• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2011 年度 実績報告書

マルチフェロイクス高感度磁気センサ用ナノ材料のシナジー特性と素子構造

研究課題

研究課題/領域番号 21246019
研究機関弘前大学

研究代表者

古屋 泰文  弘前大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20133051)

研究分担者 宮永 崇史  弘前大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70209922)
岡崎 禎子  弘前大学, 大学院・理工学研究科, 研究機関研究員 (10003328)
久保田 健  弘前大学, 北日本新エネルギー研究所, 准教授 (70400405)
木村 久道  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00161571)
峯田 貴  山形大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50374814)
キーワード磁気センサ / マルチフェロイックス材料 / 磁歪合金 / PZT / 磁気・電気効果 / マイクロ磁気センサ
研究概要

本研究の目的は、現在使用されている磁気センサ、ホール素子より高感度が期待される、磁歪と圧電効果の相乗効果(ME効果)を利用した磁気センサの開発と微細加工によるプロットタイプの磁気センサの試作である。
23年度の主な実施計画は、1.22年度の研究成果を基に、Fe-Pd(10,30μm)/PZT(260μm)/Fe-Pd(10,30μm)三層構造のME磁気センサを試作し、ME出力電圧の圧電セラミックス(PZT)特性に対する依存性を調べる。2.基板PZTとスパッタ膜の界面構造をSEM用いて調査する。3.微細加工によるプロットタイプの磁気センサを試作することである。
1については、PZTの電圧出力係数g33を1.8倍にすると、駆動AC磁場0.5~100Hzの低周波領域の、ME出力は約8倍増加し、2.8-5.OmV/Oeのとなり、g33に大きく依存することが判明した。さらに、機械的共振周波数61kHzのME出力は、55mV/Oeとなり、低周波領域のME出力の11倍の高感度を示した。
2については、SEMで観察されたPZTとFe-Pdスパッタ薄膜の界面は、Ag電極膜(約5μm)/PZT上に、[111]方向に配向したFe-Pd層が、柱状の粒径を保ちながら積み重なることが判明した。一方、30μmの厚さをもつFe-Pdリボン材は、膜厚方向に[100]の集合組織の柱状多結晶体であった。この組織の違いは、前者の最適バイヤス磁場は120-150 Oeとブロードであるのに対して,後者は50 Oe一点に決まった。
3については、厚さ10μmのSOIデバイス層のSi上に、酸化膜を介してFe-Pd(4μm)を積層したカンチレバー構造のマイクロ磁気センサを試作した。磁場により、カンチレバーは長さの2乗に比例し変位し、1μmを超える先端変位を得る磁歪型アクチュエータとして十分な特性を得る見通しを得た。また、30Oe程度の磁場印加によりカンチレバー素子の共振特性が大きく変動することが判明し、共振型の採用により磁気センサとしての高感度化を図る見通しを得た。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

磁歪合金Fe-PdとPZTの電気・磁気相互作用に対する最適な条件を見出し、ME磁気センサ試作の基礎研究は、ほぼ終了した。
また、MEMSを用いて、プロットタイプのマイクロ磁気センサの試作に成功し、共振型の採用により磁気センサとしての高感度化を図る見通しを得た。

今後の研究の推進方策

今後の研究は、本研究課題である(1)低周波AC磁場をセンシングするFe-Pd/PZT/Fe-Pd三層構造の磁気センサ(大型)の試作と特性評価。(2)PZT圧電薄膜などを積層し、励振および変位検出機能も搭載したMEMS構造化を図り、磁気センサとしての検出特性を検証する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Si基板上へスパッタ形成したFePd磁性形状記憶合金膜の特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      峯田貴
    • 雑誌名

      表面技術協会講演大会要旨集

      巻: 125 ページ: 229

  • [雑誌論文] Magnetoelectric Effect of Fe_<30>Pd_<30> Ferromagmetic Shape Memory Alloy Film : Lead Zirconate Titanate Trilayer Compositesat Low and High Magnetic Field Frequencies2011

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sado
    • 雑誌名

      JPN.J.Appl.Phys.

      巻: 50 ページ: 113001-1,113001-6

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.113001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic properties of thin-film Fe-Pd alloy and magnetoelectric coupling in Fe-Pd/Ag/PZT/Ag/Fe-Pd laminate composites2011

    • 著者名/発表者名
      Teiko OKazaki
    • 雑誌名

      Journal of Alloy and Compounds

      巻: (Accepted 29 October)(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] FePd/PZT積層型の高感度磁気センサの検討2011

    • 著者名/発表者名
      齊藤崇
    • 雑誌名

      「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集

      巻: 28 ページ: 608-612

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relation of the Polymeric Ion Species in Plasma to the Hardness of a-C : H Film Made by PSII & D2011

    • 著者名/発表者名
      Noriaki Ikenaga
    • 雑誌名

      Surface and Coatings Technology

      巻: 272 ページ: 981-985

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shape Memory Behavior of TiNi Alloy Films Sputter-Deposited on Polyimide Substrate2011

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Kish
    • 雑誌名

      Journal of Alloy and Compounds

      巻: (Accepted)(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] FePd磁気形状記憶合金薄膜/Si積層構造のマイクロカンチレバー形成2011

    • 著者名/発表者名
      峯田貴
    • 雑誌名

      応用物理学会学術講演会予稿集

      巻: 72 ページ: 22-028

  • [学会発表] トルクセンサFeCoVリングの磁歪2012

    • 著者名/発表者名
      岡崎禎子
    • 学会等名
      日本金属学会2012年春季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス
    • 年月日
      2012-03-28
  • [学会発表] Fe70Pd30/PZT/Fe70Pd30 ME磁気センサの周波数特性2012

    • 著者名/発表者名
      三上晃祐
    • 学会等名
      日本金属学会2012年春季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス
    • 年月日
      2012-03-28
  • [学会発表] スパッタリング法を用いて成膜したPZT薄膜の密着性に及ぼす結晶化熱処理条件の影響2012

    • 著者名/発表者名
      繁在家聖
    • 学会等名
      日本金属学会2012年春季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス
    • 年月日
      2012-03-28
  • [学会発表] Fe-Pd膜/PZT/Fe-Pd膜ME磁気センサの高機能化2011

    • 著者名/発表者名
      岡崎禎子
    • 学会等名
      日本金属学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 急冷遠心鋳造Fe49C049 V2磁歪リングの強度とトルク感度2011

    • 著者名/発表者名
      舘岡賢司
    • 学会等名
      日本金属学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 応力熱処理FeGa系磁歪リングのトルクセンサ感度2011

    • 著者名/発表者名
      堀秀輔
    • 学会等名
      日本金属学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-11-07
  • [学会発表] Magnetic properties of thin-film Fe-Pd alloy and magnetoelectric coupling in Fe-Pd/Ag/PZT/Ag/Fe-Pd laminate composites2011

    • 著者名/発表者名
      Teiko Okazaki
    • 学会等名
      International conference on Martensitic Transformations
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2011-09-05
  • [学会発表] Shape Memory Behavior of TiNi Alloy Films Sputter-Deposited on Polyimide Substrate2011

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Kish
    • 学会等名
      International conference on Martensitic Transformations
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2011-09-05

URL: 

公開日: 2013-06-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi