[發明專利]一種磁電阻自動測量裝置及其測量方法

無效

• 申請號: 201110266541.5
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102419425A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 白建民;呂華;劉明峰;王建國;薛松生
• 申請（專利權）人: 蘭州大學;江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 任益

技術領域

本發明涉及微型磁性器件的精確定位與采用霍爾效應、AMR、GMR、TMR的相關磁性傳感器的磁電阻測量及處理技術，更具體地說，是涉及一種磁電阻自動測量裝置及測量方法。

背景技術

磁致電阻效應即磁電阻效應簡稱MR，就是在通有電流的金屬或半導體上施加磁場時，其電阻值會發生明顯變化的現象，這主要是由于外加磁場與金屬或半導體內的電子自旋磁矩相互作用的結果。通常將磁場引起的電阻率變化寫成Δρ=ρ（H）-ρ（0），其中ρ（H）和ρ（0）分別表示在磁場H中和無磁場時電阻率。磁電阻的大小常表示為：?MR=?Δρ/ρ*100%，其中ρ可以是ρ（0）或ρ（H）。

目前，已被研究的磁性材料的磁電阻效應可以大致分為以下幾種:1）由磁場直接引起的磁性材料的正常磁電阻簡稱OMR；2）與技術磁化相聯系的各向異性磁電阻簡稱AMR；3）摻雜稀土氧化物中特大磁電阻簡稱CMR；4）磁性多層膜和顆粒膜中特有的巨磁電阻簡稱GMR；5）隧道磁電阻簡稱TMR等。

絕大多數非磁性導體的MR很小約為10^-5?%，磁性導體的MR最大約為3～5%，且電阻率的變化與磁場方向與導體中電流方向的夾角有關即具有各向異性，稱為各向異性磁電阻AMR。

1988年，長期研究磁電阻現象的法國巴黎大學Albert?Fert教授研究組，從英國物理學家N.F.Mott提出的磁性金屬電現象的模型出發，設計了一種多層薄膜結構，并在分子束外延制備的Fe/Cr多層膜中發現MR可達50%，其值遠大于通常的AMR，成功地“放大”了磁電阻現象。并且在薄膜平面上磁電阻是各向同性的。人們稱之為巨磁電阻GMR。

在1998年左右，巨磁阻磁頭開始被大量應用于硬盤當中，從那時起，短短的幾年時間里，硬盤的容量就從4G提升到了當今的400G。但是，即便是這項叱咤風云的技術，發展到現在也已經接近了極限，硬盤容量的提升必須尋求新的技術。目前行業公認的下一代技術是“垂直磁記錄”技術，即“記錄位”的S/N兩極的連線垂直于盤片，而在此之前的技術都屬于“水平磁記錄”技術。當硬盤向垂直磁記錄技術轉變時，巨磁阻磁頭也將會同時更換為“隧道磁阻磁頭”。

在大多數金屬中，電阻率的變化值為正，而過渡金屬和類金屬合金及飽和磁體的電阻率變化值為負。半導體有大的磁電阻各向異性。利用磁電阻效應，可以制成磁敏電阻元件，其常用材料有銻化銦、砷化銦等。磁敏電阻元件主要用來構造位移傳感器、轉速傳感器、位置傳感器和速度傳感器等。為了提高靈敏度，增大阻值，可把磁敏電阻元件按一定形狀例如直線或環形串聯起來使用。在實際使用中，霍尼韋爾磁場傳感器和磁力計具有很高的精確度，可以輕易的整合到幾乎所有的應用環境中，應用環境包括電子羅盤、磁力計、位置傳感－線性和角位置傳感器、車輛檢測解決方案、全球衛星導航定位GPS解決方案、車載信息服務系統。另外，霍爾效應也是磁場對電阻影響的典型效應。美國物理學家霍爾發現，如果對位于磁場中的導體施加一個電壓，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另一個電壓，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產生這種現象被稱為霍爾效應。更通俗地說，就是導體中有電流時，就有電荷載子在里面移動。而當導體內有磁場時，導體內的電荷載子運動就會受影響，這些電荷載子因此可能就會往某一邊靠過去。導體的兩側，就會產生電壓差。鐵磁材料的霍爾效應通常由兩部分構成，一般非磁金屬材料的電阻應正比于外加磁場，稱為一般霍爾效應。然而在鐵磁金屬材料中，其電阻還與材料的磁化強度有關，此項被稱為反常霍爾效應。根據霍爾效應做成的霍爾器件，就是以磁場為工作媒體，將物體的運動參量轉變為數字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關的功能。訖今為止，已在現代汽車上廣泛應用的霍爾器件有：在分電器上作信號傳感器、ABS系統中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷、發動機轉速及曲軸角度傳感器、各種開關，等等。霍爾器件通過檢測磁場變化，轉變為電信號輸出，可用于監視和測量汽車各部件運行參數的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質量、液位、流速、流量等。霍爾器件輸出量直接與電控單元接口，可實現自動檢測。目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車的惡劣工作環境。