专利名称：磁阻抗器件、使用磁阻抗器件的传感器设备和用于制造磁阻抗器件的方法
技术领域：
本发明涉及磁阻抗器件、使用磁阻抗器件的传感器设备和用于制造磁阻抗器件的方法。所述传感器设备适合用于旋转传感器设备。
背景技术：
常规的磁阻抗器件利用了磁阻抗效应，并且被公开于日本专利申请公布No.H08-75835中。磁阻抗效应是在器件用交流电(例如高频交流电，频率高于1MHz)来通电的情况下，器件的阻抗依照外部应力来变化。该器件包括磁性层，其由无定形合金制成并具有软磁特性。在此，无定形合金具有高的相对磁导率。因此，依照外部磁场的磁性层中磁导率的变化变大，因此该器件具有高灵敏度。
然而，具有无定形合金制成的磁性层的磁阻抗器件具有低热阻，因此在用几乎400℃以上的热处理来处理器件的情况下，器件的灵敏度大大降低。原因如下。无定形合金制成的磁性层的结晶温度是低的，即在400℃左右。因此，当用几乎400℃以上的热处理来处理器件时，无定形合金被结晶，因此该无定形合金的软磁特性消失。在此，无定形合金的软磁特性提供了高灵敏度磁阻抗。
此外，在磁性层由容易氧化的材料形成的情况下，磁性层是用热处理来氧化的，因此软磁特性被恶化。因此，灵敏度被降低。
因此，使用常规半导体处理方法难以制造具有由无定形合金制成的磁性层的磁阻抗器件。这是因为常规方法通常包括几乎400℃以上的热处理的步骤。因此，难以使用常规方法来使器件最小从而使该器件与另一个电路如传感器输出信号处理器集成。
此外，当器件被退火，即用热处理来处理时，在基片中产生了应力，这是因为基片的热膨胀不同于器件。在此，器件被安装在基片上。因此，在一些情况下，器件被从基片去除。为防止被去除，用于淀积组成磁阻抗器件的磁性层的淀积条件被改变，或者磁性层的膜质量被改变。这被公开于日本专利申请公布No.2001-228229中。然而，需要这种器件用受限的制造方法形成并具有受限的构造。
而且，由于具有高灵敏度的磁阻抗可用于各种传感器系统，最小化和低制造成本是大为需要的。例如，具有薄膜磁阻抗器件的依照现有技术的磁阻抗头�？楸还谌毡咀ɡ昵牍糔o.2002-318131。头�？榘ū∧ご抛杩蛊骷⒂酶咂到涣鞯缡蛊骷ǖ绲牡绻β使┯Φ缏芬约坝糜诩觳庾杩贡浠募觳獾缏罚庑┍惶峁┝朔至⒌缏�。并且每个分立电路都与混合IC组合。因此，限制了头�？榈淖钚』椭圃斐杀镜募跣�。
此外，磁阻抗器件适合用于在机动车辆上安装的传感器设备，该传感器设备检测例如旋转体的旋转。依照现有技术的旋转传感器设备被公开于日本专利申请No.H08-304432(即U.S.专利No.5,841,276)和No.2000-46513中。这些传感器设备被安装在车辆的引擎上或轮毂上，从而使传感器设备分别检测引擎曲轴的旋转或车轮的旋转。在每种情况下都需要使传感器设备最�。蕴岣呱璞傅陌沧靶阅懿⒃黾右娴鹊纳杓谱杂啥�。
此外，需要使用器件的简单构造来保护在车辆上安装的磁阻抗器件不受磁场的外部干扰的影响。这是因为磁阻抗器件具有高灵敏度，因此器件容易受磁场的外部干扰的影响。因此，例如具有依照现有技术的磁阻抗器件的电流传感器包括磁屏蔽和一对反向绕线线圈，用于减小外部干扰。这种类型的电流传感器被公开于日本专利申请公布No.2001-116773中。然而，这种电流传感器具有复杂的构造，因此制造成本被增加。
发明内容
考虑到以上问题，本发明的目的是提供一种具有磁阻抗器件的传感器设备，该磁阻抗器件具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。具体而言，该磁阻抗器件具有高热阻。也就是说，即使当用热处理来处理器件时，器件的磁特性，即传感器灵敏度也不降低。更具体而言，所述传感器设备适合用于具有高安装性能和高设计自由度的旋转传感器。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造具有磁阻抗器件的以上传感器设备的方法，该磁阻抗器件具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。
本发明的再一个目的是提供一种具有磁阻抗器件的传感器设备，该磁阻抗器件具有对磁场的外部干扰的高抵抗力。具体而言，该传感器设备适合用于在例如机动车辆上安装的旋转传感器。
磁性传感器设备包括半导体基片和用于检测磁场的磁阻抗器件。磁阻抗器件被置于基片上。这种磁性传感器设备具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。
此外，用于制造以上磁性传感器设备的方法包括步骤在基片上形成应力松弛层，以及在应力松弛层上形成磁阻抗器件。在用热处理来处理设备的情况下，应力松弛层减小在基片中产生的应力。该方法提供了具有最小尺寸并且以低制造成本制成的磁性传感器设备。此外，与机械强度有关的设备可靠性被提高。
优选的是，在以上设备中，磁阻抗器件以以下方式来检测磁场当交流电被施加给该器件时，器件的阻抗依照磁场而变化，并且阻抗是通过外部电路来测量的。磁阻抗器件包括由Ni-Fe系列合金膜制成的磁性层。该磁性层具有交流电通电方向上被定义为L1的长度，在垂直于所述通电方向的垂直方向上被定义为L2的宽度，以及被定义为L3的磁性层的厚度。长度和宽度的比被定义为α，即α＝L1/L2，而宽度和厚度的比被定义为β，即β＝L2/L3。比率α等于或大于10，而比率β处于1和50之间的范围内。厚度L3等于或大于5μm。
在以上设备中，即使当用热处理来处理设备时，传感器灵敏度亦不被增加。这样，该设备具有高热阻。此外，该设备具有高传感器灵敏度。
优选的是，所述设备进一步包括用于覆盖磁性层的保护层。保护层由电绝缘材料制成。更优选的是，保护层具有作为内应力的压缩应力，该压缩应力等于或小于500MPa。更优选更优选的是，所述保护层具有作为内应力的拉伸应力，该拉伸应力等于或小于100Mpa。在以上设备中，即使当用热处理来处理设备时，传感器灵敏度亦不被减少。这样，该设备具有高热阻。具体而言，即使当设备被退火时，该设备的磁性层亦基本上不被氧化。此外，该设备具有高传感器灵敏度。
此外，旋转传感器设备包括旋转体，用于依照该旋转体的旋转来提供被置于该旋转体周围的磁场强度的周期性变化；具有磁阻抗器件的磁性传感器，用于检测磁场强度的周期性变化从而检测旋转体的旋转；以及隔离屏蔽，用于在旋转体和磁性传感器之间隔离。磁性传感器通过隔离屏蔽检测旋转体的旋转。
在以上旋转传感器设备中，尽管隔离屏蔽被置于磁性传感器和旋转体之间，具有高传感器灵敏度的磁性传感器仍可检测旋转体的旋转。因此，磁性传感器可被置于隔离屏蔽以外，而无需钻一个开口以便安装磁性传感器。这样，该设备具有在隔离屏蔽上安装磁性传感器的高安装性能和隔离屏蔽的高设计自由度。
优选的是，隔离屏蔽是用于覆盖旋转体的外壳。磁性传感器检测被置于该外壳中的旋转体的旋转。
优选的是，旋转传感器设备进一步包括另一个磁性传感器。这两个磁性传感器被并行安排以间隔旋转体间隔的一半并且被围绕旋转体的旋转轴对称地放置。这两个磁性传感器分别输出信号以获得差分输出信号。在此情况下，所述设备检测从两个磁性传感器产生的差分输出。该差分输出抵销了被置于每个磁性传感器中的地磁场的恒定分量。因此，该设备大为精确地检测磁场的周期性变化。也就是说，该设备大为精确地检测旋转。
优选的是，隔离屏蔽是用于覆盖磁性传感器的传感器外壳。该传感器外壳由磁性材料制成，并且包括一个面向旋转体的开口。磁性传感器通过传感器外壳的开口检测旋转体的旋转。在此情况下，所述设备以以下的方式具有简单的构造具有小开口的传感器外壳覆盖磁性传感器以使磁性传感器周围的外部磁场的干扰影响被减小。因此，设备的制造成本被减小。此外，该设备具有磁阻抗器件，该磁阻抗器件具有对磁场的外部干扰的高抵抗力。
从参照附图进行的以下详述来看，本发明的以上和其它目的、特点和优点将变得更明显。在附图中图1是示出依照本发明第一实施例的磁阻抗器件的平面图；图2是示出沿图1中的线II-II获取的器件的截面图；图3是示出沿图1中的线III-III获取的器件的截面图；图4A到4C是说明依照第一实施例的器件的制造方法的器件截面图；图5是示出依照本发明第一实施例的器件的外部磁场Hext和阻抗Z之间关系的图；
图6是示出在依照本发明第一实施例的器件零磁场处的阻抗温度漂移Z-Zat25℃/Zat25℃和温度T之间关系的图；图7是示出在依照本发明第一实施例的器件的传感器灵敏度的温度相关性Δ(Z-Zat25℃/Zat25℃)/(Z-Zat25℃/Zat25℃)和温度T之间关系的图；图8是示出依照第一实施例，在不同器件中的零磁场处磁阻抗的温度相关性系数ΔZo/ΔT和传感器灵敏度的温度相关性系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT的表；图9是示出依照第一实施例，不同器件中的阻抗变化比ΔZ/Zo的表；图10是示出在依照第一实施例的器件中磁性层的长度L1和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图；图11是示出依照第一实施例，不同器件中的阻抗变化比ΔZ/Zo的表；图12是示出在依照第一实施例的器件中磁性层的宽度L2和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图；图13是示出依照第一实施例，不同器件中的阻抗变化比ΔZ/Zo的表；图14是示出在依照第一实施例的器件中磁性层的厚度L3和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图；图15是示出依照第一实施例，不同器件中的阻抗变化比ΔZ/Zo的表；图16是示出在依照第一实施例的器件中磁性层的晶粒尺寸和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图；图17是示出依照第一实施例，不同器件中的阻抗变化比ΔZ/Zo的表；图18是示出在依照第一实施例的器件中基片表面粗糙度和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图；图19是示出依照本发明第二实施例的磁阻抗器件的平面图；图20是示出沿图19中的线XX-XX获取的器件的截面图；图21是示出依照第二实施例，不同器件中的阻抗变化比ΔZ/Zo的表；
