磁界検出素子の製造方法
【課題】薄膜磁性体に対する所定の角度による静磁界中でのアニーリング条件を適切に定めて所望の角度に一軸磁気異方性を付加して目的の特性を持つ素子を迅速且つ効率良く作製可能とする磁界検出素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】このアニーリング工程では、薄膜磁性体１の一軸磁気異方性方向と長軸方向との成す角度をθとすべく、磁性体１に係る飽和磁化Ｍｓ，磁化飽和時の磁界Ｈｋ，長軸反磁界係数Ｎｘ，短軸反磁界係数Ｎｙ，外部磁界Ｈｅｘｔ，真空透磁率μ０の条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような長軸方向との成す角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２の関係を満たすように印加してアニーリングする。
【解決手段】このアニーリング工程では、薄膜磁性体１の一軸磁気異方性方向と長軸方向との成す角度をθとすべく、磁性体１に係る飽和磁化Ｍｓ，磁化飽和時の磁界Ｈｋ，長軸反磁界係数Ｎｘ，短軸反磁界係数Ｎｙ，外部磁界Ｈｅｘｔ，真空透磁率μ０の条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような長軸方向との成す角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２の関係を満たすように印加してアニーリングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するための一過程にあって、薄膜磁性体に対して静磁界中でアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程を含む磁界検出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長軸と短軸とを持つ薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するためのプロセスには、素子の短軸方向に一軸磁気異方性を付加するため、薄膜磁性体に対して静磁界中でアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程があり、これによって巨大な磁気インピーダンス効果が発生し、磁界検出素子としての機能を持つようになる。従って、アニーリング工程におけるアニーリング条件は、薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を設計する上で非常に重要な項目の一つとなっている。
【０００３】
一軸磁気異方性の方向は磁界検出素子の特性を決定する重要なパラメータの１つであり、例えば一軸磁気異方性の方向が素子の長軸方向に対して２０度以上で７０度以下であれば、低バイアス磁気インピーダンス型磁界検出素子になること（特許文献１参照）、０度以上で３０度以下であれば、高直線性・低バイアス型磁気インピーダンス型磁界検出素子になること（特許文献２参照）が示されている。即ち、現行の薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するプロセスでは、素子の短軸方向にほぼ平行に磁界を印加してアニーリングを行い、短軸方向の長さ／膜厚で定義されるアスペクト比を変えることにより一軸磁気異方性の方向を制御している。
【０００４】
その他、アニーリングに関連する周知技術として、素子の長軸方向に対して４５度の角度を成す一軸磁気異方性を付加するために、長軸方向に対して４５度の角度を成す静磁界中でアニーリングを行うものもある（特許文献３，４参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３０９３２号公報（要約）
【特許文献２】特開２００３−２８２９９５号公報（特許請求の範囲における請求項１乃至請求項３）
【特許文献３】特開２００１−２８１３０９号公報（特許請求の範囲における請求項６）
【特許文献４】特開２００１−２８１３１０号公報（特許請求の範囲における請求項５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１や特許文献２の記載内容を含めた従来の薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するプロセスの場合、薄膜磁性体に対して静磁界中でアニーリングして一軸磁気異方性を付加する工程を含んでいるが、実際にはアニーリング後に磁区観察を行って初めて一軸磁気異方性の方向を知ることができるものであるため、所望の角度に一軸磁気異方性を付加しようとするとアスペクト比を変えて試行錯誤して試作を行う工程を繰り返さなければならず、煩雑で手間がかかり過ぎるという難点がある他、素子のインピーダンス値がスペックとして決められていると従来では素子の長さを変えることによってのみ決められたインピーダンス値が得られるため、インピーダンス値によっては小型化への妨げとなるという難点もある。
【０００７】
一方、特許文献３，４に係るアニーリング関連の技術の場合、反磁界の影響を小さくするために素子の短軸を長くすることにより、外部磁界の印加方向と同じ方向に一軸磁気異方性を付加しているが、この手法により作製される磁気検出素子は、短軸が長くなってしまうことにより小型化に不向きとなってしまうばかりでなく、素子インピーダンスを高くすることができないために駆動電力が高くなってしまうという欠点がある。又、ここで反磁界を無視できる程度に大きな外部磁界を印加することにより、外部磁界の印加方向と同じ方向に一軸磁気異方性を付加する手法も考えられるが、こうした手法によれば、外部磁界を印加するためのコイルが大型化されてしまい、消費電力が大きくなってしまうという難点がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、薄膜磁性体に対する所定の角度による静磁界中でのアニーリング条件を適切に定めて所望の角度に一軸磁気異方性を付加して目的の特性を持つ素子を迅速且つ効率良く作製可能とする磁界検出素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、長軸と短軸とを持つ薄膜磁性体に対して静磁界中でのアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程を含む磁界検出素子の製造方法において、アニーリング工程では、薄膜磁性体における一軸磁気異方性の方向と長軸の方向との成す角度を所望の角度θとするために、該薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化をＭｓ，磁化が飽和するときの磁界をＨｋ，長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとすると共に、外部磁界をＨｅｘｔとし、且つ真空の透磁率をμ０とした条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような該薄膜磁性体における該長軸の方向とのなす角度θ０にあって、該外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングする磁界検出素子の製造方法が得られる。
【００１０】
