当前课程知识点：集成传感器 > 第五章（下） > 第5节 磁电阻传感器 > 5-5-2 巨磁电阻
这一节我们介绍巨磁电阻
也就是GMR
巨磁电阻现象最早是由Fert
于1988年报道的
在低温下大概4K左右
磁电阻的变化超过了50%
目前室温度下微米尺寸的
巨磁电阻
磁电阻变化可以达到10%以上
巨磁电阻与各向异性磁电阻
有着完全不同的物理机理
它的发现对学术界与工业界
都产生了巨大的影响
所以2007年诺贝尔物理学奖
颁发给了GMR效应的两个
独立发现者
也就是法国物理学家Fert
和德国物理学家Grünberg
获得巨磁电阻
可以采用多种材料体系和结构
例如采用铁/镉、镍铁/钴/铜
等多层膜结构
也可以由铁磁层 非磁性交换层
弱磁中间层和钉扎层
等四层纳米量级的薄膜
构成的自旋阀结构
将颗粒弥散于薄膜中
所构成的复合颗粒薄膜结构
也可以产生GMR效应
由磁性金属 非磁绝缘体
磁性金属构成的隧道结巨磁电阻
以及掺杂稀土锰氧化物的
庞磁电阻等等
这个表比较了刚才提到的
几种典型的磁电阻体系的性能
从灵敏度的角度来看
隧道结巨磁电阻
TMR的低磁场灵敏度非常的高
而且磁隧道结
本身的电阻值比较大
可实现低功耗的应用
但是在应用方面
TMR仍然有一些难题需要解决
比如说
TMR的磁电阻率
随外加电压是变化的
而较高的电阻还会导致
很大的RC常数等等
自旋阀GMR的灵敏度也是很高的
而且它的制作工艺也非常的成熟
应用比较广泛
因此在这一节里
我们主要介绍自旋阀的巨磁电阻
这个图就是自旋阀巨磁电阻的
典型结构
它包含四层纳米厚度的材料
自下而上分别为铁磁材料
构成的自由层 非磁性层
铁磁材料的被钉扎层
和反铁磁材料的钉扎层
下面两张图简单的介绍了
自旋阀的磁电阻
与外加磁场的变化关系
自旋阀的电阻大小
取决于两铁磁层磁矩的相对取向
当自旋阀没有外加磁场
或者说外加磁场的方向
与器件的初始磁矩方向
相同的时候
两磁性层的磁矩同向平行
这时器件处于小电阻状态
如果器件外加磁场方向
与器件的磁矩方向相反
那么铁磁层也就是钉扎层
将被钉扎磁矩钉扎在初始的方向
而自由层的磁矩得以翻转
使得两磁性层的磁矩反向平行
器件会变到一个大电阻的状态
如果我们继续加大磁场的强度
强度超过反铁磁层
交换耦合引起的交换偏磁场时
被钉扎层的磁矩也会发生偏转
这时两个磁性层的磁矩
又返回到一个同向平行的状态
这个时候器件返回到了一个
小电阻的状态
这就是自旋阀巨磁电阻的
工作原理
-第1节 什么是传感器
-第2节 什么是集成传感器
-第3节 集成传感器的应用
-第4节 硅材料与半导体物理简介
-第5节 半导体器件简介
-第1节 集成力传感器
-第2节 集成压阻压力传感器
-第3节 电容式力传感器
-第二章--习题
-第1节 温度传感器简介
-第2节 硅热敏电阻
-第3节 PN结温度传感器
-第4节 双极型晶体管温度传感器
-第5节 热电传感器
-第三章--习题
-第1节 湿度传感器简介
-第2节 湿度的定义与检测方法
-第3节 多种原理的集成湿度传感器-1
-第4节 多种原理的集成湿度传感器-2
-第四章--习题
-第1节 磁传感器简介
-第2节 霍尔效应
--5-2 霍尔效应
-第3节 霍尔传感器的设计
-第4节 霍尔传感器的示例
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-第6节 磁敏二极管
-第7节 磁敏三极管
-第五章（下）--习题
-第1节 光波与光传感器简介
-第2节 光电导效应与光敏电阻
-第3节 光敏二极管和三极管-1
-第六章（上）--习题
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-第5节 光电池
--6-5 光电池
-第6节 图像传感器
-第六章（下）--习题
-第1节 气体传感器概述
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-第2节 气体传感器分类及性能指标
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-第3节 接触（催化）燃烧式气体传感器
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-第4节 电阻式金属氧化物半导体传感器
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-第5节 电化学式气体传感器
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-第6节 MOSFET型气体传感器
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-第7节 集成气体传感器实例和未来
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-第七章（下）--习题
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-第一部分 引言与智能传感器
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-第二部分 无线传感网络、总结与展望
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