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JP6939873B2 - Magnetic sensors, detectors and detection systems - Google Patents
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Description

本発明は、磁気センサ、検出装置及び検出システムに関する。 The present invention relates to magnetic sensors, detection devices and detection systems.

定量的なイムノアッセイ(免疫測定法)として、放射免疫測定法(RIA(radio immunoassay)、IRMA(immunoradiometric assay))が知られている。この方法においては、放射性核種によって、競合抗原又は抗体を標識し、比放射能の測定結果から抗原を定量的に測定することができる。イムノアッセイは、抗原等の標的物体を標識して間接的に測定を行う方法である。この方法は感度が高いことから、臨床診断において大きな貢献を果たしているが、放射性核種の安全性を確保する必要があり、専用の施設や装置が必要となるという欠点がある。そこで、より扱いやすい方法として、例えば、磁性ビーズ等を標識として用いるバイオセンサを用いる方法が提案されている(特許文献1〜4参照)。 Radioimmunoassay (RIA (radio immunoassay), IRMA (immunoradiometric assay)) is known as a quantitative immunoassay. In this method, a competing antigen or antibody can be labeled with a radionuclide, and the antigen can be quantitatively measured from the measurement result of specific activity. The immunoassay is a method of indirectly measuring by labeling a target object such as an antigen. Although this method makes a great contribution to clinical diagnosis due to its high sensitivity, it has the disadvantage that it is necessary to ensure the safety of radionuclides and it requires dedicated facilities and equipment. Therefore, as a method that is easier to handle, for example, a method using a biosensor that uses magnetic beads or the like as a label has been proposed (see Patent Documents 1 to 4).

従来のバイオセンサは、基板と、基板上に設けられているGMR素子等の磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子を被覆する保護膜とを備える。試料中の生体分子に親和性を有する磁性ビーズが、生体分子を介して保護層上に捕捉された後に磁界が印加されると、磁性ビーズから浮遊磁場が発生する。この浮遊磁場が磁気抵抗効果素子に入力されることで磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化し、その抵抗値変化に基づいて、生体分子を間接的に検出することができる。 A conventional biosensor includes a substrate, a magnetoresistive element such as a GMR element provided on the substrate, and a protective film that covers the magnetoresistive element. When a magnetic field is applied after the magnetic beads having an affinity for biomolecules in the sample are captured on the protective layer via the biomolecules, a floating magnetic field is generated from the magnetic beads. When this stray magnetic field is input to the magnetoresistive element, the resistance value of the magnetoresistive element changes, and the biomolecule can be indirectly detected based on the change in the resistance value.

特許第5161459号公報Japanese Patent No. 5161459 特許第6043395号公報Japanese Patent No. 6043395 特許第6101215号公報Japanese Patent No. 6101215 国際公開第2017/82227号パンフレットInternational Publication No. 2017/8227 Pamphlet

上記バイオセンサにおける磁気抵抗効果素子は、2つの強磁性膜で非磁性膜を挟む層構成を有する磁気抵抗効果膜を基板上に成膜し、レジストパターンをマスクとして用いて当該磁気抵抗効果膜をパターニングすることで作製される。このようにして作製される磁気抵抗効果素子の外周縁においては、強磁性層(自由層)の磁化が不安定となる。そのため、磁気抵抗効果素子の外周縁を含む所定の領域上の保護層に磁性ビーズが捕捉され、強磁性層(自由層)の磁化が不安定な磁気抵抗効果素子に当該磁性ビーズから発生する浮遊磁場が印加されると、バイオセンサからの出力にノイズが重畳してしまう。その結果、生体分子の検出精度が低下してしまうという問題がある。 In the magnetoresistive element in the biosensor, a magnetoresistive film having a layer structure in which a non-magnetic film is sandwiched between two ferromagnetic films is formed on a substrate, and the magnetoresistive film is formed by using a resist pattern as a mask. It is produced by patterning. At the outer peripheral edge of the magnetoresistive element produced in this way, the magnetization of the ferromagnetic layer (free layer) becomes unstable. Therefore, the magnetic beads are trapped in the protective layer on the predetermined region including the outer peripheral edge of the magnetoresistive element, and the magnetic beads generate floating in the magnetoresistive element in which the magnetization of the ferromagnetic layer (free layer) is unstable. When a magnetic field is applied, noise is superimposed on the output from the biosensor. As a result, there is a problem that the detection accuracy of biomolecules is lowered.

上記課題に鑑みて、本発明は、磁性ビーズを用いて検出対象物質を高精度に検出可能な、磁気抵抗効果素子を備える磁気センサ、検出装置及び検出システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a magnetic sensor, a detection device and a detection system including a magnetoresistive element capable of detecting a substance to be detected with high accuracy using magnetic beads.

上記課題を解決するために、本発明は、試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上を被覆する、前記検出対象物質を捕捉可能な保護層とを備え、前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高いことを特徴とする磁気センサを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a magnetic sensor used for detecting a substance to be detected in a sample, a substrate having a first surface and a second surface facing the first surface, and a substrate. A magnetoresistive sensor that is provided on the first surface of the substrate and whose resistance value changes according to an input magnetic field, and a protective layer that covers the magnetoresistive sensor and can capture the substance to be detected. The magnetoresistive sensor is configured in a line shape extending in the first direction on the first surface of the substrate, and is surrounded by a first region located on the outer peripheral edge in a plan view and the first region. The height of the upper surface of the protective layer on the first region of the magnetoresistive sensor is the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive sensor. Provided is a magnetic sensor characterized by being higher than the above.

本発明は、試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層とを備え、前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域における前記磁気抵抗効果素子の上面から前記保護層の上面までの高さが、40nm以上であることを特徴とする磁気センサを提供する。
本発明は、試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層とを備え、前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域は、前記磁気抵抗効果素子の上面の端辺から当該端辺に直交する内方に向かって40nm以上の領域であることを特徴とする磁気センサを提供する。
The present invention is a magnetic sensor used for detecting a substance to be detected in a sample, which is a substrate having a first surface and a second surface facing the first surface, and a substrate on the first surface of the substrate. The magnetoresistive sensor is provided on the It is configured in a line shape extending in the first direction in the above, has a first region located on the outer peripheral edge in a plan view, and a second region surrounded by the first region, and has the first region of the magnetoresistive sensor. The height of the upper surface of the protective layer on one region is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive sensor, and the magnetism in the first region of the magnetoresistive element. from the upper surface to the upper surface of the protective layer height of the resistive elements, to provide a magnetic sensor, characterized in der Rukoto than 40 nm.
The present invention is a magnetic sensor used for detecting a substance to be detected in a sample, which is a substrate having a first surface and a second surface facing the first surface, and a substrate on the first surface of the substrate. The magnetoresistive sensor is provided on the It is configured in a line shape extending in the first direction in the above, has a first region located on the outer peripheral edge in a plan view, and a second region surrounded by the first region, and has the first region of the magnetoresistive sensor. The height of the upper surface of the protective layer on one region is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive sensor, and the first region of the magnetoresistive element is said. providing a magnetic sensor characterized by region der Rukoto above 40nm towards the edge of the upper surface of the magnetoresistive element inwardly perpendicular to the end sides.

本発明は、試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層とを備え、前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域において、前記磁気抵抗効果素子と前記保護層との間に高さ調整層が設けられていることを特徴とする磁気センサを提供する。前記磁気抵抗効果素子の長手方向の両端部のそれぞれに電気的に接続するリード電極をさらに備え、前記高さ調整層は、前記リード電極と同一材料により構成されていてもよいし、絶縁材料により構成されていてもよい。 The present invention is a magnetic sensor used for detecting a substance to be detected in a sample, which is a substrate having a first surface and a second surface facing the first surface, and a substrate on the first surface of the substrate. The magnetoresistive sensor is provided on the It is configured in a line shape extending in the first direction in the above, has a first region located on the outer peripheral edge in a plan view, and a second region surrounded by the first region, and has the first region of the magnetoresistive sensor. The height of the upper surface of the protective layer on one region is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive sensor, and in the first region of the magnetoresistive element, the said. height adjustment layer to provide a magnetic sensor characterized that you have provided between the magnetoresistive element and the protective layer. A lead electrode electrically connected to each of both ends of the magnetoresistive element in the longitudinal direction is further provided, and the height adjusting layer may be made of the same material as the lead electrode, or may be made of an insulating material. It may be configured.

本発明は、試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層とを備え、前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域の高さよりも高いことを特徴とする磁気センサを提供する。前記磁気抵抗効果素子としては、GMR素子を用いることができ、前記検出対象物質が、生体分子であってもよい。 The present invention is a magnetic sensor used for detecting a substance to be detected in a sample, which is a substrate having a first surface and a second surface facing the first surface, and a substrate on the first surface of the substrate. The magnetoresistive sensor is provided on the It is configured in a line shape extending in the first direction in the above, has a first region located on the outer peripheral edge in a plan view, and a second region surrounded by the first region, and has the first region of the magnetoresistive sensor. The height of the upper surface of the protective layer on one region is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive sensor, and the height of the first region of the magnetoresistive element. but to provide a magnetic sensor characterized by higher Ikoto than the height of the second region of the magnetoresistive element. As the magnetoresistive element, a GMR element can be used, and the substance to be detected may be a biomolecule.