又、本発明によれば、上記磁界検出素子の製造方法において、アニーリング工程では、所望の角度θを得るために薄膜磁性体の比透磁率をμｒとした条件下でｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθを満たすような該薄膜磁性体における長軸の方向とのなす角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングする磁界検出素子の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による磁界検出素子の製造方法の場合、アニーリング工程で薄膜磁性体に対して一軸磁気異方性を付加するために行う静磁界中でのアニーリング時に所定の方程式で規定される角度で磁界印加しながらアニーリングすることにより、所望の方向に一軸磁気異方性を付加でき、しかも予め一軸磁気異方性の方向が判るために目的の特性を示す小型の磁界検出素子を迅速且つ効率良く容易に作製可能となる。しかも、長軸の長さだけでなく、短軸の長さや膜厚を変えることによって決められたインピーダンス値を達成できるため、素子を小型化することが容易である。又、本発明による磁界検出素子の製造方法は、磁界検出素子の短軸方向の長さが短い程有効であるため、磁界検出素子を小型化することができる。更に、本発明による磁界検出素子の製造方法は、外部磁界が小さい程有効であるため、外部磁界発生用のコイルを小型化し、システム全体を簡素化できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の最良の形態に係る磁界検出素子の製造方法は、従来技術のアニーリング工程における問題点を克服するもので、薄膜磁性体に対して一軸磁気異方性を付加するために行う静磁界中でのアニーリング時に所定の方程式で規定される角度で磁界印加しながらアニーリングするもので、予め一軸磁気異方性の方向が判ることにより目的の特性を持つ磁界検出素子を迅速且つ効率良く作製できるものである。
【００１３】
その技術的概要は、アニーリング工程において、薄膜磁性体における一軸磁気異方性の方向と長軸の方向との成す角度を所望の角度θとするために、薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化をＭｓ，磁化が飽和するときの磁界をＨｋ，長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとすると共に、外部磁界をＨｅｘｔとし、且つ真空の透磁率をμ０とした条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような薄膜磁性体における長軸の方向とのなす角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングするものである。又、ここでのアニーリング工程において、所望の角度θを得るために薄膜磁性体の比透磁率をμｒとした条件下でｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθを満たすような薄膜磁性体における長軸の方向とのなす角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングするものである。
【００１４】
そこで、以下は静磁界中でのアニーリング時に磁界印加する角度を定めるための技術的概要について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の磁界検出素子の製造方法で適用される磁界検出素子を成す薄膜磁性体１の基本構造（形状）を示した斜視図である。又、図２は、この薄膜磁性体１に作用する外部磁界Ｈｅｘｔ，実効磁界Ｈｅｆｆ，反磁界Ｈｄの関係を説明するために要部を部分的に拡大して示した一主面側の長手方向における平面図である。
【００１６】
この薄膜磁性体１は、図１に示されるように外観寸法がａ，ｂ，ｃのｘ軸方向に延びた矩形板状のもので、図２に示されるように、所定の角度θ０で外部磁界Ｈｅｘｔを印加すると、磁性体内部に発生する反磁界Ｈｄの影響により外部磁界Ｈｅｘｔと内部に印加される磁界である実効磁界Ｈｅｆｆの長軸方向に対する傾きθとが異なってしまう。即ち、ここでは実効磁界Ｈｅｆｆとほぼ同じ方向に付加される一軸磁気異方性の方向は外部磁界Ｈｅｘｔの方向と一致しないことを示している。
【００１７】
図２中では、それぞれベクトルを表わすものとしてＨｅｆｆ＝Ｈｅｘｔ＋Ｈｄとなり、又薄膜磁性体１における磁化Ｍ，反磁界係数Ｎｉと真空の透磁率μ０との関係で成立するＨｄ（ベクトル）＝−ＮｉＭ（ベクトル）／μ０からＨｅｆｆ（ベクトル）＝Ｈｅｘｔ（ベクトル）−ＮｉＭ（ベクトル）／μ０となる。ここで、長軸方向をｘ方向，短軸方向をｙ方向として成分表示すると、薄膜磁性体１における長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとした条件下ではＨｅｆｆｃｏｓθ＝Ｈｅｘｔｃｏｓθ０−（ＮｘＭ／μ０）ｃｏｓθなる関係式１と、Ｈｅｆｆｓｉｎθ＝Ｈｅｘｔｓｉｎθ０−（ＮｙＭ／μ０）ｓｉｎθなる関係式２とが得られる。
【００１８】
又、磁化Ｍは、外部磁界Ｈｅｘｔと薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化Ｍｓ，比透磁率μｒ，磁化が飽和するときの磁界Ｈｋとの関係において、Ｈｅｘｔ≧Ｈｋ＋Ｈｄの場合にはＭ＝Ｍｓなる関係式３と、Ｈｅｘｔ＜Ｈｋ＋Ｈｄの場合にはＭ＝μ０（μｒ−１）Ｈｅｆｆなる関係式４とが得られる。
【００１９】
静磁界中でのアニーリングによって実効磁界Ｈｅｆｆの方向に一軸磁気異方性が付加されることにより、薄膜磁性体内部にｘ方向に対してθだけ傾いた一軸磁気異方性を付加するためには上述した関係式１，関係式２，関係式３からＨｅｘｔ≧Ｈｋ＋Ｈｄの場合、即ち、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係のときには、ｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０なる関係式５を満たす角度θ０で外部磁界Ｈｅｘｔを印加しながらアニーリングすれば良い。
【００２０】
又、関係式１，関係式２，関係式４からＨｅｘｔ＜Ｈｋ＋Ｈｄの場合、即ち、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係のときには、ｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθなる関係式６を満たす角度θ０で外部磁界Ｈｅｘｔを印加しながらアニーリングすれば良い。
【００２１】
ここで、Ｎｘ，Ｎｙは、例えばＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載されている回転楕円体近似による方法、即ち、Ｎｘ＝｛ｃｏｓφｃｏｓθ／（ｓｉｎ３θｓｉｎ２α）｝｛Ｆ（ｋ，θ）−Ｅ（ｋ，θ）｝，Ｎｙ＝｛ｃｏｓφｃｏｓθ／（ｓｉｎ３θｓｉｎ２αｃｏｓ２α）｝｛Ｅ（ｋ，θ）−Ｆ（ｋ，θ）ｃｏｓ２α−ｓｉｎ２αｓｉｎθｃｏｓθ／ｃｏｓφ｝として計算できる。但し、ここではｃｏｓθ＝ｃ／ａ（０≦θ≦π／２），ｃｏｓφ＝ｂ／ａ（０≦φ≦π／２），ｓｉｎα＝｛１−（ｂ／ａ）２｝／｛１−（ｃ／ａ）２｝＝ｓｉｎφ／ｓｉｎθ＝ｋ（０≦α≦π／２）が成立するものとしており、ａ，ｂ，ｃが薄膜磁性体１の各辺を表わし、且つａ≧ｂ≧ｃ≧０の関係にあるものとし、Ｆ（ｋ，θ）とＥ（ｋ，θ）とがそれぞれ第一種楕円関数と第二種楕円関数とを示すものとする。
【００２２】
