| 講演抄録／キーワード |
| 講演名 |
2025-06-05 13:00
高感度・高信号出力・低電力の新規磁界センサの実現に向けた垂直磁化・低飽和磁界・高飽和磁化の金属磁性薄膜の作製
○田中颯一・滝浦龍士・江川元太・吉村 哲（秋田大） |
| 抄録 |
（和） |
高感度・高信号出力・低電力な磁気センサの実現に向けて，BiFeO₃系強磁性・強誘電薄膜と金属垂直磁化強磁性(ソフト磁性)薄膜で構成された新規な磁界センサを提案した．この磁界センサはソフト磁性膜に磁界が印加された際に，その磁界が小さくても，ソフト磁性膜が磁化されることで積層界面から発生する磁界を利用して，BiFeO₃系強磁性・強誘電薄膜の磁化方向を磁気転写で制御する仕組みである．この磁界センサを実現するためには，小さな磁界でも磁化反転可能で，磁気転写能力に長ける，低飽和磁界・高飽和磁化・垂直磁化な厚い金属強磁性薄膜の作製が必要であった．そこで，金属垂直磁化薄膜として広く知られている[Co/Pd]n多層膜(nは積層数)と界面平坦性に優れた[CoFeB/Pd]nおよび[CoZrNb/Pd]n多層膜に対して，積層数および磁性膜と非磁性膜の膜厚比を総膜厚20 nmの下で変化させたときの特性の変化を評価した．その結果，[Co/Pd]n多層膜の飽和磁界は5.4 kOeであったのに対して，[CoFeB/Pd]nおよび[CoZrNb/Pd]n多層膜の飽和磁界は，それぞれ3.5 kOe，1.8 kOeと比較的小さい値を示した．しかし，飽和磁化に関してはいずれの多層膜についても300 emu/cm³程度であり，BiFeO₃系強磁性・強誘電薄膜の磁化方向を磁気転写で制御するのには十分な値ではなかった．そこで，大きな飽和磁化と垂直磁気異方性を発現することが知られているc面配向の六方晶(HCP)を形成したCo80-(Pt or Pd)20合金薄膜に対して，高配向下地層上に成膜温度および膜厚を変化させて成膜したときの構造と特性の変化を評価した．その結果，温度300℃で作製した膜厚5～10 nmのCo-(Pt or Pd)合金薄膜において，高HCP(002)配向化したことによる大きな垂直磁気異方性，高飽和磁化(1000 emu/cm³程度)，比較的低い数値の飽和磁界を示す結果を得ることができた．さらに，この結果を応用展開し，磁性膜の膜厚が20 nmにおいても高HCP(002)配向を実現する構造として[Co-Pt/Pt/Co-Pt]n積層膜を考案し，上記のCo基多層膜やCo基合金単層薄膜では得られなかった，低飽和磁界・高飽和磁化・垂直磁化な厚い金属強磁性薄膜の作製を可能にした． |
| （英） |
A novel magnetic field sensor composed of a BiFeO₃(BFO)-based ferromagnetic/ferroelectric thin film and a metallic perpendicular soft magnetic thin film is proposed to realize high sensitivity, high signal output, and low power. In this magnetic field sensor, magnetization direction and electric polarity of the BFO-based thin film are reversed and generated by magnetization transfer using the magnetic field generated from the perpendicular soft magnetic thin film when a small magnetic field is applied to the perpendicular soft magnetic thin film and the magnetization of this thin film is reversed. To realize this magnetic field sensor, it is necessary to fabricate the metallic perpendicular soft magnetic thin film with high saturation magnetization, low saturation magnetic field, and perpendicular magnetization. Therefore, firstly, we fabricated the [Co/Pd]n multilayers (n is the number of layers), which are widely known as metallic perpendicular magnetic thin films, [CoFeB/Pd]n, and [CoZrNb/Pd]n multilayers, with various number of layers and the thickness ratio of magnetic and nonmagnetic layers under a total film thickness of 20 nm. The results showed that saturation magnetic field of the [Co/Pd]n multilayer was 5.4 kOe, while those of the [CoFeB/Pd]n and [CoZrNb/Pd]n multilayers were relatively small, 3.5 kOe and 1.8 kOe, respectively. However, the saturation magnetization of both multilayers was about 300 emu/cm³, which is not sufficient to control the magnetization direction of BFO-based thin films by magnetic transfer. Therefore, secondary, we fabricated the Co80-(Pt or Pd)20 alloy thin films with c-plane oriented hexagonal crystals (HCP), which are known to exhibit large saturation magnetization and perpendicular magnetic anisotropy, with various deposition temperature and film thickness. As a result, Co-(Pt or Pd) alloy thin films with thicknesses of 5-10 nm fabricated at 300°C showed large perpendicular magnetic