各向异性磁阻传感器

1、Add Your Company Slogan东北大学测控专业课程设计东北大学测控专业课程设计LogoLogo磁电阻元件的工作原理磁电阻元件的工作原理各向异性磁电阻效应各向异性磁电阻效应各向异性磁电阻效应是指对于强磁性金属各向异性磁电阻效应是指对于强磁性金属( (铁、钻、镍及其合铁、钻、镍及其合金金),),当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时, ,金属电阻阻值会金属电阻阻值会发生变化发生变化磁阻传感器的生产方法和工作原理磁阻传感器的生产方法和工作原理现在的磁电阻元件通常是用一种长而薄的玻莫现在的磁电阻元件通常是用一种长而薄的玻莫(Ni(Ni一一Fe)Fe)合金合

2、金, ,利用半导体工艺沉积在硅衬底上制成的利用半导体工艺沉积在硅衬底上制成的, ,在强磁场下进行沉积，在强磁场下进行沉积，以确定自身磁化方向（即上文的内部磁化方向）以确定自身磁化方向（即上文的内部磁化方向）。我们通过将磁电阻接入如下图所示的惠斯通电桥电路（设我们通过将磁电阻接入如下图所示的惠斯通电桥电路（设磁场偏角为磁场偏角为，图中角，图中角为两线之间的夹角为两线之间的夹角 为为4545度）度）通过计算我们得出输出电压与磁场偏置角通过计算我们得出输出电压与磁场偏置角 的关系的关系 .性能比较性能比较各种磁传感器的测量范各种磁传感器的测量范围围71010其他优点：其他优点：误差不随时间累计；体误

3、差不随时间累计；体积小、耐高过载、成本积小、耐高过载、成本低、功耗低、响应快；低、功耗低、响应快；信号便于集成化和小型信号便于集成化和小型化。化。新型磁阻传感器的特点新型磁阻传感器的特点改进思路改进思路对于传感器来说，传感器的灵敏度是至关重要的对于传感器来说，传感器的灵敏度是至关重要的噪声信号的存在严重影响传感器的灵敏度。噪声信号的存在严重影响传感器的灵敏度。新型磁性纳米多层膜的发展为提高信号并降低磁性隧道结的新型磁性纳米多层膜的发展为提高信号并降低磁性隧道结的噪音提供了明确的途径噪音提供了明确的途径软铁磁层中的磁隧道结的磁特性的是确定磁致电阻传感器的性能软铁磁层中的磁隧道结的磁特性的是确定磁

4、致电阻传感器的性能重要因素之一重要因素之一改进方法改进方法(1)(1)隧道结层结构特点的改进隧道结层结构特点的改进单层坡莫合金薄膜单层坡莫合金薄膜纳米多层膜纳米多层膜相比于相比于单层单层膜，膜，纳纳米多米多层层膜由于膜由于电电磁耦合效磁耦合效应应与与不同金不同金属属的材料特性。的材料特性。面面内内磁磁电电阻阻变变化强，而面外磁化强，而面外磁电电阻阻变变化弱，化弱，这种结构这种结构在提升在提升灵灵敏度的敏度的同同时时降低了外界磁降低了外界磁场场的影的影响响(2(2) )磁性隧道节不同自由层厚度的影响及对厚度的选取磁性隧道节不同自由层厚度的影响及对厚度的选取磁性隧道节不同的自由层的厚度表现出非常不

5、同的磁特磁性隧道节不同的自由层的厚度表现出非常不同的磁特性，而不同的磁特性对传感器的灵敏度有很大的影响。性，而不同的磁特性对传感器的灵敏度有很大的影响。自由自由层层下面给出两种自由层厚度不同的两样本下面给出两种自由层厚度不同的两样本（样本是经计算和多次试验后的最优状态）（样本是经计算和多次试验后的最优状态）样本：样本：自由层厚度为自由层厚度为. .分别在分别在1 T1 T的的磁场磁场350350下和下和0.1 T0.1 T磁场磁场320320下进行第一二次下进行第一二次退火。退火。样本：样本：自由层厚度为自由层厚度为. .分别在分别在1 T1 T的的磁场磁场350350下和下和0.1 T0.1

6、 T磁场磁场320320下进行第一二次下进行第一二次退火。退火。实验结果：实验结果：样本样本1.5nm1.5nmB B样本样本1.0nm1.0nm样本磁传感器被下的样本磁传感器被下的1 1伏的施加电压操作伏的施加电压操作时，该传感器在外部磁场集中器的作用下时，该传感器在外部磁场集中器的作用下灵敏度是灵敏度是16501650/ mT/ mTB B样本磁传感器被下的样本磁传感器被下的1 1伏的施加电压操作伏的施加电压操作时，该传感器在外部磁场集中器的作用下时，该传感器在外部磁场集中器的作用下灵敏度是灵敏度是19161916/ mT/ mT（这是已被制出的磁这是已被制出的磁阻传感器的最高值。阻传感器的最高值。）165:191.6165:191.6同时该传感器只消耗同时该传感器只