尚、本発明の磁界検出素子の製造方法は、磁性体と非磁性体とを交互に積層した薄膜磁性体においても有効である。この場合、計算には積層した薄膜磁性体の飽和磁化，磁化が飽和するときの磁界の値を用いる。又、本発明の磁界検出素子の製造方法は、磁界検出素子を短軸方向に複数本間隔をあけて並設した構造においても適用可能である。
【００２３】
以下は、本発明の磁界検出素子の製造方法について、幾つかの実施例を挙げ、より具体例に説明する。尚、各実施例で関係式５及び関係式６に示されるものの計算は、アニーリング温度と同じ４００℃におけるＣｏＮｂＺｒ系アモルファス合金の飽和磁化０．５２［ｗｂ／ｍ２］，磁化が飽和するときの磁界１．６×１０２［Ａ／ｍ］の条件を適用した。薄膜磁性体１の材料にはＣｏＮｂＺｒ系アモルファス合金を用い、アルゴンガス雰囲気下のＲＦスパッタ法によりガラス基板上に成膜した後、リフトオフ法でパターニングするものとする（尚、このパターニングはイオンミリング法によっても可能である）。その後、成膜中に付与された一軸磁気異方性を無くするため、成膜後に回転磁界中アニーリング（外部磁界を４０［ｋＡ／ｍ］，温度を４００℃，時間を２時間とする条件下）を行い、更に所望の方向に一軸磁気異方性を付加するために静磁界中でのアニーリング（外部磁界を４０［ｋＡ／ｍ］，８０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］の何れか一つ，温度を４００°Ｃ，時間を１時間とする条件下）を行うものとする。但し、ここでは図２に示されるように、薄膜磁性体１の長軸方向に対してθ０の角度で外部磁界Ｈｅｘｔを印加しながら４００℃の真空中でアニーリングし、一軸磁気異方性の方向は磁壁が傾いた方向と一致すると考えられるために薄膜磁性体１の長軸方向に対する磁壁の傾きを磁区観察結果から測定して関係式５に示されるもので計算した結果と比較した。又、磁区観察は、磁性コロイド溶液を用いたビッター法で行った。
【実施例１】
【００２４】
実施例１では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝１０００μｍ，ｂ＝２０μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．０００２と０．０９０８とである。
【００２５】
図３は、実施例１に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界Ｈｅｘｔにあっての入射の角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒丸印で示されるもの）とで対比して示したもので、同図（ａ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｂ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝８０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｃ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝２４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するものである。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｃ）において、外部磁界Ｈｅｘｔの値である４０［ｋＡ／ｍ］，８０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］は、何れも関係式５に当て嵌まるものであるが、各図からは実験結果と関係式５により計算した計算結果とがほぼ良好に一致していることが判る。
【実施例２】
【００２７】
実施例２では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝１０００μｍ，ｂ＝５０μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．０００４と０．０３８２とである。
【００２８】
図４は、実施例４に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界Ｈｅｘｔにあっての入射の角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒三角印で示されるもの）とで対比して示したもので、同図（ａ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｂ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝８０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｃ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝２４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するものである。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｃ）において、外部磁界Ｈｅｘｔの値である４０［ｋＡ／ｍ］，８０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］についても、何れも関係式５に当て嵌まるものであるが、各図からは実験結果と関係式５により計算した計算結果とがほぼ良好に一致していることが判る。
【実施例３】
【００３０】
実施例３では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝１０００μｍ，ｂ＝１００μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．０００６と０．０１９２とである。
【００３１】
図５は、実施例３に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界Ｈｅｘｔにあっての入射の角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）との関係を計算結果 （実線で示されるもの）と実験結果（黒四角印で示されるもの）とで対比して示したもので、同図（ａ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｂ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝８０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｃ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝２４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するものである。
【００３２】
図５（ａ）〜（ｃ）において、外部磁界Ｈｅｘｔの値である４０［ｋＡ／ｍ］，８．０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］についても、何れも関係式５に当て嵌まるものであるが、各図からは実験結果と関係式５により計算した計算結果とがほぼ良好に一致していることが判る。
【実施例４】
【００３３】
実施例４では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝２００μｍ，ｂ＝１００μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．００８６と０．０１３６とである。
