JP2019132719A - 磁気検出装置 - Google Patents
磁気検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019132719A JP2019132719A JP2018015539A JP2018015539A JP2019132719A JP 2019132719 A JP2019132719 A JP 2019132719A JP 2018015539 A JP2018015539 A JP 2018015539A JP 2018015539 A JP2018015539 A JP 2018015539A JP 2019132719 A JP2019132719 A JP 2019132719A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic field
- magnetization
- area
- magnetosensitive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 724
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 167
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 79
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 54
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000003467 diminishing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 144
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 73
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 description 36
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 35
- 239000010408 film Substances 0.000 description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 19
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 9
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 8
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 229910019230 CoFeSiB Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 3
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 229910006070 NiFeSiB Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
また、一定以上の磁場が印加され、スピンの相対角度の変化が起こらなくなると抵抗変化が止まる。つまりスピンバブル型MR磁気センサで検出可能な磁場レンジは、スピンの相対角度の変化が起こる領域に限定される。
(磁気検出装置)
本実施形態に係る磁気検出装置は、磁気センサユニットと、キャンセル磁場を発生させる電気回路と、から構成される。磁気センサユニットは、磁気センサ部とキャンセル磁場発生部と、から構成される。磁気センサ部は、基板と、基板上に形成された素子部と、素子部に入力される入力磁場を収束する磁気収束部と、から構成される。磁気センサユニットは複数備えられていてもよい。例えば、磁気検出装置は、4つの磁気センサユニットを使ってブリッジ回路を構成してもよい。磁気検出装置は、電気ノイズを低減する目的で、ブリッジ回路を用いて電気回路に差動入力する方式を利用してもよい。磁気検出装置は、ブリッジ回路を形成する場合、一般的な固定抵抗や可変抵抗等を利用してもよい。
本発明における磁気センサ部は、磁場を感知する感磁エリアを有し、入力された磁場に応じて抵抗値が変化する部材である。磁気センサ部は、少なくとも基板と、基板上に形成された素子部と、素子部に入力される入力磁場を収束する磁気収束部と、から構成される。その他、磁気センサ部は、保護層、素子配線部、電極等を含んでいてもよい。素子部は複数形成され、素子配線部によって電気的に接続されていてもよい。上記材料に限らず、本発明の効果を損なわなければ、構成材料が追加されてもよい。磁気センサ部の構成要素として、キャンセル磁場発生部、キャンセル電流を発生させる電気回路は含まれない。
基板は、素子部との絶縁ができる材料であれば、特に制限されない。導電性基板上に絶縁膜が形成されたものを基板としてもよい。通常利用される基板として、ガラスや、シリコン(Si)基板上にSiO2熱酸化膜を形成したものが挙げられる。
素子部は、磁化自由層と、非磁性層と、磁化固定層と、を有し、第一の方向に延びる感磁軸を有する。素子部の積層順は、磁化自由層と、非磁性層と、磁化固定層とが、この順で積層されることが望ましいが、積層順序は問わない。また、感度向上の観点から、非磁性層は絶縁性の材料で形成されていることが望ましい。
