JP7031023B2 - 応力センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る応力センサ10の構成について説明する。第1実施形態に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。
次に、図4を参照しつつ、第1実施形態に係る応力センサ10の製造方法について説明する。図4は、第1実施形態に係る応力センサの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
以下、図5~図7を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る応力センサの実施例について説明する。図5は、第1実施形態の実施例に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。図6は、第1実施形態の実施例に係る応力センサの歪方向と磁化方向の関係を示す図である。図7は、第1実施形態の実施例と比較例におけるひずみ量と抵抗変化率の関係を示すグラフである。図7の横軸はひずみ量(%)であり、縦軸は抵抗変化率(%)である。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
基板1:ポリイミドフィルム(宇部興産株式会社製UPILEX(登録商標))
下地層2a:2.2nm Ta
下地層2b:2.0nm Pt
第1強磁性層31:2.1nm Co
第1非磁性層30:4.0nm Cu
追加第2強磁性層32a:0.5nm Co
第2強磁性層32:2.0nm NiFe
反強磁性層33:10.0nm FeMn
保護層4:2.2nm Pt
電極5a,5b:導電性エポキシ樹脂
基板:ポリエチレンナフタレート
下地層:2.5nm Ta
下地層:2.0nm Pt
第1強磁性層:3.5nm Co(歪敏感層)
第1非磁性層:4.0nm Cu
追加第2強磁性層:0.4nm Co
第2強磁性層:3.8nm NiFe(歪鈍感層)
保護層:2.0nm Cu
電極5a,5b:導電性エポキシ樹脂
図8を参照しつつ、第2実施形態に係る応力センサ10の構成について説明する。図8は、第2実施形態に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。
図9を参照しつつ、第3実施形態に係る応力センサ10の構成について説明する。図9は、第3実施形態に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。
図10を参照しつつ、第4実施形態に係る応力センサ10の構成について説明する。図10は、第4実施形態に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。
図11を参照しつつ、第5実施形態に係る応力センサ10の構成について説明する。図11は、第5実施形態に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。
図12を参照しつつ、第6実施形態に係る応力センサ10の構成について説明する。図12は、第6実施形態に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。
図13を参照しつつ、第7実施形態に係る応力センサ10の構成について説明する。図13は、第7実施形態に係る応力センサの構成を概略的に示す断面図である。
これによれば、外部から加えた応力に依存して変化する第1強磁性層31及び第2強磁性層32の磁化方向の相対角度に依存した電気抵抗を検出することによって応力が検出される。このとき、第2強磁性層32の磁化方向が反強磁性層33との交換結合により生み出される歪鈍感な交換バイアスによって固定される。これにより、歪み測定時の第1強磁性層31及び第2強磁性層32の磁化方向の相対角度が安定し、応力センサ10の動作安定性が向上する。また、第2強磁性層32は反強磁性層33との間で交換結合を形成するものであればよいため、第2強磁性層32の材料選択や形状・寸法などの設計自由度が向上する。例えば、第1強磁性層31と第2強磁性層32とが同じ材料且つ同じ形状であっても、応力センサを機能させることができる。
このように初期状態における磁化方向を平行あるいは反平行に揃えておくことにより、応力センサ10の電気抵抗が初期状態で最大又は最小となる。したがって、応力が加えられた場合と初期状態との電気抵抗の差異が明確となり、応力の検出感度が向上する。
これによれば、抵抗変化率が上昇し、応力の検出感度が向上する。
これによれば、応力センサ10に応力が加わった場合に応力検出層3が引張応力ないし圧縮応力を受けやすくなり、応力の検出感度が向上する。
これによれば、巨大磁気抵抗効果を利用した応力センサを実現できる。
これによれば、巨大磁気抵抗効果又はトンネル磁気抵抗効果を利用した応力センサを実現できる。
これによれば、外部から加えた応力に依存して変化する第1強磁性層31及び第2強磁性層32の磁化方向の相対角度に依存した電気抵抗を検出することによって応力が検出でき、且つ動作安定性が向上した応力センサを製造できる。
これによれば、アニールされた応力検出層をフレキシブル基板に転写する製造方法に比べて、製造工程を簡略化できる。
1…基板
2…下地層
3…応力検出層
4…保護層4
5a,5b…電極
30…第1非磁性層
31…第1強磁性層
32…第2強磁性層
33…反強磁性層
Claims (8)
- 第1強磁性層、第1非磁性層、第2強磁性層、反強磁性層、第3強磁性層、第2非磁性層、及び第4強磁性層を積層してなる積層体を含む応力検出層を備え、
前記反強磁性層は、Mnを含み、
前記第2強磁性層の磁化方向は、前記反強磁性層との交換結合によって生み出される交換バイアスによって固定され、
前記第3強磁性層の磁化方向は、前記反強磁性層との交換結合によって生み出される交換バイアスによって固定され、
外部から加えられた応力に依存して変化する前記第1強磁性層及び前記第2強磁性層の磁化方向の相対角度並びに前記第3強磁性層及び前記第4強磁性層の磁化方向の相対角度に依存した電気抵抗によって応力を検出する、
応力センサ。 - 前記第1強磁性層及び前記第2強磁性層は、応力が加えられていない初期状態において、磁化方向が互いに平行あるいは反平行配列している、
請求項1に記載の応力センサ。 - 前記応力検出層を支持する基板をさらに有する、
請求項1又は2に記載の応力センサ。 - 前記基板は、フレキシブル基板である、
請求項3に記載の応力センサ。 - 前記第1強磁性層は、前記第1非磁性層の前記基板側に設けられ、
前記第2強磁性層及び前記反強磁性層は、前記第1非磁性層の前記基板側とは反対側に設けられる、
請求項3又は4に記載の応力センサ。 - 前記第1強磁性層及び前記第2強磁性層は、金属の磁性体からなる、
請求項1から5のいずれか1項に記載の応力センサ。 - 前記第1強磁性層及び前記第2強磁性層は、Fe、Co、Ni又はそれらのうち少なくとも1つを含む合金からなる、
請求項6に記載の応力センサ。 - 前記第1非磁性層は、金属、絶縁体、又はこれらの組合せからなる、
請求項1から7のいずれか1項に記載の応力センサ。
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