トンネル磁気抵抗マイクロセンサーを利用した磁気MEMSデバイスの開発

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力学的な力を電気信号に変換するための応力センサを開発するために巨大磁気抵抗効果(GMR)を利用した磁気センサの開発を行った。磁気抵抗素子としては,磁化自由層にCoFeBアモルファス磁性層を用いたスピンバルブ膜を幅100μm,長さ1200μmの細線に微細加工したものを試作した。また,素子に応力を加えられるように素子を厚さ0.15mmのカバーガラス上に成膜し,下記のような原理の応力センサを作製した。CoFeB磁化自由層の磁気異方性は,成膜中の静磁界の印加によって,細線の長さ方向に対して垂直方向に誘導されている。この垂直方向に9Oeの直流磁界を加えて,自由層の磁化を飽和させ,細線の長さ方向に1kHz,1.6Oeの交流磁界を加えた。このとき,磁化自由層の磁化方向は,磁化容易軸方向を中心に首振り運動を起す。磁化固定層の磁化方向も磁化自由層と同じ方向に固定されているので,この首振り運動によって,スピンバルブ素子の抵抗は,2kHzで変化する。この磁気抵抗の変化を,スピンバルブ素子をブリッジ回路に組込み,ブリッジの出力を計装アンプで300倍に増幅,カットオフ480HzのHigh Pass Filterを通すことにより,センサ出力として,シンクロスコープで観察した。その結果,カバーガラスに0.0003程度の歪みを加えることによって,2kHzの出力信号の振幅の増大が認められた。これは,応力による磁歪の逆効果によって,磁化自由層の磁気異方性が減少した結果,交流磁界による首振り運動の振幅が増大したためと考えられる。