KR101233662B1 - 유연 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
자성다층 박막을 유연성을 갖는 필름에 증착 및 패터닝 하여 형성된 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 유연 기판, 상기 유연 기판상에 마련된 전극층, 상기 유연 기판과 전극층상에 형성된 자기 센서층 및 상기 자성층의 일부 및 자기 센서층의 전부를 덮는 보호층을 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법을 이용하는 것에 의해, 자기 센서의 제작시 보호층의 두께를 감소시킬 수 있으므로, 센서의 감도를 증가시킬 수 있다.
상기와 같은 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법을 이용하는 것에 의해, 자기 센서의 제작시 보호층의 두께를 감소시킬 수 있으므로, 센서의 감도를 증가시킬 수 있다.
Description
본 발명은 박막 자기저항 센서를 유연 기판상에 형성하는 기술에 관한 것으로, 특히 자성다층 박막을 유연성을 갖는 필름에 증착 및 패터닝 하여 형성된 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
또, 본 발명에서 사용하는 용어 '유연 박막 자기저항 센서'는 박막 자기저항 센서가 유연(柔軟)한 기판상에 형성된 것을 의미한다.
일반적으로 자기 저항이란 자성체에 자기장을 걸어주면 변화하는 전기 저항 또는 전기 비저항을 지칭한다. 이러한 자기 저항은 종류에 따라 비등방성 자기저항, 거대 자기저항, 터널링 자기저항, 초거대 자기저항으로 나뉘는데 모두 이론과 원리에서 차이를 보인다. 자기저항 재료는 나노 두께의 자성체 박막으로 제조되고, 나노 크기의 형상에서도 자기저항 특성이 유지되므로 초소형의 저전력형 자기장 센서의 제작이 가능하다. 또한 자기장의 세기에 따른 전기저항 변화 특성으로부터 출력을 전압신호로 전환이 가능하므로 초미세자기장의 검출이 가능할 뿐만 아니라 저항변화를 이용하므로 교류 주파수 특성이 우수하여 직류 및 교류의 광대역 자기장 센서로 응용이 가능하다. 따라서 자기저항 현상은 하드디스크의 헤드, 자기장 센서, 바이오센서, 방향센서, 비파괴 검사용 저주파수 와전류 센서, 고속 자기저항 메모리소자(Magnetoresistance RAM) 등에 사용된다.
자기저항 재료의 자기장의 세기에 따른 저항변화(△R)의 정도를 자기저항비(MR(%))로 지칭하며, 백분율(%)로 MR(%)=△R/Rx100으로 표현한다.
비등방성 자기저항은 단일 자성층에서 나타나는 현상으로 전류의 방향과 자화(magnetization) 방향의 사이 각에 의존하는 특성이 있으며 상온에서 자기저항비가 약 2~5% 정도이다.
강자성-금속-강자성 구조를 갖는 거대 자기저항은 두 개 강자성층의 자화방향의 사이 각에 의존하며 전류의 방향과는 무관한 특성을 보인다. 즉 전류는 두 강자성층의 자화방향에 의존하는 스핀 산란에 의하여 저항 변화를 일으키며, 두 강자성층의 자화 방향이 평행일 때, 저항이 가장 작고 두 강자성층의 자화 방향이 반평형일때 저항이 최대가 된다. 이러한 거대 자기저항의 경우 자기저항비가 약 10~50% 정도를 갖는다.
강자성-절연체-강자성 구조를 갖는 터널링 자기저항 역시 두 개 강자성층의 자화방향의 사이 각에 의존하며 전류의 방향과는 무관한 특성을 보인다. 즉 두 강자성체 사이의 절연체를 터널링 하여 흐르는 전류는 두 강자성층의 자화방향에 의존하는 스핀 산란에 의하여 저항 변화를 일으키며, 두 강자성층의 자화방향이 평행일 때 저항이 가장 작고 두 강자성층의 자화방향이 반 평형일 때 저항이 최대가 된다. 이러한 터널링 자기 저항의 경우 자기저항비가 500% 이상인 재료가 이미 개발되었으며, 초거대 자기저항은 1000% 이상의 자기저항비를 기대하고 있다.
자기 센서로 자기저항 재료를 이용할 경우 출력신호는 자기저항비에 비례한다. 따라서 자기장의 세기에 따른 출력특성을 증가시켜 민감도를 향상시키기 위해서는 자기저항비가 크고, 자기장의 세기에 따른 출력신호의 선형성이 확보되어야한다. 그러나 거대 자기저항재료나 터널링 자기저항 재료는 자기저항비가 커서 출력신호 특성을 증대시키는 이점이 있으나, 선형성이 나쁜 단점이 있다.
따라서 이들 거대 자기저항재료나 터널링 자기저항 재료는 우수한 신호특성을 이용하여 선형성의 보장이 필요없는 하드디스크의 신호를 검출하는 헤드 또는 저기저항 메모리소자에 이용되고 있다. 그러나 거대 자기저항 재료나 터널링 자기저항 재료를 자기센서로 이용할 경우 선형성이 확보되는 영역이 정해진 자기장 영역에 걸쳐서 분포하므로 외부에서 정해진 자기장을 인가한 상태에서 출력 신호의 오프셋(offset) 전압을 제거해 주어야하므로, 자기센서의 구조가 복잡하고 이들 부가장치에 의하여 민감도가 나빠지는 단점이 있다.
한편, 비등방성 자기저항 재료는 거대 자기저항 재료나 터널링 자기저항 재료에 비하여 자기저항비는 적지만, 자기장의 세기에 따른 출력신호의 선형성이 우수하다. 또한 자기센서의 출력신호특성이 전류의 방향과 자화의 방향에 의존하는 자기저항 특성의 원리를 바탕으로 자기센서의 형상 구조의 변경에 의하여 전류의 방향을 조절하는 것이 가능하고, 따라서 형상구조의 변경 및 재료의 자기저항비 특성 개선을 통하여 자기센서의 출력신호 특성을 증대시켜 자기장을 측정하는 척도인 민감도를 향상시키는 것이 원리적으로 가능하다.