【００３４】
実施例４に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際して、アニーリング時に１６［ｋＡ／ｍ］の外部磁界Ｈｅｘｔを印加する場合、一軸磁気異方性の角度θが０度以上で９０度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式５を用いる。この関係式５を用いて所望の一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）を得ることができる外部磁界Ｈｅｘｔの印加角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）を計算したところ、表１に示すような結果となった。
【００３５】
【表１】
【００３６】
又、静磁界中でのアニーリング時に３．２［ｋＡ／ｍ］の外部磁界Ｈｅｘｔを印加する場合、一軸磁気異方性の角度θが０度以上で９０度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式６を用いる。ここでの薄膜磁性体１は、磁化が飽和していない実効磁界Ｈｅｆｆの領域（Ｈｅｆｆ＜Ｈｋ）で磁化が実効磁界Ｈｅｆｆにほぼ比例しており、Ｍ＝（Ｍｓ／Ｈｋ）Ｈｅｆｆなる関係式７が得られる。従って、関係式４，関係式６，関係式７からｔａｎθ０＝｛（ＮｙＭｓ＋μ０Ｈｋ）／（ＮｘＭｓ＋μ０Ｈｋ）｝ｔａｎθなる関係式８が得られる。この関係式８を用いて所望の一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）を得ることができる外部磁界Ｈｅｘｔの印加角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）を計算したところ、表２に示すような結果となった。
【００３７】
【表２】
【実施例５】
【００３８】
実施例５では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝５００μｍ，ｂ＝１００μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．００３０と０．００７８とである。
【００３９】
実施例５に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際して、アニーリング時に２．４［ｋＡ／ｍ］の外部磁界Ｈｅｘｔを印加する場合、一軸磁気異方性の角度θが０度以上で３７度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式５を用いる。又、一軸磁気異方性の角度θが３７度超過で９０度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式８を用いる。そこで、関係式６，関係式８を用いて所望の一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）を得ることができる外部磁界Ｈｅｘｔの印加角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）を計算したところ、表３に示すような結果となった。
【００４０】
【表３】
【００４１】
以上に説明した各実施例を対比すれば、本発明による磁界検出素子の製造方法の場合、磁界検出素子（薄膜磁性体１）の短軸の長さが短い程有効であるために磁界検出素子（薄膜磁性体１）を小型化することができると共に、外部磁界Ｈｅｘｔが小さい程有効であるために外部磁界Ｈｅｘｔを発生するためのコイルを小型化することが容易であり、システム全体を簡素化できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の磁界検出素子の製造方法は、地磁気センサ，紙幣判別機，過電流検知機等に利用されている細線構造の磁界検出素子を製造する方法としての適用が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の磁界検出素子の製造方法で適用される磁界検出素子を成す薄膜磁性体１の基本構造（形状）を示した斜視図である。
【図２】図１に示す薄膜磁性体に作用する外部磁界，実効磁界，反磁界の関係を説明するために要部を部分的に拡大して示した一主面側の長手方向における平面図である。
【図３】実施例１に係る磁界検出素子の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界にあっての入射の角度に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒丸印で示されるもの）とで対比して示したもので、（ａ）は外部磁界が一形態の場合に関するもの，（ｂ）は外部磁界が他形態の場合に関するもの，（ｃ）は外部磁界が別形態の場合に関するものである。
【図４】実施例２に係る磁界検出素子の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界にあっての入射の角度に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒三角印で示されるもの）とで対比して示したもので、（ａ）は外部磁界が一形態の場合に関するもの，（ｂ）は外部磁界が他形態の場合に関するもの，（ｃ）は外部磁界が別形態の場合に関するものである。
【図５】実施例３に係る磁界検出素子の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界にあっての入射の角度に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒四角印で示されるもの）とで対比して示したもので、（ａ）は外部磁界が一形態の場合に関するもの，（ｂ）は外部磁界が他形態の場合に関するもの，（ｃ）は外部磁界が別形態の場合に関するものである。
【符号の説明】
【００４４】
１ 薄膜磁性体
ａ 長軸の長さ
ｂ 短軸の長さ
ｃ 膜厚
Ｈｄ 反磁界
Ｈｅｘｔ 外部磁界
Ｈｅｆｆ 実効磁界
θ０ 外部磁界と長軸方向との成す角
θ 実効磁界と長軸方向との成す角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するための一過程にあって、薄膜磁性体に対して静磁界中でアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程を含む磁界検出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長軸と短軸とを持つ薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するためのプロセスには、素子の短軸方向に一軸磁気異方性を付加するため、薄膜磁性体に対して静磁界中でアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程があり、これによって巨大な磁気インピーダンス効果が発生し、磁界検出素子としての機能を持つようになる。従って、アニーリング工程におけるアニーリング条件は、薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を設計する上で非常に重要な項目の一つとなっている。
【０００３】
