(57)【要約】【課題】光と磁気とを個別に検出可能な光磁気検出デバイスを提供すること。【解決手段】ナノグラニュラ膜においては、磁界強度に応じて抵抗変化を起こす（磁気抵抗変化：特性曲線Ｍ）と共に、光照射の有無により抵抗変化を起こす（光抵抗変化：特性曲線Ｏ）。このような特性を用いることにより、例えば、抵抗値のレベルにより、光を検出したのか、あるいは磁気を検出したのかを判定することが可能である。すなわち、このナノグラニュラ膜を用いることにより、光と磁気とを個別に検出することができる。【選択図】図３
2008205020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に設けられ、非磁性材料中にナノ磁性粒子が分散されてなるナノグラニュラ膜と、を具備し、前記ナノグラニュラ膜は、磁界が印加されることにより抵抗変化を起こすと共に、光が照射されることにより抵抗変化を起こすことを特徴とする光磁気検出デバイス。
【請求項２】
前記非磁性材料が光を透過する材料で構成され、前記ナノグラニュラ膜の内部に光を入射可能とすることを特徴とする請求項１記載の光磁気検出デバイス。
【請求項３】
前記基板がその主面に対して所定の角度を持つ傾斜面を有し、前記ナノグラニュラ膜が前記傾斜面上に形成されており、前記基板の主面に対して略直交する方向に光が照射されると共に、磁界が印加されることを特徴とする請求項１記載の光磁気検出デバイス。
【請求項４】
前記ナノグラニュラ膜に対する光の照射方向と磁界の印加方向とが略直交することを特徴とする請求項１記載の光磁気検出デバイス。
【請求項５】
請求項１記載の光磁気検出デバイスを複数有し、前記光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つが前記ナノグラニュラ膜に対する光の入射を阻害する遮光層を備え、この光磁気検出デバイスが前記遮光層を備えない前記光磁気検出デバイスとブリッジを構成し、光の照射による抵抗変化成分を検出することを特徴とする光磁気検出装置。
【請求項６】
請求項１記載の光磁気検出デバイスを複数有し、前記光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つが前記ナノグラニュラ膜に対する磁界による抵抗変化を小さくする磁場シールド層を備え、この光磁気検出デバイスが前記磁場シールド層を備えない前記光磁気検出デバイスとブリッジを構成し、磁界の印加による抵抗変化成分を検出することを特徴とする光磁気検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の光磁気検出デバイスを複数有し、前記光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つが前記ナノグラニュラ膜に磁界を集中させる構造を備え、この光磁気検出デバイスが前記構造を備えない前記光磁気検出デバイスとブリッジを構成し、磁界の印加による抵抗変化成分を検出することを特徴とする光磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光と磁気とを個別に検出可能な光磁気検出デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant  Magnetoresistance）効果を利用した磁気抵抗効果素子が開発されており、このような磁気抵抗効果素子は、高密度磁気記録装置における再生用磁気ヘッドに採用されている。また、近年、このようなＧＭＲ素子に代わるスピン依存トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling  Magnetoresistance）効果を利用した磁気抵抗効果素子開発されている。このＴＭＲ素子は、磁化方向の固定された磁性層（ピン層）と磁化方向が自由な磁性層（フリー層）との間に絶縁層を挟んだ構造となっており、電圧を磁気感知膜面(磁性層)に垂直に印加した場合、２つの磁性層の磁化方向のなす角により電子が絶縁膜をトンネリングする確率が変化し、その変化がＴＭＲ素子の抵抗変化として現れる。このような磁気抵抗効果素子は、次世代の再生用磁気ヘッドとして期待されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２３７６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような磁気抵抗効果素子は、磁界を印加することにより抵抗変化を起こすものであり、磁気を検出するデバイスに主に適用されている。一方、このような磁気抵抗効果素子を用いて光照射により抵抗変化を起こさせて光を検出するデバイスとして用いることは行われていなかった。
【０００４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、光と磁気とを個別に検出可能な光磁気検出デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光磁気検出デバイスは、基板と、この基板上に設けられ、非磁性材料中にナノ磁性粒子が分散されてなるナノグラニュラ膜と、を具備し、前記ナノグラニュラ膜は、磁界が印加されることにより抵抗変化を起こすと共に、光が照射されることにより抵抗変化を起こすことを特徴とする。