이러한 비등방성 자기저항의 원리를 이용하여 자기장을 감지하는 자기센서는 일반적으로, 이방성 자기저항(AMR; anisotropic magneto-resistance) 센서와 평면홀 효과를 이용한 평면 홀저항(PHR; planar hall resistance) 센서로 분류된다. 이방성 자기저항 센서에서는 전압 측정 방향과 흐르는 전류의 방향은 서로 평행이 되어 자기장에 의해 야기되는 자기저항 자체에 의한 전압을 측정하며, 평면 홀저항 센서에서는 전압 측정 방향과 흐르는 전류의 방향이 서로 수직이 된다. 즉, 흐르는 계측용 전류가 외부 자기장에 의해 영향받은 평면홀 효과에 의해 발생한 전압을 이용하여 자기 저항을 측정한다.
이방성 자기저항 또는 평면 홀 특성만을 이용한 자기센서는 단일 강자성 박막층을 이용하고 있으며, 이러한 자기센서는 외부에서 강한 자기장이 인가될 경우 자기저항의 이력 특성에 의하여 출력신호의 반전을 야기할 수 있으며, 이러한 특성을 보완하기 위하여 초기 구동시 자성 박막층에 강한 자기장을 인가하여 자구들(magnetic domain)을 한쪽 방향으로 정렬하여 출력신호를 안정화시키는 구동장치가 추가되고 있다.
또한 단일 강자성층을 이용할 경우 측정할 수 있는 자기장의 범위가 자성층의 이방성 자기장의 세기로 제한되므로, 예를 들어 NiFe 박막을 사용할 경우 측정 범위가 약 5Oe의 자기장 범위로 국한된다. 따라서 그 이상 (NiFe의 경우 H > 5 Oe)의 자기장 하에서 변화되는 미소 자기장은 측정이 불가능하다. 따라서 휴대폰에 지구자기장을 측정하기 위하여 NiFe 단일층을 사용한 이방성 자기저항 센서를 사용할 경우, 휴대폰의 내부 회로에서 발생되는 5~10Oe의 기기 내부 자기장 때문에 지구자기장의 측정이 불가능하게 된다.
이방성 자기저항 센서는 센서의 저항이 작아지면 신호의 특성이 감소하므로, 마이크로 크기의 자기 비트를 측정하기 위하여 센서의 크기를 축소할 경우, 신호가 감소하는 단점이 있어 마이크로 자기 비드 측정용 바이오센서로 이용하는 것은 한계가 있다. 따라서 출력신호가 센서의 크기에 무관한 평면 홀 특성을 이용한 자기센서가 마이크로 자기 비드 측정용 바이오센서로 이용되고 있다.
이방성 자기저항 또는 평면 홀 특성은 전류의 방향과 자구의 방향에 의존하므로 자기센서의 형상변경으로 두 가지 특성 모두를 조절하는 것이 가능하며, 이방성 자기저항 또는 평면 홀 특성 모두를 이용한 자기센서는 출력 신호 특성의 개선이 가능하므로, 마이크로 자기 비드 측정용 바이오센서의 비드 검출 능력을 향상시킬 수 있으며, 강자성층에 교환 결합력을 결부시킬 경우 자기장 측정 범위의 조절이 가능하고, 자기이력 특성의 제거가 가능하므로 초소형 및 저전력형의 자기센서로 제작되어 휴대폰 또는 전자기기에서 사용되는 자기센서 또는 방향센서로 이용될 수 있다.
하기 특허문헌 1-4에는 상술한 바와 같은 자기센서의 제조 방법 등에 대해 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 자기 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, Si기판 또는 유리 기판을 이용하여 센서를 제작한다. 즉, Si기판 또는 유리 기판상에 자기센서와 전극을 올리고 보호층을 입히는 공정으로 자기센서를 제작한다,
도 1에 도시된 센서는 Si기판 또는 유리 기판(10) 상에 자기센서(11)를 형성한 다음, Si기판 또는 유리 기판(10)과 자기센서(11) 상에 전극층(12)을 형성한다. 그 후 자기 센서(11) 및 전극층(12)의 일부를 보호하기 위한 보호층(13)을 형성한다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 자기센서는 센서의 전극이 200㎚ 정도이기 때문에 전극으로 인한 단차가 발생하여 불가피하게 보호층을 두께가 커지게 된다는 문제점이 있었다.
