜71中。其次，磁傳感器73的上80MHz的電流并由施加的外磁場的變化測量阻抗變化率。阻抗變化率是85％/8.1Oe，平均磁場靈敏度是10.7％/Oe。在Hex＝7Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是25.1％/Oe。
第五比較例子除了接地導(dǎo)體膜35不形成在玻璃基片35的低表面之外，第五比較例子的磁傳感器是以類似于第八實(shí)施例(圖12)的磁傳感器73方式實(shí)驗(yàn)地制備。于是，第五比較例子磁傳感器包括形成在玻璃基片65上表面的鈷-鈮-鋯軟磁薄膜71和銅膜75。
在類似于第八實(shí)施例的情況下，完成熱處理以引入磁各向異性。此后，加入80MHz的電流。在這種情況下，測量外磁場(Hex)與阻抗的相關(guān)性。結(jié)果是，阻抗變化率是50％/9Oe，平均磁場靈敏度是大約6％/Oe。在Hex＝7Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是12.3％/Oe。
第九實(shí)施例參見圖13和14，以即將描述的方式用磁控管濺射方式制造的第九實(shí)施例的磁傳感器77。首先，制備具有厚度200μm，寬度10mm，和長度20mm的玻璃基片65。然后，在玻璃基片65的上表面部分沉積具有厚度4μm，寬度4mm，和長度14mm的鈷-鈮-鋯的第一線條形狀的軟磁薄膜79。此后，在第一軟磁薄膜79上形成具有厚度0.5μm、寬度3mm、和長度18mm的第一二氧化硅(SiO2)膜81。其次，在第一二氧化硅膜81上沉積具有厚度1μm，寬度2mm，和長度20mm的銅膜75。此外，在第一SiO2膜81和銅75上形成具有厚度0.5μm，寬度3mm，和長度18mm的第二SiO2膜83。此外，在第一軟磁薄膜79和第二SiO2膜83上形成具有厚度4μm，寬度4mm，和長度14mm的第二線條狀軟磁薄膜85。最后，具有厚度1μm、寬度10mm，和長度20mm的銅地導(dǎo)膜35沉積在玻璃基片65的下表面上。
第一和第二軟磁薄膜79和85的每一個(gè)都具有由EpMA分解的原子百分?jǐn)?shù)84.1的鈷、原子百分?jǐn)?shù)2.7的鋯，和原子百分?jǐn)?shù)13.2的鈮的成分。
以類似于第七實(shí)施例方式，單軸磁各向異性以橫向方向引入磁薄膜79和85，然后，磁傳感器77被供給120MHz的電流，并施加強(qiáng)度變化的外磁場Hex測量阻抗。結(jié)果是，阻抗變化率是35％/8.0Oe，平均磁場靈敏度是4.3％/Oe。在Hex＝7Oe時(shí)，表示相對于外磁場Hex阻抗變化的曲線呈現(xiàn)具有205％/Oe的最大阻抗變化梯度。
第六比較例子除了接地導(dǎo)體膜35不形成在玻璃基片65的下表面之外，第六比較例子的磁傳感器以類似于第九實(shí)施例(圖13和圖14)的磁傳感器77實(shí)驗(yàn)地制備。
在類似于第九實(shí)施例的情況下，完成熱處理以引入磁各向異性。此后，提供給120MHz的電流。在這種狀態(tài)下，測量外磁場與阻抗的相關(guān)性。結(jié)果是，阻抗變化率是120％/8.2Oe，平均磁場靈敏度大約是14.6％/Oe。在Hex＝7Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是23％/Oe。
第十實(shí)施例參見圖15，除了第一和第二軟磁薄膜79和85被每個(gè)具有堆積結(jié)構(gòu)的第一和第二軟磁層87和91代替之外，第十實(shí)施例的磁傳感器95具有與第九實(shí)施例(圖13和14)磁傳感器77相似的結(jié)構(gòu)。
