JP2016151413A - 超高感度マイクロ磁気センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板2上の基板溝28に沿って磁性ワイヤ29を2本設置し、それぞれのワイヤに一対の右巻きコイル21Rと左巻きコイル21Lおよび一対の右巻きコイル22Rと左巻きコイル22Lを設置し、両ワイヤに反対向きにパルス電流を流した時に生じるコイル電圧を検知する。円周方向スピン配列を持つ表面磁区と軸方向にスピン配列を持つ中央部コア磁区の2相の磁区構造を持つ磁性ワイヤに、パルス電流を通電することによって、表面磁区内のワイヤ軸方向の外部磁界Hにより軸方向に傾斜した円周方向スピンを超高速に一斉回転させて、その時に生じる超高速スピン回転現象によるワイヤの軸方向の磁化変化のみをコイル出力として取り出す。
【選択図】図5
Description
1952年発明された縦型FGセンサ(特許文献1)は、磁性ワイヤに30KHzの交流電流、(表皮深さ180μm)を通電し円周方向に交番的に飽和磁化して、巻きつけたコイルの電圧変化の波高値から外部磁界Hを求めるタイプで、横型FGに比べて小型化・簡素構造化を実現した。
1988年発明されたパルス駆動の縦型FGセンサ(特許文献2)は、磁性アモルファスワイヤと500kHzの周波数のパルスを採用して、ワイヤを長さ50mm、径を125μmと小型化を実現したが、市場が求める長さ1mm以下のマイクロサイズの実現には至っていない。
縦型FGセンサは軸方向に磁化を円周方向磁界の駆動力で磁壁移動を引き起こし、磁化を円周方向に回転させもので、磁化の大きさとワイヤ長さとはトレードオフの関係にあり、原理的に小型化は困難であった。また磁化を円周方向に回転させるため大きな磁界、すなわち大きな励磁電流が必要で、消費電流が大きくなるという欠点があった。
90度磁壁がコア磁区に浸透することでコア磁区内のスピンが円周方向に回転、すなわち磁化が回転することで磁化が変化するので、反磁界の影響はFGセンサに比べて小さい。その結果磁性ワイヤの長さを50mmから5mmと大幅に縮小することが実現した。
また、出力特性は、ワイヤのヒステリシスの影響を強く受け、しかも反対称性かつ非直線的であるという欠点があった。これらの問題は、負帰還回路を用いて解決したが、消費電力の点で問題であった。MIセンサ技術については、毛利教授の著作「磁気センサ理工学」(コロナ社出版、毛利佳年雄著、1998年)において詳しく紹介されている。
コイル型MIセンサについて、構造がFGセンサと同じであるので、FGセンサの改良タイプという意見があるが、適用周波数が高く90度磁壁の振動という電磁現象を検出している点を考えれば、MIセンサの改良タイプというべきである。しかし、ヒステリシス低減のために負帰還回路を使用しており、消費電力が大きくなり問題であった。
200MHzの高周波の場合、表面磁区とコア磁区の界面に存在する90度磁壁を動かすことは困難である。そこで、台形波パルスの立下りに着目して、立下り直前では90度磁壁はコア内部の深い位置に存在しており、電流が遮断すると、表皮深さより内部は円周方向磁界が無くなり、90度磁壁が移動を始めることができる。しかし、磁壁の移動自体が作る電磁ブレーキのためゆっくりと緩和現象的に磁化回転が進行していく。一方表面磁区内の円周方向に向いたスピンは円周方向の異方性磁界に逆らって外部磁界の力で磁化回転していく。この二つの電磁現象を混合してコイルで電圧として取り出している。
表面磁区の厚みを極力薄くして、そこに矩形波形状のパルスを通電し、円周方向磁界の力で表面磁区の厚みを厚くした上で、電流を遮断し、その時に90度磁壁が元の表面近くに移動するが、その際の生じる磁化の回転と軸方向の磁化変化をコイルで検出したものである。90度磁壁がワイヤ中心部に深く浸透することでヒステリシスが消失する。これによって負帰還回路を省略することに成功している。
FGセンサは、K=0.2mG、W=2G、L=50mm、D=2mmでS=0.1、
MIセンサは、K=0.2mG、W=2M、L=5mm、D=0.03mmでS=60、
MEMS式素子を使ったコイル式MIセンサは、K=2mG,W=10G、L=0.6mm,D=0.01mmでS=700と増加する。
主に周波数が30KHzから10MHz、さらに200MHzと増加したことによるものと表面的には見えるが、技術進歩の核心は、表面磁区とコア磁区の間に存在する90度磁壁の高周波振動というMI現象の発見であった。コイル方式のMIセンサの技術進歩については、毛利教授の著作「新しい磁気センサとその応用」(トリケップス社、毛利佳年雄著、2012年)に詳しく紹介されている。
そこで、磁性ワイヤ、検出コイル、励起パルス、検出回路および測定原理とすべての角度からMIセンサを見直し、超高感度マイクロ磁気センサの開発に取り組むことにした。
Vs=Vo・L・πD・p・Nc・f・sin(πH/2Hm) (1)
V=Vosin2θ (2)
となる。したがって実験式(1)はこのスピンの一斉高速回転を検知していると考えることができる。つまり同じ表皮効果でもMIセンサは90度磁壁の移動による磁化回転を検知するが、本発明センサは表面磁区内のスピンの回転のみを純粋に検知する全く新しい原理、つまり発明者は超高速スピン回転現象に基づく新型のGSRセンサであると考えられる。
この原理に基づくと、以下の実施例1で詳細に紹介するように、MIセンサに比較して、コイル出力が大幅に向上し、性能指数で試算すると、K=0.2mG、W=40G、L=0.2mm、D=0.01mmでS=10万となって、コイル式MIセンサの120倍程度の飛躍的改善が実現できることを見出した。
超高速スピン回転をコイルで検出する時のコイル電圧は、磁束Φの時間変化とコイル巻き数に比例する。つまりV=―Φo×dΦ/dtである。時間t=0における磁束Φoは、ms・L・πD・d・sinθである。回転開始の瞬間、軸方向の変化速度dΦ/dtは、角速度dθ/dtのcosθ倍となる。ここで、dθ/dt=2π/Tであるから、dΦ/dt=dΦ/dθ×dθ/dt=cosθ×2π/Tとなる。したがってコイル電圧の最大値はms・L・πD・d・sinθ・cosθ(=1/2×ms・L・πD・d・sin2θに比例する。
コイル出力と外部磁界Hはsin関数関係で存在しており、本発明者が行った条件下では、スピンの一斉回転のみを検出していると思われる。
θa=πH/4Hm (3)
しかし、一方本来のスピン角度θbは、磁性ワイヤにかかる磁界Hから反磁界の影響を除いた実際の内部磁界Hinと、円周方向の異方性磁界Kθとで決まる角度で(4)式のように定義できる。
tanθb=Hin/Kθ (4)
もし、実験式(1)が、スピン角度を検知しているならば、θaとθbが一致していることが必要である。以下、両者が一致していることを証明する。
磁化曲線において、急峻な立上域は磁壁移動による磁化過程で、緩やかに増加する域は磁化回転による磁化過程である。磁化回転が始まる磁界強度を異方性磁界Hkと定義する。磁化M=χH、ここでχの近似式は式(5)で表される。磁性ワイヤの透磁率μが200から4万程度まで変化した場合、それに対応して、近似式中のβは0.07から0.7程度まで変化する。
χ=χo{1―β×(H/Hk)2) (5)
磁性ワイヤの磁化特性は、反磁界がゼロ(無限長のワイヤの場合)で、外部磁界Hと内部磁界Hinが一致しするが、有限長のワイヤでは、反磁界が強まり、Hin=H−NMs(ここでMs=χH)となるので、式(2)を使ってHをHinに補正すると(6)式になる。
Hin=H{1−Nχo+βNχo(H/Hk)2} (6)
この超高速スピン回転効果は将来の超高感度マイクロ磁気センサの新原理と期待される。なおコア磁区部の磁化Mcは、表皮効果により影響を受けず、また磁壁の移動は生じない。
コイル出力電圧は、磁束Φの時間変化とコイル巻き数Ncに比例する。外部磁界Hによって円周方向に強制されていたスピンがθだけ傾いたとする。時間t=0における磁束Φは、ms・L・πD・d・sinθに比例する。回転開始の瞬間、角度の時間変化dθ/dtは、sinθの微分であるcosθdθに比例する。回転初期に獲得した回転速度dθ/dtで角度θだけ回転すると考えられるので、その時の磁束Φの変化量はcosθに比例する。その結果、コイル電圧の最大値はms・L・πD・d・sinθ・cosθに比例する。つまりに(7)式のようにsin2θ比例する。
V=VoNc・sin2θ (7)
コイル出力と磁界とは、式(1)に示したようにsin(πH/2Hm)となることが実験的に発見されているので、θ=πH/4Hmとなって、スピンの傾斜角度θを求めることができる。コイル出力電圧のデータから求めたθをθaとすると、(8)式が得られる。
θa=πH/4Hm (8)
tanθb=Hin/Kθ (9)
Vsが最大値を取るピーク値は、θは45度の時であるから、Hin=Kθの時である。この時Hin={1−(1−β)Nχo}Hkであるので、この結果
