(57)【要約】【課題】簡便な構造で局所応力若しくは応力分布の検出が可能で、かつ単一磁区の応力応答現象を利用し、高空間分解能を得ることができる応力センサを提供する。【解決手段】磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０に隣接して配置された磁石２０と、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された磁気センサ３０とを備え、応力作用部４０Ｐに印加される局所応力により、磁性体１０に発生する磁区から放出される磁束を、磁気センサ３０により検出する応力センサ６０。【選択図】図６
2015014489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体と、
前記磁性体上の応力作用部と、
前記磁性体に隣接して配置された磁石と、
前記磁性体を介して前記応力作用部と対向して配置された磁気センサと
を備え、
前記応力作用部に印加される局所応力により、前記磁性体に発生する磁区から放出される磁束を、前記磁気センサにより検出することを特徴とする応力センサ。
【請求項２】
前記磁性体には前記磁石により飽和磁場が印加され、前記磁石による外部磁場と逆方向の応力誘導異方性磁場が前記局所応力により印加されることで、前記磁性体には単一の磁気バブルが発生し、前記磁気バブルから放出される磁束を磁気センサにより検出することで、前記局所応力を検出可能であることを特徴とする請求項１に記載の応力センサ。
【請求項３】
磁性体と、
前記磁性体の応力作用部と、
前記磁性体に隣接して配置された磁石と、
前記磁性体を介して前記応力作用部と対向して配置された磁気センサと
を備え、
応力分布による磁区の変位を、前記磁区から放出される磁束を前記磁気センサにより検出することにより、検出することを特徴とする応力センサ。
【請求項４】
前記磁性体には前記磁石により磁気バブル発生磁場が印加され、前記応力分布により応力誘導異方性磁場が印加されることで、前記磁気バブルの変位が発生し、前記磁気バブルから放出される磁束を磁気センサにより検出することで、応力分布を検出可能であることを特徴とする請求項１に記載の応力センサ。
【請求項５】
前記磁気センサは複数配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の応力センサ。
【請求項６】
前記磁気センサはホール素子で構成され、前記ホール素子は前記磁性体上に接して配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の応力センサ。
【請求項７】
前記ホール素子の材料はビスマス（Ｂｉ）であることを特徴とする請求項６に記載の応力センサ。
【請求項８】
前記磁気センサ上に配置された絶縁膜を備え、
前記磁石は前記絶縁膜上に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の応力センサ。
【請求項９】
前記磁石は、磁性体薄膜で形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の応力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力センサに関し、特に、簡便な構造で局所応力若しくは応力分布の検出が可能な応力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の五感に代わる、もしくはそれを上回る性能の優れた検出素子として様々な機能を備えたセンサが開発されてきた。動作、光、温度等、自然現象や人工物の機械的・電磁気的・熱的・音響的性質、あるいはそれらで示される空間情報・時間情報をセンサで感知し機器を制御することで、正確で精密な動きや、簡単で使いやすい操作方法の実現が可能となり、省電力化にも大きな効果を発揮する。既に、工場、医療・ヘルスケア、交通、建設、農業、環境管理等、様々な分野でセンサを利用した新しい取り組みが始まっている。
【０００３】
今後、センサへの要求としては、既存のセンサの高性能化だけでなく、様々なシーンに対応できるよう検出対象の多様化が求められてくるものと思われる。
【０００４】
例えば、センサの例を挙げると、動作検出用途としては、加速度センサ・ジャイロセンサ・タッチセンサ・ホールセンサ・傾斜センサ・グリップセンサ・脈波センサ、周囲検出としては、イメージセンサ・圧力センサ・照度センサ・近接センサ・焦電センサ・湿度センサ・ＵＶセンサ・ＩｒＤＡ、Ｘ線センサ・においセンサ等、多岐に渡る。
【０００５】
機械的力の検出に関連する従来技術としては、応力センサ・歪センサ・圧力センサ等が存在し、以下のように分類される。すなわち、金属を用いたピエゾ抵抗効果素子は、金属の伸縮による電気抵抗の増減を電圧に変換することにより、歪みを検出する。伸縮現象を用いるため、空間分解能は低く、また動作温度範囲が狭い。半導体を用いたピエゾ抵抗効果素子は、原理は金属の場合と同じである。シリコンをダイヤフラム構造に加工し、膜厚が薄い部分の圧力による歪みを高感度に検出することができる。同じく、伸縮現象を用いるため、空間分解能は低く、動作温度範囲が狭い。また、機械的に弱い。誘電体を用いた圧電効果素子は、圧電効果を利用するため、動的応力(加速度や振動)は検出できるが、静的応力の検出には適さない。
【０００６】
逆磁歪効果を用いた磁歪式応力センサは、強磁性体全体としての磁化-応力特性の関係から歪みを検出するという原理を有し、強磁性体に印加された歪みにより、磁化が変化する現象を利用する（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、空間分解能は低い。
【０００７】
何れの手法でも、局所応力を高空間分解能をもって検出することは難しい。
【０００８】
例えば、室温で強磁性体を示す絶縁体材料としてガーネットが知られている。ガーネットは液相成長法で作製した場合、成長誘導磁気異方性という製法特有の現象が発現する。成長誘導磁気異方性によって結晶成長中に自発的に希土類元素のオーダリングが起こることで磁気異方性が生じ、垂直磁化膜が得られることが知られている(例えば、非特許文献１参照)。また、成長誘導磁気異方性は熱処理により低減できることが知られている(例えば、非特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−７８４８１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A. Rosencwaig and W. J. Tabor, “Noncubic Garnet Anisotropy from Growth-Induced Pair Ordering”, J. Appl. Phys. 42, 1643 (1971).
【非特許文献２】A. Kurtzig and F. Hagedorn, “Noncubic magnetic anisotropies in bulk and thin-films garnets”, IEEE Trans. Magn. MAG-7, 473 (1971).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明では応力センサの母体材料として、磁性体を用いている。
【００１２】
本発明の目的は、簡便な構造で局所応力若しくは応力分布の検出が可能で、かつ単一磁区の応力応答現象を利用し、高空間分解能を得ることができる応力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、磁性体と、前記磁性体上の応力作用部と、前記磁性体に隣接して配置された磁石と、前記磁性体を介して前記応力作用部と対向して配置された磁気センサとを備え、前記応力作用部に印加される局所応力により、前記磁性体に発生する磁区から放出される磁束を、前記磁気センサにより検出する応力センサが提供される。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、磁性体と、前記磁性体の応力作用部と、前記磁性体に隣接して配置された磁石と、前記磁性体を介して前記応力作用部と対向して配置された磁気センサとを備え、応力分布による磁区の変位を、前記磁区から放出される磁束を前記磁気センサにより検出することにより、検出する応力センサが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡便な構造で局所応力若しくは応力分布の検出が可能で、かつ単一磁区の応力応答現象を利用し、高空間分解能を得ることができる応力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る応力センサの動作原理であって、（ａ）飽和磁場Ｈsよりも大きな外部磁場Ｈexを印加した磁化Ｍをもつ磁性体の模式的断面構造図、（ｂ）タングステン針によって磁性体に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させ、磁気バブルを発生させた磁性体の模式的断面構造図、（ｃ）タングステン針をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAによる磁化方向が保存されない（揮発性）状態の磁性体の模式的断面構造図、（ｄ）図１（ａ）に対応する磁性体の表面状態の模式図、（ｅ）図１（ｂ）に対応する磁性体の表面状態の模式図、（ｆ）図１（ｃ）に対応する磁性体の表面状態の模式図。
【図２】実施の形態に係る応力センサの動作原理であって、（ａ）飽和磁場Ｈs程度の外部磁場Ｈexを印加した磁化Ｍをもつ磁性体の模式的断面構造図、（ｂ）タングステン針によって磁性体に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させ、磁気バブルを発生させた磁性体の模式的断面構造図、（ｃ）タングステン針をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAにより反転した磁化方向が保存される（不揮発性）状態の磁性体の模式的断面構造図、（ｄ）図２（ａ）に対応する磁性体の表面状態の模式図、（ｅ）図２（ｂ）に対応する磁性体の表面状態の模式図、（ｆ）図２（ｃ）に対応する磁性体の表面状態の模式図。
【図３】実施の形態に係る応力センサの実験例であって、（ａ）飽和磁場Ｈsに等しい外部磁場Ｈexを印加して磁化Ｍを発生させた磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図（タングステン針接触前）、（ｂ）タングステン針によって磁性体に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させ、磁気バブルを発生させた磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図、（ｃ）タングステン針をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAにより反転した磁化方向が保存される（不揮発性）状態の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図。
【図４】実施の形態に係る応力センサによる局所応力の検出の説明図であって、（ａ）外部磁場Ｈexを印加した磁化Ｍをもつ磁性体の模式的断面構造図、（ｂ）外部磁場Ｈexを印加した状態で、タングステン針によって磁性体に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させた磁性体と、タングステン針の接触面と対向する磁性体の裏面側に磁気センサを配置した構成の模式的断面構造図、（ｃ）磁性体の表面側に磁性体薄膜および保護膜を配置し、磁性体の裏面側に磁気センサを配置した応力センサの模式的断面構造図。
【図５】実施の形態に係る応力センサの実験例であって、（ａ）外部磁場Ｈexとして磁気バブル発生磁場を印加して磁気バブルを発生させた磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図（タングステン針接触前）、（ｂ）タングステン針（１．１５ｍＮ）によって磁性体に局所応力を印加した状態の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図、（ｃ）図５（ａ）と図５（ｂ）の差分像。