一軸磁気異方性の方向は磁界検出素子の特性を決定する重要なパラメータの１つであり、例えば一軸磁気異方性の方向が素子の長軸方向に対して２０度以上で７０度以下であれば、低バイアス磁気インピーダンス型磁界検出素子になること（特許文献１参照）、０度以上で３０度以下であれば、高直線性・低バイアス型磁気インピーダンス型磁界検出素子になること（特許文献２参照）が示されている。即ち、現行の薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するプロセスでは、素子の短軸方向にほぼ平行に磁界を印加してアニーリングを行い、短軸方向の長さ／膜厚で定義されるアスペクト比を変えることにより一軸磁気異方性の方向を制御している。
【０００４】
その他、アニーリングに関連する周知技術として、素子の長軸方向に対して４５度の角度を成す一軸磁気異方性を付加するために、長軸方向に対して４５度の角度を成す静磁界中でアニーリングを行うものもある（特許文献３，４参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３０９３２号公報（要約）
【特許文献２】特開２００３−２８２９９５号公報（特許請求の範囲における請求項１乃至請求項３）
【特許文献３】特開２００１−２８１３０９号公報（特許請求の範囲における請求項６）
【特許文献４】特開２００１−２８１３１０号公報（特許請求の範囲における請求項５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１や特許文献２の記載内容を含めた従来の薄膜磁気インピーダンス型磁界検出素子を作製するプロセスの場合、薄膜磁性体に対して静磁界中でアニーリングして一軸磁気異方性を付加する工程を含んでいるが、実際にはアニーリング後に磁区観察を行って初めて一軸磁気異方性の方向を知ることができるものであるため、所望の角度に一軸磁気異方性を付加しようとするとアスペクト比を変えて試行錯誤して試作を行う工程を繰り返さなければならず、煩雑で手間がかかり過ぎるという難点がある他、素子のインピーダンス値がスペックとして決められていると従来では素子の長さを変えることによってのみ決められたインピーダンス値が得られるため、インピーダンス値によっては小型化への妨げとなるという難点もある。
【０００７】
一方、特許文献３，４に係るアニーリング関連の技術の場合、反磁界の影響を小さくするために素子の短軸を長くすることにより、外部磁界の印加方向と同じ方向に一軸磁気異方性を付加しているが、この手法により作製される磁気検出素子は、短軸が長くなってしまうことにより小型化に不向きとなってしまうばかりでなく、素子インピーダンスを高くすることができないために駆動電力が高くなってしまうという欠点がある。又、ここで反磁界を無視できる程度に大きな外部磁界を印加することにより、外部磁界の印加方向と同じ方向に一軸磁気異方性を付加する手法も考えられるが、こうした手法によれば、外部磁界を印加するためのコイルが大型化されてしまい、消費電力が大きくなってしまうという難点がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、薄膜磁性体に対する所定の角度による静磁界中でのアニーリング条件を適切に定めて所望の角度に一軸磁気異方性を付加して目的の特性を持つ素子を迅速且つ効率良く作製可能とする磁界検出素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、長軸と短軸とを持つ薄膜磁性体に対して静磁界中でのアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程を含む磁界検出素子の製造方法において、アニーリング工程では、薄膜磁性体における一軸磁気異方性の方向と長軸の方向との成す角度を所望の角度θとするために、該薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化をＭｓ，磁化が飽和するときの磁界をＨｋ，長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとすると共に、外部磁界をＨｅｘｔとし、且つ真空の透磁率をμ０とした条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような該薄膜磁性体における該長軸の方向とのなす角度θ０にあって、該外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングする磁界検出素子の製造方法が得られる。
【００１０】
又、本発明によれば、上記磁界検出素子の製造方法において、アニーリング工程では、所望の角度θを得るために薄膜磁性体の比透磁率をμｒとした条件下でｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθを満たすような該薄膜磁性体における長軸の方向とのなす角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングする磁界検出素子の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による磁界検出素子の製造方法の場合、アニーリング工程で薄膜磁性体に対して一軸磁気異方性を付加するために行う静磁界中でのアニーリング時に所定の方程式で規定される角度で磁界印加しながらアニーリングすることにより、所望の方向に一軸磁気異方性を付加でき、しかも予め一軸磁気異方性の方向が判るために目的の特性を示す小型の磁界検出素子を迅速且つ効率良く容易に作製可能となる。しかも、長軸の長さだけでなく、短軸の長さや膜厚を変えることによって決められたインピーダンス値を達成できるため、素子を小型化することが容易である。又、本発明による磁界検出素子の製造方法は、磁界検出素子の短軸方向の長さが短い程有効であるため、磁界検出素子を小型化することができる。更に、本発明による磁界検出素子の製造方法は、外部磁界が小さい程有効であるため、外部磁界発生用のコイルを小型化し、システム全体を簡素化できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の最良の形態に係る磁界検出素子の製造方法は、従来技術のアニーリング工程における問題点を克服するもので、薄膜磁性体に対して一軸磁気異方性を付加するために行う静磁界中でのアニーリング時に所定の方程式で規定される角度で磁界印加しながらアニーリングするもので、予め一軸磁気異方性の方向が判ることにより目的の特性を持つ磁界検出素子を迅速且つ効率良く作製できるものである。
【００１３】
その技術的概要は、アニーリング工程において、薄膜磁性体における一軸磁気異方性の方向と長軸の方向との成す角度を所望の角度θとするために、薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化をＭｓ，磁化が飽和するときの磁界をＨｋ，長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとすると共に、外部磁界をＨｅｘｔとし、且つ真空の透磁率をμ０とした条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような薄膜磁性体における長軸の方向とのなす角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングするものである。又、ここでのアニーリング工程において、所望の角度θを得るために薄膜磁性体の比透磁率をμｒとした条件下でｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθを満たすような薄膜磁性体における長軸の方向とのなす角度θ０にあって、外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングするものである。
