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1、第16卷第1期青岛大学学报Vol.16No.12003年3月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITYMar.2003文章编号:10061037(2003)01006904巨磁电阻应用的现状与展望1胡松青,杨渭(石油大学应用物理系,山东东营257061)摘要:介绍了巨磁电阻材料在高密度读出磁头、磁传感器、磁性随机存储器等领域的应用。对今后应开展的研究和应用作了展望。关键词:巨磁电阻;读磁头;磁传感器;磁性随机存储器中图分类号:O482文献标识码:
2、A磁电阻MR(Magnetoresistance)效应是指物质在磁场作用下电阻发生变化的现象。早在1857年,W.Thom[1]son首先发现了铁磁多晶体的各向异性磁电阻(AMR,AnisotropicMagnetoresistance)效应。1988年法国巴黎大学物理系Fert教授的科研组首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应。即材料的电阻率将受材料的磁化状态的变化而呈现显著改变的现象,他们采用分子束外延的手段,在GaAs(001)基片上外延生长了(001)Fe/(001)Cr超晶格,当Fe,Cr层的厚度分别为3,0
3、.9nm时,在4.2K温度,2T磁场下可获得磁电阻变化率达到-50%,其值较人们所熟知的FeNi合金各向异性磁电阻效应约大一个数量级,且为负值,各向同性,故冠[2]以巨磁电阻效应(GMR,GiantMagnetoresistance)以示区别。在多层膜巨磁电阻研究的启发与促进下,1992年Berkowitz与C.L.Chien科研组分别独立地发现在Co/Cu颗粒膜中同样存在巨磁电阻效应。1993年Helmolt等人在La2/3Ba1/3MnOx类钙钛矿铁磁薄膜中发现室温磁电阻效应可高达60%,为这类混合价化合物磁电阻效应的研究
4、揭开了序幕。1995年Miyazak等人发现Fe/Al2O3/Fe隧道结室温磁电阻效应可达18%。1996年在Co(Ni)-SiO2颗粒膜中同样发现具有隧道效应的巨磁电阻效应。巨磁电阻效应的研究,为磁电子学的[3]发展奠定了基础。十多年来,巨磁电阻效应的研究发展如此迅速,并且基础研究和应用研究几乎齐头并进,已成为基础研究快速转化为商业应用的国际典范。GMR材料在高密度读出磁头,磁传感器,磁性随机存储器等领域有着宽广的应用,从而成为国际上引人瞩目的研究领域。1995年,美国物理学会将GMR效应列为当年凝聚态物理中五大研究热点的首位
5、。1GMR材料及实用要求衡量GMR性能的两个最基本参数是:(1)在一定温度下所能达到的最大GMR值;(2)获得最大GMR效[4]应所需施加的饱和外磁场强度。GMR与饱和磁场强度的比值称为磁场灵敏度。巨磁电阻效应材料要获得广泛应用的一个关键问题,是开发既具有低的饱和场,又具有高的GMR效应的合金系统。在各种巨磁电阻材料中,多层膜和颗粒膜饱和磁场高达数特斯拉,使磁场灵敏度低;氧化物陶瓷类材料需极高饱和场,难以实现实用化;自旋阀材料饱和磁场仅为几个或几十奥斯特,但在室温下GMR低。因此,在合金成分和膜/粒结构方面进行新的探索,研究和
6、开发室温磁场灵敏度高的GMR磁性薄膜材料是凝聚态物理和材料科学领域的重要任务。寻求GMR值高,饱和磁场低,磁场灵敏度高的合金体系和人工薄膜结构是当前GMR材料实用化的难点和重点。目前,已发现具有GMR效应的材料主要有多层膜、自旋阀、颗粒膜、非连续多层膜、氧化物超巨磁电阻薄膜等五大类(见表1)。收稿日期:2002-09-18作者简介:胡松青(1967),男,湖北松滋市人,实验师,硕士,研究方向为纳米颗粒膜的电磁性质。70青岛大学学报第16卷表1各种GMR效
7、应材料的比较GMR值外加磁场灵敏度实用情况多层膜小大小难自旋阀小小大增大GMR颗粒膜大大小降低饱和场非连续多层膜大小大抑制巴克豪森噪音氧化物大极大小难自旋阀所表现出的高灵敏度特性,使它成为在应用上首先得到青睐的一类巨磁电阻材料。2GMR的应用2.1巨磁电阻传感器磁传感器主要用来检查磁场的存在、强弱、方向和变化等。磁传感器的品种很多,磁电阻传感器是其中的一类。传统磁电阻传感器主要有半导体(In,Sb)及软磁合金两种,半导体磁电阻元件具有MR大及线性度好的优点,但所需磁场较高,温度稳定性较差;软磁合金薄膜元件饱和场低,故低场灵敏
8、度高,但其MR数值不高。GMR元件具有巨大的GMR值和较大的磁场灵敏度等特点,用来替代传统磁电阻传感器,可大大提高[5]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器方面,则显示出了更大的优越性。在GMR传感器以前,人们使用的磁电阻传感器主要是利