【図６】実施の形態に係る応力センサの模式的断面構造図。
【図７】実施の形態の変形例１に係る応力センサの模式的断面構造図。
【図８】実施の形態の変形例２に係る応力センサの模式的断面構造図。
【図９】実施の形態の変形例３に係る応力センサの模式的断面構造図。
【図１０】実施の形態の変形例４に係る応力センサの模式的断面構造図。
【図１１】実施の形態の変形例５に係る応力センサの模式的断面構造図。
【図１２】実施の形態の変形例６に係る応力センサの模式的断面構造図。
【図１３】（ａ）実施の形態の変形例７に係る応力センサの模式的平面パターン構成図、（ｂ）図１３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図１４】実施の形態に係る応力センサを適用した応力分布検出装置の模式的平面パターン構成図、（ｂ）図１４（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１５】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体の外部磁場Ｈexと磁化Ｍとの関係（磁化曲線）であって、（ａ）熱処理前の例、（ｂ）熱処理温度１１５０℃の例、（ｃ）熱処理温度１２００℃の例。
【図１６】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、飽和磁場Ｈsと飽和磁場比(面外方向の飽和磁場Ｈs,⊥を面内方向の飽和磁場Ｈs,||で割ったもの)の熱処理温度依存性。
【図１７】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、磁気光学顕微鏡像の磁場依存性を磁化曲線（外部磁場Ｈexと磁化Ｍとの関係）と対応させて示した図であって、（ａ）熱処理前の例、（ｂ）熱処理温度１２００℃の例。
【図１８】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体の計測システムであって、局所応力制御システムを組み合わせた磁気光学顕微鏡測定系の模式的構成図。
【図１９】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、（ａ）熱処理温度１２００℃の熱処理試料の飽和磁場印加時(Ｈex＝Ｈs＝５６０（Ｏｅ）)における模式的断面構造図（磁気光学顕微鏡像は図３（ａ）に対応）、（ｂ）タングステン針によって磁性体に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させた磁性体の模式的断面構造図（磁気光学顕微鏡像は図３（ｂ）に対応）、（ｃ）タングステン針をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAにより反転した磁化方向が保存された（不揮発性）状態の磁性体の模式的断面構造図（磁気光学顕微鏡像は図３（ｃ）に対応）。
【図２０】実施の形態に係る応力センサの実験例であって、（ａ）外部磁場Ｈexを印加しない状態(Ｈex＝０（Ｏｅ）)の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図（タングステン針接触前）、（ｂ）タングステン針（７．７９ｍＮ）によって磁性体に局所応力を印加した状態の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図、（ｃ）図２０（ａ）と図２０（ｂ）の差分像。
【図２１】実施の形態に係る応力センサの実験例であって、（ａ）外部磁場Ｈexとしてバブル磁区発生磁場(Ｈex＝２８０（Ｏｅ）)を印加してバブル磁区を発生させた磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図（タングステン針接触前）、（ｂ）タングステン針（１．１５ｍＮ）によって磁性体に局所応力を印加した状態の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図、（ｃ）図２１（ａ）と図２１（ｂ）の差分像。
【図２２】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、（ａ）磁気光学顕微鏡像の磁場依存性を磁化曲線（外部磁場Ｈexと磁化Ｍとの関係）と対応させて示した図であって、熱処理温度１２００℃の例（図１７（ｂ）に対応した図）、（ｂ）面直方向へ外部磁場Ｈexを印加し磁区構造を変化させながら、磁区動作としきい荷重の関係を調査した結果であって、外部磁場Ｈexとしきい力ｆとの関係を示す図。
【図２３】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝３．１４ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝６．７０ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝７．７９ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝６．３０ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝２．８６ｍＮ（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図２４】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝７０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝２．９２ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．３２ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝５．６０ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝４．３６ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝２．９４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図２５】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝１３０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．３６ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝３．１２ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝４．２８ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．８３ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．４１ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図２６】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝２００（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝２．１９ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝２．５９ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝３．４３ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．５７ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．９６ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図２７】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝２８０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．１５ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝５．１０ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝９．９２ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝５．４０ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝０．３４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図２８】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝３９０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．２２ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．９６ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝９．９０ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝５．２４ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．２４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図２９】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝５００（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．１８ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．９６ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝２．５６ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝１．７１ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．１３ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３０】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝５６０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．２４ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝２．４９ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝３．７５ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．２２ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．４０ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３１】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝３．１４ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝６．