交換結合バイアス法を用いた高周波キャリア型薄膜磁界センサのマイクロヘッド化

利用交换耦合偏置法开发高频载波型薄膜磁场传感器的微头

• 批准号: 14750268
• 负责人: 竹澤 昌晃
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750268/
• 关键词: 高周波キャリア型磁界センサ; 磁気インピーダンス; MIセンサ; 強磁性; 反強磁性結合; 磁界センサ

本研究の目的は、室温動作が可能でSQUID相当の高磁界感度を有する高周波キャリア型薄膜磁界センサにおいて、磁気ヘッド形状での小型化を実現することである。巻線の無い小型磁気ヘッド構造を実現するために、強磁性膜と反強磁性膜を積層したセンサ素子を作製し、交換磁気異方性を利用した一方向異方性の導入による磁界感度向上について検討した。この際の重要なパラメータである皮強磁性膜の組成、膜厚、積層化の順序、層数の最適化を行い、本構造での設計指針を確立。さらに、この巻線無しの小型センサ素子において、フィードバック導体ラインの配置、寸法・構造の最適化を行い、薄膜ヘッド構造のセンサ素子を実現することを最終目標とした。本年度は、前年度の知見により得られた強磁性層と反強磁性層を積層して得られる交換磁気異方性を利用した高感度センサ素子を、薄膜ヘッドとして実用化するため重要なフィードバック導体ラインの設置方法、センサ素子磁界検出方向の最適化、およびそのフィードバック動作について検討した。薄膜ヘッドにおいて、フィードバック導体ラインは磁界を検出する対象物との距離(リフトオフ)が最小となるように、センサ素子の直上に平行に配置した。このため、センサの磁界検出方向が従来の検出方向とは90度異なることになり、この場合の磁界検出特性および磁界感度を調べた。その結果、磁界感度は低下するものの、巻線無しで高感度なセンサ出力を実現できることが分かった。また、実際にセンサ直上に配置した導体ラインに電流を通電することで、センサ素子出力を制御できることを明らかとした。これらの研究成果は、高周波キャリア型磁界センサにおいて、巻線構造無しでの薄膜ヘッド化を世界ではじめて実現したものであり、本センサの高密度磁気記録や生体磁気計測応用の産業レベルでの実用化において極めて重要な成果であると言える。

这项研究的目的是在高频载体型薄膜磁场传感器中降低磁头形状，该传感器能够在室温下运行，并且具有相当于鱿鱼的高磁场灵敏度。为了实现没有绕组的小磁头结构，制造了传感器元件，其中层压了铁磁膜和抗铁磁膜，并通过使用交换磁各向异性引入单向各向异性来研究磁场灵敏度的改善。该过程的重要参数是针对成分，厚度，层压顺序以及铁磁膜的层数（是关键参数），并且建立了该结构的设计指南。此外，最终目标是通过优化反馈导体线，尺寸和结构的布局，在此小传感器元件中实现具有薄膜头结构的传感器元件，而无需绕组。今年，我们研究了反馈导体线的安装方法，磁场检测方向的优化以及高度敏感的传感器元件的反馈操作，这些元素利用了通过堆叠铁电磁层和从上一年的发现获得的反铁磁层获得的交换磁各向异性。在薄膜头中，反馈导体线平行于传感器元件，以便最小化检测到磁场的对象之间的距离（升降）。因此，传感器的磁场检测方向与常规检测方向不同90度，在这种情况下，磁场检测特性和磁场灵敏度。结果，发现尽管磁场灵敏度降低了，但可以在没有绕组的情况下实现高度敏感的传感器输出。还可以揭示出，通过将电流实际在传感器上方正上方的导体线上进行，可以控制传感器元件的输出。这些研究结果是世界上第一个在高频载体型磁场传感器中实现薄膜头而没有缠绕结构的薄膜头的结果，并且可以说，在该传感器在工业水平上的实际应用中，对于高密度磁记录和生物磁测量应用非常重要。

项目成果

Masaaki Takezawa: "Antiferromagnetic Coupled High-Frequency Carrier-Type Magnetic Field Sensor Using Ni-Fe/Fe-Mn Multilayer"IEEE Transactions on Magnetics. 38,5. 3150-3152 (2002)

Masaaki Takezawa：“使用 Ni-Fe/Fe-Mn 多层的反铁磁耦合高频载波型磁场传感器”IEEE 磁性学报。

Masaaki Takezawa: "Asymmetric High-Frequency Carrier-Type Magnetic Field Sensor with Thin-Film Head Structure"IEEE Transactions on Magnetics. in press. (2004)

Masaaki Takezawa：“具有薄膜磁头结构的非对称高频载波型磁场传感器”IEEE Transactions on Magnetics。

Masaaki Takezawa: "Optimum Driving of Magnetostrictive Amorphous Wire Micro-Motor"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. in press. (2004)

Masaaki Takezawa：“磁致伸缩非晶线微电机的优化驱动”磁性与磁性材料杂志。

竹澤昌晃: "磁壁ピンニングを施した高周波キャリア型薄膜磁界センサヘッド用磁性膜の検討"日本応用磁気学会誌. 26,4. 559-561 (2002)

Masaaki Takezawa：“具有磁畴壁钉扎的高频载体型薄膜磁场传感器头的磁性薄膜的研究”日本应用磁学学会杂志26,4（2002）。

竹澤昌晃: "微細磁性体の磁区観察による磁化反転機構の検討"日本応用磁気学会誌. 28・3. 384-387 (2004)

竹泽正明：“通过观察精细磁性材料的磁畴来研究磁化反转机制”日本应用磁学学会杂志28・3（2004）。