磁性傳感器及其應(yīng)用

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1、磁性傳感器及其應(yīng)用0前言磁場(chǎng)傳感器是可以將各種磁場(chǎng)及其變化的量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的裝置。自然界和人類社會(huì)生活的許多地方都存在磁場(chǎng)或與磁場(chǎng)相關(guān)的信息。利用人工設(shè)置的永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，可作為許多種信息的載體。因此，探測(cè)、采集、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場(chǎng)和磁場(chǎng)中承載的各種信息的任務(wù)，自然就落在磁場(chǎng)傳感器身上。在當(dāng)今的信息社會(huì)中，磁場(chǎng)傳感器已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)元件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)的磁傳感器，并已在科研、生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，承擔(dān)起探究種種信息的任務(wù)。早先的磁傳感器，是伴隨測(cè)磁儀器的進(jìn)步而逐

2、步發(fā)展的。在眾多的測(cè)磁方法中，大都將磁場(chǎng)信息變成電訊號(hào)進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)磁儀器中“探頭”或“取樣裝置”就是磁傳感器。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、電力電子技術(shù)、辦公自動(dòng)化、家用電器、醫(yī)療儀器等等的飛速發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，需用大量的傳感器將需進(jìn)行測(cè)量和控制的非電參量，轉(zhuǎn)換成可與計(jì)算機(jī)兼容的訊號(hào)，作為它們的輸入訊號(hào)，這就給磁傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)會(huì)，形成了相當(dāng)可觀的磁傳感器產(chǎn)業(yè)。1發(fā)展簡(jiǎn)況自從磁傳感器作為一種獨(dú)立產(chǎn)品進(jìn)入應(yīng)用以來(lái)，迄今，從T的人體弱磁場(chǎng)到高達(dá)25T以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，都可以找到相應(yīng)的傳感器進(jìn)行檢測(cè)。磁傳感器的發(fā)展，在本世紀(jì)70—80年

3、代形成高潮。90年代是已發(fā)展起來(lái)的這些磁傳感器的成熟和完善的時(shí)期。目前已形成磁傳感器的主要類型。(1)集成電路技術(shù)的應(yīng)用。將硅集成電路技術(shù)用于磁傳感器，開(kāi)始于1967年。H。neLWell公司Micr。switch分部的科技人員將Si霍爾片和它的訊號(hào)處理電路集成到一個(gè)單片上，制成了開(kāi)關(guān)電路、首開(kāi)單片集成磁傳感器之先河。目前，已經(jīng)出現(xiàn)廠磁敏電阻電路、巨磁阻電路等許多種功能性的集成磁傳感器。(2)InSb薄膜技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功，使InSb霍爾幾件產(chǎn)量大增，成本大幅度下降。最先運(yùn)用這種技術(shù)獲得成功的日本旭化成電子公司，如今可年產(chǎn)5億只以上。(3)強(qiáng)磁性合金薄膜。

4、1975年面市的強(qiáng)磁合金薄膜磁敏電阻器利用的是強(qiáng)磁合金薄膜中的磁敏電阻各向異性效應(yīng)。在與薄膜表面平行的磁場(chǎng)作用下、以坡莫合金為代表的強(qiáng)磁性合金薄膜的電阻宰吳現(xiàn)出2％一5％的變化。利用這種效應(yīng)已制成三端、四端磁阻器件。四端磁阻橋已大量用于磁編碼器中，用來(lái)檢測(cè)和控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，還作成了磁阻碰強(qiáng)計(jì)、磁阻讀頭以及二維、三維磁阻器件等。它們可檢測(cè)弱磁場(chǎng)，靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好，將成為磁場(chǎng)傳感和檢測(cè)的重要器件。(4)巨磁電阻多層膜。由不同金屬、不同層數(shù)和層間材料的不問(wèn)組合，可以制成不同的機(jī)制的巨磁電阻磁傳感器。它呈現(xiàn)出的隨磁場(chǎng)而變化的電阻率，比單層的各向異性

5、磁敏電阻器的要高出幾倍、正受到研制高密度記錄磁盤(pán)讀出頭的科技人員的極大關(guān)注。目前已見(jiàn)有5C字節(jié)的白族悶頭的設(shè)計(jì)分析的報(bào)導(dǎo)(5)各種不同成分和比例的非晶合金材料的采用，及其各種處理工藝的引入，給磁傳感器的研制注入新的活力，已研制和生產(chǎn)出了雙芯多諧振蕩橋磁傳感器、非晶力矩傳感器、壓力傳感器、熱磁傳感器、非晶大巴克豪森效應(yīng)磁傳感器等。最近發(fā)現(xiàn)的巨磁感應(yīng)效應(yīng)(giantmagneto6nguctiveetlect)和巨磁阻抗效應(yīng)(giantmagneto—impedanceeffect)，比巨磁電阻的響應(yīng)靈敏度高一個(gè)量級(jí)，可能做成磁頭、成為高密度磁盤(pán)讀頭的有力

6、競(jìng)爭(zhēng)者。利用非晶合金的高導(dǎo)磁率特性和做成細(xì)絲的機(jī)械特性，將它們用于磁通門(mén)和威根德等器件中，取代坡莫臺(tái)金芯，使器件性能得到大大的改善。(6)III—V族半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。例如，在InP襯底上用分子束外延技術(shù)，形成假晶結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生二維電子氣層，其層厚是分子級(jí)的，這種材料的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；用這種材料來(lái)制作霍爾元件、其靈敏度高于市售的In軌和GaAs元件，在296K時(shí)為22．5V／T，靈敏區(qū)的溫度系數(shù)也有大的改善，用恒定電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，為—0．0084％K.用這種材料，除可制造霍爾器件外，還可用以制造磁敏場(chǎng)效應(yīng)管、磁敏電阻器等。在國(guó)外，由于磁傳感器已逐漸被廣泛而

7、大量地使用，有許多企業(yè)競(jìng)相研制和生產(chǎn)，形成一定規(guī)模的磁傳感器產(chǎn)業(yè)?；魻柶骷前雽?dǎo)體磁傳感器中最成熟和產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。旭化成(InSb霍爾元件)、Honeywell、A11egro(原稱Sprague)、ITT、Semens(霍爾電路)等均已大量生產(chǎn)。Philips、Honeywell、Sony、IBM等已大量生產(chǎn)了金屆膜磁敏電阻器及集成電路。TDK、Sony、Matsusbita、Tosbiba等巳批量生產(chǎn)非晶磁頭等非晶金屬磁傳感器。還有LEM、Honeywell、F.W．Bell、NaNa等公司生產(chǎn)廠各種用途和量程的電流、電壓傳感器和其它類型的磁傳感

8、器組件，這些磁傳感器都巳得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)，除南京中旭微電子公司可大量生產(chǎn)霍爾集成電路、營(yíng)口