本発明は、上記磁気センサと、前記磁気センサを支持する支持部とを備えることを特徴とする検出装置を提供する。前記保護層の表面に、前記検出対象物質に特異的に結合可能なプローブが存在していてもよい。 The present invention provides a detection device including the magnetic sensor and a support portion that supports the magnetic sensor. A probe capable of specifically binding to the substance to be detected may be present on the surface of the protective layer.

本発明は、上記検出装置と、磁界発生部と、前記試料を保持可能な保持部とを備え、前記検出装置は、前記保持部に保持される前記試料に前記磁気センサを接触させ得るように設けられており、前記磁界発生部は、前記保持部に保持される前記試料に接触する前記磁気センサに磁界が印加されるように設けられていることを特徴とする検出システムを提供する。 The present invention includes the detection device, a magnetic field generating unit, and a holding unit capable of holding the sample, so that the detection device can bring the magnetic sensor into contact with the sample held by the holding unit. The detection system is provided, wherein the magnetic field generating unit is provided so that a magnetic field is applied to the magnetic sensor that comes into contact with the sample held by the holding unit.

本発明によれば、磁性ビーズを用いて検出対象物質を高精度に検出可能な、磁気抵抗効果素子を備える磁気センサ、検出装置及び検出システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic sensor, a detection device and a detection system including a magnetoresistive element capable of detecting a substance to be detected with high accuracy using magnetic beads.

図1は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサの概略構成を示す切断端面図である。FIG. 1 is a cut end view showing a schematic configuration of a biosensor according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサの概略構成を示す部分拡大切断端面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cut end view showing a schematic configuration of a biosensor according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態における磁気抵抗効果素子の概略構成を示す切断端面図である。FIG. 3 is a cut end view showing a schematic configuration of a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサの概略構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a biosensor according to an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサを用いた生体分子の検出方法の概略を説明するための切断端面図である。FIG. 5 is a cut end view for explaining an outline of a method for detecting a biomolecule using a biosensor according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一実施形態における高さ調整層の別態様(その1)の概略構成を示す部分拡大切断端面図である。FIG. 6 is a partially enlarged cut end view showing a schematic configuration of another aspect (No. 1) of the height adjusting layer according to the embodiment of the present invention. 図7は、本発明の一実施形態における高さ調整層の別態様(その2)の概略構成を示す部分拡大切断端面図である。FIG. 7 is a partially enlarged cut end view showing a schematic configuration of another aspect (No. 2) of the height adjusting layer according to the embodiment of the present invention. 図8は、本発明の一実施形態における高さ調整層の別態様(その3)の概略構成を示す部分拡大切断端面図である。FIG. 8 is a partially enlarged cut end view showing a schematic configuration of another aspect (No. 3) of the height adjusting layer according to the embodiment of the present invention. 図9Aは、本発明の一実施形態に係るバイオセンサの製造工程のうちの一工程を示す切断端面図である。FIG. 9A is a cut end view showing one step of the biosensor manufacturing step according to the embodiment of the present invention. 図9Bは、図9Aに示す工程に続く工程を示す切断端面図である。FIG. 9B is a cut end view showing a step following the step shown in FIG. 9A. 図9Cは、図9Bに示す工程に続く工程を示す切断端面図である。FIG. 9C is a cut end view showing a step following the step shown in FIG. 9B. 図9Dは、図9Cに示す工程に続く工程を示す切断端面図である。FIG. 9D is a cut end view showing a step following the step shown in FIG. 9C. 図9Eは、図9Dに示す工程に続く工程を示す切断端面図である。9E is a cut end view showing a step following the step shown in FIG. 9D. 図9Fは、図9Eに示す工程に続く工程を示す切断端面図である。9F is a cut end view showing a step following the step shown in FIG. 9E. 図10は、本発明の一実施形態における検出システムの概略構成を示す切断端面図である。FIG. 10 is a cut end view showing a schematic configuration of a detection system according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態においては、検出対象物質としての生体分子を検出するために用いられるバイオセンサを磁気センサの一例として挙げて説明するが、この態様に限定されるものではない。磁気センサにより検出され得る検出対象物質としては、生体分子の他に、例えば、汚染水等に含まれる揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)等の種々の有機化合物等が含まれ得る。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a biosensor used for detecting a biomolecule as a substance to be detected will be described as an example of a magnetic sensor, but the present embodiment is not limited to this embodiment. The substance to be detected that can be detected by the magnetic sensor may include, for example, various organic compounds such as volatile organic compounds (VOCs) contained in contaminated water and the like, in addition to biomolecules.

図1は、本実施形態に係るバイオセンサの概略構成を示す切断端面図であり、図2は、本実施形態に係るバイオセンサの概略構成を示す部分拡大切断端面図であり、図3は、本実施形態における磁気抵抗効果素子の概略構成を示す切断端面図であり、図4は、本一実施形態に係るバイオセンサの概略構成を示す斜視図である。 FIG. 1 is a cut end view showing a schematic configuration of a biosensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a partially enlarged cut end view showing a schematic configuration of a biosensor according to the present embodiment, and FIG. 3 is a partially enlarged cut end view. It is a cut end view which shows the schematic structure of the magnetoresistive element in this embodiment, and FIG. 4 is a perspective view which shows the schematic structure of the biosensor which concerns on this 1 Embodiment.

本実施形態に係るバイオセンサにおいて、必要に応じ、いくつかの図面中、「X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向」を規定している。ここで、X軸方向及びY軸方向は、本実施形態における基板の面内(基板の第1面及び第2面と実質的に平行な平面内)における互いに直交する方向であり、Z軸方向は、基板の厚さ方向(基板の第1面及び第2面に直交する方向)である。 In the biosensor according to the present embodiment, "X-axis direction, Y-axis direction and Z-axis direction" are specified in some drawings as necessary. Here, the X-axis direction and the Y-axis direction are directions orthogonal to each other in the plane of the substrate (in the plane substantially parallel to the first and second surfaces of the substrate) in the present embodiment, and are the Z-axis directions. Is the thickness direction of the substrate (direction orthogonal to the first and second surfaces of the substrate).

本実施形態に係るバイオセンサ1は、第1面21及びそれに対向する第2面22を有する基板2と、基板2の第1面21上に設けられている磁気抵抗効果素子3と、磁気抵抗効果素子3の外周縁に位置する第1領域3A上に位置する高さ調整層4と、磁気抵抗効果素子3上を被覆する保護層5とを備える。本実施形態に係るバイオセンサ1においては、磁気抵抗効果素子3上の保護層5に捕捉された、試料中の生体分子を集積した磁性ビーズ10に磁界Hを印加することで、当該磁性ビーズ10からの浮遊磁場Hを磁気抵抗効果素子3にて検出することで、生体分子を検出することができる。 The biosensor 1 according to the present embodiment includes a substrate 2 having a first surface 21 and a second surface 22 facing the first surface 21, a magnetoresistive element 3 provided on the first surface 21 of the substrate 2, and a magnetoresistive element. A height adjusting layer 4 located on the first region 3A located on the outer peripheral edge of the effect element 3 and a protective layer 5 covering the magnetic resistance effect element 3 are provided. In the biosensor 1 according to the present embodiment, the magnetic bead 10 is applied by applying a magnetic field H to the magnetic bead 10 in which the biomolecules in the sample are accumulated, which is captured by the protective layer 5 on the magnetoresistive element 3. the stray field H S from by detecting at the magnetoresistive element 3, it is possible to detect the biomolecules.

基板2は、磁気抵抗効果素子3を搭載可能な矩形状のものであればよく、例えば、シリコンウェハ等の半導体基板;AlTiC基板、アルミナ基板等のセラミック基板;樹脂基板;ガラス基板等が挙げられる。基板2の種類に応じ、基板2の第1面21上、特に基板2の第1面21と磁気抵抗効果素子3との間にAl等を含む下地層(図示省略)が設けられていてもよい。基板2の厚さは、基板2の強度、バイオセンサ1の薄型化や軽量化等の観点から適宜設定され得るものであるが、例えば、5〜100nm程度であればよい。 The substrate 2 may have a rectangular shape on which the magnetoresistive element 3 can be mounted, and examples thereof include a semiconductor substrate such as a silicon wafer; a ceramic substrate such as an AlTiC substrate and an alumina substrate; a resin substrate; and a glass substrate. .. Depending on the type of the substrate 2, a base layer (not shown) containing Al 2 O 3 or the like is provided on the first surface 21 of the substrate 2, particularly between the first surface 21 of the substrate 2 and the magnetoresistive element 3. May be. The thickness of the substrate 2 can be appropriately set from the viewpoints of the strength of the substrate 2, the thinning and weight reduction of the biosensor 1, and may be, for example, about 5 to 100 nm.

