磁致电阻效应元件及其制造方法和使用方法

文档序号:7119504阅读:226来源:国知局
专利名称:磁致电阻效应元件及其制造方法和使用方法
技术领域
本发明涉及用于传感器等中的磁致电阻效应元件,特别涉及利用了巨磁致电阻效应的磁致电阻效应元件、及其制造方法和使用方法。
背景技术
磁致电阻效应元件具有电阻值按照磁场方向和强度的变化而变化的特性。作为使用了这样的磁致电阻效应元件的传感器,可以举出,例如,把设置有偏置磁铁的磁致电阻效应元件串联连接并施加电压,在利用外部电路检测其中点电压变化的同时,通过进行信号处理来检测旋转体的转速的旋转检测传感器等。
作为磁致电阻效应元件,有在半导体基板上形成了霍尔元件和控制电路的霍尔IC、使用了镍一铁合金(Ni-Fe)或镍一钴合金(Ni-Co)等铁磁性材料薄膜元件的器件,或者使用了锑化铟(InSb)等半导体磁致电阻元件的器件。与此不同,近年来,为了得到更大的磁致电阻效应,已把构成为将厚度约几nm的磁性薄膜与非磁性金属薄膜交替地层叠起来的巨磁致电阻效应元件(GMR元件),用于旋转检测传感器和位置检测传感器中。
作为这样的磁致电阻效应元件,不仅提案了把磁性体膜与金属非磁性薄膜层叠的结构,还提案了各种结构。下面,简单地说明由把上述磁性体膜与金属非磁性薄膜层叠的金属人工晶格膜结构构成的磁致电阻效应元件的制造方法。
最初,利用溅射等在基板上把磁性薄膜与金属非磁性薄膜层叠起来并通过光刻工艺形成作成了预定图形形状的金属人工晶格膜。在该金属人工晶格膜的两端部上形成用于施加电压的电极,在其中央部形成用于取出中点电位的电极。进而,形成保护膜,以覆盖形成有电极的金属人工晶格膜,由此制造磁致电阻效应元件。当把磁性薄膜和金属非磁性薄膜设定成适当的厚度时,反铁磁性结在相邻的磁性薄膜间通过金属非磁性薄膜而起作用。此时,磁性薄膜的磁化方向互相相反。在与金属人工晶格膜的面平行地施加磁场时,磁性薄膜的磁化方向与所施加的磁场方向相同,金属人工晶格膜的电阻值降低。通过检测出施加这样的磁场所引起电阻值的变化,可作为传感器来利用。
下面,说明把这样的磁致电阻效应元件用于旋转检测传感器中时的工作原理。
与如齿轮那样在圆周上以一定间隔形成了凹凸的磁性旋转体接近,设置以半桥或全桥组成的金属人工晶格膜和用于提供偏置磁场的永久磁铁。在此状态下使磁性旋转体旋转时,由于永久磁铁的磁场方向按照凹凸而变化,所以施加到金属人工晶格膜上的磁场方向和大小发生变化。由于金属人工晶格膜的电阻值按照该变化而发生变化,所以桥中点的电压变化。利用与外部连接的处理电路对于该电压的变化进行处理,由此,能够作为脉冲状的信号取出,由此能够检测转速。
但是,汽车的电子控制技术急速发展,需要用于控制汽车的各种传感器。由于汽车在室外、苛刻的环境中使用,所以在把磁致电阻效应元件应用于汽车用途中时,即使在发动机室等苛刻的气氛环境下也要求特性稳定而且不劣化。
利用了巨磁致电阻效应的磁致电阻效应元件的场合,由于磁致电阻变化率大,所以作为汽车用传感器是有希望的。但是,磁致电阻效应元件为了在包含发动机室的高温环境下保持其大的磁致电阻变化率而且确保高可靠性,必须改善直接显现磁致电阻效应的磁检测膜的高温稳定性。因此,改善磁检测膜本身的材料、保护膜的材料、及其制造工序,是个课题。
对于磁检测材料作了各种研究。例如,在特开平8-83937号公报中示出了,为了得到更大的磁致电阻变化率,在自旋阀型磁致电阻效应元件中作为磁性薄膜使用由镍(Ni)为5~40原子%、钴(Co)为30~95原子%、剩余元素为铁(Fe)构成的铁磁性薄膜层;由镍(Ni)为24~35原子%、钴(Co)为80~90原子%、剩余元素为铁(Fe)构成的铁磁性体薄膜;或者,由镍(Ni)为≤20%原子、钴(Co)为80~90原子%、剩余元素为铁(Fe)构成的铁磁性薄膜层的情况。通过使用这样的材料,磁致电阻变化率增大,而且,还能够改善耐蚀性。
此外,为了改善这样的磁致电阻效应元件的可靠性,对于保护膜材料及其制造工序也进行了研究。例如,在特开2001-203407号公报中,描述了作为金属人工晶格型的磁致电阻效应元件的保护膜,使用聚酰亚胺的情况。但是,完全未描述使用聚酰亚胺所引起的、对于磁致电阻效应元件的特性的影响等。
