超高分解能集積化マイクロフラックスゲート磁気センサに関する研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09750490
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 川人 祥二 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (40204763)
• キーワード: フラックスゲートセンサ / 磁気センサ / 高分解能 / 集積化センサ / デルタシグマ変調

研究概要

フラックスゲート磁気センサは、高透磁率の軟磁性コアとこれを交流励磁するコイル及び磁界検出用コイルを基本要素とするセンサで、極めて高い分解能を有する磁気センサとして古くからしられている。我々は、シリコンマイクロ加工技術に基づき、フラックスゲート磁気センサをマイクロデバイス化することに成功し、その優れた性能を明らかにしてきた。実際に、システムとして高分解能な磁気検出を行うためには、そのインターフェースにも高分解能検出に適した方式を考案し、これをセンサ上に集積化する必要がある。本研究では、まず集積化フラックスゲート磁気センサの実現のため、2層メタル0.8μmCMOS技術で試作したチップに後工程で、軟磁性薄膜の形成等を行ってマイクロフラックスゲートセンサを実現する手法を確立した。実際に試作を行った結果、極めて小型であるにもかかわらず、10Hzにおいて6nT/√Hzという高分解能特性が得られた。信号処理方式としては、ディジタル信号として高分解能検出が可能な、デルタシグマ変調に基づき、磁束領域へのパルス負帰還を行うことで、高分解能特性と良好な直線性が得られることを明らかにした。実際に、2軸のフラックスゲートセンサとデルタシグマ変調を用いたデイジタルインターフェース回路を集積化したベクトル磁気センサシステムチップを試作した。±50μTの微小磁界に対して、0.8%の非線型性誤差と、4ﾟの角度分解能を達成した。これは、通常のシリコン磁気センサでは実現し得ない値である。

研究成果

• [文献書誌] S.Koga,A.Yamasawa,S.Kawahito,et al.: "Micro Fluxgate Magnetic Sensor Interface Circuits Using Delta-Sigma Modulation" Trans.IEE of Japan. 117E・2. 84-88 (1997)
• [文献書誌] S.Choi,S.Kawahito et al.: "A Planar Fluxgate Magnetic Sensor For On-Chip Integration" Sensors & Materials. 9・4. 241-252 (1997)
• [文献書誌] M.Schneider,S.Kawahito,et al.,: "High Sensitivity Micro Fluxgate Sensor" Tech.Dig.,Int.Electron Device Meeting. 907-910 (1997)
• [文献書誌] C.Maier,S.Kawahito et al.: "2D Magnetic Micro Fluxgate System with Digital Signal Output." Dig.Tech.Papers,Int.Solid-State Circuits Conf.130-131 (1999)
• [文献書誌] S.Kawahito,S.Choi et al.: "A Delta-Sigma Sensor Interface Technique with Third-Order Noise Shaping and Its Application to Fluxgate Sensor System" Dig.Tech.Papers,10th Int.Conf.Solid-State Sensors and Actuators. 6月(発表予定). (1999)