本実施形態において、磁気抵抗効果素子3としては、スピンバルブ型のGMR素子等を用いることができる。磁気抵抗効果素子3は、基板2側から順に積層された反強磁性層61、磁化固定層62、非磁性層63及び自由層64を含むMR積層体60を有する(図3参照)。反強磁性層61は、反強磁性材料により構成され、磁化固定層62との間で交換結合を生じさせることで、磁化固定層62の磁化の方向を固定する役割を果たす。なお、磁気抵抗効果素子3は、基板2側から順に自由層64、非磁性層63、磁化固定層62及び反強磁性層64が積層された構成を有していてもよい。また、磁化固定層62を、強磁性層/非磁性中間層/強磁性層の積層フェリ構造とし、両強磁性層を反強磁性的に結合させてなる、いわゆるセルフピン止め型の固定層(Synthetic Ferri Pinned層,SFP層)とすることで、反強磁性層61が省略されていてもよい。 In the present embodiment, as the magnetoresistive element 3, a spin valve type GMR element or the like can be used. The magnetoresistive element 3 has an MR laminate 60 including an antiferromagnetic layer 61, a magnetization fixing layer 62, a non-magnetic layer 63, and a free layer 64, which are laminated in order from the substrate 2 side (see FIG. 3). The antiferromagnetic layer 61 is made of an antiferromagnetic material and plays a role of fixing the direction of magnetization of the magnetization fixing layer 62 by forming an exchange bond with the magnetization fixing layer 62. The magnetoresistive element 3 may have a configuration in which a free layer 64, a non-magnetic layer 63, a magnetization fixing layer 62, and an antiferromagnetic layer 64 are laminated in this order from the substrate 2 side. Further, the magnetized fixed layer 62 has a laminated ferromagnetic structure of a ferromagnetic layer / a non-magnetic intermediate layer / a ferromagnetic layer, and both ferromagnetic layers are antiferromagnetically coupled to form a so-called self-pinning fixed layer (Synthetic). The antiferromagnetic layer 61 may be omitted by using the Ferri Pinned layer and the SFP layer).

磁気抵抗効果素子3としてのGMR素子においては、非磁性層63は非磁性導電層である。GMR素子において、自由層64の磁化の方向が磁化固定層62の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が0°(互いの磁化方向が平行)のときに抵抗値が最小となり、180°(互いの磁化方向が反平行)のときに抵抗値が最大となる。 In the GMR element as the magnetoresistive element 3, the non-magnetic layer 63 is a non-magnetic conductive layer. In the GMR element, the resistance value changes according to the angle formed by the magnetization direction of the free layer 64 with respect to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 62, and when this angle is 0 ° (the magnetization directions are parallel to each other). The resistance value becomes the minimum, and the resistance value becomes the maximum at 180 ° (the magnetization directions of each other are antiparallel).

磁気抵抗効果素子3は、X軸方向(第1方向)に沿って延在する複数のライン状部31がY軸方向(第2方向)に並列し、隣接するライン状部31の端部間をリード電極6により連続させることで、ミアンダ状に構成されている(図4参照)。なお、図4において、図面が煩雑になるため、高さ調整層4及び保護層5の図示が省略されている。 In the magnetoresistive element 3, a plurality of line-shaped portions 31 extending along the X-axis direction (first direction) are arranged in parallel in the Y-axis direction (second direction), and between the ends of adjacent line-shaped portions 31. Is connected by the lead electrode 6 to form a meander shape (see FIG. 4). In FIG. 4, the height adjusting layer 4 and the protective layer 5 are not shown because the drawing becomes complicated.

磁気抵抗効果素子3としてのGMR素子は、一般に、相対的に低い素子抵抗値を有するため、バイオセンサ1から所定の強度の信号を出力させるためには、GMR素子の線幅を細くし、線長を長くする必要がある。そして、GMR素子を上記ミアンダ状に構成することで、基板2の第1面21上における限られた領域内においてGMR素子の線幅を細くし、線長を長くすることができる。リード電極6は、例えば、Cu、Al、Au、Ta、Ti等のうちの1種の導電材料又は2種以上の導電材料の複合膜により構成されていればよい。 Since the GMR element as the magnetoresistive element 3 generally has a relatively low element resistance value, in order to output a signal of a predetermined intensity from the biosensor 1, the line width of the GMR element is narrowed to make a line. The length needs to be increased. Then, by configuring the GMR element in the shape of the meander, the line width of the GMR element can be narrowed and the line length can be lengthened within a limited region on the first surface 21 of the substrate 2. The lead electrode 6 may be composed of, for example, a conductive material of one of Cu, Al, Au, Ta, Ti and the like, or a composite film of two or more kinds of conductive materials.

上記複数のライン状部31により構成される磁気抵抗効果素子3において、磁化固定層62の磁化方向は、各ライン状部31の短手方向と実質的に平行である。本実施形態に係るバイオセンサ1において、磁気抵抗効果素子3上の保護層5に捕捉された磁性ビーズ10に対し、基板2の第1面21に直交する方向の磁界Hを印加することで磁性ビーズ10から浮遊磁場Hが発生し、磁気抵抗効果素子3に印加される(図5参照)。この浮遊磁場Hが磁気抵抗効果素子3に印加されることで、自由層64の磁化の方向が変化し、それにより磁気抵抗効果素子3の抵抗値が変化する。その抵抗値の変化が信号として出力されることで、バイオセンサ1において、試料中の生体分子の存在及び存在量が検知され得る。 In the magnetoresistive element 3 composed of the plurality of line-shaped portions 31, the magnetization direction of the magnetization fixing layer 62 is substantially parallel to the lateral direction of each line-shaped portion 31. In the biosensor 1 according to the present embodiment, magnetism is applied to the magnetic beads 10 captured by the protective layer 5 on the magnetoresistive element 3 by applying a magnetic field H in a direction orthogonal to the first surface 21 of the substrate 2. stray field H S is generated from the bead 10, it is applied to the magnetoresistance effect element 3 (see FIG. 5). By this stray magnetic field H S is applied to the magnetoresistive effect element 3, the direction of magnetization is changed in the free layer 64, whereby the resistance value of the magnetoresistive effect element 3 is changed. By outputting the change in the resistance value as a signal, the biosensor 1 can detect the presence and abundance of biomolecules in the sample.

ライン状部31の長手方向の長さは、バイオセンサ1全体の大きさやバイオセンサ1に要求される感度等に応じて適宜設定され得るものであるが、例えば、10〜500μm程度であればよく、短手方向の長さは、例えば、0.2〜10μm程度であればよい。 The length of the line-shaped portion 31 in the longitudinal direction can be appropriately set according to the size of the entire biosensor 1 and the sensitivity required for the biosensor 1, but may be, for example, about 10 to 500 μm. The length in the lateral direction may be, for example, about 0.2 to 10 μm.

本実施形態に係るバイオセンサ1の平面視において、磁気抵抗効果素子3の各ライン状部31は、当該各ライン状部31の外周縁に位置する第1領域3Aと、第1領域3Aの内部に位置し、第1領域3Aによって囲まれる第2領域3Bとを有する。第1領域3Aは、各ライン状部31の上面32の各端辺から、当該各端辺に直交して内方に向かう所定の幅W3Aの領域である。かかる幅W3Aは、40nm以上であるのが好ましい。後述するように、磁気抵抗効果素子3の第1領域3Aには高さ調整層4が設けられることで、当該第1領域3Aにおける保護層5の上面は、第2領域3Bにおける保護層5の上面よりも高く構成される。より具体的には、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3Aは40nm以上であるのが好ましい。このことは、磁気抵抗効果素子3の上面の端辺から半径40nm以内の領域に磁性ビーズ10が存在すると、バイオセンサ1の出力にノイズが重畳しやすくなることを意味する。そのため、第1領域3Aの幅W3Aが40nm未満であると、第2領域3Bにおける第1領域3A近傍に捕捉された磁性ビーズ10からの浮遊磁場Hにより、バイオセンサ1からの出力にノイズが重畳しやすくなるおそれがある。なお、第1領域3Aの幅W3Aの上限値は、磁気抵抗効果素子3の各ライン状部31の上面の短手方向の幅の1/2未満であればよく、当該短手方向の幅の10%程度であるのが好ましい。 In the plan view of the biosensor 1 according to the present embodiment, each line-shaped portion 31 of the magnetoresistive element 3 has a first region 3A located on the outer peripheral edge of each line-shaped portion 31 and an inside of the first region 3A. It is located in and has a second region 3B surrounded by a first region 3A. The first region 3A is a region having a predetermined width W 3A that extends inward at right angles to each end edge from each end edge of the upper surface 32 of each line-shaped portion 31. The width W 3A is preferably 40 nm or more. As will be described later, the height adjusting layer 4 is provided in the first region 3A of the magnetoresistive element 3, so that the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A is the protective layer 5 in the second region 3B. It is configured higher than the top surface. More specifically, the height H 3A of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A is preferably 40 nm or more. This means that if the magnetic beads 10 are present in a region within a radius of 40 nm from the edge of the upper surface of the magnetoresistive element 3, noise is likely to be superimposed on the output of the biosensor 1. Therefore, if the width W 3A of the first region 3A is less than 40 nm, the stray field H S from the magnetic beads 10 trapped in the vicinity of the first region 3A in the second region 3B, noise output from the biosensor 1 May be easily superimposed. The upper limit of the width W 3A of the first region 3A may be less than 1/2 of the width of the upper surface of each line-shaped portion 31 of the magnetoresistive element 3 in the lateral direction, and the width in the lateral direction. It is preferably about 10% of the above.