７０ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝７．７９ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝６．３０ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝２．８６ｍＮ（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３２】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝７０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝２．９２ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．３２ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝５．６０ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝４．３６ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝２．９４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３３】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝１３０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．３６ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝３．１２ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝４．２８ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．８３ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．４１ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３４】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝２００（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝２．１９ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝２．５９ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝３．４３ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．５７ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．９６ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３５】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝２８０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．１５ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝５．１０ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝９．９２ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝５．４０ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝０．３４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３６】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝３９０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．２２ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．９６ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝９．９０ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝５．２４ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．２４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３７】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝５００（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．１８ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．９６ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝２．５６ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝１．７１ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．１３ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３８】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝５６０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の重ね合わせ像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．２４ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝２．４９ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝３．７５ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．２２ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．４０ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図３９】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝３．１４ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝６．７０ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝７．７９ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝６．３０ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝２．８６ｍＮ（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４０】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝７０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝２．９２ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．３２ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝５．６０ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝４．３６ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝２．９４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４１】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝１３０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．３６ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝３．１２ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝４．２８ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．８３ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．４１ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４２】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝２００（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝２．１９ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝２．５９ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝３．４３ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．５７ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．９６ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４３】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝２８０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．１５ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝５．１０ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝９．９２ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝５．４０ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝０．３４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４４】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝３９０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．２２ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．９６ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝９．９０ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝５．２４ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．２４ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４５】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝５００（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．１８ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝４．９６ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝２．５６ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝１．７１ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．１３ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４６】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、外部磁場Ｈex＝５６０（Ｏｅ）の場合の磁性体の磁気光学顕微鏡像による磁区変位前後の差分像であって、（ａ）タングステン針接触前、（ｂ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｃ）しきい力ｆ＝１．２４ｍＮ、（ｄ）しきい力ｆ＝２．４９ｍＮ、（ｅ）しきい力ｆ＝３．７５ｍＮ、（ｆ）しきい力ｆ＝２．２２ｍＮ、（ｇ）しきい力ｆ＝１．４０ｍＮ、（ｈ）しきい力ｆ＝０．００ｍＮ、（ｉ）タングステン針リリース。