磁傳感器95以如下方式制造。首先，制備具有厚度200μm、寬度10mm，和長度20mm的玻璃基片65。然后，在玻璃基片65的上表面部分沉積具有厚度1μm、寬度4mm，和長度14mm的鈷-鈮-鋯的軟磁薄膜87a。其次，在軟磁薄膜87a上形成具有厚度0.1μm、寬度4mm、和長度18mm的AlN膜89a。同樣的，類似的軟磁薄膜87b至87d和類似的AlN膜89b和89c交替沉積，以形成具有三個(gè)AlN膜插入的堆積結(jié)構(gòu)的第一軟磁層87。此后，在第一軟磁層87上，特別是在最上面的軟磁薄膜87d的上表面沉積具有厚度0.5μm、寬度3mm，和長度18mm的AlN膜81。其次，除兩端之外，在AlN膜81上形成具有厚度1μm，寬度2mm，和長度20mm的銅膜75。然后，在AlN膜81和銅膜75上，形成具有厚度0.5μm，寬度3mm，和長度18mm的AlN膜83。然后，在AlN膜83上和在第一軟磁層87上，在最上面的軟磁薄膜87d上，另外設(shè)置鈷-鈮-鋯的軟磁薄膜91a至91d和交替沉積三個(gè)AlN膜93a至93c，以形成具有插入三個(gè)AlN膜的第二軟磁層91。最后，具有厚度1μm，寬度10mm，和長度20mm的銅地導(dǎo)膜35沉積在玻璃基片65的下表面。軟磁薄膜87a至87d和91a至91d的每個(gè)具有原子百分?jǐn)?shù)83.5的鈷、原子百分?jǐn)?shù)3.1的鋯，和原子百分?jǐn)?shù)13.4的鈮的成分。
以類似于第七實(shí)施例的方式，單軸磁各向異性以橫方向插入軟磁層。然后，磁傳感器95供給120MHz的電流并在強(qiáng)度不同變化的外磁場(Hex)中測量阻抗。結(jié)果是，阻抗變化率是212％/δOe，平均磁場靈敏度是26.5％/Oe。在Hex＝7Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是128％/Oe。
第七比較例子除了接地導(dǎo)體膜35不形成在玻璃基片65的下表面外，第七比較例子的磁傳感器是以類似于第九實(shí)施例(圖15)的磁傳感器77實(shí)驗(yàn)地制備。在類似于第九實(shí)施例的情況下完成熱處理，以便引入磁各向異性。此后，供給120MHz的電流。在這種情況下，測量外磁場與阻抗的相關(guān)性。結(jié)果是，阻抗變化率是83％/8.5Oe，平均磁場靈敏度是大約9.8％/Oe。在Hex＝7Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是22.5％/Oe。
第十一實(shí)施例除了鈷-鈮-鋯的軟磁薄膜81和83是由4μm厚度的坡莫合金代替之外，根據(jù)第十一實(shí)施例的磁傳感器是類似于第九實(shí)施例(圖13和14)的磁傳感器77。
磁傳感器在靜磁場H＝500Oe下，在真空5.0×10-6乇或更低中，在500℃加熱2小時(shí)，以便以橫方向引入單軸磁各向異性。此后，磁傳感器被加以40MHz的電流，并測量外磁場(Hex)與阻抗、電感、和電阻的相關(guān)性。阻抗變化率是72％/40Oe，平均磁場靈敏度是18.0％/Oe。在Hex＝2.5Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是43％/Oe。
第八比較例子除了省略接地導(dǎo)體膜35(圖13和14中)之外，第八比較例子的磁傳感器是以類似于第十一實(shí)施例中的磁傳感器實(shí)驗(yàn)地制造。像第十一實(shí)施例中一樣，加以40MHz的電流。在這種情況下，測量磁場與阻抗的相關(guān)性。結(jié)果是，阻抗變化率是35％/4.1Oe，平均磁場靈敏度大約是8.5％/Oe。在Hex＝2.5Oe時(shí)，最大磁場靈敏度是16％/Oe。
