[发明专利]一种磁电阻自动测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型磁性器件的精确定位与采用霍尔效应、AMR、GMR、TMR的相关磁性传感器的磁电阻测量及处理技术，更具体地说，是涉及一种磁电阻自动测量装置及测量方法。

背景技术

磁致电阻效应即磁电阻效应简称MR，就是在通有电流的金属或半导体上施加磁场时，其电阻值会发生明显变化的现象，这主要是由于外加磁场与金属或半导体内的电子自旋磁矩相互作用的结果。通常将磁场引起的电阻率变化写成Δρ=ρ（H）-ρ（0），其中ρ（H）和ρ（0）分别表示在磁场H中和无磁场时电阻率。磁电阻的大小常表示为： MR= Δρ/ρ*100%，其中ρ可以是ρ（0）或ρ（H）。

目前，已被研究的磁性材料的磁电阻效应可以大致分为以下几种:1）由磁场直接引起的磁性材料的正常磁电阻简称OMR；2）与技术磁化相联系的各向异性磁电阻简称AMR；3）掺杂稀土氧化物中特大磁电阻简称CMR；4）磁性多层膜和颗粒膜中特有的巨磁电阻简称GMR；5）隧道磁电阻简称TMR等。

绝大多数非磁性导体的MR很小约为10^-5 %，磁性导体的MR最大约为3～5%，且电阻率的变化与磁场方向与导体中电流方向的夹角有关即具有各向异性，称为各向异性磁电阻AMR。

1988年，长期研究磁电阻现象的法国巴黎大学Albert Fert教授研究组，从英国物理学家N.F.Mott提出的磁性金属电现象的模型出发，设计了一种多层薄膜结构，并在分子束外延制备的Fe/Cr多层膜中发现MR可达50%，其值远大于通常的AMR，成功地“放大”了磁电阻现象。并且在薄膜平面上磁电阻是各向同性的。人们称之为巨磁电阻GMR。

在1998年左右，巨磁阻磁头开始被大量应用于硬盘当中，从那时起，短短的几年时间里，硬盘的容量就从4G提升到了当今的400G。但是，即便是这项叱咤风云的技术，发展到现在也已经接近了极限，硬盘容量的提升必须寻求新的技术。目前行业公认的下一代技术是“垂直磁记录”技术，即“记录位”的S/N两极的连线垂直于盘片，而在此之前的技术都属于“水平磁记录”技术。当硬盘向垂直磁记录技术转变时，巨磁阻磁头也将会同时更换为“隧道磁阻磁头”。

在大多数金属中，电阻率的变化值为正，而过渡金属和类金属合金及饱和磁体的电阻率变化值为负。半导体有大的磁电阻各向异性。利用磁电阻效应，可以制成磁敏电阻元件，其常用材料有锑化铟、砷化铟等。磁敏电阻元件主要用来构造位移传感器、转速传感器、位置传感器和速度传感器等。为了提高灵敏度，增大阻值，可把磁敏电阻元件按一定形状例如直线或环形串联起来使用。在实际使用中，霍尼韦尔磁场传感器和磁力计具有很高的精确度，可以轻易的整合到几乎所有的应用环境中，应用环境包括电子罗盘、磁力计、位置传感－线性和角位置传感器、车辆检测解决方案、全球卫星导航定位GPS解决方案、车载信息服务系统。另外，霍尔效应也是磁场对电阻影响的典型效应。美国物理学家霍尔发现，如果对位于磁场中的导体施加一个电压，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。更通俗地说，就是导体中有电流时，就有电荷载子在里面移动。而当导体内有磁场时，导体内的电荷载子运动就会受影响，这些电荷载子因此可能就会往某一边靠过去。导体的两侧，就会产生电压差。铁磁材料的霍尔效应通常由两部分构成，一般非磁金属材料的电阻应正比于外加磁场，称为一般霍尔效应。然而在铁磁金属材料中，其电阻还与材料的磁化强度有关，此项被称为反常霍尔效应。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。讫今为止，已在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关，等等。霍尔器件通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化。例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换；可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。目前的霍尔器件都可承受一定的振动，可在零下40摄氏度到零上150摄氏度范围内工作，全部密封不受水油污染，完全能够适应汽车的恶劣工作环境。