軟磁薄膜巨磁阻抗效應(yīng)的理論研究.pdf

1、巨磁阻抗GMI效應(yīng)即外加靜磁場可以顯著改變材料交流阻抗的物理效應(yīng)，利用巨磁阻抗效應(yīng)制作的磁傳感器能夠同時滿足靈敏度高、尺寸微型化、響應(yīng)速度快、功耗低、非接觸測試和沒有磁滯等要求，并且這種傳感器使用交流驅(qū)動，可以實現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)、濾波、振蕩和共振等多種功能，在工程控制方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。巨磁阻抗效應(yīng)一般出現(xiàn)在軟磁絲、薄帶和薄膜中，其中薄膜GMI傳感器適合半導(dǎo)體電路的集成并可應(yīng)用于批量生產(chǎn)，能大大降低生產(chǎn)成本，因此研究軟磁薄膜材料中的巨磁

2、阻抗效應(yīng)具有重要的實用價值，對它的研究也越來越受到各國研究者的重視。 本文建立了一個由兩層軟磁性能良好的鐵磁材料中間夾一層導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)薄膜模型，從理論上研究其巨磁阻抗效應(yīng)。在該模型中我們重點考慮了磁各向異性的動態(tài)分量的影響，這一項在以往的模型中，往往是被忽略的，而在交變電流作用下，尤其是在高頻下，這一分量的作用是值得考慮的。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下： 首先，從“鐵磁層／導(dǎo)體層／鐵磁層”三明治結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用經(jīng)典

3、的Maxwell方程組，結(jié)合一定的邊界條件，計算出導(dǎo)體層與磁性層的電流分布表達式，得到三明治薄膜的阻抗表達式。 其次，考慮磁性層具有180°條狀磁疇。利用Landau-Lifshitz方程，采用Gilbert阻尼形式計算得到了高頻下鐵磁層的張量磁導(dǎo)率的表達式。在計算中，我們將磁晶各向異性等效場隨交變電流變化的動態(tài)量納入Landau-Lifshitz方程進行計算，得到張量磁導(dǎo)率表達式，計算得到橫向有效磁導(dǎo)率的表達式。 我們

4、的計算結(jié)果與N．A．Usov、董承遠、黃燦星等人的未考慮磁各向異性的動態(tài)分量的結(jié)果進行比較得到：對于具有橫向各項異性的三明治薄膜，當縱向外加磁場大小與各向異性等效場大小相當、外加交變電流頻率相對較低時，磁各向異性等效場隨時間變化的動態(tài)分量對有效磁導(dǎo)率的影響不可忽略，當外加直流磁場與磁各向異性場差別較大，或交變電流頻率相對較高時，兩種模型計算的結(jié)果基本一致，此時可以忽略磁各向異性等效場的動態(tài)分量的影響。外加靜磁場和磁各向異性等效場之間的夾

5、角越大，磁晶各向異性等效場的動態(tài)分量對有效磁導(dǎo)率的影響越大。 我們用得到的薄膜的阻抗表達式對三明治薄膜的巨磁阻抗效應(yīng)進行模擬計算，從理論上分析了采用不同電導(dǎo)率的導(dǎo)體層和磁性層對巨磁阻抗效應(yīng)的影響，結(jié)果表明，導(dǎo)體層電導(dǎo)率遠高于磁性層電導(dǎo)率時，隨磁性層電導(dǎo)率與內(nèi)部導(dǎo)體層電導(dǎo)率之間的差異增大，薄膜表現(xiàn)出的巨磁阻抗效應(yīng)越明顯；導(dǎo)體層電導(dǎo)率與磁性層接近時，磁性層電導(dǎo)率越高巨磁阻抗效應(yīng)越明顯，與單層膜類似。 用我們的模型計算了FeC

6、uNbSiB單層薄膜的磁阻抗比隨外磁場的變化曲線，其中磁阻抗比隨縱向外磁場呈雙峰，峰值對應(yīng)的外磁場大小在磁各向異性場附近，磁阻抗比隨橫向外磁場變化曲線呈單峰，與Sommer等人的實驗結(jié)果符合得很好。另外計算得到了FeCuCrVSiB／Ag/FeCuCrVSiB三明治膜的磁阻抗比隨頻率的變化關(guān)系，在趨勢上也與實驗結(jié)果相符。但由于模型忽略了退磁場、應(yīng)力等效場、交換作用場等，導(dǎo)致計算結(jié)果在數(shù)值的上以及某些變化趨勢上與實驗結(jié)果不完全一致，要彌補