磁化自由層は、外部磁場によって容易に磁化される強磁性材料で主に構成される。磁化自由層は、一つの材料で構成される必要はなく、多層膜であってもよい。強磁性材料としては、NiFe、CoFeB、CoFeSiB、CoFe、NiFeSiBなどが用いられるがこの限りではない。磁化自由層は、磁気感度向上のため、磁化自由層中にRuやTaなどの非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。
非磁性層は、絶縁性の非磁性材料で構成される。一般的に、TMR素子の場合はAl2O3やMgO等の絶縁材料が用いられるが、この限りではない。高磁気感度化のため、非磁性層にMgOを利用することが好ましい。なお、非磁性層の微細加工形状は問わない。
磁化固定層は、外部磁場によって磁化方向が容易に変化しないように、強磁性材料を主に用いて構成される。磁化固定層は、一つの材料で構成される必要はなく、多層膜であってもよい。一例としては、磁化固定層は、強磁性材料を反強磁性材料でピン止めした構造が用いられる。軟磁性材料としては、NiFe、CoFeB、CoFeSiB、CoFeなどが用いられるがこの限りではない。磁気感度向上のため、磁化固定層中にRuやTaなどの非磁性層が挿入された多層膜であることが好ましい。反強磁性材料としてIrMn、PtMnなどが用いられるが、この構成に限定されない。なお、磁化固定層の微細加工形状は問わない。
本実施形態に使用される磁気センサは、磁化固定層と磁化自由層の界面のスピンの相対角度によって抵抗値が変化し、磁気を検出する。磁化固定層と磁化自由層の界面の領域は、磁化自由層と磁化固定層のうち、上面面積が小さい方で定められる。上面視における磁化自由層と磁化固定層のうち、面積が小さい方を感磁エリアとする。
磁気収束部は軟磁性体材料により構成される。軟磁性体材料として、NiFe、CoFeSiB、NiFeCuMo、CoZrNb、NiFeNbなどが挙げられるがこの限りではない。磁気収束部はスパッタ法やめっき法によって作成することができる。磁気収束部は、市販の軟磁性薄膜を張り付けて作成されても良い。
保護層は、素子部、素子配線部、磁気収束部、磁場発生部などの絶縁を保つために用いる。保護層の材料は、素子部、素子配線部、磁気収束部及び磁場発生部を絶縁可能なものであれば特に制限されず、一例として酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムが挙げられる。保護層は素子部の表面全体を覆うように形成され、素子部と素子配線部との接合部分や、素子配線部に連続して形成された電極上には通電窓(すなわち、開口部)が存在する。本実施形態において通電窓の位置や形状は限定されない。
素子配線部は、絶縁層上に形成された通電窓を介して電極と素子部とを接続する。複数の磁気センサ部を、直列接続又は並列接続する場合、素子配線部は、素子部同士を電気的に接続するためにも用いられる。密着性の観点から、キャップ層と素子配線部の間にTi、Taなどの層を備えていることが望ましい。素子配線部の材料としては、素子部同士、また、電極間を電気的に接続することが可能な導電性の材料(例えばAu、Cu、Cr、Ni、Al、Ta、Ruなど)であれば特に制限されない。素子配線部は単一の材料で形成されていてもよく、複数の材料が混合又は積層されて形成されていてもよい。素子配線部は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、素子部の全面に、蒸着法やスパッタ法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること(すなわち、リフトオフ法)により形成することができる。
電極は、電気回路を構成する際の接続等に用いる。密着性の観点から、基板と電極との間にTi、Taなどの層を備えていることが望ましい。基板上に素子部を残し、その上部に電極が作製されてもよい。電極の材料としては、素子配線部同様、導電性の材料(例えばAu、Cu、Cr、Ni、Al、Ta、Ruなど)であれば特に制限されないが、素子特性の観点から、酸化されにくい材料(Au、Ruなど)である方が好ましい。電極は単一の材料で形成されていてもよく、複数の材料が混合又は積層されたものであってもよい。電極は公知の方法で形成することが可能であり、一例としては、フォトリソグラフィー法で形成されたマスク部材、及び、積層部の全面に、蒸着法やスパッタ法により導電性材料を形成し、さらに剥離液を用いてマスク部材を剥離すること(すなわち、リフトオフ法)により形成することができる。プロセス工数の観点から、素子配線部と同時に作製することが望ましい。
キャンセル磁場発生部は、磁気センサ部で検出した磁場の値(検出値)に基づいてフィードバック電流を流すことで、入力磁場を減殺するためのキャンセル磁場を発生するために用いる。キャンセル磁場を発生させる際に、流れたフィードバック電流の値を検出することで、入力磁場を検知することができる。外部からの入力磁場を打ち消すようにキャンセル磁場が形成されるため、フィードバック電流が電気回路に流し得る最大値となるまでは、素子部にかかる磁場は常に一定となる。したがって、測定可能な磁場レンジは素子自身が飽和する磁場ではなく、フィードバック電流が流れるキャンセル磁場発生部の形状と、流し得る電流の最大値に依存する。
電気回路には、一般的なオペアンプを利用することができる。例えばオペアンプの出力を、キャンセル磁場発生部に対して入力磁場と反対の向きの磁場を発生するように接続することで、磁気センサ部で検知する磁場が減殺され、平衡するように動作する。電気回路はオペアンプを2つ以上使って構成してもよい。
固定抵抗には、一般的な金属皮膜抵抗、またはチップ抵抗を用いることができる。サイズを小さくする観点から、チップ抵抗を用いることが望ましい。
