利用依赖磁场强度的软磁元件的阻抗变化的磁传感器及其制造方法技术

磁传感器包括具有互相相对的第一和第二表面的绝缘基片，具有末端互相相对的软磁元件并装在绝缘基片的第一表面上，和装在绝缘基片的第二表面上的导体，和耦合到软磁元件的第一和第二端的输出端口，以得到在第一和第二端间软磁元件的阻抗。阻抗变化依赖于加到软磁元件的磁场强度。在磁传感器中，软磁元件是软磁线。导体是接地导体。磁传感器还包括用接地导体连接软磁线的第一端的短路导体，同时输出端口连接短路导体和软磁线的第二端。软磁元件包括软磁薄膜。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到依赖外部磁场呈现阻抗变化的磁传感器，特别是，涉及到用于磁头等的磁传感器。近年来，小型化和高性能电子设备的发展已经加快了进程。比如在与计算机辅助设备中，用于小型化和大容量硬盘的读出磁头，通常利用电磁感应的磁头已被利用磁阻效应的磁阻磁头(MR磁头)代替。然而，在进一步提高记录密度时，甚至MR磁头也不能满足。在这种情况下，强烈要求一种响应于外部磁场强度变化呈现在电特性方面宽变化的新的磁元件。此外，MR磁头不适用于测量和检测弱磁场方面，例如地磁强度或脑磁场的测量。鉴于上面的情况，已经建议包括用高频电流供给的软磁线的磁传感器(也称为“磁阻抗元件”)。响应于外部磁场强度的变化，软磁线呈现电阻和电感方面变化，也就是，呈现阻抗的变化。于是，阻抗变化就应用在磁场强度的检测中(日本未审查专利公开号176930/1994和248365/1995，日本电子工程学会会刊，Vol，E116，No.1.第7页(1996))。这种磁传感器响应于外部磁场强度的变化呈现宽的阻抗变化，因此具有很好的磁头性能。然而，依赖于磁场强度变化的阻抗变化率(即，磁场灵敏度)只有10％Oe。为消除上述缺点，已经包括用晶体管和软磁线组合形成的振荡电路的另外的磁传感器。由于这种构成，利用LC谐振来改进灵敏度(日本磁学会期刊，Vol，19，第469页(1995))。然而，这种磁传感器不仅要求有源元件，而且还要求多个电阻器，电容器，和二极管。因此，生产成本不可避免地会增高。另一方面，与实现小型化的磁传感器，考虑使用单层的非晶金属磁膜(日本电子工程师学会会刊，115-A，第949页(1995))。在这种磁传感器中，电流直接供到磁膜，以便检测依赖外部磁场的阻抗变化。然而，与通常用作导线的铜、铝的银的这些金属相比较，非晶金属磁膜具有大的电阻。因此，不能完成有效的激励，并且阻抗变化率也是小的。此外，已经建议包括包含铜膜的条形的溅射坡莫合金膜制成的另外的磁传感器或磁阻抗元件(Senda等人，电子工程师学会，磁技术会议，MAG-95-126，91(1995))。另外，已经建议包括插入具有单轴磁各向异性的Cosib膜和把铜导层放入其间制成的不同的磁传感器(Morikawa等人，日本磁学会期刊，No，20，第553页(1996))。相对于在一定范围内的变化外部磁场，这些磁传感器呈现的阻抗变化率在-50和+120％之间。然而，磁场灵敏度不大于-5至+10％/oe。另外，控制磁各向异性是很困难的。与此同时，在使用软磁元件的上述磁传感器中，在集肤效应和涡流损耗增加的影响下，磁传感器的阻抗是以几十到几百兆赫兹(MHz)的量级增加频率。这就意味着，响应于外部磁场强度变化的阻抗变化是相当小的。在上述通常磁传感器中，在磁传感器和其它电路元件或在磁传感器周围的导线之间产生杂散电容。这样就导致磁传感器的工作不稳定。