【図４７】実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、(ａ)飽和磁場Ｈsと飽和磁場比(面外方向の飽和磁場Ｈs,⊥を面内方向の飽和磁場Ｈs,||で割ったもの)の熱処理温度依存性（図１６に対応する図）、（ｂ）外部磁場Ｈex（Ｏｅ）としきい力ｆ（ｍＮ）の熱処理温度依存性であって、熱処理温度の増加（磁気異方性の低減）により、磁区動作のしきい荷重が低減されている様子を示す図。
【図４８】局所磁場発生装置において、磁石の配置を説明する図であって、（ａ）支持台上に磁性体を囲んで磁石を配置した構成例、（ｂ）磁性体上に磁石を配置した構成例。
【図４９】磁気センサとしてホール素子を用いて構成した実施の形態に係る応力センサにおいて、磁気センサ出力と局所応力（もしくは応力誘導異方性磁場）との関係を示す模式図。
【図５０】応力増加により磁気センサ有効領域直下に占める磁気バブルの面積が徐々に増加する様子を説明する模式図であって、（ａ）図４９のＡ点に対応する磁気センサの模式図、（ｂ）図４９のＢ点に対応する磁気バブルＢＢ１の模式図、（ｃ）図４９のＣ点に対応する磁気バブルＢＢ２の模式図、（ｄ）図４９のＤ点に対応する磁気バブルＢＢ３の模式図。
【図５１】実施の形態に係る応力センサの磁気センサに適用可能なホール素子の模式的平面パターン構成図。
【図５２】実施の形態に係る応力センサの磁気センサに適用可能なホール素子の模式的鳥瞰構成図。
【図５３】実施の形態に係る応力センサの磁気センサに適用可能なホール素子の１つの素子部分の表面光学顕微鏡写真。
【図５４】実施の形態に係る応力センサの磁気センサに適用可能なホール素子であって、図５３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図５５】実施の形態に係る応力センサの磁気センサに適用可能なホール素子のホールクロスバー中央部分の表面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真とホールクロスバー中央部分の説明図。
【図５６】ホール素子を適用した磁気センサにおいて、印加磁場Ｂにより駆動されるホールプローブ動作の説明図であって、出力ホール電圧ＶH(μＶ)および出力磁場ＢOと、印加磁場Ｂとの関係を示す図。
【図５７】ホール素子を適用した磁気センサにおいて、（ａ）ホールクロスバー中央部分直下にガーネット磁性体のバブルドメインＤＭ（−）が存在する例、（ｂ）ホールクロスバー中央部分直下にガーネット磁性体のバブルドメインＤＭ（＋）が存在する例。
【図５８】ホール素子を適用した磁気センサにおいて、（ａ）、磁気記録媒体の各部の寸法例（ドメイン幅ｄ、磁気記録媒体厚さｔ）、（ｂ）ドメイン幅ｄをパラメータとする磁気記録媒体から放出される垂直方向の磁場ＢZ（ｍＴ）と高さＺとの関係を示す特性例。
【図５９】ホール素子を適用した磁気センサの製造方法の説明図であって、（ａ）磁気記録媒体上にアラインメント電極層を形成後、絶縁層を形成する工程を示す模式的断面構造図、（ｂ）絶縁層上にＢｉ（ビスマス）電極層をパターン形成する工程を示す模式的断面構造図、（ｃ）Ｂｉ（ビスマス）電極層に接してパッド電極をパターン形成した後、全面にパッシベーション膜を形成する工程を示す模式的断面構造図、（ｄ）パッド電極に対するコンタクトホールを形成する工程を示す模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１８】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
実施の形態に係る応力センサには、局所応力検出装置及び応力分布検出装置が含まれる。
【００２０】
局所応力検出装置は、磁性体への局所応力印加により磁区を発生させることで、局所応力の検出を可能とする。また、応力分布検出装置は、磁性体への応力印加により磁区を変位させ、複数の磁場検出素子（磁気センサ）により磁場分布を検出することで、応力分布を検出することを可能とする。
【００２１】
実施の形態に係る応力センサは、磁性体と磁気センサを組み合わせた簡便な構造で局所応力の検出が可能となる、磁区幅は磁性材料に依存するために局所磁場の空間分解能は磁性材料の選択により容易に高空間分解能を得ることができる。
【００２２】
（局所磁場の発生）
実施の形態に係る応力センサの動作原理であって、飽和磁場Ｈsよりも大きな外部磁場Ｈexを印加した磁化Ｍをもつ磁性体１０の模式的断面構造は、図１（ａ）に示すように表され、タングステン針４０によって磁性体に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させ、磁気バブルＢＵＢを発生させた磁性体１０の模式的断面構造は、図１（ｂ）に示すように表され、タングステン針４０をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAによる磁化方向が保存されない（揮発性）状態の磁性体１０の模式的断面構造図は、図１（ｃ）に示すように表される。また、図１（ａ）に対応する磁性体１０の表面状態の模式図は、図１（ｄ）に示すように表され、図１（ｂ）に対応する磁性体１０の表面状態の模式図は、図１（ｅ）に示すように表され、図１（ｃ）に対応する磁性体１０の表面状態の模式図、図１（ｆ）に示すように表される。
【００２３】
また、実施の形態に係る応力センサの動作原理であって、飽和磁場Ｈs近傍の外部磁場Ｈexを印加した磁化Ｍをもつ磁性体の１０模式的断面構造は、図２（ａ）に示すように表され、タングステン針４０によって磁性体１０に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させ、磁気バブルＢＵＢを発生させた磁性体１０の模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表され、タングステン針４０をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAにより反転した磁化方向が保存される（不揮発性）状態の磁性体１０の模式的断面構造は、２（ｃ）に示すように表される。また、図２（ａ）に対応する磁性体１０の表面状態の模式図は、図２（ｄ）に示すように表され、図２（ｂ）に対応する磁性体１０の表面状態の模式図は、図２（ｅ）に示すように表され、図２（ｃ）に対応する磁性体１０の表面状態の模式図、図２（ｆ）に示すように表される。
【００２４】
実施の形態に係る応力センサの実験例であって、飽和磁場Ｈsに等しい外部磁場Ｈexを印加した磁化Ｍをもつ磁性体１０の磁気光学顕微鏡像による表面観察図（タングステン針４０接触前）は、図３（ａ）に示すように表され、タングステン針４０によって磁性体１０に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させ、磁気バブルＢＵＢを発生させた磁性体１０の磁気光学顕微鏡像による表面観察図は、図３（ｂ）に示すように表され、タングステン針４０をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAにより反転した磁化（ＭA）方向が保存される（不揮発性）状態の磁性体の磁気光学顕微鏡像による表面観察図は、図３（ｃ）に示すように表される。
【００２５】
実施の形態に係る応力センサにおいては、磁性体１０に局所応力を印加することで、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させ、磁気バブルＢＵＢを発生させる。
【００２６】
実施の形態に係る応力センサにおいて、印加外部磁場Ｈexを飽和磁場Ｈsより大きく設定した場合は、応力印加後に磁化方向が保存されない、即ち、応力のオン／オフにより局所磁場をオン／オフできる、という揮発性機能を持たせることができる。一方で、印加外部磁場Ｈexを飽和磁場Ｈsと同程度に設定した場合は、応力印加後に磁化方向が保存される。即ち、応力のオンにより局所磁場をオンできるという不揮発性機能を持たせることができる。すなわち、外部磁場Ｈexにより機能を変化させることができる。また、磁性体１０の材料の選択により磁気バブルの直径、即ち、局所磁場の空間分解能を変化させることができる。
【００２７】
（局所応力の検出）
実施の形態に係る応力センサによる局所応力の検出の説明図であって、外部磁場Ｈexを印加した磁化Ｍをもつ磁性体１０の模式的断面構造は、図４（ａ）に示すように表され、外部磁場Ｈexを印加して磁化を飽和させた状態で、タングステン針４０によって磁性体１０に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させた磁性体１０と、タングステン針４０の接触面（応力作用部４０Ｐ）と対向する磁性体１０の裏面側に磁気センサ３０を配置した構成の模式的断面構造は、図４（ｂ）に示すように表され、磁性体１０の表面側に磁石（磁性体薄膜）２０および保護膜５２を配置し、磁性体１０の裏面側に磁気センサ３０を配置した応力センサ６０の模式的断面構造は、図４（ｃ）に示すように表される。尚、磁性体１０と磁石（磁性体薄膜）２０との間には、絶縁層を介在させて、互いに絶縁されていても良い。
【００２８】
実施の形態に係る応力センサにおいては、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、磁性体１０に局所応力を印加することによって、磁気バブルを発生させ、局所磁場を磁気センサ３０により検出可能である。
【００２９】
実施の形態に係る応力センサの実験例であって、外部磁場Ｈexとして磁気バブル発生磁場を印加して磁気バブルＢＵＢを発生させた磁性体１０の磁気光学顕微鏡像による表面観察図（タングステン針４０接触前）は、図５（ａ）に示すように表され、タングステン針４０（１．１５ｍＮ）によって磁性体１０に局所応力（１．１５ｍＮ）を印加した状態の磁性体１０の磁気光学顕微鏡像による表面観察図は、図５（ｂ）に示すように表され、図５（ａ）と図５（ｂ）の差分像は、図５（ｃ）に示すように表される。図５（ｃ）において、ＲＢは磁気バブルＢＵＢの変位を表す。すなわち、磁性体１０に局所応力（１．１５ｍＮ）を印加することで、磁気バブルＢＵＢの変位：Ｒ１→Ｂ１、Ｒ２→Ｂ２、Ｒ３→Ｂ３、Ｒ４→Ｂ４、Ｒ５→Ｂ５、Ｒ６→Ｂ６、Ｒ７→Ｂ７、Ｒ８→Ｂ８が観測されている。
【００３０】