Kθ={1−(1−β)Nχo}Hk (10)
と求めることができる。tanθb=Hin/Kθに、(6)式のHinと(10)式のKθを代入すると、(11)式となる。
tanθb=H/Hk{(1−Nχo)+βNχo(H/Hk)2}/{1−(1−β)Nχo} (11)
tanθbは、以下の式で近似できる。
tanθb=θb(1+1/3×θb2) (12)
この式にθa=θbと仮定して、θb=πH/4Hmを代入すると、(13)式となる。
tanθa=(H/Hm){π/4+1/3×(π/4)3(H/Hm)2} (13)
一方、(8)式にHm=αHkを代入すると、(14)式となる。
tanθb=(H/Hm){α(1−Nχo)+βNχoα3(H/Hm)2}/{1−(1−β)Nχo} (14)
Nχo=1/(1+4.26β) (15)
これを第3次項に代入すると、式(10)の第3次項と一致することが確認できる。
この結果、tanθa=tanθbとなって、θa=θbとなる。
Nμeff=1−(μeff/μr) (16)
ここでμrは、材料固有の透磁率である。
理想的磁性材料では、μr=∞となって、Nμeff=1である。実際の磁性材料ではNμeff=0.2〜0.8と低下する。今回使用している磁性材料は異方性磁界Hkが5G、μr=32000、素子に組み込んだ時の異方性磁界は40G、μeff=600で、Nμeff=0.8であった。
また、使用したアモルファスワイヤのμrは、4,000で、μeffをワイヤの長さを変えて有効透磁率を3000から920程度まで変化させた時、Nμeff=0.25から0.77程度と変化する。さらに、μ=χ+1(μとχは1より十分大きい)なので、χo≒μeffと近似すると、Nχo=Nμeffとなる。
その角度は、表面磁区内のスピンにかかる内部磁界Hinと円周方向の異方性磁界の比で決まるが、それをいかに制御するかが重要である。異方性磁界が大きいほどスピンが傾斜しにくく大きな外部磁界が必要となる。しかも外部磁界を大きくしても表面磁区内の内部磁界を大きくするのは難しい。というのは、表面磁区とコア磁区の2相構造の下では、小さな外部磁界でコア部は磁壁移動して容易に磁化し大きな反磁界を生み出す。表面磁区のスピンは、コア磁区からも漏れ磁場を反磁界として、その影響を強く受けることになるためである。したがって異方性磁界を極力小さくして、小さな内部磁界でスピンが大きく傾斜できるようにすることが重要である。
図2は、磁性ワイヤのスピン構造をワイヤ軸方向断面12と断面13に分けて示す。表面磁区14のスピンは円周方向向きで、コア磁区15のスピンは軸方向向きで右向きスピン16と左向きスピン17に4分割されている。外部磁界Hを負荷させた時の、スピン構造の変化を示す。
a)外部磁界H=0の場合で、コア部の磁区構造15はスピンが軸方向に正負向きに向いた4個の磁区に対称的に分割され磁化Mはゼロである。表面磁区14のすべてのスピンは、円周方向のパルス磁化された向きに整列している。
b)外部磁界H=Hk/2程度を印加した場合で、コア磁区15の印加磁界の向きのスピン17をもつ磁化が太り、反対方向のそれ16が細って磁化M=χHが生じ、大きな反磁界をつくる。表面磁区のすべてのスピン18は印加磁界Hの方向に傾斜するが、実験式(1)のθから求めることができて、傾斜角度θは、θ=πH/4Hmである。GSRセンサの対象域は、ゼロからHmで、θを決める反磁界、円周方向の異方性磁界Kθによってセンサ出力が決定づけられる。さらにパルス周波数に依存したθの回転速さ、および表面磁区の厚みと表面積で決まるスピン総量が重要であることがわかる。
c)外部磁界H=Hkを印加した場合で、コア磁区のスピンはすべて印加磁界の向きに整列している。表面磁区のすべてのスピンは印加磁界Hの方向に傾斜角度45度で傾斜している。Hkより少し小さな値のHm=0.96Hkにおいて、最表面部のスピンは45度に傾斜し、コイル出力は最大値をとる。逆に、HがHk以上になると、スピンの傾斜角度は45度のまま、コア磁区と表面磁区の境界磁壁が外側に移動をはじめ、表面磁区の厚みが小さくなっていき、コイル出力が低下し始める。測定範囲は、Hmで定義される。
d)Hkより十分大きな外部磁界Hを印加した場合で、コア部のスピンはすべて印加磁界の向きに整列し、しかもコア部と表面磁区の磁壁が外側に移動し、ついには表面磁区が消失または非常に細る。GSRセンサの測定範囲外の磁化状態になる。HkとHmはほぼ同じ値をとるので、外部磁界HがHkからさらに増加した時、最表面のスピンは45度のままより強く固着され、パルス円周磁界に対して抵抗を示しコイル出力が低下する。同時に表面磁区の厚みが減少を開始してコイル出力の減少が始まると予想される。
発現条件は、表面に円周方向スピン配列を持った表面磁区が存在す磁性ワイヤを用いて、GHzの周波数を持つ十分大きな電流の励磁パルスを印加して、表皮深さpが表面磁区の厚さdよりも小さくして、円周方向スピンの一斉回転を惹起し、その変化を微細コイルで検知することであることを説明する。
一方GSR現象は、表面磁区の厚みを1μmとして、周波数0.5GHz以上、磁性ワイヤの透磁率を3000以上として、表皮深さを0.2μm程度にして、表面スピンの一斉回転を惹起せしめる。
一方厚みdが0.2μmと表皮深さpより小さい場合、スピン回転する深さはpまでは浸透せず、90度磁壁の位置dで固定されるので、p=dと一定となって、コイル出力電圧は周波数に一次比例する。ガラス付ワイヤを使った実験では、コイル出力電圧は周波数の平方根に比例しており、表面磁区の厚みは1μm程度と十分な深さを有していると考えられる。
さらに十分大きなパルス電流で、異方性磁界Hkの1.5倍を超える磁界を発生させて、パルス磁界アニーリング処理を測定毎に行い円周方向に磁化飽和させて磁化履歴を消去した。
MIセンサは外部磁界H中にある磁性ワイヤまたは磁性薄膜に周波数1MHzから30MHzの高周波電流またはパルス電流を通電した時、インピーダンスが表皮効果のため大きく変化する現象を利用したものである。表面磁区とコア磁区の境界に存在する90度磁壁が振動した時に、透磁率が外部磁界Hに大きく依存して変化し、表皮深さを小さくして大きなインピーダンス変化が起こる。その変化量から外部磁界Hを検知する。センサ長さを5mmのセンサで1mGの優れた感度を実現した。
先行技術であるFGセンサは、一般的な磁区構造を持つパーマロイ等の磁性材料を用いて、周波数30KHzの交流を使って外部磁界Hに比例したコイル出力電圧を取る。MIセンサは30MHzの高周波を活用して1000倍程度の高性能化を実現した画期的な発明であった。表面磁区とコア磁区の境界に存在する90度磁壁が振動するという画期的な発明がその基礎にあった。
一方、パルスの立下り時に、表面磁区内のスピンは円周方向磁界の消失に伴って傾斜し始めるが、強い異方性磁界によって傾斜が小さくまた回転速度も遅いものとなってコイル出力の増化が抑制されている。コイル出力は主にMI現象である90度磁壁の移動に起因するが、一部GSR現象であるスピン回転の影響も検出している。
高周波パルス発振回路の技術的課題は、コイルと配線回路に付随する寄生容量が増加して、パルス立ち上がりの平滑化、IRドロップによる出力の減衰が発生し、大出力回路が必要となり実用的でなかった。高周波化に伴う電磁誘導電圧の増加は、表面の磁化変化によるコイル電圧よりも大きくなり、その除去が最大の問題となっている。大きな電磁誘導電圧は、信号の増幅度の制約、検出信号の直線性と精度の低下、温度特性の劣化などに大きな誤差を生じさせてしまい、実用的な感度はむしろ低下した。MIセンサを前提にして、周波数を高めるという発想ではトレードオフの網の目に迷い込み性能アップに向けた改善策は発見できないと発明者は判断した。
MI現象は、周波数を1MHzから30MHzで発現し、表面磁区とコア磁区の境界に存在する90度磁壁の振動に起因するが、GSR現象は0.5GHzから4GHzで生じて、表面磁区のスピン回転に起因する。MIセンサのコイル出力は、出力電圧を積分回路のコンデンサに蓄積し、その電圧と磁界との比例関係から磁界を求める。GSRセンサは、コイルの瞬間電圧をバッハー回路で直接検知し、その電圧と磁界とが式(1)の数学的関係にあることから磁界を求める。MIセンサのコイルを微細化すると抵抗が増加してIRドロップが生じる。そのためコイルの微細化およびコイル巻き数Ncの増加による効果は限定的になる。GSRセンサは、コイルの抵抗が著しく大きくコイルにはごく微量電流しか流れない。コイル出力電圧を電圧のまま直接検知する必要があるのでバッハー回路を介して検知する。コイル巻き数およびコイル微細化による抵抗増加の問題の影響をほとんど受けず、コイルによる検出力を増加させることができる。
しかし高速化に伴って渦電流が増加しスピン回転を抑制するようになるので、ある周波数で最大値を取る。さらに、5GHz近くまでパルス周波数を高めると、スピンの歳差運動やスピン共鳴現象が発生し始め、各スピンは交換作用力に打ち勝って回転を始めて、コイル出力電圧が低下する。渦電流による格子発熱や歳差運動によるスピン系の発熱によって、コイル出力の低下が増幅する。
