2015 Fiscal Year Annual Research Report
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
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15J02067
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
加藤 大樹 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 強磁性トンネル接合 / トンネル磁気抵抗効果 / 磁場センサ / 生体磁場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強磁性トンネル接合(MTJ)による生体磁場の室温測定は、医療診断や医学研究に貢献可能だが、検出可能磁場の向上が必要である。本年度は微小磁場下における磁気抵抗特性を評価し、新規の電極材料としてアモルファスNiFeSiB薄膜の作製を行った。
アモルファスCoFeSiBを電極とするMTJを用い、直流の低磁場下の磁気抵抗特性を調べた。その結果、ヒステリシスを生じず、また磁場を減少させた際も(抵抗変化量)/(直流磁場範囲)の値はほとんど変化しないことが分かった。交流磁場下の磁気抵抗特性を調べるため、周波数3.3 Hz、振幅0.1 Oeの交流磁場を印加し、バイアスの直流磁場を変化させ、最大のS/N比となるバイアス直流磁場を測定した結果、-0.75 Oeと直流のゼロ磁場下ではないことが分かった。これはバイアスの直流磁場を印加することでS/N比の向上が見込まれる有用な結果である。最大のS/N比が得られた直流のバイアス磁場-0.75 Oeを印加し交流磁場の振幅の値を減少させ、検出可能磁場(S/N比>1となる交流磁場の振幅)を評価したところ、2×10-4 Oeと見積もられた。この値は集積化により大きな生体磁場である、心臓磁場のピーク(10-6 Oe)をリアルタイムで捉えられることが可能であると考えられる値である。
検出可能磁場向上のためノイズ低減および磁場感度向上が期待されるアモルファスNiFeSiBを作製した。成膜条件としてスパッタ時の投入電力の最適化を行い、ノイズ低減に有用な、CoFeSiBと比べ1.5倍程度高い飽和磁化を持つ薄膜を作製できた。加えて検出可能磁場向上に必要な異方性磁界の膜厚依存性を調べた結果、膜厚によらずにHk~10 Oeとなった。また、結晶評価、表面平坦性評価を行い、400℃以上の結晶化温度を有する高熱処理耐性を示し、平均表面粗さ0.1 nm以下と非常に平坦な薄膜を得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
単一MTJを用いたS/N測定を行い、検出可能磁場を2×10-4Oeと見積もることができた。また、高感度MTJセンサ実現に向けて良好な特性を有するアモルファスNiFeSiB薄膜を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度得られたアモルファスNiFeSiBを電極に有するMTJを作製し、S/N評価を行い、電極材料依存性を評価する。また、ノイズを低減しシグナル電圧を増加するために集積化試料を作製し、検出可能磁場を評価する。
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Research Products
(5 results)