또, 상기와 같이 제작된 자기 센서는 유연성이 없으므로, 적용 분야가 한정되었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 이방성 자기저항 특성과 평면 홀저항 특성을 모두 구비하며, 유연성을 갖는 유연 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자기저항 센서의 두께를 줄여 센서의 감도를 증가시키는 유연 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서는 유연 기판, 상기 유연 기판상에 마련된 전극층, 상기 유연 기판과 전극층상에 형성된 자기 센서층 및 상기 자성층의 일부 및 자기 센서층의 전부를 덮는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서에 있어서, 상기 유연 기판은 필름 형상으로 이루어진 PC(polycarbonate) 기판, PET(polyethylene terephthalate) 기판, PES(polyethersulfone) 기판, PI(Polyimide) 기판, PEN(Polyethylene Naphthalate) 기판, AryLite 기판 또는 COC(환상 올레핀·코폴리마) 기판 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서에 있어서, 상기 자기 센서층은 폐 루프(closed loop) 형상의 자성층이고, 상기 전극층은 서로 대향하여 상기 폐 루프와 접하며, 전류가 입/출력되는 한 쌍의 전류단자 및 서로 대향하여 상기 폐 루프와 접하며, 출력전압을 검출하는 한 쌍의 전압단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서에 있어서, 상기 자기 센서층은 상기 폐 루프 내부에, 상기 폐 루프와 동일 형상으로 형성되고, 상기 폐 루프와 일정 거리 이격되며, 상기 폐 루프의 형상의 자성층과 동일한 물질로 이루어진 제2 자성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서에 있어서, 상기 자기 센서층은 다각형 구조, 원형 구조 또는 십자형 구조의 자성층인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서에 있어서, 상기 유연 박막 자기저항 센서는 자기장 센서, 바이오 센서, 투자율 센서, 비파괴 검사용 와전류 센서, 자기장 이미징 센서 또는 NMR(nuclear magnetic resonance)센서인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법은 유연 기판을 마련하는 단계, 상기 유연 기판상에 전극층을 형성하는 단계, 상기 유연 기판과 전극층 상에 자기 센서층을 형성하는 단계 및 상기 전극층의 일부 및 자기 센서층의 전부를 덮는 보호층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전극층은 상기 유연 기판을 부분적으로 압축하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법에 있어서, 상기 자기 센서층은 상기 유연 기판과 전극층의 동일 평면상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법에 있어서, 상기 유연 기판은 필름 형상으로 이루어진 PC(polycarbonate) 기판, PET(polyethylene terephthalate) 기판, PES(polyethersulfone) 기판, PI(Polyimide) 기판, PEN(Polyethylene Naphthalate) 기판, AryLite 기판 또는 COC(환상 올레핀·코폴리마) 기판 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법에 있어서, 상기 자기 센서층은 반강자성 층(AM layer)-강자성 층(FM layer)의 자성다층 박막으로 DC 마그네트론 스퍼터에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법에 의하면, 센서를 유연한 기판상에 형성할 수 있으므로, 예를 들어 곡면으로 이루어진 피측정물에도 용이하게 적용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법에 의하면, 자기 센서의 제작시 보호층의 두께를 감소시킬 수 있으므로, 센서의 감도를 증가시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법에 의하면, 센서가 형성된 기판이 유연성을 가지므로, 기존의 측정물에 용이하게 장착할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 종래의 자기센서의 제작 과정을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서의 다른 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서의 작동 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 자기센서의 제조 과정을 설명하기 위한 도면,
도 6은 유연 기판으로서 PEN 필름을 이용한 자기 이력 곡선 및 자기저항 변화를 나타내는 도면,
도 7은 도 6의 PEN 필름을 이용한 자성 다층박막의 표면 거칠기를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따라 유연 기판상에 제조된 유연 바이오칩 센서를 나타내는 사진,
도 9는 PEN 필름에 PHR센서 제작 및 신호특성결과를 나타내는 도면,
도 10은 PEN 센서의 외부 스트레스에 의한 신호 변화를 나타내는 도면,
도 11은 종래의 Si기판과 본 발명의 PEN 기판에 자성박막을 증착 후 표면 거칠기 조사 결과를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서의 다른 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서의 작동 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 자기센서의 제조 과정을 설명하기 위한 도면,
도 6은 유연 기판으로서 PEN 필름을 이용한 자기 이력 곡선 및 자기저항 변화를 나타내는 도면,
도 7은 도 6의 PEN 필름을 이용한 자성 다층박막의 표면 거칠기를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따라 유연 기판상에 제조된 유연 바이오칩 센서를 나타내는 사진,
도 9는 PEN 필름에 PHR센서 제작 및 신호특성결과를 나타내는 도면,
도 10은 PEN 센서의 외부 스트레스에 의한 신호 변화를 나타내는 도면,
도 11은 종래의 Si기판과 본 발명의 PEN 기판에 자성박막을 증착 후 표면 거칠기 조사 결과를 나타내는 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
먼저 본 발명이 적용되는 자기센서의 구조에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 자기센서는 자기장의 세기에 따른 이방성 자기저항(AMR) 특성 및 평면 홀저항(PHR) 특성을 모두 이용함에 따라, 고감도로 민감하게 자기장의 크기 및 변화를 감지할 수 있으며, 동일한 구조로 평면 홀저항 특성만을 이용한 평면 홀저항 센서의 특성 또는 이방성 자기저항 특성만을 이용한 이방성 자기저항센서의 특성을 모두 가질 수 있는 효과가 있다
본 발명에 따른 자기센서는 폐 루프 형상의 자성층과 4개의 단자로 이루어진 간단한 구조를 가지므로 그 제조가 용이하고 대량 생산이 가능하며, 반도체 공정에서 통상적으로 사용하는 리소그라피(lithography)와 박막 증착 기법을 이용하여 미소 폐 루프의 패턴 제조가 가능하므로 초소형화가 가능하며, 저항특성을 이용하므로, 타 소자 또는 회로와의 집적화가 용이하다.
또한, 본 발명에 적용되는 폐 루프 형상의 자성층은 폐 루프의 r/w(루프의 중심반경(r:radius)과 루프의 폭(w :width)의 비(r/w ratio)가 증가할수록 원주 방향의 형상이방성 자기장이 증가하게 되어 이력 특성 증가 및 민감도를 감소시키는 역할을 하지만 폐 루프의 형상 패턴 시, 내부 또는 외부에 동일한 자성층을 위치하여 이들 내부 또는 외부 자성층에서 유기되는 자기장과 폐 루프의 자성층과의 상호작용에 의하여 폐 루프의 자화 특성을 안정화시켜 폐 루프의 형상 이방성에 기인하는 이력 특성 및 민감도 특성을 향상시킨다.
또한 상기 설명에서는 링형 폐 루프의 자성층을 형성하여 이방성 자기저항과 평면홀 자기저항의 현상을 결합한 구조로 설명하였지만, 본 발명에 따른 유연 기판 자기저항 센서는 상술한 바와 같은 링형 외에 사각형 구조, 원형, 십자형 등으로 형성하여 거대자기저항 현상 등 여타의 현상도 구현이 가능하다
다음에 상기와 같이 본 발명에 적용되는 자기 센서의 구조의 일 예를 도 2 내지 도 4에 따라 설명한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 자기센서의 일 예를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 자기센서의 다른 예를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명에 적용되는 자기센서의 작동 예를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 자기센서는 폐 루프(closed loop) 형상의 자성층(110), 전류 입/출력을 위한 한 쌍의 전류단자(121 및 122) 및 센서의 출력 전압을 측정하기 위한 한 쌍의 전압단자(131 및 132)를 포함한다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 폐 루프와 분리된 내부(210) 또는 외부의 자성층(211~214)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 폐 루프의 자성층(110)은 일정한 폭(도 4의 w)을 갖는 띠의 양 단이 연결된 폐 루프 형상인 특징이 있으며, 원형 폐 루프(도 2(a)), 타원형 폐 루프(도 2(b) 또는 다각형 폐 루프(도 2(c))로 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 예로 적용되는 자기센서는 상기 폐 루프 형상의 자성층, 폐 루프의 입력단자 및 출력단자와 분리된 폐 루프의 내부 또는 외부의 자성층, 한 쌍의 전류단자 및 한 쌍의 전압단자를 포함하며, 자기장의 세기 변화에 따라 변화되는 저항인 자성층(110)의 이방성 자기저항(AMR)과 평면 홀저항(PHR)이 모두 센서의 출력 신호(한 쌍의 전압단자를 통해 측정되는 전압)에 기여하는 특징이 있다.