(構成)
まず、第一実施形態における磁気検出装置の構成を示す。図1は、磁気センサユニット100の磁気センサ部1と、固定抵抗81〜83で形成されるブリッジ回路を備えた、磁気検出装置1000の一例を示す概略構成図である。図2は、磁気センサユニット100の一例を示す概略構成図である。図2のMRは、磁気センサ部1の素子部を模式的に示す。また、図2のFCは、磁気センサ部1の磁気収束部を模式的に示す。また、図2のコイル部分は、キャンセル磁場発生部70を模式的に示す。
次に、第一実施形態にかかる磁気センサユニット100の製造方法を示す。以下に示す製造方法は一例であって、必ずしも以下の方法で作製する必要はない。
以下に示す実施例1〜4及び比較例1〜3では、有限要素法による磁場解析シミュレーションを行った。
そこで、磁性体群と導電体として、磁気収束部30に対応する磁性体300と、磁化自由層21に対応する磁性体210と、磁化固定層23に対応する感磁エリア230と、キャンセル磁場発生部70に対応する導電体700とを定義し、これらの磁性体、感磁エリア、導電体を仮想空間上に配置した。
Hcoil=Icoil×β
・感磁エリア230の平均磁化率M[T]
・電磁変換係数β[uT/mA]
・磁性体210の自由層長さ方向の磁化分布A
を取得した。
実施例1の上面模式図を図7に示す。
実施例1では、まず1つの磁性体210をLfr=100μmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。感磁軸方向に関して、磁性体210は分離されていない。
次に2つの磁性体300をLfc=5mm、Tfc=10μmとして定義し、磁性体210の両側に、Dfcfr=4μmとして配置した。
次に導電体700をLc=10mm、Dc=6mmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=4.43×10-4[T]となった。
導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=2.25×10-4[T]となった。
上記平均磁化率Mの比率から、導電体700に電流1μAを流した時にかかっている磁場を算出したところ、5.06uT/mAとなった。
次に、感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での磁化分布Aと、導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での磁化分布Bを取得した。
磁化分布A,Bはそれぞれ、磁性体210の中央部を、感磁軸方向を5μmピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は28μmとした。
磁化分布Aに対して磁化分布Bがどれだけずれているかを、
{1−(磁化分布B/磁化分布A)}×100 [%]
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔMは、−0.00049%となった。
実施例2の模式図を図8に示す。
実施例2では、まず2つの磁性体210をLfr=100μmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
この時、2つの磁性体210は、感磁軸方向に並べて配置し、間隙が4μmとなるようにした。
次に2つの磁性体300をLfc=5mm、Tfc=10μmとして定義し、磁性体210の両側に、Dfcfr=4μmとして配置した。
次に導電体700をLc=12mm、Dc=6mmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=2.44×10-4[T]となった。
導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=1.32×10-4[T]となった。
上記平均磁化率Mの比率から、導電体700に電流1μAを流した時にかかっている磁場を算出したところ、5.41uT/mAとなった。
次に、感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での磁化分布Aと、導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での磁化分布Bを取得した。
磁化分布A,Bはそれぞれ、磁性体210の中央部を、感磁軸方向を5μmピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は28μmとした。
磁化分布Aに対して磁化分布Bがどれだけずれているかを、
{1−(磁化分布B/磁化分布A)}×100 [%]
として算出すると、感磁エリア端でのずれ量ΔMは、+0.0013%となった。
実施例3の模式図を図9に示す。
実施例3では、まず1つの磁性体210をLfr=100μmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。感磁軸方向に関して、磁性体210は分離されていない。
次に2つの磁性体300をLfc=5mm、Tfc=10μmとして定義し、磁性体210の両側に、Dfcfr=50μmとして配置した。
次に導電体700をLc=12mm、Dc=6mmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=1.51×10-4[T]となった。
導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=8.19×10-5[T]となった。