本実施形態に係るバイオセンサ1において、磁気抵抗効果素子3の第1領域3Aには、高さ調整層4が設けられている。高さ調整層4が設けられていることで、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さを、第2領域3Bにおける保護層5の上面の高さよりも高くすることができる。なお、磁気抵抗効果素子3を構成する複数のライン状部31の長手方向両端部は、リード電極6に被覆されるため、高さ調整層4は、複数のライン状部31の点手方向両端部の第1領域3Aに設けられればよい。この場合において、各ライン状部31の長手方向両端部を被覆するリード電極6は、高さ調整層4としての機能をも果たし得る。 In the biosensor 1 according to the present embodiment, the height adjusting layer 4 is provided in the first region 3A of the magnetoresistive element 3. By providing the height adjusting layer 4, the height of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A can be made higher than the height of the upper surface of the protective layer 5 in the second region 3B. Since both ends in the longitudinal direction of the plurality of line-shaped portions 31 constituting the magnetoresistive element 3 are covered with the lead electrodes 6, the height adjusting layer 4 is provided at both ends in the point direction of the plurality of line-shaped portions 31. It may be provided in the first region 3A of the unit. In this case, the lead electrode 6 that covers both ends of each line-shaped portion 31 in the longitudinal direction can also function as the height adjusting layer 4.

高さ調整層4は、例えば、リード電極6と同一材料により構成されていてもよいし、SiO、Al、Si、TiN、TaN、TaO、TiO、AlN等の絶縁材料により構成されていてもよい。 The height adjusting layer 4 may be made of, for example, the same material as the lead electrode 6, or may be an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , TiN, TaN, TaO, TiO, Al N, or the like. It may be composed of.

高さ調整層4の厚さTは、磁気抵抗効果素子3の第1領域3A上の保護層5に捕捉される磁性ビーズ10の浮遊磁場Hによって、バイオセンサ1からの出力にノイズが重畳しない程度に適宜設定され得るものである。後述するように、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3Aが40nm以上であれば、バイオセンサ1からの出力にノイズが重畳し難くなり、磁性ビーズ10を用いて生体分子を高精度に検出することができる。そのため、例えば、保護層5の厚みTが30nm程度である場合には、高さ調整層4の厚さTは、10nm以上であればよい。 The thickness T 4 of the height adjustment layer 4, the stray field H S of the magnetic beads 10 to be trapped in the protective layer 5 on the first region 3A of the magnetoresistive element 3, the noise on the output from the biosensor 1 It can be set appropriately to the extent that it does not overlap. As will be described later, if the height H 3A of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A is 40 nm or more, it becomes difficult for noise to be superimposed on the output from the biosensor 1, and the biomolecule is generated by using the magnetic beads 10. It can be detected with high accuracy. Therefore, for example, when the thickness T 5 of the protective layer 5 is about 30nm, the thickness T 4 of the height adjustment layer 4 may be at 10nm or more.

高さ調整層4の形状は、磁気抵抗効果素子3の第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さを第2領域3Bにおける保護層5の上面の高さよりも高くすることができる限り、特に限定されるものではない。例えば、高さ調整層4は、磁気抵抗効果素子3の第1領域3Aから基板2の第1面21に至るように設けられていてもよいし(図1参照)、第1領域3Aにおける磁気抵抗効果素子3の上面から上方に立設する基部41と、基部41から面内方向に沿って磁気抵抗効果素子3の外側に向かって延在する延在部42とを有し、延在部42と磁気抵抗効果素子3との間に絶縁層7が設けられていてもよいし(図6参照)、第1領域3Aにおける磁気抵抗効果素子3の上面にのみ設けられていてもよい(図7参照)。また、高さ調整層4は、磁気抵抗効果素子3と同一材料により構成されていてもよい(図8参照)。図8に示す態様において、高さ調整層4は、バイオセンサ1の製造過程におけるMR膜70のミリング処理において、ミリングされたMR膜70の構成材料を第1領域3Aにおける磁気抵抗効果素子3の上面に再付着させることによって形成されたものであればよい。 The shape of the height adjusting layer 4 is as long as the height of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A of the magnetoresistive element 3 can be made higher than the height of the upper surface of the protective layer 5 in the second region 3B. It is not particularly limited. For example, the height adjusting layer 4 may be provided so as to extend from the first region 3A of the magnetoresistive sensor 3 to the first surface 21 of the substrate 2 (see FIG. 1), or the magnetism in the first region 3A. It has a base 41 that stands upward from the upper surface of the resistance effect element 3 and an extension portion 42 that extends from the base 41 toward the outside of the magnetoresistive element 3 along the in-plane direction. The insulating layer 7 may be provided between the 42 and the magnetoresistive element 3 (see FIG. 6), or may be provided only on the upper surface of the magnetoresistive element 3 in the first region 3A (FIG. 6). 7). Further, the height adjusting layer 4 may be made of the same material as the magnetoresistive element 3 (see FIG. 8). In the embodiment shown in FIG. 8, in the milling process of the MR film 70 in the manufacturing process of the biosensor 1, the height adjusting layer 4 uses the material of the milled MR film 70 as the material of the magnetoresistive element 3 in the first region 3A. It may be formed by reattaching to the upper surface.

本実施形態において、基板2の第1面21、磁気抵抗効果素子3及び高さ調整層4の全体を被覆する保護層5は、磁性ビーズ10に集積された生体分子が捕捉され得る層である。磁性ビーズ10に集積された生体分子は、保護層5との間の、例えば、静電相互作用、水素結合相互作用等により保護層5に捕捉される。そのため、保護層5は、例えば、SiO、Al、Si、TiN、TaN、TaO、TiO、AlN等の生体分子との間で静電相互作用、水素結合相互作用等を発揮し得る材料により構成されていればよい。なお、保護層5の表面、特に磁気抵抗効果素子3の第2領域3B上の保護層5の表面には、生体分子を容易に捕捉可能とするために、検出対象である生体分子と特異的に結合可能な親和性物質を備えていてもよい。 In the present embodiment, the protective layer 5 that covers the entire first surface 21, the magnetoresistive element 3 and the height adjusting layer 4 of the substrate 2 is a layer on which biomolecules accumulated in the magnetic beads 10 can be captured. .. The biomolecules accumulated in the magnetic beads 10 are captured by the protective layer 5 by, for example, electrostatic interaction, hydrogen bond interaction, or the like with the protective layer 5. Therefore, the protective layer 5 has, for example, electrostatic interaction, hydrogen bond interaction, and the like with biomolecules such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4, TiN, TaN, TaO, TiO, and AlN. It suffices if it is composed of a material that can be exerted. The surface of the protective layer 5, particularly the surface of the protective layer 5 on the second region 3B of the magnetoresistive element 3, is specific to the biomolecule to be detected so that the biomolecule can be easily captured. It may be provided with an affinity substance capable of binding to.

保護層5の厚さTは、第2領域3Bにおける保護層5の上面に捕捉された生体分子に結合する磁性ビーズ10から発生する浮遊磁場Hが磁気抵抗効果素子3に印加され得る程度であればよく、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3A(磁気抵抗効果素子3の上面からの高さ)が40nm以上となり、かつ第2領域3Bにおける保護層5の上面の高さH3B(磁気抵抗効果素子3の上面からの高さ)が30nm程度となるように、高さ調整層4の厚さTに応じて適宜設定され得る。例えば、高さ調整層4の厚さTが10nm程度である場合、保護層5の厚さTは、例えば、30nm程度に設定され得る。 The thickness T 5 of the protective layer 5, the degree of stray magnetic field H S generated from the magnetic beads 10 to bind to biological molecules captured on the upper surface of the protective layer 5 in the second region 3B can be applied to the magnetoresistive element 3 The height H 3A (height from the upper surface of the magnetoresistive sensor 3) of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A is 40 nm or more, and the height of the upper surface of the protective layer 5 in the second region 3B is 40 nm or more. The height H 3B (height from the upper surface of the magnetoresistive sensor 3) can be appropriately set according to the thickness T 4 of the height adjusting layer 4 so as to be about 30 nm. For example, when the thickness T 4 of the height adjustment layer 4 is about 10 nm, a thickness T 5 of the protective layer 5, for example, may be set to approximately 30 nm.

上述した構成を有するバイオセンサ1を、検出対象の生体分子11を含む試料と接触させることで、当該生体分子11を保護層5の表面に捕捉させることができる。そして、保護層5の表面に捕捉された生体分子11と磁性ビーズ10とを結合させた後、傾斜磁場又は洗浄等により磁気抵抗効果素子3の第1領域3A上の保護層5の表面に捕捉された生体分子11及び磁性ビーズ10を選択的に除去する。本実施形態においては、磁気抵抗効果素子3の第1領域3A上の保護層5の表面の高さが、第2領域3B上の保護層5の表面の高さよりも高いことで、洗浄液の表面流速が第2領域3Bにおける保護層5上よりも大きく、洗浄が促されやすかったり、傾斜磁場等で脱離した磁性ビーズ10が衝突しすくなったりする。その結果、傾斜磁場又は洗浄等により磁気抵抗効果素子3の第1領域3A上の保護層5の表面に捕捉された生体分子11及び磁性ビーズ10を容易に選択的に除去することができる。 By contacting the biosensor 1 having the above-described configuration with a sample containing the biomolecule 11 to be detected, the biomolecule 11 can be captured on the surface of the protective layer 5. Then, after binding the biomolecule 11 captured on the surface of the protective layer 5 and the magnetic beads 10, the biomolecule 11 is captured on the surface of the protective layer 5 on the first region 3A of the magnetoresistive element 3 by a gradient magnetic field or cleaning. The biomolecule 11 and the magnetic bead 10 are selectively removed. In the present embodiment, the surface height of the protective layer 5 on the first region 3A of the magnetoresistive element 3 is higher than the surface height of the protective layer 5 on the second region 3B, so that the surface of the cleaning liquid The flow velocity is higher than that on the protective layer 5 in the second region 3B, so that cleaning is easily promoted, and the magnetic beads 10 desorbed by a gradient magnetic field or the like are likely to collide with each other. As a result, the biomolecule 11 and the magnetic beads 10 trapped on the surface of the protective layer 5 on the first region 3A of the magnetoresistive element 3 can be easily and selectively removed by a gradient magnetic field or cleaning.