実施の形態に係る応力センサにおいては、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、磁気バブル発生磁場を印加した場合は、磁性体１０に局所応力を印加することによって、応力分布による磁気バブルの変位を発生させ、複数の磁気センサ３０により応力分布の検出も可能である。
【００３１】
（応力センサの構成）
実施の形態に係る応力センサ６０は、図６に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０に隣接して配置された磁石２０と、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された磁気センサ３０とを備え、応力作用部４０Ｐに印加される局所応力により、磁性体に発生する磁区から放出される磁束を、磁気センサ３０により検出する。実施の形態に係る応力センサ６０においては、局所応力を定量化するために、例として、タングステン針４０を用いて、応力作用部４０Ｐに局所応力を印加しているが、局所応力を印加する手法としては、タングステン針４０に限定されることはない。尚、他の針状の構成として、例えば、木製爪楊枝によっても磁区を動作できることを確認しているため、本現象は、非常に微小な領域の局所応力センサだけでなく、ヒューマンインタフェース用途の応力センサとしても用いることができる。
【００３２】
実施の形態に係る応力センサ６０において、磁石２０と磁気センサ３０は、図６に示すように、磁性体１０の互いに対向する面（表面・裏面）に配置されている。
【００３３】
実施の形態に係る応力センサ６０においては、磁性体１０には磁石２０により飽和磁場が印加され、磁石２０による外部磁場Ｈexと逆方向の応力誘導異方性磁場ＨAが局所応力により印加されることで、磁性体１０には単一の磁気バブルＢＵＢが発生し、磁気バブルＢＵＢから放出される磁束を磁気センサ３０により検出することで、局所応力を検出可能である。
【００３４】
尚、図６の構成では、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して磁気センサ３０を配置することで磁気センサ３０への物理的ダメージを回避することができる。
【００３５】
（変形例１）
実施の形態の変形例１に係る応力センサ６０において、磁石２０と磁気センサ３０は、図７に示すように、磁性体１０の一方の面（裏面）に配置されている。その他の構成は、実施の形態と同様である。
【００３６】
（変形例２）
実施の形態の変形例２に係る応力センサ６０は、図８に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された磁気センサ３０と、磁気センサ３０上に配置された絶縁層５０と、絶縁層５０上に配置された磁石２０とを備える。
【００３７】
実施の形態の変形例２に係る応力センサ６０において、磁石２０と磁気センサ３０は、図８に示すように、磁性体１０の一方の面（表面）側に配置されている。磁石２０は、磁性体薄膜などで形成しても良い。その他の構成は、実施の形態と同様である。
【００３８】
（変形例３）
実施の形態の変形例３に係る応力センサ６０は、図９に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された磁気センサ３０と、磁気センサ３０上に配置された絶縁層５０と、絶縁層５０上に配置された磁石２０とを備える。
【００３９】
実施の形態の変形例３に係る応力センサ６０においては、図９に示すように、磁石２０と磁性体１０は、磁気センサ３０の一方の面（裏面）上に、パターン形成された絶縁層５０を介して配置されている。磁石２０は、磁性体薄膜などで形成しても良い。磁石２０を磁性体薄膜などで形成することによって、磁性体１０と磁石２０と磁気センサ３０の一体化が可能となり、デバイス応用上好適である。その他の構成は、実施の形態と同様である。
【００４０】
（変形例４）
実施の形態の変形例４に係る応力センサ６０は、図１０に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された磁気センサ３０と、磁気センサ３０上に配置された絶縁層５０と、絶縁層５０上に配置された磁石２０とを備える。
【００４１】
実施の形態の変形例４に係る応力センサ６０において、磁石２０と磁性体１０は、図１０に示すように、磁気センサ３０の一方の面（表面）上に形成された絶縁層５０上に配置されている。磁石２０は、磁性体薄膜などで形成しても良い。磁石２０を磁性体薄膜などで形成することによって、磁性体１０と磁石２０と磁気センサ３０の一体化が可能となり、デバイス応用上好適である。その他の構成は、実施の形態と同様である。
【００４２】
（変形例５）
実施の形態の変形例５に係る応力センサ６０は、図１１に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された磁気センサ３０と、磁気センサ３０上に配置された磁石２０とを備える。
【００４３】
実施の形態の変形例５に係る応力センサ６０において、磁石２０と磁性体１０は、図１１に示すように、磁気センサ３０の一方の面（表面）上に配置されている。磁石２０は、磁性体薄膜などで形成しても良い。磁石２０を磁性体薄膜などで形成することによって、磁性体１０と磁石２０と磁気センサ３０の一体化が可能となり、デバイス応用上好適である。その他の構成は、実施の形態と同様である。
【００４４】
（変形例６）
実施の形態の変形例６に係る応力センサ６０は、図１２に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された磁気センサ３０と、磁性体１０上に、磁気センサ３０を囲むように配置された磁石２０とを備える。
【００４５】
実施の形態の変形例６に係る応力センサ６０において、磁石２０と磁気センサ３０は、図１２に示すように、磁性体１０の一方の面（表面）上に絶縁層５０を介して配置されている。磁石２０は、磁性体薄膜などで形成しても良い。その他の構成は、実施の形態と同様である。
【００４６】
（変形例７）
実施の形態の変形例７に係る応力センサ６０の模式的平面パターン構成は、図１３（ａ）に示すように表され、図１３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図１３（ｂ）に示すように表される。
【００４７】
実施の形態の変形例７に係る応力センサ６０は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の複数の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０に隣接して配置された磁石２０と、磁性体１０を介して複数の応力作用部４０Ｐと対向して配置された複数の磁気センサ３０1・３０2・３０3とを備え、応力分布による磁区の変位を、磁区から放出される磁束を複数の磁気センサ３０1・３０2・３０3により検出することにより、検出する。
【００４８】
実施の形態の変形例７に係る応力センサ６０において、磁石２０と複数の磁気センサ３０1・３０2・３０3は、図１３（ｂ）に示すように、磁性体１０の一方の面（表面）上に絶縁層５０を介して配置されている。磁石２０は、磁性体薄膜などで形成しても良い。
【００４９】
実施の形態の変形例７に係る応力センサ６０においては、磁性体１０には磁石２０により磁気バブル発生磁場が印加され、応力分布により応力誘導異方性磁場ＨAが印加されることで、磁気バブルの変位が発生し、磁気バブルから放出される磁束を磁気センサ３０1・３０2・３０3により検出することで、応力分布を検出可能である。
【００５０】
尚、図１３の構成では、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して磁気センサ３０1・３０2・３０3を配置することで磁気センサ３０1・３０2・３０3への物理的ダメージを回避することができる。
【００５１】
（変形例８）
実施の形態の変形例８に係る応力センサ６０の模式的平面パターン構成は、図１４（ａ）に示すように表され、図１４（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１４（ｂ）に示すように表される。
【００５２】
実施の形態の変形例８に係る応力センサ６０は、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、磁性体１０と、磁性体１０上の応力作用部４０Ｐと、磁性体１０に隣接して配置された磁石２０と、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して配置された複数の磁気センサ３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mn(ＭＳ11、ＭＳ12、…、ＭＳ1n、…ＭＳm1、ＭＳm2、…、ＭＳmn)とを備え、応力分布による磁区の変位を、磁区から放出される磁束を複数の磁気センサ３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mnにより検出することにより、検出する。
【００５３】
実施の形態の変形例８に係る応力センサ６０において、磁石２０と複数の磁気センサ３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mn(ＭＳ11、ＭＳ12、…、ＭＳ1n、…ＭＳm1、ＭＳm2、…、ＭＳmn)は、図１４（ｂ）に示すように、磁性体１０の一方の面（表面）上に絶縁層５０を介して配置されている。磁石２０は、磁性体薄膜などで形成しても良い。
【００５４】
実施の形態の変形例８に係る応力センサ６０においては、磁性体１０には磁石２０により磁気バブル発生磁場が印加され、応力分布により応力誘導異方性磁場ＨAが印加されることで、磁気バブルの変位が発生し、磁気バブルから放出される磁束を複数の磁気センサ３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mnにより検出することで、応力分布を検出可能である。
【００５５】
尚、図１４の構成では、磁性体１０を介して応力作用部４０Ｐと対向して複数の磁気センサ３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mnを配置することで複数の磁気センサ３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mnへの物理的ダメージを回避することができる。
【００５６】
実施の形態の変形例８に係る応力センサ６０においては、複数の磁気センサを配置することによって、任意の場所での応力を検出することができる。
【００５７】
実施の形態の変形例８に係る応力センサ６０においては、磁気センサ３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mnはホール素子で構成可能である。また、このようなホール素子は磁性体１０上に接して配置されていても良い。
【００５８】
磁区から放出される磁束は距離に従い減少するが、ホール素子を磁性体１０上に接して配置することで磁束の減衰を最小限に抑制し、効率良く磁束を検出することができる。磁気センサの応力センサへの一体化が可能となり、デバイス応用上好適である。
【００５９】
また、ホール素子の材料はビスマス（Ｂｉ）で形成されていても良い。Ｂｉは典型的な金属の中で最大のホール係数を有し、蒸着等により作製可能であるため、下地の材料に依らず高感度なホール素子の作製が可能となる。
【００６０】
（局所応力による磁区の駆動）
（磁性体の選定）
磁性体１０には液相成長法により３５０μｍ厚の（１００）面(ＣａＧｄ)3(ＭｇＧａＺｒ)5Ｏ12基板上へ製膜された５０μｍ厚のＢｉ置換ガーネットを用いた。用いた磁性体１０の飽和磁化は室温で３４３Ｇである。磁性体１０は大気中１０００〜１２００℃、６時間の熱処理を行った。
【００６１】
ガーネットは液相成長法で作製した場合、成長誘導磁気異方性という製法特有の現象が発現する。成長誘導磁気異方性によって結晶成長中に自発的に希土類元素のオーダリングが起こることで磁気異方性が生じ、垂直磁化膜が得られることが知られている。また、成長誘導磁気異方性は熱処理により低減できることが知られている。よって、磁性体の磁気異方性を熱処理温度により制御し、磁気異方性と磁区の応力応答の関係を調査することができる。