【００１４】
そこで、以下は静磁界中でのアニーリング時に磁界印加する角度を定めるための技術的概要について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の磁界検出素子の製造方法で適用される磁界検出素子を成す薄膜磁性体１の基本構造（形状）を示した斜視図である。又、図２は、この薄膜磁性体１に作用する外部磁界Ｈｅｘｔ，実効磁界Ｈｅｆｆ，反磁界Ｈｄの関係を説明するために要部を部分的に拡大して示した一主面側の長手方向における平面図である。
【００１６】
この薄膜磁性体１は、図１に示されるように外観寸法がａ，ｂ，ｃのｘ軸方向に延びた矩形板状のもので、図２に示されるように、所定の角度θ０で外部磁界Ｈｅｘｔを印加すると、磁性体内部に発生する反磁界Ｈｄの影響により外部磁界Ｈｅｘｔと内部に印加される磁界である実効磁界Ｈｅｆｆの長軸方向に対する傾きθとが異なってしまう。即ち、ここでは実効磁界Ｈｅｆｆとほぼ同じ方向に付加される一軸磁気異方性の方向は外部磁界Ｈｅｘｔの方向と一致しないことを示している。
【００１７】
図２中では、それぞれベクトルを表わすものとしてＨｅｆｆ＝Ｈｅｘｔ＋Ｈｄとなり、又薄膜磁性体１における磁化Ｍ，反磁界係数Ｎｉと真空の透磁率μ０との関係で成立するＨｄ（ベクトル）＝−ＮｉＭ（ベクトル）／μ０からＨｅｆｆ（ベクトル）＝Ｈｅｘｔ（ベクトル）−ＮｉＭ（ベクトル）／μ０となる。ここで、長軸方向をｘ方向，短軸方向をｙ方向として成分表示すると、薄膜磁性体１における長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとした条件下ではＨｅｆｆｃｏｓθ＝Ｈｅｘｔｃｏｓθ０−（ＮｘＭ／μ０）ｃｏｓθなる関係式１と、Ｈｅｆｆｓｉｎθ＝Ｈｅｘｔｓｉｎθ０−（ＮｙＭ／μ０）ｓｉｎθなる関係式２とが得られる。
【００１８】
又、磁化Ｍは、外部磁界Ｈｅｘｔと薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化Ｍｓ，比透磁率μｒ，磁化が飽和するときの磁界Ｈｋとの関係において、Ｈｅｘｔ≧Ｈｋ＋Ｈｄの場合にはＭ＝Ｍｓなる関係式３と、Ｈｅｘｔ＜Ｈｋ＋Ｈｄの場合にはＭ＝μ０（μｒ−１）Ｈｅｆｆなる関係式４とが得られる。
【００１９】
静磁界中でのアニーリングによって実効磁界Ｈｅｆｆの方向に一軸磁気異方性が付加されることにより、薄膜磁性体内部にｘ方向に対してθだけ傾いた一軸磁気異方性を付加するためには上述した関係式１，関係式２，関係式３からＨｅｘｔ≧Ｈｋ＋Ｈｄの場合、即ち、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係のときには、ｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０なる関係式５を満たす角度θ０で外部磁界Ｈｅｘｔを印加しながらアニーリングすれば良い。
【００２０】
又、関係式１，関係式２，関係式４からＨｅｘｔ＜Ｈｋ＋Ｈｄの場合、即ち、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係のときには、ｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθなる関係式６を満たす角度θ０で外部磁界Ｈｅｘｔを印加しながらアニーリングすれば良い。
【００２１】
ここで、Ｎｘ，Ｎｙは、例えばＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載されている回転楕円体近似による方法、即ち、Ｎｘ＝｛ｃｏｓφｃｏｓθ／（ｓｉｎ３θｓｉｎ２α）｝｛Ｆ（ｋ，θ）−Ｅ（ｋ，θ）｝，Ｎｙ＝｛ｃｏｓφｃｏｓθ／（ｓｉｎ３θｓｉｎ２αｃｏｓ２α）｝｛Ｅ（ｋ，θ）−Ｆ（ｋ，θ）ｃｏｓ２α−ｓｉｎ２αｓｉｎθｃｏｓθ／ｃｏｓφ｝として計算できる。但し、ここではｃｏｓθ＝ｃ／ａ（０≦θ≦π／２），ｃｏｓφ＝ｂ／ａ（０≦φ≦π／２），ｓｉｎα＝｛１−（ｂ／ａ）２｝／｛１−（ｃ／ａ）２｝＝ｓｉｎφ／ｓｉｎθ＝ｋ（０≦α≦π／２）が成立するものとしており、ａ，ｂ，ｃが薄膜磁性体１の各辺を表わし、且つａ≧ｂ≧ｃ≧０の関係にあるものとし、Ｆ（ｋ，θ）とＥ（ｋ，θ）とがそれぞれ第一種楕円関数と第二種楕円関数とを示すものとする。
【００２２】
尚、本発明の磁界検出素子の製造方法は、磁性体と非磁性体とを交互に積層した薄膜磁性体においても有効である。この場合、計算には積層した薄膜磁性体の飽和磁化，磁化が飽和するときの磁界の値を用いる。又、本発明の磁界検出素子の製造方法は、磁界検出素子を短軸方向に複数本間隔をあけて並設した構造においても適用可能である。
【００２３】
以下は、本発明の磁界検出素子の製造方法について、幾つかの実施例を挙げ、より具体例に説明する。尚、各実施例で関係式５及び関係式６に示されるものの計算は、アニーリング温度と同じ４００℃におけるＣｏＮｂＺｒ系アモルファス合金の飽和磁化０．５２［ｗｂ／ｍ２］，磁化が飽和するときの磁界１．６×１０２［Ａ／ｍ］の条件を適用した。薄膜磁性体１の材料にはＣｏＮｂＺｒ系アモルファス合金を用い、アルゴンガス雰囲気下のＲＦスパッタ法によりガラス基板上に成膜した後、リフトオフ法でパターニングするものとする（尚、このパターニングはイオンミリング法によっても可能である）。その後、成膜中に付与された一軸磁気異方性を無くするため、成膜後に回転磁界中アニーリング（外部磁界を４０［ｋＡ／ｍ］，温度を４００℃，時間を２時間とする条件下）を行い、更に所望の方向に一軸磁気異方性を付加するために静磁界中でのアニーリング（外部磁界を４０［ｋＡ／ｍ］，８０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］の何れか一つ，温度を４００°Ｃ，時間を１時間とする条件下）を行うものとする。但し、ここでは図２に示されるように、薄膜磁性体１の長軸方向に対してθ０の角度で外部磁界Ｈｅｘｔを印加しながら４００℃の真空中でアニーリングし、一軸磁気異方性の方向は磁壁が傾いた方向と一致すると考えられるために薄膜磁性体１の長軸方向に対する磁壁の傾きを磁区観察結果から測定して関係式５に示されるもので計算した結果と比較した。又、磁区観察は、磁性コロイド溶液を用いたビッター法で行った。
【実施例１】
【００２４】
実施例１では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝１０００μｍ，ｂ＝２０μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．０００２と０．０９０８とである。
【００２５】
図３は、実施例１に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界Ｈｅｘｔにあっての入射の角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒丸印で示されるもの）とで対比して示したもので、同図（ａ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｂ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝８０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｃ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝２４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するものである。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｃ）において、外部磁界Ｈｅｘｔの値である４０［ｋＡ／ｍ］，８０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］は、何れも関係式５に当て嵌まるものであるが、各図からは実験結果と関係式５により計算した計算結果とがほぼ良好に一致していることが判る。
