アモルファス軟磁性薄膜のストレスインピーダンス効果を利用した簡易圧力測定装置

Simple Device to Measure Pressure Using the Stress Impedance Effect of Amorphous Soft Magnetic Thin Film.

• Joerg Froemel
• Satoru Akita
• Shuji Tanaka

抄録

ここでは、典型的な微細加工技術を用いて、応力-インピーダンス（SI）効果を利用した簡単なマイクロマシン加工圧力センサを作製した。圧力を感知するために、FeSiBの1μmの薄膜軟磁性金属膜をスパッタリングし、振動板として使用した。その電気的応答（インピーダンス変化）を5～500MHzの周波数帯域で圧力下で測定した。軟磁性金属のインピーダンスを他の寄生元素から分離するために、一括素子等価電気回路を用いた。その結果、インピーダンスの変化は印加圧力に明らかに依存することがわかった。また、インピーダンスの変化は、SI効果の理論に従って、相対透磁率の変化で説明できることを示した。ダイアフラムの半径方向の応力と比透磁率は直線的な関係を示した。測定周波数200MHzでは、ゲージファクター385.7で最大のセンサ応答が得られた。これは、従来のセンサと同じオーダーであった。提案したデバイスは非常にシンプルであるため、安価な圧力センサとしての応用が期待できる。

A simple micro-machined pressure sensor, based on the stress-impedance (SI) effect, was fabricated herein using typical micro-fabrication technologies. To sense pressure, a 1-µm thin, soft magnetic metallic film of FeSiB was sputtered and used as a diaphragm. Its electrical response (impedance change) was measured under pressure in a frequency band from 5 to 500 MHz. A lumped-element equivalent electric circuit was used to separate the impedance of the soft magnetic metal from other parasitic elements. The impedance change clearly depended on the applied pressure. It was also shown that the impedance change could be explained by a change in relative permeability, according to the theory of the SI effect. The radial stress in the diaphragm and the relative permeability exhibited a linear relationship. At a measurement frequency of 200 MHz, the largest sensor response, with a gauge factor of 385.7, was found. It was in the same order as the conventional sensors. As the proposed device is very simple, it has the potential for application as a cheap pressure sensor.