【００６２】
実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体１０の外部磁場Ｈexと磁化Ｍとの関係（磁化曲線）であって、熱処理なしの例は、図１５（ａ）に示すように表され、熱処理温度１１５０℃の例は、図１５（ｂ）に示すように表され、熱処理温度１２００℃の例は、図１５（ｃ）に示すように表される。
【００６３】
実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体１０において、飽和磁場Ｈsと飽和磁場比(面外方向の飽和磁場Ｈs,⊥を面内方向の飽和磁場Ｈs,||で割ったもの)の熱処理温度依存性は、図１６に示すように表される。図１５（ａ）および図１５（ｂ）および図１６に示すように、熱処理温度の増加により、面外方向の飽和磁場Ｈs,⊥に対する面内方向の飽和磁場Ｈs,||が増加していることがわかる。
【００６４】
実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体１０において、磁気光学顕微鏡像の磁場依存性を磁化曲線（外部磁場Ｈexと磁化Ｍとの関係）と対応させて示した図であって、熱処理前の例は、図１７（ａ）に示すように表され、熱処理温度１２００℃の例は、図１７（ａ）に示すように表される。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、熱処理による磁化曲線の変化に伴って、磁気バブルＢＵＢの安定領域が拡大していることがわかる。
【００６５】
（局所応力による磁区動作評価の測定系）
実施の形態に係るホール素子１を適用し、磁区動作のホールプローブとイメージングの同時計測が可能な電磁石１０２と磁気光学顕微鏡を組み合わせた測定系の模式的構成は、図１８に示すように表される。
【００６６】
局所応力印加時の磁区動作現象を調査するために、図１８のような局所応力制御システムと磁気光学顕微鏡測定系を構築した。測定系は、ハロゲンタングステンランプ光源（ｈν）、永久磁石（図示省略）、偏光子１１０、長焦点対物レンズ(CFI LU Plan EPI ELWD ×50, Nikon Instruments Inc.) （図示省略）、検光子１０６、電荷結合素子カメラ(Charge Coupled Device: CCD)(C10600 ORCA-R2, Hamamatsu Photonics K. K.)１０８、局所応力制御システムにより構成される。局所応力制御システムは、タングステン針４０と、タングステン針４０に接続された微小力センサ４２と、タングステン針４０と微小力センサ４２を搭載するピエゾ昇降ステージ４４を備える。
【００６７】
直線偏光を試料（応力センサ６０）へファラデー配置で入射し、試料からの透過光を検光子１０６を通してＣＣＤカメラ１０８により検出した。同測定系のステージ位置での永久磁石による磁場強度は市販のＧａＡｓホール素子により補正を行っている。微小力センサ４２とピエゾ昇降ステージ(荷重分解能２０μＮ、Ｎａｎｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃo., Ｌｔｄ.)を利用し、試料へのタングステン針４０(先端曲率半径５μｍ, ＥＳＳＴｅｃｈ Ｉｎｃ.)の接触荷重を制御すると同時に、試料の磁気光学顕微鏡像の観察が可能である。
【００６８】
この実験では、タングステン針４０は像を覆わないよう試料法線方向に４５°傾斜させて配置した。尚、以下、タングステン針４０を用いて応力を印加した結果を示してあるが、タングステンは非磁性金属であるため、同現象は針の帯磁等による磁気的相互作用によるものではない。また、木製爪楊枝を用いて応力を印加した場合も同様の現象が発生するため、帯電等による静電的相互作用によるものでもない。よって、同現象は、純粋に応力のみによって発生する現象である。
【００６９】
（局所応力によるバブル磁区発生）
実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体１０において、熱処理温度１２００℃の熱処理試料の飽和磁場印加時(Ｈex＝Ｈs＝５６０（Ｏｅ）:図３対応の磁気光学顕微鏡像では紙面上向き)における模式的断面構造（磁気光学顕微鏡像は図３（ａ）に対応）は、図１９（ａ）に示すように表され、タングステン針４０によって磁性体１０に局所応力を印加することによって、応力誘導異方性磁場ＨAを発生させた磁性体１０の模式的断面構造（磁気光学顕微鏡像は図３（ｂ）に対応）は、図１９（ｂ）に示すように表され、タングステン針４０をリリースした後、応力誘導異方性磁場ＨAにより反転した磁化方向が保存された（不揮発性）状態の磁性体１０の模式的断面構造（磁気光学顕微鏡像は図３（ｃ）に対応）は、図１９（ｃ）に示すように表される。図１９（ａ）〜図１９（ｃ）に示すように、タングステン針４０の接触前は単一磁区状態であったが、局所応力を印加することでバブル磁区が生成されていることがわかる。この現象については以下のように説明できる。
【００７０】
タングステン針４０で磁性体１０を押すことによって局所応力が発生する。
【００７１】
応力センサ６０の磁性体１０面内方向に圧縮応力が働く。定量的な応力の値については、ヘルツ接触理論、もしくは一般的なＣＡＥ(Computer Aided Engineering)解析により、応力・方向を計算できる。
【００７２】
応力センサ６０の磁性体１０面直方向(図３対応の磁気光学顕微鏡像では紙面下向き)に応力誘導異方性磁場ＨAが発生する。
【００７３】
ここで、応力誘導異方性磁場ＨAは、一般的に、（１）式で表される。
【００７４】
ＨA ∝ −σλ                                                    （１）
ここで、σは面内応力 (正:引張応力、負:圧縮応力)を表し、λは磁歪定数を表す。
【００７５】
さらに詳細には、応力誘導異方性磁場ＨAは、（２）式で表される。
【００７６】
ＨA＝[２Ｋ1−２σ（λ100＋λ111）]／２Ｍ                         （２）
ここで、Ｋ1は立方晶異方性定数、λ100＋λ111は磁歪定数、Ｍは飽和磁化を表す。（２）式において、σと（λ100＋λ111）は負であるため応力誘導異方性磁場ＨAは負である。（λ100＋λ111）が負であることは磁歪測定により確認した。したがって、負の応力誘導異方性磁場ＨAによりバブル磁区が発生する。
【００７７】
尚、上記は局所応力印加時にバブル磁区を生成し、タングステン針４０をリリースしてもバブル磁区を保つ、という不揮発性を有する。さらに、外部磁場Ｈexを増加すると、局所応力印加時のみバブル磁区を生成し、タングステン針４０をリリースすると飽和状態へ戻る、という揮発性を持たせることもできる。
【００７８】
（局所応力によるストライプ磁区の切断）
実施の形態に係る応力センサの実験例であって、熱処理温度１２００℃の熱処理試料の外部磁場Ｈexを印加しない状態(Ｈex＝０（Ｏｅ）)の磁性体１０の磁気光学顕微鏡像（タングステン針接触前）は、図２０（ａ）に示すように表され、タングステン針４０によって磁性体１０に局所応力（７．７９ｍＮ）を印加した状態の磁気光学顕微鏡像は、図２０（ｂ）に示すように表され、図２０（ａ）と図２０（ｂ）の差分像は、図２０（ｃ）に示すように表される。図２０（ｃ）において、Ｂは、白地（磁区の磁化方向が紙面上向き）から、黒地（磁区の磁化方向が紙面下向き）に変化している部分を示す。一方、図２０（ｃ）において、Ｒは、黒地（磁区の磁化方向が紙面下向き）から、白地（磁区の磁化方向が紙面上向き）に変化している部分を示す。
【００７９】
図２０（ａ）〜図２０（ｃ）に示すように、外部磁場印加無しでは、局所応力を印加することでストライプ磁区が切断されていることがわかる。この現象については以下のように説明できる。
【００８０】
タングステン針４０で磁性体１０を押すことによって局所応力が発生する。
【００８１】
磁性体１０の面内方向に圧縮応力が働く。
【００８２】
磁性体１０の面直方向(像では紙面下向き)に応力誘導異方性磁場ＨAが発生する。
【００８３】
応力誘導異方性磁場ＨAが発生しているタングステン針４０の直下に磁化方向が紙面下向きのストライプ磁区が移動する。
【００８４】
紙面下向きのストライプ磁区同士が接近し、静磁エネルギーと磁壁エネルギーの総和を最小化するためのストライプ磁区が切断される。
【００８５】
（局所応力によるバブル磁区の変位）
一方、実施の形態に係る応力センサの実験例であって、熱処理温度１２００℃の熱処理試料の外部磁場Ｈexとしてバブル磁区発生磁場(Ｈex＝２８０（Ｏｅ）)を印加してバブル磁区を発生させた磁性体１０の磁気光学顕微鏡像（タングステン針接触前：図５（ａ）に対応）は、図２１（ａ）に示すように表され、タングステン針４０によって磁性体１０に局所応力（１．１５ｍＮ）を印加した状態の磁気光学顕微鏡像（図５（ｂ）に対応）は、図２１（ｂ）に示すように表され、図２１（ａ）と図２１（ｂ）の差分像（図５（ｃ）に対応）は、図２１（ｃ）に示すように表される。図５（ｃ）において説明したように、図２１（ｃ）において、ＲＢは磁気バブルＢＵＢの変位を表す。磁性体１０に局所応力（１．１５ｍＮ）を印加することで、磁気バブルＢＵＢの変位：Ｒ１→Ｂ１、Ｒ２→Ｂ２、Ｒ３→Ｂ３、Ｒ４→Ｂ４、Ｒ５→Ｂ５、Ｒ６→Ｂ６、Ｒ７→Ｂ７、Ｒ８→Ｂ８が観測されている。磁性体１０に磁気バブル発生磁場を印加し、かつ局所応力を印加することによって、応力分布による磁気バブルの変位を発生させ、複数の磁気センサ３０により応力分布の検出も可能である。
【００８６】
図２１（ａ）〜図２１（ｃ）に示すように、磁性体１０に局所応力を印加することでバブル磁区が変位していることがわかる。この現象については以下のように説明できる。
【００８７】
タングステン針４０で磁性体１０を押すことによって局所応力が発生する。
【００８８】
磁性体１０面内方向に圧縮応力が働く。
【００８９】
磁性体１０面直方向(像では紙面下向き)に応力誘導異方性磁場ＨAが発生する。
【００９０】
応力誘導異方性磁場ＨAが発生しているタングステン針４０の直下にバブル磁区が移動する。
【００９１】
応力分布による応力誘導異方性磁場ＨAの面内分布、及び、静磁エネルギーと磁壁エネルギーの総和を最小化するためのバブル磁区の再構成が発生し、バブル磁区が多体的に変位する。
【００９２】
（局所応力による磁区動作の外部磁場・局所応力依存性）
実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、磁気光学顕微鏡像の磁場依存性を磁化曲線（外部磁場Ｈexと磁化Ｍとの関係）と対応させて示した図であって、熱処理温度１２００℃の例（図１７（ｂ）に対応した図）は、図２２（ａ）に示すように表され、面直方向へ外部磁場Ｈexを印加し磁区構造を変化させながら、磁区動作としきい荷重の関係を調査した結果であって、外部磁場Ｈexとしきい力との関係を示す図は、図２２（ｂ）に示すように表される。図２２（ｂ）において、「Ｍｏｖｅ」とは、外部磁場Ｈexをかけた状態において、タングステン針４０の直下のストライプ形状の磁区若しくはバブル磁区が動き出すしきい力ｆを示す。また、図２２（ｂ）において、「Ｃｈｏｐ」とは、外部磁場Ｈexをかけた状態において、タングステン針４０の直下のストライプ形状の磁区が切れるしきい力ｆを示す。
【００９３】
図２２（ａ）および図２２（ｂ）に示すように、ストライプ磁区の動作・切断、バブル磁区の動作・生成といった現象を、外部磁場と局所応力により自在に制御可能であることがわかる。
【００９４】
図２３〜図３０に詳細な実験結果を示す。また、磁区動作の様子をわかりやすくするために、図３１〜図３８には磁区変位前後の重ね合わせ像を示す。さらに、図３９〜図４６には磁区変位前後の差分像を示す。
【００９５】
図２３〜図４６に示すように、ストライプ磁区の動作・切断、バブル磁区の動作・生成が外部磁場Ｈexと局所応力により自在に制御可能である。
【００９６】
（局所応力による磁区動作しきい荷重の外部磁場・熱処理温度(磁気異方性)依存性）