根據(jù)每個(gè)上述本發(fā)明的第七至第十一實(shí)施例，在使用軟磁薄膜的磁傳感器中，檢測阻抗變化，在外磁場強(qiáng)度中的變化，形成接地導(dǎo)體膜(地電極)以便有意提供電容。因此，磁傳感器優(yōu)點(diǎn)在于工作穩(wěn)定并能利用圖3等效電路中伴隨LC諧振阻抗的急劇變化。于是，就能消除上述通常傳感器中的缺點(diǎn)。
在圖3等效電路中電容C的值就能在設(shè)計(jì)階段中選定一個(gè)特定值。在圖中說明的電阻R0和電感L0依賴于外磁場變化。
特別是，在具有由方程(2)至(4)給出阻抗的等效電路中，電感L是隨著分別保持常數(shù)3Ω和200PF的電阻R和電容C而不同的變化。在這種情況下，在圖6中計(jì)算和繪制阻抗。如已經(jīng)描述的，在本發(fā)明第七至第十一實(shí)施例的每個(gè)磁傳感器中，軟磁膜的導(dǎo)磁率在外磁場作用下發(fā)生變化。因此，在圖16中所示的電感L的變化實(shí)際上由外磁場引起的。例如，假定，當(dāng)加上70MHz的電流時(shí)，由于施加磁場導(dǎo)磁率就增加并且電感L從20nH變到50nH。在這種情況下，阻抗從12Ω變到80Ω，呈現(xiàn)600％或更多一點(diǎn)的阻抗率。特別是，在集膚效應(yīng)的影響下，電阻的變化情況不是那么簡單的。
圖17表示在第九實(shí)施例中測量的頻率與阻抗的關(guān)系，基本上具有與圖16中說明的相同趨勢。于是，應(yīng)注意的是，跟隨對磁傳感器施加磁場的阻抗變化將引起磁傳感器的諧振頻率的變化。因此，利用供給電流的最佳頻率，在外磁場強(qiáng)度中的變化就能被檢測為很大的阻抗變化率。
在第九和第十實(shí)施例中，軟磁薄膜是由非晶鈷-鈮-鋯形成。在第十一實(shí)施例中，使用坡莫合金。然而，任何在軟磁效應(yīng)中優(yōu)秀的材都可代替使用。從低阻電極金屬，如鋁、銀和金選擇的任何材料都能代替銅的使用。絕緣膜能夠用絕緣優(yōu)秀的各種成分，如三氧化二鋁(Al2O3)和四氧化三硅(Si3O4)來代替二氧化硅(SiO2)和AlN。
現(xiàn)在，將描述具有包括在圖13、14和15中所示的類似于第九和第十實(shí)施例的鈷-鈮-鋯膜的輪箔元件的磁傳感器，但沒有如在第六和第七比較例子已經(jīng)描述的接地導(dǎo)體膜。應(yīng)注意的是，利用基本上由原子百分?jǐn)?shù)80-87的鈷、原子百分?jǐn)?shù)10-17的鈮，和原子百分?jǐn)?shù)1-6的鈷組成的特定成分的鈷-鈮-鋯膜，沒有地導(dǎo)膜的磁傳感器具備有15％/Oe以上的改進(jìn)的磁場靈敏度。
第十二實(shí)施例本實(shí)施例類似于圖13和14的第九實(shí)施例但沒有如在第六比較例子中的接地導(dǎo)體膜35。
參見圖18至20，根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的磁傳感器85包括作為絕緣基片的玻璃基片65，和在玻璃板65上形成的軟磁元件。磁元件是多層覆蓋型結(jié)構(gòu)并包括，作為軟磁元件的外包層，包括具有厚度1μm的鈷-鈮-鋯膜的軟磁層99，作為軟磁元件的心導(dǎo)體具有厚度1μm的并形成在中心部分的銅膜75，包括插在軟磁層99和導(dǎo)體層75之間的0.5μm厚的二氧化硅(SiO2)膜81和83的絕緣層101。
軟磁層99包括形成在玻璃基片65上的第一軟磁薄膜79，和形成在第一軟磁薄膜79上的第二軟磁薄膜85。絕緣層101包括作為第一和第二絕緣膜的SiO2膜81和93。第一絕緣膜81插在銅膜75和第一軟磁薄膜79之間，而第二絕緣膜83插入銅膜75和第二軟磁薄膜85之間。第一和第二絕緣膜81和83在相對周邊部分互相保持緊密接觸。
