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巨磁（GMR)的原理和应用巨磁电阻效应可以在哪些场合得到应用？前言“科学技术是第一生产力”，科学技术的发展，总是促进人类文明一次次飞速的进步。
人类进入20年代末的时候，一门新的学科——磁电子学又产生于科学技术的全面发展中。
它吸取最新科技发展的精华，融合磁学与微电子学之所长，发展其所不及，给人类技术文明发展又揭开了一页新的篇章。
一、巨磁电阻效应简介磁电子学是一门以研究介观尺度范围内自旋极化电子的输运特性以及基于它的这些独特性质而设计、开发的在新的机理下工作的电子器件为主要内容的一门交叉学科。
它研究的对象包括载流电子的自旋极化、自旋相关散射、自旋弛豫以及与此相关的性质及其应用等。
电子既是电荷的负载体，同时又是自旋的负载体。
以研究、控制和应用半导体中数目不等的电子和空穴（即多数载流子和少数载流子）的输运特性为主要内容的微电子学是二十世纪人类最伟大的创造之一。
但在这里自旋状态是不与考虑的，电子的输运过程仅利用它的荷电性由电场来控制。
是否可以利用电子的自旋来操纵它的输运过程呢？这正是磁电子学所要研究的主要内容。
对巨磁电阻效应的研究就是磁电子学的一个重要内容。
磁场作用于磁性多层膜中导电电子的自旋，导致膜电阻发生很大的变化。
这种变化可以通过测量电阻或以电压方式反映出来。
根据这种特点可以在许多领域得到应用。
二、巨磁电阻效应的应用科技服务于人类。
科学技术只有同应用相结合才能发挥其“第一生产力”的作用并同时拥有强大的生命力。
磁电子学的产生是巨大应用前景促进的结果，同时从其产生之初即为应用服务。
到目前磁电子学的研究仍在世界范围轰轰烈烈地进行，它的应用已发展到计算机磁头、巨磁电阻传感器、磁随机存贮器等许多领域，随着对CMR、TMR原理的进一步研究和认识，必将开拓更为广阔的应用前景。
鉴于磁电子学技术的新颖性和复杂性，对于磁电子学的研究仍在持续不断地进行，其应用现在还仅限于巨磁电阻（GMR）范围，以下对此作较为详尽的介绍。
GMR磁场传感器的工作原理巨磁电阻（GMR）效应是1988年发现的一种磁致电阻效应，由于相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc)，简称GMR。
1. 巨磁电阻（GMR）原理，见图一。
巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。
这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来。
赋以特殊的结构设计这种效应还可以调整以适应各种不同的性能需要。
2. 巨磁电阻（GMR）传感器原理，见图二。
巨磁电阻（GMR）传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯登电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。
工作时图中“电流输入端”接5V~20V的稳压电压，“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号。
3. 巨磁电阻（GMR）传感器性能，见图三，表一。
图三所示为巨磁电阻（GMR）传感器在外场中的性能曲线，表明该传感器在±200Oe的磁场范围类有较好的线性。
表一所示为国际上各公司生产的巨磁电阻（GMR）传感器的性能对照，表中标注有（库万军）处为本公司产品。
对比表明本公司的产品无论灵敏度或线性范围都有较大的优越性，而且本公司产品性能仍在不停的丰富和完善过程中。
更为重要的是，本公司产品采用特殊的结构，适宜于采用半导体集成化规模生产，因此生产成本低。
图3巨磁电阻（GMR）传感器在外场下的性能曲线表一各公司巨磁电阻（GMR）传感器性能对照灵敏度（mV/V*Oe）线性范围（Oe）结构及材料偏磁技术IBM 0.8 ±25 SPIN-VALVE 设置电流NVE 0.45 ±135 Co/Cu多层膜外置偏磁铁Honeywell 1 ±6 NiFe film(AMR)EPFL-CH 0.024 ±150 聚磁通霍尔元件INESC 0.6 ±30 SPIN-VALVE 设置电流INESC （库万军）0.21 ±135 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoFe/CoPt双层膜INESC （库万军）0.17 ±200 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoPt膜（两矫顽力）INESC（库万军）1.3 ±20 SPIN-VALVE 两次沉积INESC（库万军）探测磁场X-Y分量的集成元件INESC（库万军）数字、脉冲型3. 产品使用说明a.巨磁电阻（GMR）传感器作为一种有源器件，其工作必须提供5~20V的直流电源。
巨磁阻效应及其在自旋电子学方面的应用巨磁阻效应（GMR）是指在引入薄膜和多层膜晶体学领域中，利用磁性材料的巨磁阻效应来实现高灵敏度的磁传感器和高容量的存储技术。
巨磁阻效应是一种基本的物理现象，它能够改变材料电导率，从而使材料的电阻率随磁场变化。
它得到了广泛的应用，在磁性材料的测量、传感、存储以及自旋电子学等方面具有广阔的应用前景。
巨磁阻效应的应用1. 磁传感器巨磁阻效应可用于制造磁传感器，如磁阻计、磁导弹波传感器和磁触头等。
这些传感器可以用于检测磁场的变化，包括用于测量和控制电机和发电机的磁场、磁卡读头以及其他磁场测量和控制应用。
这些传感器具有高精度、高速度和低噪音等特点。
2. 存储器巨磁阻效应可用于制造高密度磁存储器。
从最初的几百兆字节到现在的几百千兆字节，磁存储器的容量已经有了巨大的提高。