上記のようにして磁気抵抗効果素子3の第2領域3B上の保護層5の表面に生体分子11及び磁性ビーズ10を残存させた後、基板2の第1面21に対する直交方向に沿って磁界Hを印加することで、磁性ビーズ10が磁性を帯び、磁性ビーズ10から浮遊磁場Hが発生する(図5参照)。この浮遊磁場Hが磁気抵抗効果素子3に印加されることで、自由層64の磁化方向が変化し、その結果として磁気抵抗効果素子3の抵抗値が変化する。この抵抗値変化は、保護層5の表面に捕捉された生体分子11に結合した磁性ビーズ10の数との間で相関性(線形相関)を有するため、この抵抗値変化が信号としてバイオセンサ1から出力されることで、試料中における検出対象の生体分子の存在及び存在量を検出することができる。 After leaving the biomolecule 11 and the magnetic beads 10 on the surface of the protective layer 5 on the second region 3B of the magnetoresistive sensor 3 as described above, a magnetic field is applied along the direction orthogonal to the first surface 21 of the substrate 2. by applying a H, magnetic beads 10 magnetized, stray magnetic field H S is generated from the magnetic beads 10 (see FIG. 5). The stray magnetic field H S is that applied to the magnetoresistance effect element 3, changes the magnetization direction of the free layer 64, the resistance value of the magnetoresistance effect element 3 is changed as a result. Since this resistance value change has a correlation (linear correlation) with the number of magnetic beads 10 bound to the biomolecule 11 captured on the surface of the protective layer 5, this resistance value change is used as a signal for the biosensor 1. By outputting from, the presence and abundance of the biomolecule to be detected in the sample can be detected.

本実施形態に係るバイオセンサ1を用いて検出可能な生体分子11としては、例えば、DNA、mRNA、miRNA、siRNA、人工核酸(例えば、LNA(Locked Nucleic Acid)、BNA(Bridged Nucleic Acid)等)等の核酸(天然由来であってもよいし、化学合成されたものであってもよい。);リガンド、サイトカイン、ホルモン等のペプチド;受容体、酵素、抗原、抗体等のタンパク質;細胞、ウイルス、細菌、真菌等が挙げられる。 Examples of the biomolecule 11 that can be detected using the biosensor 1 according to the present embodiment include DNA, mRNA, miRNA, siRNA, and artificial nucleic acid (for example, LNA (Locked Nucleic Acid), BNA (Bridged Nucleic Acid), etc.). Nucleic acids such as (naturally derived or chemically synthesized); peptides such as ligands, cytokines and hormones; proteins such as receptors, enzymes, antigens and antibodies; cells and viruses , Bacteria, fungi and the like.

また、検出対象の生体分子11を含む試料としては、例えば、血液、血清、血漿、尿、パフィーコート、唾液、精液、胸部滲出液、脳脊髄液、涙液、痰、粘液、リンパ液、腹水、胸水、羊水、膀胱洗浄液、気管支肺胞洗浄液、細胞抽出液、細胞培養上清等が挙げられる。 Examples of the sample containing the biomolecule 11 to be detected include blood, serum, plasma, urine, puffy coat, saliva, semen, pleural effusion, cerebrospinal fluid, tears, sputum, mucus, lymph, and ascites. Examples thereof include pleural effusion, sheep's fluid, bladder lavage fluid, bronchial alveolar lavage fluid, cell extract, and cell culture supernatant.

磁性ビーズ10は、磁性を帯びることが可能な粒子であればよく、例えば、金、酸化鉄等により構成される粒子等であればよい。磁性ビーズ10の平均粒子径は、例えば、5〜250nm程度であればよく、20〜150μm程度であるのが好ましい。なお、磁性ビーズ10の平均粒子径は、例えば、レーザ回折式粒子径分布測定装置(製品名:SALD−2300,島津製作所社製)を用いて計測され得る。 The magnetic beads 10 may be particles that can be magnetized, and may be particles composed of gold, iron oxide, or the like. The average particle size of the magnetic beads 10 may be, for example, about 5 to 250 nm, and preferably about 20 to 150 μm. The average particle size of the magnetic beads 10 can be measured using, for example, a laser diffraction type particle size distribution measuring device (product name: SALD-2300, manufactured by Shimadzu Corporation).

磁性ビーズ10の表面は、ストレプトアビジン等のタンパク質が固定されていてもよく、生体分子と特異的に結合可能な親和性物質をさらに備えていてもよい。生体分子11としてのリガンドを捕捉するために用いられる場合には、磁性ビーズ10は親水性表面を有するのが好ましく、生体分子11としての抗体を捕捉するために用いられる場合には、磁性ビーズ10は疎水性表面を有するのが好ましい。 The surface of the magnetic beads 10 may be immobilized with a protein such as streptavidin, or may further be provided with an affinity substance capable of specifically binding to a biomolecule. The magnetic beads 10 preferably have a hydrophilic surface when used to capture the ligand as the biomolecule 11, and the magnetic beads 10 when used to capture the antibody as the biomolecule 11. Preferably have a hydrophobic surface.

上述した構成を有するバイオセンサ1によれば、磁気抵抗効果素子3の第1領域3Aに高さ調整層4を設けることで、当該第1領域3A上に磁性ビーズ10を捕捉させ難くすることができ、又は当該第1領域3A上に捕捉された磁性ビーズ10からの浮遊磁場Hが磁気抵抗効果素子3の抵抗値変化に影響を与え難くすることができる。そのため、バイオセンサ1からの出力信号にノイズを重畳させることなく、磁性ビーズ10を用いて高精度に生体分子を検出することができる。 According to the biosensor 1 having the above-described configuration, by providing the height adjusting layer 4 in the first region 3A of the magnetoresistive element 3, it is possible to make it difficult to capture the magnetic beads 10 on the first region 3A. can, or stray field H S of the magnetic beads 10 captured on the on the first region 3A can be made difficult to affect the resistance change of the magnetoresistive element 3. Therefore, biomolecules can be detected with high accuracy using the magnetic beads 10 without superimposing noise on the output signal from the biosensor 1.

上述した構成を有するバイオセンサ1は、例えば、以下のようにして作製することができる。図9A〜9Fは、本実施形態に係るバイオセンサ1の製造方法の各工程を切断端面にて示す工程フロー図である。 The biosensor 1 having the above-described configuration can be manufactured, for example, as follows. 9A to 9F are process flow charts showing each step of the manufacturing method of the biosensor 1 according to the present embodiment on the cut end face.

シリコンウェハ等の半導体基板;AlTiC基板、アルミナ基板等のセラミック基板;樹脂基板;ガラス基板等の基板2の第1面21上における磁気抵抗効果素子3を形成する予定の領域にAl等を含む下地層(図示省略)を形成し、当該基板2の第1面21上にMR膜70(反強磁性膜、強磁性膜、非磁性膜及び強磁性膜をこの順で積層した積層膜)をスパッタリング等により形成する(図9A参照)。 AlTiC substrate, a ceramic substrate of alumina substrate or the like; a semiconductor substrate such as a silicon wafer resin substrate; glass substrate Al 2 O 3 in the region where to form the magnetoresistance effect element 3 on the first surface 21 of the substrate 2, such as such as MR film 70 (anti-ferromagnetic film, ferromagnetic film, non-magnetic film and ferromagnetic film is laminated in this order on the first surface 21 of the substrate 2 to form a base layer (not shown). ) Is formed by sputtering or the like (see FIG. 9A).

次に、MR膜70を覆う第1レジスト層80及び第2レジスト層81をこの順で積層形成し(図9B参照)、露光・現像処理により、磁気抵抗効果素子3に対応する、第1レジストパターン82及び第2レジストパターン83の積層構造を有するレジストパターン84を形成する(図9C参照)。 Next, the first resist layer 80 and the second resist layer 81 covering the MR film 70 are laminated and formed in this order (see FIG. 9B), and the first resist corresponding to the magnetoresistive element 3 is subjected to exposure / development processing. A resist pattern 84 having a laminated structure of the pattern 82 and the second resist pattern 83 is formed (see FIG. 9C).

