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磁傳感器的發(fā)展,在本世紀(jì)70～80 年代形成高潮。90 年代是已發(fā)展起來的這些磁傳感器的成熟和完善的時(shí)期。
(1) 集成電路技術(shù)的應(yīng)用。將硅集成電路技術(shù)用于磁傳感器,開始于1967 年。Honeywell 公司Mi2croswitch 分部的科技人員將Si 霍爾片和它的訊號處理電路集成到一個(gè)單芯片上,制成了開關(guān)電路,首開了單片集成磁傳感器之先河。已經(jīng)出現(xiàn)了磁敏電阻電路、巨磁阻電路等許多種功能性的集成磁傳感器。
(2) InSb 薄膜技術(shù)的開發(fā)成功,使InSb 霍爾元件產(chǎn)量大增,成本大幅度下降。最先運(yùn)用這種技術(shù)獲得成功的日本旭化成電子公司,如今可年產(chǎn)5 億只以上。
(3) 強(qiáng)磁性合金薄膜。1975 年面市的強(qiáng)磁合金薄膜磁敏電阻器利用的是強(qiáng)磁合金薄膜中的磁敏電阻各向異性效應(yīng)。在與薄膜表面平行的磁場作用下,以坡莫合金為代表的強(qiáng)磁性合金薄膜的電阻率呈現(xiàn)出2 [%]～5 [%]的變化。利用這種效應(yīng)已制成三端、四端磁阻器件。四端磁阻橋已大量用于磁編碼器中,用來檢測和控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外,還作成了磁阻磁強(qiáng)計(jì)、磁阻讀頭以及二維、三維磁阻器件等。它們可檢測10 - 10～10 - 2 T 的弱磁場,靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好, 將成為弱磁場傳感和檢測的重要器件。
(4) 巨磁電阻多層膜。由不同金屬、不同層數(shù)和層間材料的不同組合,可以制成不同的機(jī)制的巨磁電阻(giant magneto - resistance) 磁傳感器。它們呈現(xiàn)出的隨磁場而變化的電阻率,比單層的各向異性磁敏電阻器的要高出幾倍,正受到研制高密度記錄磁盤讀出頭的科技人員的極大關(guān)注，已見有5 G字節(jié)的自旋閥頭的設(shè)計(jì)分析的報(bào)導(dǎo)。
(5) 各種不同成分和比例的非晶合金材料的采用,及其各種處理工藝的引入,給磁傳感器的研制注入了新的活力,已研制和生產(chǎn)出了雙芯多諧振蕩橋磁傳感器、非晶力矩傳感器、壓力傳感器、熱磁傳感器、非晶大巴克豪森效應(yīng)磁傳感器等 。發(fā)現(xiàn)的巨磁感應(yīng)效應(yīng)(giant magneto inductive effect) 和巨磁阻抗效應(yīng)(giant magneto - impedance effect) ,比巨磁電阻的響應(yīng)靈敏度高一個(gè)量級,可能做成磁頭,成為高密度磁盤讀頭的有力競爭者。利用非晶合金的高導(dǎo)磁率特性和可做成細(xì)絲的機(jī)械特性,將它們用于磁通門和威根德等器件中,取代坡莫合金芯,使器件性能得到大大的改善。
(6) Ⅲ- Ⅴ族半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。例如,在InP 襯底上用分子束外延技術(shù)生長In0. 52Al0. 48As/In0. 8Ga0. 2As ,形成假晶結(jié)構(gòu),產(chǎn)生二維電子氣層,其層厚是分子級的,這種材料的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。用這種材料來制作霍爾元件,其靈敏度高于市售的InSb 和GaAs 元件,在296 K時(shí)為22. 5 V/ T ,靈敏度的溫度系數(shù)也有大的改善,用恒定電流驅(qū)動時(shí),為-0. 0084 [%]/ K。用這種材料,除可制造霍爾器件外,還可用以制造磁敏場效應(yīng)管、磁敏電阻器等。在國外,由于磁傳感器已逐漸被廣泛而大量地使用 。(6)磁隧道結(jié)。早在1975年,Julliere就在Co/Ge/Fe磁性隧道結(jié)(MagneticTunnelJunctions，MTJs)(注：MTJs的一般結(jié)構(gòu)為鐵磁層/非磁絕緣層/鐵磁層(FM/I/FM)的三明治結(jié)構(gòu))中觀察到了TMR效應(yīng)。MTJs中兩鐵磁層間不存在或基本不存在層間耦合，只需要一個(gè)很小的外磁場即可將其中一個(gè)鐵磁層的磁化方向反向，從而實(shí)現(xiàn)隧穿電阻的巨大變化，故MTJs較金屬多層膜具有高得多的磁場靈敏度。同時(shí)，MTJs這種結(jié)構(gòu)本身電阻率很高、能耗小、性能穩(wěn)定。因此，MTJs無論是作為讀出磁頭、各類傳感器，還是作為磁隨機(jī)存儲器(MRAM)，都具有無與倫比的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景十分看好，引起世界各研究小組的高度重視 。
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