而且,在特开平10-326919号公报中示出,在使用表现出巨磁致电阻效应的磁检测膜的磁致电阻效应元件中,作为其保护膜使用聚酰亚胺的情况。此外,还能够通过使该聚酰亚胺的厚度变化来使施加在磁性膜(磁致电阻效应膜)上的应力变化。此外,还描述了在聚酰亚胺与磁性膜(磁致电阻效应膜)间设置二氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)等薄膜层,对磁性膜(磁致电阻效应膜)进行双重保护的情况。但是,作为使聚酰亚胺的厚度变化来使磁性膜的应力变化的方法,如果为了减小应力而减薄聚酰亚胺的厚度,则与磁性膜(磁致电阻效应膜)耐蚀性的降低有联系。但是,它对在能够保证耐蚀性的厚度下减小应力的方法未特别描述。此外,在设置二氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)等薄膜层对磁性膜(磁致电阻效应膜)进行双重保护的方法中,存在着产生这些薄膜层的应力所引起的特性变动的可能性。
对此,本发明人发现,在使用由现有结构构成的磁致电阻效应元件时,与室温时相比,磁致电阻变化率在约150℃的高温气氛下大幅度地降低。而且,还发现了在这样的高温下长期保存和使用时,电阻值随时间变化。

发明内容
本发明的目的在于,基于上述的认识,提供耐热性良好、并具有磁致电阻变化率大的特性的磁致电阻效应元件。
本发明的磁致电阻效应元件,包括基板;在该基板上的一部分上,把磁性薄膜与金属非磁性薄膜交替地层叠两层或更多层,且以预定的图形形状形成的金属人工晶格膜;在该基板上,覆盖金属人工晶格膜而形成的第一保护膜;以及在第一保护膜上形成的第二保护膜,第一保护膜的残余应力实质上为零,第二保护膜由具有阻止水分透过能力的材料构成。
由此,能够实现即使在约150℃的高温状态下也不产生磁滞、特性不劣化、耐热性方面良好的磁致电阻效应元件。此外,由于耐蚀性也良好,所以可得到在汽车等苛刻的环境中也能够使用的磁致电阻效应元件。
而且,本发明的磁致电阻效应元件构成为,在上述结构中,磁性薄膜由包含镍(Ni)、铁(Fe)和钴(Co)的合金构成,金属非磁性薄膜为铜(Cu)或银(Ag)中的任一种。由此,能够实现可以增大磁致电阻变化率、可以得到充分的输出的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件,包括基板;在该基板上的一部分上,把磁性薄膜与金属非磁性薄膜层叠至少两层或更多层,且以预定的图形形状形成的金属人工晶格膜;以及在基板上,覆盖金属人工晶格膜而形成的保护膜,磁性薄膜为合金膜,由镍(Ni)、铁(Fe)和钴(Co)构成,其原子数的组成比为镍(Ni)为1~5原子%、钴(Co)为50~95原子%、剩余元素为铁(Fe)。
由此,即使在高温下磁致电阻变化率也不劣化,而且能够显著减小特性的随时间变化。推测这是因为通过减小了镍(Ni)的组成比,能够控制在高温下容易产生的镍(Ni)扩散。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于在上述结构中,磁性薄膜为合金膜,其原子数的组成比为镍(Ni)∶钴(Co)∶铁(Fe)=4∶90∶6。由此,能够实现耐热性方面良好、而且还可以不产生磁性薄膜导致的磁滞、高温稳定性良好的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于在上述结构中,金属非磁性薄膜由铜(Cu)或银(Ag)中的任一种构成。由此,能够实现可以增大磁致电阻变化率、可以得到充分的输出的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于保护膜包括在包含金属人工晶格膜上的基板上形成的第一保护膜;以及在第一保护膜上形成的第二保护膜,第一保护膜的残余应力实质上为零,第二保护膜由具有阻止水分透过能力的材料构成。由此,能够实现耐热性和耐蚀性方面良好、不产生磁滞所引起的特性劣化的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于第一保护膜由一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或氮化氧化硅(SiON)中的任一种构成,第二保护膜由聚酰亚胺构成。由此,能够实现耐热性和耐蚀性方面良好、不产生磁滞所引起的特性劣化的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于磁性薄膜的磁致伸缩为零。由此,能够实现可以防止产生磁性薄膜导致的磁滞、在高温下特性也稳定的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于基板由陶瓷构成。