実施の形態に係る応力センサに適用される磁性体において、飽和磁場Ｈsと飽和磁場比Ｈs,⊥／Ｈs,||の熱処理温度依存性（図１６に対応する図）は、図４７（ａ）に示すように表され、外部磁場Ｈex（Ｏｅ）としきい力ｆ（ｍＮ）の熱処理温度依存性であって、熱処理温度の増加（磁気異方性の低減）により、磁区動作のしきい荷重が低減されている様子は、図４７（ｂ）に示すように表される。
【００９７】
これまでは磁区動作の結果については、１２００℃熱処理を実施した磁性体１０のみ示してきた。図４７（ａ）および図４７（ｂ）に熱処理温度、即ち、成長誘導磁気異方性の低減により磁気異方性を変化させた磁性体１０に対して磁区動作のしきい荷重を調査した結果を示す。図４７（ａ）および図４７（ｂ）に示すように、熱処理温度の増加、即ち、磁気異方性の低減により、磁区動作のしきい荷重が低減されていることがわかる。
【００９８】
以上の結果より、磁性体１０の磁気異方性・外部磁場Ｈexを制御することで、局所応力に対する磁区応答を制御することができることがわかる。
【００９９】
（局所磁場発生装置）
応力誘導磁区駆動現象を応用することで、局所磁場発生装置の作製が可能である。磁性体１０と磁石２０を組み合わせるのみの単純な構造で良い。
【０１００】
―磁性体材料の選択―
磁性体１０としては、磁気バブルが発生するものであれば、材料は問わない。例えば、磁性体１０としては、磁気バブル材料として古くから知られているガーネットＲＦｅ5Ｏ12、オルソフェライトＲＦｅＯ3、六方晶フェライトＡＦｅ12Ｏ19(Ｒは希土類元素、ＡはＢａ、Ｓｒ、Ｐｂ等)の他、強相関電子材料として知られているペロブスカイトマンガン酸化物ＲＲＭｎＯ3(Ｒは希土類元素またはアルカリ土類金属元素)や、スキルミオン材料として知られているらせん磁性体(ＭｎＳｉ、ＭｎＧｅ、Ｍｎ1-xＦｅxＧｅ、ＦｅＧｅ、Ｆｅ1-xＣｏxＳｉ、Ｃｕ2Ｏ、ＳｅＯ3)等が挙げられる。磁性体材料の選択により磁区幅、即ち、局所磁場の空間分解能を数ｎｍ−数１００μｍに変化させることができる。
【０１０１】
―磁石の選択―
磁石２０は面外方向へバブル発生磁場を印加するために用いるため、この目的が達せられるものであれば材料は問わない。永久磁石や電磁石、もしくは、電圧や電流で磁場方向を制御できるようなマルチフェロイック材料を用いても良い。強磁性体薄膜を用いて積層構造としても良い。磁石２０は、応力作用部４０Ｐに均一磁場を印加できるように配置する。
【０１０２】
局所磁場発生装置において、磁石２０の配置を説明する図であって、支持台７０上に磁性体１０を囲んで磁石２０を配置した構成例は、図４８（ａ）に示すように表され、磁性体１０上に磁石２０を配置した構成例は、図４８（ｂ）に示すように表される。
【０１０３】
外部磁場Ｈexの大きさは、磁性体１０上で飽和磁場Ｈs程度となるように調整する。また、印加外部磁場Ｈexの大きさによって局所磁場発生装置としての機能を変化させることができる点は、実施の形態に係る応力センサと同様である（図１〜図３参照）。印加外部磁場を飽和磁場より大きく設定した場合は、応力印加後に磁化方向が保存されない、即ち、応力のオン／オフにより局所磁場をオン／オフ制御することができる。すなわち、揮発性機能を持たせることができる。一方で、印加外部磁場Ｈexを飽和磁場Ｈsと同程度に設定した場合は、応力印加後に磁化方向が保存される、即ち、応力のオンにより局所磁場をオンにすることができる。すなわち、不揮発性機能を持たせることができる。
【０１０４】
（局所応力センサ）
応力誘導磁区駆動現象を応用することで、以下のような手順で局所応力センサの作製が可能である。上述のように、外部磁場Ｈex印加用の磁石２０の配置場所は問わない。
【０１０５】
―絶縁膜の製膜―
磁性体１０上へ絶縁膜を堆積した。磁性体が絶縁体である場合は絶縁膜は必須では無いが、例えば磁性体１０が伝導性を有する場合は絶縁膜を介することにより、磁性体１０と磁気センサ３０を近接させることができる。
【０１０６】
―磁気センサの作製―
磁気センサ３０としては例えばホール素子を用いることができる。以下、ホール素子を使用した場合について記載するが、他の磁気センサを用いた場合にも同様にして応力センサを構成することが可能であり、磁気センサ３０はホール素子に限定されるものではない。例えば、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ: tunnel Magneto-Resistance Effect）素子、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ:Giant Magneto Resistive effect）素子などを適用しても良い。
【０１０７】
磁気センサ３０に適用されるホール素子材料としては蒸着やスパッタ等の磁性体１０へのダメージ無く簡便に製膜でき、多結晶やアモルファス膜においても良好な特性が得られる材料を選択する。このような材料を適用すれば、磁気センサ３０を磁性体１０に積層化形成可能であるため、磁性体１０−磁気センサ３０間距離が離れることによって磁区からの磁束が減衰することなく、効率的に磁区からの磁束を検出することができる。簡便に蒸着にて作製可能な材料としては、例えば、ホール係数が高い半金属であるＢｉが挙げられる。
【０１０８】
磁気センサ３０としてホール素子を用いて構成した実施の形態に係る応力センサ６０において、磁気センサ出力と局所応力（もしくは応力誘導異方性磁場）との関係は、模式的に図４９に示すように表される。また、応力増加により磁気センサ有効領域直下に占める磁気バブルの面積が徐々に増加する様子を説明する模式図であって、図４９のＡ点に対応する磁気センサ３０の模式図は、図５０（ａ）に示すように表され、図４９のＢ点に対応する磁気バブルＢＢ１の模式図は、図５０（ｂ）に示すように表され、図４９のＣ点に対応する磁気バブルＢＢ２の模式図は、図５０（ｃ）に示すように表され、図４９のＤ点に対応する磁気バブルＢＢ３の模式図は、図５０（ｄ）に示すように表される。
【０１０９】
応力による磁気センサ３０へのダメージが懸念される場合は、例えば、応力を印加する面と対向する面に磁気センサ３０を作製しても良い。磁性体１０上へ一般的なフォトリソグラフィ法により、ホールクロスバーとパッド電極を形成した。ここで、ホールクロスバーと磁区幅の大小関係により次のような機能を付加することができる。すなわち、磁性体１０へ局所応力を印加する際、ある一定のしきい応力を与えると磁気バブルが発生するが、さらに応力を増加すると、磁気バブルの直径が大きくなるという現象を積極的に用いる。
【０１１０】
図４９および図５０（ａ）〜図５０（ｄ）に示すように、応力増加により磁気バブル直径が増加すると、磁気センサ有効領域直下に占める磁気バブルの面積が徐々に増加する。これに対応して磁気センサ出力が増加するため、より微小な応力の変化を検知することができる。また、磁性体表面上の任意の場所での局所応力を検知したい場合は、磁性体上に複数の磁気センサを集積しても良い。
【０１１１】
（応力分布センサ）
応力誘導磁区駆動現象を応用することで、応力分布センサの作製が可能である。図２０および図２１に示したように、磁気バブル発生磁場を印加した状態で応力を与えると、応力分布による応力誘導異方性磁場ＨAの面内分布、及び、静磁エネルギーと磁壁エネルギーの総和を最小化するためのバブル磁区の再構成が発生し、バブル磁区が多体的に変位する。これらのバブルの変位を、磁性体上に多数集積した磁気センサにより検出することで、応力分布を測定することができる。
【０１１２】
尚、応力を与える材料-応力を受ける材料(この場合は磁性体)間の応力は、材料の物性値(弾性定数やポアソン比、摩擦を考慮する必要がある場合は摩擦係数、等)により変化する。例えば、微小力センサの先端に針を持たせてピエゾ昇降ステージを用いて応力を制御しながら磁性体へ接触させて、印加応力と磁気センサ出力との関係をリファレンスデータとしてチェックする、さらには、それらの物性値を考慮して、ヘルツ接触理論による応力計算、もしくは、一般的なＣＡＥ解析を行って印加応力のシミュレーションをする、等を行うことでより高精度に実験的に２体間の応力の計測を行うことが可能となる。
【０１１３】
（ホール素子）
実施の形態に係る応力センサの磁気センサに適用可能なホール素子１の模式的平面パターン構成は、図５１に示すように表され、模式的鳥瞰構成は、図５２に示すように表される。
【０１１４】
また、ホール素子１の１つの素子部分の表面光学顕微鏡写真は、図５３に示すように表され、図５３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図５４に示すように表される。
【０１１５】
ホール素子１は、図５１〜図５４に示すように、磁性体１００上に配置され、クロスバー形状を有する電極層１４０と、電極層１４０のクロスバー部に接続されたパッド電極Ｐ1〜Ｐ4・１６０・１８０とを備える。
【０１１６】
ここで、クロスバー形状を有する電極層１４０は、、例えば、厚さ約１００ｎｍのＢｉ電極層で形成される。また、ビスマス電極層１４０の下地層として、下地金属層を配置すると、ビスマス電極層１４０のリフトオフ工程において、Ｂｉリフトオフの効果を改善可能である。下地金属層としては、例えば、厚さ約３ｎｍのＣｒ層を適用可能である。
【０１１７】
ホール素子１のホールクロスバー中央部分の表面ＳＥＭ写真とホールクロスバー中央部分の説明図は、図５５に示すように表される。ホール素子１において、クロスバー部の面積は、さまざまなサイズに形成可能である。クロスバー形状を有する電極層１４０のクロスバー部の寸法は、、Ｗ1＝Ｗ2＝数１０ｎｍ〜数１００μｍであっても良い。或いは、１００ｎｍ×１００ｎｍ以下であっても良い。すなわち、図５５に示すように、クロスバー形状を有する電極層１４０のクロスバー部の寸法は、Ｗ1×Ｗ2＝１００ｎｍ×１００ｎｍ以下、望ましくは、例えば、５０ｎｍ×５０ｎｍであっても良い。
【０１１８】
また、ホール素子１は、図５１〜図５４に示すように、磁性体１００と電極層１４０との間に配置された絶縁層１２０を備えていてもよい。ホール素子１は、絶縁層１２０を備えることによって、電極層１４０・パッド電極Ｐ1〜Ｐ4・１６０・１８０は、磁性体１００と一体化形成される。このように、磁性体１００と一体化形成されたホール素子１は、磁気センサを構成する。したがって、このように、磁性体１００と一体化形成された検出素子は、実施の形態に係る応力センサに適用可能な磁気センサと呼ぶことができる。
【０１１９】
ホール素子１を適用した磁気センサにおいて、磁性体１００は、例えば、Ｂｉ置換ガーネットで形成されていても良い。磁性体１００には、液相成長法により厚さ、約３００μｍの（１１１）（ＧａＧｄ）3（ＭｇＧａＺｒ）5Ｏ12基板上へ製膜された厚さ、約１００μｍのＢｉ置換ガーネットを用いていても良い。
【０１２０】
また、ホール素子１を適用した磁気センサにおいて、絶縁層１２０は、例えば、厚さ約３０ｎｍのＡｌ2Ｏ3で形成されていても良い。ここで、Ａｌ2Ｏ3は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって、形成可能である。
【０１２１】
また、ホール素子１を適用した磁気センサにおいて、パッド電極Ｐ1〜Ｐ4・１６０・１８０は、Ａｕ層を備えていても良い。さらに詳細には、パッド電極Ｐ1〜Ｐ4・１６０・１８０は、厚さ約５ｎｍのＣｒ層／厚さ約２００ｎｍのＡｕ層／厚さ約５ｎｍのＣｒ層の積層構造によって形成されていても良い。
【０１２２】
また、ホール素子１を適用した磁気センサは、図５４に示すように、デバイス表面を被覆するパッシベーション膜２００を備えていても良い。ここで、パッシベーション膜２００は、例えば、厚さ約３０ｎｍのＡｌ2Ｏ3で形成されていても良い。同様に、Ａｌ2Ｏ3は、例えばＡＬＤ法によって、形成可能である。ＡＬＤ−Ａｌ2Ｏ3層をパッシベーション膜２００として適用することによって、下地のクロスバー形状を有するビスマス電極層１４の酸化による劣化を防止することができる。
【０１２３】
また、ホール素子１を適用した磁気センサは、図５４に示すように、パッシベーション膜２００にパッド電極１６０・１８０への開口部１６０Ｈ・１８０Ｈを形成し（図５９（ｄ）参照）、この開口部１６０Ｈ・１８０Ｈにおいて、パッド電極１６０・１８０に対して、ボンディングワイヤ２２０1・２２０2接続しても良い。尚、図５４に示されるボンディングワイヤ２２０1・２２０2は、図５３では、図示を省略している。
