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关于隧道磁电阻效应(TMR)

发布:2017-09-08

    基于电子的自旋效应,在磁性钉扎层和磁性自由层中间间隔有绝缘体或半导体的非磁层的磁性多层膜结构,由于在磁性钉扎层和磁性自由层之间的电流通过基于电子的隧穿效应,因此称这一多层膜结构称为磁性隧道结(MTJ, Magnetic Tunnel Junction)。这种磁性隧道结在横跨绝缘层的电压作用下,其隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层(磁性钉扎层和磁性自由层)磁化强度的相对取向。当磁性自由层在外场的作用下,其磁化强度方向改变,而钉扎层的磁化方向不变,此时两个磁性层的磁化强度相对取向发生改变,则可在横跨绝缘层的的磁性隧道结上观测到大的电阻变化,这一物理效应正是基于电子在绝缘层的隧穿效应,因此称为隧道磁电阻效应(TMR ,Tunneling Magnetoresistance )。也就是说TMR磁传感器是利用磁场的变化来引起磁电阻变化,另一方面,我们可以通过观测TMR磁传感器的电阻变化来测量外磁场的变化。

    实际的TMR器件及其制造工艺要远比以上三层膜结构复杂,但是就磁性传感器的应用来讲,我们可以认为TMR传感器就是一个电阻,只是TMR传感器的电阻值随外加磁场值的变化,其阻值发生改变,并且这种改变对于氧化铝Al2O3可达30~50%,对于氧化镁MgO可达200%,因此其输出相当可观,灵敏度非常高.正是由于TMR的这些优点,TMR已经在硬盘磁头这一对工作稳定性等各项性能要求极高的高精技术领域取代GMR磁头,因此TMR的性能已经经受了最为严格的考验.而随着TMR磁性传感器的大规模应用,其优异的性能将随着其产业化的发展,而渗透到传感器行业方面和应用领域,为最终客户和传感器供应商创造更多的价值和提供更优的技术体验。由于TMR的优异性能,一方面将会为很多传感器应用领域提供全新的技术解决方案,另一方面,也为磁传感器生产企业提供了一个非常好的发展机遇。


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