しかしスピン共鳴周波数に近づくにつれて、一斉回転に揺らぎが生じコイル電圧が低下するので、最適周波数域が存在し、それは0.5GHzから4GHzである。図4に実施例1を使ってコイル出力に及ぼす周波数の影響を調査した結果を示す。(A)は、本発明品で、測定レンジは±40G、センサ長さ0.2mmのタイプである。(B)(C)は特許文献6のセンサ長さ0.6mmで、測定レンジが±2Gと±30Gの二つのMIセンサの実施例である。本発明のGSRセンサは感度および測定レンジともにMIセンサよりも優れている。さらにより高い周波数域まで、周波数増加に伴って電圧は増加していく。2GHzで最高値を示し、その後ゆるやかに減少していく。スピンの歳差運動や渦電流ブレーキが増加するためと思われる。したがって望ましい周波数域は0.5GHzから4GHzである。
しかし、パルス周波数の増加は、コイルに円周パルス磁界によって誘導される誘導電圧を増加するのでこの対策がGSRセンサにおいてはより重要となる。
発明者は上記GSR効果の電磁現象を基礎に、以下のセンサ緒元の解明と具現化方策を発明した。
磁性ワイヤは、ゼロ磁歪または弱負磁歪のCo基合金で、異方性磁界Hkを8G以下、比透磁率は1000以上で、直径は20μm以下、軸方向の応力は表面磁区の厚みdは1μm以下で2p以上とした。厚みについては適用パルス周波数を考慮して、パルス磁界アニーリングまたはテンションアニーリングを施して2p以上になるように調整した。なおコア部の残留磁化はパルス通電継続時間の間に、それ以前の外部磁界の影響履歴の消失・低減を図り、ヒステリシスを抑制した。
パルスの立上り速度は、コイルの寄生容量の低減、配線ワイヤボンディングから半田づけ接合への変更、コンデンサのASIC内蔵などにより急峻な立上りを確保した。
パルス時間間隔は長さ10n秒以上としコイル信号干渉を避けると同時にワイヤの自然冷却を行った。
その微細コイルの構造は、凹形状のコイル下部と凸形状のコイル上部および両者の間にある段差を介して連結するジョイント部の3層構造または段差がゼロの特殊な場合は2層の凹凸構造からなり、磁性ワイヤの下部のみをコイル下部配線を施した基板溝に埋設し、それを接着機能を有する樹脂で固定し、ワイヤ上部は樹脂の表面張力で薄く覆われ、もしくは絶縁被覆磁性ワイヤの場合には一部露出した状態で、コイル上部配線およびコイル下部と上部のジョイント部の配線を行うことによって得られる。
誘導電圧Vcは、(1)パルス通電中のワイヤ電位差を静電的に感知する電圧と、(2)円周方向磁界の変化をコイルが直接感知して発生する電圧、および(3)基板面上の配線ループが感知する電圧の3種類が存在する。誘導電圧の大きさは、静電電位差の影響が一番大きく、次にコイルが直接に感じる電圧。配線ループについては、キャンセルは容易で通常は小さくすることができるが、好ましくない配線をすると大きな電圧を生じる。
1本のワイヤに左巻きコイルと右巻きコイルを取り付け、同一方向に電流を流すと、磁界は逆相電圧となり、静電電位差によるコイル電圧は同相電圧となる。コイル端子を逆接合すると磁界による出力電圧は加算され、静電電圧差による電圧はキャンセルされる。さらに配線ループによって生じる電圧は、出力配線を交差させると、ループ内の上向き磁界と下向き磁界がキャンセルするのでほぼ消失する。
この場合は左右コイルに発生する電圧は、右巻と左巻きコイルの電圧は、電流は同じ向きなので逆電圧となるが、コイル同士は逆接続となるので同じ向きの電圧となって残留するのが難点である。しかし誘導電圧は完全には消滅しないが、単純コイルの誘導電圧と比較すると、1/4以下と十分小さくすることができるので、好ましくはないが、サイズなどの制約がある場合、利用は可能な配線構造である。
2本のワイヤにそれぞれ左巻きコイルを取付け、双方向に電流を流すと、磁界は同相電圧となり、静電電位差によるコイル電圧は逆相電圧となる。一方のマイナス端子を他方のプラス端子に接続すると、磁界による電圧を加算され、静電電位差によるコイル電圧はキャンセルされる。さらに配線ループは、2本ワイヤ間で交差させると、二つのループは同じ向きの磁界を検知するが、電流がループに沿って流れる向きが逆向き方向なので、発生電圧は逆相電圧となってほぼキャンセルすることができる。
2本のワイヤにそれぞれ左巻きコイルと右巻きコイルを取り付ける。コイル21Lとコイル22Lは同じ左巻きコイルで電流は逆に流れており、配線は図5のパターンとなっているので、静電電圧差とコイル巻きに依存した誘導電圧はキャンセルできている。また右巻きコイル21Rと22Rも同じく、2種類の誘導電圧はキャンセルされる。配線ループによる誘導電圧は、二つの対称なループが2本ワイヤ間の形成によりできるのでほぼ完全にキャンセルされ消滅する。この配線が最も望ましい配線である。
コイル電圧の検波は、磁界の影響で最も強く変化するタイミングで行う。このタイミングは誘導コイル電圧Vcのピークから遅れた点で、変化が急峻な点で検波することになる。これは温度によって検波タイミングが微妙にずれるとコイル出力の大きな温度ドリフトになってしまうことを意味している。したがって左巻きコイルと右巻きコイルの二つを組み合わせて、誘導電圧の消失を図ることが望ましい。
GHzの速さの瞬間的なコイル電圧を検知して、その電圧から式(1)を使って外部磁界を求めるため、コイル電圧をバッハー回路で検知して、その後電子スイッチを使った同期検波回路に転送し、コンデンサでノイズ低減を図った後で、信号の増幅処理をした。これまでのMIセンサは、コイル電圧を積分回路に連結し、大きな容量コンデンサに電流を蓄積した。電子スイッチでピーク電圧になるタイミングを選んでピークホールドしその電圧を増幅後出力した。
理論的解析の結果、アモルファスコバルト合金の磁気ノイズは、10fT(fは、10ー15)とほとんどゼロ程度に近いと見積もられている。言い換えれば、スピン系の温度は絶対零度に近く、GSRセンサは、磁束の量子化を基礎にしたSQUIDに匹敵する微小磁界の検知を将来実現しうる潜在力があると考えられる。
一方MI効果は、90度磁壁の振動をその基礎としているために、磁壁の移動の際に格子の熱振動の影響を直接受け、大きな熱雑音を拾う。
GSRセンサは、発見された出力と磁界との数学的関係と微細コイルによるコイル巻き数の増加、左右巻きコイルを組合せた素子、バッハー付回路などによって、驚異的に優れた感度、低ノイズ化、高直線性、低ヒステリシス、広い測定範囲、超高速測定、優れた温度安定性、小型化および低消費電流とMIセンサに比較して性能指数で100倍以上の優れた性能を実現できる。
第1実施形態の超高速スピン回転効果を原理とするGSRセンサは、0.5mG程度の地磁気程度の微小磁界を測定対象とする。
それは、磁性ワイヤと周回コイルから構成されるGSR素子(以下、GSRセンサ素子をいう。)および該磁性ワイヤにパルス電流を流す手段とパルス電流を流した時に生じるコイル電圧を検知する回路とコイル電圧を外部磁界Hに変換する手段とから構成されている。外部磁界Hとコイル出力電圧は、上記の(1)式のような数学的関係で表される。
磁気異方性が小さく透磁率が高いワイヤを使うほどHmは小さくなり、それに比例してコイル出力の感度は高くなるが、測定範囲は狭まる。このトレードオフ関係の問題に対して、コイルピッチの微細化して単位長さ当たりのコイル数を増やすことを可能にして、優れた透磁率特性のワイヤを使用した上で、ワイヤ長さを短くし反磁界を強めて測定範囲を拡大し、次に感度低下問題についてはコイル巻き数を増やして解決すれば、高感度、広い測定範囲および素子のマイクロサイズ化の3つの要求のすべてを満足することができる。
表面磁区の厚みdはKθを大きくするほど大きくなるが、感度は低下するので、パルス電流が作る表皮深さpの2倍以上である必要はない。厚みdは、測定磁界範囲±Hmを決定したうえで、使用するパルス周波数を考慮して、d=2p程度に調整する。実用的には1μm以下が望ましい。
Hθは、異方性磁界の強さが大きい場合、それに対応して増加する必要があるが過大電流はワイヤを加熱するしセンサの消費電流を増加せしめるので望ましくない。望ましくは70mAから150mA、Hθは40Gから80G程度とすることが望ましい。
この条件で、周波数を高めると、表皮深さが小さくなり回転スピン数が減少しコイル出力はf/p=f1/2 と、fの一次比例からf1/2比例して増加する。
しかし高速化に伴って渦電流が増加しスピン回転を抑制するようになるので、さらにfによる増加傾向は抑制され、ある周波数で最大値を取る。さらに、5GHz近くまでパルス周波数を高めると、スピンの歳差運動やスピン共鳴現象が惹起し始めて、各スピンは交換作用力に打ち勝って回転を始めて、コイル出力電圧が低下する。渦電流による格子発熱や歳差運動によるスピン系の発熱によって、コイル出力の低下が増幅する。従って4GHz以下が望ましい。