바람직하게, 상기 자성층(110)은 도 3에 도시한 바와 같이 원형 폐 루프이다. 상기 원형 폐 루프 형상을 갖는 자기센서는 자성층(110)을 구성하는 강자성층에 교환 결합력을 부여하여 출력전압의 이력 특성이 제거되고, 자기장에 대한 출력전압의 선형성이 우수하며, 교환 결합력의 세기를 조정하여 mT에서 pT까지의 광범위한 영역의 자기장 검출이 가능한 장점이 있다. 또한, 상기 원형 폐 루프의 자성층(110)은 리소그라피를 이용한 패턴 형성이 용이하여 나노 또는 마이크로 오더(order) 크기의 초소형 센서의 제작이 가능한 장점이 있다.
상술한 바와 같은 원형 폐 루프의 자성층(110)의 구조적인 특징에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 예로서 적용되는 원형 폐 루프 형상의 자성층(110)은 중심 반경(R)과 일정한 폭(w)을 갖는 띠의 양 단이 연결된 폐 루프 형상인 특징이 있으며, 이방성 자기저항(AMR)과 평면 홀저항(PHR)이 모두 센서의 출력 신호(한 쌍의 전압단자를 통해 측정되는 전압)에 기여하기 위해, r/w의 범위는 0.5 이상인 특징이 있으며, 실질적으로 0.5 내지 10000이다. 이때 원형 폐 루프의 r/w가 증가하면 자성층의 형상에 기인하는 원주 방향의 형상이방성인자(demagnetization factor)가 증가하게 되어 자기장의 세기에 따른 자구(domain)가 형성되며, 형성된 자구의 이동에 따른 이력 특성을 야기하는 원인이 된다. 이 경우 폐 루프 내부(210) 및/또는 외부(211~214)에 폐 루프와 동일한 물질의 자성층을 폐 루프(및 한 쌍의 전압단자와 한 쌍의 전류단자)와 분리되게 위치하여 이들 폐 루프와 분리된 내부 또는 외부 자성층에서 유기되는 자기장과 폐 루프의 자성층과의 상호작용에 의하여 폐 루프의 형상 이방성 인자를 감소시켜 폐 루프의 자구 형성을 제거하고 자화의 회전을 통하여 출력신호에 기여하게 함으로써 출력특성을 안정화시키고, 이력 특성 및 민감도 특성을 향상시키는 특징이 있다.
상기 폐 루프(110) 내부에 상기 폐 루프와 일정거리 이격되어 구비되는 자성층(제2 자성층, 210)은 폐 루프(110)와 동심구조를 가지며, 폐 루프와 유사한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 폐 루프(110) 내부에 구비되는 자성층(제2 자성층, 210)은 폐 루프의 형상에 대응하여 원형, 타원형 또는 다각형상을 가지며, 상기 폐 루프와 일정 거리 이격되며 동일 형상을 갖는다.
상기 폐 루프(110) 외부에 상기 폐 루프, 상기 한 쌍의 전압단자 및 상기 한 쌍의 전류단자와 일정거리 이격되어 구비되는 자성층(제3 자성층, 211~214) 각각은 상하 및 좌우 대칭인 구조인 것이 바람직하며, 상기 폐 루프, 상기 한 쌍의 전압단자 및 상기 한 쌍의 전류단자와의 이격을 위한 공극을 고려하지 않을 경우, 전체적인 형상이 정사각형(도 3(b)) 또는 원형(도 3(c))을 갖는 것이 바람직하다.
폐 루프의 형상 이방성 인자를 감소시켜 폐 루프의 자구 형성을 제거하고 자화의 회전을 통하여 출력신호에 기여하게 함으로써 출력특성을 안정화시키고, 이력특성 및 민감도 특성을 향상시키기 위해, 상기 폐 루프 내부에 구비되는 자성층(210)과 상기 폐 루프와의 이격 거리 및 상기 폐 루프 외부에 구비되는 자성층(211~214)과 상기 폐 루프, 상기 한 쌍의 전압단자 및 상기 한 쌍의 전류단자와의 이격 거리는 50 ㎚ 내지 0.5 ㎜인 것이 바람직하다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서는 원형 폐 루프인 자성층(110)에 직류, 교류 또는 펄스형 전류(Iin)를 입력하고 전류이동 경로를 제공하는 한 쌍의 전류단자(121 및 122)를 포함하며, 자기장 변화에 대한 센서의 출력 신호인 직류, 교류 또는 펄스형 출력 전압(Vout)을 측정하기 위한 한 쌍의 전압단자(131 및 132)를 포함하여 구성된다.
상기 한 쌍의 전류단자(121 및 122)는 상기 폐 루프인 자성층(110)과 접하며 두 전류단자(121 및 122)가 서로 대향하도록 구비되며, 상기 한 쌍의 전압단자(131 및 132) 또한 상기 폐 루프인 자성층(110)과 접하며 두 전압단자(131 및 132)가 서로 대향하도록 구비된다.