第1レジスト層80及び第2レジスト層81を構成するレジスト材料としては、ポジ型又はネガ型のいずれのタイプであってもよいが、第1レジスト層80を構成するレジスト材料(例えば、シクロペンタノン系)が、第2レジスト層81を構成するレジスト材料(例えば、ノボラック樹脂系)よりも現像液(例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等の有機アルカリ現像液)に対する耐性の低いものであるのが好ましい。これにより、第1レジスト層80及び第2レジスト層81を同時に現像したときに、第1レジストパターン82の側面が浸食され、MR膜70、第1レジストパターン82の側面及び第2レジストパターン83の底面により囲まれる空間SPを形成することができる。このようにして形成される空間SPにより、後述する高さ調整層4の形成される領域、すなわち第1領域3Aを規定することができる。なお、第1レジスト層80の面内方向における浸食量により第1領域3Aの幅W3Aが制御されるが、この浸食量は、例えば、露光条件等を適宜設定することにより制御され得る。 The resist material constituting the first resist layer 80 and the second resist layer 81 may be either a positive type or a negative type, but the resist material constituting the first resist layer 80 (for example, cyclopenta) may be used. The non-based material) has lower resistance to a developing solution (for example, an organic alkaline developing solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH)) than the resist material (for example, novolak resin type) constituting the second resist layer 81. It is preferable to have it. As a result, when the first resist layer 80 and the second resist layer 81 are developed at the same time, the side surfaces of the first resist pattern 82 are eroded, and the side surfaces of the MR film 70, the first resist pattern 82, and the second resist pattern 83 are formed. A space SP surrounded by the bottom surface can be formed. The space SP formed in this way can define a region in which the height adjusting layer 4, which will be described later, is formed, that is, a first region 3A. The width W 3A of the first region 3A is controlled by the amount of erosion of the first resist layer 80 in the in-plane direction, and this erosion amount can be controlled, for example, by appropriately setting exposure conditions and the like.

次に、レジストパターン84をマスクとしてMR膜70にミリング処理を施した後、所定のアニール処理を施しながら磁場を印加することで、基板2の第1面上に磁気抵抗効果素子3の複数のライン状部31を形成する(図9D参照)。印加される磁場は、磁気抵抗効果素子3の各層の構成材料、各層の膜厚、寸法、形状、磁化固定層62の垂直磁気異方性エネルギーKuと形状異方性エネルギーKdとから与えられる実効的な垂直磁気異方性エネルギーKeff等に応じ、反強磁性層61と磁化固定層62との間に所定の交換磁気異方性を誘導させるように適宜設定され得る。 Next, the MR film 70 is subjected to a milling treatment using the resist pattern 84 as a mask, and then a magnetic field is applied while performing a predetermined annealing treatment to apply a plurality of magnetoresistive elements 3 on the first surface of the substrate 2. A line-shaped portion 31 is formed (see FIG. 9D). The applied magnetic field is the constituent material of each layer of the magnetic resistance effect element 3, the film thickness, size, shape of each layer, and the effective effect given by the perpendicular magnetic anisotropy energy Ku and the shape anisotropy energy Kd of the magnetization fixing layer 62. It can be appropriately set to induce a predetermined exchange magnetic anisotropy between the antiferromagnetic layer 61 and the magnetization fixing layer 62 according to the vertical magnetic anisotropy energy Keff or the like.

続いて、隣接するライン状部31の長手方向端部間を連続するリード電極6を導電材料のスパッタリング等により形成するとともに、各ライン状部31の第1領域3Aに高さ調整層4を形成する(図9E参照)。上述したように、ライン状部31の上面には第1レジストパターン82及び第2レジストパターン83の積層構造を有するレジストパターン84が形成されており、ライン状部31の上面の端辺から内方に向かう所定の領域上に空間SPが形成されている(図9C参照)。このような空間SPがあることで、導電材料のスパッタリング等により高さ調整層4の形成される領域(第1領域3A)を規定することができる。すなわち、第1領域3Aの幅W3Aと第1領域3Aに形成される高さ調整層4の厚みTを、上記空間SPの大きさにより制御することができる。具体的には、第1レジストパターン82の厚み及び幅(浸食量)を調整することで、上記空間SPの大きさを調整し、それにより、第1領域3Aの幅W3Aと第1領域3Aに形成される高さ調整層4の厚みTを制御することができる。 Subsequently, the lead electrode 6 continuous between the longitudinal ends of the adjacent line-shaped portions 31 is formed by sputtering or the like of a conductive material, and the height adjusting layer 4 is formed in the first region 3A of each line-shaped portion 31. (See FIG. 9E). As described above, a resist pattern 84 having a laminated structure of the first resist pattern 82 and the second resist pattern 83 is formed on the upper surface of the line-shaped portion 31, and is inward from the end edge of the upper surface of the line-shaped portion 31. A space SP is formed on a predetermined region toward the (see FIG. 9C). With such a space SP, it is possible to define a region (first region 3A) in which the height adjusting layer 4 is formed by sputtering or the like of a conductive material. That is, the width W 3A of the first region 3A and the thickness T 4 of the height adjusting layer 4 formed in the first region 3A can be controlled by the size of the space SP. Specifically, the size of the space SP is adjusted by adjusting the thickness and width (erosion amount) of the first resist pattern 82, thereby adjusting the widths W 3A and the first region 3A of the first region 3A. The thickness T 4 of the height adjusting layer 4 formed in can be controlled.

高さ調整層4がリード電極6と同一の導電材料により構成される場合、当該高さ調整層4は、リード電極6を形成するのと同時に各ライン状部31の第1領域3Aにも導電材料をスパッタリングすることで形成される。一方、高さ調整層4が絶縁材料により構成される場合、当該高さ調整層4は、リード電極6の形成前又は形成後に各ライン状部31の第1領域3Aに絶縁材料を成膜することで形成され得る。 When the height adjusting layer 4 is made of the same conductive material as the lead electrode 6, the height adjusting layer 4 is conductive to the first region 3A of each line-shaped portion 31 at the same time as forming the lead electrode 6. It is formed by sputtering the material. On the other hand, when the height adjusting layer 4 is made of an insulating material, the height adjusting layer 4 forms an insulating material on the first region 3A of each line-shaped portion 31 before or after the formation of the lead electrode 6. Can be formed by

最後に、レジストパターン84を剥離除去した後、基板2の第1面21、磁気抵抗効果素子3及び高さ調整層4を被覆する保護層5を形成する(図9F参照)。これにより、本実施形態に係るバイオセンサ1が製造され得る。 Finally, after the resist pattern 84 is peeled off, a protective layer 5 covering the first surface 21, the magnetoresistive element 3 and the height adjusting layer 4 of the substrate 2 is formed (see FIG. 9F). As a result, the biosensor 1 according to the present embodiment can be manufactured.

上述した構成を有するバイオセンサ1を用いた検出装置及び当該検出装置を備える検出システムについて説明する。図10は、本実施形態における検出システムの概略構成を示す切断端面図である。 A detection device using the biosensor 1 having the above-described configuration and a detection system including the detection device will be described. FIG. 10 is a cut end view showing a schematic configuration of the detection system according to the present embodiment.

本実施形態における検出システム100は、バイオセンサ1及び当該バイオセンサ1を支持する支持部110を有する検出装置と、磁界発生部120と、生体分子を含有する試料200を収容する複数のリザーバ140を有するプレート130とを備える。 The detection system 100 in the present embodiment includes a biosensor 1 and a detection device having a support portion 110 that supports the biosensor 1, a magnetic field generator 120, and a plurality of reservoirs 140 that accommodate a sample 200 containing a biomolecule. It is provided with a plate 130 having a plate 130.

バイオセンサ1の保護層5の表面には、試料200中の生体分子に特異的に結合可能なプローブ(例えば、リガンド等)が設けられていてもよい。もちろん、バイオセンサ1の保護層5の表面に当該プローブが設けられておらず、バイオセンサ1の保護層5の表面は、例えば、静電相互作用、水素結合相互作用等により、生体分子が保護層5に捕捉されるように構成されていてもよい。試料200中の生体分子は、磁性ビーズ10(図5参照)に集積されていればよい。バイオセンサ1を支持する支持部110は、各リザーバ140に挿入可能な大きさの複数の短冊状部を有する。各短冊状部の先端には、当該短冊状部の先端をリザーバ140に挿入したときに、各リザーバ140に収容される試料200にバイオセンサ1を接触させ得るように、当該バイオセンサ1が取り付けられている。支持部110は、昇降可能に設けられており、これにより、各短冊状部を各リザーバ140に挿入したり、各リザーバ140から抜いたりすることができる。 A probe (for example, a ligand or the like) capable of specifically binding to a biomolecule in the sample 200 may be provided on the surface of the protective layer 5 of the biosensor 1. Of course, the probe is not provided on the surface of the protective layer 5 of the biosensor 1, and the surface of the protective layer 5 of the biosensor 1 is protected by biomolecules by, for example, electrostatic interaction, hydrogen bond interaction, or the like. It may be configured to be captured by layer 5. The biomolecule in the sample 200 may be accumulated on the magnetic beads 10 (see FIG. 5). The support portion 110 that supports the biosensor 1 has a plurality of strip-shaped portions having a size that can be inserted into each reservoir 140. The biosensor 1 is attached to the tip of each strip so that the biosensor 1 can be brought into contact with the sample 200 contained in each reservoir 140 when the tip of the strip is inserted into the reservoir 140. Has been done. The support portion 110 is provided so as to be able to move up and down, whereby each strip-shaped portion can be inserted into or removed from each reservoir 140.

磁界発生部120は、例えば、バイオセンサ1の基板2の第1面21に対する直交する方向の磁界を発生させ得るコイル等により構成されており、各リザーバ140に収容される試料200にバイオセンサ1を接触させているときに、当該バイオセンサ1に磁界が印加され得るように設けられている。 The magnetic field generation unit 120 is composed of, for example, a coil or the like capable of generating a magnetic field in a direction orthogonal to the first surface 21 of the substrate 2 of the biosensor 1, and the biosensor 1 is included in the sample 200 housed in each reservoir 140. Is provided so that a magnetic field can be applied to the biosensor 1 when the biosensor 1 is in contact with the biosensor 1.

