４ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｖ．２００８
式中１０）为电流圆频率；Ｏｒ为电导率；／Ｚ。为薄膜的横向磁导率。
而薄膜的阻抗可以表示为哺］
Ｚ＝ＲＤＣ?ｊｋａｃｏｔ（ｊｋａ）（７）式中：尺Ｄｃ为薄膜的直流电阻；ｋ＝（１＋ｊ）／８。；ａ／２为薄膜的厚度。
当沿薄膜纵向外加磁场也。后，薄膜的横向磁导率ｐ。会发生变化，由式（６）和式（７）可知，薄膜的趋肤深度６。便会发生相应的变化，进而阻抗ｚ也会发生相应的变化，这便是薄膜的巨磁阻抗效应。对于薄膜来讲，其巨磁阻抗效应一般是指驱动电流方向与外磁场方向平行时的阻抗变化现象，此时的ＧＭＩ效应称为纵向巨磁阻抗效应。当外加磁场与驱动电流方向垂直时所表现出的ＧＭＩ效应则称为横向巨磁阻抗效应。目前对于横向ＧＭＩ效应的物理本质还不十分清楚。
一般认为，薄膜的趋肤深度与薄膜厚度大致相当时，薄膜具有最大的ＧＭＩ效应。随着频率增高，薄膜的趋肤深度减小，逐渐接近薄膜的厚度，所以ＧＭＩ效应逐渐增强并且在某一频率达到最大值。当频率继续增高时，横向磁导率对外加磁场变得不敏感，所以ＧＭＩ效应开始下降。
研究表明Ⅲ功］：在膜厚为１—４Ｉｘｍ的单层铁磁薄膜中，出现大巨磁阻抗效应的驱动电流频率在８０ＭＨｚ以上，甚至更高，这时趋肤效应非常强烈。但是过高的使用频率势必限制其在微磁传感器上的应用。主要原因在于，在单层铁磁薄膜中，膜本身既是交变电场的通路，又是交变磁场的通路。材料的高电阻率大大提高了ＧＭＩ效应的临界频率，再加上杂散磁场和退磁场的影响，限制了ＧＭＩ效应的提高。
而多层膜则可在很低的频率范围内获得远高于同类单层膜的ＧＭＩ效应，出现大巨磁阻抗效应的频率低于２０ＭＨｚ，因为其不需要强趋肤效应的条件旧Ｊ。因为在结构为铁磁层／导电层／铁磁层的多层膜中，中间高电导率的导电层成为电流的主要通路。这大大减小了对交流电流的阻力，外部的铁磁层形成了闭合的磁回路，成为磁通量的主要通路，减少了杂散磁场和退磁场的影响，提高了材料的磁导率。因此，多层膜结构既具有导体层的高电导特性，又具有软磁层的优异软磁特性。因而趋肤效应起作用的频率大幅度降低，使多层膜结构在低频下就可表现出优异的ＧＭＩ效应。如在１—１０ＭＨｚ时，多层膜Ｆｅ．ＣｏＳｉＢ／Ｃｌｌ／ＦｅＣｏｓｉＢ中，１０ＭＨｚ时的磁阻抗变化可达３４０％唧Ｊ。由于多层膜克服了单层膜只在很高频率下才出现巨磁阻抗效应的劣势，在磁传感领域中有极好的应用前景。
实验表明唧ｏ：多层膜中的巨磁阻抗效应与多层膜的结构、薄膜的尺寸以及薄膜的材料等都有很大的关系。因此寻找高灵敏度的ＧＭＩ多层膜材料，已成为该领域的研究热点之一口“。１．２．２多层膜ＧＭｌ磁传感器研究进展
与丝和带相比较，薄膜容易通过光刻技术等来实现器件的微型化，与集成电路工艺相兼容。因而，基于多层膜ＧＭＩ效应的磁传感器已经成为新型磁传感器研究的新热点［３２。３１。
多层膜的一般结构是铁磁层／导电层／铁磁层（３层）或者是铁磁层／绝缘层／导电层／绝缘层／铁磁层（５层），同时导电层也可以为多元复合层。目前报道的多层膜中，铁磁层通常都为磁致伸缩系数为零的非晶、纳米晶软磁薄膜，如，ＦｅＣｏＳｉＢ、Ｃｏ－ＳｉＢ等以及常规软磁材料ＦｅＮｉⅢＪ．Ａｇ、Ｃｕ或Ａｕ为导电层。膜层厚度为ｐＬｍ甚至是ｎｍ级。
ＰａｕｌＤｅｌｏｏｚｅ¨纠对多层膜结构的ＧＭＩ磁传感器进行了充分研究。ＧＭＩ元件结构、激励和偏置如图８所示。
（ｂ）项视图（ｃ）激励和偏置
图８ＧＭＩ元件结构、激励和偏置
２层ＮｉＦｅ铁磁薄膜中间夹有导电层Ａｕ，厚度均为０．５Ｉｚｍ．
导电层与铁磁层之间夹有绝缘层ＡＩＯ，，厚度为８０ｎｍ．整个结构采用射频溅射技术制作在玻璃衬底上，长５姗，宽２００／．ｔｍ，厚２．５ｐ，ｍ．激励频率为４３３．７５ＭＨｚ，采用５０ｅ的直流偏置磁场，在纵向施加４－５０Ｏｅ的直流磁场，其阻抗最大变化率达１３５％，磁场灵敏度为１５％／Ｏｅ。线性范围为一２．５—５Ｏｅ．直接测量频率１ｋＨｚ磁场的分辨率为０．３７３“Ｏｅ；而采用频率５ｋＨｚ交流偏置下，检测２０、１０Ｈｚ磁场的分辨率分别为５．２７、９．３３斗ｏｅ．试验结果表明：该结构测量中、低频交变磁场有较高的分辨率。
对于此结构的多层膜ＧＭＩ元件，在传感电路设计上通常采用正弦信号激励，并且带有直流偏置，这不同于目前开发的基于非晶丝的ＧＭＩ传感器电路，它们使用ＣＭＯＳ—ＩＣ电路产生尖脉冲激励。正弦激励基于压控振荡器（ＶＣＯＳ）或带有温度补偿的晶体振荡器（ＴＣＸＯｓ），产生高稳定的、单谐波信号源。它们噪声很低，噪声水平为１０ｎＶ／Ｈｚ”２。同时使用相同的２个多层膜ＧＭＩ元件，采用差分电路结构，消除了噪声，提高了磁场的分辨率。传感器电路工作原理如图９所示。
ＤＣ偏置
ＤＣ信置
图９传感器电路工作原理框圈
基本原理是：采用压控振荡器Ａ产生正弦激励电压信号，经过差分放大器Ｂ，得到精确的激励信号；经过无源低通滤波器ｃ，以减小信号中谐波的影响；经射频功率放大器Ｄ进一步放
大，得到最终的励磁信号。敏感单元由２个相同的ＧＭＩ元件组
巨磁阻抗磁传感器的研究进展
作者：蒋颜玮， 房建成， 盛蔚， 黄学功， JIANG Yan-wei， FANG Jian-cheng， SHENG Wei，HUANG Xue-gong
作者单位：北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083
刊名：
仪表技术与传感器
英文刊名：INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR
年，卷(期)：2008，""(5)
被引用次数：2次
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1.学位论文马勇基于GMI效应的微磁传感器研究2008
本文对内圆水纺非晶丝巨磁阻抗（GMI）效应的理论和实验进行了系统地研究，并在此基础上利用GMI效应研制了一种新型微磁传感器。主要研究内容如下：
