巨磁阻微光電開關(guān)傳感器的原理基于巨磁阻效應(yīng)，由一層非磁性導(dǎo)電材料分開的兩層磁性材料組成三明治結(jié)構(gòu)。上下兩層的磁化矢量方向可以是相對(duì)的，也可以是一致的。前者在界面上的散射 小，傳導(dǎo)電子的平均自由行程長，電阻較小，后者在界面上的散射大，傳導(dǎo)電子的平均自由行程短，電阻較大。為保證基于自旋的散射成為影響電阻的主要成分，薄膜厚度必須小于體材料中的電子自由行程。大部分鐵磁材料的平均自由行程在幾十納米的量級(jí)，因此薄膜的厚度應(yīng)在10nm以下。如此薄的薄膜對(duì)制作工藝的要求很高，這也是巨磁阻現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)得如此晚的一個(gè)重要原因。利用薄膜制作工藝，可制作多達(dá)十幾層結(jié)構(gòu)的巨磁阻微傳感器。
巨磁阻效應(yīng)主要用來制作磁記錄裝置中的讀/寫頭。這種微傳感器同樣可用于測量低強(qiáng)度的磁場。在實(shí)際應(yīng)用中，電阻的約翰遜噪聲是需要考慮的一個(gè)重要因素。由于噪聲電壓與電阻阻值的平方根成正比，因此敏感元件的電阻值要盡可能低一些，如50nm左右。此外，還需要采用低噪 聲的放大器。另外，巨磁阻微傳感器的一個(gè)非常重要的缺點(diǎn)是需要工作在偏置磁場環(huán)境中。在較高的偏置磁場下才能獲得相對(duì)較大的電阻變化率。在實(shí)際測量中，這樣高的磁場強(qiáng)度往往是不允許的，所以實(shí)際得到的電阻變化率僅比普通的AMR高出很小的比例。
利用非均勻相合金制成顆粒膜，也可實(shí)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)。這種顆粒膜結(jié)構(gòu)是指微顆爛彌散于薄膜中所產(chǎn)生的復(fù)合膜，如常見的鐵、鉆微顆粒嵌于銀、銅等薄膜中。這種非均勻相的體系中，異相界面對(duì)電子輸運(yùn)性質(zhì)和電、磁光等特性都有明顯影響。這種顆粒膜與多層膜有許多相似之處，二者都屬于二相或多相復(fù)合非均勻體系。但顆粒膜中的顆粒呈混亂的統(tǒng)計(jì)分布，其制作工藝較簡單且實(shí)用。常見制備方法有共蒸、共濺射、離子注入等，實(shí)驗(yàn)初到磁控濺射及離子束濺射等方法來制備。顆粒膜中的巨磁阻效應(yīng)主要來自界面電子的散射，顆爛膜內(nèi)部巨磁阻效應(yīng)的貢獻(xiàn)較小。 |
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