このような構成を有する検出システム100において、各リザーバ140に収容されている試料200にバイオセンサ1を接触させると、磁性ビーズ10(図5参照)に集積されている生体分子が、バイオセンサ1の保護層5に捕捉される。その状態において、磁界発生部120から、基板2の第1面21に対する直交方向に沿った磁界を発生させると、磁性ビーズ10が磁性を帯び、磁性ビーズ10から浮遊磁場H(図5参照)が発生する。この浮遊磁場Hが磁気抵抗効果素子3に印加されることで、自由層64の磁化方向が変化し、その結果として磁気抵抗効果素子3の抵抗値が変化し、バイオセンサ1から信号が出力される。この磁気抵抗効果素子3の抵抗値変化は、保護層5の表面に捕捉された生体分子11に結合した磁性ビーズ10の数との間で相関性(線形相関)を有するため、検出システム100においては、バイオセンサ1から出力される信号に基づいて、試料中の生体分子の存在及び存在量を検出することができる。 In the detection system 100 having such a configuration, when the biosensor 1 is brought into contact with the sample 200 contained in each reservoir 140, the biomolecules accumulated in the magnetic beads 10 (see FIG. 5) become the biosensor 1. It is captured by the protective layer 5 of. In this state, the magnetic field generating unit 120, when generating the magnetic field along the direction perpendicular to the first surface 21 of the substrate 2, the magnetic beads 10 magnetized, stray magnetic field H S of the magnetic beads 10 (see FIG. 5) Occurs. By this stray magnetic field H S is applied to the magnetoresistive effect element 3, changes the magnetization direction of the free layer 64, resulting resistance value of the magnetoresistance effect element 3 is changed as the signal is output from the biosensor 1 Will be done. Since the change in the resistance value of the magnetoresistive element 3 has a correlation (linear correlation) with the number of magnetic beads 10 bound to the biomolecule 11 captured on the surface of the protective layer 5, in the detection system 100. Can detect the presence and abundance of biomolecules in a sample based on the signal output from the biosensor 1.

なお、上記検出システム100において、磁界発生部120は、磁性ビーズ10を磁化させるための磁界を発生させるとともに、磁化された磁性ビーズ10に集積されている生体分子がバイオセンサ1の保護層5に捕捉されている状態において、磁気抵抗効果素子3の面内方向(XY平面の面内方向)の交流磁界を発生させるものであってもよい。この態様の検出システム100において、まず、各リザーバ140に収容されている試料200にバイオセンサ1を接触させ、磁界発生部120から発生させた磁界によって磁性ビーズ10が磁化されるとともに、磁化された磁性ビーズ10に集積されている生体分子がバイオセンサ1の保護層5に捕捉される。その状態において、磁界発生部120から上記交流磁界を発生させると、磁性ビーズ10から浮遊磁場が発生する。この浮遊磁場が磁気抵抗効果素子3に印加されることで、自由層64の磁化方向が変化し、その結果として磁気抵抗効果素子3の抵抗値が変化し、バイオセンサ1から信号が出力される。 In the detection system 100, the magnetic field generating unit 120 generates a magnetic field for magnetizing the magnetic beads 10, and biomolecules accumulated in the magnetized magnetic beads 10 are transferred to the protective layer 5 of the biosensor 1. In the captured state, an alternating magnetic field in the in-plane direction (in-plane direction of the XY plane) of the magnetoresistive sensor 3 may be generated. In the detection system 100 of this aspect, first, the biosensor 1 is brought into contact with the sample 200 housed in each reservoir 140, and the magnetic beads 10 are magnetized and magnetized by the magnetic field generated from the magnetic field generating unit 120. The biomolecules accumulated in the magnetic beads 10 are captured by the protective layer 5 of the biosensor 1. In that state, when the AC magnetic field is generated from the magnetic field generating unit 120, a floating magnetic field is generated from the magnetic beads 10. When this stray magnetic field is applied to the magnetoresistive element 3, the magnetization direction of the free layer 64 changes, and as a result, the resistance value of the magnetoresistive element 3 changes, and a signal is output from the biosensor 1. ..

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

上記実施形態において、高さ調整層4を構成する導電材料(リード電極6と同一材料)又は絶縁材料を全面に成膜し、磁気抵抗効果素子3の第1領域3Aに相当する領域にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンをマスクとしたエッチング処理により高さ調整層4を形成してもよい。また、レジストパターン84をマスクとしたMR膜70のミリング処理においてイオンビームの照射角度を調整することで、磁気抵抗効果素子3の第1領域3Aに相当する領域にMR膜70の構成材料を再付着させ、それにより高さ調整層4を形成してもよい。この場合において、高さ調整層4の高さ、すなわちMR膜70の構成材料の再付着量は、第1レジストパターン82の厚み及び幅(浸食量)により規定される空間SPの大きさと、イオンビームの照射角度とにより調整され得る。 In the above embodiment, a conductive material (the same material as the lead electrode 6) or an insulating material constituting the height adjusting layer 4 is formed on the entire surface, and a resist pattern is formed in a region corresponding to the first region 3A of the magnetoresistive element 3. The height adjusting layer 4 may be formed by an etching process using the resist pattern as a mask. Further, by adjusting the irradiation angle of the ion beam in the milling process of the MR film 70 using the resist pattern 84 as a mask, the constituent material of the MR film 70 is regenerated in the region corresponding to the first region 3A of the magnetoresistive element 3. It may be adhered to form the height adjusting layer 4. In this case, the height of the height adjusting layer 4, that is, the reattachment amount of the constituent material of the MR film 70 is the size of the space SP defined by the thickness and width (erosion amount) of the first resist pattern 82 and the ions. It can be adjusted by the irradiation angle of the beam.

以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the present invention is not limited to the following Examples and the like.

〔試験例1〕
図1に示す構成を有するバイオセンサ1の第2領域3Bにおける保護層5の上面の高さH3Bを30nmとし、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3Aが表1に示すように異なる各サンプル(サンプル1〜4)について、第1領域3A及び第2領域3Bに磁性ビーズ10が捕捉された状態における磁気抵抗効果素子3の抵抗変化率(磁性ビーズ10の捕捉前(ゼロ磁場)における磁気抵抗効果素子3の抵抗値を基準とした変化率)をシミュレーションにより求めた。結果を表1に示す。なお、サンプル4は、図1に示す構成のバイオセンサ1において高さ調整層4を有しない態様のもの、すなわち第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3Aと第2領域3Bにおける保護層5の上面の高さH3Bとが同一のものである。また、各サンプルの抵抗変化率は、バイオセンサ1に要求される出力を得るための磁気抵抗効果素子3の抵抗変化率の設計値を1としたときの相対値である。
[Test Example 1]
The height H 3B of the upper surface of the protective layer 5 in the second region 3B of the biosensor 1 having the configuration shown in FIG. 1 is 30 nm, and the height H 3A of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A is shown in Table 1. For each of the different samples (Samples 1 to 4), the resistance change rate of the magnetoresistive element 3 in the state where the magnetic beads 10 are captured in the first region 3A and the second region 3B (before the magnetic beads 10 are captured (zero). The rate of change based on the resistance value of the magnetoresistive element 3 in the magnetic field) was obtained by simulation. The results are shown in Table 1. The sample 4 is a biosensor 1 having the configuration shown in FIG. 1 and does not have the height adjusting layer 4, that is, the heights H 3A and the second region 3B of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A. The height H 3B of the upper surface of the protective layer 5 is the same. The resistance change rate of each sample is a relative value when the design value of the resistance change rate of the magnetoresistive effect element 3 for obtaining the output required for the biosensor 1 is 1.

Figure 0006939873
Figure 0006939873

表1に示す結果から明白なように、バイオセンサ1が高さ調整層4を有さず、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3Aと第2領域3Bにおける保護層5の上面の高さH3Bとが同一であると(サンプル4)、磁気抵抗効果素子3の抵抗変化率が理想値から乖離し、バイオセンサ1の出力にノイズが重畳してしまう。その点、サンプル1〜3のように、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3Aを第2領域3Bにおける保護層5の上面の高さH3Bよりも高くすることで、磁気抵抗効果素子3の抵抗変化率を理想値に近付けることができる。そして、第1領域3Aにおける保護層5の上面の高さH3Aを40nm以上とすることで、バイオセンサ1の出力に与えるノイズの影響を小さくすることができるため、磁性ビーズ10を用いて試料中の生体分子11を高精度に検出可能であることが確認された。 As is clear from the results shown in Table 1, the biosensor 1 does not have the height adjusting layer 4, and the height H 3A of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A and the protective layer 5 in the second region 3B. If the height H 3B of the upper surface is the same (Sample 4), the resistance change rate of the magnetoresistive element 3 deviates from the ideal value, and noise is superimposed on the output of the biosensor 1. In that respect, as in Samples 1 to 3, the height H 3A of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A is made higher than the height H 3B of the upper surface of the protective layer 5 in the second region 3B. The resistance change rate of the resistance effect element 3 can be brought close to the ideal value. By setting the height H 3A of the upper surface of the protective layer 5 in the first region 3A to 40 nm or more, the influence of noise on the output of the biosensor 1 can be reduced. Therefore, the magnetic beads 10 are used as a sample. It was confirmed that the biomolecule 11 inside can be detected with high accuracy.

