巨磁电阻角度传感器的研制

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1、巨磁电阻角度传感器的研制陈家新（安徽大学物理与材料科学学院，安徽合肥230039）摘要：传感器是一种技术密集，多学交叉的产品，传感器技术的发展水平标志着现在化工业技术和生产力发展的高低，并直接影响着世界各国在科技，经济，工业生产以及军事等领域中的竞争力。近年来，传感器技术的主要研究方向，一是基础研究方面，研究新发现与新效应，开发新材料和新工艺，二是实现传感器的微型化，集成化和智能化，因此本论文主要介绍巨磁电阻效应的发现，巨磁电阻效应的原理以及应用，并重点对巨磁电阻角度传感器的工作原原理以及研制进行

2、深刻的分析。关键词：巨磁电阻；角度传感器；自旋阀，磁场。PreparationofgiantmagnetoresistanceangularsensorChenJia-xin(SchoolofPhysics&MaterialScience,AnhuiUniversity,Hefei230039,China)AbstractIntroductiondiscoveryofgiantmagnetoresistance,giantmagnetoresistanceeffectandtheapplicati

3、onoftheprinciplesandprioritiesoftheoriginalprincipleoftheGMRanglesensorandthedevelopmentwillbedescribed.Keywordsgiantmagnetoresistance；anglesensor；spinvalve；magneticfield1背景随着工业化的迈进，传感器因为自身具有鲁棒性能高，非接触式测量，能在恶劣的环境下工作的特点而备受欢迎，21世纪是信息的时代，信息技术对科技和社会的发展的推动作

4、用越来越大，而传感器则是获取自然和生产领域中信息的主要途径。在工业领域内，巨磁电阻传感器种类繁多，而角度传感器正是其中的一种，它主要用来测量转动部件和固定部件之间的角度变化，角度是一种重要的物理量，是机械，仪器仪表以及电子制造业当中不可或缺的量，它们的精度对产品的质量有着至关重要的作用，如控制手臂头部和其他部件的位置，因此本论文就巨磁电阻角度传感器进行着重的研究和分析。2巨磁电阻效应巨磁电阻效应，指的是磁性材料的电阻率在外加磁场的作用下较之无外加磁场作用时存在巨大变化的现象，巨磁阻是一种量子力学效

5、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，而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，巨磁电阻来源于磁性材料导体中传导电子的自旋相关散射，也即散射势与自旋有关。巨磁电阻效应被发现后，迅速得到9了发展，也引发了科学和技术的飞速发展。开创了

6、自旋电子学这一具有巨大科学意义的新领域。目前常用的巨磁电阻效应的材料主要有以下几种：2.1磁性金属多层膜巨磁电阻在多层膜中，巨磁电阻效应不会受到磁场方向的影响，在外磁场的介入后由程增大，所受到的散射却反而减小。这说明了电子的输运与电子的自旋散射中自旋取向的传导电子的散射比对另一种自旋取向的传导电子的散射更强。在磁场磁化方向反平行下，多层膜的电阻会变大，在室温下，多层膜巨磁电阻的变化率会达到10%。磁性金属多层膜巨磁电阻材料类别非常多，但是因为在多层膜巨磁电阻材料中时常会出现较大的层间交换耦合作用，

7、需要外加很大的饱和磁场才产生巨磁电阻效应，所以它们的灵敏度不高，在实际应用中效果并不大。2.2颗粒膜巨磁电阻颗粒膜巨磁电阻是微颗粒镶嵌于薄膜中所构成的复合材料体系，原则上来说，颗粒的组成与薄膜的组成在制备条件下应互不固溶，也因此使得颗粒膜区别于合金，化合物，属于非均匀相组成的颗粒膜，虽然如此，但二者还是有很多相似的地方，颗粒膜和多层膜都属于二相或者多相非均匀体系，唯一不同的是纳米微粒在颗粒膜中呈现出混乱的统计分布，而在多层膜中的分布具有人工周期结构，因此可以存在一定的空间取向关系，但是二者都在不同

8、的领域扮演重要的角色，当研究物理理论问题的时候，多层膜远远比颗粒更加方便，相应的，在实际应用中，更多的是采用工艺制备颗粒膜技术。2.3自旋阀巨磁电阻自旋阀其实是一种特殊的磁性多层膜，典型的自旋阀结构包括四层金属膜：第一层是自由的磁性层；二层非磁性的导电隔离层；三层是被钉扎的磁性层；四层是钉扎的反铁磁性层。自旋阀具有如下优点：（1）磁电阻变化率对外磁场的响应呈现线性关系，频率特性好；（2）低饱和场，工作磁场小；（3）与AMR相比，电阻随磁场变化迅速，因而操作磁通小，灵敏度高；（4）利