最適周波数域は1GHzから3GHzである。透磁率が高く異方性磁界が小さく円周表面磁区の厚みdが1μm以下と小さい場合は、それに対応してパルス周波数を高くする必要がある。表皮深さpをd以下に制御することが望ましい。dが小さい場合、それに合わせてパルス周波数を高めて表面磁区のスピンのすべてが回転するようにすることが望ましい。 ただし、dよりpの方が大きい条件では、周波数を増加してpを小さくしても表面磁区の回転するスピンの数は変化しないので、出力は周波数fに比例して増加する。この条件では、ワイヤの異方性磁界と周波数の組合せが最適化されていないことを意味している。なお中央部の磁化Msは、高周波では移動しない表面磁区とコア磁区との間の磁壁によってシールドされているので、表皮効果による影響はを受けない。
パルス時間間隔は10n秒以上、望ましくは50n秒としてコイル信号干渉を避ける必要がある。
ワイヤの直径は、ワイヤの直径Dに比例してコイル出力が増加するが、大きすぎると表面の円周方向スピン磁区が形成できなくなるので20μm以下にすべきである。また直径が大きいほど必要なパルス電流が大きくなる。さらにピッチが小さい微細コイルの製造が困難となるので、望ましくは5μm〜12μmとすべきである。
誘導電圧Vcは、(1)パルス通電中のワイヤ電位差を静電的に感知する電圧と、(2)円周方向磁界の変化をコイルが直接感知して発生する電圧、および(3)基板面上の配線ループが感知する電圧の3種類が存在する。誘導電圧の大きさは、静電電位差の影響が一番大きく、次にコイルが直接に感じる電圧。配線ループについては、キャンセルは容易で通常は小さくすることができるが、好ましくない配線をすると大きな電圧を生じる。
そこで、図5に示すように、二本のワイヤにそれぞれ左巻き右巻きのコイルを取り付ける。コイル21Lとコイル22Lは同じ左巻きコイルで電流は逆に流れており、配線は図8と同じパターンとなっているので、静電電圧差とコイル巻に依存した誘導電圧はキャンセルできている。また右巻きコイル21Rと22Rも同じく、2種類の誘導電圧はキャンセルされる。配線ループによる誘導電圧は、二つの対称なループが二本ワイヤ間の形成できるのでほぼ完全にキャンセルされ消滅する。この配線が最も望ましい配線である。
この極端な場合として、右巻きコイルと左巻きコイルの組合せができない単体コイルの場合があるが、同様のプログラム処理で処理することができる。しかしこの場合、センサ出力電圧の上限は、センサの駆動電圧Eoから誘導コイル電圧Vcの2倍を差し引いた値となりセンサ感度が小さくなる。例えば駆動電圧Eoを2V、誘導コイル電圧Vcを0.5Vと最悪ケースの場合、センサの出力の上限電圧は1Vから0.5Vと半減し、センサ感度は50%低減する。
さらに、誘導コイル電圧Vcはスピン回転によって生じるGSR効果によるコイル電圧Vsに比べて、少し早くピーク電圧をとり、GSR電圧Vsの直線性を確保するために、誘導コイル電圧Vcのピークから少しずれた点、変化が急峻な点の値を検波してメモリし補正に使用する必要がある。これは温度によって検波タイミングが微妙にずれるとコイル出力の大きな温度ドリフトになってしまうことを意味している。
したがってパルス電流の方向と、左巻きコイルと右巻きコイルの組合せおよび配線ループを組み合わせて、完全に誘導電圧の消失を図ることが好ましい。
本素子と集積回路チップとの接続は、ワイヤおよび検出コイルの4つの電極と集積回路チップ側の接続用電極とを半田で直接接続した。
パルス発振器から2GHzの換算周波数をもつパルス電流をGSR素子52に通電し、その時に発生するコイル電圧をパルス対応型バッハー回路55で検知する。この時コイル抵抗は大きいが、コイルの寄生容量が極限的に抑制されているため、コイルには極微小電流が流れるだけで、その電圧降下はコイル出力電圧の5%と非常に小さい。
バッハー回路の入力側回路53と出力側回路56ともに高インピーダンスで、通常のバッハー回路の概念、つまり入力側回路は高インピーダンスで出力側回路は低インピーダンスと大きく異なっている。しかしワイヤのパルス電流によってコイルに一瞬の電流が流れ、電子スイッチ57が開閉した一瞬のみ、つまり出力側のコンデンサ58が充電されるナノ秒以下の時間間隔のみバッハー回路として機能するパルス対応型バッハー回路55によってコイル電圧は減衰することなくコンデンサ58にサンプルホールドされ増幅器59を介して出力される。
その後AD変換回路で8ビットから16ビットのデジタル信号に変換され、デジタル信号処理回路に転送され、所定の処理が行われて外部磁界Hに変換されて、その値が出力される。またデジタル信号処理回路は、直接の信号データを保存するメモリ部、信号補正プログラムと初期設定値を保存するメモリ部を有している。
GSRセンサはMIセンサに比べて、性能指数で100倍から1000倍の性能改善が実現している。
第1の実施形態の基本構成およびセンサ緒元をベースにして、ワイヤ長さ2mm〜5mmと十分な長さを確保してコイル出力およびセンサ感度を高めることにした。素子サイズは、長さ2mm〜5mm、幅0.6mm〜1.8mm、センササイズは、2mm×2mm×0.6mmから5mm×2mm×1mmへと大きくし、コイル巻き数を300回〜2000回に拡大して微小磁界検知を可能にした。GSR素子の構造は、左巻き右巻きコイルの組合せを一対から2対〜8対と増やした。コイル抵抗は500Ω〜2kΩ程度に調整し、ワイヤの抵抗は、20Ω〜40Ωに調整することが望ましい。
現行のコイル式の改良型MIセンサで製作した生体磁気検知センサnTセンサの磁気信号ノイズ1nTに比べて、1000倍の高感度センサが実現できる。
自動車、家電、工場、産業用ロボットおよび電力センサなどは、ワイヤ長さを0.1mm以下、コイルピッチを2μm〜6μm、巻き数を15回〜50回として、測定範囲を300G程度へと拡大したものである。経済性を考慮して配線構造を簡便化した素子構造を図8に示す。二本のワイヤにそれぞれ左巻きコイルを取付け、双方向に電流を流すと、磁界は同相電圧となる。静電電位差によるコイル電圧は逆相の電圧となるので、一方のマイナス端子を他方のプラス端子に接続すると、磁界による電圧を加算され、静電電位差によるコイル電圧はキャンセルされる。さらに配線ループは、二本ワイヤ間で交差させると、二つのループは同じ向きの磁界を検知するが、電流が流れる向きが双方向なので、発生電圧は逆向きとなってほぼキャンセルすることができる。
この場合、磁性ワイヤ、コイルおよび配線構造を図9に示す素子構造として小型化を図ることが望ましい。一本のワイヤに左巻き右巻きコイルを取り付け、同一方向に電流を流すと、磁界は逆相電圧となるが、静電電位差によるコイル電圧は同相で電圧となり、コイル端子を逆接合すると磁界による出力電圧は加算され、静電電圧差による電圧はキャンセルされる。さらに配線ループによって生じる電圧は、出力配線を交差させると、ループ内の上向き磁界と下向き磁界がキャンセルするのでほぼ消失する。
この場合には、右巻きコイルと左巻きコイルの電圧は、電流は同じ向きなので逆電圧となるが、コイル同士は逆接続となるので同じ向きの電圧となって残留するのが難点である。しかし誘導電圧は完全には消滅しないが、単純コイルの誘導電圧と比較すると、1/4以下と十分小さくすることができる。
ワイヤ径を2μm以下、コイルピッチを1μm以下として、ワイヤ長さを10μm〜20μm、コイル巻き数を10回〜20回とし、素子サイズを長さ0.02mm以下、幅0.02mm以下にすることが望ましい。
磁性ワイヤの異方性磁界Hk(ほぼHmに等しい)を制御して磁性ワイヤの表面磁区の深さdをパルスの表皮深さp以上確保することを条件において、超高速スピン回転効果によるコイル出力電圧と外部磁界との間には式(1)の関係が存在する。出力特性は、磁性ワイヤの長さと径、コイルピッチ、パルス周波数と電流強度および回路構成を組みあわせることで、感度、測定範囲など用途に応じて性能を最適化することが可能であるからである。
実施例1に係るGSR素子の平面図を図5に示す。また、GSR素子の構造図(断面図)を説明するために単位磁界検出素子の上面図、断面構造図を図6に示す。
超高速スピン回転効果を原理とするGSRセンサの実施例1は、磁性アモルファスと周回コイルから構成されるGSR素子および該磁性ワイヤにパルス電流を流す手段とパルス電流を流した時に生じるコイル電圧を検知する回路とコイル電圧を外部磁界Hに変換する手段とから構成されている。外部磁界Hとコイル出力電圧は、式(1)のような数学的関係で表される。
そのために、素子の構造は、図6に示すように、絶縁被膜で被覆された磁性ワイヤ42の一部を基板に形成された溝41に埋設し、溝41の底面に下コイル431を配置し、ワイヤ上部に上コイル432を配置し両者を樹脂47で固定して基板の平面上で接合し、コイル高さは溝の下コイル431、ワイヤ上部の上コイル432、および上限コイルのジョイント部段差433の3分割にした。これにより微細コイルを凹凸面上に実現した。
