JP6190226B2 - 慣性センサ - Google Patents
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Description
前記接続部は第2部分をさらに含み、前記第2検知素子部は前記第2部分の上に設けられる。前記基部から前記錘部に向かう方向と、前記第1部分から前記第2部分に向かう方向と、を含む平面内の前記錘部の重心の位置と、前記平面内の前記第1部分の位置と、を結ぶ第1方向は、前記平面内の前記錘部の前記重心の前記位置と、前記平面内の前記第2部分の位置と、を結ぶ第2方向と交差する。前記第1磁性層は、前記第1磁性層から前記第2磁性層に向かう第1積層方向に対して交差する第1延在方向に沿って延在し、前記第1延在方向の前記第1磁性層の長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第1延在方向に対して交差する方向の前記第1磁性層の長さよりも長い。前記第3磁性層は、前記第3磁性層から前記第4磁性層に向かう第2積層方向に対して交差する第3延在方向に沿って延在し、前記第3延在方向の前記第3磁性層の長さは、前記第2積層方向に対して交差し前記第3延在方向に対して交差する方向の前記第3磁性層の長さよりも長い。前記第1延在方向は、前記第3延在方向と交差する。前記第2磁性層は、前記第1積層方向に対して交差する第2延在方向に沿って延在し、前記第2延在方向の前記第2磁性層の長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第2延在方向に対して交差する方向の前記第2磁性層の長さよりも長い。前記第4磁性層は、前記第2積層方向に対して交差する第4延在方向に沿って延在し、前記第4延在方向の前記第4磁性層の長さは、前記第2積層方向に対して交差し前記第4延在方向に対して交差する方向の前記第4磁性層の長さよりも長い。前記第2延在方向は、前記第1延在方向と交差し、前記第4延在方向は、前記第3延在方向と交差する。
本発明の別の実施形態によれば、基部と、錘部と、接続部と、第1検知素子部と、第2検知素子部と、を含む慣性センサが提供される。前記接続部は、前記錘部と前記基部とを接続する。前記接続部は、前記錘部の前記基部に対する相対的な位置の変化に応じて変形可能である。前記第1検知素子部は、前記接続部の第1部分上に設けられる。前記第1検知素子部は、第1磁性層と、第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性の第1中間層と、を含む。前記第2検知素子部は、第3磁性層と、第4磁性層と、前記第3磁性層と前記第4磁性層との間に設けられた非磁性の第2中間層と、を含む。前記接続部は第2部分をさらに含み、前記第2検知素子部は前記第2部分の上に設けられる。前記基部から前記錘部に向かう方向と、前記第1部分から前記第2部分に向かう方向と、を含む平面内の前記錘部の重心の位置と、前記平面内の前記第1部分の位置と、を結ぶ第1方向は、前記平面内の前記錘部の前記重心の前記位置と、前記平面内の前記第2部分の位置と、を結ぶ第2方向と交差する。前記第1磁性層は、前記第1磁性層から前記第2磁性層に向かう第1積層方向に対して交差する第1延在方向に沿って延在し、前記第1延在方向の前記第1磁性層の長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第1延在方向に対して交差する方向の前記第1磁性層の長さよりも長い。前記第3磁性層は、前記第3磁性層から前記第4磁性層に向かう第2積層方向に対して交差する第3延在方向に沿って延在し、前記第3延在方向の前記第3磁性層の長さは、前記第2積層方向に対して交差し前記第3延在方向に対して交差する方向の前記第3磁性層の長さよりも長い。前記第1延在方向は、前記第3延在方向と交差する。前記第1延在方向は、前記第1方向に対して傾斜し、前記第3延在方向は、前記第2方向に対して傾斜する。前記第1検知素子部と前記第2検知素子部とは、電気的に直列に接続されている。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る慣性センサを例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本実施形態に係る慣性センサ310は、基部71と、錘部72と、接続部74と、検知素子部50(第1検知素子部50a)と、を含む。
図2(a)及び図2(b)は、それぞれ、第1状態ST1及び第2状態ST2に対応する。