由此,能够实现廉价的、适合于高温下使用的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件构成为,基板为玻璃层已釉化了的釉面陶瓷基板,金属人工晶格膜在玻璃层上形成。由此,由于可以得到表面平滑性良好的陶瓷基板,所以即使形成金属人工晶格膜,基特性离散性也小,而且能够改善制造成品率。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于玻璃层中包含的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的混入量中的任一个都≤10ppm。由此,能够防止这些离子混入所引起的金属人工晶格膜的电阻值和磁特性的变化。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于第一保护膜中包含的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的混入量中的任一个都≤10pmm。由此,能够防止这些离子混入所引起的金属人工晶格膜的电阻值和磁特性的变化。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的制造方法,包括在基板上的一部分上,把磁性薄膜与金属非磁性薄膜交替地层叠两层或更多层,且形成预定图形形状的金属人工晶格膜的工序;在基板上,形成覆盖金属人工晶格膜、且残余应力实质上为零的第一保护膜的工序;以及在第一保护膜上,形成具有阻止水分透过能力的第二保护膜的工序。由此,能够制造耐蚀性方面良好、不产生保护膜导致的磁滞的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的制造方法中,构成金属人工晶格膜的磁性薄膜为合金膜、由镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)构成,其原子数的组成比是,上述镍(Ni)为1~5原子%、钴(Co)为50~95原子%,剩余元素为铁(Fe),且金属非磁性膜是铜(Cu)或银(Ag),把该磁性薄膜与该金属非磁性膜交替地层叠起来。由此,能够得到耐热性和耐腐蚀性方面良好、至少不产生第一保护膜导致的磁滞的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的制造方法中,形成第一保护膜的工序是,把基板温度设定于200℃~250℃的范围内,利用溅射法或蒸镀法来形成一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或氮化氧化硅(SiON)中的任一种的方法构成。由此,利用大量生产性好的成膜方法,能够得到耐腐蚀性方法良好、且不产生保护膜导致的磁滞的磁致电阻效应元件。
此外,本发明的磁致电阻效应元件的特征在于在≥150℃的环境中使用。由此,在高温下也得到与室温同等的电阻值变化率,此外,可减小金属人工晶格膜的特性的随时间变化。
此外,本发明的使用方法,是在≥150℃的环境中使用的方法,在高温下磁致电阻变化率降低得也小,能够稳定地使用。


图1A为本发明实施方式的磁致电阻效应元件的平面图。
图1B为沿着图1A示出的A-A线的剖面图。
图2为用于说明该实施方式的磁致电阻效应元件的金属人工晶格膜的详细结构的剖面图。
图3为示出使用4个该实施方式的金属人工晶格膜,按照桥路结构制作的磁致电阻效应元件的模式图。
具体实施例方式
下面,参照附图,详细地说明本发明的实施方式。图1A为本发明实施方式的磁致电阻效应元件的平面图,图1B为沿着图1A示出的A-A线的剖面图。图2为用于说明图1A和图1B示出的磁致电阻效应元件的金属人工晶格膜部分的详细结构的剖面图。图1A、图1B和图2中,对于相同的要素标以相同的符号。
本实施方式的磁致电阻效应元件的结构为,把由磁性膜与金属非磁性膜层叠而构成的金属人工晶格膜用作磁检测膜。在板状基板1的一个面上,对玻璃层2进行了釉化。作为该基板1可使用氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、玻璃与氧化铝的混合陶瓷等,只要是把氧化物粉末和氮化物粉末烧结来制作的陶瓷就可以使用。而且,作为基板1也可以使用硅晶片、玻璃板、石英板或烧结得非常致密而形成镜面状态的陶瓷板。但是,由于硅不是绝缘材料,特别是在汽车用途等高温下使用时,磁致电阻效应由于基板的电阻值降低而劣化,所以需要设置绝缘层。再有,氧化铝陶瓷通过对玻璃层进行釉化能够得到平滑的表面,而且,由于廉价所以是优选的基板。
