巨磁電阻材料的性質(zhì)和應(yīng)用研究現(xiàn)狀演示文稿

巨磁電阻材料的性質(zhì)和應(yīng)用研究現(xiàn)狀演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二優(yōu)選巨磁電阻材料的性質(zhì)和應(yīng)用研究現(xiàn)狀Ppt現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二目錄一、磁電阻及巨磁電阻簡(jiǎn)介二、GRM材料的要求及種類(lèi)三、巨磁電阻的應(yīng)用四、展望現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二一、磁電阻及巨磁電阻簡(jiǎn)介許多導(dǎo)體材料的電阻是受外加磁場(chǎng)影響的，這種磁場(chǎng)改變引起導(dǎo)體電阻率變化的現(xiàn)象被稱(chēng)為磁電阻(Magnetoresistance，MR)效應(yīng)。表征磁電阻效應(yīng)大小的物理量為磁阻比(MR比),其定義如下：其中，ρH－磁場(chǎng)下的電阻率；ρ0－零磁場(chǎng)下的電阻率。磁電阻效應(yīng)的產(chǎn)生有不同的物理機(jī)制，按不同的物理機(jī)制可作如下分類(lèi)：正常磁電阻效應(yīng)、各向異性磁電阻效應(yīng)、巨磁電阻效應(yīng)、龐磁電阻效應(yīng)等?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二1）正常磁電阻(OrdinaryMagnetoresistance，OMR)效應(yīng)。普遍存在于所有金屬中，它的產(chǎn)生機(jī)制是傳導(dǎo)電子受到磁場(chǎng)的洛侖茲力的作用而產(chǎn)生螺旋運(yùn)動(dòng)，從而使材料的電阻升高。實(shí)際中大部分材料的OMR都比較小沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。2）各向異性磁電阻（AnisotropicMagnetoresistance，AMR）效應(yīng)。存在于鐵磁金屬及其合金材料中，電阻率隨電流和磁化強(qiáng)度的相對(duì)取向而不同。鐵磁金屬的AMR在室溫下可以達(dá)到2~3％，由于一些磁性材料的磁矩可以用很小的磁場(chǎng)來(lái)翻轉(zhuǎn)，所以有比較高的靈敏度。AMR效應(yīng)已經(jīng)有了很多的應(yīng)用，比如90年代初期計(jì)算機(jī)讀出磁頭以及各種高靈敏度的磁場(chǎng)傳感。現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二

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現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二費(fèi)爾1938年3月出生于法國(guó)南部小城卡爾卡索納，1970年在南巴黎大學(xué)獲博士學(xué)位，1976年開(kāi)始擔(dān)任南巴黎大學(xué)教授。自1995年以來(lái)，費(fèi)爾還一直擔(dān)任法國(guó)國(guó)家科研中心與法國(guó)泰雷茲集團(tuán)組建的聯(lián)合物理實(shí)驗(yàn)室科學(xué)主管。費(fèi)爾于2004年當(dāng)選法國(guó)科學(xué)院院士。格林貝格爾1939年出生于比爾森，1969年在達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)獲博士學(xué)位，1972年開(kāi)始擔(dān)任德國(guó)尤利希研究中心教授。2004年退休。他的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)比較強(qiáng)。格林貝格爾為此還申請(qǐng)了專(zhuān)利。現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二“你的計(jì)算機(jī)硬盤(pán)存儲(chǔ)能力有多大，

他們的貢獻(xiàn)就有多大”世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)1T硬盤(pán)現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二二、GRM材料的要求及種類(lèi)為了滿(mǎn)足應(yīng)用的要求,對(duì)GMR材料的主要要求是:1、高的室溫GMR效應(yīng),即由外加磁場(chǎng)引起的室溫電阻變化率高;2、低的工作磁場(chǎng),即在較低的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度下得到高的MR;3、高的穩(wěn)定性,即環(huán)境條件(溫度、濕度、振動(dòng)等)變化時(shí),MR的變化要盡量小。就目前研究熱點(diǎn)的幾類(lèi)GMR材料,可以說(shuō)是各有特點(diǎn)。