【０００６】
本発明の光磁気検出デバイスにおいては、前記非磁性材料が光を透過する材料で構成され、前記ナノグラニュラ膜の内部に光を入射可能とすることが好ましい。
【０００７】
本発明の光磁気検出デバイスにおいては、前記基板がその主面に対して所定の角度を持つ傾斜面を有し、前記ナノグラニュラ膜が前記傾斜面上に形成されており、前記基板の主面に対して略直交する方向に光が照射されると共に、磁界が印加されることが好ましい。
【０００８】
本発明の光磁気検出デバイスにおいては、前記ナノグラニュラ膜に対する光の照射方向と磁界の印加方向とが略直交することが好ましい。
【０００９】
本発明の光磁気検出装置は、上記光磁気検出デバイスを複数有し、前記光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つが前記ナノグラニュラ膜に対する光の入射を阻害する遮光層を備え、この光磁気検出デバイスが前記遮光層を備えない前記光磁気検出デバイスとブリッジを構成し、光の照射による抵抗変化成分を検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明の光磁気検出装置は、上記光磁気検出デバイスを複数有し、前記光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つが前記ナノグラニュラ膜に対する磁界による抵抗変化を小さくする磁場シールド層を備え、この光磁気検出デバイスが前記磁場シールド層を備えない前記光磁気検出デバイスとブリッジを構成し、磁界の印加による抵抗変化成分を検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の光磁気検出装置は、上記光磁気検出デバイスを複数有し、前記光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つが前記ナノグラニュラ膜に磁界を集中させる構造を備え、この光磁気検出デバイスが前記構造を備えない前記光磁気検出デバイスとブリッジを構成し、磁界の印加による抵抗変化成分を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光磁気検出デバイスによれば、基板と、この基板上に設けられ、非磁性材料中にナノ磁性粒子が分散されてなるナノグラニュラ膜と、を具備し、前記ナノグラニュラ膜は、磁界が印加されることにより抵抗変化を起こすと共に、光が照射されることにより抵抗変化を起こすので、光と磁気とを個別に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る光磁気検出デバイスは、図１に示すように、非磁性材料１中にナノ磁性粒子２が分散されてなるナノグラニュラ膜を有する。このようなナノグラニュラ膜においては、ナノ磁性粒子で構成されているので、トンネル接合（非磁性材料１とナノ磁性粒子２とによる接合）のサイズがナノレベルまで減少されており、接合に付随する静電容量Ｃが極めて小さくなり、接合に電子１個分の電荷が帯電したとする時に生じる単一電子帯電エネルギーＥｃ＝ｅ2／（２Ｃ）が低温で無視できなくなる。すなわちＥｃ が熱エネルギーより充分に大きくなるような低温においては、電子のトンネリングが抑制されるクーロンブロッケードという現象が現れる。このクーロンブロッケード現象によりＴＭＲ効果が増大する。したがって、図１に示すようにナノグラニュラ膜に外部磁界Ｈが印加されることにより、ナノ磁性粒子２のスピンの方向が外部磁場に揃い、ナノ磁性粒子２間の高次トンネリングにより電子が伝導し、その結果抵抗変化が起こる。
【００１４】
このナノグラニュラ膜は、所定の波長の光を照射することによっても抵抗変化が生じる。図２は磁界強度と抵抗との間の関係を示す図であり、図２（ａ）は光照射のない場合を示し、図２（ｂ）は光照射した場合を示す。図２（ａ），（ｂ）から分かるように、光照射を行うことにより、抵抗変化（図２（ｂ）におけるＸ部）が生じる。このようにナノグラニュラ膜に光を照射することにより抵抗変化が生じるのは、１）光照射により非磁性材料１が励起して電子を伝導させること、及び、２）光照射によりナノ磁性粒子２のキャリアが散乱して抵抗値が増加すること、などによるものと考えられる。なお、光の波長については、前記１）、２）が起こるために十分な波長であれば良く、非磁性材料やナノ磁性粒子の材料に応じて適宜設定することができる。
【００１５】
このようなナノグラニュラ膜においては、図３に示すように、磁界強度に応じて抵抗変化を起こす（磁気抵抗変化：特性曲線Ｍ）と共に、光照射の有無により抵抗変化を起こす（光抵抗変化：特性曲線Ｏ）。このような特性を用いることにより、例えば、図４に示すような判定を行うことができる。すなわち、抵抗値がレベル１の場合には、光及び磁気を検出した状態であり、抵抗値がレベル２の場合には、磁気のみを検出した状態であり、抵抗値がレベル３の場合には、光のみを検出した状態であり、抵抗値がレベル４の場合には、光及び磁気をいずれも検出しない状態である。このように、このナノグラニュラ膜を用いることにより、光と磁気とを個別に検出することができる。
【００１６】