コイルについては、コイル内径を15μm、コイルの側面の平面接続部を5μm、コイルピッチを5μmとした。磁界検出素子のサイズは、ワイヤ長さ200μm、コイル長さ160μm、溝深さ6μm、コイル凸部の高さ7μmおよび上下コイルの接合部の段差は1μmとした。
コイル間のアンバランスによって両者の差分dVcが30mV程度残る場合がある。コイル誘導電圧Vcを磁界ゼロの場合のコイル電圧差分dVcを測定して、プログラミング演算回路またはソフトプログラム演算の手段を用いて、測定値VmからdVcを差し引くことにした。
本素子と集積回路チップとの接続は、ワイヤおよび検出コイルの4つの電極と集積回路チップ側の接続用電極とを半田で直接接続した。
パルス発振器から1GHzの換算周波数をもつパルス電流をGSR素子に通電し、その時に発生するコイル電圧をパルス対応型バッハー回路で検知する。この時コイル抵抗は大きいが、コイルの寄生容量54が極限的に抑制されているため、コイルには極微小電流が流れるだけで、その電圧降下はコイル出力電圧の5%以下と非常に小さい。
また、素子サイズは、長さ0.6mm、幅0.3mmから長さ0.2mm、幅0.2mmへと1/4と小型化、センササイズは、2mm×2mm×1mmから1mm×1mm×0.6mmへと1/4に小型化ができる。
総合的視点で見れば、160倍の性能指数の改善が実現している。
実施例2は、100pT(1μG)程度の生体磁気レベルの超微小磁界を測定対象にした生体磁気検知センサである。
使用したGSR素子の平面図を図7に示す。4本のワイヤ31、32、33、34に、左巻コイルはそれぞれ31L、32L、33L、34Lを配置し、右巻コイルはそれぞれ31R、32R、33R、34Rを配置したものである。パルス電流は、ワイヤ電極35+からワイヤ31、ワイヤ結合部351、ワイヤ32、結合部352、ワイヤ33、結合部353、ワイヤ34と流れてワイヤグランド端子35Gに入る。コイル配線は、コイル出力電極36+から、コイル32R、31R、32L、31Lと接続され、続いて34R、33R、34L、33Lと図7の図面のように配線接続され最後にコイルグランド電極36Gに接続される。この配線により、磁界の影響で検知される出力電圧はすべて同符号になり、誘導電圧はすべてキャンセルされる。
以上の設計因子の変更により、ノイズを0.2mGから20nG(2pT)へと大幅に減少したので生体磁気100pTを検知することが可能になる。
実施例3のGSR素子の平面図を図8に示す。
2本のワイヤ21,22に左巻コイルを2個21L,22Lを配置したものである。パルス電流は、ワイヤ電極23からワイヤ21、ワイヤ結合部25、ワイヤ22と流れてワイヤグランド端子24に入る。コイル配線は、コイル出力電極26から、端子261、262、263、264と接続され、最後にコイルグランド電極27に接続される。この配線により、磁界の影響で検知される出力電圧はすべて同符号になり、誘導電圧はすべてキャンセルされる。
本実施例の特徴は、実施例1の基本構成およびセンサ緒元をベースにして、測定範囲を200Gに拡大したものである。そのために、実施例1に比較して、コイルピッチを5μmから2μmへ、長さを0.20mmから0.08mm、コイル巻き数を48回と同じにした。素子の構造、パルス周波数、ワイヤ材質などは同じにした。
総合的性能は、磁気信号ノイズは1mG、測定範囲は±200G,直線性は±0.1%、感度は1mG/ビット、ヒステリシスは0.1mG以下、原点の温度ドリフトは0.1mG/℃以下、測定間隔200Hzの場合の消費電流は0.1mA、素子サイズは、長さ0.08mm、幅0.2mmと小型である。
自動車、家電、工場、産業用ロボットおよび電力センサなどに適している。
実施例4のGSR素子の平面図を図9に示す。
1本のワイヤ21に左巻コイル21Lと右巻きコイル21Rの2個のコイルを配置したものである。パルス電流は、ワイヤ電極23からワイヤ21に流れてワイヤグランド端子24に入る。コイル配線は、コイル出力電極27から、端子261、262、263、264と接続され、最後にコイルグランド電極26に接続される。この配線により、磁界の影響で検知される出力電圧はすべて同符号になり、誘導電圧のうち円周磁界が直接作るコイル誘導電圧を除いて大部分がキャンセルされる。
実施例4は、実施例1の基本構成およびセンサ緒元をベースにして、素子サイズを超小型化して、生体内で使用する医療機器に組み込むことを可能にしたものである。磁性ワイヤは、Hkが1.5G,ワイヤ径を2μm、コイルピッチを1μmとして、磁性ワイヤ長さを40μm、コイル巻き数を32回とし、素子サイズを長さ0.04mm、幅0.04mmにした。磁気信号ノイズは2mG、測定範囲は±50G,直線性は±0.1%、感度は2mG/ビット、ヒステリシスは0.5mG以下、原点の温度ドリフトは0.02mG/℃以下、測定間隔200Hzの場合の消費電流は0.05mA、回路は、医療機器の電子回路に組み込んだ。
胃カメラ、カテーテルなど生体内部で地磁気などの磁界を検出して生体内の測定装置の姿勢を検知する用途に適したものである。
実施例5は、実施例1の基本構成およびセンサ緒元をベースにして、測定周期を200Hzから20MHzに拡大に拡大したものである。素子は、直線状あるいは面上に配置したアレイセンサ素子とした。
そのために、実施例1において、パルス間隔を50n秒に短くし、20MHzに対応できる波数応答性を持つバッハー回路、増幅器およびAD変換器を採用した。さらに素子と回路との接続部に高速切り替えスイッチを備えた。超高速測定を実現した本GSRセンサは、紙幣検知、磁気カメラなど磁気マッピングなどに適している。
18:表面磁区スピン向き、19:コア磁区スピン向き
21:左側ワイヤ、21+:左ワイヤ+端子、21−:左ワイヤグランド端子
22:右側ワイヤ、22+:右ワイヤ+端子、22−:右ワイヤグランド端子
21L:左側左巻きコイル、21R:左側右巻コイル、22L:右側左巻コイル、22R:右側右巻きコイル
23:ワイヤ入力側電極、24:ワイヤグランド側電極、25:両ワイヤ接続部
26:コイル+電極、27:コイルグランド電極
261から268:コイル端子
28:基盤溝、29:磁性ワイヤ
31:1段目のワイヤ、32:2段目のワイヤ、33:3段目のワイヤ、34:4段目のワイヤ
31R、32R、33R、34R:各段の右巻きコイル
31L、32L、33L、34L:各段の左巻コイル
35+:ワイヤ入力電極、35G:ワイヤグランド電極、351、352、353:ワイヤ連結部
36+:コイル出力電極、36G:コイルグランド電極
41:基板上の溝 、42:磁性ワイヤ、43:コイル
431:下コイル、 432:上コイル、433:ジョイント部段差、44:ワイヤ端子
45:ワイヤ電極、46:接続部、47:樹脂
5:電子回路
51:パルス発振器、52:GSR素子、53:入力側回路、54:コイル寄生容量、
55:パルス対応型バッハー回路、 56:出力側回路(サンプルホールド回路)
57:電子スイッチ、 58:サンプルホールド用コンデンサ、 59:増幅器
超高速スピン回転をコイルで検出する時のコイル電圧は、磁束Φの時間変化に比例する。つまりV=―dΦ/dtである。
スピン傾斜角θで回転開始時期(時間t=0)における磁束Φxo(θ)は、ms・L・πD・d・sinθである。角速度はdθ/dt=2πf(ここでfはパルス周波数)と一定なので、回転開始の瞬間のX軸方向のφxの変化速度は、dΦx(θ)/dt=dφx(θ)/dθ・dθ/dt=cosθ・2πfとなる。
磁束Φxo(θ)が、cosθ・2πfの変化速度を持つので、V=−dΦ/dt=φ0(θ)・dφx(θ)/dt。これに、φ0(θ)とdφx(θ)/dtの値を代入すると、V=−dΦ/dt=−ms・L・πD・d・sinθ・cosθ・2π/T=−φ0・sin2θとなって、コイル出力電圧はsin2θに比例する。
コイル出力と外部磁界Hはsin関数関係で存在しており、本発明者が行った条件下では、スピンの一斉回転のみを検出していると思われる。
θa=πH/4Hmのtanをとると、tanθは、以下の式で近似できるので、
tanθ=θ(1+1/3×θ 2 ) (12)
tanθa=(H/Hm){π/4+1/3×(π/4)3(H/Hm)2} (13)
一方、(11)式にHm=αHkを代入すると、(14)式となる。
tanθb=(H/Hm){α(1−Nχo)+βNχoα3(H/Hm)2}/{1−(1−β)Nχo}
(14)
Nχoは、(15)式にように求まる。
Nχo=1/(1+4.49β) (15)
次に、Hが大きいときは、両者の2次項同士を比較すると、条件式(15)が成立しているとき、両者は等しくなることが確認できる。つまり、α=0.96と条件式(15)が成立するとき、tanθa=tanθbとなって、θa=θbとなる。