第十二實(shí)施例的磁傳感器97制造如下，以獲得1至10的樣品。此外，得到的比較例子11至15作為第九比較例子。
參見圖21A至21F，具有在圖18中說明的結(jié)構(gòu)的磁傳感器97制造在具有厚度1mm的玻璃基片65上。利用幾個(gè)成分的種類的合金靶鈷-鈮-鋯，形成不同成分的鈮片，和鋯片，鈷-鈮-鋯膜。沉積的鈷-鈮-鋯膜的成分用EPMA分析。
首先參見圖21A，在玻璃基片65上形成具有10mm×20mm大小的掩模。用濺射形成具有寬4mm、長14mm、和厚1μm的鈷-鈮-鋯的第一軟磁薄膜79。接著參見圖21C，利用掩模用RF磁控管濺射形成具有寬3mm，長16mm，和厚0.5μm的SiO2的第一絕緣膜81。接著參見圖21D，在第一絕緣膜膜81上，在超出第一絕緣膜81兩端的縱向延伸方向上，形成具有寬2mm，長20mm，和厚1μm的銅膜75。然后，如圖21E中說明的，形成具有寬3mm，長16mm，和厚0.5μm的SiO2的第二絕緣膜83以覆蓋銅膜75的中心部分，并與第一絕緣膜81疊加。此后，如在圖21F中說明的，形成具有寬4mm，長14mm，和厚1μm的鈷-鈮-鋯的第二軟磁薄膜85，以覆蓋第2絕緣膜83。于是，就獲得了磁傳感器97。實(shí)驗(yàn)地制造的磁傳感器97具有的大小是這樣的，即具有長14mm和寬4mm的鈷-鈮-鋯膜和具有長20mm和寬2mm的銅膜(銅電極)。磁傳感器97在真空5.0×10-6乇或更低和在旋轉(zhuǎn)磁場H＝500Oe下，在400℃受到熱處理2小時(shí)，以馳緩在膜沉積期間已引入的磁各向異性。此后，在同樣等級的真空中和同樣強(qiáng)度的靜磁場中完成熱處理，以在磁傳感器97的橫方向上引入單軸磁各向異性。
然后，磁傳感器97的銅膜75的相對端用作輸入端，供給10MHZ的電流。在這種情況下，測量外磁場與阻抗的關(guān)系。在表1中表示阻抗變化率和用EPMA分析成分的結(jié)果。對表1中樣品1，在圖22中繪制外磁場的關(guān)系。在表1中，樣品1至10是使用本發(fā)明的鈷-鈮-鋯膜的成分，而根據(jù)第九比較例子的樣品11至15是使不同于本發(fā)明的另外的成分。
表1<
從表1應(yīng)注意，與比較例子11-15相比，樣品1-10具有15％/Oe以上的磁場靈敏度。
第十比較例子作為第十比較例的磁傳感器，具有只形成在第十二實(shí)施例的厚度1mm的玻璃基片65上的厚2μm、長4mm，和寬4mm的鈷-鈮-鋯膜。以類似于第十二實(shí)施例的方式，在磁場中完成熱處理。軟磁元件是直接地供以10MHZ的電流。在這種狀態(tài)下，測量外磁場與阻抗的關(guān)系。結(jié)果是，阻抗變化率是30％/7Oe，磁場靈敏度是4.3％/Oe。膜具有原子百分?jǐn)?shù)83.8的鈷，原子百分?jǐn)?shù)13.3的鈮，和原子百分?jǐn)?shù)2.9的鋯的成分。與第十二實(shí)施例中的樣品2相比，除了軟磁層99之外，具有心導(dǎo)體75的第十二實(shí)施例的磁傳感器是顯然優(yōu)良的。
第十一比較例子作為第十一比較例，除了去掉包括SiO2膜的絕緣層101之外，磁傳感器是以類似于第十二實(shí)施例(圖18至20)的磁傳感制備的。于是，軟磁元件包括，玻璃基片65、銅膜75，和作為軟磁層99的鈷-鈮-鋯膜。以類似于第十二實(shí)施例的方式，完成磁熱處理。以類似于第十二實(shí)施例的方式，軟磁元件供以10MHZ的電流。在這種狀態(tài)中，測量外磁場與阻抗的關(guān)系。結(jié)果是，阻抗變化率是50％/7Oe，磁場靈敏度是6％/Oe。鈷-鈮-鋯膜具有原子百分?jǐn)?shù)83.3的鈷，原子百分?jǐn)?shù)13.8的鈮，和原子百分?jǐn)?shù)2.9的鋯的成分。作為與第十二實(shí)施例中樣品了比較，具有在軟磁層和導(dǎo)體層之間的絕緣層的第十二實(shí)施例(圖18至20)的磁傳感器是顯著優(yōu)良的。
