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巨磁电阻材料的应用 1 一 巨磁电阻效应的定义 所谓巨磁电阻效应 是指材料的电阻率将受磁化状态的变化而呈现显著改变的现象 一般定义为GMR P0 PH P0 100 其中 PH为在磁场H作用下材料的电阻率 P0指无外磁场作用下材料的电阻率 2 二 巨磁电阻工作原理 巨磁阻是一种量子力学效应 它产生于层状的磁性薄膜结构 这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成 当铁磁层的磁矩相互平行时 载流子与自旋有关的散射最小 材料有最小的电阻 当铁磁层的磁矩为反平行时 与自旋有关的散射最强 材料的电阻最大 上下两层为铁磁材料 中间夹层是非铁磁材料 铁磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁场控制的 因而较小的磁场也可以得到较大电阻变化的材料 3 三 巨磁电阻材料的应用现状 1 巨磁电阻传感器 2 巨磁阻磁记录读出磁头 3 巨磁电阻随机存储器 MRAM 4 1 巨磁电阻传感器 巨磁电阻传感器采用惠斯登电桥和磁屏蔽技术 传感器基片上镀了一层很厚的磁性材料 这层材料对其下方的巨磁电阻形成屏蔽 不让任何外加磁场进入屏蔽的电阻器 惠斯登电桥有由只相同的巨磁电阻组成 其中R1和R3在磁性材料上方 受外加磁场影响是电阻减少 而R2和R4在磁性材料下方 被屏蔽阻值不变 5 巨磁电阻传感器由于具有巨大的GMR值和较大的磁场灵敏度 表现出更强的竞争能力 它大大提高传感器的分辨率 灵敏度 精确性等指标 特别是在微弱磁场的传感方面 如可用于伪钞识别器等方面 则显出更大的优势 更广泛的应用是各类运动传感器 如对位置 速度 加速度 角度 转速等的传感 在机电自动控制 汽车工业和航天工业等方面有广泛的应用 6 2 巨磁阻磁记录读出磁头 采用薄膜电阻磁头读取信息 磁场的微弱变化对应着磁电阻的显著变化 是读取高密度磁记录信息较理想的手段 因此 磁电阻头及巨磁电阻读出磁头是实现新型超高密度磁记录的关键技术及目前唯一有效途径 7 3 巨磁电阻随机存储器 MRAM 采用纳米制造技术 以相对两磁性层的平行磁化状态和反平行磁化状态分别代表信息 1 和 0 与半导体存储器一样 是用电检测由磁化状态变化产生的电阻值之差进行信息读出的一种新型磁存储器 MRAM潜在的重要优点是非易失性 抗辐射能力强 寿命长 同时 它又兼有后者具有的大容量 高速存取 低成本 高集成度等特点 8 1 钟喜春 曾德长 魏兴钊 顾正飞 巨磁电阻材料的研究与应用 J 金属功能材料 2002 03 2 赵燕平 由臣 宁保群 巨磁电阻材料及应用 J 天津理工学院学报 2003 03 3 于
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