実施例4に用いたGSR素子の平面図(以下、配線構造の正面図をいう。)を図9に示す。
この配線構造を一般的に表現すると、基板上の磁性ワイヤ1本に、パルス電流の流れる方向に向けて一対の左巻きコイルと右巻きコイルからなる第1コイルと第2コイルを取り付ける。第1コイルの一のコイル端子(以下、第1コイル端子という。)と第2コイルの第1コイル端子とを接続し、コイル出力電極と第1コイルの他のコイル端子(以下、第2コイル端子という。)とを接続するとともにコイルグランド電極と第2コイルの第2コイル端子を接続する。コイル端子の配置は、第1コイルおよび第2コイルの第1コイル端子と第1コイルおよび前記第2コイルの第2コイル端子とは磁性ワイヤの両側に行なう。コイル電極とコイル端子との接続は、コイル出力電極から第1コイルの第2コイル端子への配線とコイルグランド電極から第2コイル第2コイル端子への配線が交差するように行なう。
この配線構造により、1本のワイヤに左巻きコイルと右巻きコイルを取り付け、同一方向に電流を流すと、磁界は逆相電圧となり、静電電位差によるコイル電圧は同相電圧となる。コイル端子を逆接合すると磁界による出力電圧は加算され、静電電位差による電圧はキャンセルされる。さらに配線ループによって生じる電圧は、出力配線を交差させると、ループ内の上向き磁界と下向き磁界がキャンセルするのでほぼ消失する。
この場合は左右コイルに発生する電圧は、右巻きコイルと左巻きコイルの電圧は、電流は同じ向きなので逆電圧となるが、コイル同士は逆接続となるので同じ向きの電圧となって残留するのが難点である。しかし誘導電圧は完全には消滅しないが、単純コイルの誘導電圧と比較すると、1/4以下と十分小さくすることができるので、好ましくはないが、サイズなどの制約がある場合、利用は可能な配線構造である。
この配線構造を一般的に表現すると、基板上の2本の前記磁性ワイヤは、並列かつパルス電流がお互いに
反対方向に流れるように接続して配置する。左側の磁性ワイヤ(以下、一の磁性ワイヤという。)にパルス電流の流れる方向に向けて一対の左巻きコイルと右巻きコイルからなる第1コイルと第2コイルを取り付け、右側の磁性ワイヤ(以下、他の磁性ワイヤという。)にパルス電流の流れる方向に向けて一対の左巻きコイルと右巻きコイルからなる第3コイルと第4コイルを取り付ける。2本の磁性ワイヤにそれぞれ1対の左巻きコイルと右巻きコイルが取り付けられ、計2対となる。
コイルのコイル端子間の接続は磁性ワイヤの2本の間に配置し、第1コイルの一のコイル端子(以下、第1コイル端子という。)と前記第4コイルの他のコイル端子(以下、第2コイル端子という。)を接続し、第4コイルの第1コイル端子と第2コイルの第1コイル端子を接続し、第1コイルの第2コイル端子と第3コイルの第2コイル端子を接続する。
コイルのコイル端子と接続する電極は2本の磁性ワイヤの両側に配置し、コイル出力電極から第3コイルの第1コイル端子への配線とコイルグランド電極から第2コイルの第2コイル端子への配線が2本の磁性ワイヤの間でクロス構造化(以下、交差という。)している。
この配線構造により、2本のワイヤにそれぞれ左巻きコイルと右巻きコイルを取り付ける。コイル21Lとコイル22Lは同じ左巻きコイルで電流は逆に流れており、配線は図5のパターンとなっているので、静電電位差とコイル巻きに依存した誘導電圧はキャンセルできている。また右巻きコイルの21Rと22Rも同じく、2種類の誘導電圧はキャンセルされる。配線ループによる誘導電圧は、二つの対称なループが2本ワイヤ間の形成によりできるのでほぼ完全にキャンセルされ消滅する。この配線が最も望ましい配線である。
実施例4に用いたGSR素子の平面図(以下、配線構造の正面図をいう。)を図9に示す。
この配線構造を一般的に表現すると、基板上の磁性ワイヤ1本に、パルス電流の流れてくる方向に向けて一対の左巻きコイルの第1コイルと右巻きコイルの第2コイルとを取り付ける。また、第1コイルと第2コイルのそれぞれに、パルス電流の流れてくる方向に向けて、第1コイル端子と第2コイル端子とを設ける。
第1コイルの第1コイル端子と第2コイルの第1コイル端子とを接続し、コイル出力電極と第1コイルの第2コイル端子とを接続するとともにコイルグランド電極と第2コイルの第2コイル端子を接続する。コイル端子の配置は、第1コイルおよび第2コイルの第1コイル端子と第1コイルおよび前記第2コイルの第2コイル端子とは磁性ワイヤの両側に行なう。コイル電極とコイル端子との接続は、コイル出力電極から第1コイルの第2コイル端子への配線とコイルグランド電極から第2コイル第2コイル端子への配線が交差するように行なう。
この配線構造により、1本のワイヤに左巻きコイルと右巻きコイルを取り付け、同一方向に電流を流すと、磁界は逆相電圧となり、静電電位差によるコイル電圧は同相電圧となる。コイル端子を逆接合すると磁界による出力電圧は加算され、静電電位差による電圧はキャンセルされる。さらに配線ループによって生じる電圧は、出力配線を交差させると、ループ内の上向き磁界と下向き磁界がキャンセルするのでほぼ消失する。
この場合は左右コイルに発生する電圧は、右巻きコイルと左巻きコイルの電圧は、電流は同じ向きなので逆電圧となるが、コイル同士は逆接続となるので同じ向きの電圧となって残留するのが難点である。しかし誘導電圧は完全には消滅しないが、単純コイルの誘導電圧と比較すると、1/4以下と十分小さくすることができるので、好ましくはないが、サイズなどの制約がある場合、利用は可能な配線構造である。
この配線構造を一般的に表現すると、基板上の2本の前記磁性ワイヤは、並列かつパルス電流がお互いに
反対方向に流れるように接続して配置する。左側の磁性ワイヤ(以下、一の磁性ワイヤという。)にパルス電流の流れてくる方向に向けて一対の左巻きコイルの第1コイルと右巻きコイルの第2コイルとを取り付け、右側の磁性ワイヤ(以下、他の磁性ワイヤという。)にパルス電流の流れてくる方向に向けて一対の左巻きコイルの第3コイルと右巻きコイルの第4コイルとを取り付ける。
また、第1コイルと第2コイルと第3コイルと第4コイルのそれぞれに、パルス電流の流れてくる方向に向けて、第1コイル端子と第2コイル端子を設ける。
コイルのコイル端子間の接続は、磁性ワイヤの2本の間に配置し、第1コイルの第1コイル端子と第4コイルの第2コイル端子とを接続し、第4コイルの第1コイル端子と第2コイルの第1コイル端子を接続し、第1コイルの第2コイル端子と第3コイルの第2コイル端子を接続する。
コイルのコイル端子と接続する電極は、2本の磁性ワイヤの両側に配置し、コイル出力電極から第3コイルの第1コイル端子への配線とコイルグランド電極から第2コイルの第2コイル端子への配線が2本の磁性ワイヤの間でクロス構造化(以下、交差という。)している。
この配線構造により、2本のワイヤにそれぞれ左巻きコイルと右巻きコイルを取り付ける。コイル21Lとコイル22Lは同じ左巻きコイルで電流は逆に流れており、配線は図5のパターンとなっているので、静電電位差とコイル巻きに依存した誘導電圧はキャンセルできている。また右巻きコイルの21Rと22Rも同じく、2種類の誘導電圧はキャンセルされる。配線ループによる誘導電圧は、二つの対称なループが2本ワイヤ間の形成によりできるのでほぼ完全にキャンセルされ消滅する。この配線が最も望ましい配線である。
Claims (8)
- 基板上に導電性を有する磁界検出用磁性ワイヤとそれに巻回した周回コイルとワイヤ通電用の電極2個とコイル電圧検出用電極2個を設置した磁界検出素子および前記磁性ワイヤにパルス電流を流す手段とパルス電流を流した時に生じるコイル電圧を検知する回路とコイル電圧を外部磁界Hに変換する手段とからなる磁気センサにおいて、
円周方向スピン配列を持つ表面磁区と軸方向にスピン配列を持つ中央部コア磁区の2相の磁区構造を持つ磁性ワイヤに、パルス電流を通電することによって、表面磁区内のワイヤ軸方向の磁界により軸方向に傾斜した円周方向スピンを超高速に一斉回転させて、その時に生じる超高速スピン回転現象によるワイヤの軸方向の磁化変化のみをコイル出力として取り出し、関係式(1)を使って磁界Hに変換することを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。
Vs=Vo・L・πD・p・Nc・f・sin(πH/2Hm) (1)
ここで、Voはワイヤ透磁率、飽和磁束密度のワイヤ素材の磁気特性およびパルス電強度等で決まる比例定数、制御因子定数としては、Lはワイヤの長さ、Dはワイヤの直径、pはパルス電流の表皮深さ、Ncはコイルの巻き数、fはパルス周波数、Hmはコイル出力電圧が最大値を取る時の外部磁界強度。
- 請求項1に記載の超高感度マイクロ磁気センサにおいて、
前記磁性ワイヤは10G以下の異方性磁界を持ち、前記パルス電流は周波数を0.5GHz〜4.0GHzで、ワイヤ表面に測定磁界範囲の1.5倍以上の円周方向磁界を発生させるのに必要な電流強度以上とし、