상세하게, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 전류단자(121 및 122) 및 상기 전압단자(131 및 132)는 각각 폐 루프(110)의 외주면과 접하는 경우 폐 루프를 형성하는 자성층의 AMR과 PHR 특성이 최적화되어 출력전압 특성이 최대가 되며, 폐 루프(110) 상/하부로 상기 전류단자(121 및 122) 또는 상기 전압단자(131 및 132)가 오버랩(overlap)되지 않는 구조인 것이 바람직하다.
즉, 상기 서로 대향하는 한 쌍의 전류단자(121 및 122)의 연장선과 상기 서로 대향하는 한 쌍의 전압단자(131 및 132)의 연장선이 서로 직교하여, 상기 폐 루프(110)의 외주면을 따라, 전류단자(121)-전압단자(131)-대향하는 전류단자(122)-대향하는 전압단자(132)로 교번되며, 상기 폐 루프(110)의 중심(도 3의 O)을 기준으로 각 단자가 90˚의 각도를 갖는 특징이 있다.
이때, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전류단자(121 및 122)는 외부의 전류소스(I)와 연결되어 상기 자성층(110)에 전류를 입력하고, 상기 전압단자(131 및 132)는 외부의 전압측정장치(V)와 연결되어 두 전압 단자 간의 전위차를 출력한다.
상술한 바와 같이, 상기 전류단자(121 및 122) 및 상기 전압단자(131 및 132) 각각의 일 단은 상기 자성층(110)과 접하며, 다른 단은 상기 전류소스(I) 또는 전압측정장치(V)와 연결되는데, 상기 전류단자(121 및 122) 및 상기 전압단자(131 및 132)는 외부 장치와 자성층(110)간의 저 임피던스 경로를 제공하여 외부 전류를 손실없이 인가하고 센서의 출력 신호를 손실없이 출력하기 위함이므로, 통상의 전극 또는 배선 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
접촉 저항 및 면 저항의 최소화 측면에서, 상기 전류단자(121 및 122) 및 상기 전압단자(131 및 132)는 비저항이 작은 비자성 금속 재료인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 예로서 적용되는 자기센서는 자성층의 이방성 자기저항 특성과 평면홀저항 특성을 모두 이용하여 자기장을 검출하는 특징이 있으며, 이에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 폐 루프(110)의 중심반경(도 4의 r)과 폐 루프(110)의 폭(도 4의 w)의 비를 제어하여 센서의 출력 신호에 기여하는 이방성 자기저항에 의한 전압과 평면 홀저항에 의한 전압의 상대적 비를 제어하는 것이다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이 자성층(110)이 큰 r/w를 갖는 경우, 센서의 출력 신호는 이방성 자기저항에 의한 전압 신호가 주가 되어, 이방성 자기저항 특성만을 이용한 자기저항센서와 유사한 센서 특성을 구비한다. 또 도 4에 도시한 바와 같이 자성층(110)이 작은 r/w를 갖는 경우, 센서의 출력은 평면 홀저항에 의한 전압이 주가 되어, 평면 홀저항 특성만을 이용한 홀 센서와 유사한 센서 특성을 구비하게 된다.
또, 본 발명에서 자기 센서의 출력 전압(Vout)은 이방성 자기저항에 의한 전압과 평면 홀저항에 의한 전압의 합이 된다. 본 발명에 따라 원형 폐 루프의 자성층(110)의 구조 및 각 단자 간 90˚의 각도를 갖는 구조에서, 상기 이방성 자기저항에 의한 최대전압(△V AMR )은 저항에 의존적이므로 r/w에 따라 달라지며, 상기 평면홀저항에 의한 전압(△V PHR )은 자성층(110)의 물질 특성에 의존적이므로 크기에 의존하지 않는다.
자기장센서, 바이오센서, 방향센서, 와전류 탐지센서 등과 같이 본 발명에 적용되는 자기 센서의 활용 분야를 고려하여 r/w, 자성층의 물질 및 적층 구조, 페 루프의 중심반경(R)이 결정될 수 있으며, 이때, 상기 폐 루프의 반경(R)은 나노미터 오더(order) 내지 밀리미터 오더(order)일 수 있으며, 그 크기에 의해 본 발명의 자기센서가 한정되는 것은 아니다.
자성층의 이방성 자기저항 특성과 평면 홀저항 특성을 모두 이용하여 자기장을 검출하는 본 발명의 자기센서에 있어, 자성층은 비등방성 자기저항의 변화가 큰 강자성 물질 및 이력 특성을 제거하기 위하여 교환결합력을 갖는 반강자성층 등을 포함하는 복합 박막 적층 구조를 모두 사용할 수 있다.
상세하게, 본 발명에 적용되는 자기센서에 구비되는 자성층은 강자성(ferromagnetic) 박막을 포함하며, 반강자성(antiferromagnetic) 박막, 절연체 박막, 비자성 박막 및 금속 박막에서 하나 이상 선택된 박막과 상기 강자성 박막이 적층된 다층박막으로, 자기장의 스윕(자기장 세기 sweep)시 저점 피크(peak)와 고점 피크(peak)를 갖는 출력 신호가 얻어지는 자성층이다.
일 예로, 상기 자성층은, 강자성 박막-반강자성 박막의 적층 박막 구조, 강자성 박막-금속 박막-반강자성 박막의 적층 박막 구조, 강자성 박막-금속 박막-강자성 박막의 적층 박막 구조, 강자성 박막(I)-절연체 박막-강자성 박막(II)의 적층 박막 구조, 또는 강자성 박막(I)-금속 박막-강자성 박막(II)-반강자성 박막의 적층 박막 구조를 하나 이상 포함하는 다층박막이며, 이력 특성을 나타내지 않는 자성층이다.
또 본 발명에 적용되는 자기센서에서, 상기 자성층(110)은 측정 대상 자기장의 범위(range)를 용이하게 제어할 수 있도록, 교환 결합력을 갖는 강자성 박막-반강자성 박막 구조의 적층 박막인 것이 바람직하며, 이때, 상기 강자성 박막의 두께에 따른 교환 결합력의 세기 이용하여 측정하고자 하는 자기장의 대역(range)이 조절되는 특징이 있다.