已發(fā)現(xiàn)具有GMR效應(yīng)的材料主要有多層膜、自旋閥、納米顆粒膜、磁性隧道結(jié)、非連續(xù)多層膜、氧化物陶瓷、熔淬薄帶等。現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二多層膜各種鐵磁層（Fe、Ni、Co及其合金）和非磁層（包括3d、4d、以及5d非磁金屬）交替生長(zhǎng)而構(gòu)成的磁性多層膜，大多都具有GRM效應(yīng)，其中尤以多晶（Co/Cu）多層膜的磁電阻效應(yīng)最為突出。室溫、1T磁場(chǎng)下GMR值為70%，遠(yuǎn)大于多晶（Fe/Cr）。目前最常用的制備金屬多層膜的方法主要由濺射、蒸發(fā)和分子束外延.現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二多層膜GMR數(shù)值遠(yuǎn)較AMR大，為負(fù)值，基本為各向同性。其測(cè)試方法有兩種：CIP（Current-in-plane），即電流沿膜面；CPP（Currentflowingperpendiculartotheplane），電流與膜面垂直。通常采用CIP方式。因?yàn)殡娮拥倪\(yùn)動(dòng)是混亂的，可穿越若干層，并經(jīng)受層內(nèi)及界面自旋相關(guān)的散射，總電阻為電子經(jīng)過(guò)各層的各個(gè)等效電阻的總和。在CPP模式下，由于電子是垂直于膜面穿過(guò)多層膜，要經(jīng)受更多的與自旋相關(guān)的雜質(zhì)和缺陷的散射；另外，非磁金屬層的分流效應(yīng)也被排除，因此垂直模式下可以得到更大的磁電阻效應(yīng)。多層膜現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)基本原理圖1Fe/Cr多層膜的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)(a)磁化曲線(xiàn)，(b)室溫下的巨磁電阻，(c)低溫下的巨磁電阻圖2鐵磁層耦合示意圖現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)基本原理圖3多層膜系統(tǒng)等效電阻示意圖(a)反鐵磁耦合，(b)鐵磁耦合根據(jù)Mott的雙流體模型（將傳導(dǎo)電子分為自旋向上與向下兩類(lèi)導(dǎo)電載流子的物理圖象），若導(dǎo)電電子自旋方向與局域磁矩反平行，則受到非常強(qiáng)的散射，電阻較大；而當(dāng)導(dǎo)電電子自旋方向與局域磁矩平行時(shí)，則受到的散射就弱的多，電阻較小?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二圖4過(guò)渡金屬態(tài)密度函數(shù)N（E）示意圖為什么不同自旋取向散射率會(huì)不同，從態(tài)密度理論出發(fā)可以這樣來(lái)理解：3d過(guò)渡元素金屬中，由于量子力學(xué)的交換作用，d能帶將分裂為兩個(gè)不同自旋取向的次能帶，為了簡(jiǎn)單明了起見(jiàn)，圖中設(shè)3d

↑能帶低于費(fèi)米能級(jí)，全被電子所占據(jù)，而3d↓帶卻部分被填充，而磁性金屬的飽和磁化強(qiáng)度取決于這兩個(gè)次能帶磁矩之差。顯然對(duì)自旋向上的傳導(dǎo)電子只能在s帶被散射，散射較弱，而對(duì)自旋向下的電子除s帶外，3d↓帶亦可被散射，散射強(qiáng)，平均自由路徑短，因此從態(tài)密度理論出發(fā)，在上述情況下，當(dāng)傳導(dǎo)電子自旋平行于局域磁化矢量時(shí)，具有低電阻特性，反平行時(shí)為高電阻態(tài)。現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二多層膜多層膜的GMR效應(yīng)的影響因素

