最近,O.J.Gonzalez等人研发了一种新型的GMR位置传感器,其核心敏感多层膜采用的是钙钛矿氧化物,主要成分为La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)。该膜被构建在Al2O2芯片上,呈现出四个环型电阻的形状,作为惠斯登电桥的四个敏感臂。当磁场作用于这些磁电阻时,它们的阻值会发生变化。
传感器的工作原理基于磁电阻的相对变化。当两组磁电阻(R1和R3、R2和R4)相对变化时,非平衡电桥受到永久磁场的影响,从而输出最大值。而当所有磁电阻对桥路的影响达到平衡时,桥路输出为零。与旋转角度相关的磁电阻电桥的灵敏度可表示为Sb=∣DVo(Q)/ Vi/DQ∣(2)。
其中,ΔVo(Θ)代表桥路不平衡时的输出电压变化率,Vi是桥路输入电压,而ΔΘ则是敏感角度的变化率。
该传感器的制造过程包括形成Al2O3芯片、通过光刻技术构建LSMO电桥,以及后续的退火热处理等共12个步骤。芯片的总尺寸为17mm×17mm×20mm,Sb值为70.66mV,电路接口灵敏度为4.26mV/V°。
对于巨磁阻效应灵敏度的计算,我们采用公式K=V/B。为了产生均匀的磁场,我们设计了一个赫姆霍兹线圈。这种线圈由一对共轴的圆形线圈组成,两线圈内的电流方向一致,大小相同,线圈之间的距离正好等于圆形线圈的半径R。根据毕奥-萨伐尔定律,我们可以计算出赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度。
巨磁阻效应是一种在磁性材料和非磁性材料之间的薄膜层中观察到的量子力学和凝聚态物理现象。这种结构的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关。当两层磁性材料的磁化方向相反时,电阻值会明显大于磁化方向相同时的电阻值。巨磁阻效应在硬盘生产中有重要的商业应用价值。
GMR效应是指磁场作用下的电阻率与无外磁场作用时的电阻率之间存在显著变化的现象。根据这一效应开发的小型大容量计算机硬盘已经得到广泛应用。
磁性金属和合金都有磁电阻现象,即电阻在磁场作用下的变化。而巨磁阻则是指在一定磁场下电阻急剧减小,其减小的幅度通常比一般的磁性金属与合金材料的磁电阻数值高出1 0倍以上。
关于电子的运动,它们在导电时并不是沿着电场的直线前进,而是会与晶格中的原子发生碰撞(散射)。每次散射后,电子都会改变运动方向,总体运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的结合。当材料的几何尺寸减小到纳米级别,例如几个原子的厚度时,电子在边界上的散射几率会大大增加,可以观察到厚度减小导致电阻率增加的现象。