上記平均磁化率Mの比率から、導電体700に電流1μAを流した時にかかっている磁場を算出したところ、5.41uT/mAとなった。
次に、感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での磁化分布Aと、導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での磁化分布Bを取得した。
磁化分布A,Bはそれぞれ、磁性体210の中央部を、感磁軸方向を5μmピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は28μmとした。
磁化分布Aに対して磁化分布Bがどれだけずれているかを、
{1−(磁化分布B/磁化分布A)}×100 [%]
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔMは、+0.00029%となった。
実施例4の模式図を図10に示す。
実施例4では、まず1つの磁性体210をLfr=10μmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。感磁軸方向に関して、磁性体210は分離されていない。
次に2つの磁性体300をLfc=5mm、Tfc=10μmとして定義し、磁性体210の両側に、Dfcfr=4μmとして配置した。
次に導電体700をLc=12mm、Dc=6mmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=3.21×10-4[T]となった。
導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=1.74×10-4[T]となった。
上記平均磁化率Mの比率から、導電体700に電流1μAを流した時にかかっている磁場を算出したところ、5.42uT/mAとなった。
次に、感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での磁化分布Aと、導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での磁化分布Bを取得した。
磁化分布A,Bはそれぞれ、磁性体210の中央部を、感磁軸方向を0.5μmピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は28μmとした。
磁化分布Aに対して磁化分布Bがどれだけずれているかを、
{1−(磁化分布B/磁化分布A)}×100 [%]
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔMは、−0.00005%となった。
比較例1の模式図を図11に示す。
比較例1では、まず1つの磁性体210をLfr=100μmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
次に2つの磁性体300をLfc=5mm、Tfc=10μmとして定義し、磁性体210の両側に、Dfcfr=4μmとして配置した。
次に導電体700をLc=2mm、Dc=6mmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(3mm,0,0)と重なるように配置した。
この配置は、感磁エリアの重心がキャンセル磁場発生部70の外側にあることを想定したものである。
感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=4.43×10-4[T]となった。
導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=3.95×10-4[T]となった。
上記平均磁化率Mの比率から、導電体700に電流1μAを流した時にかかっている磁場を算出したところ、0.89uT/mAとなった。
次に、感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での磁化分布Aと、導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での磁化分布Bを取得した。
磁化分布A,Bはそれぞれ、磁性体210の中央部を、感磁軸方向を5μmピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は28μmとした。
磁化分布Aに対して磁化分布Bがどれだけずれているかを、
{1−(磁化分布B/磁化分布A)}×100 [%]
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔMは、+0.82%となった。
比較例2の模式図を図12に示す。
比較例2では、まず1つの磁性体210をLfr=100μmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
次に導電体700をLc=12mm、Dc=6mmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
比較例2では、磁気収束部30に相当する磁性体300を配置していない。
感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=9.60×10-6[T]となった。
導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=5.37×10-6[T]となった。
