強磁性トンネル接合を用いた室温動作生体磁場センサの開発

利用铁磁隧道结开发室温生物磁场传感器

• 批准号: 15J02067
• 负责人: 加藤 大樹
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J02067/
• 关键词: 強磁性トンネル接合; 生体磁場; 磁場センサ; スピントロニクス; トンネル磁気抵抗効果

強磁性トンネル接合(MTJ)による生体磁場検出は、医療診断や医学研究に貢献できると考えられるが、検出可能磁場の向上が必要である。検出可能磁場を向上に対し、MTJを集積アレイ化した素子が必要であるが、フリー層をミリングしたピラー型のMTJとなる。ピラー型のMTJは、連続膜フリー層を有するMTJと比較し、異方性磁場の値が大きくなってしまい、磁場感度が劣化する。本年度はその原因を明らかにするために、ピラー型のフリー層による磁区観察、MTJの磁気センサ特性の評価を目的とした。本実験では軟磁性層にCoFeSiBを用い実験を行った。初めにCoFeSiB膜厚を30 nm – 200 nmとした軟磁性膜を成膜し、微細加工によりピラー形状を作製し、磁気光学カー効果(MOKE)により磁気特性を評価した。その結果、膜厚増加に伴い、異方性磁場の値が大きくなった。加えてセカンドアニール温度依存性を評価した結果、薄い膜厚の膜は磁気異方性が変化した一方で、厚い膜厚のそれは磁気異方性がほとんど変化しなかった。これらMOKEの結果から膜厚により優位な磁気異方性が異なることが分かり、ピラー素子における異方性磁場の劣化は形状磁気異方性が原因であると示唆された。次に、同様のCoFeSiB膜厚dを有するMTJを作製し、磁気センサ特性を評価した。本実験では膜厚dを30nmと最も薄くしたMTJにおいて、最も優れた検出可能磁場7.8×10-4 Oeが得られた。この結果は10000個程度のMTJを集積アレイ化することで心臓磁場をリアルタイムで検出可能と考えられる値である。また、dが30 nmの素子における磁区構造は非常に複雑だったが、dが200 nmの素子においては明瞭な還流磁区構造であった。これらの結果から磁区構造によって検出可能磁場が異なることが分かり、これらの関係を明らかにすることが重要と示唆された。

Ferromagnetic junction (MTJ) is a biological magnetic field detection, medical diagnosis and medical research contribution, detection of possible magnetic field upward necessary. The magnetic field may be generated upward, and the MTJ may be integrated into the element. The MTJs of different types have different magnetic field values, and the magnetic field sensitivity is deteriorated. The reason for this year's review is that the magnetic field characteristics of MTJs have been evaluated. This is the case with CoFeSiB soft magnetic layers. CoFeSiB film thickness 30 nm 200 nm soft magnetic film formation, micromachining, shape fabrication, magnetic optical effect (MOKE), magnetic properties evaluation As a result, the film thickness increases, and the anisotropic magnetic field value increases. As a result, the magnetic anisotropy of thin films and thick films varies greatly. The result of MOKE is that the film thickness is excellent, the magnetic anisotropy is different, and the magnetic field is deteriorated. Second, the same CoFeSiB film thickness d has been evaluated for MTJ operation and magnetic properties. This film thickness is 30nm, and the maximum thickness of MTJ is 7.8×10-4 Oe. The result is 10000 MTJs, which are integrated into the magnetic field. The magnetic field structure of 30 nm and 200 nm is very complex. The result is that the structure of the magnetic field is different, and the relationship between the magnetic field and the magnetic field is important

项目成果

CoFeSiB Thickness Dependence of Magnetic Field Sensor Performance in Magnetic Tunnel Junctions

磁隧道结中磁场传感器性能的 CoFeSiB 厚度依赖性

• 发表时间: 2017
• 作者: Kojima K;Yanagawa M;Yamashita T;Imamoto Y;Matsuyama T;Nakanishi K;Yamano Y;Wada A;Sako Y;Shichida Y;Daiki Kato;Daiki Kato;Daiki Kato
• 通讯作者: Daiki Kato

微小磁場下におけるアモルファスCoFeSiB電極強磁性トンネル接合の磁気抵抗特性

微磁场下非晶CoFeSiB电极铁磁隧道结的磁阻特性

• 发表时间: 2016
• 作者: 加藤大樹;大兼幹彦，藤原耕輔，荒井雄貴，城野純一，永沼 博，土田匡章，安藤康夫
• 通讯作者: 大兼幹彦，藤原耕輔，荒井雄貴，城野純一，永沼 博，土田匡章，安藤康夫

生体磁場計測に向けた低磁気異方性電極強磁性トンネル接合

用于生物磁场测量的低磁各向异性电极铁磁隧道结

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Hasebe;Y.Yamada,and H.Tabata;石井亮;M. Tabata;加藤大樹，大兼幹彦，藤原耕輔，城野純一，永沼博，桂田弘之，安藤康夫
• 通讯作者: 加藤大樹，大兼幹彦，藤原耕輔，城野純一，永沼博，桂田弘之，安藤康夫

生体磁場センサ応用に向けた強磁性トンネル接合の作製と評価

用于生物磁场传感器应用的铁磁隧道结的制造和评估

• 发表时间: 2015
• 作者: 加藤大樹;大兼幹彦;藤原耕輔;城野純一, 永沼博;桂田弘之;安藤康夫
• 通讯作者: 安藤康夫

Magnetic Field Sensor Properties in Magnetic Tunnel Junctions with Amorphous CoFeSiB Electrode at Low Magnetic Field

低磁场下非晶 CoFeSiB 电极磁隧道结中的磁场传感器特性

• 发表时间: 2016
• 作者: Kojima K;Yanagawa M;Yamashita T;Imamoto Y;Matsuyama T;Nakanishi K;Yamano Y;Wada A;Sako Y;Shichida Y;Daiki Kato;Daiki Kato;Daiki Kato;Daiki Kato;Daiki Kato;加藤大樹;Daiki Kato
• 通讯作者: Daiki Kato