随着存储芯片的微型化和集成化，巨磁阻效应在存储器方面的应用变得更加有效。
3. 自旋电子学自旋电子学是一种奇近效应现象，是一种可以利用操纵电子自旋的电学和磁学技术的新型电子学。
自旋最根本的特征是它自身具有磁矩，可以与晶体中的磁场相互作用。
不同于传统的基于电子电荷的电子学技术，自旋电子学技术的研究将有望在未来的纳米电子学和计算机中得到广泛应用。
巨磁阻效应将成为未来自旋电子学的重要组成部分，可以用于制造自旋电子学器件，如磁性电阻、磁隧道结、自旋阻抗和自旋导体等。
自旋电子学也受到了越来越多的关注，它可能会打破德鲁德电子传导中的阻抗序列，提高信息处理的速度，解决低功耗、高速度和高容量存储器的问题。
总结巨磁阻效应从上个世纪90年代开始逐渐得到关注并得到了广泛的应用，其首次在高密度磁盘驱动器中被使用并取得了巨大的成功。
随着技术的不断发展和深入研究，巨磁阻效应展现出了越来越多的潜力，将成为未来高精度和高容量磁传感器、存储器以及自旋电子学器件的重要组成部分。
GMR（巨磁电阻）应用摘要：GMR（巨磁电阻）材料的磁输运性质决定了它们适合用于磁场传感器、读出磁头、随机存取存储器和电流隔离器。
本文对GMR的每种应用都进行了讨论，并且介绍了可用的材料。
关键词：GMR；读出磁头；随机存取存储器；电流隔离器1.引言在GMR（巨磁电阻）效应发现的10年后，应用于磁场传感器和硬盘读出磁头的商业化的GMR（巨磁电阻）技术出现了。
在之前这种相对短的时间里主要应用的是AMR（各向异性磁阻效应）产品。
而将GMR材料引入工业应用的最初动力是它的高的磁阻变化率，其他的性质对应用也非常重要。
本文首先探讨这些GMR材料的性质，然后讨论它的一些现有的和潜在的应用。
同时也讨论了一些GMR材料的未来研究进展。
2. GMR材料的性质磁电阻率（在一定的应用磁场范围内，电阻率的变化量相对于其最小值的百分比）和饱和磁场（磁场需要达到这个材料的电阻率的全部变化范围）是GMR材料的最重要的应用性质。
灵敏度（电阻该变率与磁场的比值）决定了磁场在低于饱和磁场强度下的信号。
表1比较了几种典型的磁电阻材料的磁电阻、饱和磁场以及灵敏度。
磁三明治结构是一种没有钉扎层的自旋阀。
颗粒膜是一种由互不相容的磁性和非磁性导体材料构成的薄膜。
自旋相关隧道结构与普通的GMR材料的机理不同，但是通常把它放到GMR材料中一起讨论。
表1 各种磁电阻材料的性能比较多层膜与颗粒膜之间的比较表明多层膜的GMR和灵敏度更好。
一般认为颗粒膜结构容易制作，但是在制作多层膜时没有遇到严重的障碍，尤其是非磁性导电层的所谓的第二峰厚度。
在计算机控制的溅射设备制作下，可以制作良好的厚度一致性，多层膜相对容易制造，因此现阶段颗粒膜没有明显的研究必要。
（CMR）庞磁电阻在磁场下可以产生非常大的磁电阻变化，但是由于温度的原因（低于室温下）非常难以应用，因为它具有非常高的电阻温度系数（TCR）。
这种性质使得难以补偿温度漂移，以至于在特殊应用中难以分辨温度和磁场。
GMR磁场传感器的工作原理巨磁电阻（GMR）效应是1988年发现的一种磁致电阻效应，由于相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc)，简称GMR。
1. 巨磁电阻（GMR）原理，见图一。
巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。
这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来。
赋以特殊的结构设计这种效应还可以调整以适应各种不同的性能需要。
2. 巨磁电阻（GMR）传感器原理，见图二。
巨磁电阻（GMR）传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯登电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。
工作时图中“电流输入端”接5V~20V的稳压电压，“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号。
3. 巨磁电阻（GMR）传感器性能，见图三，表一。
图三所示为巨磁电阻（GMR）传感器在外场中的性能曲线，表明该传感器在±200Oe的磁场范围类有较好的线性。
表一所示为国际上各公司生产的巨磁电阻（GMR）传感器的性能对照，表中标注有（库万军）处为本公司产品。
对比表明本公司的产品无论灵敏度或线性范围都有较大的优越性，而且本公司产品性能仍在不停的丰富和完善过程中。
更为重要的是，本公司产品采用特殊的结构，适宜于采用半导体集成化规模生产，因此生产成本低。
图3巨磁电阻（GMR）传感器在外场下的性能曲线表一各公司巨磁电阻（GMR）传感器性能对照灵敏度（mV/V*Oe）线性范围（Oe）结构及材料偏磁技术IBM 0.8 ±25 SPIN-VALVE 设置电流NVE 0.45 ±135 Co/Cu多层膜外置偏磁铁Honeywell 1 ±6 NiFe film(AMR)EPFL-CH 0.024 ±150 聚磁通霍尔元件INESC 0.6 ±30 SPIN-VALVE 设置电流INESC （库万军）0.21 ±135 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoFe/CoPt双层膜INESC （库万军）0.17 ±200 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoPt膜（两矫顽力）INESC（库万军）1.3 ±20 SPIN-VALVE 两次沉积INESC（库万军）探测磁场X-Y分量的集成元件INESC（库万军）数字、脉冲型3. 产品使用说明a.巨磁电阻（GMR）传感器作为一种有源器件，其工作必须提供5~20V的直流电源。