对内圆水纺非晶丝的GMI相关理论进行了推导。这一理论适用于很宽的磁场和频率范围。主要将重点放在了低磁场、非饱和非晶丝GMI效应的情况下。利用三类混合了电磁波和自旋波的磁性模型以及一类非磁性模型描述了材料的GMI响应并分别对四类模型的特性特别是交换耦合效应进行了讨论，然后利用实际材料的实验结果进行了验证，并提出了其应用范围和局限性。
针对不同处理工艺对Co69.9Si12.5B9Fe5Cr3.5Mo0.1内圆水纺丝巨磁阻抗（GMI）特性的影响，利用冷拔等温退火处理后的
Co69.9Si12.5B9Fe5Cr3.5Mo0.1非晶丝作为敏感材料，研制出一种基于内圆水纺丝GMI效应的微磁传感器.结合传感器的工作原理，设计了传感器的各个部分-敏感探头、激励电路和信号处理电路，并对传感器进行了标定.通过适当方法提高了传感器的灵敏度、线性度等性能。并分析了影响传感器性能的主要因素。
本传感器适合用于微弱磁场测量、磁异物检测或作为零场指示等众多无损检测领域。
关键词：内圆水纺非晶丝；巨磁阻抗效应；交换耦合效应；微磁传感器
2.学位论文郝景毅基于GMI效应的弱磁传感器研究2008
巨磁阻抗(Giant Magneto-impedance，简称GMI)效应是20世纪90年代在软磁材料领域发现的一个新的物理现象。利用GMI效应可开发高灵敏度、快速响应、低功耗的新型磁传感器，相比现在广泛应用的各种磁传感器，如磁通门传感器、霍尔传感器、巨磁电阻(GMR)传感器，巨磁阻抗传感器有着诸多无可比拟的优势。因此，GMI效应的物理机理、新材料、新工艺以及应用开发都已经成为该领域的研究热点，应用发展前景广阔。
本文分析了非晶材料巨磁阻抗效应，非晶材料的处理方法和特性，以及影响巨磁阻抗(GMI)效应的因素。阐述了基于非晶带巨磁阻抗效应的传感器工作原理，设计并制作了基于非晶带巨磁阻抗效应的磁传感器，其中包括驱动信号电路、检波电路、放大滤波电路、负反馈电路和偏置电路，并通过OrCAD/PSpice对电路进行了验证和优化，完成了传感器的硬件设计。
最后通过实验数据分析了基于非晶带巨磁阻抗效应磁传感器的工作特性，测试表明该传感器在一定磁场强度范围内线性度较好，灵敏度高，重复性好，可应用于各种微弱磁场检测领域。
3.期刊论文吴彩鹏.邓甲昊.WU Caipeng.DENG Jiahao遗传神经网络在GMI传感器设计中的应用-科技导报
2010,28(8)
巨磁阻抗(GMI)微磁传感器具有灵敏度高、响应速度快等突出优点,但其输出信号呈高度非线性特性.利用交流偏置方法产生非对称巨磁阻抗效应(AGMI),对磁场传感器的线性度有一定改善,但仍存在线性范围小、线性误差较大的缺点.BP神经网络具有良好的自学习、自适应和非线性映射能力,但通常训练速度较慢、易陷入局部极小值;遗传算法有很强的全局寻优能力,但其局部搜索能力不足.为充分发挥二者优点,本研究提出一种基于遗传神经网络的传感器非线性误差校正方法,并针对所设计的GMI传感器,设计了适合本系统的遗传神经网络,可通过Matlab软件实现.结果表明,经过训练的网络输出结果有序,网络的非线性映射性能良好,能精确反映该传感器系统的函数关系.该方法运算快速、精度高,对智能GMI传感器的设计具有一定工程应用价值.
4.期刊论文蒋颜玮.房建成.盛蔚.黄学功.JIANG Yan-wei.FANG Jian-cheng.SHENG Wei.HUANG Xue-gong软磁非晶
丝巨磁阻抗效应传感器研究进展与应用-电子器件2008,31(4)
基于软磁非晶丝巨磁阻抗效应(GMI)的传感器是近年来磁传感器领域的研究热点之一.非晶丝具有良好的软磁特性:如低电阻率、高磁导率、高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗以及特殊的磁畴结构等,利用其GMI效应制成磁传感器,其突出优点是微型化、高灵敏度、快速响应、高温度稳定性和低功耗.本文讨论了软磁非晶丝巨磁阻抗效应的机理,叙述了非晶丝GMI传感器的研究进展,着重对敏感材料性能及制备、GMI器件结构形式、传感电路等作了介绍,并指出了GMI目前存在的问题及将来的发展趋势.最后对GMI的应用作了展望.
5.学位论文盛刚保基于巨磁阻抗效应磁敏传感器的研究与开发2007
磁场传感器已经在工业、农业、国防、生物、宇航等各个领域获得了重要应用，如霍尔(Hall)传感器，磁通门传感器等。但是这些传统的磁场传感器在各类应用中都还存在一定的局限性。随着巨磁阻抗(GMI)效应的发现及深入研究，许多新型磁敏传感器不断涌现，较之传统磁场传感器具有稳定性好，灵敏度高，响应速度快，适用范围广等优点。
本文详细分析了非晶材料巨磁阻抗效应原理及影响因素，阐述了基于非晶带材巨磁阻抗效应传感器的工作原理，并设计了基于非晶带材巨磁阻抗效应的磁测传感器系统，包括信号检测与处理电路、数据采集电路、显示电路。通过实验数据分析了磁敏传感器的线性度特性、灵敏度特性，稳定度特性、频率响应特性、温度特性，该传感器磁场测量范围为-0.1mT～+0.1mT；线性度小于0.85％F.S，灵敏度为7.64mV/μT；频率响应范围为0～400Hz；外界温度在．20℃～80℃变化时，输出变化小于1mV/℃。测试结果表明该传感器灵敏度高，性能稳定，具有广泛的应用前景。
6.期刊论文柴秀丽.曾德长.刘桂雄.余红雅.钟喜春.刘文洁.CHAI Xiu-li.ZENG De-chang.LIU Gui-xiong.YU
Hong-ya.ZHONG Xi-cun.LIU Wen-jie非晶纳米晶带材巨磁阻抗磁传感器特性分析-传感器与微系统2008,27(9)
利用非晶纳米晶带材的巨磁阻抗(GMI)效应制备一种磁传感器,在输出最大值的特定频率下,研究与带材轴线平行和垂直方向磁场的输出特性.研究表明:在10.5 MHz附近的激励频率作用下,传感器输出取得最大值;传感器对平行磁场有一段高灵敏的线性工作区间,对垂直磁场不响应;纳米晶带材GMI磁传感器的灵敏度高达0.669 1 V/Oe,优于非晶带材制备器件的灵敏度0.1483 V/Oe.