前記コイルはコイルピッチ10μm以下でコイル内径を25μm以下としたことを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。 - 請求項1または請求項2に記載の超高感度マイクロ磁気センサにおいて、
前記パルス電流が作る円周方向磁界とコイル配線構造との関係でコイルに発生する誘導電圧Vcを、基板上に右巻きコイルの検出素子と左巻きコイルの検出素子の一対または複数対を設置し、左巻コイルと右巻コイルに反対向きに前記パルス電流が流れるように、ワイヤ通電用の電極2個とワイヤ端子を接続し、またコイル電圧検出用電極2個とコイル端子は前記ワイヤには前記パルス電流を通電した時に、右巻きコイルと左巻きコイルの出力電圧が外部磁界に比例した出力電圧が同符号になり、かつ外部磁界がゼロの場合にパルス通電が作る円周方向磁界によって発生する出力電圧が異符号になるように接続して消失させて、
さらに基板上の前記コイルと電子回路とが形成する配線ループによって生じる電圧を配線のクロス構造化により取り除いて、
表面磁区内のスピン回転によって生じるコイル電圧Vsを検知することを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載された超高感度磁気マイクロ磁気センサにおいて、
パルス電流が作る円周方向磁界とコイル配線構造との関係によって発生するコイル誘導電圧Vcを、磁界ゼロの場合のコイル電圧Voを測定して、プログラミング演算電子回路またはソフトプログラム演算の手段を用いて、測定値VmからVcを差し引き、Vsを求めることを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載された超高感度磁気マイクロ磁気センサにおいて、
内蔵した温度センサと温度依存性補正プログラムを使ったVsに対する温度の影響を補正する手段を有することを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載された超高感度磁気マイクロ磁気センサにおいて、
前記磁界検出素子に使用されている前記磁性ワイヤとして、アモルファス構造またはナノ結晶構造を有していて、小さな結晶磁気異方性とゼロまたは弱負磁歪特性を持つ磁性合金からなる高透磁率磁性ワイヤに対して、引張応力を負荷し軸方向と円周方向に異方性を発生させて、円周方向スピン配列を持つ円周表面磁区と軸方向スピン配列を持つ中央部コア磁区の2相の磁区構造を形成せしめ、さらに十分大きなパルス電流でパルス磁界アニーリング処理を測定毎に行い円周方向に磁化飽和させて磁化履歴を消去することができる磁性ワイヤを用いることを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載された超高感度磁気マイクロ磁気センサにおいて、
前記磁性ワイヤの一部を基板に形成された溝に埋設し、溝底面に下コイルを配置し、ワイヤ上部に上コイルを配置し、上下のコイルを基板面上で接合してコイルを形成すると同時に、該コイルと前記磁性ワイヤ間に挿入した樹脂絶縁被膜またはワイヤに直接被覆した絶縁材料を用いてコイルとワイヤ間の絶縁を確保し、前記磁性ワイヤと電極の接続はワイヤ絶縁被覆材料を除去したコンタクト部において前記磁性ワイヤ上面部を含めて導電性金属材料で接続して強い強度を持つ接続部を有する磁界検出素子を用いることを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載された超高感度磁気マイクロ磁気センサにおいて、
前記コイル出力電圧信号は、コイル電極からパルス対応型のバッハー回路へ、さらにそれに接続されたサンプルホールド回路および増幅器に送られて信号処理され、さらにその電圧信号を正弦波関数処理して外部磁界を求める演算手段を有することを特徴とする超高感度マイクロ磁気センサ。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6302613B1 (ja) * | 2017-03-01 | 2018-03-28 | ナノコイル株式会社 | ナノコイル型gsrセンサ素子の製造方法 |
WO2018110665A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | 朝日インテック株式会社 | 3次元磁界検出素子および3次元磁界検出装置 |
WO2018225454A1 (ja) * | 2017-06-05 | 2018-12-13 | 朝日インテック株式会社 | Gsrセンサ素子 |
JP2020077869A (ja) * | 2018-11-03 | 2020-05-21 | ナノコイル株式会社 | 微細配線接合体およびその製造方法 |
WO2022070842A1 (ja) * | 2020-09-30 | 2022-04-07 | 愛知製鋼株式会社 | マグネトインピーダンスセンサ素子 |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016022194A1 (en) * | 2014-08-08 | 2016-02-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Low-noise fluxgate magnetometer with increased operating temperature range |
JP6021238B1 (ja) * | 2015-10-11 | 2016-11-09 | マグネデザイン株式会社 | グラジオセンサ素子およびグラジオセンサ |
EP3494879B1 (en) | 2016-08-02 | 2021-10-06 | National University Corporation Tokyo Medical and Dental University | Biomagnetism measuring device |
JP7262885B2 (ja) * | 2017-06-16 | 2023-04-24 | 朝日インテック株式会社 | 超高感度マイクロ磁気センサ |
JP6256962B1 (ja) | 2017-06-21 | 2018-01-10 | 朝日インテック株式会社 | 磁気式の方位・位置測定装置 |
JP7262886B2 (ja) * | 2017-07-21 | 2023-04-24 | 朝日インテック株式会社 | 超小型高感度磁気センサ |
US11723579B2 (en) | 2017-09-19 | 2023-08-15 | Neuroenhancement Lab, LLC | Method and apparatus for neuroenhancement |
US11717686B2 (en) | 2017-12-04 | 2023-08-08 | Neuroenhancement Lab, LLC | Method and apparatus for neuroenhancement to facilitate learning and performance |
EP3731749A4 (en) | 2017-12-31 | 2022-07-27 | Neuroenhancement Lab, LLC | NEURO-ACTIVATION SYSTEM AND METHOD FOR ENHANCING EMOTIONAL RESPONSE |
US11364361B2 (en) | 2018-04-20 | 2022-06-21 | Neuroenhancement Lab, LLC | System and method for inducing sleep by transplanting mental states |
JP6506466B1 (ja) * | 2018-06-05 | 2019-04-24 | マグネデザイン株式会社 | 超高感度マイクロ磁気センサ |
CN113382683A (zh) | 2018-09-14 | 2021-09-10 | 纽罗因恒思蒙特实验有限责任公司 | 改善睡眠的***和方法 |
CN109932668B (zh) * | 2019-03-27 | 2020-11-27 | 三峡大学 | 基于正反向激励的低磁滞tmr磁场测量装置 |
JP2020183878A (ja) * | 2019-04-30 | 2020-11-12 | マグネデザイン株式会社 | 高速高感度磁気センサ |
US11786694B2 (en) | 2019-05-24 | 2023-10-17 | NeuroLight, Inc. | Device, method, and app for facilitating sleep |
CN115003222A (zh) | 2020-01-15 | 2022-09-02 | 朝日英达科株式会社 | 测定装置、检测装置以及测定方法 |