現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二

Fe/Cr多層膜巨磁電阻效應(yīng)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二周期數(shù)影響多層膜的GMR隨總周期數(shù)的增加而增大，當(dāng)總膜厚達(dá)到與平均自由程相當(dāng)時(shí)，GMR值逐漸趨飽和，不再隨周期數(shù)而增大。隨著周期數(shù)增加，界面粗糙度增大，界面自旋相關(guān)散射作用增強(qiáng)；表面散射作用減弱，界面散射作用權(quán)重增強(qiáng)。但也有結(jié)果表明，界面粗糙度增大只會(huì)導(dǎo)致GMR減小。當(dāng)然，膜厚增加會(huì)影響到多層膜中晶體的生長(zhǎng)情況，不同膜厚產(chǎn)生晶界的變化也將影響到GMR的值。緩沖層與覆蓋層為了制備良好的多層結(jié)構(gòu)，常在襯底上沉積5~10nm的緩沖層，如Fe、Zn、Ru等，這樣可改善多層織構(gòu)，降低層厚起伏和界面粗糙度，有利于獲得平整的界面。為防止氧化，要在表面沉積覆蓋層。然而這兩種附加層會(huì)對(duì)多層膜的電阻其短路作用和分流作用。現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二溫度依賴(lài)性MR比值隨溫度上升而減小。因?yàn)闇囟壬仙龝r(shí)引入了更多的散射，如聲子、磁振子散射，使電阻率上升，MR比值下降。另外，高溫附加散射不同于低溫下雜質(zhì)及缺陷散射，改變了不對(duì)稱(chēng)散射因子。再者，磁振子散射導(dǎo)致自旋混合效應(yīng)，從而減弱了巨磁電阻效應(yīng)。界面結(jié)構(gòu)包括界面結(jié)構(gòu)取向、界面粗造度、能使磁性層間發(fā)生耦合作用的針孔效應(yīng)、界面區(qū)不同成分的原子相互滲透的程度等。例如，在Ni/Cu和NiFe/Cu自旋閥結(jié)構(gòu)中，界面原子磁矩因界面原子互擴(kuò)散而減少并變得雜亂無(wú)章，從而導(dǎo)致GMR的顯著降低?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二自旋閥GMR材料在通常的磁性多層膜中存在較強(qiáng)的層間交換耦合，阻礙了相鄰磁層中磁矩相對(duì)取向發(fā)生變化，GMR效應(yīng)必須在很高的飽和外磁場(chǎng)(10至20kOe)才能達(dá)到，所以這樣的多層膜體系的磁電阻的靈敏度非常小。1991年，IBM公司的B·Dieny提出鐵磁層/隔離層/鐵磁層/反鐵磁層結(jié)構(gòu)，并首先在NiFe/Cu/NiFe/FeMn多層膜中發(fā)現(xiàn)了低飽和場(chǎng)GMR效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)的多層膜利用電子的自旋特性，像閥一樣限制電子的移動(dòng)，故命名為自旋閥(spinvalve)?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二自旋閥通常可分為兩種基本方式：一種被非磁層分開(kāi)的兩軟磁層之一用反鐵磁層(如MnFe或NiO)通過(guò)交換作用釘扎，如MnFe/FeNi/Cu/FeNi自旋閥多層膜結(jié)構(gòu)；另一種是具有不同矯頑力的兩鐵磁層(通常一軟一硬)用非磁層分開(kāi)。自旋閥GMR材料

“釘扎層”“被釘扎層”“自由層”“分隔層”第一類(lèi)自旋閥示意圖第二類(lèi)自旋閥示意圖

“硬磁性層”“軟磁性層”“分隔層”