図2(a)に表したように、第1状態ST1においては、錘部72の基部71に対する相対的な位置が、第1位置である。第1状態ST1は、例えば、錘部72に加速度(力)が加わっていないときの状態である。
これらの図は、検知素子部50の異なる状態を例示している。これらの図は、検知素子部50における磁化方向と、引っ張り応力の方向と、の関係を例示している。
図4に表したように、機能層15aと第1中間層30aとの間に、第1磁性層10aが配置される。機能層15aを設けることで、第1磁性層10a中のBの濃度を高めることができる。例えば、第1中間層30a(MgO層)の上に、第1磁性層10a(例えば、CoFeB層、厚さ4nm)を設ける。この第1磁性層10aの上に、機能層15aとして、厚さが1.5nmのMgO層を設ける。これにより、CoFeB層は、アモルファス構造(微結晶構造を含む)となる。この場合、保磁力は、4Oe以下となり、GFの値は、3,000以上4,000以下となる。
図5(a)〜図5(i)は、第1試料S01の特性を示す。図6(a)〜図6(i)は、第2試料S02の特性を示す。例示するグラフ図である。第1試料S01においては、機能層15aとして、上記のMgO層が用いられている。第2試料S02においては、機能層15aとして、Ta層が用いられている。
図7(a)は、第1試料S01に対応し、図7(b)は、第2試料S02に対応する。これらの図は、外部磁場Hを固定し、歪εを−0.8×10−3と0.8×10−3との間の範囲連続的に変化させたときの電気抵抗Rの変化を示す。これらの図の横軸は、歪εであり、縦軸は、電気抵抗Rである。歪εの変化は、−0.8×10−3から0.8×10−3に向けての変化と、0.8×10−3から−0.8×10−3に向けての変化の両方である。これらの結果は、歪センサ特性を示している。これらの図から、ゲージファクターGFが算出される。
このように、MgOの機能層15aを用いて、第1磁性層10aをアモルファス構造とすることで、大きなゲージファクタを得ることができる。
図8(a)〜図8(d)は、慣性センサの特性を例示する顕微鏡像である。
図9(a)〜図9(d)は、慣性センサの特性を例示する顕微鏡像である。
図8(a)〜図8(d)は、第1試料S01に対応し、図9(a)〜図9(d)は、第2試料S02に対応する。
図8(c)に示すように、第1中間層30aに対応する点P2の回折像において、回折スポットが観察されている。この回折スポットは、中間層30が結晶構造を有していることに起因する。
一方、図8(d)に示すように、第1磁性層10aに対応する点P3の回折像においては、明確な回折スポットが観察されない。この回折像においては、アモルファス構造を反映したリング状の回折像が観察されている。第1試料S01の第1磁性層10aが、アモルファス部分を含んでいることがわかる。
図9(b)に示すように、第2磁性層20aの回折像において、結晶構造に起因する回折スポットが確認される。
図9(c)に示すように、第1中間層30aの回折像において、結晶構造に起因した回折スポットが確認される。
図9(d)に示すように、第1磁性層10aの回折像においても、結晶構造に起因する回折スポットが確認される。この結果から、第2試料S02の第1磁性層10aの大部分は、結晶構造を有していることがわかる。
この例では、第1磁性層10a及び第2磁性層20aの両方に、アモルファス構造(微結晶構造を含む)のFeB材料が用いられている。図10から、算出されたゲージファクタは、5290である。このように、アモルファス構造の磁性層を用いることで、高いゲージファクタが得られる。
図11(a)に示したように、検知素子部50は、例えば、第1電極51aと、第2電極52aと、を含む。第1電極51aと第2電極52aとの間に第1抵抗変化部50saが設けられている。この例では、第1抵抗変化部50saにおいては、第1電極51aの側から第2電極52aに向けて、バッファ層41、反強磁性層42、磁性層43、Ru層44、第2磁性層20a、第1中間層30a、第1磁性層10a及びキャップ層45が、この順で設けられている。
本実施形態に係る慣性センサ310によれば、高感度に加速度や変位などを検知する慣性センサを提供できる。
図12は、第2の実施形態に係る慣性センサを例示する模式的斜視図である。
図12に表したように、慣性センサ320においては、第1検知素子部50aに加えて第2検知素子部50bがさらに設けられる。すなわち、接続部74は、第1部分74aに加えて、第2部分74bをさらに含む。例えば、第2部分74bの上に、第2検知素子部50bが設けられる。第2検知素子部50bは、第2部分74bに固定される。