此外,作为进行了釉化的玻璃层2,一般在陶瓷表面作为进行釉化的材料使用了硼酸铅玻璃或无碱、无铅的硼酸玻璃等,只要是不含碱、氯(Cl)的材料就可以使用。
在基板1的玻璃层2上设有4个取出电极3,其一部分与金属人工晶格膜4导通,作为用于与外部设备(未图示)连接的端子而起作用。该取出电极3使用镍铬(NiCr)合金是优选的,但是,也可以用金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)等,只要是一般用作布线用导体的材料就可以使用。
金属人工晶格膜4如图示那样,在玻璃层2上和取出电极3的部分表面上以矩形形状形成,分别与设置在四个角上的取出电极3电连接。再有,如果本实施方式那样的连接结构采取桥路,则检测方法按下述那样进行。即,构成为,通过在处于对角线上的某两个电极3上施加电压,把其余两个电极3间的差动输出作为电压取出,检测磁场的变化。
如从图2看出的那样,该金属人工晶格膜4由磁性薄膜7与金属非磁性薄膜8相层叠的结构构成。在本实施方式的磁致电阻效应元件的金属人工晶格膜4中,把磁性薄膜7与金属非磁性薄膜8分别层叠两层作成四层的结构,但是,层叠数不限定于此。也可以是三层或更多层,为了增大磁致电阻变化率,希望作成10层左右。
磁性薄膜7是由镍(Ni)、铁(Fe)和钴(Co)构成的合金。用原子数%表示其组成比时,如果钴(Co)为50原子%~95原子%、镍(Ni)为1原子%~5原子%、剩余元素为铁,则在能够增大磁致电阻变化率且能够提高耐蚀性这一点上,是优选的。优选地,镍(Ni)为1原子%~4原子%。如果定为这样的镍(Ni)组成范围,就能够进一步改善随时间变化的特性。推测这是因为可以抑制在高温气氛下的镍(Ni)扩散。此外,优选地,作为该组成比设定成磁致伸缩为0的条件。更优选地,原子数组成比为镍(Ni)∶铁(Fe)∶钴(Co)=4∶6∶90。只要是这样的组成比,磁致伸缩就是0,磁致电阻变化率也大,而且还可显著改善耐热性。
希望金属非磁性薄膜8使用铜(Cu)或银(Ag)。把该磁性薄膜7与金属非磁性薄膜8层叠、并且,加工成预定的图形形状,由此来形成金属人工晶格膜4。
第一保护膜5形成为覆盖金属人工晶格膜4,使用从一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或氮化氧化硅(SiON)中选择的一种材料来形成。通过适当地设定制膜时的温度条件,可形成该第一保护膜5而使残余应力为零。在第一保护膜5上形成第二保护膜6,聚酰亚胺是适合的材料,但是,只要是作为半导体的表面保护膜使用的有机材料就可以使用。如图示那样,在本实施方式中把第一保护膜5和第二保护膜6形成为大致只覆盖金属人工晶格膜4,通过这样来形成能够更加降低应力的影响。
说明作为两层结构的保护膜时的作用和效果。作为汽车用途来使用时,需要经得起苛刻的环境。但是,在这样的条件下,在把迄今使用的聚酰亚胺作成保护膜时,耐热性是良好的,但是发现了,在磁致电阻效应元件中产生磁滞,得不到所希望的磁致电阻变化。这显然是,在磁致伸缩为零的条件下来制作金属人工晶格膜4时,即使设法作到不产生磁滞但是作为金属人工晶格膜4本身还是产生了磁滞。在对该原因进行了调查之后,弄清楚这是由于在聚酰亚胺硬化产生残余应力,金属人工晶格膜4受到其影响。
作为第一保护膜5例如利用溅射或蒸镀二氧化硅(SiO2)来形成时,通常产生压缩应力。但是,本发明人发现了,如果按后述那样在成膜时把基板温度设定为200℃~250℃,就能够作到残余应力为零。结果,可以使加到金属人工晶格膜4上的应力为零。此外,作为第二保护膜6在使用例如聚酰亚胺时,在硬化时聚酰亚胺产生应力,但是,该应力被第一保护膜5吸收,对金属人工晶格膜4实质上几乎不造成影响。其结果,能够使保护膜导致的磁滞不存在。
再有,在此描述为“应力实质上为零”,但是,这是作为在利用测定基板的挠度和计算应力的方法等一般的应力测定方式进行测定时应力大致为零的状态,且应力是金属人工晶格膜不产生磁滞的那种程度的大小这样的意义上来使用的。
此外,第二保护膜6由于例如也可以使用聚酰亚胺,所以即使在汽车用途等高温、高湿的环境中也能够充分保护金属人工晶格膜4,可以确保磁致电阻效应元件的可靠性。