現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二采用第一種方式的GMR自旋閥基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。該類(lèi)自旋閥多層膜結(jié)構(gòu)原理上可以分為四層：反鐵磁釘扎層，鐵磁被釘扎層，非磁性分隔層和鐵磁自由層。其中，自由層和被釘扎層采用軟鐵磁材料(也可采取自由層為軟鐵磁材料，被釘扎層使用硬鐵磁材料的結(jié)構(gòu))，它們之間的非磁性金屬隔離層，只對(duì)自由層和被釘扎層進(jìn)行磁隔離，而不進(jìn)行電隔離，改變其厚度可以控制在其兩面磁性薄膜之間的耦合強(qiáng)度，外磁場(chǎng)可以較方便地改變自出層的磁矩而較難改變被釘扎層的磁矩。

“釘扎層”“被釘扎層”“自由層”“分隔層”第一類(lèi)自旋閥示意圖現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二實(shí)例分析：

FeMn（7nm）TaNiFe（4.5）Cu（2.2nm）NiFe（6nm）NiFe（6nm）/Cu（2.2nm）/NiFe（4.5）/FeMn（7nm）自旋閥示意圖現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二在磁場(chǎng)強(qiáng)度等于NiFe（6nm）層的反向矯頑力的外場(chǎng)作用下，NiFe（6nm）層中的磁化矢量首先翻轉(zhuǎn)，這時(shí)，在兩個(gè)NiFe層中的磁化矢量成反平行排列，這就形成了電子自旋相關(guān)散射的高電阻態(tài)。如果磁場(chǎng)在反方向上繼續(xù)增加，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值時(shí)，NiFe（4nm）層也轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向，這就形成了電子自旋相關(guān)的低電阻態(tài)。自旋閥的磁化曲線(xiàn)（a）和磁電阻曲線(xiàn)（b）現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二采用第二種方式的GMR自旋閥基本結(jié)構(gòu)如下圖所示?？梢杂糜茶F磁層（如PtCo）代替釘扎層和被釘扎層，因?yàn)槎叩某C頑力不同，在適當(dāng)磁場(chǎng)下亦可使相鄰鐵磁層的磁化方向從接近平行變化到平行飽和狀態(tài)，從而也得到巨磁電阻。相對(duì)第一種方式其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可選擇抗腐蝕和熱穩(wěn)定性好的硬磁材料，克服了自旋閥的不耐腐蝕和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是硬磁層與自由層之間存在耦合，自由層的矯頑力增大，因此降低了自旋閥的靈敏度。第二類(lèi)自旋閥示意圖

“硬磁性層”“軟磁性層”“分隔層”

現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二自旋閥的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：磁電阻變化率?R/R對(duì)外磁場(chǎng)的響應(yīng)呈線(xiàn)性關(guān)系，頻率特性好；低飽和場(chǎng)，工作磁場(chǎng)?。慌cAMR相比，電阻隨磁場(chǎng)變化迅速，因而操作磁通小，靈敏度高；利用層間轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程能有效地抑制Barkhausen噪聲，信噪比高。缺點(diǎn)：自旋閥多層膜的磁電阻變化量并不大，同時(shí)現(xiàn)在面臨的最大問(wèn)題是它的抗腐蝕和熱穩(wěn)定性都不太好?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二納米顆粒結(jié)構(gòu)的GMR效應(yīng)金屬顆粒膜是指鐵磁性金屬（如Co、Fe等）以顆粒的形式分散地鑲嵌于非互熔的非磁性金屬（如Ag、Cu等）的母體中所構(gòu)成的復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)室中常采用磁控濺射、離子束濺射等方法，顆粒的尺寸大小可以通過(guò)控制退火溫度或者襯底溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，其尺寸范圍可在幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米之間任意變化。顆粒膜是以微顆粒的形式彌散于薄膜中，不同于合金、化合物，屬于非均勻相組成體系。顆粒膜示意圖現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二當(dāng)外加于顆粒膜的磁場(chǎng)為零時(shí)，顆粒膜的磁化強(qiáng)度為零，各鐵磁顆粒的磁化方向混亂排列，傳導(dǎo)電子受到最大的散射作用，樣品處于大電阻狀態(tài)，當(dāng)外磁場(chǎng)增加時(shí)，顆粒膜存在一定的磁化強(qiáng)度，各鐵磁顆粒的磁化方向趨于外磁場(chǎng)方向，傳導(dǎo)電子所受散射小，樣品電阻降低。（a）無(wú)外加磁場(chǎng)（b）外加飽和磁場(chǎng)顆粒膜中磁化狀態(tài)現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二影響GMR效應(yīng)的因素

