1、Add Your Company Slogan東北大學測控專業課程設計東北大學測控專業課程設計LogoLogo磁電阻元件的工作原理磁電阻元件的工作原理各向異性磁電阻效應各向異性磁電阻效應各向異性磁電阻效應是指對于強磁性金屬各向異性磁電阻效應是指對于強磁性金屬( (鐵、鉆、鎳及其合鐵、鉆、鎳及其合金金),),當外加磁場偏離金屬的內部磁化方向時當外加磁場偏離金屬的內部磁化方向時, ,金屬電阻阻值會金屬電阻阻值會發生變化發生變化磁阻傳感器的生產方法和工作原理磁阻傳感器的生產方法和工作原理現在的磁電阻元件通常是用一種長而薄的玻莫現在的磁電阻元件通常是用一種長而薄的玻莫(Ni(Ni一一Fe)Fe)合金合

2、金, ,利用半導體工藝沉積在硅襯底上制成的利用半導體工藝沉積在硅襯底上制成的, ,在強磁場下進行沉積，在強磁場下進行沉積，以確定自身磁化方向（即上文的內部磁化方向）以確定自身磁化方向（即上文的內部磁化方向）。我們通過將磁電阻接入如下圖所示的惠斯通電橋電路（設我們通過將磁電阻接入如下圖所示的惠斯通電橋電路（設磁場偏角為磁場偏角為，圖中角，圖中角為兩線之間的夾角為兩線之間的夾角 為為4545度）度）通過計算我們得出輸出電壓與磁場偏置角通過計算我們得出輸出電壓與磁場偏置角 的關系的關系 .性能比較性能比較各種磁傳感器的測量范各種磁傳感器的測量范圍圍71010其他優點：其他優點：誤差不隨時間累計；體誤

3、差不隨時間累計；體積小、耐高過載、成本積小、耐高過載、成本低、功耗低、響應快；低、功耗低、響應快；信號便于集成化和小型信號便于集成化和小型化。化。新型磁阻傳感器的特點新型磁阻傳感器的特點改進思路改進思路對于傳感器來說，傳感器的靈敏度是至關重要的對于傳感器來說，傳感器的靈敏度是至關重要的噪聲信號的存在嚴重影響傳感器的靈敏度。噪聲信號的存在嚴重影響傳感器的靈敏度。新型磁性納米多層膜的發展為提高信號并降低磁性隧道結的新型磁性納米多層膜的發展為提高信號并降低磁性隧道結的噪音提供了明確的途徑噪音提供了明確的途徑軟鐵磁層中的磁隧道結的磁特性的是確定磁致電阻傳感器的性能軟鐵磁層中的磁隧道結的磁特性的是確定磁

4、致電阻傳感器的性能重要因素之一重要因素之一改進方法改進方法(1)(1)隧道結層結構特點的改進隧道結層結構特點的改進單層坡莫合金薄膜單層坡莫合金薄膜納米多層膜納米多層膜相比于相比于單層單層膜，膜，納納米多米多層層膜由于膜由于電電磁耦合效磁耦合效應應與與不同金不同金屬屬的材料特性。的材料特性。面面內內磁磁電電阻阻變變化強，而面外磁化強，而面外磁電電阻阻變變化弱，化弱，這種結構這種結構在提升在提升靈靈敏度的敏度的同同時時降低了外界磁降低了外界磁場場的影的影響響(2(2) )磁性隧道節不同自由層厚度的影響及對厚度的選取磁性隧道節不同自由層厚度的影響及對厚度的選取磁性隧道節不同的自由層的厚度表現出非常不

5、同的磁特磁性隧道節不同的自由層的厚度表現出非常不同的磁特性，而不同的磁特性對傳感器的靈敏度有很大的影響。性，而不同的磁特性對傳感器的靈敏度有很大的影響。自由自由層層下面給出兩種自由層厚度不同的兩樣本下面給出兩種自由層厚度不同的兩樣本（樣本是經計算和多次試驗后的最優狀態）（樣本是經計算和多次試驗后的最優狀態）樣本：樣本：自由層厚度為自由層厚度為. .分別在分別在1 T1 T的的磁場磁場350350下和下和0.1 T0.1 T磁場磁場320320下進行第一二次下進行第一二次退火。退火。樣本：樣本：自由層厚度為自由層厚度為. .分別在分別在1 T1 T的的磁場磁場350350下和下和0.1 T0.1

6、 T磁場磁場320320下進行第一二次下進行第一二次退火。退火。實驗結果：實驗結果：樣本樣本1.5nm1.5nmB B樣本樣本1.0nm1.0nm樣本磁傳感器被下的樣本磁傳感器被下的1 1伏的施加電壓操作伏的施加電壓操作時，該傳感器在外部磁場集中器的作用下時，該傳感器在外部磁場集中器的作用下靈敏度是靈敏度是16501650/ mT/ mTB B樣本磁傳感器被下的樣本磁傳感器被下的1 1伏的施加電壓操作伏的施加電壓操作時，該傳感器在外部磁場集中器的作用下時，該傳感器在外部磁場集中器的作用下靈敏度是靈敏度是19161916/ mT/ mT（這是已被制出的磁這是已被制出的磁阻傳感器的最高值。阻傳感器的最高值。）165:191.6165:191.6同時該傳感器只消耗同時該傳感器只