【実施例２】
【００２７】
実施例２では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝１０００μｍ，ｂ＝５０μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．０００４と０．０３８２とである。
【００２８】
図４は、実施例４に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界Ｈｅｘｔにあっての入射の角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒三角印で示されるもの）とで対比して示したもので、同図（ａ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｂ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝８０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｃ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝２４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するものである。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｃ）において、外部磁界Ｈｅｘｔの値である４０［ｋＡ／ｍ］，８０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］についても、何れも関係式５に当て嵌まるものであるが、各図からは実験結果と関係式５により計算した計算結果とがほぼ良好に一致していることが判る。
【実施例３】
【００３０】
実施例３では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝１０００μｍ，ｂ＝１００μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．０００６と０．０１９２とである。
【００３１】
図５は、実施例３に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界Ｈｅｘｔにあっての入射の角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）との関係を計算結果 （実線で示されるもの）と実験結果（黒四角印で示されるもの）とで対比して示したもので、同図（ａ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｂ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝８０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するもの，同図（ｃ）は外部磁界Ｈｅｘｔ＝２４０［ｋＡ／ｍ］の場合に関するものである。
【００３２】
図５（ａ）〜（ｃ）において、外部磁界Ｈｅｘｔの値である４０［ｋＡ／ｍ］，８．０［ｋＡ／ｍ］，２４０［ｋＡ／ｍ］についても、何れも関係式５に当て嵌まるものであるが、各図からは実験結果と関係式５により計算した計算結果とがほぼ良好に一致していることが判る。
【実施例４】
【００３３】
実施例４では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝２００μｍ，ｂ＝１００μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．００８６と０．０１３６とである。
【００３４】
実施例４に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際して、アニーリング時に１６［ｋＡ／ｍ］の外部磁界Ｈｅｘｔを印加する場合、一軸磁気異方性の角度θが０度以上で９０度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式５を用いる。この関係式５を用いて所望の一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）を得ることができる外部磁界Ｈｅｘｔの印加角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）を計算したところ、表１に示すような結果となった。
【００３５】
【表１】
【００３６】
又、静磁界中でのアニーリング時に３．２［ｋＡ／ｍ］の外部磁界Ｈｅｘｔを印加する場合、一軸磁気異方性の角度θが０度以上で９０度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式６を用いる。ここでの薄膜磁性体１は、磁化が飽和していない実効磁界Ｈｅｆｆの領域（Ｈｅｆｆ＜Ｈｋ）で磁化が実効磁界Ｈｅｆｆにほぼ比例しており、Ｍ＝（Ｍｓ／Ｈｋ）Ｈｅｆｆなる関係式７が得られる。従って、関係式４，関係式６，関係式７からｔａｎθ０＝｛（ＮｙＭｓ＋μ０Ｈｋ）／（ＮｘＭｓ＋μ０Ｈｋ）｝ｔａｎθなる関係式８が得られる。この関係式８を用いて所望の一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）を得ることができる外部磁界Ｈｅｘｔの印加角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）を計算したところ、表２に示すような結果となった。
【００３７】
【表２】
【実施例５】
【００３８】
実施例５では、磁界検出素子の薄膜磁性体１のサイズをａ＝５００μｍ，ｂ＝１００μｍ，ｃ＝２．０μｍであるとし、この場合において、上述したＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．６７３５１（１９４５）に記載の回転楕円体近似による方法で計算した長軸と短軸との反磁界係数とはそれぞれ０．００３０と０．００７８とである。
【００３９】
実施例５に係る磁界検出素子（薄膜磁性体１）の製造に際して、アニーリング時に２．４［ｋＡ／ｍ］の外部磁界Ｈｅｘｔを印加する場合、一軸磁気異方性の角度θが０度以上で３７度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式５を用いる。又、一軸磁気異方性の角度θが３７度超過で９０度以下の領域では、外部磁界ＨｅｘｔがＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２であることにより、角度θ０を計算するためには関係式８を用いる。そこで、関係式６，関係式８を用いて所望の一軸磁気異方性の角度θ（実効磁界Ｈｅｆｆと長軸方向との成す角）を得ることができる外部磁界Ｈｅｘｔの印加角度θ０（外部磁界Ｈｅｘｔと長軸方向との成す角）を計算したところ、表３に示すような結果となった。