7.学位论文张桂林三明治结构多层膜巨磁阻抗效应研究2007
本文研究了三明治结构多层膜巨磁阻抗效应。
巨磁阻抗（Giant Magneto-Impedance，简记为GMI）效应是指材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化的现象。巨磁阻抗（GMI）传感器比普通磁敏传感器的灵敏度高，并且无磁滞、响应快，在弱磁传感器领域的应用前景广阔。巨磁阻抗效应一般出现在软磁丝、薄带和薄膜中，其中薄膜GMI传感器由于具有批量生产以及与半导体电路集成的兼容能力，这就大大降低了生产成本，因此研究软磁薄膜材料中的巨磁阻抗效应具有重要的实用价值。
研究表明，上下两层软磁薄膜层中间夹一高电导率的金属层的三明治结构多层膜在相对较低频率下就能获得很大的GMI效应，在高灵敏磁传感器和磁记录技术等方面具有十分诱人的应用前景。
系统研究了CoFeSiB和NiFe单层膜以及多层膜的制备及其巨磁阻抗效应与外加磁场、电流频率、器件参数、偏置磁场等的关系。主要研究成果如下： 1、采用射频磁控溅射法结合MEMS工艺制备了CoFeSiB单层膜以及曲折状三明治结构CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多层膜，研究表明，溅射态的条状单层CoFeSiB薄膜中的GMI效应较弱，只有约4％，而曲折状三明治结构CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多层膜的GMI效应则有较大的提高（约18.6％），呈现出典型的巨磁阻抗效应变化趋势，说明了曲折状三明治结构多层膜的优越性。
2、曲折状三明治结构CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多层膜中的Cu夹层宽度和厚度对其GMI效应有很大影响。当Cu层宽度较小时，纵向GMI效应最大，而当Cu层宽度超过CoFeSiB铁磁层宽度的一半并随着Cu层宽度越来越接近CoFeSiB铁磁层宽度时，纵向GMI效应逐渐降低；而与铁磁层厚度在同一数量级的Cu层厚度对多层膜的纵向GMI效应影响不大，但对横向GMI效应有较大影响，当Cu层厚度超过铁磁薄膜厚度的2倍时，横向GMI效应减弱。
3、采用电镀工艺结合MEMS工艺制备了曲折状NiFe单层膜以及曲折状三明治结构NiFe/Cu/NiFe多层膜，研究表明，在电镀态的曲折状NiFe单层膜中获得了较大的GMI效应，在频率9MHz、磁场为2.4kA/m时，纵向GMI最大值达到9％，并且在低频、低场下就呈现较大GMI效应，显示曲折状设计的优越性；曲折状三明治结构NiFe/Cu/NiFe多层膜也大大提高了NiFe薄膜的GMI效应，对于电镀态NiFe多层膜，其纵向GMI效应在2MHz，1.6kA/m时可以达到67％，是单层膜的7倍多，且最佳频率更低，证明了曲折状三明治结构对提高薄膜的GMI效应具有明显的优势。
4、三明治结构NiFe/Cu/NiFe多层膜中薄膜厚度和导电夹层的宽度对其GMI效应存在显著影响，厚度较厚的样品可以获得更大的GMI效应，而厚度较薄的样品则可获得更好的频率和磁场特性；Cu层宽度接近于NiFe铁磁层宽度的一半时，多层膜样品的GMI效应最大。
5、磁场退火不仅能保持NiFe多层膜样品中的磁各向异性，而且可以提高薄膜的软磁性能，从而大大提高了样品的GMI效应，如经过磁场退火后
，NiFe多层膜的纵向GMI效应在1MHz，2.4kA/m时提高到了86.7％，这对GMI效应的实用化具有重要意义。
6、通过外加线圈对样品施加一个纵向直流偏置磁场可在NiFe/Cu/NiFe多层膜样品中观察到非对称巨磁阻抗效应，这对于提高巨磁阻抗效应传感器在零场附近的灵敏度和线性度具有重要价值，但偏置磁场并不是越大越好，在低场下可以观察到明显的非对称GMI（AGMI）效应，而高的偏置磁场则大大削弱了样品的GMI效应。
7、研究了曲折状三明治结构CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多层膜和NiFe/Cu/NiFe多层膜的电抗和电阻变化率对磁阻抗变化率的影响，从磁阻抗综合变化过程来看，低频阶段是电抗的作用占主导，表现为磁电感效应；而在高频阶段由于趋肤效应的增强则是电阻的作用占主导，表现为磁电阻效应。
8.学位论文商干兵电镀NiFe软磁薄膜巨磁阻抗效应研究2006
随着各种汽车控制系统、信息系统、环境测量系统等对具有高灵敏度、响应迅速而成本较低的微型磁传感器的大量需求，传统的磁阻(MR)传感器、巨磁阻（GMR）传感器在性能上已经不能完全满足当前使用的要求。而巨磁阻抗（GMI）传感器比磁阻传感器灵敏度高1到2个数量级，并且温度稳定性好、无磁滞，在弱磁检测领域有着广阔的应用前景。巨磁阻抗效应一般出现在软磁丝、薄带和薄膜中，其中薄膜巨磁阻抗传感器具有批量生产及半导体电路集成的兼容能力，能大大降低生产成本，因此研究软磁薄膜材料中的巨磁阻抗效应具有重要的实用价值。
本文系统研究了电镀NiFe软磁薄膜的单层膜、NiFe/Cu/NiFe三明治结构、曲折型NiFe/Cu/NiFe三明治结构薄膜的巨磁阻抗效应。主要研究结果如下：
1. 利用溅射、电镀、光刻、刻蚀等微细加工工艺，在玻璃基片上成功制备了NiFe合金薄膜的单层膜、NiFe/Cu/NiFe三明治结构、曲折型
NiFe/Cu/NiFe三明治结构薄膜，并在1～40MHz的频率范围内测量了它的巨磁阻抗效应；
2. NiFe单层膜的巨磁阻抗效应在1～40MHz的频率范围内非常微弱，并且没有明显的规律性；
3. NiFe/Cu/NiFe三明治薄膜比单层膜有更大的GMI效应变化值。三明治薄膜最大GMI效应值可达11.09％，而单层膜仅为0.52％，显示了三明治薄膜的优越性。并且NiFe/Cu/NiFe三明治薄膜的GMI效应有较好的规律性。在一定的外加磁场作用下，GMI效应先随频率升高，在一定频率下达到最大峰值
，然后开始逐渐减小，最后变化非常缓慢。在一定频率的电流作用下，GMI效应先随外加磁场增加，达到峰值后开始下降，在外加磁场较大时甚至出现负的巨磁阻抗效应值。
4. 曲折型三明治结构NiFe/Cu/NiFe多层膜的巨磁阻抗效应比三明治结构薄膜的巨磁阻抗效应有了很大提高，GMI效应的最大值可达90％左右，显示了这种曲折型结构的优越性。研究了FeNi、Cu层的厚度、宽度对曲折型三明治结构NiFe/Cu/NiFe多层膜的巨磁阻抗效应的影响。
9.期刊论文马勇.滕功清.MA Yong.TENG Gong-qing基于内圆水纺丝的GMI微磁传感器设计-北京机械工业学院学
报（综合版）2008,23(4)
针对不同处理工艺对Co69.9Si12.5B9Fe5Cr3.5Mo0.1内圆水纺丝巨磁阻抗(GMI)特性的影响,设计了传感器检测探头及信号处理电路,论述了以内圆水纺丝的微磁传感器的基本结构与工作原理,给出了传感器输出特性、重复性、频率特性、温度特性的测试结果.并就灵敏度、线性测量范围和温度稳定性等方面进行了分析,得出了一些结论.