上記平均磁化率Mの比率から、導電体700に電流1μAを流した時にかかっている磁場を算出したところ、5.59uT/mAとなった。
次に、感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での磁化分布Aと、導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での磁化分布Bを取得した。
磁化分布A,Bはそれぞれ、磁性体210の中央部を、感磁軸方向を5μmピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は28μmとした。
磁化分布Aに対して磁化分布Bがどれだけずれているかを、
{1−(磁化分布B/磁化分布A)}×100 [%]
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔMは、+0.00020%となった。
比較例3の模式図を図13に示す。
比較例3では、まず3つの磁性体210をLfr=100μmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
この時、3つの磁性体210は、感磁軸方向に並べて配置し、間隙が5.008mmとなるようにした。3つの磁性体210は、左側から、磁性体211、212、213とする。
次に4つの磁性体300をLfc=5mm、Tfc=10μmとして定義し、磁性体211の両側と、磁性体213の両側に、Dfcfr=4μmとして配置した。
言い換えると、3つの磁性体210の間に磁性体300が存在し、それぞれの間隔が4μmとなっている。
次に導電体700をLc=10mm、Dc=6mmとして定義し、重心が仮想空間上の原点(0,0,0)と重なるように配置した。
比較例3は、キャンセル磁場発生部長さLc=10mm、感磁エリア長さLj=10.256mmとなるため、Lc>Ljを満たしていない。
感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=4.73×10-4[T]となった。
導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での平均磁化率Mを取得したところ、M=1.42×10-4[T]となった。
上記平均磁化率Mの比率から、導電体700に電流1μAを流した時にかかっている磁場を算出したところ、3.01uT/mAとなった。
次に、感磁軸方向から10nTの一様磁場を印加した時の、感磁エリア230での磁化分布Aと、導電体700に1μAの電流を流した時の、感磁エリア230での磁化分布Bを取得した。
磁化分布A,Bはそれぞれ、磁性体210の中央部を、感磁軸方向を5μmピッチの磁性要素に分割して、各磁性要素の磁化をプロットすることで得られる。このとき、磁性要素中央部の幅は28μmとした。
磁化分布Aに対して磁化分布Bがどれだけずれているかを、
{1−(磁化分布B/磁化分布A)}×100 [%]
として算出すると、感磁エリア内でのずれ量ΔMは、37.4%となった。
上記実施例及び比較例から得られた、
・感磁エリア230の平均磁化率M[T]
・電磁変換係数β[uT/mA]
・感磁エリア内でのずれ量ΔM[%]
の値と、実施例1での各値を「1」とした時の相対値をまとめて、表1に示す。
・磁化自由層の感磁軸方向長さを長くすること
・磁気収束部の間隔を小さくすること
・磁気収束部と磁化自由層との間隔を小さくすること
が望ましい。
キャンセル磁場発生部形状を変化させながら、形状に応じた磁場分布を取得し、様々な形状のキャンセル磁場発生部に対する、効果的な感磁エリア長さを検討した。
前述したLc/Dcの望ましい範囲(1/10<Lc/Dc<10)では、Lc/xが大きくなっていることが分かる。すなわち、現実的な範囲でキャンセル磁場発生部を作製すると、キャンセル磁場発生部の長さに対して、許容できる感磁エリア長さが小さくなることを意味している。
以下では、シミュレーションによって得られた結果を実証するため、実際にデバイスを作製し、感度、磁場レンジ、線形性の各値を比較検討した。
まず、上記の作製方法により、磁気センサ部1を作製した。
入力磁場が略ゼロの状態で、磁気センサ部1の両端にかかる電圧が1Vになるように電圧を調整し、この時の電流を保ったまま感磁軸方向から±50μTの範囲で磁場を変化させながら印加し、電圧を測定した。
その結果を図16に示す。図16の横軸は入力磁場、縦軸は、電圧を表す。
入力磁場に対してどれだけ電圧が変化したか、つまり図16の曲線の傾きが感度となる。図16より感度は、58V/mTとなった。
次に、外形6mmで空芯の円柱状樹脂材に、0.2mm径の電線を50回巻いて、径6mm、長さ10mmのキャンセル磁場発生部70を形成した。
磁気センサ部1とキャンセル磁場発生部70を組み合わせ、磁気センサユニット100を作製した。
固定抵抗83の代わりに可変抵抗を用いた以外は、上記の作製方法により、磁気検出装置1000を作製した。
可変抵抗は、ネジを調節することによって抵抗を調節できる、一般的な可変抵抗である。
入力磁場がゼロの環境において、磁気検出装置1000の電気回路を駆動し、ブリッジ回路部に1Vの電圧を印加した。さらに可変抵抗の抵抗値を調節し、電流検出器での検出電流がゼロに近づくように調整した。
感磁軸方向から磁場を±10μTの範囲で変化させながら印加し、電流検出器90を用いて電流を測定した。
この時の測定データの傾きと磁場の値を用いて算出した直線と、実際の測定データとの差をΔI,±10μT印加時の電流変化量をIrangeとしたとき、理想直線との差異Ierrorは、
Ierror = ΔI / Irange × 100[%F.S.]