下面,说明本实施方式的磁致电阻效应元件的制造方法。使用玻璃料在氧化铝等陶瓷的表面上进行釉化,准备形成了玻璃层2的基板1。通过掩模蒸镀在该基板1的玻璃层2上形成取出电极3,使其成为图示那样的图形形状。再有,在取出电极3的图形形状复杂时,也可以采取不使用掩模而是在全部表面上蒸镀构成取出电极的薄膜后,使用光刻来得到预定的图形形状的方法。此外,也可以通过溅射来形成构成取出电极的薄膜。
接着,利用溅射在玻璃层2上以与取出电极3的一部分重叠的方式,以预定的厚度形成并交替地层叠磁性薄膜7与金属非磁性薄膜8。如果全部层叠数为10层左右,就能够得到充分的磁致电阻变化率。通过这样层叠,以预定的形状来制作金属人工晶格膜4。有时不是在玻璃层2上的整个表面上形成金属人工晶格膜4,而是需要以预定的图形形状来形成。作为该形成方法,也可以在形成磁性薄膜7和金属非磁性薄膜8时,使用掩模进行成膜(所谓的掩模成膜方式),以便以预定的图形形状来形成这些薄膜。此外,也可以在玻璃层2上形成了磁性薄膜7与金属非磁性薄膜8的预定的层叠膜以后,利用光刻以预定的图形形状进行蚀刻加工。作为该蚀刻方法不仅可以使用湿蚀刻、干蚀刻,而且可以使用离子研削等方法。
接着,形成第一保护膜5。作为该形成方法,通过溅射或蒸镀使用从一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或氮化氧化硅(SiON)中选择的一种材料来形成。通过在成膜时把基板温度设定为200℃~250℃,就能够使内部的残余应力为零。
然后,在第一保护膜5上形成第二保护膜6。作为第二保护膜6,例如利用旋转涂敷来涂布聚酰亚胺树脂,如果在300℃下加热、使之硬化,就能够得到把聚酰亚胺作成了保护膜的结构。利用这样的制造方法来制作本实施方式的磁致电阻效应元件。
下面,说明该磁致电阻效应元件的工作。金属人工晶格膜4具有其电阻值根据所施加的磁场方向和大小而改变的特性。因此,如果磁场的方向和磁场的大小根据被检测构件的位置而改变,则磁致电阻效应4的电阻值与被检测构件的位置对应地变化。其结果,能够检测被检测构件的位置。
在实际使用时,大多把4个或更多个金属人工晶格膜4构成桥路来使用,以便不受在无磁场状态下电阻值的离散性和温度所引起的电阻值变化等影响。或者,有时也把两个金属人工晶格膜4串联连接,作成取出中点电位的半桥电路来使用。
图3为示出使用4个这样的金属人工晶格膜,按照桥路结构制作的磁致电阻效应元件的图。图3中,把金属人工晶格膜4a、4b的一端共同连接取出电极3b。此外,把金属人工晶格膜4c、4d的一端同样共同地连接到取出电极3c。此外,把金属人工晶格膜4a、4c的另一端互相间共同连接、并与取出电极3a连接。把金属人工晶格膜4b、4d的另一端互相间也同样地共同连接、并也与取出电极3d连接。通过这样进行连接来制作构成桥路的磁致电阻效应元件。使4个金属人工晶格膜4配置在玻璃层2上,以预定的布线图形电连接这4个金属人工晶格膜4,即可制成该磁致电阻效应元件。此时,如果布线图形与取出电极使用相同的材料并且同时进行制作,就能够高效率地进行制造。由于如果作成这样的桥路结构就能够抵销温度变动和电阻值的离散性,所以是高精度的,而且能够大幅度地改善温度稳定性。
如上述那样,由于本实施方式的磁致电阻元件即使在约150℃的高温状态下磁致电阻变化率也大,而且不产生磁滞,所以能够在汽车发动机箱等苛刻的环境中使用。
再有,通过使用氧化铝这样的刚体作为基板,即使在使用时外力施加到基板上,基板也把该外力吸收了,能够防止应力施加在金属人工晶格膜上。再有,在此,所谓“刚体”是作为与“挠性体”相对的术语来使用的,指那些对于通常使用时的外力其内部变形小到在实用上可以忽略的程度的物体。
此外,进行了釉化的玻璃层的厚度,只要是能够得到平滑的面的厚度,就不特别限制。在一般的氧化铝等陶瓷中,由于表面凹凸比较大,所以为了得到平滑的表面,需要≥10μm的厚度。实际上,使用把玻璃层作成各种厚度的基板来制作磁致电阻效应元件,在温度为121℃、湿度为80%、2个气压的高温高湿环境中进行PCBT试验,评价了磁致电阻变化率的劣化特性。其结果发现,如果作成厚度≥10μm,就能够不产生劣化。另一方面,当加厚玻璃层的厚度时不仅生产性降低,而且应力增大在基板上产生挠度,因此,是不优选的。从这些方面出发,优选地,玻璃层的厚度约为10μm~40μm。而且,考虑到制造的离散性等时,更加优选地,为≥20μm。
还弄清楚了,在玻璃层中包含钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)时,特别是在高温下这些离子扩散到金属人工晶格膜中与金属人工晶格膜中的元素结合,使其特性发生变化。在根据实验求出这些离子含量的上限值以后,发现了,如果上限值分别≤10ppm,则即使在约150℃的实用条件下磁致电阻变化率也不产生劣化。