图22是示出依照本发明第二实施例的器件的外部磁场Hext和阻抗Z之间关系的图；图23是示出在依照第二实施例的器件的保护层内应力σ和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图；图24是示出在依照第二实施例的器件的保护层内应力σ和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图；图25是示出依照本发明第三实施例的磁性传感器设备的截面图；图26是示出依照第三实施例的设备的磁阻抗器件的放大平面图；图27是示出依照第三实施例的设备的电路的示意图；图28是示出依照本发明第四实施例的磁性传感器设备的截面图；图29是示出依照本发明第五实施例的磁性传感器设备的截面图；图30是示出依照本发明第六实施例的磁性传感器设备的截面图；图31是示出依照本发明第七实施例的磁性传感器设备一部分的截面图；图32是示出依照本发明第八实施例的磁性传感器设备的截面图；图33是示出依照本发明第九实施例的磁性传感器设备的截面图；图34是示出依照本发明第十实施例的旋转传感器设备的示意截面图；图35A到35C是示出依照第十实施例的旋转传感器设备一部分的示意截面图；图36是示出依照第十实施例的另一个旋转传感器设备的示意截面图；图37是示出依照本发明第十一实施例的旋转传感器设备的示意截面图；图38A到38C是示出依照本发明第十二实施例的旋转传感器设备的示意截面图；图39是示出依照第十二实施例的另一个旋转传感器设备的示意截面图；以及图40A和40B是示出依照本发明第十三实施例的旋转传感器设备的示意截面图。
具体实施例方式
(第一实施例)
发明人研究了由作为磁性材料的Ni-Fe系列合金制成的磁性薄膜，其组成了磁阻抗器件中的磁性层，该磁阻抗器件具有高热阻，因此即使当用400℃以上的热处理来处理器件时，该器件的灵敏度亦不被降低。
依照第一实施例的磁阻抗器件利用了磁阻抗效应。磁阻抗效应是在器件用交流电来通电时，器件的阻抗依照外部磁场来变化。该器件包括由Ni-Fe系列合金膜制成的磁性层。在此，Ni-Fe系列合金膜具有高Currie温度并且由多晶体制成。因此，在400℃以上的热处理之后，由Ni-Fe系列合金膜制成的磁性层的磁特性不发生变化。例如，在热处理之后，器件的传感器灵敏度不被降低。因此，该器件具有高热阻。
依照第一实施例的磁阻抗器件1被示出于图1-3中。如在图1和2中所示，器件1包括基片22、绝缘层24、磁性层26和一对电极板28a、28b。电极板28a、28b连接于交流电源30。交流电源30可控制从电源30输出的交流电的频率。在图1中，外部磁场Hext被施加给器件1，并且从电源30输出的交流电亦流过器件1。从电源30输出的交流电的通电方向平行于外部磁场Hext。
基片22可由任何材料制成，只要绝缘层24、磁性层26等可被形成于其上。例如，基片由硅晶片、玻璃、金属等制成。在基片22由导电材料或半导电材料如金属或硅制成的情况下，优选的是绝缘层24被置于基片22和磁性层26之间以使磁性层26电绝缘于基片22。在基片22由绝缘材料如玻璃制成的情况下，磁性层26可被直接形成于基片22上而无需绝缘层24。此外，在一些情况下，其它材料如导电层而不是绝缘层24可被形成于基片22和磁性层26之间。优选的是，基片22的表面粗糙度低于1μm。在此情况下，基片22的表面凹度和凸度是小的，并且磁性层26被直接置于基片22上或者通过绝缘层24等置于基片22上以使磁性层26可被容易地磁化。具体而言，磁性层26具有极佳的软磁特性。此外，绝缘层24可由任何绝缘材料制成，只要绝缘层24在基片22和磁性层26之间绝缘。例如，绝缘层24是由氧化硅、氮化硅等制成。
磁性层26被形成于绝缘层24上。磁性层26由Ni-Fe系列合金膜制成，其是一种薄膜并且由具有软磁特性的铁磁材料制成。Ni-Fe系列合金膜仅由Ni和Fe即Ni-Fe合金制成。然而，磁性层26可由Fe-Co合金等制成。优选的是，组成磁性层26的Ni-Fe系列合金的成分是65-90wt％的Ni和/或15-35wt％的Fe。在Ni-Fe系列合金仅由Ni和Fe制成的情况下，优选的是成分为65-90wt％的Ni和/或15-35wt％的Fe。在此情况下，传感器灵敏度被提高。更优选的是，组成磁性层26的Ni-Fe系列合金的成分是77-85wt％的Ni和/或15-23wt％的Fe。在Ni-Fe系列合金仅由Ni和Fe制成的情况下，优选的是，成分为77-85wt％的Ni和/或15-23wt％的Fe。在以上情况下，磁性层26的磁导率的温度相关性变�。虼舜抛杩蛊骷�1具有高传感器灵敏度和灵敏度的低温度相关性。
如图3中所示，磁性层26的横截面具有方形形状，该横截面垂直于通电方向。磁性层26的横截面具有横向侧26a和纵向侧26b。横向侧26a和纵向侧26b之间的角度θ优选地处于60°到120°的范围内。在此情况下，防止了产生楔形磁畴。因此，亦防止了产生磁性层26的磁阻抗特征中的滞后回线。更优选的是，角度θ处于85°到95°的范围内。
组成磁性层26的Ni-Fe系列合金的单晶颗粒的晶粒尺寸优选地处于1nm到1μm的范围内。如果晶粒尺寸小于1nm，则当用热处理来实施器件时，晶粒尺寸变大。因此，软磁特性被容易地恶化。如果晶粒尺寸低于1μm，则难以磁化磁性层26以具有软磁特性。而且，优选的是磁性层26具有易磁化轴，其几乎垂直或平行于来自交流电源30的交流电的通电方向。在此情况下，检测外部磁场的检测灵敏度被提高。此外，优选的是磁性层26的磁特性是这样的矫顽力小于10Oe并且相对磁导率高于500。
如图1和2中所示，磁性层26具有交流电通电方向上的长度L1、垂直于通电方向的宽度L2以及磁性层26的厚度 3。假定长度L1和宽度L2之间的比被定义为α，即α＝L1/L2，而宽度L2和厚度L3之间的比被定义为β，即β＝L2/L3，则比率α等于或大于10，而比率β处于1和50之间的范围内(即α＞10而1≤β≤50)。此外，厚度L3等于或大于5μm。在此情况下，磁阻抗器件具有高传感器灵敏度。这是因为在磁性层26具有以上构造的情况下，磁性层26的磁畴可被精确控制以使磁性层26的磁导率根据外部磁场而被大大改变。
更优选的是，当比率α等于或等于50时，传感器灵敏度被大大提高。此外，当比率β处于1和30之间的范围内时，传感器灵敏度被大大提高。具体而言，当比率β处于1和5之间的范围内时，灵敏度被进一步提高。以上的原因稍后被描述。
电极板28a、28b被形成于绝缘层24上。每个电极板28a、28b在纵向方向上覆盖磁性层26的一端或另一端。电极板28a、28b可由任何材料制成，只要该材料起到电极的作用。例如，所述材料是铝、铜及其合金。优选的是，电极板28a、28b的比电阻等于或低于10μΩ·cm。
接下来，磁阻抗器件1的制造方法被描述如下。首先，如图4A到4C中所示，基片22被制备。然后，绝缘层24被形成于基片22上。当基片22由硅制成时，使用热氧化方法来氧化硅基片22的表面以使由氧化硅制成的绝缘层24被形成。此外，绝缘层24可使用化学汽相淀积方法、溅射方法等形成并且由氧化硅、氮化硅制成。没有对用于形成绝缘层24的淀积方法的限制。
接下来，Ni-Fe系列合金膜被形成于绝缘层24上。可使用溅射方法、汽相淀积或涂敷方法来形成Ni-Fe系列合金膜。没有对用于形成Ni-Fe系列合金膜的淀积方法的限制。使用光刻蚀方法将Ni-Fe系列合金膜图形化为预定形状以使磁性层26被形成，如图4C中所示。在此情况下，优选的是在磁场下的淀积或在磁场下的热处理期间在交流电的通电方向，即磁性层26的纵向方向上将单轴各向异性磁场施加给磁性层26，因此磁性层26具有沿通电方向的易磁化轴。
接下来，用于电极的预备层被形成于磁性层26和绝缘层24两者上。可使用溅射方法、汽相淀积或涂敷方法来形成预备层。没有对用于形成预备层的淀积方法的限制。使用光刻蚀方法将预备层图形化为预定形状以使电极板28a、28b被形成，从而覆盖磁性层26的两端，如图1和2中所示。然后，电极28a、28b与接合线连接。这样，完成了磁阻抗器件1。
具体而言，详细的制造方法被描述如下。磁阻抗器件S11(其被示出于图8中)是依照该实施例来制造的。如图4中所示，硅基片22被制备。使用热氧化方法在基片22上形成具有1μm厚度的由氧化硅制成的绝缘层24。
接下来，使用磁场下的溅射方法在绝缘层24上形成具有2μm厚度的Ni81Fe19合金膜。使用光刻蚀方法将Ni81Fe19合金膜图形化为预定形状以使磁性层26被形成。具体而言，磁性层26具有2mm的长度和10μm的宽度。此时，在磁场下的溅射淀积期间在交流电的通电方向，即磁性层26的纵向方向上将单轴各向异性磁场施加给磁性层26，因此磁性层26具有沿通电方向的易磁化轴。
接下来，具有1μm厚度的铝层被形成于绝缘层24和磁性层26两者上。使用光刻蚀方法将铝层图形化为预定形状以使电极板28a、28b被形成，从而覆盖磁性层26的两端，如图1和2中所示。具体而言，被置于电极板28a、28b的上表面上的每个电极板28a、28b的区域是200μm×200μm的方形。假设使用半导体工艺来处理器件S11，则器件S11在30分钟内400℃以下在真空中被处理。之后，每个电极28a、28b与接合线连接。这样，完成了器件S11。
器件S11是使用线圈和阻抗分析器来评价的。在此，线圈提供了被施加给器件S11的外部磁场Hext，而阻抗分析器检测在器件S11的磁性层26的两端产生的高频阻抗Z。外部磁场Hext平行于从交流电源30产生的高频交流电的通电方向。外部磁场Hext是用被置于基片22上的高斯计来校正的。在高频电流源30的频率处于100MHz的情况下测量阻抗Z。用阻抗变化比ΔZ/Zo来评价器件S11的磁阻抗特性。在此，Zo是外部磁场Hext为零的情况下的器件S11的阻抗。ΔZ是外部磁场Hext为100Oe的阻抗Z和处于零的情况下的阻抗Zo之间的差，即ΔZ＝Z-Zo。在温度控制室中-40℃和+85℃处测量器件S11的磁阻抗的温度相关性以使零磁场处的磁阻抗的温度相关性系数ΔZo/ΔT和传感器灵敏度的温度相关性系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT被计算。零磁场处的磁阻抗的温度相关性系数ΔZo/ΔT是外部磁场为零的情况下的阻抗Z的温度相关性系数。传感器灵敏度的温度相关性系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT是阻抗变化比ΔZ/Zo的温度相关性系数。
图5是器件S11的磁阻抗特性图，其示出依照外部磁场Hext的阻抗变化。在器件S11的情况下，器件S11的阻抗根据增加或减小外部磁场Hext而被减小。如图5中所示，对应于传感器灵敏度的阻抗变化比ΔZ/Zo是大约30％。