ナノグラニュラ膜の非磁性材料としては、Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔなどの非磁性金属や、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯなどの絶縁性酸化物、ＭｇＦ2，ＡｌＦ3などの絶縁性フッ化物を挙げることができる。また、ナノグラニュラ磁性粒子としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，ＦｅＣｏ，ＦｅＮｉ、ＦｅＡｌＳｉ，Ｆｅ3Ｏ4，フェライト，ホイスラー合金などの磁性粒子が挙げられる。なお、光検出するために好ましい材料としては、光を透過する絶縁酸化物、フッ化物である。これにより、ナノグラニュラ膜の内部に光を入射可能とすることができる。
【００１７】
次に、このようなナノグラニュラ膜を用いた光磁気検出デバイスの例について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る光磁気検出デバイスの一例を示す図である。図５に示す光磁気検出デバイスは、基板がその主面に対して所定の角度を持つ傾斜面を有し、ナノグラニュラ膜が傾斜面上に形成されており、基板の主面に対して略直交する方向に光が照射されると共に、磁界が印加される構成を有する。
【００１８】
すなわち、基板１１には、厚さが異なる領域があり、この領域間に傾斜面１１ａが設けられている。この傾斜面１１ａを含む領域上にナノグラニュラ膜１２が形成されている。このナノグラニュラ膜１２の両端部には、引き出し電極として、それぞれ非磁性金属膜１３が形成されている。さらに、ナノグラニュラ膜１２及び非磁性金属膜１３上には、保護膜１４が形成されている。基板１１の材料としては、Ｓｉなどを用いることができ、非磁性金属膜１３の材料としては、Ａｌ，Ｃｕなどを用いることができ、保護膜１４の材料としては、ＡｌＯ，ＳｉＯ、ＳｉＮなどを用いることができる。
【００１９】
このような光磁気検出デバイスにおいては、基板１１の傾斜面１１ａ上にナノグラニュラ膜１２が形成されているので、光に最も感度のある方向は矢印Ａの方向であり、ナノ磁性粒子が磁化される方向は矢印Ｂの方向である。このため、光照射方向と磁界印加方向を同じにしても（ここでは、基板１１の主面に対して略直交する方向）、光及び磁気のいずれも検出することが可能となる。すなわち、図５に示すデバイスは、光と磁気とを同軸で検知可能なデバイスである。
【００２０】
図５に示す光磁気デバイスを製造する場合、まず、シリコン基板の（００１）面に対してＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いて異方性エッチングを行う。これにより、シリコン基板に傾斜面を形成することができる。次いで、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁膜を形成した後に、傾斜面を含む領域にリフトオフ法によりナノグラニュラ膜を形成する。すなわち、ナノグラニュラ膜を形成する以外の領域にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、ナノグラニュラ膜をスパッタリングなどにより成膜し、その後、形成したレジストごとナノグラニュラ膜を除去して、所望の場所にナノグラニュラ膜を形成する。次いでスパッタリング法などを用いて軟磁性膜を成膜して、フォトリソグラフィ及びエッチングにより傾斜面を含む領域に軟磁性膜を形成する。次いで、シリコン基板上にＡｌ2Ｏ3などの保護膜をリフトオフ法により形成する。最後に、軟磁性膜と電気的に接続する電極（非磁性膜）（図示せず）を、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成する。
【００２１】
図６は、本発明の実施の形態に係る光磁気検出デバイスの他の例を示す図である。図６に示す光磁気検出デバイスは、ナノグラニュラ膜に対する光の照射方向と磁界の印加方向とが略直交する態様である。すなわち、基板２１上にナノグラニュラ膜２２が形成されており、ナノグラニュラ膜２２の両側に、引き出し電極として、それぞれ非磁性金属膜２３が形成されており、さらに、ナノグラニュラ膜２２上には、保護膜２４が形成されている。基板２１、非磁性金属膜２３、保護膜２４の材料としては、上記と同じ材料を用いることができる。図６に示すデバイスは、基板面に直交方向に光を検出し、基板面に平行方向に磁気を検出するデバイスである。
【００２２】
このような光磁気検出デバイスにおいては、光に最も感度のある方向は矢印Ａの方向であり、ナノ磁性粒子が磁化される方向は矢印Ｂの方向である。このため、光照射方向と磁界印加方向とが略直交することになる。この場合においても光及び磁気のいずれも検出することが可能となる。
【００２３】
図６に示す光磁気デバイスを製造する場合、まず、シリコン基板上にスパッタリングなどによりナノグラニュラ膜を成膜する。次いで、ナノグラニュラ膜上にスパッタリングなどにより保護膜を成膜する。次いで、保護膜上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィによりナノグラニュラ膜及び保護膜を残存させる領域以外のレジスト膜を除去し、レジスト膜をマスクとしてナノグラニュラ膜及び保護膜をミリング処理して、ナノグラニュラ膜及び保護膜の積層体を形成する。その後、加工に使用したレジスト膜を残した状態で、軟磁性膜を形成し、リフトオフする。これにより、ナノグラニュラ膜の両端に軟磁性膜を形成する。
【００２４】
