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東芝、世界初のスピン型MEMSマイクロホン開発 「音」で検知するIoTセンサーに

6/20(火) 12:45配信

日刊工業新聞電子版

■感度100倍以上

 東芝は「スピントロニクス技術」を応用したMEMS(微小電気機械システム)マイクロホンを世界で初めて開発した。電子が持つ電荷とスピンの両方の性質を利用する同技術を使い、従来の半導体製ひずみ検知素子の100倍以上の感度を持つスピン型ひずみ検知素子を作り、搭載。人の耳には聞こえない超音波まで検出する。

 自動車や工作機械、インフラ設備などの不具合を「音」で検知するIoT向けセンサーとして実用化を目指す。超音波まで検出可能な小型のMEMSマイクロホンの実現は初めて。

 従来、ハードディスク駆動装置(HDD)の磁気ヘッドなどに使われてきた磁気トンネル接合(MTJ)素子をひずみ検知素子として応用する。外部からの音によって生じるMEMS構造体のひずみを、磁性体の磁化の向きの変化によって検知する。

 今回、MTJ素子の磁性体層に、磁気ひずみ効果の高い非晶質の鉄・ホウ素合金材料を採用した。これにより、単位ひずみ当たりの抵抗変化量(ひずみ検知感度)は5000と、既存の金属製のひずみ検知素子の2500倍に向上した。

 このスピン型ひずみ検知素子を約60個並べ、マイクロホンを試作した。成人が聞き取れる音域の限界(約13キロヘルツ)を超える100ヘルツ―約50キロヘルツの広い帯域の音を検出できることを確かめた。

 エンジンやモーターなどの車載機器や工場のラインなどが発する微小な稼働音を取得し、非接触で状態を常時監視したり、故障を素早く検知したりといった用途を見込む。音だけでなく、圧力や加速度などを測るセンサーも作れる。

 台湾で開かれているMEMS関連で、世界最大規模の国際会議「トランスデューサーズ」で19日に発表する。