图6是示出器件S11的零磁场处的阻抗漂移ΔZ/Z，即Z-Zat25℃/Zat25℃和温度T之间关系的图。从温度T和阻抗漂移ΔZ/Z之间关系线的斜率，零磁场处的磁阻抗的温度相关性系数ΔZo/ΔT被计算为723ppm/℃。
图7是示出器件S11的传感器灵敏度漂移Δ(ΔZ/Z)/(ΔZ/Z)，即Δ(Z-Zat25℃/Zat25℃)/(Z-Zat25℃/Zat25℃)和温度T之间关系的图。从温度T和传感器灵敏度漂移Δ(ΔZ/Z)/(ΔZ/Z)之间关系线的斜率，传感器灵敏度的温度相关性系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT被计算为-443ppm/℃。
一般来说，需要传感器灵敏度的温度相关性系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT和零磁场处的磁阻抗的温度相关性系数ΔZo/ΔT两者均处于-1000ppm/℃到+1000ppm/℃之间的范围内。这样，系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT、ΔZo/ΔT两者优选地均处于-1000ppm/℃到+1000ppm/℃之间的范围内。在此，当Ni-Fe合金膜具有77-85wt％的Ni和/或15-23wt％的Fe的成分时，系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT、ΔZo/ΔT的这个要求被满足。
各个器件S11-S18的系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT、ΔZo/ΔT两者均被测量。如图8中所示，器件S12具有磁性层26的不同厚度，其不同于器件S11的厚度。每个器件S13-16都具有与器件S11相同的构造以及Ni和Fe的不同成分，其不同于器件S11的成分。每个器件S17、S18都具有与器件S11相同的构造，并且具有由不同于器件S11的不同材料制成的各种磁性层26，具体而言，器件S17、S18的磁性层是由无定形合金制成的。
如图8中所示，每个器件S11-S14都具有高传感器灵敏度，即高于20％的阻抗变化比ΔZ/Zo，以及低系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT、ΔZo/ΔT，即处于-1000ppm/℃和+1000ppm/℃之间的范围内的传感器灵敏度的温度相关性的低系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT和零磁场处的磁阻抗的温度相关性低系数ΔZo/ΔT。另一方面，器件S15、S16具有高于20％的高传感器灵敏度，以及被置于-1000ppm/℃和+1000ppm/℃之间的范围外的高系数Δ(ΔZ/Zo)/ΔT、ΔZo/ΔT。这是因为器件S11-S14具有由具有一成分的Ni-Fe合金膜制成的磁性层26，该成分被置于磁性层26的相对磁导率的低温度相关性的特定范围内。然而，器件S15、S16具有由具有一成分的Ni-Fe合金膜制成的磁性层26，该成分被置于磁性层26的相对磁导率的高温度相关性的特定范围内。
此外，器件S17、S18具有小的多的传感器灵敏度，其大大小于器件S11-S16的传感器灵敏度。这是因为器件S17、S18具有由无定形合金制成的磁性层26以使磁性层26在400℃处进行的热处理过程中被结晶。因此，磁性层26的软磁特性几乎消失。软磁特性提供了依照外部磁场的磁导率变化。
图9示出各个器件S21-S25的阻抗变化比ΔZ/Zo，每个器件都具有由与器件S11相同的Ni和Fe的成分(即Ni81Fe19)制成的磁性层26。每个器件S21-S25都具有这样的磁性层26，其具有2μm的厚度L3，10μm的宽度L2以及不同的长度L1。图9亦示出比率α(即α＝L1/L2)和比率β(即β＝L2/L3)。图10是示出各个器件S21-S25的长度L1和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图。
如图9和10中所示，随着磁性层26的长度L1变长，阻抗变化比ΔZ/Zo变大。在以上的器件S21-S25中，比率β是5。当比率α等于或大于10，即长度L1等于或长于100μm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于10％。此外，当比率α等于或大于50，即长度L1等于或长于500μm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于20％。更进一步，当比率α等于或大于200，即长度L1等于或长于2000μm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于30％。在此，优选的是阻抗变化比ΔZ/Zo变大。
图11示出各个器件S31-S35的阻抗变化比ΔZ/Zo，每个器件都具有由与器件S11相同的Ni和Fe的成分(即Ni81Fe19)制成的磁性层26。每个器件S31-S35都具有这样的磁性层26，其具有2μm的厚度L3，2000μm的长度L1以及不同的宽度L2。图11亦示出比率α(即α＝L1/L2)和比率β(即β＝L2/L3)。图12是示出各个器件S31-S35的宽度L2和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图。
如图11和12中所示，在宽度L2长于10μm的情况下，随着磁性层26的宽度L2变长，阻抗变化比ΔZ/Zo变小。在宽度L2短于10μm的情况下，随着磁性层26的宽度L2变短，阻抗变化比ΔZ/Zo迅速变小。当比率α处于20和400之间的范围内且比率β处于1和5之间的范围内，即宽度L2处于5μm和100μm之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于10％。此外，当比率α处于33.3和333.3之间的范围内且比率β处于1.2和30之间的范围内，即宽度L2处于6μm和60μm之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于20％。更进一步，当比率α处于166.7和250之间的范围内且比率β处于1.6和2.4之间的范围内，即宽度L2处于8μm和12μm之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于30％。在此，优选的是阻抗变化比ΔZ/Zo变大。
图13示出各个器件S41-S4 6的阻抗变化比ΔZ/Zo，每个器件都具有由与器件S11相同的N i和Fe的成分(即Ni81Fe19)制成的磁性层26。每个器件S41-S46都具有这样的磁性层26，其具有10μm的宽度L2，2 0 0 0μm的长度L1以及不同的厚度L3。图13亦示出比率α(即α＝L1/L2)和比率β(即β＝L2/L3)。图14是示出各个器件S41-S46的厚度L3和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图。
如图13和14中所示，随着磁性层26的厚度L3变厚，阻抗变化比ΔZ/Zo变大。在此，比率α是200。当比率β等于或小于33，即厚度L3等于或大于0.3μm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于10％。此外，当比率β等于或小于14，即厚度L3等于或大于0.7μm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于20％。更进一步，当比率β等于或小于5，即厚度L3等于或大于2μm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于30％。
在图8到14中所示的以上器件S11-S18、S21-S25、S31-S35、S41-S46中，优选的是长度L1、宽度L2和厚度L3具有以下值。
优选的是，对于器件S22、S23，当长度L1等于或长于200μm，宽度L2处于7μm和20μm之间的范围内，并且厚度L3等于或大于2μm，即比率α处于10和28.6之间的范围内而比率β处于3.5和10之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo等于或大于10％。优选的是，对于器件S31、S35，当长度L1等于或长于2000μm，宽度L2处于5μm和50μm之间的范围内，并且厚度L3等于或大于2μm，即比率α处于40和400之间的范围内而比率β处于2.5和25之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo等于或大于10％。优选的是，对于器件S41、S42，当长度L1等于或长于2000μm，宽度L2处于7μm和15μm之间的范围内，并且厚度L3等于或大于0.3μm，即比率α处于133.3和258.7之间的范围内而比率β处于23.3和50之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo等于或大于10％。
更优选的是，对于器件S23、S24、S34，当长度L1等于或长于1000μm，宽度L2处于7μm和50μm之间的范围内，并且厚度L3等于或大于2μm，即比率α处于20和142.9之间的范围内而比率β处于3.5和10之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo等于或大于20％。在此情况下，大为优选的是宽度L2处于7μm和20μm之间的范围内。优选的是，对于器件S43，当长度L1等于或长于2000μm，宽度L2处于7μm和20μm之间的范围内，并且厚度L3等于或大于0.5μm，即比率α处于100和285.7之间的范围内而比率β处于14和40之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo等于或大于20％。
更加优选的是，对于器件S25、S32、S45，当长度L1等于或长于2000μm，宽度L2处于7μm和20μm之间的范围内，并且厚度L3等于或大于2μm，即比率α处于100和285.7之间的范围内而比率β处于3.5和10之间的范围内时，阻抗变化比ΔZ/Zo等于或大于30％。