상기 강자성 박막은 강자성체, 산화물 자성체 또는 반금속(half-metal)의 박막이며, 상세하게, 강자성체로 Ni, Fe 및 Co에서 하나 이상 선택된 물질의 합금인 것이 바람직하며, 자기장에 의해 보다 큰 자기 저항 변화(
)를 보이는 NiFe 또는 NiCo 합금인 것이 보다 바람직하다.
강자성 재료의 자기저항 변화는 스핀-궤도 산란에 의한 영향(
)과, 분극률(
)에 비례한다(
). 따라서 분극율이 큰 재료를 강자성 박막으로 사용이 가능하며, 분극율이 100%인(
=0) 반금속(half-metal)을 강자성 박막으로 사용하는 것도 바람직하다. 또한 자기저항변화는 재료의 저항(
) 및 자기저항비에 비례하므로(
) 저항이 큰 산화물 자성재료를 사용하는 것도 바람직하다.
상기 반강자성 박막은 강자성 박막의 계면효과에 의하여 교환 결합력을 유발 시킨다. 이러한 반강자성 박막 재료로는 교환 결합력이 큰 Mn계 물질이 사용되고 있다. 상기 Mn계 반강자성 물질은 열적 안정성 및 저온 공정 측면에서 IrMn인 것이 바람직하며, 출력 신호특성을 향상시키는 측면에서는 산화물 재료로 절연체이면서 반강자성 특성을 갖는 전이금속산화물인 것이 바람직하며, 상기 전이금속산화물은 NiO 또는 FeO를 포함한다.
이때, 상기 적층 박막은, 기판과의 접합성, 자성층의 결정 방향 및 결정화를 촉진하기 위한 하나 이상의 언더레이어(underlayer)를 더 포함하는 할 수 있으며, 일 예로, 강자성 박막인 NiFe 및 반강자성 박막인 IrMn에 있어, 상기 언더레이어는 Ta인 것이 바람직하다.
또, 상기 자성층(110), 한 쌍의 전류단자(121 및 122) 및 한 쌍의 전압단자(131 및 132)는 물리적 지지를 위한 비전도성 기판상에 형성될 수 있으며, 상기 비전도성 기판은 자성을 갖지 않는 유연 기판을 포함한다.
상기 자성층(110)은 스퍼터링(sputtering), 분자빔증착(MBE), 유기금속화학증착법(MOCVD) 또는 전기도금 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 폐 루프(110), 상기 단자(121, 122, 131 및 132) 및 폐 루프의 내부 및 외부의 자성층(210, 211~214)은 각각 상기 기판에 감광물질을 도포하고 마스크(mask)를 이용하여 노광 및 현상하는 리소그라피를 통해 패터닝 하여 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자기센서 3개를 x, y, z의 3축 방향으로 배치하여 초소형 3축 자기장 센서에 이용할 수 있으며, x-y 평면에 본 발명의 자기센서 2개를 위치하여 x, y축 자기장을 측정하고, 반도체의 홀효과를 이용한 홀센서를 이용하여 x-y평면에 수직인 z-축 방향의 자기장을 측정하는 3축 자기장 센서에 이용할 경우 3축 자기장센서의 부피를 최소화할 수 있으며, 초소형/초저전력형의 3축 자기장 방향 센서를 요구하는 휴대폰 등 전자기기 또는 부품에 이용할 수 있다.
본 발명에 적용되는 자기센서는 초소형화가 가능하므로, 나노 또는 마이크로 오더(order) 크기의 자기 비드(bead)를 측정하는 바이오센서로 이용될 수 있다. 자기 비드는 초상자성(superparamagnetic) 재료를 사용하므로 매우 작은 스트레이 자기장이 외부 인가자기장의 세기에 따라서 증가한다. 따라서 외부 자기장을 인가하여 그때 유기되는 자기 비드의 미소 스트레이 자기장(stray field)을 측정한다. 이 경우 자기센서는 외부인가자기장에 의한 신호와 미소 스트레이 자기장에 의한 신호가 혼합되어 측정되므로, 미소 스트레이 자기장에 의한 영향만을 추출하는데 한계가 있다. 따라서 금속성 자성재료를 이용하는 본 발명에 적용되는 자기센서의 전류 구동 특성을 이용하여, 자기 비드의 측정 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, 폐 루프를 흐르는 직류 또는 교류의 구동전류는 폐 루프 주변에 직류 또는 교류 자기장을 형성하게 되고, 이 자기장은 폐 루프 근처에 위치한 자기 비드를 자화시켜 직류 및 교류 스트레이 자기장을 형성시키는 역할을 한다. 이때 구동전류의 세기는 스트레이 자기장의 세기뿐만 아니라 자기센서의 신호특성을 향상키는 효과가 있으며, 외부 자기장을 인가하지 않고 구동전류 자체 자기장을 이용하므로 자기비드의 미소 스트레이 자기장만을 검출할 수 있는 바이오센서를 가능하게 하는 장점이 있다.
본 발명에 적용되는 자기센서는 교류 구동 전류에 의한 자체 자기장을 이용하여 폐 루프 위에 위치한 자성 박막 또는 자성 재료의 주파수에 따른 투자율(permeability) 측정이 가능하다. 본 발명에 적용되는 자기센서는 자기저항 특성을 이용하며, 측정 주파수(f)의 범위는 직류(f=0)에서 자성층의 강자성 공명주파수 (f=GHz 대역)까지 가능하므로, 코일을 이용한 투자율 센서에 비하여 저주파수 특성이 우수한 광대역의 투자율 센서가 가능한 장점이 있다.
본 발명에 적용되는 자기센서는 초소형화 및 저주파수 특성이 우수하여 기존에 비파괴 검사에서 와전류 센서로 사용하고 있는 코일센서의 탐지 가능한 결함의 크기 및 저주파수 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 가스 파이프 라인과 같이 두꺼운 금속성 후막에서 후막 내부에 존재하는 미소한 마이크로 오더 크기의 결함을 탐지할 수 있는 비파괴 검사용 와전류 센서가 가능한 장점이 있다.