第十二比較例子作為第十二比較例，除了軟磁層99是用坡莫合金形成代替鈷-鈮-鋯之外，磁傳感器是類似于第十二實(shí)施例(圖18至20)的磁傳感器97制備。磁傳感器被估算與磁阻抗特性。以類似于第十二實(shí)施例的方式，供以109Mhz的電流。在這種狀態(tài)，測量外磁場與阻抗的關(guān)系。結(jié)果是，阻抗變化率是45％/9Oe，磁場靈敏度是5％/Oe。
第十三實(shí)施例本實(shí)施例類似于圖15的第十實(shí)施例，但沒有如第六比較例中的接地導(dǎo)體膜35。
參見圖23，除了第一和第二軟磁薄膜79和85，其每一個(gè)包括單層的鈷-鈮-鋯膜是用每個(gè)具有堆積式結(jié)構(gòu)的第一和第二軟磁層103和107代替之外，根據(jù)第十三實(shí)施例的磁傳感器109是類似于第十二實(shí)施例(圖18至20)。
如圖23中說明的，第一軟磁層103包括4個(gè)鈷-鈮-鋯的軟磁薄膜87a至87d，每個(gè)薄膜具有厚度為0.25μm，是由每個(gè)厚度為0.1μm的3個(gè)絕緣膜89a至89c插入其中組成的。同樣地，第二軟磁層107包括4個(gè)鈷-鈮-鋯的軟磁薄膜91a至91d，每個(gè)薄膜具有厚度為0.25μm，是由每個(gè)厚度為0.1μm的3個(gè)絕緣膜93a至93c插入其中組成的。第一和第二軟磁層103和107的組成形成磁傳感器或磁阻抗元件109。
以類似于第十二實(shí)施例的方式，完成磁熱處理。40MHz的電流供給到銅膜75。在這種情況下，測量外磁場與阻抗、電感和電阻的每一個(gè)的關(guān)系。結(jié)果是，阻抗、電感，如電阻呈現(xiàn)如圖24中說明的變化。在這種情況下，阻抗變化率是12％/8Oe，磁場靈敏度是15％/Oe。每個(gè)軟磁薄膜具有原子百分?jǐn)?shù)84的鈷，原子百分?jǐn)?shù)12.8的鈮，和原子百分?jǐn)?shù)3.2的鋯的成分。作為與將在下面描述的第十三比較例相比較，本磁傳感器在高頻范圍方面的特性是很優(yōu)秀的。
第十三比較例子在表1中的比較樣品11的磁傳感器以類似于第十三實(shí)施例的方式供給40MHz的電流。在這種狀態(tài)下，測量外磁場與阻抗的關(guān)系。結(jié)果是，阻抗變化率是80％/8Oe，磁場靈敏度是10％/Oe。
第十四實(shí)施例除了Si3N4膜用作絕緣層101代替SiO2外，根據(jù)第十四實(shí)施例的磁傳感器是類似于在第十二實(shí)施例(圖18至20)中的磁傳感器97。以類似于第十二實(shí)施例的方式，完成磁熱處理。在加入10MHz電流的狀態(tài)下，在外磁場強(qiáng)度變化下測量阻抗變化率。結(jié)果是，阻抗變化率是110％/6.5Oe，磁場靈敏度是16.9％/Oe。
第十五實(shí)施例除了Al2O3膜用作絕緣層101代替SiO2外，根據(jù)第十五實(shí)施例的磁傳感器是類似于在第十二實(shí)施例(圖18至20)中的磁傳感器97。以地第十二實(shí)施例的方式，完成磁熱處理。在加以10MHz的電流的狀態(tài)下，在外磁場強(qiáng)度變化時(shí)，測量阻抗變化率。結(jié)果是，阻抗變化率是113％/6.7Oe，磁場靈敏度是16.9％/Oe。