本专利技术的第一个目的是提供几乎不受在磁传感器周围的电介质和导体干扰并使其可稳定工作的磁传感器。本专利技术的第二目的是提供磁场灵敏度是高的、制造简单又低成本的磁传感器。本专利技术的第三个目的是提供不仅在磁场灵敏度方面是优秀的，而且响应于外部磁场强度的变化呈现宽阻抗变化，因此保证稳定工作的磁传感器。本专利技术的第四个目的是提供能降低直流电阻，因此与包括也用作导体金属的导线或磁金属层相比达到较高灵敏度的磁传感器。本专利技术的第五个目的是提供能抑制涡流损耗，以改进高频带方面的磁特性的磁传感器。本专利技术的第六个目的是提供具有大的阻抗变化率的磁传感器。本专利技术的第七目的是提供上述类型的每个磁传感器的制造方法。根据本专利技术，提供用于检测磁场强度的磁传感器，它包括具有第一和第二表面互相相对的绝缘基片；具有第一和第二终端互相相对并安装在绝缘基片第一表面上的软磁元件；安装在绝缘基片的第二表面上的导体；以及粘合到软磁元件的第一和第二终端的输出端口，用于导出在第一和第二终端之间软磁元件的阻抗，阻抗改变依赖于加到软磁元件的磁场强度。根据本专利技术，还提供了包括绝缘基片和形成在基片上的软磁薄膜元件，还进一步包括通过内绝缘层由软磁薄膜元件环绕的内导层的磁传感器。软磁薄膜元件包括基本上由原子百分数80-87的钴、原子百分数10-17的铌和原子百分数1-6的锆组成的钴-铌-锆薄层。根据本专利技术的，还提供包括在绝缘基片上形成第一软磁膜；在第一软磁膜上形成第一绝缘膜；在第一软磁膜上形成导电层；形成第二绝缘膜，以遮盖除两个末端之外的导电层；及形成第二软磁膜，以遮盖第二绝缘膜，以形成包括第一和第二软磁膜的闭磁环路的步骤的制造磁传感器的方法。第一和第二软磁膜的每一个都包括基本上由原子百分数80-87的钴、原子百分数10-17的铌和原子百分数1-6的锆组成的钴-铌-锆薄膜。在此，将说明选择上面指定成分的原因。在钴-铌-锆薄膜的组成中，大于原子百分数87的钴对增加磁饱和是有利的，但对增加导致软磁特性变劣的磁磁致伸缩是不利的。因此，降低了响应于外部磁场强度变化的阻抗变化率。另外，要获得非晶膜是很困难的。另一方面，小于原子百分数80的钴将降低磁饱和，因此，依赖于外部磁场强度变化的阻抗变化率就变得很小。锆起把钴-铌-锆膜转变成非晶膜的作用并需要原子百分数1或更多的含量。大于原子百分数6是不利的，因为磁致伸缩的增加将导致软磁特性的恶化。关于铌，原子百分数10-16的含量是最好的，因为将达到零的磁致伸缩。小于原子百分数10将增加正的磁致伸缩，将引起软磁特性的恶化，即，阻抗变化率的恶化。另一方面，大于原子百分数16是不利的，因为磁饱和要降低。由于在本专利技术中使用了薄膜技术，于是就容易进行一些细微的处理。像其它薄膜磁传感器一样，本专利技术的磁传感器在与使用线材料的那些方面相比是优秀的。根据本专利技术，导电层和磁性层是互相绝缘的，以便降低涡流损耗。因此，在高频带方面的性能是优秀的。附图说明图1A和1B分别表示没有任何杂散电容和有杂散电容的通常磁传感器的等效电路；图2是本专利技术第一实施例磁传感器的透视图；图3表示图2磁传感器的等效电路；图4是根据本专利技术第二实施例的磁传感器的透视图；图5是根据本专利技术第三实施例的磁传感器的透视图；图6是对图5中的磁传感器改进的，根据本专利技术第四实施例的磁传感器的透视图；图7是对图5中磁传感器另一种改进的，根据本专利技术第五实施例的磁传感器的透视图；图8是对图6中磁传感器改进的，根据本专利技术第六实施例的磁传感器的透视图；图9是相对于图3等效电路中的各种L0值的阻抗与频率关系的曲线图