10.学位论文蒋玲磁控溅射工艺对复合结构丝微结构和巨磁阻抗效应的影响2008
巨磁阻抗(GMI)效应是指铁磁材料的交流阻抗在外加直流磁场的作用下发生显著变化的现象。这种效应具有灵敏度高、响应快等优点，在磁传感器和磁记录中有着潜在的应用价值。近年来，复合结构材料成为GMI材料研究中的热点。相比于匀质材料，复合结构材料的巨磁阻抗效应显著增强，且在较低的频率下就可以观察到明显的GMI效应。
本文利用磁控溅射的方法制备复合结构丝，从对复合结构丝镀层结构的设计入手，在制备过程中，通过改变磁控溅射的制备工艺，获得不同微结构和磁性能的复合结构丝。文章分别研究了旋转交替、间歇溅射和双磁性层等制备工艺对复合结构丝的磁性能和GMI效应的影响。研究内容和结果如下：
1.采用自行设计的旋转换向真空镀膜装置，通过改变丝的旋转方向和交替次数，制备了一系列总厚度相同、层数不同的Ni80Fe20/Cu复合结构丝样品，并测量了它们的GMI效应。研究发现：
(1)交替换向溅射的样品存在层间磁化竞争，宏观磁化是各层之间磁化竞争的结果。在层数为1～4层的Ni80Fe20/Cu复合结构丝中，具有奇数层数的样品在磁化时拥有优势取向，但随着层数增多、单层厚度减小，这种优势取向减弱。而对于具有偶数层数的样品，最初，随着交替次数增多，其GMI效应有所上升。
(2)复合结构丝的GMI效应与样品的旋转交替次数和单层厚度有关。存在一个临界单层厚度，在达到临界值时，GMI效应可以有较大的提高，且观察到最大阻抗变化的特征频率大为减小。交替溅射的Ni80Fe20/Cu复合结构丝在层数为24层，单层厚度为150nm时，最大阻抗变化可达240％。达到临界厚度后，再增加交替次数，将使镀层中的界面增多，此时界面效应增强，磁阻抗效应显示出减小的趋势。
2.采用两种溅射工艺(连续溅射和间歇溅射)制备了Ni80Fe20/Cu复合结构丝，并通过扫描电镜、X射线衍射手段研究了样品的微结构。测量了样品的阻抗谱，并将GMI效应作为研究材料磁性能手段，分析了不同溅射工艺制备对复合结构丝软磁镀层的磁性能的影响。研究表明：当采用间歇溅射工艺时
，复合结构丝的镀层中出现明显界面。镀层的结晶度增加，晶粒有所长大。溅射过程存在间歇，会导致镀层内部结构差异，磁层内部存在多个各向异性场分布，各层的磁化行为不同，磁导率下降，随外场变化的阻抗谱不再是一条光滑的单峰曲线。随着间歇次数的增多，阻抗效应有所减小。对间歇溅射复合结构丝样品退火后，释放了一部分内应力，阻抗效应增强，且内、外磁层磁性能趋于一致。
3.利用磁控溅射方法制备了含Ni80Fe20和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9两种磁性材料的复合结构丝。对其GMI效应的研究表明：
(1)在原来的Ni80Fe20层上溅射Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9附加层后，可能改变材料内部的应力分布。Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9层的厚度对复合结构丝
GMI效应的影响显著，在一定厚度范围内，随着Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9附加层厚度的增加，材料内部应力逐渐增大，这时，磁应力各向异性对有效磁各向异性的贡献增大，因此，复合结构丝的等效各向异性场有明显增大。
(2)Ni80Fe20和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9层的相对位置也会对复合结构丝的磁化行为产生影响，从而改变材料的GMI效应。内层为Ni80Fe20的复合结构丝显示出正的阻抗效应，内层为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9的复合结构丝表现为负的阻抗效应。
引证文献(2条)
1.武继文.张义权电流退火对CoFeSiB非晶丝和薄带的巨磁阻抗效应比较[期刊论文]-材料导报 2010(2)
2.武继文.张义权张应力作用下CoFeSiB非晶丝和薄带的巨磁阻抗效应[期刊论文]-磁性材料及器件 2010(1)
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模块七磁电式传感器练习题 一、填空题： 1、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用产生的结果。 2、霍尔效应在中发现的，在高纯度中表现较为显著。 3、霍尔集成元件可分为和两大类。 4、霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现 的现象。 5、霍尔传感器是利用原理将被测物理量转化为电势的传感器。 6、当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由 _______所决定。 7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称传感器；这种传感器只能测量 物体。 8、变磁阻式传感器可分为变气隙厚度的传感器、变气隙面积的传感器。其中，的传感器是线性的，的传感器是非线性的。 9、磁电式传感器是速度传感器，若测量加速度，需配用电路。 10、磁电式传感器是速度传感器，若测量位移，需配用电路。 11、磁敏三极管的工作原理是利用磁场的强弱来控制三极管的极电流增加或减小。 12、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 13、磁电特性是指磁敏二极管在一定的条件下，磁敏二极管两端的输出电压与的关系曲线。 14、霍尔器件在额定控制电流下，无外磁场时，两个霍尔电极之间的称为不等位电势U0。 15、磁敏二极管的温度特性是指在标准测试条件下，输出电压随温度变化的规律。 16、如前所述，霍尔电势U H正比于控制电流I和磁感应强度B。在实际应用中，总是希望获得较大得霍尔电势。增加控制电流虽然能提高霍尔电势输出，但控制电流大，元件的，从而导致元件的，甚至可能烧毁元件。
巨磁阻效应及其传感器的原理和应用 一、概述 对于物质磁电阻特性的研究由来已久，早在20世纪40年代人们就发现了磁电阻效应。所谓磁电阻是指导体在磁场中电阻的变化，通常用电阻变化率Δr/r 描述。研究发现，一般金属导体的Δr/r很小，只有约10-5%；对于磁性金属或合金材料（例如坡莫合金），Δr/r可达（3~5）%。所谓巨磁电阻（GMR）效应，是指某些磁性或合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧减小，而Δr/r急剧增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性与合金材料的磁电阻约高10倍。利用这一效应制成的传感器称为GMR传感器。 1、分类 GMR材料按其结构可分为具有层间偶 合特性的多层膜（例如Fe/Cr）、自旋阀多层膜 （例如FeMn/FeNi/Cu/FeNi）、颗粒型多层膜（例 如Fe-Co）和钙钛矿氧化物型多层膜（例如 AMnO3）等结构；其中自旋阀（spin valve）多层膜又分为简单型和对称型两 类；也有将其分为钉扎(pinning)和非钉扎型两类 的。 2、巨磁电阻材料的进展 1986年德国的Grunberg和C.F.Majkrgak 等人发现了Y/Gd、Y/Dy和Fe/Cr/Fe多层膜中 的层间偶合现象。1988年法国的M.N.Baibich 等人首次在纳米级的Fe/Cr多层膜中发现其Δ r/r在4.2K低温下可达50%以上，由此提出了 GMR效应的概念，在学术界引起了很大的反 响。由此与之相关的研究工作相继展开，陆续 研制出Fe/Cu、Fe/Ag、Fe/Al、Fe/Au、Co/Cu、 Co/Ag、Co/Au……等具有显著GMR效应的层 间偶合多层膜。自1988年发现GMR效应后仅 3年，人们便研制出可在低磁场（10-2～10-6T） 出现GMR效应的多层膜（如 [CoNiFe/CoFe/AgCu/CoFe/CoNiFe]n）。 1992年人们利用两种磁矫顽力差别大的 材料（例如Co和Fe20Ni80）制成Co/Cu/ Fe20Ni80/Cu多层膜，他们发现，当Cu 层厚度大于5nm时，层间偶合较弱，此时利用 磁场的强弱可改变磁矩的方向，以自旋取向的 不同来控制膜电阻的大小，从而获得GMR效 应，故称为自旋阀。
GMI Sensor Principle & Application 巨磁阻抗传感器 的原理及应用介绍 新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司 2013.12 By Tony sensors-ic at qq com 邮.件. sensors ic at https://www.doczj.com/doc/d21742583.html,
GMI Sensor 巨磁阻抗传感器简介 巨磁阻抗效应（GiantMagneto ‐Impedance effects, GMI ）是 指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化 的现象，产生GMI 效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。 GMI 磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、 响应快和稳定性好等优点。利用GMI 非晶丝材料可设计成高 灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物 在地磁场测量地磁匹配导航及 分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景 和研究价值。