第1〜第4検知素子部50a〜50dは、錘部72の外縁72rに沿って、並ぶ。
図13(a)に表したように、第2検知素子部50bは、第3磁性層10bと、第4磁性層20bと、第2中間層30bと、を含む。第2中間層30bは、第3磁性層10bと第4磁性層20bとの間に設けられ、非磁性である。第3磁性層10bと、第4磁性層20bと、第2中間層30bと、は、第2抵抗変化部50sbに含まれる。この例では、第3電極51bと、第4電極52bと、がさらに設けられる。第3電極51bと、第4電極52bと、の間に、第2抵抗変化部50sbが配置される。この例では、第3電極51bと第4電極52bの間に第3磁性層10bが配置され、第3磁性層10bと第3電極51bとの間に、第4磁性層20bが配置されている。
図14(a)及び図14(b)は、それぞれ、第1状態ST1及び第2状態ST2に対応する。
第2磁性層20aの磁化の方向(第2層磁化方向20am)は、第4磁性層20bの磁化の方向(第4層磁化方向20bm)と交差している。例えば、第2層磁化方向20amと第4層磁化方向20bmとの間の角度は、90度である。
図15(a)に表したように、本実施形態に係る慣性センサ320aにおいては、複数の検知素子部50が設けられる。この例では、検知素子部50の数は、8である。実施形態において、検知素子部50の数は、任意である。
図16(a)及び図16(b)は、第3の実施形態に係る慣性センサを例示する模式的斜視図である。
図16(a)は、本実施形態に係る慣性センサ330における第1検知素子部50aを例示している。図16(b)は、慣性センサ330における第2検知素子部50bを例示している。これらの図においては、基部71と、錘部72とは、省略されている。慣性センサ330における基部71及び錘部72は、例えば、第1、第2実施形態に関して説明したものと同様である。
図17においては、図を見易くするために、接続部74に設けられる複数の部分(第1部分74a及び第2部分74bなど)の境界は、省略されている。
例えば、第2検知素子部50bにおいて、第3延在方向Deb1及び第4延在方向Deb2は、X軸方向に沿っている。
これらの図においては、図を見易くするために、接続部74に設けられる複数の部分(第1部分74a及び第2部分74bなど)の境界は、省略されている。
このような慣性センサによっても、高感度に、加速度や変位を検知することが可能となる。
図19は、本実施形態に係る別の慣性センサ330cにおける第1検知素子部50aを例示している。図19においては、基部71と、錘部72とは、省略されている。慣性センサ330cにおける基部71及び錘部72は、例えば、第1、第2実施形態に関して説明したものと同様である。
図20(a)は、本実施形態に係る慣性センサ331における第1検知素子部50aを例示している。図20(b)は、慣性センサ331における第2検知素子部50bを例示している。これらの図においては、基部71、錘部72及び接続部74は、省略されている。慣性センサ331における基部71、錘部72及び接続部74は、例えば、慣性センサ330に関して説明したものと同様である。
図21は、本実施形態に係る慣性センサ331の平面図である。図21においては、図を見易くするために、接続部74に設けられる複数の部分(第1部分74a及び第2部分74bなど)の境界は、省略されている。
慣性センサ331によれば、より高感度な検知が可能になる。
これらの図は、慣性センサ331に用いられる検知素子部50(第1検知素子部50a)の構成を例示している。これらの図においては、中間層30(第1中間層30a)は省略されている。これらの図は、第1磁性層10a及び第2磁性層20aの平面形状を例示している。
実施形態において、磁性層の平面形状は、各種の変形が可能である。
図23は、第4の実施形態に係る慣性センサを例示する模式的斜視図である。
図23に表したように、本実施形態に係る慣性センサ340においては、接続部74の第1部分74aに、複数の検知素子部50(複数の第1検知素子部50a)が設けられている。この例では、複数の第1検知素子部50aの一部は、錘部72の外縁72rに沿う方向に沿って並ぶ。さらに、複数の第1検知素子部50aの別の一部は、錘部72の重心72cから外縁72rに向かう放射状の直線の方向(例えば第1方向LN1)に沿って並ぶ。