图15示出各个器件S51-S56的阻抗变化比ΔZ/Zo，每个器件都具有由与器件S11相同的Ni和Fe的成分(即Ni81Fe19)制成的磁性层26。每个器件S51-S56都具有这样的磁性层26，其具有2000μm的长度L1、10μm的宽度L2、2μm的厚度L3以及不同的晶粒尺寸。在此，每个器件都具有2nm的基片22的表面粗糙度。图16是示出各个器件S51-S56的晶粒尺寸和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图。
如图15和16中所示，随着磁性层26的晶粒尺寸变�。杩贡浠圈/Zo变大。当晶粒尺寸等于或小于1100nm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于10％。此外，当晶粒尺寸等于或小于350nm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于20％。更进一步，当晶粒尺寸等于或小于10nm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于30％。
图17示出各个器件S61-S66的阻抗变化比ΔZ/Zo，每个器件都具有由与器件S11相同的N i和Fe的成分(即Ni81Fe19)制成的磁性层26。每个器件S61-S66都具有这样的磁性层26，其具有2000μm的长度L1、10μm的宽度L2、2μm的厚度L3以及10nm的晶粒尺寸。每个器件都具有基片22的不同表面粗糙度。图18是示出各个器件S61-S66的表面粗糙度和阻抗变化比ΔZ/Zo之间关系的图。
如图17和18中所示，随着磁性层26的表面粗糙度变�。杩贡浠圈/Zo变大。当表面粗糙度等于或小于1300nm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于10％。此外，当表面粗糙度等于或小于400nm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于20％。更进一步，当表面粗糙度等于或小于50nm时，阻抗变化比ΔZ/Zo大于30％。
在具有特定构造的以上器件中，即使当用热处理来处理器件时，传感器灵敏度亦不被降低。这样，依照第一实施例的器件具有高热阻。此外，该器件具有高传感器灵敏度。
(第二实施例)如图19中所示，依照本发明第二实施例的磁阻抗器件2包括磁性层26和保护层32。保护层32覆盖磁性层26，并且由电绝缘材料制成。
一般而言，磁阻抗器件包括具有零磁致伸缩或低磁致伸缩的磁性层。这是因为具有低磁致伸缩的磁性层被防止了改变由磁性层的伸缩产生的磁特性，例如防止了减小传感器灵敏度或检测精度。然而，发明人获得了以下实验结果。在具有用于覆盖磁性层的保护层的器件中，保护层中的内应力σ影响磁性层的磁特性，从而使传感器灵敏度被减小。此外，在保护层的内应力σ是压缩应力的情况和内应力σ是拉伸应力的情况之间存在影响磁性层磁特性的内应力σ的不同影响。
考虑到以上实验结果，依照第二实施例的器件2包括基片22、绝缘层24、磁性层26、一对电极板28a、28b以及保护层32。外部磁场Hext沿交流电的通电方向被施加给器件2。
尽管磁性层是由Ni-Fe系列合金膜制成，磁性层26还可由线性形状或薄膜型无定形合金如Co-Nb-Zr合金、Co-Si-B合金等形成。没有对磁性层26的形状的限制。
保护层32覆盖磁性层26的表面和绝缘层24的表面。电极板28a、28b不用保护层32来覆盖，因此电极板28a、28b从保护层32被暴露。保护层32由具有电绝缘特性的非磁性材料制成。优选的是，保护层32由例如氮化硅、氮化铝、氧化硅、含磷氧化硅、和掺杂硼的氧化硅制成。由这些材料制成的保护层32在磁性层26由容易氧化的材料如Ni和/或Fe制成的情况下防止了氧化，或者在磁性层26由无定形合金制成的情况下防止了由热处理导致的结晶。此外，这些材料通常被用于一般的半导体工艺中，因此可使用一般半导体工艺来制造器件2。此外，优选的是保护层32由具有多个绝缘材料的合成材料形成或具有层叠结构。在此情况下，通过多个绝缘材料的组合，保护层32的内应力σ可被减小。优选的是，保护层32的厚度L11处于0.2μm和5μm之间的范围内。在此情况下，保护层32可充分保护磁性层26。此外，保护层32被防止了由于保护层32的内应力σ而导致从磁性层26被去除。更优选的是，保护层32的厚度处于0.5μm和2μm之间的范围内。在此情况下，保护层32大为充分地保护磁性层26。以上的原因稍后被描述。
当保护层32的内应力σ是压缩应力时，优选的是压缩应力的大小低于500MPa。当保护层32的内应力σ是拉伸应力时，优选的是拉伸应力的大小低于100MPa。在此情况下，器件2的传感器灵敏度被防止了由于磁性层26的软磁特性的恶化而导致减�。枚窕怯杀；げ�32的内应力σ造成的。此外，保护层32被防止了由于保护层32的内应力σ而导致的从磁性层26被去除。当保护层32的内应力σ是压缩应力时，更优选的是压缩应力的大小低于200MPa。当保护层32的内应力σ是拉伸应力时，优选的是拉伸应力的大小低于50MPa。优选的是，保护层32具有等于或大于10MΩ的绝缘电阻。以上的原因稍后被描述。
当磁性层26由例如无定形合金制成时，该无定形合金可在高于400℃的高温下在半导体工艺中被结晶以致磁特性被改变，即传感器灵敏度被减小。因此，当磁性层26由容易受温度影响的特定材料如无定形材料制成时，优选的是保护层32由具有低热导率的材料制成，如SiO2、磷硅酸盐玻璃(即PSG)、硼硅酸盐玻璃(即BSG)和硼磷硅酸盐玻璃(即BPSG)。
当磁性层26包括容易被氧化的材料如Ni和/或Co时，考虑半导体工艺中高于400℃的高温下的热处理在真空中进行以使磁性层26可被防止氧化。然而，需要在真空中进行热处理的附加设备，因此制造成本被增加。另一方面，在保护层32被置于磁性层26上的情况下，即使在氧存在时，例如在空气中进行热处理，磁性层26亦被防止氧化。这样，不需要在真空中进行热处理的附加设备。此外，与制备真空中热处理的附加设备的制造成本增加相比，形成保护层32的附加过程的制造成本增加低的多。而且，在被制造以后，磁性层26由于保护层32而被防止氧化。
接下来，依照第二实施例的磁阻抗器件2被制造如下。首先，如图4A到4C中所示，基片22被制备。然后，绝缘层24被形成于基片22上。当基片22由硅制成时，使用热氧化方法来氧化硅基片22的表面以使由氧化硅制成的绝缘层24被形成。此外，绝缘层24可使用化学汽相淀积方法、溅射方法等形成并且由氧化硅、氮化硅制成。没有对用于形成绝缘层2 4的淀积方法的限制。
接下来，具有软磁特性的铁磁膜被形成于绝缘层24上。可使用溅射方法、汽相淀积或涂敷方法来形成铁磁膜。没有对用于形成铁磁膜的淀积方法的限制。使用光刻蚀方法将铁磁膜图形化为预定形状以使磁性层26被形成，如图4C中所示。在此情况下，优选的是使用磁场下的淀积或磁场下的热处理在交流电的通电方向，即磁性层26的纵向方向上将单轴各向异性磁场施加给磁性层26，因此磁性层26具有易磁化轴。
接下来，用于电极的预备层被形成于磁性层26和绝缘层24两者上。可使用溅射方法、汽相淀积或涂敷方法来形成预备层。没有对用于形成预备层的淀积方法的限制。使用光刻蚀方法将预备层图形化为预定形状以使电极板28a、28b被形成，从而覆盖磁性层26的两端，如图1和2中所示。
接下来，绝缘材料层被形成于绝缘层24、磁性层26和电极板28a、28b上。可使用CVD方法(包括等离子体CVD方法)、溅射方法等来形成绝缘材料层。没有对淀积方法的限制。使用反应性离子刻蚀方法(即 RIE方法)等将该绝缘材料层图形化为预定形状以使被置于电极板28a、28b上的绝缘材料层的部分被去除。这样，图19和20中所示的保护层32被形成。然后，电极板28a、28b与接合线连接。这样，完成了磁阻抗器件2。
具体而言，详细的制造方法被描述如下。磁阻抗器件S205(其被示出于图21中)是依照该实施例来制造的。如图4中所示，硅基片22被制备。使用热氧化方法在基片22上形成具有1μm厚度的由氧化硅制成的绝缘层24。
接下来，使用磁场下的溅射方法在绝缘层24上形成具有2μm厚度的Ni81Fe19合金膜。使用光刻蚀方法将Ni81Fe19合金膜图形化为预定形状以使磁性层26被形成。具体而言，磁性层26具有2mm的长度和10μm的宽度。此时，使用磁场下的溅射淀积在交流电的通电方向，即磁性层26的纵向方向上将单轴各向异性磁场施加给磁性层26，因此磁性层26具有易磁化轴。
接下来，具有1μm厚度的铝层被形成于绝缘层24和磁性层26两者上。使用光刻蚀方法将铝层图形化为预定形状以使电极板28a、28b被形成，从而覆盖磁性层26的两端，如图1和2中所示。具体而言，被置于电极板28a、28b的上表面上的每个电极板28a、28b的区域是200μm×200μm的方形。
接下来，使用等离子体CVD方法将具有1μm厚度的氮化硅层形成于绝缘层24、磁性层26和电极板28a、28b上。使用RIE方法等将氮化硅层图形化为预定形状以使被置于电极板28a、28b上的绝缘材料层的部分被去除。这样，保护层32被形成。假设使用半导体工艺来处理器件S205，则器件S205在30分钟内450℃下在氩(即Ar)气氛围中被处理。之后，每个电极28a、28b与接合线连接。这样，完成了器件S205。
器件S205是使用线圈和阻抗分析器来评价的。在此，线圈提供了被施加给器件S205的外部磁场Hext，而阻抗分析器检测在器件S205的磁性层26的两端产生的高频阻抗Z。外部磁场Hext平行于从交流电源30产生的高频交流电的通电方向。外部磁场Hext是用被置于基片22上的高斯计来校正的。在高频电流源30的频率处于100MHz的情况下测量阻抗Z。用阻抗变化比ΔZ/Zo来评价器件S205的磁阻抗特性。在此，Zo是外部磁场Hext为零的情况下的器件S205的阻抗。ΔZ是外部磁场Hext为100 Oe的阻抗Z和处于零的情况下的阻抗Zo之间的差，即ΔZ＝Z-Zo。以上评价在450℃下的热处理之前和之后进行以证实保护层32的保护作用。
图22是器件S205的磁阻抗特性图，其示出热处理之前依照外部磁场Hex t的阻抗变化。在器件S205的情况下，器件S205的阻抗根据增加或减小外部磁场Hext而被减小。如图5中所示，对应于传感器灵敏度的阻抗变化比ΔZ/Zo是大约30％。