で表すことができる。本検討では、±10μTの磁場印加時、Ierrorの最大値と最小値の差異を非線形誤差とする。
その結果を図18に示す。図18の横軸は入力磁場、縦軸は電圧、第二縦軸は、理想直線との差異を表す。
図18より、電磁変換係数βは4.0nT/μAであった。この値から、前述のシミュレーション結果と大きな差異はないことが分かる。
また、±10μTの領域では、非線形誤差は0.04%であった。
比較例11では、実施例11と共通の磁気センサ部1及びキャンセル磁場発生部70を利用した。ただし、図19に示すように、組み合わせる際に、キャンセル磁場発生部端から1mm離れた位置に感磁エリアがくるようにずらして配置した。
それ以外は、実施例11と同様に作製、調整及び測定を行った。
その結果を図19に示す。図19の横軸は入力磁場、縦軸は電圧、第二縦軸は、理想直線との差異を表す。
図19より、電磁変換係数βは1.6nT/μAであり、実施例11と比較して小さくなっていることが分かる。
また、±10μTの領域では、非線形誤差は0.22%となった。
り、実施例11と比較して悪化していることが分かる。
比較例12では、磁気収束部をもうけない以外は、実施例11と同様の作製方法で磁気センサ部1を作製し、±5mTの範囲で磁場を印加して、電圧測定を行った。
その結果を図17に示す。図17の横軸は入力磁場、縦軸は、電圧を表す。
図より感度は、0.7V/mTとなった。
まずは実施例11と比較例11の線形性に関して比較を行う。実施例11の非線形誤差は0.04%であり、比較例11の非線形誤差は0.22%であることから、比較例に対して実施例の方が優れた線形性を有していることが分かる。実施例11と比較例11の差異は、磁気センサ部1とキャンセル磁場発生部70の位置関係だけであることから、キャンセル磁場発生部70の分布が線形性に影響を与えていることを示していると考えられる。すなわち、実施例11と比較例11の実測結果は、実施例1〜4及び比較例1〜3のシミュレーション結果を裏付けるものであると考えられる。
10 基板
20 素子部
21 磁化自由層
22 磁性層
23 磁化固定層
30 磁気収束部
31 シード層
40 保護層
40a 通電窓
41 保護層
50 素子配線部
70 キャンセル磁場発生部
81 固定抵抗
82 固定抵抗
83 固定抵抗
90 電流検出器
100 磁気センサユニット
210 磁性体
211 磁性体
212 磁性体
213 磁性体
230 感磁エリア
230 磁性体
300 磁性体
700 導電体
1000 磁気検出装置
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に形成され、磁化自由層、非磁性層及び磁化固定層を少なくとも有し、所定の方向からの磁場を感知する感磁エリアを有する素子部と、
前記素子部の感磁軸方向に沿って前記素子部の両側に近接して配置され、前記素子部に入力される入力磁場を収束する、少なくとも2つ以上の磁気収束部と、
前記感磁軸と略平行な方向を巻回軸として、導体をコイル状に巻回させて形成されたキャンセル磁場発生部と、
前記素子部で検出した検出値に基づいて、前記キャンセル磁場発生部にフィードバック電流を印加し、前記キャンセル磁場発生部に前記入力磁場を減殺するキャンセル磁場を発生させる電気回路と、を備え、
前記感磁エリアの重心及び前記磁気収束部の少なくとも一部は、キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に存在し、
前記感磁軸と平行な方向における前記キャンセル磁場発生部の長さLcは、前記感磁軸と平行な方向における前記感磁エリアの最大長さLjよりも大きい
磁気検出装置。 - 前記感磁エリアはすべて、前記キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に存在する、請求項1に記載の磁気検出装置。
- 前記素子部は、前記基板上に少なくとも2つ以上存在し、感磁エリアを通して電気的に接続される、請求項1または2に記載の磁気検出装置。
- 前記磁気収束部で挟まれた前記素子部は、感磁軸方向に関して、前記磁化自由層が分離されていない、請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
- 前記素子部は、前記基板上に、前記磁化自由層、前記非磁性層、前記磁化固定層がこの順で積層され、上面視で、前記磁化固定層の面積は前記磁化自由層の面積よりも小さく、
前記磁化固定層の面積に基づいて前記感磁エリアが定められる、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気検出装置。 - 上面視における、前記素子部と前記磁気収束部の最小の間隔が、
前記磁気収束部の膜厚の5倍以下である、
請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気検出装置。 - 前記磁化自由層の最小の厚みが、前記磁気収束部の膜厚の最大の厚みよりも小さい、
請求項1から6のいずれか一項に記載の磁気検出装置。 - 前記素子部および前記磁気収束部のすべてが、前記キャンセル磁場発生部の包絡面の内側に配置される、請求項1から9のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
- 感磁軸方向における前記感磁エリア全体の重心位置は、前記キャンセル磁場発生部の重心位置と略一致する、請求項1から10のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018015539A JP2019132719A (ja) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 磁気検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018015539A JP2019132719A (ja) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 磁気検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019132719A true JP2019132719A (ja) | 2019-08-08 |
