بررسی خواص مغناطیسی و امپدانس مغناطیسی بزرگ در حسگر زیستی-مغناطیسی پایه کبالت آمورف

در تحقیق حاضر یک حسگر زیستی-مغناطیسی چند لایه (sio2/cofesib/al2o3/cr/au) مبتنی بر اثر امپدانس مغناطیسی با استفاده از سیستم میکروالکترومکانیکی طراحی وساخته شده است. بدین منظور ابتدا شمش آلیاژ پایه کبالت با ترکیبco15fe4.3si12.5b15  در کوره القایی تحت خلاء تهیه و سپس با استفاده از دستگاه مذابریسی، نوارهای انجماد سریع شده با ریزساختار آمورف تهیه شدند. جهت تهیه حسگر، یک طرح مارپیچی با ده عدد بازو با استفاده از فرآیند لیتوگرافی بر روی سطح نوار آمورف تهیه و سپس پوشش چند لایه آلومنیا/کروم/طلا  با استفاده از فرآیند کندوپاش مغناطیسی امواج رادیویی، بر روی آن پوشش‌دهی شد. مشخصات مغناطیسی نوار به کمک دستگاه منحنی نگار هیسترزیس و مغناطش سنج نمونه مرتعش اندازه گیری شدند. مقاومت الکتریکی ویژه آلیاژ به روش پویشگر چهار نقطه اندازه گیری شد. آزمون پراش پرتو ایکس بر روی نوار‌ نشان دهنده‌ی یک ساختار آمورف نوار می باشد. اندازه و ترکیب ذرات اکسید آهن مورد استفاده در این پژوهش به وسیله‌ی میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون پراش پرتو ایکس مشخص شدند. نسبت امپدانس مغناطیسی بزرگ (gmi) نوار و حسگرها در محدوده فرکانسی 1 تا mhz 12 و حداکثر میدان مغناطیسی oe 170 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که حداکثر نسبت امپدانس مغناطیسی حسگر برابر با 67% و در فرکانس mhz 9 حاصل شده است که در حضور mg 0.1 از ذرات سوپرپارامغناطیس اکسید آهن بروی سطح حسگر، به میزان 13% کاهش یافته است. بنابراین، با توجه به حساسیت قابل توجه حسگر تهیه شده به نانوذرات اکسید آهن، این حسگر می تواند در کاربردهای زیستی-مغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد.

Evaluation of magnetic and giant magnetoimpedance properties in amorphous Co-based biosensor

In this work, a multilayer magnetic biosensor (SiO2/CoFeSiB/Al2O3/Cr/Au) based on the giant magnetoimpedance (GMI) effect, is designed and fabricated by microelectromechanical system (MEMS) technology. Co68.15Fe4.3Si12.5B15‎ alloy ingot was prepared using vacuum arc remelting (VAR) furnace and then amorphous ribbon was produced using meltspinning process. In order to develop the GMI biosensor, a micropattern was implicated on the ribbon on a SiO2 substrate using lithography technique with a meander structure containing 10 arms. Al2O3/Cr/Au layers were deposited on the patterned ribbon using RFsputtering technique. Differential scanning calorimetry (DSC) and Xray diffraction (XRD) were used to evaluate the thermal property and structure of the ribbon. The results showed that the structure of the ribbon is amorphous. Finally, magnetoimpedance evaluation of the sensor was done at frequency range of 112 MHz and magnetic field of 0170 Oe. In the GMI experiment, Fe3O4 nanoparticles were used as sensing elements. Based on the results obtained, it was shown that the maximum GMI ratio was 67% for blank sensor and is reduced by about 13% for sensor with 0.1 mg Fe3O4 at frequency of 9 MHz. Therefore, due to the significant sensitivity of fabricated sensor to ironoxide nanoparticles, this sensor has potential to be used for biomagnetic applications.