接下来，器件S205在30分钟内450℃下在Ar气氛围中被加热。然后，使用以上方法来评价该器件。在此情况下，器件S205的磁阻抗特性具有与图22中所示热处理之前器件S205相同的外部磁场和磁阻抗之间的关系。该结果表明，由氮化硅制成的保护层32覆盖由Ni-Fe合金膜制成的磁性层26以使组成磁性层26的Ni-Fe合金膜没有被热处理氧化。因此，磁性层26的磁特性基本上不变化。此外，如稍后所描述的，尽管器件S205的保护层32具有-120Mpa的压缩应力，但该压缩应力的内应力σ基本上不影响磁性层26的磁特性。
各个器件S201-S219的热处理之前和之后的阻抗变化比ΔZ/Zo均被测量。如图21中所示，器件S201-209具有由氮化硅制成的保护层32以及保护层32的不同厚度和/或不同的内应力σ，其不同于器件S205的那些。每个器件S210-S218具有由不同材料制成的保护层3 2以及保护层32的不同厚度和/或不同的内应力σ，其不同于器件S205的那些。器件S219没有保护层32。
如图21中所示，在器件S202-S209、S211-S218中，传感器灵敏度，即阻抗变化比ΔZ/Zo在热处理之前和之后基本上不变化。然而，在器件S201、S210、S219中，传感器灵敏度在热处理之前和之后大大改变。也就是说，器件S201、S210、S219在热处理之后大为减小。这是因为器件S219没有保护层32，因此由于组成磁性层26的Ni-Fe合金膜被450℃下的热处理氧化，磁性层26的软磁特性在热处理之后消失。尽管器件S201、S210具有保护层32，但保护层32的厚度是0.1μm，其是过薄的以至于保护层32不能保护由Ni-Fe合金膜制成的磁性层26不被氧化。
图23示出各个器件S204-S206的阻抗变化比ΔZ/Zo，每个器件都具有由氮化硅制成的保护层32。器件S204-S206的保护层32的厚度是1μm，而保护层32的内应力σ互不相同。图23亦示出热处理之前和之后的阻抗变化比ΔZ/Zo。在此，在内应力σ为正的情况下，内应力σ是拉伸应力。在内应力σ为负的情况下，内应力σ是压缩应力。
图24示出各个器件S213-S216的阻抗变化比ΔZ/Zo，每个器件都具有由氧化硅制成的保护层32。器件S213-8216的保护层32的厚度是1μm，而保护层32的内应力σ互不相同。图24亦示出热处理之前和之后的阻抗变化比ΔZ/Zo。
如图22和23中所示，随着保护层32的内应力σ变大，阻抗变化比ΔZ/Zo被降低。也就是说，传感器灵敏度被减小。这是因为当保护层32的内应力σ变大时，由于保护层32的内应力σ的影响，在磁性层26中产生了应力。因此，磁性层26的磁特性被改变，具体而言，磁性层26的矫顽力变大，因此磁性层26的相对磁导率被减小。这样，传感器灵敏度被减小。
此外，在保护层32的内应力σ是拉伸应力的一种情况和内应力σ是压缩应力的另一种情况之间存在差异。具体而言，即使应力的大小相同，在拉伸应力和压缩应力之间阻抗变化比仍是不同的。更具体而言，当内应力σ的大小相同时，拉伸应力情况下的阻抗变化比的减小比压缩应力情况下小。
如图23和24中所示，在拉伸应力等于或小于100MPa的情况下，阻抗变化比变得大于20％。优选的是，在拉伸应力等于或小于50MPa的情况下，阻抗变化比变得大于25％。在压缩应力等于或小于500MPa的情况下，阻抗变化比变得大于20％。优选的是，在压缩应力等于或小于200MPa的情况下，阻抗变化比变得大于25％。
在具有保护层32的特定构造的以上器件中，即使当用热处理来处理器件时，传感器灵敏度亦不被降低。这样，依照第二实施例的器件具有高热阻。具体而言，即使当器件被退火时，该器件的磁性层26亦基本上不被氧化。此外，该器件具有高传感器灵敏度。
(第三实施例)依照本发明第三实施例的具有磁阻抗器件301的磁性传感器设备300在图25-27中被示出。图27示出设备300的示意图。设备300包括磁阻抗器件301、电阻312、振荡器313和放大器314。在此，电阻312、振荡器313和放大器314起到外围电路的作用。该外围电路可包括调整器电路和用于在设备300和外部电路之间用信号进行通信的接口电路。器件301由例如Ni-Fe系列合金制成并串联连接于电阻312。在此，由Ni-Fe系列合金制成的器件301具有使用磁阻抗效应的磁场检测的宽动态范围。尽管依照该实施例的器件301由Ni-Fe合金制成，器件301可由其它材料形成。电阻312和器件301亦串联连接于振荡器313的两端。振荡器313起到驱动电路的作用，用于提供高频电流给器件301，并且振荡器313的两端提供输出端子。组成电阻312、器件301和振荡器313的以上串联电路具有公用接触点，用于连接于放大器314的输入端子。放大器314放大检测信号并输出放大信号。因此，放大器314起到检测电路的作用，用于检测器件301的阻抗变化。
图25是示出设备300的横截面。图26是示出器件301的放大平面图。设备300是使用双极工艺中的半导体制造方法形成的。然而，可使用诸如MOS工艺和BiCMOS工艺的另一个半导体工艺来形成设备300。设备300包括组成放大器3 14的一部分的NPN型晶体管315，以及组成磁阻抗器件301的传感部302。
晶体管315和器件301被置于由P型硅制成的半导体基片322上。此外，电阻312、振荡器313和放大器314被置于基片322上(未示出)。
用于形成晶体管315的双极工艺是半导体制造方法的众所周知的工艺。使用植入图形化方法、植入扩散方法、分离图形化方法、分离扩散方法等来形成晶体管315，因此使用图形化方法、扩散方法等形成晶体管315的基极、发射极和集电极。在此，半导体基片322具有被置于器件301以下的N型区。N型区是使用分离扩散方法来形成的。
接下来，由二氧化硅制成的绝缘层324被形成于基片322上并被图形化为预定形状。然后，由铝等制成的接线层328被形成于基片322上。接线层328被图形化为预定形状以使接线层的一部分被刻蚀并被去除以形成器件301。此时接线层328的顶端328a被图形化为锥形形状。接线层328的顶端328a连接于器件301。
然后，使用磁场下的溅射方法将组成器件301的Ni-Fe合金淀积于基片322上。被淀积于基片322上的Ni-Fe合金的厚度处于1μm和5μm之间的范围内。由于接线层328的顶端328a被形成为锥形形状，器件301，即Ni-Fe合金膜被限制了由于梯级覆盖的错误(fault ofstep coverage)而导致的切割(cutting)。
接下来，为改进器件301的磁特性，设备300在磁场下真空中的大约300℃处被退火。最后，由氮化硅、二氧化硅等制成的保护层332被形成于基片322上。
这样，具有器件301、电阻312、振荡器313、放大器314和其它电路的设备300被形成于基片322上。因此，设备300被制造得紧凑且最小以使设备300的制造成本变小。此外，器件301由薄膜形成，因此器件301的尺度，具体而言为器件301的厚度，小于具有无定形导线(amorphous wire)的器件。这样，设备300被紧凑地形成。
此外，由于连接于器件301两端的接线层328的顶端328a被形成为锥形形状，组成器件301的Ni-Fe合金膜被限制了围绕接线层328的顶端328a的切割。这是因为当Ni-Fe合金膜被淀积于接线层328上时，顶端328a处的Ni-Fe合金膜的梯级覆盖(step coverage)被改进。
这样，依照该实施例具有磁阻抗器件301的传感器设备300具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。
(第四实施例)依照本发明第四实施例的具有磁阻抗器件301A的磁性传感器设备303在图28中被示出。尽管依照该实施例的器件301A由Ni-Fe合金制成，器件301A可由其它材料形成。设备303包括由钛(即Ti)材料制成的金属膜351。金属膜351被淀积于接线层328和磁阻抗器件301A之间的连接部上。在接线层328被形成之前，金属膜351被形成于基片上。这样，金属膜351电连接接线层328和器件301A。然后，保护层332被形成于基片322上。
在设备303中，由于由Ti材料制成的金属膜351连接器件301A的两端和接线层328的顶端，器件301A和接线层328之间的连接变成极佳的欧姆接触。
这样，依照该实施例具有磁阻抗器件301A的传感器设备303具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。此外，连接的可靠性被提高。
(第五实施例)依照本发明第五实施例的具有磁阻抗器件301B的磁性传感器设备304在图29中被示出。尽管依照该实施例的器件301B由Ni-Fe合金制成，器件301B可由其它材料形成。设备304包括由氧化硅、氮化硅等制成的层间绝缘膜352。在器件301B和接线层328被形成于基片322之后，层间绝缘膜352被形成于基片322上。层间绝缘膜352具有用于连接器件301B和接线层328的通孔。在该通孔中，由铝材料、铜材料、Al-Ti系列合金等制成的金属膜被填充并被淀积以使金属膜351连接接线层328和器件301B。然后，保护层332被形成于基片322上。
在设备304中，层间绝缘膜352被形成于器件301B和接线层328两者的上表面上，并且金属膜351连接器件301B的两端和接线层328的顶端。由于电连接被置于上表面上，因此器件301B和接线层328之间的连接变成极佳的欧姆接触。
这样，依照该实施例具有磁阻抗器件301B的传感器设备304具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。此外，连接的可靠性被提高。
(第六实施例)依照本发明第六实施例的具有磁阻抗器件301的磁性传感器设备305在图30中被示出。设备305包括由Ti材料等制成的阻挡金属膜354。阻挡金属膜354被形成于接线层的顶端328a及其相邻部上。然后，器件301和保护层332被形成于基片322上。
在设备305中，由于阻挡金属膜354被形成于接线层的顶端328a及其相邻部上，器件301和接线层328之间的连接部具有三层结构。因此，三层结构提供了器件301和接线层328之间极佳的欧姆接触。
这样，依照该实施例具有磁阻抗器件301的传感器设备305具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。此外，连接的可靠性被提高。