anisotropy, high saturation magnetization (around 1000 emu/cm³), and relatively low saturation magnetic field due to high HCP (002) orientation. Furthermore, by applying these results, we have developed a [Co-Pt/Pt/Co-Pt]n stacked film to achieve high HCP(002) orientation even when the total thickness of the magnetic stacked film is 20 nm, thereby improving the magnetic volume. As a result, we have succeeded in the fabrication of magnetic thin film with thickness of 20 nm, high saturation magnetization, low saturation magnetic field, and perpendicular magnetization, which could not be achieved with the above multilayer film system or alloy single layer thin film. |
| キーワード |
（和） |
Co基多層膜 / Co基合金薄膜 / 飽和磁化 / 飽和磁界 / 垂直磁気異方性 / 磁界センサ / / |
| （英） |
Co-based multilayer films / Co-based alloy films / saturation magnetization / low saturation magnetic field / perpendicular magnetization anisotropy / magnetic field sensor / / |
| 文献情報 |
映情学技報, vol. 49, no. 15, MMS2025-41, pp. 1-8, 2025年6月. |
| 資料番号 |
MMS2025-41 |
| 発行日 |
2025-05-29 (MMS) |
| ISSN |
Online edition: ISSN 2424-1970 |
| PDFダウンロード |
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| 研究会情報 |
| 研究会 |
IEICE-MRIS MMS TOHOKU |
| 開催期間 |
2025-06-05 - 2025-06-06 |
| 開催地（和） |
東北大学通研 |
| 開催地（英） |
RIEC, Tohoku Univ. |
| テーマ（和） |
記録システム・ヘッド・媒体＋一般 (MRIS60周年記念特別研究会) |
| テーマ（英） |
Recording System, Head, Medium + General |
| 講演論文情報の詳細 |
| 申込み研究会 |
MMS |
| 会議コード |
2025-06-MRIS-MMS-TOHOKU |
| 本文の言語 |
日本語 |
| タイトル（和） |
高感度・高信号出力・低電力の新規磁界センサの実現に向けた垂直磁化・低飽和磁界・高飽和磁化の金属磁性薄膜の作製 |
| サブタイトル（和） |
|
| タイトル（英） |
Fabrication of metal based thin films with perpendicular magnetization, low saturation magnetic field, and high saturation magnetization for Realization of Novel Magnetic Field Sensors with High Sensitivity and High Signal Output |
| サブタイトル（英） |
|
| キーワード(1)（和/英） |
Co基多層膜 / Co-based multilayer films |
| キーワード(2)（和/英） |
Co基合金薄膜 / Co-based alloy films |
| キーワード(3)（和/英） |
飽和磁化 / saturation magnetization |
| キーワード(4)（和/英） |
飽和磁界 / low saturation magnetic field |
| キーワード(5)（和/英） |
垂直磁気異方性 / perpendicular magnetization anisotropy |
| キーワード(6)（和/英） |
磁界センサ / magnetic field sensor |
| キーワード(7)（和/英） |
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| キーワード(8)（和/英） |
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| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） |
田中 颯一 / Soichi Tanaka / タナカ ソウイチ |
| 第1著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） |
滝浦 龍士 / Ryuji Takiura / リュウジ タキウラ |
| 第2著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第3著者 氏名（和/英/ヨミ） |
江川 元太 / Genta Egawa / エガワ ゲンタ |
| 第3著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第4著者 氏名（和/英/ヨミ） |
吉村 哲 / Satoru Yoshimura / ヨシムラ サトル |
| 第4著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第5著者 氏名（和/英/ヨミ） |
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| 講演者 |
第1著者 |
| 発表日時 |
2025-06-05 13:00:00 |
| 発表時間 |
25分 |
| 申込先研究会 |
MMS |
| 資料番号 |
MMS2025-41 |
| 巻番号（vol） |
vol.49 |
| 号番号（no） |
no.15 |
| ページ範囲 |
pp.1-8 |
| ページ数 |
8 |
| 発行日 |
2025-05-29 (MMS) |
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