传感器基础材料—非晶丝 The MI Sensor makes use of the Giant Magneto‐ amorphous metal wire. Impedance effect of magnetic
GMI传感器材料——GMI效应 材料的GMI效应可以用样品阻抗Z随外加磁场Hex变化的Z‐Hex曲线来表征，但这样的曲线不能明确反映出磁阻抗效曲线来表征但样的曲线不能明确反映出磁阻抗效 应的强弱程度。特别是由于样品的测量长度无法严格控制不同样品的无法相较因可选用阻抗的制，不同样品的Z‐Hex无法相互比较，因此可选用 相对变化值随外加磁场的变化曲线来表征，用没有外加磁场时的样品阻抗Z0作为“阻抗的相对变化量”的变化场时的样阻抗作为阻抗的相对变化的变化 基准，即DZ/Z0=(Z‐Z0)/Z0，其变化率与样品本身的长度无关因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严关。因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严 重，因此采用四点法进行测量。
磁电阻与巨磁电阻 姓名：刘一宁班级:核32 指导教师：王合英实验日期：2015.03.13 【摘要】：本实验使用了由基本电路原理配合巨磁电阻原件制作的一套巨磁电阻实验仪，通过改变巨磁电阻处的磁场测量了巨磁电阻的磁阻特性曲线、磁电转换特性曲线，并在体验了其在测量电流、测量转速、磁读写等方面的应用。最后获得了巨磁电阻词组特性曲线、GMR 模拟传感器的磁电转换曲线、GMR开关传感器的磁电转换特性曲线、巨磁电阻测量电流的数据、齿轮旋转过程中巨磁电阻梯度传感器输出电压曲线、磁信号读出情况，自旋阀磁电阻两个不同角度的磁阻特性曲线。发现巨磁电阻的磁阻随磁场变大而减小，且与方向无关，但是其存在磁滞现象。而自旋阀磁电阻则在磁场由一个方向磁饱和变化到另一个方向磁饱和的过程中磁电阻不断减小或增加，这与磁电阻和磁场的角度有关，且在0磁场附近变化特别明显。 关键词：巨磁电阻、自旋阀磁电阻、磁阻特性曲线、磁电转换特性 一、引言： 1988年法国巴黎大学的肯特教授研究小组首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应，在国际上引起了很大的反响。20世纪90年代，人们在Fe/Cu，Fe/Al，Fe/Au，Co/Cu，Co/Ag和Co/Au 等纳米结构的多层膜中观察到了显著的巨磁阻效应。 1994年，IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍，达5Gbit/in2，最近达到11Gbit/in2，从而在与光盘竞争中磁盘重新处于领先地位。由于巨磁电阻效应大，易使器件小型化，廉价化，除读出磁头外同样可应用于测量位移，角度等传感器中，可广泛地应用于数控机床，汽车测速，非接触开关，旋转编码器中，与光电等传感器相比，它具有功耗小，可靠性高，体积小，
文章编号:1004-2261(2002)04-074-03 巨磁阻抗效应及其应用 董延峰,王 治,丁燕红 (天津理工学院 材料物理所,天津300191) 摘要:近年来在FeCoSiB等非晶和纳米晶丝带中发现了巨磁阻抗效应,由于其灵敏度高,因而在磁传感器技术中有巨大的应用前景,受到国内外专家的广泛关注.本文简单介绍了巨磁阻抗效应的原理,并结合近年来具有巨磁阻抗效应的非晶和纳米晶铁磁合金的应用研究进展情况,提出了巨磁阻抗效应可能广泛应用的领域. 关键词:非晶;纳米晶;铁磁合金;巨磁阻抗效应 中图分类号:TM27 文献标识码:A Giant magneto-impedance effects and their applications DONG Y an-feng,WANG Zhi,DING Yan-hong (Institute of M aterial Physics,Tianjin Institute of Technology,Tianjin300191,China) A bstract:Giant magneto-im pedance effects have been discovered in FeCoSi B amorphous and nanocrystalline w ires.These effects have giant sensitivity.Close attention has paid to it by schol-ars in lots of countries,since their g reat promising prospects in the application of sensor technolo-gy.In this article,the sources of giant magneto-im pendance effects are introduced briefly.And research developments of the effects and their applications in amo rphous and nanocrystalline soft magnetic alloy in recent years are summaried.The future applications are also described. Key words:amorphous;nanocrystalline;Fe-based mag netic alloy;giant mag neto-impedance 1 GM I效应 1992年,日本名古屋大学毛利佳年雄教授等人首先报道了在非晶磁性材料中发现其交流磁阻抗随外加磁场而变化的现象,这种现象非常灵敏[1～2].非晶丝的灵敏度达12%～120%/Oe[3],因此将此现象称为巨磁阻抗(Giant Magneto-impedance,GMI)效应.在室温下显著的磁阻抗效应和低外磁场下的高灵敏度,使这种效应在传感器技术和磁记录技术中具有巨大的应用潜能.接着美国波士顿大学教授Humphre y F B、瑞典皇家工学院Rao K V、日本Uniti-ka ltd公司在1994年的“MMM-INTERMAG联合会”和“快淬非晶磁性丝及应用研讨会”上均作了专题报告,对GMI效应的产生机制作了深入系统的分析研究,就实验数据作了理论解释. 毛利等人的研究成果表明,在适当成分下, FeCoSiB非晶软磁丝具有良好的软磁特性.磁致伸缩系数趋近于零(～10-7),因为负的磁致伸缩导致切向各向异性,从而使磁畴结构沿着丝呈环形畴排列,如图1所示.通过丝的电流产生了一个易轴场,该场使畴壁移动产生环形磁化.外加纵向场H ex相对于环形磁化来讲是一个难轴场.会阻止环形磁通的变化.结果当H ex=0时,切向磁导率较大(～104),当H ex增加,切向磁导率随外磁场急剧减小,切向磁导率随外场灵敏度变化是巨磁阻抗效应产生的主要原因. 第18卷第4期2002年12月 天 津 理 工 学 院 学 报 JOURNAL OF TIANJIN INSTITUTE OF TECHN OLOGY Vol.18No.4 Dec.2002 收稿日期:2002-09-08 基金项目:天津市自然科学基金资助项目(003603111);天津市“材料物理与化学”重点学科资助项目第一作者:董延峰(1976-),男,硕士研究生
巨磁阻传感器原理及其应用 日期：2013-11-15 作者：何喜富，传感器系统应用工程师，英飞凌科技（中国）有限公司 目前磁性传感器在汽车领域应用中主要有霍尔效应，各项异性磁阻效应，巨磁阻效应以及穿遂磁阻效应。英飞凌是少数几个同时掌握磁性感应技术并应用于产品中的半导体公司之一。 磁性传感器广泛应用于现代汽车中，如速度检测，角度检测，位置检测，电流检测等。根据磁性感应原理，可分为霍尔原理及磁阻原理。其中磁阻式根据原理又可分为常磁阻效应（Ordinary Magneto Resistance, OMR）、各项异性磁阻效应（Anisotropic Magneto Resistance，AMR）、巨磁阻效应（Giant Magneto Resistance，GMR）、超巨磁阻效应（Colossal Magneto Resistance，CMR）、穿遂磁阻效应（Tunnel Magneto Resistance，TMR）、巨磁阻抗效应（Giant Magneto impedance，GMI）以及特异磁阻效应（Extraordinary Magneto Resistance，EMR）等。 目前磁性传感器在汽车领域应用中主要有霍尔效应，各项异性磁阻效应，巨磁阻效应以及穿遂磁阻效应。英飞凌是少数几个同时掌握有以上磁性感应技术并应用于产品中的半导体公司之一。 相比于霍尔效应和各项异性磁阻效应，巨磁阻效应具有更好的灵敏度,更小的噪声以及气隙表现,非常适合汽车领域中需要高精度以及较大工作气隙要求的应用。目前英飞凌巨磁阻系列传感器涵盖速度及角度应用，本文主要介绍巨磁阻传感器原理及其在速度检测和角度检测方面应用。 集成巨磁阻原理 所谓磁阻效应是指导体或半导体在磁场作用下其电阻值发生变化的现象，巨磁阻效应在1988年由彼得?格林贝格（Peter Grünberg）和艾尔伯?费尔（Albert Fert）分别独立发现，他们因此共同获得2007年诺贝尔物理学奖。研究发现在磁性多层膜如Fe/Cr和Co/Cu中，铁磁性层被纳米级厚度的非磁性材料分隔开来。在特定条件下，电阻率减小的幅度相当大，比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值约高10余倍，这一现象称为“巨磁阻效应”。 巨磁阻效应可以用量子力学解释,每一个电子都能够自旋,电子的散射率取决于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，则电子散射率就低，穿过磁性层的电子就多，从而呈现低阻抗。反之当自旋方向和磁性材料磁化方向相反时，电子散射率高，因而穿过磁性层的电子较少，此时呈现高阻抗。 如图1所示，两侧蓝色层代表磁性材料薄膜层，中间橘色层代表非磁性材料薄膜层。