(第七实施例)依照本发明第七实施例的具有磁阻抗器件301的磁性传感器设备306在图31中被示出。设备306包括由聚酰亚胺(poly-imide)制成的应力松弛层355。然而，可使用薄膜淀积技术由其它有机材料或无机材料来形成应力松弛层355。应力松弛层355在接线层328被形成之前被形成于绝缘层324上。也就是说，绝缘层324被形成于基片322上，而应力松弛膜355被形成于绝缘层324的表面上。之后，接线层328被形成于应力松弛层355上。应力松弛层的厚度是根据被淀积于应力松弛层355上的器件301的厚度来确定的。例如，应力松弛层355的厚度处于1μm和10μm之间的范围内。
接下来，使用溅射方法来淀积组成器件301的Ni-Fe合金膜以使Ni-Fe的合金膜的厚度处于1μm和5μm之间的范围内。然后，为改进器件301的磁特性，设备306在磁场下真空中的大约300℃处被退火。最后，由氮化硅、二氧化硅等制成的保护层332被形成于基片322上。
当设备306被退火时，由于基片322的热膨胀系数与器件301不同，在基片322中产生了应力。因此，在一些情况下，基片322可断裂。
在常规上为防止断裂，用于淀积组成磁阻抗器件的磁性层的淀积条件被改变，或者磁性层的膜质量被改变。然而，并不考虑基片322中的裂缝。
在设备306中，应力松弛层355被淀积于基片322和器件301之间，因此被施加给基片322的应力被吸收到应力松弛层355。这样，基片322被限制了断裂。此外，由于应力松弛层355是由作为有机材料的聚酰亚胺制成的，应力松弛层355容易被形成。
这样，依照该实施例具有磁阻抗器件301的传感器设备306具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。此外，有关机械强度的设备的可靠性被提高。
(第八实施例)依照本发明第八实施例的具有磁阻抗器件301B的磁性传感器设备307在图32中被示出。设备307包括应力松弛层355。当用于连接器件301B和接线层328的通孔被形成于层间绝缘膜352中时，通孔经过被淀积于层间绝缘膜352下的应力松弛层355以使通孔到达接线层328。
在设备307中，基片322被限制了断裂。此外，层间绝缘膜352被形成于器件301B和接线层328两者的上表面上，并且金属膜351连接器件301B的两端和接线层328的顶端。由于电连接被置于上表面上，因此器件301B和接线层328之间的连接变成极佳的欧姆接触。
这样，依照该实施例具有磁阻抗器件301B的传感器设备307具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。此外，有关机械强度的设备的可靠性被提高。更进一步，连接的可靠性被提高。
(第九实施例)依照本发明第九实施例的具有磁阻抗器件301的磁性传感器设备308在图33中被示出。设备308包括由氮化硅、二氧化硅等制成的氧化保护膜356。氧化保护膜356被形成于器件301的表面上。
在此，由于器件301利用了磁性薄膜的趋肤效应(skin effect)，器件301的磁特性依赖于该器件的表面。因此，如果器件301的表面被氧化，则器件301的磁检测被减小。
因此，氧化保护膜356保护器件301的表面不被氧化。这样，器件301的磁特性可被维持极佳。
这样，依照该实施例具有磁阻抗器件301的传感器设备308具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。此外，设备308具有高热阻。
氧化保护膜356可被形成于图28-32中所示的设备303-307的器件300、301A、301B上。
(第十实施例)依照本发明第十实施例的具有磁性传感器401的旋转传感器设备400在图34中被示出。旋转传感器设备400包括作为待被检测其旋转的对象的旋转体411、用于覆盖旋转体411的外壳412和磁性传感器401。外壳412在旋转体411和磁性传感器401之间隔离。磁性传感器401由例如图25中所示的磁性传感器设备25来提供。因此，磁性传感器401包括磁阻抗传感器。
旋转体411由磁性材料或包括磁性材料的材料制成，并且是具有边缘带齿的轮子(gearwheel)形状的齿轮。当旋转体411旋转时，旋转体411周围的磁场重复变化。
在旋转体411由磁性材料制成的情况下，旋转体411被周围的磁场磁化。因此，旋转体411起到磁化齿轮411a的作用，如图35A中所示。磁化齿轮411a吸引永磁体。在图35A中一对箭头示出由磁化齿轮411a产生的磁场线。当磁化齿轮411a旋转时，磁场线亦旋转，从而使磁化齿轮411a周围的磁场强度周期性地变化。
在旋转体411不被磁化的情况下，旋转体起到非磁化齿轮411b的作用。即使非磁化齿轮411b不被磁化，非磁化齿轮411b周围的磁场强度仍周期性地变化。这是因为当非磁化齿轮411b旋转时，由于齿轮411b的外围的凹度和凸度的交替出现，地磁场的磁场线周期性地变化。如图35B和35C中所示，当齿轮411b的凹度面向磁性传感器401时，磁性传感器401周围的磁场强度变弱。当齿轮411b的凸度面向磁性传感器401时，磁性传感器401周围的磁场强度变强。这样，齿轮411b周围的磁场强度周期性地变化。
这样，当旋转体411旋转时，磁性传感器401检测磁场强度的周期性变化。因此，旋转体411的旋转可由磁性传感器401来检测。
磁性传感器401是例如具有磁阻抗器件的磁性传感器设备。该磁性传感器设备包括被形成于非磁性基片上的Ni-Fe系列合金膜。如图35中所示，磁性传感器401的Ni-Fe系列合金膜以以下方式具有预定图形多个线性形状膜平行于磁场检测方向以预定间隔被安排，并且被重复连接在一起以使它们形成之字形形状。
高频交流电被施加给磁性传感器401的Ni-Fe系列合金膜的两端以使两端之间的阻抗依照外部磁场的变化而变化。阻抗变化是由电路(未示出)来测量的，然后阻抗变化被转换为电信号。该电信号从磁性传感器401被输出。这样，对应于旋转体411旋转的信号被获得。
具有磁阻抗器件的磁性传感器401具有高传感器灵敏度，其比常规磁阻传感器或霍尔元件传感器大的多。因此，即使当磁性传感器401被置于外壳412以外时，磁性传感器401仍可检测由被置于外壳412中的旋转体411的旋转产生的磁场变化，从而使磁性传感器401检测旋转体411的旋转。具体而言，磁性传感器401检测磁场强度的周期性变化，其由旋转体411的旋转产生并且漏到外壳412之外。然后，磁性传感器401将该信号转换为电信号。在此，磁性传感器401包括驱动电路、传感部、检测电路、调整器和输入输出电路(未示出)。
外壳412起到隔离屏蔽的作用，用于在旋转体411和磁性传感器401之间隔离。外壳412由铝制成。然而，外壳412可由其它非磁性材料制成，如铜和黄铜。此外，外壳412可由非金属非磁性材料制成，如树脂和陶瓷。当外壳由不吸引永磁体的非磁性材料制成时，由旋转体411的旋转产生的磁场强度的周期性变化基本上不受外壳412的干扰。因此，即使当磁性传感器401被置于外壳412以外时，磁性传感器401仍可精确地检测旋转体411的旋转。
在此，由于磁性传感器401具有高传感器灵敏度，旋转传感器设备400没有作为偏置磁场的用于施加附加磁场的偏置磁体。
图36示出具有一对磁性传感器401A、401B的旋转传感器设备402。在设备402中，两个磁性传感器401A、401B被并行安排以间隔旋转体411的间距的一半，即齿轮的半齿距。设备402检测从两个磁性传感器401A、401B产生的差分输出。该差分输出抵销了被置于每个磁性传感器401A、401B中的地磁场的恒定分量。因此，设备402大为精确地检测磁场的周期性变化。也就是说，设备402大为精确地检测旋转。
在每个设备400、402中，具有高传感器灵敏度的磁性传感器401、401A、401B可检测旋转体411、411a、411b的旋转，即使作为隔离屏蔽的外壳412被置于磁性传感器401、401 A、401B和旋转体411、411a、411b之间。因此，磁性传感器401、401A、401B可被置于外壳412以外，而无需钻一个开口以便安装磁性传感器401、401A、401B。这样，设备400、402具有在外壳412上安装磁性传感器401、401A、401B的高安装性能和外壳412的高设计自由度。
设备400、402适合用于检测机动车辆引擎中的凸轮轴的凸轮或车辆引擎中的曲轴的齿轮的旋转。设备400、402可检测旋转而无需打开用于检测旋转的孔，即无需在车辆的引擎外壳(例如引擎体(engineblock))的壁上钻孔。因此，设备400、402具有有关车辆引擎的高安装性能，因此用于在引擎上安装设备的设计自由度被提高，其中在所述引擎上安装了大量零件。
此外，设备400、402可检测机动车辆的车轮的旋转。例如，磁性传感器401、401A、401B检测依照车轮旋转的磁场强度的周期性变化。然后，设备400、402输出电信号以使设备400、402检测车轮的旋转。在此，磁性传感器401、401A、401B被安装于车辆的引擎罩上或车辆的隔室(compartment)中。
(第十一实施例)依照本发明第十一实施例的具有磁性传感器401的旋转传感器设备403在图37中被示出。旋转传感器设备403包括旋转体411c、外壳412和磁性传感器401。旋转体411c包括圆柱磁体。圆柱磁体的N和S极的每个被交替置于该圆柱磁体的圆周外围上。
如图37中所示，圆柱磁体的中心轴起到旋转轴的作用，因此旋转体411c起到磁性转子的作用，其具有被交替置于转子圆周外围上的一对磁极。由旋转体411c产生的磁场线从旋转体411c输出并被周期性地布置。当旋转体411c旋转时，磁场强度的周期性变化被产生于旋转体411c的周围。该周期性变化由被置于外壳412以外的磁性传感器401检测，因此设备403可检测旋转体411c的旋转。
尽管设备403具有单个磁性传感器401，该设备可具有一对磁性传感器。在此情况下，两个磁性传感器被平行安排以间隔旋转体411c的间隔的一半。该设备检测从两个磁性传感器产生的差分输出。该差分输出抵销了被置于每个磁性传感器中的地磁场的恒定分量。因此，设备大为精确地检测旋转。具体而言，在以下情况下，即旋转体411c的磁化强度是弱的以使依照旋转体411c旋转的磁场强度的周期性变化小，则具有一对磁性传感器的设备403可有效地检测旋转。
在设备403中，具有高传感器灵敏度的磁性传感器401可检测旋转体411c的旋转，即使作为隔离屏蔽的外壳412被置于磁性传感器401和旋转体411c之间。因此，磁性传感器401可被置于外壳412以外，而无需钻一个开口以便安装磁性传感器401。这样，设备403具有在外壳412上安装磁性传感器401的高安装性能和外壳412的高设计自由度。