第十六實(shí)施例除了SiO2的絕緣層101是由AlN膜代替外，根據(jù)第十六實(shí)施例的磁傳感器是類似于在第十二實(shí)施例(圖18至20)中的磁傳感器97。以類似于第十二實(shí)施例的方式，在加以10MHz電流狀態(tài)下，在外磁場強(qiáng)度變化的情況下，測量阻抗變化率。結(jié)果是，阻抗變化率是103％/6.3Oe，磁場靈敏度是16.3％/Oe。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第十二至第十六實(shí)施例的每一個(gè)，包括導(dǎo)電金屬層的鈷-鈮-鋯非晶金屬的磁薄膜用作磁傳感器中的軟磁元件。用這種結(jié)構(gòu)，與使用磁性金屬層或磁性金屬線也作為導(dǎo)電金屬的通常的傳感器相比較，降低了直流(d.c)電阻，因此達(dá)到較高的靈敏度。
另外，本發(fā)明的第十二至第十六實(shí)施例的每一個(gè)，玻璃陶瓷絕緣層是插入在導(dǎo)電金屬層和鈷-鈮-鋯非晶金屬磁性薄膜之間。因此，為施加外磁場的直流電流不能流過非晶金屬磁性薄膜。因此，與不具有絕緣層的結(jié)構(gòu)相比，就有可能降低渦流損耗并改進(jìn)在高頻帶方面的磁特性。
在本發(fā)明的第十二至第十六實(shí)施例中，鈷-鈮-鋯層不具有單層結(jié)構(gòu)，而是具有由玻璃陶瓷層插入的堆積疊式結(jié)構(gòu)。因此，就可以克服更高頻帶。
在本發(fā)明的第十二至第十六實(shí)施例中，通過適當(dāng)?shù)倪x擇非晶鈷-鈮-鋯磁性金屬層的成分，磁傳感器比使用坡莫合金薄膜或鈷-硅-硼(Co-Si-B)薄膜獲得的通常傳感器達(dá)到更大的阻抗變化率。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測磁場強(qiáng)度的磁傳感器，包括具有第一和第二互相相對的表面的絕緣基片；具有第一和第二互相相對的末端并裝在所述絕緣基片的所述第一表面上的軟磁元件；裝在所述絕緣基片的所述第二表面上的導(dǎo)體；和耦合到所述軟磁元件的所述第一和所述第二末端的輸出端口，以得出在所述第一和所述第二末端之間的所述軟磁元件的阻抗，所述阻抗變化依賴于施加到所述軟磁元件的磁場強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1的磁傳感器，其特征在于所述軟磁元件是軟磁線和所述導(dǎo)體是接地的接地導(dǎo)體，所述磁傳感器還包括用所述接地導(dǎo)體連接所述軟磁線的所述第一端的短路導(dǎo)體，所述輸出端口耦合到所述短路導(dǎo)體和所述軟磁線的所述第二端。
3.如權(quán)利要求2的磁傳感器，其特征在于所述軟磁線是包括外軟磁部分和包圍其中的由導(dǎo)體，所述內(nèi)導(dǎo)線連接到所述接地導(dǎo)層。
4.如權(quán)利要求3的磁傳感器，其特征在于所述軟磁元件還包括插入在所述外軟磁部分和所述同軸軟磁線的所述內(nèi)導(dǎo)體之間的絕緣層。
5.如權(quán)利要求2的磁傳感器，其特征在于所述接地導(dǎo)體包括形成在所述絕緣基片的所述第二表面上的導(dǎo)電層。
6.如權(quán)利要求2的磁傳感器，其特征在于所述地導(dǎo)體包括附連到所述絕緣基片的所述第二表面的導(dǎo)線。
7.如權(quán)利要求1的磁傳感器，其特征在于所述軟磁元件大體上包括軟磁薄膜。
8.如權(quán)利要求7的磁傳感器，其特征在于所述導(dǎo)體是接地的接地導(dǎo)體并包括包含至少銅、銀、金和鋁之一的銅、銀、金、鋁或合金。
9.如權(quán)利要求1的磁傳感器，其特征在于所述軟磁元件包括，在所述軟磁元件的縱方向延伸的內(nèi)導(dǎo)電層、圍繞所述內(nèi)導(dǎo)電層外沿的絕緣層、和覆蓋所述絕緣層的軟磁薄膜，所述內(nèi)導(dǎo)電層包括包含至少銅、銀、金和鋁之一的銅、銀、金、鋁，或合金，所述絕緣層包括至少SiO2，Si3N4，和AlN中的一種。