第24卷第2期 2011年2月 传感技术学报 CH I N ESE JOURNAL OF SE N S ORS AND ACT UATORS Vo.l 24 No .2 Feb .2011 项目来源:国家863计划项目(2007AA 12Z327)收稿日期:2010-08-09 修改日期:2010-11-02 Design ofM agnetic Sensor Based on t he Asy mm etric Giant M agneto impedance Effect i n A m orphous A lloys * JIANG Yan w ei 1,2 ,FANG J iancheng 1* ,WANG Sansheng 1 ,H U AN G Xuegong 3 1.L aboratory of Func ti on M a te rials and Device ,K e y La boratory of F undam ental S cie n ce forN a ti ona lD e fe n se ofN ov el Inerti a l Inst rumen t and Nav i ga tion Syste m Technol ogy,B eihang Un i versit y,B eiji ng 100191,Ch i na;2.In stit u t e of Che m ic a lD e fe n se ,B eiji ng 102205,China; 3.S c h ool of M ec han i ca lE ng i n ee ring,N anji ng Un i v e rsit y of Science and Technol ogy,Nanjing 210094,Ch i na Abst ract :The softm agnetic properties o fCoFe N i S i B a m orphous all o y r i b bon as sensi n g m ateria lw ere m easured and analyzed .By the fi e l d annealing heat treat m ent i n air ,a good asy mm etric g iant m agneto i m pedance effect(AG M I)has been obta i n ed .A sensitive AGM I m agnetic sensor w as deve loped utilizing the fie l d annealed a m or phous ri b bon as sensi n g ele m en,t and the perfor m ance o f the sensor w as tested i n open loop and closed loop cond itions .The re su lts i n dicate that the sensor show s a better sensitiv ity in t h e open loop testing ,and a better li n earity and larger m easure m ent range in the c l o sed loop testing .The desi g ned sensor can be app li e d to detect the geo m agneti c fie l d s ,w hich have good potential app lication i n geo m agnetic nav i g ation . K ey w ords :m agnetic sensor ;asy mm e tric g i a nt m agneto i m pedance effect(AGM I);a m orphous alloys ;field annea li n g ;negative feedback EEACC :7230;3110 do:i 10.3969/j .issn .1004-1699.2011.02.004 基于非晶合金非对称巨磁阻抗效应的磁传感器设计 * 蒋颜玮1,2 ,房建成1* ,王三胜1 ,黄学功 3 1.北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,功能材料与器件研究室,北京100191; 2.防化研究院,北京102205; 3.南京理工大学机械工程学院,南京210094 摘 要:以CoF e N i S i B 非晶合金薄带为敏感材料,测试分析了其软磁性能,经空气中磁场退火热处理,获得了较好的非对称巨 磁阻抗效应(AGM I)。以磁场退火处理后的非晶合金薄带为敏感元件,设计了AGM I 磁传感器,并对其性能进行了开环和闭环测试。测试结果表明,开环条件下该传感器表现出较高的灵敏度;闭环条件下则表现出更好的线性度和更宽的测量范围。该传感器可实现对地磁场的检测,在地磁导航领域中具有较好的应用前景。 关键词:磁传感器;非对称巨磁阻抗效应(AGM I);非晶合金;磁场退火;负反馈 中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2011)02-0175-05 近来,软磁非晶合金在磁传感器领域的潜在应用引起了人们的广泛兴趣 [1] 。特别是在地磁导航应用中,需要一种高灵敏度和快速响应的磁传感器[2-3]。在各种磁传感器中最常见的磁通门传感器具有较高的灵敏度和较低的噪声,然而体积大、功耗高和响应速度慢的缺点限制了其在地磁导航中的应用。其它类型的磁传感器,例如霍尔传感器、巨磁阻 (GMR)传感器等,存在着热稳定性不高、灵敏度低的不足,而且通常需要较强的偏置场 [4] 。因此,研 制可用于地磁导航的高性能的新型磁传感器有着十 分重要的意义。 1994年,一种被称为巨磁阻抗效应(GM I)的磁现象在Co 基非晶合金丝材中被人们发现[5] ,即非晶丝在交变电流激发下,其阻抗值随沿丝轴方向施
巨磁电阻实验报告
巨磁电阻实验报告 【目的要求】 1、了解GMR效应的原理 2、测量GMR模拟传感器的磁电转换 特性曲线 3、测量GMR的磁阻特性曲线 4、用GMR传感器测量电流 5、用GMR梯度传感器测量齿轮的角 位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理【原理简述】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律R=ρl/S中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm），可以忽略边界效应。当材料的几何尺
度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 电 阻 \ 欧 姆
［讲解］巨磁阻效应的原理及应用 巨磁阻效应的原理及应用 物质在一定磁场下电阻改变的现象，称为磁阻效应。磁性金属和合金材料一般都有这种现象。一般情况下，物质的电阻率在磁场中仅发生微小的变化，在某种条件下，电阻减小的幅度相当大，比通常情况下约高十余倍，称为巨磁阻效应（GMR）。 要说这种效应的原理，不得不说一下电子轨道及自旋。种角动量在原子物理学中，对于单电子原子（包括碱金属原子）处于一定的状态，有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。表征其性质的量子数是主量子数n、角量子数1、自旋量子数s,l,2,和总角动量量子数j。主量子数5二1, 2, 3, 4…）会视电子与原子核间的距离（即半径座标"而定。平均距离会随着n增大，因此不同量子数的量子态会被说成属于不同的电子层。角量子数（1=0, 1…n-L）（乂称方位角量子数或轨道量子数）通过关系式来代表轨道角动量。在化学中，这个量子数是非常重要的，因为它表明了一轨道的形状，并对化学键及键角有重大形响。有些时候，不同角量子数的轨道有不同代号，1二0的轨道叫s轨道，1二1的叫p轨道，1二2的叫d 轨道，而1二3的则叫f轨道。磁量子数（ml= -1, -1+1 - 0…1-1, 1）代表特征值，。这是轨道角动量沿某指定轴的射影。从光谱学中所得的结果指出一个轨道最多可容纳两个电子。然而两个电子绝不能拥有完全相同的量子态（泡利不相容原理），故也绝不能拥有同一组量子数。所以为此特别提出一个假设来解决这问题，就是设存在一个有两个可能值的笫四个量子数一自旋量子数。这假设以后能被相对论性量子力学所解释。 “我们对过渡金属的电导率有了如下认识：电流由s电子传递，其有效质量近乎于自由电子。然而电阻则取决于电子从s带跃迁到d带的散射过程，因为跃迁
巨磁电阻效应及其应用实 验报告 The following text is amended on 12 November 2020.