设备403适合用于检测机动车辆车轮的旋转轴上安装的磁化转子的旋转。在此情况下，设备403提供了用于车轮防抱死刹车系统(即ABS)的车轮旋转传感器。在ABS中，磁性传感器401被安装于作为转子外壳的轮毂上而无需在转子外壳上钻孔。因此，设备403可安装在轮毂(wheel hub)上；由于车轮和悬挂被接近地布置，需要所述轮毂具有窄的安装部。这样，设备403具有对轮毂的的高安装性能，因此用于在轮毂上安装设备403的设计自由度被提高。
此外，设备403可检测机动车辆的车轮的旋转。在此情况下，磁性传感器401被安装于车辆的引擎罩上或车辆的车厢中。
(第十二实施例)依照本发明第十二实施例的具有磁性传感器401的旋转传感器设备500、501在图38A到38C中被示出。每个旋转传感器设备500、501都包括作为待被检测其旋转的对象的磁化齿轮411a或非磁化齿轮411b、磁性传感器401、用于覆盖磁性传感器401的传感器外壳512。传感器外壳512在旋转体411和磁性传感器401之间隔离。
传感器外壳512覆盖磁性传感器401并且由磁性材料制成。传感器外壳512包括被置于磁性传感器401和旋转体411之间的开口513。也就是说，开口513面向旋转体411。在设备500、501中，具有高传感器灵敏度的磁性传感器401被具有高磁导率的传感器外壳512包围。因此，传感器外壳512局部屏蔽磁场以使磁性传感器401周围的外部磁场干扰的影响被减小。也就是说，设备500、501具有对磁场的外部干扰的高抵抗力。
由旋转体411的旋转产生的磁场强度的周期性变化由磁性传感器401通过传感器外壳512的开口513检测。这样，磁性传感器401可检测旋转体411的旋转。在此，由于磁性传感器401具有检测磁场的高传感器灵敏度，传感器外壳512的开口513可被最小化，只要磁性传感器401检测磁场强度的周期性变化。
这样，设备500、501以以下方式具有简单构造具有小开口513的传感器外壳512覆盖磁性传感器401以使磁性传感器401周围的外部磁场干扰的影响被减小。因此，设备500、501的制造成本被减小。
设备500、501适合用于检测机动车辆引擎中的凸轮轴的凸轮或车辆引擎中的曲轴的齿轮的旋转。在此，存在产生车辆引擎周围的外部磁场干扰的许多源。此外，外部磁场的干扰具有复杂结构。即使当设备500、501被置于这样的复杂干扰中时，干扰的影响亦被减�。虼松璞�500、501精确地检测旋转。
尽管旋转体411具有边缘带齿的轮子形状并且由磁性材料或包括磁性材料的材料制成，旋转体411可具有另一种形状并且由另一种材料制成。如图39中所示，旋转传感器设备502具有旋转体411c。旋转体411c包括圆柱磁体。圆柱磁体的N和S极的每个被交替置于该圆柱磁体的圆周外围上。设备502进一步包括磁性传感器401和具有开口513的传感器外壳512。在设备502中，传感器外壳512局部屏蔽磁场以使磁性传感器401周围的外部磁场干扰的影响被减小。此外，磁性传感器401通过传感器外壳512的开口513检测由旋转体411c的旋转产生的磁场强度的周期性变化。这样，磁性传感器401可检测旋转体411c的旋转。
这样，设备502以以下方式具有简单构造具有小开口513的传感器外壳512覆盖磁性传感器401以使磁性传感器401周围的外部磁场干扰的影响被减小。因此，设备502的制造成本被减小。
设备502适合用于检测机动车辆车轮的旋转轴上安装的磁化转子的旋转。在此情况下，设备502提供了用于车轮ABS的车轮旋转传感器。在此，存在产生车辆体以下的外部磁场干扰的许多源。此外，外部磁场的干扰具有复杂结构。即使当设备502被置于这样的复杂干扰中时，干扰的影响亦被减�。虼松璞�502精确地检测旋转。
(第十三实施例)依照本发明第十三实施例的具有磁性传感器401的旋转传感器设备503在图40A和40B中被示出。旋转传感器设备503包括由磁性材料或包括磁性材料的材料制成的旋转体411、磁性传感器401、用于覆盖磁性传感器401的传感器外壳512a。传感器外壳512a由永磁体制成。传感器外壳512a的两端均被打开，并且传感器外壳512a具有圆柱形状。传感器外壳512a的一端具有开口513a，其面向旋转体411。传感器外壳512a的侧壁由永磁体形成。在传感器外壳512a中放置了磁性传感器401。具体而言，磁性传感器401被置于旋转体侧部，并且不从传感器外壳512a的开口513a伸出。
在设备503中，具有高传感器灵敏度的磁性传感器401被由永磁体制成的传感器外壳512a包围。外部磁场被防止插入到传感器外壳512a中，除了开口513a，这是因为传感器外壳512a是由永磁体制成的。这样，传感器外壳512a起到磁屏蔽的作用，用于屏蔽外部磁场的干扰。
此外，传感器外壳512a不仅起到磁屏蔽的作用，而且能起到偏置磁体的作用，用于如图40A和40B中的箭头所示而施加偏置磁场。布置了开口513a的传感器外壳512a的一端提供一个极，而另一端提供另一个极。因此，最大偏置磁场向着旋转体411而被施加。偏置磁场的一部分穿透到传感器外壳512a的腔中以使偏置磁场的一部分到达磁性传感器401。当旋转体411旋转时，被置于旋转体411的圆周外围上的凹度和凸度周期性地改变偏置磁场的磁场线。因此，依照旋转体411的旋转的磁场强度的周期性变化影响了在传感器外壳512a的腔中穿透的偏置磁场。这样，磁性传感器401检测磁场强度的这个周期性变化以使设备503检测旋转体411的旋转。
依照旋转体411的旋转的磁场强度的周期性变化可通过控制组成传感器外壳512a的永磁体的偏置磁场来放大，即使是在旋转体411不被磁化以使没有磁场由旋转体411产生的情况下。因此设备503精确地检测旋转。
通过使用具有由永磁体制成的传感器外壳512a的旋转传感器设备503，检测旋转的检测精度被提高。在此，当开口513a变小时，偏置磁场难以穿透到传感器外壳512a的腔中。然而，有磁阻抗器件的磁性传感器401具有用于检测磁场的高传感器灵敏度，因此，传感器外壳512a的开口513a可被最小化，只要磁性传感器401检测磁场强度的周期性变化。
这样，设备503以以下方式具有简单构造具有小开口513a的传感器外壳512a覆盖磁性传感器401以使磁性传感器401周围的外部磁场干扰的影响被减小。因此，设备503的制造成本被减小。
设备503适合用于检测机动车辆引擎中的凸轮轴的凸轮或车辆引擎中的曲轴的齿轮的旋转。
尽管设备503包括旋转体411，设备503可具有另一种类型的旋转体，如旋转体411c，其N和S极被交替置于其圆周外围上。在此情况下，不需要传感器外壳512a起到偏置磁体的作用。因此，传感器外壳512a仅仅起到磁屏蔽的作用。在此情况下，设备503提供了用于车轮ABS的车轮旋转传感器。
这样的变化和修改应被理解为处于如所附权利要求所限定的本发明范围中。
权利要求
1.一种磁性传感器设备，包括半导体基片(22、322)；以及用于检测磁场的磁阻抗器件(1、2、301、301A、301B)，其中磁阻抗器件(1、2、301、301A、301B)被置于基片(22、322)上。
2.依照权利要求1的设备，进一步包括外围电路(312、313、314、315)，用于处理从磁阻抗器件(301、301A、301B)输出的输出信号，其中外围电路(312、313、314、315)被置于基片(322)上。
3.依照权利要求1或2的设备，进一步包括由铝材料制成的接线层(328)，其中接线层(328)连接于磁阻抗器件(301、301A、301B)的两端，并且其中接线层(328)具有一对末端，被置于接线层(328)和磁阻抗器件(301、301A、301B)之间的连接部上。
4.依照权利要求3的设备，其中接线层(328)的每端都具有锥形形状。
5.依照权利要求3的设备，进一步包括由钛材料制成的阻挡金属膜(354)，其中接线层(328)通过阻挡金属膜(354)连接于磁阻抗器件(301)的两端。
6.依照权利要求3或5的设备，进一步包括金属膜(351)，其中接线层(328)通过金属膜(351)连接于磁阻抗器件(301A、301B)的两端。
7.依照权利要求6的设备，进一步包括层间绝缘膜(352)，其中层间绝缘膜(352)被置于磁阻抗器件(301B)和金属膜(351)之间。
8.依照权利要求6或7的设备，其中金属膜(351)由钛材料制成。
9.依照权利要求6或7的设备，其中金属膜(351)由铝材料、铜材料、铝和钛材料的混合物或者铜和钛材料的混合物制成。
10.依照权利要求1-9的任何一个的设备，其中磁阻抗器件(301、301A、301B)由Ni-Fe系列合金制成。
11.依照权利要求1-10的任何一个的设备，进一步包括被置于基片(322)和磁阻抗器件(301、301B)之间的应力松弛层(355)，其中在用热处理来处理设备的情况下，应力松弛层(355)减小了在基片(322)中产生的应力。
12.依照权利要求11的设备，其中应力松弛层(355)由聚酰亚胺制成。
13.依照权利要求1-12的任何一个的设备，进一步包括被置于磁阻抗器件(301)上的氧化保护层(356)。
14.依照权利要求13的设备，其中氧化保护层(356)由氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮化硅的合成膜制成。
15.一种用于制造依照权利要求1的磁性传感器设备的方法，该方法包括步骤在基片(322)上形成应力松弛层(355)；以及在应力松弛层(355)上形成磁阻抗器件(301、301B)，其中在用热处理来处理所述设备的情况下，应力松弛层(355)减小了在基片(322)中产生的应力。
16.依照权利要求15的方法，其中应力松弛层(355)由聚酰亚胺制成。
17.依照权利要求15或16的方法，进一步包括在磁阻抗器件(301、301A、301B)上形成氧化保护层(356)。
18.依照权利要求17的方法，其中氧化保护层(356)由氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮化硅的合成膜制成。