；图10是根据本专利技术第七实施例磁传感器的透视图；图11表示阻阻抗2、电阻R和电感L与外部磁场的关系图；图12是根据本专利技术第八实施例磁传感器的透视图；图13是根据本专利技术第九实施例磁传感器的透视图；图14是图13中磁传感器的截面图；图15是对图11磁传感器的改进，根据本专利技术第十实施例的磁传感器的部分截面图；图16表示图10磁传感器的阻抗与频率的关系曲线图；图17表示图13的磁传感器的阻抗Z、电阻R和电感L与频率的关系图；图18是本专利技术第十二初稿例的磁传感器的透视图；图19是图18中说明的磁传感器的截面图；图20是图18中说明的磁传感器的纵向截面图；图21A、21B、21C、21D、21E和21F是用于说明图18中说明的磁传感器的制造过程图；图22表示图18的磁传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测磁场强度的磁传感器，包括：具有第一和第二互相相对的表面的绝缘基片；具有第一和第二互相相对的末端并装在所述绝缘基片的所述第一表面上的软磁元件；装在所述绝缘基片的所述第二表面上的导体；和耦合到所述软磁元件的所述第一和 所述第二末端的输出端口，以得出在所述第一和所述第二末端之间的所述软磁元件的阻抗，所述阻抗变化依赖于施加到所述软磁元件的磁场强度。

【技术特征摘要】
JP 1996-9-17 244860/96;JP 1996-9-17 245071/96;JP 11.一种用于检测磁场强度的磁传感器，包括具有第一和第二互相相对的表面的绝缘基片；具有第一和第二互相相对的末端并装在所述绝缘基片的所述第一表面上的软磁元件；装在所述绝缘基片的所述第二表面上的导体；和耦合到所述软磁元件的所述第一和所述第二末端的输出端口，以得出在所述第一和所述第二末端之间的所述软磁元件的阻抗，所述阻抗变化依赖于施加到所述软磁元件的磁场强度。2.如权利要求1的磁传感器，其特征在于所述软磁元件是软磁线和所述导体是接地的接地导体，所述磁传感器还包括用所述接地导体连接所述软磁线的所述第一端的短路导体，所述输出端口耦合到所述短路导体和所述软磁线的所述第二端。3.如权利要求2的磁传感器，其特征在于所述软磁线是包括外软磁部分和包围其中的由导体，所述内导线连接到所述接地导层。4.如权利要求3的磁传感器，其特征在于所述软磁元件还包括插入在所述外软磁部分和所述同轴软磁线的所述内导体之间的绝缘层。5.如权利要求2的磁传感器，其特征在于所述接地导体包括形成在所述绝缘基片的所述第二表面上的导电层。6.如权利要求2的磁传感器，其特征在于所述地导体包括附连到所述绝缘基片的所述第二表面的导线。7.如权利要求1的磁传感器，其特征在于所述软磁元件大体上包括软磁薄膜。8.如权利要求7的磁传感器，其特征在于所述导体是接地的接地导体并包括包含至少铜、银、金和铝之一的铜、银、金、铝或合金。9.如权利要求1的磁传感器，其特征在于所述软磁元件包括，在所述软磁元件的纵方向延伸的内导电层、围绕所述内导电层外沿的绝缘层、和覆盖所述绝缘层的软磁薄膜，所述内导电层包括包含至少铜、银、金和铝之一的铜、银、金、铝，或合金，所述绝缘层包括至少SiO2，Si3N4，和AlN中的一种。10.如权利要求1的磁传感器，其特征在于所述软磁元件包括，内导电层...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田哲男，荒井贤一，
申请(专利权)人：NEC东金株式会社，荒井贤一，
类型：发明
国别省市：JP[日本]