これらの図は、複数の検知素子部50(第1検知素子部50a)の接続の接続状態の例を示している。
図24(a)に表したように、本実施形態に係る慣性センサ341aにおいては、複数の検知素子部50は、電気的に直列に接続されている。例えば、第1部分74a上に複数の第1検知素子部50aが設けられる、複数の第1検知素子部50aの少なくとも2つは、電気的に直列接続される。
Claims (18)
- 基部と、
錘部と、
前記錘部と前記基部とを接続し、前記錘部の前記基部に対する相対的な位置の変化に応じて変形可能な接続部と、
前記接続部の第1部分上に設けられ、第1磁性層と、第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性の第1中間層と、を含む第1検知素子部と、
第3磁性層と、第4磁性層と、前記第3磁性層と前記第4磁性層との間に設けられた非磁性の第2中間層と、を含む第2検知素子部と、
を備え、
前記接続部は第2部分をさらに含み、前記第2検知素子部は前記第2部分の上に設けられ、
前記基部から前記錘部に向かう方向と、前記第1部分から前記第2部分に向かう方向と、を含む平面内の前記錘部の重心の位置と、前記平面内の前記第1部分の位置と、を結ぶ第1方向は、前記平面内の前記錘部の前記重心の前記位置と、前記平面内の前記第2部分の位置と、を結ぶ第2方向と交差し、
前記第1磁性層は、前記第1磁性層から前記第2磁性層に向かう第1積層方向に対して交差する第1延在方向に沿って延在し、前記第1延在方向の前記第1磁性層の長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第1延在方向に対して交差する方向の前記第1磁性層の長さよりも長く、
前記第3磁性層は、前記第3磁性層から前記第4磁性層に向かう第2積層方向に対して交差する第3延在方向に沿って延在し、前記第3延在方向の前記第3磁性層の長さは、前記第2積層方向に対して交差し前記第3延在方向に対して交差する方向の前記第3磁性層の長さよりも長く、
前記第1延在方向は、前記第3延在方向と交差し、
前記第2磁性層は、前記第1積層方向に対して交差する第2延在方向に沿って延在し、前記第2延在方向の前記第2磁性層の長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第2延在方向に対して交差する方向の前記第2磁性層の長さよりも長く、
前記第4磁性層は、前記第2積層方向に対して交差する第4延在方向に沿って延在し、前記第4延在方向の前記第4磁性層の長さは、前記第2積層方向に対して交差し前記第4延在方向に対して交差する方向の前記第4磁性層の長さよりも長く、
前記第2延在方向は、前記第1延在方向と交差し、
前記第4延在方向は、前記第3延在方向と交差する、慣性センサ。 - 前記第1部分上に複数の前記第1検知素子部が設けられ、前記複数の第1検知素子部の少なくとも2つは、電気的に直列または並列に接続されている請求項1記載の慣性センサ。
- 前記電気的に直列に接続された前記第1検知素子部の端の端子間には、1V以上10V以下の電圧が印加される請求項2記載の慣性センサ。
- 前記電気的に直列に接続された前記第1検知素子部の数は、7以上200以下である請求項2または3に記載の慣性センサ。
- 基部と、
錘部と、
前記錘部と前記基部とを接続し、前記錘部の前記基部に対する相対的な位置の変化に応じて変形可能な接続部と、
前記接続部の第1部分上に設けられ、第1磁性層と、第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性の第1中間層と、を含む第1検知素子部と、
第3磁性層と、第4磁性層と、前記第3磁性層と前記第4磁性層との間に設けられた非磁性の第2中間層と、を含む第2検知素子部と、
を備え、
前記接続部は第2部分をさらに含み、前記第2検知素子部は前記第2部分の上に設けられ、
前記基部から前記錘部に向かう方向と、前記第1部分から前記第2部分に向かう方向と、を含む平面内の前記錘部の重心の位置と、前記平面内の前記第1部分の位置と、を結ぶ第1方向は、前記平面内の前記錘部の前記重心の前記位置と、前記平面内の前記第2部分の位置と、を結ぶ第2方向と交差し、
前記第1磁性層は、前記第1磁性層から前記第2磁性層に向かう第1積層方向に対して交差する第1延在方向に沿って延在し、前記第1延在方向の前記第1磁性層の長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第1延在方向に対して交差する方向の前記第1磁性層の長さよりも長く、