再有,在作为基板1使用硅晶片时,需要选择能够使在基板表面上形成的绝缘层中的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的含量分别≤10ppm的材料和成膜法。此外,在作为基板1的玻璃板、石英板或镜面状态的陶瓷板上直接形成金属人工晶格膜4时,需要使这些材料中的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的含量分别≤10ppm。即,只要使与金属人工晶格膜4接触的基板1或玻璃层2中的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的含量分别≤10ppm,即可。
而且,对于第一保护膜也同样,在膜中包含钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)时,特别是在高温下这些离子扩散到金属人工晶格膜中与金属人工晶格膜中的元素结合,使其特性发生变化。因此,弄清楚了,只要使这些离子的含量也≤10ppm,即可。
再有,如果使玻璃层和第一保护膜这二者中的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的含量都分别≤10ppm,就能够更加改善特性的劣化。此外,如果对于在制造工序中通过污染混入的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)也加以防止,就能够进一步稳定化。
再有,在不像本实施方式那样设置两层保护膜的结构而是只设置一层保护膜时,只要使该只一层的保护膜包含的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的含量分别≤10ppm,即可。同样,在是设置三层或更多层的保护膜的结构时,只要至少使与金属人工晶格膜4接触的保护膜包含的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的含量分别≤10ppm,即可。即,只要使与金属人工晶格膜接触的保护膜中的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的含量分别≤10ppm,即可。
如上所述,本实施方式的磁致电阻效应元件,在汽车等高温高湿的环境中也可以使用,在≥150℃~≤聚酰亚胺等树脂的长时间耐热温度即200℃的环境中也能够使用。
产业上的利用可能性本发明的磁致电阻效应元件,由于在高温状态下也不产生磁滞、特性劣化小、耐热性和耐蚀性方面也良好,所以作为汽车用途等在苛刻的环境中使用的传感器等是有用的。
权利要求
1.一种磁致电阻效应元件,其特征在于包括基板;在该基板上的一部分上,把磁性薄膜与金属非磁性薄膜交替地层叠两层或更多层且以预定的图形形状形成的金属人工晶格膜;在上述基板上,覆盖上述金属人工晶格膜而形成的第一保护膜;以及在上述第一保护膜上形成的第二保护膜,上述第一保护膜的残余应力实质上为零,上述第二保护膜由具有阻止水分透过能力的材料构成。
2.根据权利要求1所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述磁性薄膜由包含镍(Ni)、铁(Fe)和钴(Co)的合金构成,上述金属非磁性薄膜为铜(Cu)或银(Ag)中的任一种。
3.一种磁致电阻效应元件,其特征在于包括基板;在该基板上的一部分上,把磁性薄膜与金属非磁性薄膜层叠至少两层或更多层且以预定的图形形状形成的金属人工晶格膜;以及在上述基板上,覆盖上述金属人工晶格膜而形成的保护膜,上述磁性薄膜为包含镍(Ni)、铁(Fe)和钴(Co),且其原子数的组成比为镍(Ni)为1~5原子%、钴(Co)为50~95原子%、剩余元素为铁(Fe)的合金膜。
4.根据权利要求3所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述磁性薄膜为原子数的组成比为镍(Ni)∶钴(Co)∶铁(Fe)=4∶90∶6的合金膜。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述金属非磁性薄膜由铜(Cu)或银(Ag)中的任一种构成。