巨磁电阻效应及其应用 【实验目的】 1、了解GMR效应的原理 2、测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、测量GMR的磁阻特性曲线 4、用GMR传感器测量电流 5、用GMR梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理【实验原理】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=l/S中，把电阻率视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 ;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 图3是图2结构的某种GMR材料的磁阻特性。由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减小，进入磁饱和区域。磁阻变化率ΔR/R 达百分之十几，加反向磁场时磁阻特性是对称的。注意到图2中的曲线有两条，分别对应增大磁场和减小磁场时的磁阻特性，这是因为铁磁材料都具有磁滞特性。 有两类与自旋相关的散射对巨磁电阻效应有贡献。 其一，界面上的散射。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向相反，无论电子的初始自旋状态如何，从一层铁磁膜进入另一层铁磁膜时都面临状态改变（平行－反平行，或反平行－平行），电子在界面上的散射几率很大，对应于高电阻状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，电子在界面上的散射几率很小，对应于低电阻状态。 其二，铁磁膜内的散射。即使电流方向平行于膜面，由于无规散射，电子也有一定的几率在上下两层铁磁膜之间穿行。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向相反，无论电子的初始自旋状态如何，在穿行过程中都会经历散射几率小（平行）和散射几率大（反平行）两种过程，两类自旋电流的并联电阻相似两个中等阻值的电阻的并联，对应于高电阻状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，自旋平行的电子散射几率小，自旋反平行的电子散射几率大，两类自旋电流的并联电阻相似一个小电阻与一个大电阻的并联，对应于低电阻状态。
电子设计工程 Electronic Design Engineering 第23卷Vol.23第19期No.192015年10月Oct.2015 收稿日期：2014－12－24 稿件编号：201412231 作者简介：胡含凯（1980—），男，陕西西安人，工程师。研究方向：遥测遥控技术。 近炸引信系统大都是借助于探测器获取目标信息，从而实现对目标的探测、识别、定位和毁伤。探测器因探测机理的不同形成了不同的探测体制，常用的探测器有无线电、激光、红外、磁、声等多种类型，其中磁探测由于可抵抗电子干扰且对铁磁目标具有天然的探测优势而被广泛应用。目前，大多数磁传感器的探测机理多是以磁膜探测、霍尔效应、巨磁阻抗（CMI ）效应以及金属涡流效应等为主[1]。发展和应用得比较成熟的如磁通门、霍尔元件和磁阻元件都不能完全满足引信小型化、高灵敏度和低功耗的要求。尽管巨磁阻抗效应可以使磁灵敏度提高10倍左右，但必须在较高外磁场（1MA/m ）下才具有巨磁阻抗（GMI ）效应，并且存在磁滞和温度不稳定性等问题[2]。针对磁探测引信系统中体积小、灵敏度高和功耗低的要求，提出了基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统。 1非晶丝的巨磁阻抗效应 非晶丝是一种新型磁性材料，其显著特点在于：非晶丝 的软磁特性好，体积很小，非常有利于引信系统的微小型化；并在微磁场中非晶丝巨磁阻抗效应有一线性变化范围，从而提高了非晶丝的微磁探测灵敏度[3]。为改善传统磁探测系统的固有缺陷，这种新型材料可以在磁探测体制中进行应用。 非晶丝的巨磁阻抗（GMI ）效应是由日本学者Mohri 九十年代初在具有零或负磁致伸缩系数的Co （钴）基非晶软磁材料中发现的[4]，目前对它的研究已扩大到Co 基非晶丝和纳米晶软磁合金薄带和薄膜[5]。由于非晶丝材料克服了以往磁性元件要依赖较高磁场的缺点；在附加简单的脉冲励磁电路时，非晶丝在微磁场下就能发生强烈的巨磁阻抗（GMI ）效应，且具有灵敏度高、温度稳定性好、无磁滞等优点，因此在微磁探测领域中作为磁敏传感器的敏感材料显示出重要的应用价值。 巨磁阻抗效应表现在Co 基非晶丝、非晶态薄膜或纳米晶合金薄带等材料中通入较高频率电流时，材料两端的阻抗会强烈地依赖于外加于材料轴向上的磁场[6]。通常用外磁场作用下的阻抗变化率来反映巨磁阻抗效应的强弱。若材料是非常好的软磁材料，并且导电性能比较好，那么一个很小的外加磁场就能导致阻抗发生较大的变化，这就是巨磁阻抗效应。 2基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统 2.1 非晶丝巨磁阻抗效应微磁场探测系统的探测灵敏度在非晶丝巨磁阻抗效应微磁场探测系统中，非晶丝微磁 基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统 胡含凯，曹雾 （西安机电信息技术研究所陕西西安710065） 摘要：针对传统磁探测方法不能满足引信探测体积小，高灵敏度和低功耗等要求的问题，本文提出了基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统，是设计励磁电流信号产生电路具备极低的静态功耗，引入负反馈闭环系统对非晶丝磁滞特性进行了抑制补偿，提高了传感器的性能；采用双放大单元组合方案实现高性能的信号处理电路，完成了整体系统的设计。所设计的微磁场探测系统具备了非晶丝巨磁阻抗效应的优势，测试表明，基于非晶丝巨磁阻抗效应设计实现的微磁场探测系统，具备良好微磁探测性能，可应用于近炸引信进行微磁场探测。关键词：近炸引信；磁探测系统；非晶丝；巨磁阻抗效应；微磁场探测中图分类号：TN06 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2015）19－0034－03 The detecting system based on Giant Magneto -Impedance effect HU Han -kai ，CAO Wu （Xi ’an Institute of Electromechanical Information Technology ，Xi ’an 710065，China ） Abstract:To tackle the deficiency of traditional magnetic detecting means cannot satisfy the fuse small volume ，high sensibility and low power cost requirement ，the detecting system based on GMI is proposed in this thesis.The electronic flow signal designed posesses extremely low static power consumption ，and the negtive inner feedback system induced compensate the GMI effect ，that improves the performance of sensor.The system design programme is completed with double amplifier unit.the physical detecting system occupy the superiority of GMI.The experiment shows ，the micro -magnetic detecting system based on GMI design ，which has a terrific detecting ability that can be applied to magnetic detecting on radar fuse.Key words:radar fuze ；magnetic field detecting system ；amorphous wire ；GMI ；Micro -magnetic physical field detecting －34－