Family
ID=67546774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018015539A Pending JP2019132719A (ja) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 磁気検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019132719A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021100252A1 (ja) * | 2019-11-22 | 2021-05-27 | Tdk株式会社 | 磁気センサ |
CN112946543A (zh) * | 2019-12-11 | 2021-06-11 | Tdk株式会社 | 磁场检测装置和电流检测装置 |
CN113495233A (zh) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | Tdk株式会社 | 磁场检测装置和电流检测装置 |
CN114720920A (zh) * | 2021-01-04 | 2022-07-08 | 株式会社东芝 | 磁传感器以及检查装置 |
JP2022114102A (ja) * | 2021-01-26 | 2022-08-05 | 株式会社東芝 | 磁気センサ及び検査装置 |
CN115436464A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-06 | 南昌工程学院 | 基于漏磁检测的耐张线夹压接凹槽位置检测装置及方法 |
CN116666036A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-29 | 珠海多创科技有限公司 | 消磁模块和电流传感器 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010143666A1 (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 磁気平衡式電流センサ |
JP2013210335A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Alps Electric Co Ltd | 磁気センサ |
JP2014081300A (ja) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Fujikura Ltd | フラックスゲート型磁気素子、磁気センサ |
JP2014174061A (ja) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Hitachi Metals Ltd | 磁気センサ装置 |
WO2015052891A1 (ja) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁気センサ |
JP2015169530A (ja) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
JP2017083173A (ja) * | 2014-03-11 | 2017-05-18 | コニカミノルタ株式会社 | 磁気センサー |
JP2017163094A (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁気センサ |
-
2018
- 2018-01-31 JP JP2018015539A patent/JP2019132719A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010143666A1 (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 磁気平衡式電流センサ |
JP2013210335A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Alps Electric Co Ltd | 磁気センサ |
JP2014081300A (ja) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Fujikura Ltd | フラックスゲート型磁気素子、磁気センサ |
JP2014174061A (ja) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Hitachi Metals Ltd | 磁気センサ装置 |
WO2015052891A1 (ja) * | 2013-10-08 | 2015-04-16 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁気センサ |
JP2015169530A (ja) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | アルプス電気株式会社 | 磁気センサ |
JP2017083173A (ja) * | 2014-03-11 | 2017-05-18 | コニカミノルタ株式会社 | 磁気センサー |
JP2017163094A (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁気センサ |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4064374A4 (en) * | 2019-11-22 | 2023-12-13 | TDK Corporation | MAGNETIC SENSOR |