現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二當(dāng)磁性顆粒體積百分?jǐn)?shù)低時(shí)，顆粒數(shù)目少，散射中心少，此外顆粒間距大，如間距大于電子在介質(zhì)中的平均自由程時(shí)，將降低巨磁電阻效應(yīng)，因此隨著鐵磁濃度增加，總的趨勢(shì)是增大巨磁電阻效應(yīng)的。然而在顆粒濃度增大的同時(shí)，顆粒尺寸亦將變大，當(dāng)顆粒尺寸超過(guò)電子在顆粒內(nèi)平均自由程時(shí)，又將減低巨磁電阻效應(yīng)。此外，隨著顆粒濃度增加，顆粒間相互作用增強(qiáng)，在一定濃度時(shí)在顆粒膜中可以形成磁疇結(jié)構(gòu)，GMR效應(yīng)消失，于是在一定鐵磁顆粒濃度時(shí)將呈現(xiàn)GMR效應(yīng)極大值。Co-Ag,Fe-Ag等顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)與組成的關(guān)系現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二隧道磁電阻（TMR）效應(yīng)

現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二TMR效應(yīng)的定性解釋是:在隧道結(jié)中,磁場(chǎng)克服兩鐵磁層的矯頑力就可使它們的磁化方向轉(zhuǎn)到磁場(chǎng)方向而趨于一致,這時(shí)隧道電阻為最小值;如將磁場(chǎng)減少至負(fù),矯頑力小的鐵磁層的磁化方向首先反轉(zhuǎn),兩鐵磁層的磁場(chǎng)方向相反,隧道電阻為極大值。隧道結(jié)中鐵磁層磁化平行與反平行時(shí)電子隧穿情況示意圖現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二隧道結(jié)的優(yōu)點(diǎn)TMR效應(yīng)具有很高的磁場(chǎng)靈敏度隧道結(jié)中兩鐵磁層間不存在層間耦合，隧道結(jié)的飽和磁場(chǎng)很低，只需要一個(gè)很小磁場(chǎng)就可以實(shí)現(xiàn)兩鐵磁層從平行到反平行的轉(zhuǎn)變。隧道結(jié)的電阻可調(diào)且范圍寬與多層膜巨磁電阻相比，隧道結(jié)具有很高的電阻，其電阻可以通過(guò)調(diào)整絕緣層厚度在很寬的范圍內(nèi)改變，有利于和外電路實(shí)現(xiàn)匹配。進(jìn)入時(shí)間短隧道巨磁電阻需要的是小電流、低電壓信號(hào)?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二三、巨磁電阻的應(yīng)用1、SV-GMR(spinvalve)磁頭和傳感器2、巨磁電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器3、其他方面的應(yīng)用現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二SV-GMR磁頭和傳感器磁頭：硬盤(pán)中對(duì)盤(pán)片進(jìn)行讀寫(xiě)工作的工具用線(xiàn)圈纏繞在磁芯上制成的磁頭通過(guò)感應(yīng)旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片上磁場(chǎng)的變化來(lái)讀取數(shù)據(jù)；通過(guò)改變盤(pán)片上的磁場(chǎng)來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片上方，而不與盤(pán)片直接接觸現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二36局部磁化單元載磁體寫(xiě)線(xiàn)圈SNI局部磁化單元寫(xiě)線(xiàn)圈SN鐵芯磁通磁層寫(xiě)入“0”寫(xiě)入“1”I磁記錄原理(寫(xiě)入)現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二37磁記錄原理（讀出）N讀線(xiàn)圈S讀線(xiàn)圈SN鐵芯磁通磁層運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向ssttffee讀出“0”讀出“1”現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二當(dāng)硬盤(pán)體積不斷變小，容量卻不斷變大時(shí)，勢(shì)必要求磁盤(pán)上每一個(gè)被劃分出來(lái)的獨(dú)立區(qū)域越來(lái)越小，這些區(qū)域所記錄的磁信號(hào)也就越來(lái)越弱。