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(guó)科學(xué)家阿爾貝阿爾貝費(fèi)爾費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得彼得格林貝格爾因格林貝格爾因分別獨(dú)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(cè)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(chǎng)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(jī)理GMR效應(yīng)的理論和機(jī)理 GMR效應(yīng)的理論很復(fù)雜，許多機(jī)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(gè)鐵磁層中的磁矩方向由施加的外磁場(chǎng)控制，當(dāng)鐵磁性層的磁矩反平行排列時(shí)見(jiàn)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(shí)見(jiàn)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(gè)典型的多層GMR材料在外加磁場(chǎng)下的電阻變化情況。圖2中的輸出表明，無(wú)論是正向還是反向的外加磁場(chǎng)變化，都能帶來(lái)相同的磁阻變化，也就是說(shuō)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(chǎng)繼續(xù)變化時(shí)，磁性材料就達(dá)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(chǎng)到飽和磁場(chǎng)所帶來(lái)的阻值變化就稱(chēng)為磁阻。巨磁阻傳感器應(yīng)用 一：硬盤(pán)巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭 ：極大的提高了磁盤(pán)記錄

3、密度，極大提高了硬盤(pán)的容量，同時(shí)縮小了硬盤(pán)的體積。目前硬盤(pán)最大容量已經(jīng)達(dá)到4TB。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于應(yīng)用巨磁阻效應(yīng)前的硬盤(pán)。巨磁阻傳感器應(yīng)用 二：角度、位置傳感器 ，用于數(shù)控機(jī)床、汽車(chē)測(cè)速、非接觸開(kāi)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(jià)格便宜和更強(qiáng)的輸出信號(hào)等優(yōu)點(diǎn) 。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(cè)：GMR傳感器比電子傳感器更靈敏、可重復(fù)性強(qiáng)，具有更寬的工作溫度、工作電壓和抗機(jī)械沖擊、震動(dòng)的優(yōu)異性能，而且GMR傳感器的工作點(diǎn)也不會(huì)隨時(shí)間推移而發(fā)生偏移。GMR傳感器的制備成本和檢測(cè)成本低，對(duì)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(jìn)行多目標(biāo)的檢測(cè)。同時(shí)，對(duì)比傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)法，磁性標(biāo)記沒(méi)有很強(qiáng)的環(huán)境噪聲，標(biāo)記本身不會(huì)逐漸消退，也不需要昂貴的光學(xué)掃描設(shè)備以及專(zhuān)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(chǎng)探測(cè)器 ，地磁場(chǎng)探測(cè)傳感器 ，航天器磁場(chǎng)方位傳感器，巨磁阻傳感器前景 由于具有加工簡(jiǎn)單、造價(jià)低、靈敏度高 ，可靠性很