巨磁电阻实验报告 【目的要求】 1、 了解GMR 效应的原理 2、 测量GMR 模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、 测量GMR 的磁阻特性曲线 4、 用GMR 传感器测量电流 5、 用GMR 梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR 转速（速度）传感器的原理 【原理简述】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=ρl/S 中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm ），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm ），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott 指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 无外磁场时顶层磁场方向 无外磁场时底层磁场方向 图 2 多层膜GMR 结构图 图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减 图3 某种GMR 材料的磁阻特性 磁场强度 / 高斯 电阻 \ 欧姆
东北石油大学课程设计 2011年7 月22 日
任务书 课程传感器课程设计 题目磁敏电阻传感器应用电路设计 专业姓名学号 主要内容： 传统的制作温度测量和控制元件的材料各有其缺点，本文设计一种以新型材料一Insb-In为磁敏电阻器感温材料制作的双限温度开关。InSb-In双限温度开关是利用InSb-In磁敏电阻器在温度变化时本身电阻也随之发生变化的特性来控制温度的。因为InSb-In磁敏电阻器同其他热敏元件一样，具有很好的温度特性，用它制作的温度开关无论灵敏度、稳定性、可靠性都是很好的。 基本要求： 1、查阅资料，确定设计方案 2、计算相关设计参数、绘制系统控制原理图。 主要参考资料： [1] 王文生. InSb磁阻元件与传感器的进展. 传感器技术[J]，1994,(2): 1-4. [2] 李科杰. 新编传感器技术手册[M]. 北京:国防工业出版社，2002. [3] 肖景和. 集成运算放大器应用精粹[M]. 北京：人民邮电出版社，2006: 99-120. 完成期限 指导教师 专业负责人 2011年7 月12 日
摘要 温度控制技术广泛用于社会生活和生产的各个领域，如，化工、医疗、航空航天、农业、家电、汽车、电力、电子等领域。目前，对于温度控制的研究和与其相关的报道大多是以传统的热敏元件为主要感温材料而展开的。本文研究一种以新型材料一Insb-In为磁敏电阻器感温材料制作的双限温度开关。研究表明：由InSb-In磁敏电阻器和信号处理电路两部分组成的温度开关，具有灵敏度高、控温范围宽的优点，在低温区，其灵敏度可以高达30mV／℃以上，常温下也可达到23 mV／℃左右；其上下限温度调整范围为- 40~120℃，测温精度可达到±0.1℃。 关键词：InSb-In共晶体薄膜；磁敏电阻器；双限温度开关
巨磁阻抗效应简介 由于巨磁阻抗效应在磁记录头和传感器中的巨大应用前景，非晶丝和带中的巨磁阻抗效应 (Giant Magneto-impedance GMI)的研究在最近几年引起了广泛的关注。本文将简要介绍最近几年来有关巨磁阻抗效应理论的研究概况，并综述巨磁阻抗材料的研究进展。 GMI 效应与在外磁场作用下软磁导体的交流(AC)阻抗的变化密切相关。可以在经典电动力学的理论框架下予以解释。众所周知，当射频电流流过导体时，在导体的横截面上其电流分右并不均匀。由于趋肤效应，电流主要集中在导体表面。电流密度从表面到内部的变化，可用趋肤深度表示：ωμρ/2=? 式中，ω是射频电流角频率，ρ是导体的电阻率，μ是材料的磁导率。在非铁磁材料中， 与频率和外加直流场无关，而铁磁材料的磁导率不但与频率、AC 磁场幅度有关，而且还与其它参数有关。如外加直流场的大小与方向、机械应变、温度等。GMI 效应的起源主要就在于软磁材料的磁导率与外加直流场密切相关。 由于电流流过导体时能产生圆周方向或切向的磁场(对丝称圆周方向，对带称切向)，具有圆周礁导率的材料是实际应用最感兴趣。非晶或纳米晶台金软磁材料的磁导率可由感生各向异性和一定的磁畴结构得到有效的控制实验 结果和理论分析都证证实材料具有切向各向异性有利于获得显著的GMI 效应。GMI 的理论分析对更好地理解现有实验结果及指导研究具有显著的GMI 效应的新材料有着重要的意义在实际铁磁材料中的趋肤效应比非铁磁材料的趋肤效应更复杂。基于趋肤效应的理论模型要描述GMI 效应的各种现象是困难的。 目前，提出的几种GMI 效应的理论的主要任务都是寻找有效切向磁导率的近似公式。以描述在轴向AC 电流的激励下特定磁畴结构的响应。畴壁位移和磁畴转动均对磁导率有贡献。准静态模型就考虑了畴壁位移和礁畴转动由于这些模 型没有考虑与磁化强度快速运动的动态效应只有在低频情况下应用。 从理论上考虑受 涡流阻尼的畸壁运动对GMI 的影响，发现随激励频率的增加，涡流对畴壁运动的阻尼增加，对磁导率的贡献就主要以磁畴转动为主。磁畴结构的观察表明在高于1MHz 时，畴壁几乎是静止不动的。所以，在高频情况下，只考虑磁畴转动的GMI 理论是合理而方便的。 在高频对更完善的理论模型是要考虑动态效应的。即要建立在Maxwell 方程和 Landau-Lifshitz 动力学方程的同时求解的基础上。实际上要精确求解这两个方程是不可能的，但是如果将 Landau-Lifshitz 方程线性化。并忽略交换作用，与交流磁化有关的磁导率张量就可求得，这样 Maxwell 方程就可以利用磁导率张量在合适的坐标系统下求解。通过同时求解 Maxwell 方程和线性Landau-Lifshitz 方程研究了具有轴向和圆周方向的磁各向异性的非晶丝的GM1效应。对于具有圆周方向的磁各向异性一当外加直流场小于各向异性场时。磁化强度的方向不平行于外加直流场的方向。Maxwell 方程的解就不能用单一的电磁波传播模式和标量阻抗 z 表示，必须引入具有纵向z 和切向z 的阻抗张量。 在上面提到的GMI 模型中，交换作用都被忽略了。由于交换耦合作用迫使近邻电子的自旋方向平行排列，对趋肤效应具有反作用，能增强电磁辐射的穿入深度。铁磁材料中交换耦
巨磁电阻效应及其应用 【实验目的】 1、 了解GMR 效应的原理 2、 测量GMR 模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、 测量GMR 的磁阻特性曲线 4、 用GMR 传感器测量电流 5、 用GMR 梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR 转速（速度）传感器的原理 【实验原理】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=l/S 中，把电阻率视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm ），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm ），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott 指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 无外磁场时顶层磁场方向 顶层铁磁膜 中间导电层 底层铁磁膜 无外磁场时底层磁场方向 图2 多层膜GMR 结构图 图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不 图3 某种GMR 材料的磁阻特性 磁场强度 / 高斯 电阻 \ 欧姆