借助“巨磁電阻”效應(yīng)，人們才得以制造出更加靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭，使越來(lái)越弱的磁信號(hào)依然能夠被清晰讀出，并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變化現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二硬盤(pán)的發(fā)展1956IBM的科學(xué)家ReynoldJohnson推出的第一個(gè)硬盤(pán)配備了50個(gè)直徑約61厘米的鋁合金盤(pán)片，由于磁頭靈敏度不理想，存儲(chǔ)容量十分有限，只能存儲(chǔ)4.4兆數(shù)據(jù)硬盤(pán)之父第一個(gè)硬盤(pán)50個(gè)盤(pán)片現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二硬盤(pán)的發(fā)展1994IBM的科學(xué)家StuartParkin首次在HDD中使用了GMR效應(yīng)的自旋閥(spinvalve簡(jiǎn)稱(chēng)GMRSV)結(jié)構(gòu)的讀出磁頭,取得了每平方英寸10億位(1Gb/inch2)的HDD面密度世界紀(jì)錄體積變小，容量變大StuartParkin現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二硬盤(pán)的發(fā)展1997年，IBM生產(chǎn)出第一個(gè)應(yīng)用“巨磁電阻”技術(shù)的硬盤(pán)。并很快引發(fā)了硬盤(pán)的“大容量、小型化”革命2000年希捷硬盤(pán)巨磁電阻硬盤(pán)現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二硬盤(pán)的發(fā)展2001年，美國(guó)蘋(píng)果公司推出第一代硬盤(pán)式音樂(lè)播放器，轟動(dòng)全球今天，蘋(píng)果公司的新一代iPod播放器容量高達(dá)160(8GB和16GB)，不管是用來(lái)聽(tīng)音樂(lè)還是看電影，存儲(chǔ)空間都不是問(wèn)題大家都說(shuō)好！現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二硬盤(pán)的發(fā)展目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的最大容量硬盤(pán)是4TB硬盤(pán)密度隨時(shí)間的增長(zhǎng)硬盤(pán)每英寸的面密度現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻位移傳感器GMR傳感器具有靈敏度高、可靠性好、測(cè)量范圍寬、抗惡劣環(huán)境、體積小等優(yōu)點(diǎn)位移傳感器即線(xiàn)性傳感器，利用巨磁電阻的高靈敏性而測(cè)量位移的變化它的基本結(jié)構(gòu)是由釘扎磁性層（例如Co）、Cu間隔層和自由磁性層（例如Ni、Fe等易磁化層）組成的多層膜。由于釘扎層的磁矩與自由磁層的磁矩之間的夾角發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致SV-GMR元件的電阻值改變，進(jìn)而使讀出電流發(fā)生變化位移傳感器分辨率可達(dá)1μm級(jí)現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻轉(zhuǎn)速傳感器車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器當(dāng)鐵齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),靠近鐵齒輪的永磁體的磁邊緣場(chǎng)的分布會(huì)發(fā)生變化。在圖示位置放一個(gè)GMR薄膜傳感器,當(dāng)鐵齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí),它對(duì)磁通的變化方向產(chǎn)生感應(yīng)。這種GMR薄膜傳感器已被用來(lái)檢測(cè)汽車(chē)的速度現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻生物傳感器生物傳感器圖示生物傳感器的應(yīng)用現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻生物傳感器把磁性顆粒表面包一層合適的抗體,這種抗體只與特定的被分析物(如病毒,細(xì)菌等)結(jié)合,則這些磁性顆?？杀挥米魃锸聚櫋０延纱判灶w粒組成的檢測(cè)溶液分散到裝有GMR傳感組件的集成電路芯片上,GMR傳感組件本身也包上同樣的抗體。溶液中的被分析物就會(huì)與傳感器結(jié)合,并帶上磁標(biāo)記。磁標(biāo)記的磁邊緣場(chǎng)對(duì)GMR組件產(chǎn)生作用并改變其電阻。通過(guò)檢測(cè)這些GMR組件的電性能,就能夠直接進(jìn)行檢測(cè)溶液中的被分析物的濃度等方面的分析基于磁場(chǎng)生物傳感器原理現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)在隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)中的應(yīng)用

