研究課題
基盤研究(B)
本研究は、2軸方向の磁場成分(Bz,Bx)が同時に測定可能で、その空間分解能は1μm以下、そして1ガウス以下の微弱磁場が測定可能なホール素子を1次元的に集積するマイクロスケールのホール素子アレイの開発と、ホール素子またはホール素子アレイからの微弱な電圧成分をリアルタイムで可視化できる磁場分布可視化装置の開発を目的として行った研究であり、本研究による成果は下記のようになる。1.2軸方向磁場成分測定用ホール素子の開発最初の基礎検討として極低温でも測定精度が高いGaAs薄膜を用いて単一ホール素子を作製した、その後に電圧と電流端子を考慮した多層構造のGaAs薄膜によるホール素子アレイの開発を行った。しかし、低温での感度が予想より低かったため、InGaAs薄膜を用いるホール素子開発について検討を行った。ホール素子の作製方法としては、主にエピタキシャルリフトオフ(ELO)法を用いて、GaAsとInGaAs単結晶基板上に犠牲膜層をはじめ、電極用層、センサー層などを成長させた膜を準備した。そして、リソグラフィー法によりホール素子およびホール素子アレイを作製し、ワイヤボンディング法を用いて電圧および電流端子を接続した。開発したGaAs薄膜およびInGaAs薄膜によるホール素子およびホール素子アレイについて極低温での精度特性について実験的に検討し、測定精度はまだ不十分であるものの非常に効果的な作製方法であることを示した。2.磁場可視化装置の開発単一のホール素子の場合は、高精度の電圧計と定電流源が各1台あれば計測可能である。しかしながら、100個以上のホール素子をアレイする本研究の場合、ホール素子の数だけの電圧計を使用するのは不可能である。そこで、一つの電圧計で測定ができるようにスイッチング素子と電子回路を用いて順次に各ホール素子の微弱電圧が測定できる回路を開発した。開発したスイッチング電子回路を用いてリアルタイムではないものの100ms間隔で各ホール素子からの電圧を測定することが可能となった。また、1μm以下の空間分解能を有するホール素子をスキャンさせるためのx-yステージの開発を行い、作製したステージの駆動精度は1μmであった。
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