本発明において、磁性体と、ナノグラニュラ膜とを有する光磁気検出デバイスの構成については、種々変更して実施することができる。例えば、図７（ａ）に示すように、平面視において、ナノグラニュラ膜３１の両側に、ナノグラニュラ膜３１に向けて幅が狭くなるテーパ面３２ａを有する軟磁性体３２を配置する構成にすることにより、ナノグラニュラ膜３１に対して磁界を集中させる構造とすることができる。また、図７（ｂ）に示すように、平面視において、ナノグラニュラ膜３１の両側に非磁性体３３を配置する構成にすることにより、ナノグラニュラ膜３１に対して磁界を集中させない構造とすることができる。これらの構成を用いて光磁気検出装置を実現することができる。すなわち、基体上に複数の光磁気検出デバイスを搭載し、光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つを、図７（ａ）に示すような磁界を集中させる構造とし、光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つを、図７（ｂ）に示すような磁界を集中させない構造とし、図７（ａ）に示す磁界集中構造と図７（ｂ）に示す磁界集中構造でない構造とでブリッジを構成する。この構成において、磁界集中構造で磁界による抵抗変化を増幅し、ブリッジにより磁界の印加による抵抗変化成分を検出する。
【００２５】
また、図７（ｃ）に示すように、断面視において、ナノグラニュラ膜４１の両側に非磁性体４２を配置し、ナノグラニュラ膜４１の上方に遮光膜４３を配置する構成にすることにより、ナノグラニュラ膜４１に対する光の入射を阻害する構造とすることができる。この構成を用いて光磁気検出装置を実現することができる。すなわち、基体上に複数の光磁気検出デバイスを搭載し、光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つを、図７（ｃ）に示すように、光の入射を阻害する構造とし、光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つを、光の入射を阻害しない構造とし、図７（ｃ）に示す光入射阻害構造と光入射阻害構造でない構造とでブリッジを構成する。この構成において、光の照射による抵抗変化成分を検出する。
【００２６】
また、図７（ｄ）に示すように、平面視において、ナノグラニュラ膜５１の両側に非磁性体５２を配置し、ナノグラニュラ膜５１及び非磁性体５２を囲む磁場シールド５３を配置する構成にすることにより、ナノグラニュラ膜５１の磁界による抵抗変化を小さくする構造とすることができる。この構成を用いて光磁気検出装置を実現することができる。すなわち、基体上に複数の光磁気検出デバイスを搭載し、光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つを、図７（ｄ）に示すように、抵抗変化を小さくする構造とし、光磁気検出デバイスのうち少なくとも一つを、抵抗変化を小さくしない構造とし、図７（ｄ）に示す低抵抗変化構造と低抵抗変化構造でない構造とでブリッジを構成する。この構成において、磁界の印加による抵抗変化成分を検出する。
【００２７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。また、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、部材の数、材質、処理部、処理手順については適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る光磁気検出デバイスは、光と磁気で操作可能な複合型のスイッチ、センサ、エンコーダ、入力デバイスなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る光磁気検出デバイスにおけるナノグラニュラ膜を示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、磁気強度と抵抗との間の関係を示す図である。
【図３】本発明に係る光磁気検出デバイスにおける光抵抗変化と磁気抵抗変化を示す図である。
【図４】本発明に係る光磁気検出デバイスにおける光検出及び磁気検出を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光磁気検出デバイスの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る光磁気検出デバイスの他の例を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る光磁気検出デバイスの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  非磁性材料
２  ナノ磁性粒子
１１，２１  基板
１１ａ  傾斜面
１２，２２，３１，４１，５１  ナノグラニュラ膜
１３，２３  非磁性金属膜
１４，２４  保護膜
３２  軟磁性体
３３，４２，５２  非磁性体
４３  遮光膜
５３  磁場シールド
【図１】
2008205020.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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