【００４０】
【表３】
【００４１】
以上に説明した各実施例を対比すれば、本発明による磁界検出素子の製造方法の場合、磁界検出素子（薄膜磁性体１）の短軸の長さが短い程有効であるために磁界検出素子（薄膜磁性体１）を小型化することができると共に、外部磁界Ｈｅｘｔが小さい程有効であるために外部磁界Ｈｅｘｔを発生するためのコイルを小型化することが容易であり、システム全体を簡素化できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の磁界検出素子の製造方法は、地磁気センサ，紙幣判別機，過電流検知機等に利用されている細線構造の磁界検出素子を製造する方法としての適用が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の磁界検出素子の製造方法で適用される磁界検出素子を成す薄膜磁性体１の基本構造（形状）を示した斜視図である。
【図２】図１に示す薄膜磁性体に作用する外部磁界，実効磁界，反磁界の関係を説明するために要部を部分的に拡大して示した一主面側の長手方向における平面図である。
【図３】実施例１に係る磁界検出素子の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界にあっての入射の角度に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒丸印で示されるもの）とで対比して示したもので、（ａ）は外部磁界が一形態の場合に関するもの，（ｂ）は外部磁界が他形態の場合に関するもの，（ｃ）は外部磁界が別形態の場合に関するものである。
【図４】実施例２に係る磁界検出素子の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界にあっての入射の角度に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒三角印で示されるもの）とで対比して示したもので、（ａ）は外部磁界が一形態の場合に関するもの，（ｂ）は外部磁界が他形態の場合に関するもの，（ｃ）は外部磁界が別形態の場合に関するものである。
【図５】実施例３に係る磁界検出素子の製造に際してアニーリング工程で印加される異なる外部磁界にあっての入射の角度に対する素子内部の所望する一軸磁気異方性の角度との関係を計算結果（実線で示されるもの）と実験結果（黒四角印で示されるもの）とで対比して示したもので、（ａ）は外部磁界が一形態の場合に関するもの，（ｂ）は外部磁界が他形態の場合に関するもの，（ｃ）は外部磁界が別形態の場合に関するものである。
【符号の説明】
【００４４】
１ 薄膜磁性体
ａ 長軸の長さ
ｂ 短軸の長さ
ｃ 膜厚
Ｈｄ 反磁界
Ｈｅｘｔ 外部磁界
Ｈｅｆｆ 実効磁界
θ０ 外部磁界と長軸方向との成す角
θ 実効磁界と長軸方向との成す角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸と短軸とを持つ薄膜磁性体に対して静磁界中でのアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程を含む磁界検出素子の製造方法において、前記アニーリング工程では、前記薄膜磁性体における前記一軸磁気異方性の方向と前記長軸の方向との成す角度を所望の角度θとするために、該薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化をＭｓ，磁化が飽和するときの磁界をＨｋ，長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとすると共に、外部磁界をＨｅｘｔとし、且つ真空の透磁率をμ０とした条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような該薄膜磁性体における該長軸の方向とのなす角度θ０にあって、該外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングすることを特徴とする磁界検出素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁界検出素子の製造方法において、前記アニーリング工程では、前記所望の角度θを得るために前記薄膜磁性体の比透磁率をμｒとした条件下でｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθを満たすような該薄膜磁性体における前記長軸の方向とのなす角度θ０にあって、前記外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングすることを特徴とする磁界検出素子の製造方法。
【請求項１】
長軸と短軸とを持つ薄膜磁性体に対して静磁界中でのアニーリングにより一軸磁気異方性を付加するアニーリング工程を含む磁界検出素子の製造方法において、前記アニーリング工程では、前記薄膜磁性体における前記一軸磁気異方性の方向と前記長軸の方向との成す角度を所望の角度θとするために、該薄膜磁性体における構成物質の飽和磁化をＭｓ，磁化が飽和するときの磁界をＨｋ，長軸の反磁界係数をＮｘ，短軸の反磁界係数をＮｙとすると共に、外部磁界をＨｅｘｔとし、且つ真空の透磁率をμ０とした条件下でｓｉｎθｃｏｓθ０−ｃｏｓθｓｉｎθ０−｛（Ｎｘ−Ｎｙ）Ｍｓ／（μｏＨｅｘｔ）｝ｓｉｎθｃｏｓθ＝０を満たすような該薄膜磁性体における該長軸の方向とのなす角度θ０にあって、該外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ≧｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングすることを特徴とする磁界検出素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁界検出素子の製造方法において、前記アニーリング工程では、前記所望の角度θを得るために前記薄膜磁性体の比透磁率をμｒとした条件下でｔａｎθ０＝｛Ｎｙ（μｒ−１）＋１｝／｛Ｎｘ（μｒ−１）＋１｝ｔａｎθを満たすような該薄膜磁性体における前記長軸の方向とのなす角度θ０にあって、前記外部磁界ＨｅｘｔをＨｅｘｔ＜｛Ｈｋ２＋２（Ｍｓ／μｏ）Ｈｋ（Ｎｘｃｏｓ２θ＋Ｎｙｓｉｎ２θ）＋（Ｍｓ／μｏ）２（Ｎｘ２ｃｏｓ２θ＋Ｎｙ２ｓｉｎ２θ）｝１／２なる関係が満たされるように印加しながらアニーリングすることを特徴とする磁界検出素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−９３２０２（Ｐ２００６−９３２０２Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７３２２０（Ｐ２００４−２７３２２０）
【出願日】平成１６年９月２１日（２００４．９．２１）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（５９１０７４７３６）宮城県 (60)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２１日（２００４．９．２１）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（５９１０７４７３６）宮城県 (60)
【Ｆターム（参考）】
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