10.如權(quán)利要求1的磁傳感器，其特征在于所述軟磁元件包括，內(nèi)導(dǎo)電層和圍繞所述導(dǎo)電層的堆積疊式結(jié)構(gòu)，所述堆積式結(jié)構(gòu)由絕緣層插入堆積的多個(gè)軟磁薄膜，所述內(nèi)導(dǎo)電層是從一組銅、銀、金、鋁和合金中選擇至少一個(gè)制成，每個(gè)所述絕緣層是由SiO2，Si3N4和AlN至少之一制成。
11.一種包括絕緣基片和形成在所述基片上的軟磁薄膜元件的磁傳感器，還包括由所述軟磁薄膜元件經(jīng)過內(nèi)絕緣層圍繞的內(nèi)導(dǎo)電層，所述軟磁薄膜元件包括實(shí)質(zhì)上由原子百分?jǐn)?shù)80-87的鈷、原子百分?jǐn)?shù)10-17的鈮，和原子百分?jǐn)?shù)1-6的鋯組成的鈷-鈮-鋯薄層。
12.如權(quán)利要求11的磁傳感器，其特征在于所述內(nèi)導(dǎo)層至少是銅、銀和鋁中的一個(gè)，所述內(nèi)絕緣層至少是SiO2，Si3N4，Al2O3，和AlN中的一個(gè)。
13.如權(quán)利要求12的磁傳感器，其特征在于所述軟磁薄膜元件包括多個(gè)依次用插入的絕緣層堆積疊式的所述鈷、鈮、鋯薄層。
14.如權(quán)利要求13的磁傳感器，其特征在于每個(gè)所述插入的絕緣層至少是SiO2，Si3N4，Al2O3，和AlN中的一個(gè)。
15.一種制造磁傳感器的方法，包括步驟在絕緣基片上形成第一軟磁膜；在所述第一軟磁膜上形成第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜上形成導(dǎo)電層；形成第二絕緣膜以覆蓋除了兩端之外的所述導(dǎo)電層；和形成第二軟磁膜以覆蓋所述第二絕緣膜，以便形成包括所述第一和所述第二軟磁膜的封閉的磁回路；包括鈷-鈮-鋯薄膜的每個(gè)所述第一和所述第二軟磁膜實(shí)質(zhì)上是由原子百分?jǐn)?shù)80-87的鈷、原子百分?jǐn)?shù)10-17的鈮，和原子百分?jǐn)?shù)1-6的鋯組成。
16.如權(quán)利要求15的制造磁傳感器的方法，其特征在于每個(gè)所述第一和所述第二絕緣膜至少是SiO2，Si3N4，Al2O3，和AlN其中的一個(gè)，所述導(dǎo)電層至少是Cu、Ag、Al，和Au中的一個(gè)。
17.如權(quán)利要求15的制造磁傳感器的方法，其特征在于每個(gè)所述軟磁膜包括多個(gè)依次用插入的絕緣膜堆積疊式的鈷-鈮-鋯薄膜。
18.如權(quán)利要求17的制造磁傳感器的方法，其特征在于每個(gè)所述第一至所述第三絕緣膜至少是SiO2，Si3N4，Al2O3，和AlN中的一個(gè)，所述導(dǎo)電層至少是Cu、Ag、Al，和Au中的一個(gè)。
全文摘要
磁傳感器包括具有互相相對的第一和第二表面的絕緣基片,具有末端互相相對的軟磁元件并裝在絕緣基片的第一表面上,和裝在絕緣基片的第二表面上的導(dǎo)體,和耦合到軟磁元件的第一和第二端的輸出端口,以得到在第一和第二端間軟磁元件的阻抗。阻抗變化依賴于加到軟磁元件的磁場強(qiáng)度。在磁傳感器中,軟磁元件是軟磁線。導(dǎo)體是接地導(dǎo)體。磁傳感器還包括用接地導(dǎo)體連接軟磁線的第一端的短路導(dǎo)體,同時(shí)輸出端口連接短路導(dǎo)體和軟磁線的第二端。軟磁元件包括軟磁薄膜。
文檔編號G11B5/33GK1186295SQ97121378
公開日1998年7月1日 申請日期1997年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月17日
發(fā)明者吉田哲男, 荒井賢一 申請人:株式會社東金, 荒井賢一