巨磁阻傳感器原理及應(yīng)用課件

1、巨磁阻傳感器原理及應(yīng)用 巨磁阻(GMR)效應(yīng) 法國科學(xué)家阿爾貝阿爾貝費爾費爾和德國科學(xué)家彼得彼得格林貝格爾因格林貝格爾因分別獨立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng). 巨磁阻(GMR)效應(yīng):這是一種在鐵磁性層與非鐵磁性層交替疊置的結(jié)構(gòu)中觀測到的量子效應(yīng)，是指某些磁性或合金材料的磁電阻在一定磁場作用下急劇減小，而r/r急劇增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性與合金材料的磁電阻約高10倍。GMR效應(yīng)的理論和機理GMR效應(yīng)的理論和機理 GMR效應(yīng)的理論很復(fù)雜，許多機理至今還不清楚，目前普遍接受的解釋是兩流模型，如圖1所示。多個鐵磁層中的磁矩方向由施加的外磁場控制，當(dāng)鐵磁性層的磁矩反平行排列時見圖1(a)，載流子受到的自

2、旋散射最大，多層膜電阻最高；當(dāng)鐵磁性層的磁矩平行排列時見圖1(b)，載流子受到的自旋散射最小，多層膜的電阻最低 巨磁阻(GMR)的電子特性巨磁阻(GMR)的電子特性 圖2是一個典型的多層GMR材料在外加磁場下的電阻變化情況。圖2中的輸出表明，無論是正向還是反向的外加磁場變化，都能帶來相同的磁阻變化，也就是說GMR效應(yīng)是全極性的。曲線的斜率體現(xiàn)了磁性敏感程度，通常以V(mV)Oe為單位。當(dāng)阻值不隨磁場繼續(xù)變化時，磁性材料就達到了其磁性飽和區(qū)。兩條曲線中的偏移是磁性材料的磁滯導(dǎo)致的，從零磁場到飽和磁場所帶來的阻值變化就稱為磁阻。巨磁阻傳感器應(yīng)用 一：硬盤巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭 ：極大的提高了磁盤記錄

3、密度，極大提高了硬盤的容量，同時縮小了硬盤的體積。目前硬盤最大容量已經(jīng)達到4TB。遠遠大于應(yīng)用巨磁阻效應(yīng)前的硬盤。巨磁阻傳感器應(yīng)用 二：角度、位置傳感器 ，用于數(shù)控機床、汽車測速、非接觸開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器等領(lǐng)域 。具有功耗小、可靠性高、體積小、價格便宜和更強的輸出信號等優(yōu)點 。如圖英飛凌采用GMR效應(yīng)生產(chǎn)傳感器 巨磁阻傳感器應(yīng)用三：基于GMR傳感器陣列的生物檢測：GMR傳感器比電子傳感器更靈敏、可重復(fù)性強，具有更寬的工作溫度、工作電壓和抗機械沖擊、震動的優(yōu)異性能，而且GMR傳感器的工作點也不會隨時間推移而發(fā)生偏移。GMR傳感器的制備成本和檢測成本低，對樣本的需求量很小。由GMR傳感器組成的陣列，還可以結(jié)合現(xiàn)有的IC工藝，提高整體設(shè)備的集成度，進行多目標(biāo)的檢測。同時，對比傳統(tǒng)的熒光檢測法，磁性標(biāo)記沒有很強的環(huán)境噪聲，標(biāo)記本身不會逐漸消退，也不需要昂貴的光學(xué)掃描設(shè)備以及專業(yè)的操作人員。巨磁阻傳感器應(yīng)用四：GMR傳感器芯片在軍事裝備上也有廣泛的應(yīng)用，比如：超微磁場探測器 ，地磁場探測傳感器 ，航天器磁場方位傳感器，巨磁阻傳感器前景 由于具有加工簡單、造價低、靈敏度高 ，可靠性很