6.根据权利要求3~权利要求5中的任一项所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述保护膜包括在包含上述金属人工晶格膜的上述基板上形成的第一保护膜;以及在上述第一保护膜上形成的第二保护膜,上述第一保护膜的残余应力实质上为零,上述第二保护膜由具有阻止水分透过能力的材料构成。
7.根据权利要求1或权利要求6所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述第一保护膜由一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或氮化氧化硅(SiON)中的任一种构成,上述第二保护膜由聚酰亚胺构成。
8.根据权利要求1~权利要求4中的任一项所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述磁性薄膜的磁致伸缩为零。
9.根据权利要求1或权利要求3所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述基板由陶瓷构成。
10.根据权利要求9所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述基板为玻璃已釉化了的釉面陶瓷基板,上述金属人工晶格膜是在上述玻璃层上形成的。
11.根据权利要求10所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述玻璃层中包含的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的混入量中的任一个都≤10ppm。
12.根据权利要求1、权利要求6或权利要求7所述的磁致电阻效应元件,其特征在于上述第一保护膜中包含的钠离子(Na+)、钾离子(K+)、氯离子(Cl-)的混入量中的任一个都≤10pmm。
13.一种磁致电阻效应元件的制造方法,其特征在于包括在基板上的一部分上,把磁性薄膜与金属非磁性薄膜交替地层叠两层或更多层,且形成预定图形形状的金属人工晶格膜的工序;在上述基板上,形成覆盖上述金属人工晶格膜且残余应力实质上为零的第一保护膜的工序;以及在上述第一保护膜上,形成具有阻止水分透过能力的第二保护膜的工序。
14.根据权利要求13所述的磁致电阻效应元件的制造方法,其特征在于上述磁性薄膜为由镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)构成的合金,其原子数的组成比为,上述镍(Ni)为1~5原子%、钴(Co)为50~95原子%,剩余元素为铁(Fe),上述金属非磁性膜是铜(Cu)或银(Ag),把上述磁性薄膜与上述金属非磁性膜交替地层叠起来而构成上述金属人工晶格膜。
15.根据权利要求13所述的磁致电阻效应元件的制造方法,其特征在于形成上述第一保护膜的工序为,把上述基板的温度设定于200℃~250℃的范围内,利用溅射法或蒸镀法来形成一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或氮化氧化硅(SiON)中的任一种。
16.根据权利要求1或权利要求3所述的磁致电阻效应元件,其特征在于在≥150℃的环境中使用。
17.一种磁致电阻效应元件的使用方法,其特征在于在≥150℃的环境中使用根据权利要求1或权利要求6所述的磁致电阻效应元件。
全文摘要
提供一种磁致电阻效应元件及其制造方法和使用方法,该磁致电阻效应元件包括在基板(1)上的一部分上,把磁性薄膜与金属非磁性薄膜交替地层叠两层或更多层,以预定的图形形状形成的金属人工晶格膜(4);覆盖金属人工晶格膜(4)而形成的第一保护膜(5);以及在第一保护膜(5)上形成的第二保护膜(6),第一保护膜(5)的残余应力实质上为零,第二保护膜(6)由具有阻止水分透过能力的材料构成。由此,能够实现即使在高温状态下也不产生磁滞、特性不劣化、耐热性和耐蚀性方面良好的磁致电阻效应元件,在汽车用等苛刻的环境中也能够适用。
文档编号H01F41/32GK1682386SQ0382129
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月12日 优先权日2002年9月13日
发明者西脇英谦, 尾中和弘, 林信和 申请人:松下电器产业株式会社
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