또 본 발명에 적용되는 자기센서는 민감도가 우수하여 중자장 핵자기 공명장치(NMR)의 공명신호 측정 센서로 이용이 가능하다. 기존의 고자장(H ~ T order) NMR 장치는 핵자기 공명주파수 수 100MHz 오더이므로 코일센서를 사용하고 있으며, 초저자장(H = μT order) NMR 장치는 공진 주파수가 낮고 신호가 작아서 fT의 분해능을 갖는 저주파수용 교류 SQUID장치를 이용하고 있다. 따라서 중자장(μT < H < T) NMR 장치에는 pT 범위의 광대역 자기장의 검출이 가능한 본 발명에 따른 자기센서의 이용이 가능하다.
또한 본 발명에 적용되는 자기센서는 어레이(array)로 센서들을 구성한 어레이형 바이오센서로 이용하여 자기 비드 탐지능력을 향상시킬 수 있으며, 이러한 어레이 센서는 2차원 또는 3차원 자기장 이미징 센서로도 이용이 가능하다.
다음에, 상술한 바와 같은 자기 센서의 제조 과정에 대해 도 5에 따라 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 자기센서의 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
NiFe/IrMn 또는 NiFe/Cu/IrMn 등 자성다층 박막을 유연 기판, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate) 필름에 증착 및 패터닝을 하여 유연성 있는 바이오칩 센서를 일 예로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저 유연 기판(20)을 마련한다. 이러한 유연 기판(20)은 전극층(21)이 형성될 때, 유연 기판(20) 자체가 압축될 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 유연 기판(20)은 용탕 압출 기술(Melt Extrusion Technology) 또는 용매 캐스팅 기술(Solvent Casting Technology)로 생성되며, 예를 들어 광학적, 기계적 특성이 우수한 PC(polycarbonate) 기판, 비교적 낮은 온도에서 용융성을 확보할 수 있는 PET(polyethylene terephthalate) 기판, PES(polyethersulfone) 기판, 내열성 및 내화학성이 강한 PI(Polyimide) 기판, 광학적 이방성을 갖는 PEN(Polyethylene Naphthalate) 기판, 이탈리아의 Ferrania Image System사가 개발한 광학 기판으로 우수한 열적, 광학적, 화학적 특성을 갖는 AryLite 기판 또는 COC(환상 올레핀·코폴리마) 기판을 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 유연 기판(20)은 자기센서의 적용 대상에 따라 상술한 바와 같은 기판 중의 어느 하나를 사용할 수 있다.
다음에 상술한 바와 같은 유연 기판(20)상에, 예를 들어 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같은 전류 입/출력을 위한 한 쌍의 전류단자(121 및 122) 및 센서의 출력 전압을 측정하기 위한 한 쌍의 전압단자(131 및 132)용 전극층(21)을 형성한다. 이때 전극층(21)은 유연 기판(20)을 부분적으로 압축하여 형성되어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극층(21)이 형성된 부분과 유연 기판(20)의 나머지 부분의 평면은 거의 동일 평면을 이루게 된다. 한편, 전극층(21)과 유연 기판(20)이 동일 평면을 이루도록 압축하는 조건은 유연 기판(20)의 재질 및 두께에 따라 변경 가능하므로 특별히 한정하지는 않는다.
다음에 상기 전극층(21)과 유연 기판(20)에 자기 센서층(22)를 형성한다.
그 후, 상기 자성층(21)의 일부 및 자기 센서층(22)의 전부를 덮는 보호층(23)을 형성한다.
따라서, 본 발명에 따른 자기 센서는 도 1과의 대비에서 알 수 있는 바와 같이, 보호층(23)의 두께가 감소되어 소형화를 달성할 수 있다.
즉, 유연 기판(20)을 이용한 공정은 먼저 센서의 전극을 나노임프린팅 기술로 전극 부분의 유연 기판(20)을 부분적으로 압축하여 전극층(21)을 제작한 후, 자기센서를 제작함으로써 보호층(23)의 두께를 줄일 수 있다. 이는 자기센서를 예를 들어 바이오센서로 이용할 때, 보호층(23)의 두께를 줄임으로써 센서의 감도를 많이 항상 시킬 수 있다.
즉, 반강자성 층(AM layer)-강자성 층(FM layer)의 자성다층 박막을 DC 마그네트론 스퍼터 시스템을 이용하여, 예를 들어 유연 기판(20)인 PEN 필름에 증착을 하고 패터닝을 하여 유연성 있는 바이오칩 센서를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 제조된 유연 박막 자기저항 센서의 특성 설명에서는 유연 기판(20)으로 PEN 필름을 적용한 경우를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저 본 발명에 따른 센서 성능 실험에 앞서 PEN 필름에 반강자성 층(AM layer), 강자성 층(FM layer)을 증착하여 자기적 특성 및 표면 거칠기를 측정하였다. 그 결과는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6은 유연 기판(20)으로서 PEN 필름을 이용한 자기 이력 곡선 및 자기저항 변화를 나타내는 도면이다.
도 6 (a)는 VSM(Virating Sample Magnetometer)을 이용하여 박막의 자화이력곡선을 나타낸 것이며, 도 6 (b)는 자기저항 변화를 나타낸다. 반강자성 층과 강자성 층 사이의 상호 작용은 자기 이력 현상의 중심을 H=0이 되도록 교환장(Hex, exchange bias field)만큼 옮긴다. PEN 필름을 이용하여 교환장(Hex)은 120Oe으로, 일반적인 실리콘 웨이퍼와 동일한 결과를 보여주고 있다. 또한 자기저항 측정 결과 0.55% 자기저항 변화값을 보이고 있다.
다음에 AFM(Atomic Force Microscope)를 이용하여 PEN 필름 위에 증착한 AM-FM 자성 박막의 표면 거칠기를 조사하였다. 그 결과는 도 7에 도시된 바와 같이, 표면 거칠기는 3.3㎚로 나타났다. 도 7은 도 6의 PEN 필름을 이용한 자성 다층박막의 표면 거칠기를 나타낸 도면이다.
