[發明專利]一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法

有效

• 申請號: 202011227072.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112307779B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 王三勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 王穎

本發明公開一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，包括六個優化研究步驟，實現了GMI多層膜敏感材料體系組成結構、退火后處理的影響和YBCO超導磁通變換器的材料制備、加工、后處理的影響以及兩者之間的耦合機制和影響的研究優化；本發明對于超導磁通變換器和GMI多層膜敏感結構進行設計和優化，并提出采用三明治結構或者多層薄膜制備高靈敏GMI部件，且無需精確的參數控制和結構設計，結構簡單易生產，同時提出采用自制的大面積高性能高溫超導薄膜制作磁通變換器，以達到高增益，制作出磁傳感器原理樣機測量精度高，可以檢測fT量級的磁場的目的。

技術領域

本發明涉及超導復合磁強計技術領域，尤其涉及一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法。

背景技術

超高精度磁強計(磁傳感器)在生物磁測量、地磁導航、天文觀測、基礎物理特性分析等科研領域具有廣泛的應用前景和迫切需求，磁傳感器是一種能把磁場轉換成相應電信號的轉換器，用來實現磁傳感器的原理有很多，例如霍爾效應、磁阻效應、巨磁阻效應、巨磁阻抗效應、核進動、超導量子干涉儀、磁彈性效應等；

現有的磁傳感器對于微型化方面研究數據較為分散，測量精度也無法與SQUID器件比擬，但傳統的SQUID制作，由于其工作原理都是基于超導導體的約瑟夫森效應，而這要求必須實現弱連接的制備，同時現有的利用GMR效應制造出的微磁傳感器中的GMR元件探測精度依然較低，且GMR元件的多層膜結構非常復雜，實現起來需要非常精確的參數控制和結構設計，難度很大，因此，本發明提出一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法以解決現有技術中存在的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提出一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，該超高精度GMI超導復合磁強計優化方法對于超導磁通變換器和GMI多層膜敏感結構進行設計和優化，并提出采用三明治結構或者多層薄膜制備高靈敏GMI部件，且無需精確的參數控制和結構設計，結構簡單易生產，同時提出采用自制的大面積高性能高溫超導薄膜制作磁通變換器，以達到高增益，制作出磁傳感器原理樣機測量精度高，可以檢測fT量級的磁場的目的。

為實現本發明的目的，本發明通過以下技術方案實現：一種超高精度GMI超導復合磁強計優化方法，包括以下步驟：

步驟一、通過對具有橫向各向異性結構的復合多層膜和具有縱向各向異性結構的復合多層膜的測試，得出磁阻抗比最大的結構并尋找最合適的驅動頻率；

步驟二、通過使用靜態磁場退火、電流退火、脈沖電流退火和應力退火對復合多層膜進行處理，得到其對復合多層膜磁性能的影響和規律；

步驟三、通過使用不同GMI材料體系組成的復合多層膜結構進行測試，獲得最大磁阻抗比的優化結構和材料體系；

步驟四、結合微觀結構觀察和理論分析復合多層膜結構與超導磁通變換器之間的耦合機制和影響因素，給出優化的人工復合結構以及實現的方法；

步驟五、通過對YBCO超導磁通變換器的材料制備、加工、后處理的測試以及超導環形狀尺寸的影響，從而獲得大的磁通變換比；

步驟六、搭建由信號發生電路、恒流源激勵電路、前置放大電路、檢波電路、濾波電路、差分放大電路、偏置反饋電路組成的基于巨磁阻抗/超導復合磁傳感器電路。

進一步改進在于：其具體制作步驟為先在單晶基底上，采用物理和化學方法，制備出高質量的YBCO超導薄膜；然后采用濺射技術制備鈍化薄膜；然后采用光刻曝光和離子束刻蝕工藝制作出超導磁通變換器；在此基礎上，采用濺射方法制作出GMI復合薄膜敏感結構；與此同時，進行理論分析與計算，揭示出器件性能的路線和機理，結合實際工藝過程，通過膜系設計，表面界面控制和優化，以及磁熱退火、應力退火的手段，全面提高器件的性能；搭建外部電路，最終制作出一個GMI/超導復合磁強計原理樣機。