JP7438398B2 (ja) | 2020-11-11 | 2024-02-26 | 朝日インテック株式会社 | 測定装置および測定方法 |
CN115481475B (zh) * | 2022-09-21 | 2023-09-19 | 金鹏装配式建筑有限公司 | 用于cad中无法面域化的多段线重合判定方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002365349A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Fuji Electric Co Ltd | 磁気インピーダンス効果素子を用いた磁気センサ |
JP2006300906A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Aichi Steel Works Ltd | マグネト・インピーダンス・センサ素子 |
WO2009119081A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 愛知製鋼株式会社 | 感磁ワイヤ、マグネトインピーダンス素子およびマグネトインピーダンスセンサ |
JP2010273799A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Omron Corp | 磁石検知装置及び磁石検知方法 |
JP2012078198A (ja) * | 2010-10-01 | 2012-04-19 | Aichi Steel Works Ltd | マグネトインピーダンスセンサ素子及びその製造方法 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2856581A (en) | 1952-05-27 | 1958-10-14 | Leroy R Alldredge | Magnetometer |
JP2617498B2 (ja) | 1987-12-21 | 1997-06-04 | ティーディーケイ株式会社 | 磁気センサ |
JP3197414B2 (ja) | 1993-12-22 | 2001-08-13 | 科学技術振興事業団 | 磁気インピーダンス効果素子 |
US6232775B1 (en) * | 1997-12-26 | 2001-05-15 | Alps Electric Co., Ltd | Magneto-impedance element, and azimuth sensor, autocanceler and magnetic head using the same |
JP3645116B2 (ja) | 1999-03-10 | 2005-05-11 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 磁気インピーダンス効果マイクロ磁気センサ |
JP3693119B2 (ja) * | 2002-02-19 | 2005-09-07 | 愛知製鋼株式会社 | 電磁コイル付マグネト・インピーダンス・センサ素子 |
US7298140B2 (en) * | 2003-07-18 | 2007-11-20 | Aichi Steel Corporation | Three-dimensional magnetic direction sensor, and magneto-impedance sensor element |
KR100666292B1 (ko) | 2003-08-25 | 2007-01-11 | 아이치 세이코우 가부시키가이샤 | 자기 센서 |
JP4655247B2 (ja) * | 2009-04-23 | 2011-03-23 | 愛知製鋼株式会社 | 超高感度マグネトインピーダンスセンサ |
WO2014115765A1 (ja) | 2013-01-25 | 2014-07-31 | マグネデザイン株式会社 | 磁気検出装置 |
JP5924503B2 (ja) * | 2014-01-31 | 2016-05-25 | 愛知製鋼株式会社 | 磁気検出器 |
US9354284B2 (en) * | 2014-05-07 | 2016-05-31 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor configured to measure a magnetic field in a closed loop manner |
-
2015
- 2015-02-16 JP JP2015027092A patent/JP5839527B1/ja active Active
-
2016
- 2016-02-12 US US15/043,125 patent/US9857436B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002365349A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Fuji Electric Co Ltd | 磁気インピーダンス効果素子を用いた磁気センサ |
JP2006300906A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Aichi Steel Works Ltd | マグネト・インピーダンス・センサ素子 |
WO2009119081A1 (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 愛知製鋼株式会社 | 感磁ワイヤ、マグネトインピーダンス素子およびマグネトインピーダンスセンサ |
JP2010273799A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Omron Corp | 磁石検知装置及び磁石検知方法 |
JP2012078198A (ja) * | 2010-10-01 | 2012-04-19 | Aichi Steel Works Ltd | マグネトインピーダンスセンサ素子及びその製造方法 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018110665A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | 朝日インテック株式会社 | 3次元磁界検出素子および3次元磁界検出装置 |
US11009566B2 (en) | 2016-12-15 | 2021-05-18 | Asahi Intecc Co., Ltd. | Three-dimensional magnetic field detection element and three-dimensional magnetic field detection device |
KR102312092B1 (ko) | 2016-12-15 | 2021-10-14 | 아사히 인텍크 가부시키가이샤 | 3차원 자계 검출 소자 및 3차원 자계 검출 장치 |
JP6302613B1 (ja) * | 2017-03-01 | 2018-03-28 | ナノコイル株式会社 | ナノコイル型gsrセンサ素子の製造方法 |
WO2018225454A1 (ja) * | 2017-06-05 | 2018-12-13 | 朝日インテック株式会社 | Gsrセンサ素子 |
JP2018205102A (ja) * | 2017-06-05 | 2018-12-27 | 朝日インテック株式会社 | Gsrセンサ素子 |
CN110073231A (zh) * | 2017-06-05 | 2019-07-30 | 朝日英达科株式会社 | Gsr传感器元件 |
US11156676B2 (en) | 2017-06-05 | 2021-10-26 | Asahi Intecc Co., Ltd. | GSR sensor element |
CN110073231B (zh) * | 2017-06-05 | 2021-11-19 | 朝日英达科株式会社 | Gsr传感器元件 |
JP2020077869A (ja) * | 2018-11-03 | 2020-05-21 | ナノコイル株式会社 | 微細配線接合体およびその製造方法 |
JP7033285B2 (ja) | 2018-11-03 | 2022-03-10 | マグネデザイン株式会社 | 微細配線接合体およびその製造方法 |
WO2022070842A1 (ja) * | 2020-09-30 | 2022-04-07 | 愛知製鋼株式会社 | マグネトインピーダンスセンサ素子 |
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