目前廣泛采用的半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)和靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)機(jī)器斷電時(shí)，所存數(shù)據(jù)會(huì)全部丟失，且抗輻射性能差利用GMR效應(yīng)制作的MRAM是采用納米制造技術(shù)，把沉積在基片上的SV-GMR薄膜或TMR薄膜制成圖形陣列，形成存儲(chǔ)單元，以相對(duì)兩磁性層的平行磁化狀態(tài)和反平行磁化狀態(tài)分別代表信息“1”和“0”隨機(jī)存儲(chǔ)器現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)在隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)中的應(yīng)用

和現(xiàn)有的半導(dǎo)體RAM相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是非易失、抗輻射、長(zhǎng)壽命、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和低成本，基本上可以不限次數(shù)的重寫(xiě)。由于使用了GMR材料，每位尺寸的減少并不影響讀取信號(hào)的靈敏度，可實(shí)現(xiàn)最大的存儲(chǔ)密度?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)在隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)中的應(yīng)用

寫(xiě)入時(shí)改變TMR元件的電阻，改變磁化方向?qū)懭搿?”時(shí)產(chǎn)生與下層同向的磁場(chǎng)。上層磁化方向與下層平行，電阻就會(huì)減小寫(xiě)入“1”時(shí)正好相反，產(chǎn)生與下層反向平行的磁場(chǎng)，從而使上下兩層的磁化方向形成反平行，此時(shí)電阻則增大讀取時(shí)，則在TMR元件中傳導(dǎo)電流，通過(guò)電流大小確定信號(hào)假如是“0”，由于電阻小，電流就大；假如是“1”，由于電阻大，電流就小MRAM基本架構(gòu)示意圖現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)在隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)中的應(yīng)用

圖中下方左側(cè)是一個(gè)晶體管，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)，電流可流過(guò)存儲(chǔ)單元MTJ(磁性隧道結(jié))，通過(guò)與參考值進(jìn)行比較，判斷存儲(chǔ)單元阻值的高低，從而讀出所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，電流可流過(guò)編程線(xiàn)1和編程線(xiàn)2(圖中Writeline1和WriteLine2)，在它們所產(chǎn)生的編程磁場(chǎng)的共同作用下，使自由層的磁場(chǎng)方向發(fā)生改變，從而完成編程的操作MRAM結(jié)構(gòu)晶體管現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)在隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)中的應(yīng)用Honeywell公司是第一家利用GMR材料做存儲(chǔ)器芯片的公司1995年，IBM公司的Tang等人提出了自旋閥型GMR存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)方案，它采用NiFe/Cu/NiFe/FeMn自旋閥巨磁電阻多層膜作為存儲(chǔ)單元條，其開(kāi)關(guān)速度在亞納秒(10-10s)數(shù)量級(jí)。2003年，Motorola公司發(fā)布了4Mb的MRAM樣品，其尺寸僅有0.55μm2?，F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有58頁(yè)\編輯于星期二巨磁電阻效應(yīng)在隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)中的應(yīng)用BIOS芯片蜂窩電話(huà)傳真機(jī)固態(tài)錄像機(jī)