도 7에서 측정한 박막을 이용하여 평면 홀 효과(PHR)센서를 도 8의 도면을 이용하여 크롬 마스크를 제작하고, 식각공정(photolithography)을 이용하여 센서를 제작하였다. 도 8은 본 발명에 따라 유연 기판상에 제조된 유연 바이오칩 센서를 나타내는 사진이다.
특히 센서의 전극은 도 9에 도시된 바와 같이, 기성품인 컨넥터에 삽입하여 사용할 수 있도록 제작하였으며, 이력현상(hysteresis)이 없는 신호를 측정하였다. 도 9는 PEN 필름에 PHR센서 제작 및 신호특성결과를 나타내는 도면이다.
유연성 있는 PEN 필름에 제작한 센서의 스트레스에 의한 신호 변화를 분석하기 위해 센서에 외부 스트레스를 인가하여 센서를 도 10과 같이 휜 후 신호측정을 하였다. 도 10은 PEN 센서의 외부 스트레스에 의한 신호 변화를 나타내는 도면이다.
센서를 20도, 45도로 휘었을 때, 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 약간의 신호변화를 보였으나(센서의 높이 면화에 때를 신호 변화로 예상), 이력 현상은 발생하지 않았으며, 외부스트레스(센서 휨)를 제거했을 때 센서의 신호가 다시 원점 되돌아오는 것을 관찰하였다.
다음에 자성박막을 Si기판, PEN기판에 증착한 후 AFM(atomic force microscope)를 이용하여 표면 거칠기를 관찰한 결과, Si 기판의 경우, 도 11 (a)에서 알 수 있는 바와 같이, RMS roughness 0.18~0.22㎚의 특성을 얻었으며, 본 발명에 따른 PEN 기판의 경우, 도 11(b)에 도시된 바와 같이, RMS roughness 3.3~4.5 ㎚의 특성을 얻었다. 도 11은 종래의 Si기판과 본 발명의 PEN 기판에 자성박막을 증착 후 표면 거칠기 조사 결과를 나타내는 도면이다.
또한 종래의 Si 기판과 본 발명의 PEN 기판의 자화이력 곡선을 비교, 즉 동일 시료를 VSM(Virating Sample Magnetometer)을 이용하여 박막의 자화이력 곡선을 측정 비교한 결과 거의 유사한 결과를 얻었으며 센서 특성 신호 역시 문제 없음을 알 수 있었다.
한편 상기 설명에서는 링형 폐 루프의 자성층을 형성하여 이방성 자기저항과 평면홀 자기저항의 현상을 결합한 구조로 설명하였지만, 본 발명에 따른 유연 기판 자기저항 센서에서 상술한 바와 같은 링형 외에, 자성층 형상을 거대 자기저항, 터널 자기저항, 초거대 자기저항의 현상에 대응하여 삼각형, 사각형 등의 다각형 구조, 원형 구조, 십자형 구조 등으로 형성하여도 상술한 바와 같은 동일한 기능을 달성할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 유연 박막 자기저항 센서 및 그 제조 방법은 자기장센서, 바이오센서, 투자율 센서, 비파괴 검사용 와전류센서, 자기장 이미징 센서 또는 NMR(nuclear magnetic resonance)센서에 적용된다.
20 : 유연 기판
21 : 전극층
22 : 자기 센서층
23 : 보호층
21 : 전극층
22 : 자기 센서층
23 : 보호층
Claims (10)
- 유연 기판,
상기 유연 기판상에 마련된 전극층,
상기 유연 기판과 전극층 상에 형성된 자기 센서층 및
상기 전극층의 일부 및 자기 센서층의 전부를 덮는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서. - 제1항에 있어서,
상기 유연 기판은 필름 형상으로 이루어진 PC(polycarbonate) 기판, PET(polyethylene terephthalate) 기판, PES(polyethersulfone) 기판, PI(Polyimide) 기판, PEN(Polyethylene Naphthalate) 기판, AryLite 기판 또는 COC(환상 올레핀·코폴리마) 기판 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서. - 제1항에 있어서,
상기 자기 센서층은 폐 루프(closed loop) 형상의 자성층이고,
상기 전극층은 서로 대향하여 상기 폐 루프와 접하며, 전류가 입/출력되는 한 쌍의 전류단자 및 서로 대향하여 상기 폐 루프와 접하며, 출력전압을 검출하는 한 쌍의 전압단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서. - 제3항에 있어서,
상기 자기 센서층은 상기 폐 루프 내부에, 상기 폐 루프와 동일 형상으로 형성되고, 상기 폐 루프와 일정 거리 이격되며, 상기 폐 루프의 형상의 자성층과 동일한 물질로 이루어진 제2 자성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서. - 제1항에 있어서,
상기 자기 센서층은 다각형 구조, 원형 구조 또는 십자형 구조의 자성층인 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서. - 제 1항에 있어서,
상기 유연 박막 자기저항 센서는 자기장 센서, 바이오 센서, 투자율 센서, 비파괴 검사용 와전류 센서, 자기장 이미징 센서 또는 NMR(nuclear magnetic resonance)센서인 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서. - 유연 기판을 마련하는 단계,
상기 유연 기판상에 전극층을 형성하는 단계,
상기 유연 기판과 전극층 상에 자기 센서층을 형성하는 단계 및
상기 전극층의 일부 및 자기 센서층의 전부를 덮는 보호층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전극층은 상기 유연 기판을 부분적으로 압축하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 자기 센서층은 상기 유연 기판과 전극층의 동일 평면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 유연 기판은 필름 형상으로 이루어진 PC(polycarbonate) 기판, PET(polyethylene terephthalate) 기판, PES(polyethersulfone) 기판, PI(Polyimide) 기판, PEN(Polyethylene Naphthalate) 기판, AryLite 기판 또는 COC(환상 올레핀·코폴리마) 기판 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 자기 센서층은 반강자성 층(AM layer)-강자성 층(FM layer)의 자성다층 박막으로 DC 마그네트론 스퍼터에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유연 박막 자기저항 센서의 제조방법.
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