US12066506B2 (en) | 2019-11-22 | 2024-08-20 | Tdk Corporation | Magnetic sensor |
WO2021100252A1 (ja) * | 2019-11-22 | 2021-05-27 | Tdk株式会社 | 磁気センサ |
JP7522129B2 (ja) | 2019-11-22 | 2024-07-24 | Tdk株式会社 | 磁気センサ |
CN112946543A (zh) * | 2019-12-11 | 2021-06-11 | Tdk株式会社 | 磁场检测装置和电流检测装置 |
CN112946543B (zh) * | 2019-12-11 | 2024-02-06 | Tdk株式会社 | 磁场检测装置和电流检测装置 |
CN113495233A (zh) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | Tdk株式会社 | 磁场检测装置和电流检测装置 |
CN113495233B (zh) * | 2020-03-18 | 2024-04-05 | Tdk株式会社 | 磁场检测装置和电流检测装置 |
JP2022105354A (ja) * | 2021-01-04 | 2022-07-14 | 株式会社東芝 | 磁気センサ及び検査装置 |
US11946975B2 (en) | 2021-01-04 | 2024-04-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic sensor and inspection device |
JP7482046B2 (ja) | 2021-01-04 | 2024-05-13 | 株式会社東芝 | 磁気センサ及び検査装置 |
CN114720920A (zh) * | 2021-01-04 | 2022-07-08 | 株式会社东芝 | 磁传感器以及检查装置 |
JP7426958B2 (ja) | 2021-01-26 | 2024-02-02 | 株式会社東芝 | 磁気センサ及び検査装置 |
JP2022114102A (ja) * | 2021-01-26 | 2022-08-05 | 株式会社東芝 | 磁気センサ及び検査装置 |
CN115436464A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-06 | 南昌工程学院 | 基于漏磁检测的耐张线夹压接凹槽位置检测装置及方法 |
CN115436464B (zh) * | 2022-08-31 | 2024-09-10 | 南昌工程学院 | 基于漏磁检测的耐张线夹压接凹槽位置检测装置及方法 |
CN116666036A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-29 | 珠海多创科技有限公司 | 消磁模块和电流传感器 |
CN116666036B (zh) * | 2023-05-17 | 2024-02-13 | 珠海多创科技有限公司 | 消磁模块和电流传感器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8519704B2 (en) | Magnetic-balance-system current sensor | |
JP2019132719A (ja) | 磁気検出装置 | |
US8269492B2 (en) | Magnetic balance type current sensor | |
US8487612B2 (en) | Current sensor | |
JP4105147B2 (ja) | 電流センサ | |
CN103645369B (zh) | 一种电流传感装置 | |
US20110025320A1 (en) | Magnetic sensor | |
JP7324331B2 (ja) | 磁気検出装置 | |
JP2006208278A (ja) | 電流センサ | |
JP2006125962A (ja) | 電流センサ | |
WO2012090631A1 (ja) | 磁気比例式電流センサ | |
WO2011111536A1 (ja) | 磁気平衡式電流センサ | |
US9207264B2 (en) | Current sensor | |
JP6610746B1 (ja) | 磁気センサ | |
JP2018194534A (ja) | 磁気センサ | |
JP4985522B2 (ja) | 磁界測定方法及び磁気センサ | |
RU2436200C1 (ru) | Магниторезистивный датчик | |
JP7232647B2 (ja) | 磁気検出装置 | |
JP2012255796A (ja) | 磁気センサおよびその製造方法 | |
US9739808B2 (en) | Devices, methods, and systems for sensing current | |
JP2019086290A (ja) | 磁気センサ | |
JP2012063232A (ja) | 磁界検出装置の製造方法および磁界検出装置 | |
JP2013047610A (ja) | 磁気平衡式電流センサ | |
JP6381341B2 (ja) | 磁気センサ、磁気検出装置及び磁気センサの製造方法 | |
JP2015194389A (ja) | 磁界検出装置および多面取り基板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201009 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210928 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220405 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220602 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220906 |