【０１２４】
尚、ホール素子１を適用した磁気センサにおいては、磁性体１００と一体化形成されるパッド電極Ｐ1〜Ｐ4のパッド電極Ｐ4からＰ2方向に電流ＩOを導通し、磁性体１００からクロスバー部に印加される磁場（磁束密度）ＢOとすると、パッド電極Ｐ1・Ｐ4間には、積感度をＫH（Ｖ／（Ａ・Ｔ））とすると、次式で表される出力ホール電圧ＶH（μＶ）が発生する。
【０１２５】
ＶH＝ＫH×ＩC×ＢO                                               （３）
ここで、積感度ＫH（Ｖ／（Ａ・Ｔ））は、材料および幾何学的寸法によって決まる定数であり、例えば、４．４（Ｖ／（Ａ・Ｔ））である。
【０１２６】
ビスマス電極層１４０は典型的な金属の中で最大のホール係数を有し、蒸着等により作製可能であるため、ホール素子１においては、下地の材料に依らず高感度なホール素子の作製が可能である。
【０１２７】
ホール素子１を適用した磁気センサにおいては、ホール素子１のサイズを小さくすることにより、微小磁区の検出が可能となる。電極層１４０を構成するＢｉは半金属であるために、半導体ホール素子のように素子の微小化による表面空乏化の影響で特性劣化することがない。
【０１２８】
ホール素子１を適用した磁気センサにおいては、ホール素子１と磁性体１００の間に絶縁層１２０を介することで、磁性体１００の導電性に依らず、適用可能である。
【０１２９】
ホール素子１を適用した磁気センサにおいて、印加磁場Ｂにより駆動されるホールプローブ動作の説明であって、出力ホール電圧ＶH(μＶ)および出力磁場ＢOと、印加磁場Ｂとの関係は、図５６に示すように表される。ここで、印加磁場Ｂは、外部から印加される磁場であって、磁区動作のホールプローブとイメージングの同時計測が可能な電磁石と磁気光学顕微鏡を組み合わせた測定系により、電磁石から、ホール素子１を適用した磁気センサに供給される。
【０１３０】
また、ホール素子１を適用した磁気センサにおいて、ホールクロスバー中央部分直下にガーネット磁性体のバブルドメインＤＭ（−）が存在する例は、図５７（ａ）に示すように表され、ホールクロスバー中央部分直下にガーネット磁性体のバブルドメインＤＭ（＋）が存在する例は、図５７（ｂ）に示すように表される。ホールクロスバー中央部分直下にガーネット磁性体のバブルドメインＤＭ（−）が存在する例は、紙面上表面から裏面方向に出力磁場ＢOが発生する例に対応しており、図５６において太線矢印（出力磁場ＢOが正から負方向へ向かう）に対応している。一方、ホールクロスバー中央部分直下にガーネット磁性体のバブルドメインＤＭ（＋）が存在する例は、紙面上裏面から表面方向に出力磁場ＢOが発生する例に対応しており、図５６において細線矢印（出力磁場ＢOが負から正方向へ向かう）に対応している。
【０１３１】
ホール素子１を適用した磁気センサにおいては、図５６、図５７（ａ）および図５７（ｂ）に示すように、ガーネット磁性体１００の磁区動作により、出力ホール電圧ＶHのスイッチング動作を確認することができる。すなわち、ホール素子１直下を磁区が横切ることによる出力ホール電圧ＶHのスイッチング動作を確認することができる。
【０１３２】
磁区動作のホールプローブとイメージングの同時計測が可能な電磁石と磁気光学顕微鏡を組み合わせた測定系（図１８参照）により、電気的検出による磁区動作の定量評価、外部印加磁場応答の評価が可能である。
【０１３３】
ホール素子１を適用した磁気センサにおいては、図５６、図５７（ａ）および図５７（ｂ）に示すように、外部磁場駆動により、ガーネット磁性体１００の磁区動作検出可能である。
【０１３４】
また、ホール素子１を適用した磁気センサにおいて、磁性体１００の各部の寸法例（ドメイン幅ｄ、磁気記録媒体厚さｔ）は、図５８（ａ）に示すように表され、ドメイン幅ｄをパラメータとする磁性体１００に対する垂直方向の磁場ＢZ（ｍＴ）と高さＺとの関係を示す特性例は、図５８（ｂ）に示すように表される。図５８（ｂ）においては、磁気記録媒体厚さｔ＝１００ｎｍ一定としている。
【０１３５】
ここで、垂直方向の磁場ＢZは、ＭＺを飽和磁化、α＝２Ｚ／ｔ、β＝ｄ／ｔとすると、高さＺの関数として、次式で表される（W.Straus, JAP 42, 1251 (1971)）。
【０１３６】
ＢＺ＝ＭＺ[（α＋１）／｛（α＋１）2＋β2｝1/2−（α−１）／｛（α−１）2＋β2｝1/2]  （４）
ホール素子１を適用した磁気センサにおいては、高さＺの増加・ドメイン幅ｄの減少・磁性体厚さｔの減少と共に、磁場ＢZは減少する。
【０１３７】
すなわち、磁区から放出される磁場ＢZは、高さＺの増加に従って減少し、その傾向は、一般的にドメイン幅ｄ・磁気記録媒体厚さｔの減少に従い、顕著となる。
【０１３８】
実施の形態に係るホール素子１を適用した磁気センサにおいては、ホール素子１を磁区（ドメイン）に近接配置することが望ましい。
【０１３９】
（測定系）
ホール素子１を適用し、磁区動作のホールプローブとイメージングの同時計測が可能な電磁石と磁気光学顕微鏡を組み合わせた測定系の模式的構成は、図１８と同様に表される。磁区動作のイメージングの測定結果が、例えば、図５７（ａ）および図５７（ｂ）に示された写真である。
【０１４０】
（磁気センサの製造方法）
ホール素子１を適用した磁気センサの製造方法の説明図であって、磁性体１００上にアラインメント電極層１７０を形成後、絶縁層１２０を形成する工程を示す模式的断面構造は、図５９（ａ）に示すように表される。
【０１４１】
絶縁層１２０上にビスマス電極層１４０をパターン形成する工程を示す模式的断面構造は、図５９（ｂ）に示すように表される。
【０１４２】
ビスマス電極層１４０に接してパッド電極１６０・１８０をパターン形成した後、全面にパッシベーション膜２００を形成する工程を示す模式的断面構造は、図５９（ｃ）に示すように表される。
【０１４３】
パッド電極１６０・１８０に対するコンタクトホール１６０Ｈ・１８０Ｈを形成する工程を示す模式的断面構造は、図５９（ｄ）に示すように表される。
【０１４４】
ホール素子１を適用した磁気センサの製造方法は、磁性体１００上に絶縁層１２０を形成する工程と、絶縁層１２０上にビスマス電極層１４０をパターン形成する工程と、ビスマス電極層１４０上にパッド電極１６０・１８０をパターン形成する工程と、パッド電極１６０・１８０上にパッシベーション膜２００を形成する工程と、パッシベーション膜２００にパッド電極１６０・１８０に対する開口部１６０Ｈ・１８０Ｈを形成する工程と、開口部１６０Ｈ・１８０Ｈにボンディングワイヤ２２０1・２２０2を接続する工程とを有する。
【０１４５】
また、絶縁層１２０上にビスマス電極層１４０をパターン形成する工程は、磁性体１００上にレジスト層を形成する工程と、レジスト層上にビスマス電極層１４０を形成する工程と、レジスト層をリフトオフする工程とを有していても良い。
【０１４６】
また、磁性体１００上にレジスト層を形成する工程は複数層レジスト工程、例えば、磁性体１００上にＰＭＧＩを形成後、ＰＭＧＩ上にポジ型レジスト層（ＺＥＰ５２０）を形成する工程を有していても良い。
【０１４７】
以下、詳細にホール素子１を適用した磁気センサの製造方法を説明する。
【０１４８】
（ａ）まず、図５９（ａ）に示すように、第１のリソグラフィー工程により、磁性体１００上にアラインメント電極層１７０をパターン形成後、絶縁層１２０を形成する。
【０１４９】
（ａ−１）すなわち、磁性体１００上に例えば、Ｃｒ（５ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）／Ｃｒ（５ｎｍ）の積層からなるアラインメント電極層１７０を、電子ビーム蒸着法およびリフトオフにより、パターン形成する。
【０１５０】
（ａ−２）次に、ＡＬＤ法によって、Ａｌ2Ｏ3(膜厚３０ｎｍ、酸素供給源Ｈ2Ｏ、製膜温度約１００℃)からなる絶縁層１２０を形成する。
【０１５１】
（ｂ）次に、図５９（ｂ）に示すように、第２のリソグラフィー工程により、絶縁層１２０上にホールクロスバーをパターン形成する
（ｂ−１）すなわち、絶縁層１２０上に、Ｃｒ（３ｎｍ）層を、電子ビーム蒸着法により、パターン形成する。
【０１５２】
（ｂ−２）次に、厚さ、約１００ｎｍのビスマス電極層１４０を抵抗加熱蒸着法およびリフトオフ法により、パターン形成する。
【０１５３】
（ｃ）次に、図５９（ｃ）に示すように、第３のリソグラフィー工程により、ビスマス電極層１４０に接して、絶縁層１２０上にパッド電極１６０・１８０をパターン形成する。
【０１５４】
（ｃ−１）すなわち、ビスマス電極層１４０に接して、絶縁層１２０上に例えば、Ｃｒ（５ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）／Ｃｒ（５ｎｍ）の積層からなるパッド電極１６０・１８０を、電子ビーム蒸着法およびリフトオフにより、パターン形成する。
【０１５５】
（ｃ−２）次に、ＡＬＤ法によって、Ａｌ2Ｏ3(膜厚３０ｎｍ、酸素供給源Ｈ2Ｏ、製膜温度約１００℃)からなるパッシベーション膜２００を形成する。
【０１５６】
（ｄ）次に、図５９（ｄ）に示すように、第４のリソグラフィー工程により、パッド電極１６０・１８０に対して、コンタクトホールをパターン形成する。
【０１５７】
（ｄ−１）すなわち、Ａｌ2Ｏ3からなるパッシベーション膜２００を希リン酸Ｈ3ＰＯ4（リン酸：純水＝１：４、約６０℃）によりエッチングする。
【０１５８】
(ｄ−２)さらに、Ｃｒ層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法（Ｃｌ2／Ｏ2＝２／２ｓｃｃｍ，圧力０．２Ｐａ、パワー１００Ｗ）により、エッチングする。
【０１５９】
以上説明したように、本発明によれば、簡便な構造で局所応力の検出が可能で、かつ単一磁区の応力応答現象を利用し、局所磁場の高空間分解能を得ることができる応力センサを提供することができる。
【０１６０】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１６１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明の応力センサは、機械的力の検出に関連する技術分野に適用可能であり、歪センサ・圧力センサ等に適用可能である。
【符号の説明】
【０１６３】
１…ホール素子
１０、１００…磁性体
２０…磁石（磁性体薄膜）
３０、３０1、３０2、３０3、３０11、３０12、…、３０1n、…３０m1、３０m2、…、３０mn…磁気センサ(ＭＳ11、ＭＳ12、…、ＭＳ1n、…ＭＳm1、ＭＳm2、…、ＭＳmn)
４０…タングステン針
４０Ｐ…応力作用部
４２…微小力センサ
４４…ピエゾ昇降ステージ
５０…絶縁層
５２…保護膜
６０…応力センサ
１０６…検光子
１０８…ＣＣＤカメラ
１１０…偏光子
１２０…絶縁層
１４０…（ビスマス）電極層
１６０、１８０、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4…ホールプローブパッド電極
１６０Ｈ、１８０Ｈ…コンタクトホール（開口部）
１７０…アラインメント電極層
２００…パッシベーション膜
２２０1、２２０2…ボンディングワイヤ
Ｈex…外部磁場
ＨA…飽和磁場
Ｍ…磁化
Ｍs…飽和磁化
ＢＵＢ…磁気バブル
ＤＭ、ＤＭ（＋）、ＤＭ（−）…ドメイン
Ｂ…印加磁場
ＢO…出力磁場
ｆ…しきい力
【図１】
2015014489.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015014489.tif 000012
【図１１】
2015014489.tif 000013
【図１２】
2015014489.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015014489.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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