前記第3磁性層は、前記第3磁性層から前記第4磁性層に向かう第2積層方向に対して交差する第3延在方向に沿って延在し、前記第3延在方向の前記第3磁性層の長さは、前記第2積層方向に対して交差し前記第3延在方向に対して交差する方向の前記第3磁性層の長さよりも長く、
前記第1延在方向は、前記第3延在方向と交差し、
前記第1延在方向は、前記第1方向に対して傾斜し、
前記第3延在方向は、前記第2方向に対して傾斜し、
前記第1検知素子部と前記第2検知素子部とは、電気的に直列に接続されている、慣性センサ。 - 前記第2磁性層は、前記第1積層方向に対して交差する第2延在方向に沿って延在し、前記第2延在方向の前記第2磁性層の長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第2延在方向に対して交差する方向の前記第2磁性層の長さよりも長く、
前記第4磁性層は、前記第2積層方向に対して交差する第4延在方向に沿って延在し、前記第4延在方向の前記第4磁性層の長さは、前記第2積層方向に対して交差し前記第4延在方向に対して交差する方向の前記第4磁性層の長さよりも長く、
前記第2延在方向は、前記第1延在方向に沿い、
前記第4延在方向は、前記第3延在方向に沿う請求項5記載の慣性センサ。 - 前記第1方向から前記第1延在方向までの角度と、
前記第2方向から前記第3延在方向までの角度と、の差は、10度以下である請求項5または6に記載の慣性センサ。 - 前記第1磁性層の少なくとも一部は、Feを含みアモルファス構造を有する請求項1〜7のいずれか1つに記載の慣性センサ。
- 前記少なくとも一部は、Bを含む請求項8記載の慣性センサ。
- 前記錘部の前記基部に対する相対的な位置が第1状態であるときに前記第1磁性層の磁化は第1磁化方向であり前記第2磁性層の磁化は第2磁化方向であり、
前記錘部の前記基部に対する相対的な前記位置が前記第1状態とは異なる第2状態のときに前記第1磁性層の前記磁化は前記第1磁化方向とは異なる方向であり前記第2磁性層の前記磁化は前記第2磁化方向とは異なる方向である請求項1〜9のいずれか1つに記載の慣性センサ。 - 前記第2磁性層の磁化の方向は、前記第4磁性層の磁化の方向と交差し、
前記錘部の前記基部に対する相対的な位置が第1状態であるときに、前記第1磁性層の磁化は第1磁化方向であり、
前記錘部の前記基部に対する相対的な前記位置が前記第1状態とは異なる第2状態のときに、前記第1磁性層の前記磁化は前記第1磁化方向とは異なる方向である請求項1〜9のいずれか1つに記載の慣性センサ。 - 前記第1方向と、前記第2方向と、の間の角度は、70度以上110度以下であり、
前記第2磁性層の前記磁化の方向と、前記第4磁性層の前記磁化の方向と、の間の角度は、70度以上110度以下である請求項11記載の慣性センサ。 - 前記第1延在方向の前記第1磁性層の前記長さは、前記第1積層方向に対して交差し前記第1延在方向に対して交差する前記方向の前記第1磁性層の長さの1.5倍以上3倍以下である請求項1〜12のいずれか1つに記載の慣性センサ。
- 前記第1延在方向の前記第1磁性層の前記長さは、0.5マイクロメートル以上60マイクロメートル以下である請求項1〜13のいずれか1つに記載の慣性センサ。
- 前記平面に対して垂直な第3方向に沿った前記第1部分の長さは、前記第3方向に沿った前記錘部の長さよりも短く、
前記第3方向に沿った前記第2部分の長さは、前記第3方向に沿った前記錘部の前記長さよりも短い請求項1〜14のいずれか1つに記載の慣性センサ。 - 前記第1部分と前記第2部分とは、互いに分断されており、
前記平面に対して平行で前記第1方向に対して垂直な第4方向に沿った前記第1部分の長さは、
前記第4方向に沿った前記錘部の長さよりも短く、
前記平面に対して平行で前記第2方向に対して垂直な第5方向の前記第2部分の長さは、
前記第5方向の前記錘部の長さよりも短い請求項15記載の慣性センサ。 - 前記基部から前記錘部に向かう方向に対して垂直な方向の前記接続部の長さは、前記垂直な方向の前記錘部の長さよりも短い請求項1〜16のいずれか1つに記載の慣性センサ。
- 第1検知素子部は、第1電極と第2電極とをさらに含み、
前記第1電極と前記第2電極との間に前記第1磁性層が配置され、
前記第1磁性層と前記第1電極との間に前記第2磁性層が配置される請求項1〜17のいずれか1つに記載の慣性センサ。
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