巨磁電阻效應及其應用 實驗報告

1、1巨磁電阻效應及其應用巨磁電阻效應及其應用【實驗目的】1、了解GMR效應的原理2、測量GMR模擬傳感器的磁電轉換特性曲線3、測量GMR的磁阻特性曲線4、用GMR傳感器測量電流5、用GMR梯度傳感器測量齒輪的角位移，了解GMR轉速（速度）傳感器的原理【實驗原理】根據導電的微觀機理，電子在導電時并不是沿電場直線前進，而是不斷和晶格中的原子產生碰撞（又稱散射），每次散射后電子都會改變運動方向，總的運動是電場對電子的定向加速與這種無規(guī)散射運動的

2、疊加。稱電子在兩次散射之間走過的平均路程為平均自由程，電子散射幾率小，則平均自由程長，電阻率低。電阻定律R=?lS中，把電阻率?視為常數(shù)，與材料的幾何尺度無關，這是因為通常材料的幾何尺度遠大于電子的平均自由程（例如銅中電子的平均自由程約34nm），可以忽略邊界效應。當材料的幾何尺度小到納米量級，只有幾個原子的厚度時（例如，銅原子的直徑約為0.3nm），電子在邊界上的散射幾率大大增加，可以明顯觀察到厚度減小，電阻率增加的現(xiàn)象。電子除攜帶電

3、荷外，還具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁場兩種可能取向。早在1936年，英國物理學家，諾貝爾獎獲得者N.F.Mott指出，在過渡金屬中，自旋磁矩與材料的磁場方向平行的電子，所受散射幾率遠小于自旋磁矩與材料的磁場方向反平行的電子?？傠娏魇莾深愖孕娏髦涂傠娮枋莾深愖孕娏鞯牟⒙?lián)電阻，這就是所謂的兩電流模型。在圖2所示的多層膜結構中，無外磁場時，上下兩層磁性材料是反平行（反鐵磁）耦合的。施加足夠強的外磁場后，兩層鐵磁膜的方向都與

4、外磁場方向一致，外磁場使兩層鐵磁膜從反平行耦合變成了平行耦合。電流的方向在多數(shù)應用中是平行于膜面的。無外磁場時頂層磁場方向頂層鐵磁膜中間導電層底層鐵磁膜無外磁場時底層磁場方向圖2多層膜GMR結構圖圖3是圖2結構的某種GMR材料的磁阻特性。由圖可見，隨著外磁場增大，電阻逐漸減小，其間有一段線性區(qū)域。當外磁場已使兩鐵磁膜完全平行耦合后，繼續(xù)加大磁場，電阻不再減小，進入磁飽和區(qū)域。磁阻變化率ΔRR達百分之十幾，加反向磁場時磁阻特性是對稱的。注

5、意到圖2中的曲線有兩條，分別對應增大磁場和減小磁場時的磁阻特性，這是因為鐵圖3某種GMR材料的磁阻特性磁場強度高斯電阻歐姆3a幾何結構b電路連接GMR模擬傳感器結構圖對于電橋結構，如果4個GMR電阻對磁場的影響完全同步，就不會有信號輸出。圖179中，將處在電橋對角位置的兩個電阻R3R4覆蓋一層高導磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁場對它們的影響，而R1，R2阻值隨外磁場改變。設無外磁場時4個GMR電阻的阻值均為R，R1、R2在外磁場作用下