19.依照权利要求1的设备，其中磁阻抗器件(1、2)以以下方式来检测磁场当交流电被施加给器件(1、2)时，器件(1、2)的阻抗依照该磁场而变化，并且阻抗是通过外部电路(312、313、314、315)来测量的，其中磁阻抗器件(1、2)包括由Ni-Fe系列合金膜制成的磁性层(26)，其中磁性层(26)具有交流电通电方向上被定义为L1的长度，垂直于所述通电方向的垂直方向上被定义为L2的宽度和被定义为L3的磁性层(26)的厚度，其中长度和宽度的比被定义为α，即α＝L1/L2，而宽度和厚度的比被定义为β，即β＝L2/L3，其中比率α等于或大于10，而比率β处于1和50之间的范围内，并且其中厚度L3等于或大于5μm。
20.依照权利要求19的设备，其中Ni-Fe系列合金膜具有这样的组成Ni-Fe系列合金膜中Ni的含量处于65wt％和90wt％之间的范围内，并且/或者Ni-Fe系列合金膜中Fe的含量处于10wt％和35wt％之间的范围内。
21.依照权利要求19或20的设备，其中磁性层(26)具有方形横截面，其垂直于施加给磁性层(26)的交流电的通电方向而被布置，并且其中所述方形横截面具有一侧(26a)和另一侧(26b)，其角度处于60°和120°之间的范围内。
22.依照权利要求19-21的任何一个的设备，其中Ni-Fe系列合金膜具有多个晶粒，其尺度处于1nm和1μm之间的范围内。
23.依照权利要求19-22的任何一个的设备，其中磁性层(26)被置于基片(22、322)上，其间有或没有缓冲层(24、324、355)，并且其中基片(22)具有等于或小于1μm的表面粗糙度。
24.依照权利要求19-23的任何一个的设备，其中磁性层(26)具有易磁化轴，其基本上平行或垂直于所述交流电的通电方向。
25.依照权利要求1的设备，其中磁阻抗器件(1、2)以以下方式来检测磁场当交流电被施加给器件(1、2)时，器件(1、2)的阻抗依照该磁场而变化，并且阻抗是通过外部电路(312、313、314、315)来测量的，其中磁阻抗器件(1、2)包括由Ni-Fe系列合金膜制成的磁性层(26)，其中磁性层(26)具有交流电通电方向上被定义为L1的长度，垂直于所述通电方向的垂直方向上被定义为L2的宽度和被定义为L3的磁性层(26)的厚度，并且其中长度L1等于或大于100μm，宽度L2处于5μm和100μm之间的范围内，厚度L3等于或大于0.3μm。
26.依照权利要求25的设备，其中Ni-Fe系列合金膜具有这样的组成Ni-Fe系列合金膜中Ni的含量处于65wt％和90wt％之间的范围内，并且/或者Ni-Fe系列合金膜中Fe的含量处于10wt％和35wt％之间的范围内，其中Ni-Fe系列合金膜具有多个晶粒，其尺度等于或小于100nm，并且其中基片(22)具有等于或小于1300nm的表面粗糙度。
27.依照权利要求19-26的任何一个的设备，进一步包括用于覆盖磁性层(26)的保护层(32)，其中保护层(32)由电绝缘材料制成。
28.依照权利要求27的设备，其中保护层(32)具有作为内应力的压缩应力，该压缩应力等于或小于500MPa。
29.依照权利要求27的设备，其中保护层(32)具有作为内应力的拉伸应力，该拉伸应力等于或小于100MPa。
30.依照权利要求27-29的任何一个的设备，其中保护层(32)具有处于0.2μm和5μm之间的范围内的厚度(L11)。
31.依照权利要求27-30的任何一个的设备，其中保护层(32)由从一组中选择的至少一种材料制成，该组由氮化硅、氮化铝、氧化硅、含磷氧化硅和掺杂硼的氧化硅组成。
32.依照权利要求27-30的任何一个的设备，其中保护层(32)由具有多个绝缘材料的合成材料制成。
33.依照权利要求27-30的任何一个的设备，其中保护层(32)具有层叠结构。
34.一种旋转传感器设备，包括旋转体(411、411a、411b、411c)，用于依照旋转体(411、411a、411b、411c)的旋转来提供围绕旋转体(411、411a、411b、411c)设置的磁场强度的周期性变化；具有磁阻抗器件的磁性传感器(401、401A、401B)，用于检测磁场强度的周期性变化以检测旋转体(411、411a、411b、411c)的旋转；以及隔离屏蔽(412、512、512a)，用于在旋转体(411、411a、411b、411c)和磁性传感器(401、401A、401B)之间隔离，其中磁性传感器(401、401A、401B)通过隔离屏蔽(412、512、512a)检测旋转体(411、411a、411b、411c)的旋转。
35.依照权利要求34的设备，其中隔离屏蔽(412)是用于覆盖旋转体(411、411a、411b、411c)的外壳(412)，并且其中磁性传感器(401、401A、401B)检测被置于外壳(412)中的旋转体(411、411a、411b、411c)的旋转。
36.依照权利要求34或35的设备，其中旋转体(411、411a、411b)由磁性材料或包括磁性材料的材料制成，并且具有边缘带齿的轮子形状。
37.依照权利要求36的设备，进一步包括另一个磁性传感器(401A、401B)，其中两个磁性传感器(401A、401B)被并行安排以旋转体(411)的间距的一半间隔并且被围绕旋转体(411)的旋转轴对称地设置，并且其中两个磁性传感器(401A、401B)分别输出信号以获得差分输出信号。
38.依照权利要求36的设备，其中旋转体(411、411a、411b)是连接于车辆引擎曲轴的齿轮，并且其中隔离屏蔽(412)是车辆的引擎体。
39.依照权利要求36的设备，其中旋转体(411、411a、411b、411c)是连接于车辆引擎凸轮轴的凸轮，并且其中隔离屏蔽(412)是车辆的引擎体。
40.依照权利要求34的设备，其中旋转体(411c)是具有一对N和S极的圆柱磁体(411c)，所述极被交替置于圆柱磁体(411c)的圆周外围上。
41.依照权利要求40的设备，进一步包括另一个磁性传感器(401A、401B)，其中两个磁性传感器(401A、401B)被平行安排以旋转体(411c)的间距的一半间隔并且被对称地置于旋转体(411c)的旋转轴周围，并且其中两个磁性传感器(401A、401B)分别输出信号以获得差分输出信号。
42.依照权利要求40或41的设备，其中旋转体(411c)是被安装在车轮的旋转轴上的磁化转子，并且其中隔离屏蔽(412)是所述车辆的轮毂。
43.依照权利要求34-42的任何一个的设备，其中隔离屏蔽(512、512a)由非磁性材料制成。
44.依照权利要求34的设备，其中隔离屏蔽(512、512a)是用于覆盖磁性传感器(401)的传感器外壳(512、512a)，其中传感器外壳(512、512a)由磁性材料制成，并且具有开口，其面向旋转体(411、411a、411b、411c)，并且其中磁性传感器(401)通过传感器外壳(512、512a)的开口(513、513a)检测旋转体(411、411a、411b、411c)的旋转。
45.依照权利要求44的设备，其中传感器外壳(512a)由永磁体制成。
46.依照权利要求45的设备，其中传感器外壳(512a)具有其两端，每一端具有开口，对所述传感器外壳(512a)的外部开放，其中传感器外壳(512a)具有用于提供永磁体的侧壁，并且其中磁性传感器(401)被置于传感器外壳(512a)中。
47.依照权利要求44或45的设备，其中旋转体(411、411a、411b)由磁性材料或包括磁性材料的材料制成，并且具有边缘带齿的轮子形状。
48.依照权利要求47的设备，其中旋转体(411、411a、411b)是连接于车辆引擎曲轴的齿轮。
49.依照权利要求44的设备，其中旋转体(411、411a、411b、411c)是连接于车辆引擎凸轮轴的凸轮，并且其中凸轮由磁性材料或包括磁性材料的材料制成。
50.依照权利要求44的设备，其中旋转体(411c)是具有一对N和S极的圆柱磁体(411c)，所述极被交替置于圆柱磁体(411c)的圆周外围上。
51.依照权利要求44的设备，其中旋转体(411c)是被安装在车轮的旋转轴上的磁化转子。
52.依照权利要求34-51的任何一个的设备，其中磁阻抗器件以以下方式来检测磁场当交流电被施加给该器件时，器件的阻抗依照该磁场而变化，并且阻抗是通过外部电路来测量的，其中磁阻抗器件包括由Ni-Fe系列合金膜制成的磁性层，其中磁性层具有交流电通电方向上被定义为L1的长度，垂直于所述通电方向的垂直方向上被定义为L2的宽度和被定义为L3的磁性层的厚度，其中长度和宽度的比被定义为α，即α＝L1/L2，而宽度和厚度的比被定义为β，即β＝L2/L3，其中比率α等于或大于10，而比率β处于1和50之间的范围内，并且其中厚度L3等于或大于5μm。
53.依照权利要求34-52的任何一个的设备，其中磁阻抗器件以以下方式来检测磁场当交流电被施加给器件时，器件的阻抗依照该磁场而变化，并且阻抗是通过外部电路来测量的，其中磁阻抗器件包括由Ni-Fe系列合金膜制成的磁性层，其中磁性层具有交流电通电方向上被定义为L1的长度，垂直于所述通电方向的垂直方向上被定义为L2的宽度和被定义为L3的磁性层的厚度，并且其中长度L1等于或大于100μm，宽度L2处于5μm和100μm之间的范围内，厚度L3等于或大于0.3μm。
54.依照权利要求53的设备，其中Ni-Fe系列合金膜具有这样的组成Ni-Fe系列合金膜中Ni的含量处于65wt％和90wt％之间的范围内，并且/或者Ni-Fe系列合金膜中Fe的含量处于10wt％和35wt％之间的范围内，其中Ni-Fe系列合金膜具有多个晶粒，其尺寸等于或小于100nm，并且其中基片(22)具有等于或小于1300nm的表面粗糙度。
全文摘要
一种磁阻抗器件包括半导体基片(22、322)和用于检测磁场的磁阻抗器件(1、2、301、301A、301B)。磁阻抗器件(1、2、301、301A、301B)被置于基片(22、322)上。磁性传感器设备具有最小尺寸并且是以低制造成本制成的。在此，磁阻抗器件(1、2、301、301A、301B)以以下方式来检测磁场当交流电被施加给器件(1、2、301、301A、301B)时，器件(1、2、301、301A、301B)的阻抗依照该磁场而变化，并且阻抗是通过外部电路(312、313、314、315)来测量的。
文档编号G01P3/42GK1503230SQ20031011834
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月21日 优先权日2002年11月21日
发明者青建一, 铃木康利, 山寺秀哉, 太田则一, 船桥博文, 一, 利, 哉, 文 申请人:株式会社电装
专业数控铣床产品供应商
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