また、表1に示す結果から、断面視で磁気抵抗効果素子3の端辺を中心とする半径40nm以内に磁性ビーズ10が存在すると、バイオセンサ1の出力にノイズが重畳しやすくなるということができる。そのため、第1領域3Aの幅W3Aが、磁気抵抗効果素子3の端辺から40nm以上であれば、磁性ビーズ10を用いて試料中の生体分子11を高精度に検出可能であるということができる。 Further, from the results shown in Table 1, it can be seen that if the magnetic beads 10 are present within a radius of 40 nm around the end edge of the magnetoresistive element 3 in a cross-sectional view, noise is likely to be superimposed on the output of the biosensor 1. can. Therefore, the width W 3A of the first region 3A is equal to or 40nm or more from the edge of the magnetoresistive element 3, is that the biomolecules 11 in the sample using magnetic beads 10 can be detected with high precision can.

1…バイオセンサ
2…基板
21…第1面
22…第2面
3…磁気抵抗効果素子
31…ライン状部
3A…第1領域
3B…第2領域
4…高さ調整層
5…保護層
1 ... Biosensor 2 ... Substrate 21 ... First surface 22 ... Second surface 3 ... Magnetoresistive element 31 ... Line-shaped part 3A ... First region 3B ... Second region 4 ... Height adjustment layer 5 ... Protective layer

Claims (12)

試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、
第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、
前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上を被覆する、前記検出対象物質を捕捉可能な保護層と
を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高いことを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor used to detect a substance to be detected in a sample.
A substrate having a first surface and a second surface facing the first surface,
A magnetoresistive element provided on the first surface of the substrate and whose resistance value changes according to an input magnetic field, and a magnetoresistive element.
A protective layer capable of capturing the substance to be detected, which covers the magnetoresistive element, is provided.
The magnetoresistive element is configured in a line shape extending in the first direction on the first surface of the substrate, and is surrounded by a first region located on the outer peripheral edge in a plan view and the first region. Has 2 regions and
A magnetism characterized in that the height of the upper surface of the protective layer on the first region of the magnetoresistive element is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive element. Sensor.
試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、
第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、
前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層と
を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域における前記磁気抵抗効果素子の上面から前記保護層の上面までの高さが、40nm以上であることを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor used to detect a substance to be detected in a sample.
A substrate having a first surface and a second surface facing the first surface,
A magnetoresistive element provided on the first surface of the substrate and whose resistance value changes according to an input magnetic field, and a magnetoresistive element.
With the protective layer that covers the magnetoresistive element
With
The magnetoresistive element is configured in a line shape extending in the first direction on the first surface of the substrate, and is surrounded by a first region located on the outer peripheral edge in a plan view and the first region. Has 2 regions and
The height of the upper surface of the protective layer on the first region of the magnetoresistive element is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive element.
Magnetic sensor you wherein height from the upper surface to the top surface of the protective layer the magnetoresistive element in the first region is 40nm or more of said magnetoresistive element.
試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、
第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、
前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層と
を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域は、前記磁気抵抗効果素子の上面の端辺から当該端辺に直交する内方に向かって40nm以上の領域であることを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor used to detect a substance to be detected in a sample.
A substrate having a first surface and a second surface facing the first surface,
A magnetoresistive element provided on the first surface of the substrate and whose resistance value changes according to an input magnetic field, and a magnetoresistive element.
With the protective layer that covers the magnetoresistive element
With
The magnetoresistive element is configured in a line shape extending in the first direction on the first surface of the substrate, and is surrounded by a first region located on the outer peripheral edge in a plan view and the first region. Has 2 regions and
The height of the upper surface of the protective layer on the first region of the magnetoresistive element is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive element.
It said first region, magnetic sensor you wherein a region from an end side of the above 40nm inward perpendicular to the end sides of the upper surface of the magnetoresistive element of the magnetoresistive element.
試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、
第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、
前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層と
を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域において、前記磁気抵抗効果素子と前記保護層との間に高さ調整層が設けられていることを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor used to detect a substance to be detected in a sample.
A substrate having a first surface and a second surface facing the first surface,
A magnetoresistive element provided on the first surface of the substrate and whose resistance value changes according to an input magnetic field, and a magnetoresistive element.
With the protective layer that covers the magnetoresistive element
With
The magnetoresistive element is configured in a line shape extending in the first direction on the first surface of the substrate, and is surrounded by a first region located on the outer peripheral edge in a plan view and the first region. Has 2 regions and
The height of the upper surface of the protective layer on the first region of the magnetoresistive element is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive element.
Wherein in the first region of the magnetoresistive element, the height adjustment layer is provided magnetic sensors you wherein between the protective layer and the magnetoresistive element.
前記磁気抵抗効果素子の長手方向の両端部のそれぞれに電気的に接続するリード電極をさらに備え、
前記高さ調整層は、前記磁気抵抗効果素子の長手方向の両端部における前記第1領域に位置する第1高さ調整層と、前記磁気抵抗効果素子の短手方向の両端部における前記第1領域に位置する第2高さ調整層とを含み、
前記第1高さ調整層は、前記リード電極により構成され、
前記第2高さ調整層は、前記リード電極と同一材料により構成されることを特徴とする請求項4に記載の磁気センサ。
A lead electrode that is electrically connected to each of both ends of the magnetoresistive element in the longitudinal direction is further provided.
The height adjusting layer includes a first height adjusting layer located in the first region at both ends in the longitudinal direction of the magnetoresistive element, and the first one at both ends in the lateral direction of the magnetoresistive element. Includes a second height adjustment layer located in the region
The first height adjusting layer is composed of the lead electrodes.
The magnetic sensor according to claim 4, wherein the second height adjusting layer is made of the same material as the lead electrode.
前記磁気抵抗効果素子の長手方向の両端部のそれぞれに電気的に接続するリード電極をさらに備え、
前記高さ調整層は、前記磁気抵抗効果素子の長手方向の両端部における前記第1領域に位置する第1高さ調整層と、前記磁気抵抗効果素子の短手方向の両端部における前記第1領域に位置する第2高さ調整層とを含み、
前記第1高さ調整層は、前記リード電極により構成され、
前記第2高さ調整層は、絶縁材料により構成されることを特徴とする請求項4に記載の磁気センサ。
A lead electrode that is electrically connected to each of both ends of the magnetoresistive element in the longitudinal direction is further provided.
The height adjusting layer includes a first height adjusting layer located in the first region at both ends in the longitudinal direction of the magnetoresistive element, and the first one at both ends in the lateral direction of the magnetoresistive element. Includes a second height adjustment layer located in the region
The first height adjusting layer is composed of the lead electrodes.
The magnetic sensor according to claim 4, wherein the second height adjusting layer is made of an insulating material.
試料中の検出対象物質を検出するために用いられる磁気センサであって、
第1面及び前記第1面に対向する第2面を有する基板と、
前記基板の前記第1面上に設けられ、入力磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上を被覆する保護層と
を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、前記基板の前記第1面上における第1方向に延在するライン状に構成され、平面視における外周縁に位置する第1領域と、前記第1領域に囲まれる第2領域とを有し、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域上の前記保護層の上面の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域上の前記保護層の上面の高さよりも高く、
前記磁気抵抗効果素子の前記第1領域の高さが、前記磁気抵抗効果素子の前記第2領域の高さよりも高いことを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor used to detect a substance to be detected in a sample.
A substrate having a first surface and a second surface facing the first surface,
A magnetoresistive element provided on the first surface of the substrate and whose resistance value changes according to an input magnetic field, and a magnetoresistive element.
With the protective layer that covers the magnetoresistive element
With
The magnetoresistive element is configured in a line shape extending in the first direction on the first surface of the substrate, and is surrounded by a first region located on the outer peripheral edge in a plan view and the first region. Has 2 regions and
The height of the upper surface of the protective layer on the first region of the magnetoresistive element is higher than the height of the upper surface of the protective layer on the second region of the magnetoresistive element.
The height of the first region, magnetic sensor you being higher than the height of the second region of the magnetoresistive element of the magnetoresistive element.
前記磁気抵抗効果素子は、GMR素子であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の磁気センサ。 The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the magnetoresistive element is a GMR element. 前記検出対象物質が、生体分子であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の磁気センサ。 The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the substance to be detected is a biomolecule. 請求項1〜9のいずれかに記載の磁気センサと、
前記磁気センサを支持する支持部と
を備えることを特徴とする検出装置。
The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 9.
A detection device including a support portion that supports the magnetic sensor.
前記保護層の表面に、前記検出対象物質に特異的に結合可能なプローブが存在することを特徴とする請求項10に記載の検出装置。 The detection device according to claim 10, wherein a probe capable of specifically binding to the substance to be detected is present on the surface of the protective layer. 請求項10又は11に記載の検出装置と、
磁界発生部と、
前記試料を保持可能な保持部と
を備え、
前記検出装置は、前記保持部に保持される前記試料に前記磁気センサを接触させ得るように設けられており、
前記磁界発生部は、前記保持部に保持される前記試料に接触する前記磁気センサに磁界が印加されるように設けられていることを特徴とする検出システム。
The detection device according to claim 10 or 11.
Magnetic field generator and
It is provided with a holding portion capable of holding the sample.
The detection device is provided so that the magnetic sensor can be brought into contact with the sample held by the holding portion.
The detection system is characterized in that the magnetic field generating unit is provided so that a magnetic field is applied to the magnetic sensor that comes into contact with the sample held by the holding unit.
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