磁传感器的介绍及其应用

磁传感器就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号,以这种方式来检测相应物理量的器件。什么东西会产生磁场?地球会产生磁场,如果你能测地球表面磁场就可以做指南针,任何电流都能产生磁场,电流传感器也是磁场传感器。磁传感器的发展,在本世纪70~80年代形成高潮。90年代是已发展起来的这些磁传感器的成熟和完善的时期。 

(1)集成电路技术的应用。将硅集成电路技术用于磁传感器,开始于1967年。honeywell公司mi2croswitch分部的科技人员将si霍尔片和它的讯号处理电路集成到一个单芯片上,制成了开关电路,首开了单片集成磁传感器之先河。目前,已经出现了磁敏电阻电路、巨磁阻电路等许多种功能性的集成磁传感器。(2)insb薄膜技术的开发成功,使insb霍尔元件产量大增,成本大幅度下降。

（3）强磁性合金薄膜。1975年面市的强磁合金薄膜磁敏电阻器利用的是强磁合金薄膜中的磁敏电阻各向异性效应。在与薄膜表面平行的磁场作用下,以坡莫合金为代表的强磁性合金薄膜的电阻率呈现出2[%]~5[%]的变化。利用这种效应已制成三端、四端磁阻器件。四端磁阻桥已大量用于磁编码器中,用来检测和控制电机的转速。此外,还作成了磁阻磁强计、磁阻读头以及二维、三维磁阻器件等。它们可检测10-10~10-2t的弱磁场,灵敏度高、温度稳定性好,将成为弱磁场传感和检测的重要器件。 

(4)巨磁电阻多层膜。由不同金属、不同层数和层间材料的不同组合,可以制成不同的机制的巨磁电阻(giantmagneto-resistance)磁传感器。它们呈现出的随磁场而变化的电阻率,比单层的各向异性磁敏电阻器的要高出几倍,正受到研制高密度记录磁盘读出头的科技人员的极大关注。目前已见有5g字节的自旋阀头的设计分析的报导。

(5)各种不同成分和比例的非晶合金材料的采用,及其各种处理工艺的引入,给磁传感器的研制注入了新的活力,已研制和生产出了双芯多谐振荡桥磁传感器、非晶力矩传感器、压力传感器、热磁传感器、非晶大巴克豪森效应磁传感器等。最近发现的巨磁感应效应(giantmagnetoinductiveeffect)和巨磁阻抗效应(giantmagneto-impedanceeffect),比巨磁电阻的响应灵敏度高一个量级,可能做成磁头,成为高密度磁盘读头的有力竞争者。利用非晶合金的高导磁率特性和可做成细丝的机械特性,将它们用于磁通门和威根德等器件中,取代坡莫合金芯,使器件性能得到大大的改善。

(6)Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结构材料。例如,在inp衬底上用分子束外延技术生长in0.52al0.48as/in0.8ga0.2as,形成假晶结构,产生二维电子气层,其层厚是分子级的,这种材料的能带结构发生改变。用这种材料来制作霍尔元件,其灵敏度高于市售的insb和gaas元件,在296k时为22.5v/t,灵敏度的温度系数也有大的改善,用恒定电流驱动时,为-0.0084[%]/k。用这种材料,除可制造霍尔器件外,还可用以制造磁敏场效应管、磁敏电阻器等。在国外,由于磁传感器已逐渐被广泛而大量地使用。