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1、巨磁阻传感器原理及应用第1页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻(GMR)效应 法国科学家阿尔贝阿尔贝费尔费尔和德国科学家彼得彼得格林贝格尔因格林贝格尔因分别独立发现巨磁阻效应.第2页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻(GMR)效应:这是一种在铁磁性层与非铁磁性层交替叠置的结构中观测到的量子效应，是指某些磁性或合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧减小，而r/r急剧增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性与合金材料的磁电阻约高10倍。第3页，共12页，编辑于2022年，星期六GMR效应的理论和机理第4页，共12页，编辑于2022年，星期六GMR效应的理论和机理GMR效应的理论很复杂，
2、许多机理至今还不清楚，目前普遍接受的解释是两流模型，如图1所示。多个铁磁层中的磁矩方向由施加的外磁场控制，当铁磁性层的磁矩反平行排列时见图1(a)，载流子受到的自旋散射最大，多层膜电阻最高；当铁磁性层的磁矩平行排列时见图1(b)，载流子受到的自旋散射最小，多层膜的电阻最低 第5页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻(GMR)的电子特性第6页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻(GMR)的电子特性 图2是一个典型的多层GMR材料在外加磁场下的电阻变化情况。图2中的输出表明，无论是正向还是反向的外加磁场变化，都能带来相同的磁阻变化，也就是说GMR效应是全极性的。曲线的斜率体现了磁性敏感
3、程度，通常以V(mV)Oe为单位。当阻值不随磁场继续变化时，磁性材料就达到了其磁性饱和区。两条曲线中的偏移是磁性材料的磁滞导致的，从零磁场到饱和磁场所带来的阻值变化就称为磁阻。第7页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻传感器应用一：硬盘巨磁阻效应的读出磁头：极大的提高了磁盘记录密度，极大提高了硬盘的容量，同时缩小了硬盘的体积。目前硬盘最大容量已经达到4TB。远远大于应用巨磁阻效应前的硬盘。第8页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻传感器应用二：角度、位置传感器，用于数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器等领域。具有功耗小、可靠性高、体积小、价格便宜和更强的输出信号等优点。如图英
4、飞凌采用GMR效应生产传感器 第9页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻传感器应用三：基于GMR传感器阵列的生物检测：GMR传感器比电子传感器更灵敏、可重复性强，具有更宽的工作温度、工作电压和抗机械冲击、震动的优异性能，而且GMR传感器的工作点也不会随时间推移而发生偏移。GMR传感器的制备成本和检测成本低，对样本的需求量很小。由GMR传感器组成的阵列，还可以结合现有的IC工艺，提高整体设备的集成度，进行多目标的检测。同时，对比传统的荧光检测法，磁性标记没有很强的环境噪声，标记本身不会逐渐消退，也不需要昂贵的光学扫描设备以及专业的操作人员。第10页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻传感器应用四：GMR传感器芯片在军事装备上也有广泛的应用，比如：超微磁场探测器，地磁场探测传感器，航天器磁场方位传感器，第11页，共12页，编辑于2022年，星期六巨磁阻传感器前景由于具有加工简单、造价低、灵敏度高，可靠性很高。目前GMR效应还是对GMR传感器的研究都还处于探索阶段。随着研究的深入，GMR传感器预计未来将有极大的发展。第12页，共12页，编辑于2022年，星期六