Конструктивно-технологический базис микро- и наносистем измерения магнитного поля д.т.н. А.А. Резнев, НИИ ФСБ РФ (Россия) - презентация

1 Конструктивно-технологический базис микро- и наносистем измерения магнитного поля д.т.н. А.А. Резнев, НИИ ФСБ РФ (Россия)

2 Сегменты рынка магнитных наноизделий Датчики и преобразователи магнитного поля; Датчики электрического тока; Гальванические развязки; Запоминающие устройства с произвольной выборкой; Спиновые транзисторы; Биосенсорные микроаналитические устройства; Электронные компасы; Датчики положения; Магниточувствительные и магнитоуправляемые интегральные схемы; Прочие магнитные наноизделия.

3 Разновидности МР эффектов и основные магниторезистивные наноструктуры Анизотропный магниторезистивный эффект (АМР), (1), (1)ЗС/М1/РС/М2/ЗС, ( / ) = 1,5-2,5 % М1, М2 (Fе 19 Ni 81 или FeNiCo) нм ЗС и РС (Ti или Ta) – 5-6 нм Гигантский магниторезистивный эффект (ГМР) (2) (2) (3) (3) М1/НМ/М2/ФС – СВМР, ( / ) = 5-50 % M1/D/M2/ФС – СТМР, ( / ) > 50 % М1 и М2 (FeNiCo) – нм; ФС (FеМn, IrMn) – нм; НМ (Cu, Au) и D (Al 2 O 3 и MgO) – 1,5-2,5 нм где ( / ) - величина МР эффекта, угол между вектором намагниченности плёнки и протекающим через наноструктуру током, - смещение, из-за наличия оси легкого намагничивания, размагничивающих полей и других факторов

4 Метод теоретического анализа статических характеристик многослойных тонкопленочных МР E = E k + E m + E r + E H ; E k = K h d h sin h + K l d l sin l ; E m = 0,5d h (M h H r,h ) + 0,5d l (M l H r,l ); E r = d h (M h H r,l ) d l (M l H r,h ); E H = d h (M h H) d l (M l H); ( h, l )=argmin E ( h, l )=argmin E где Еk энергия анизотропии; Еm магнитостатическая энергия; Еr энергия взаимодействия двух МР пленок; ЕH энергия во внешних магнитных полях Н, включая магнитные поля, создаваемые токами в проводниках и сенсорного тока в МР полоске; h и l индексы, обозначающие высоко- (ВП) и низкоанизотропную (НП) МР пленки, Кh и Кl константы магнитной анизотропии ВП и НП; dh и dl толщины МР пленок; h и l углы между осью лёгкого намагничивания (ОЛН) и векторами намагниченности Мh и Мl; Нr,h и Нr,l поля размагничивания, возникающие на краях МР наноструктуры. где Еk энергия анизотропии; Еm магнитостатическая энергия; Еr энергия взаимодействия двух МР пленок; ЕH энергия во внешних магнитных полях Н, включая магнитные поля, создаваемые токами в проводниках и сенсорного тока в МР полоске; h и l индексы, обозначающие высоко- (ВП) и низкоанизотропную (НП) МР пленки, Кh и Кl константы магнитной анизотропии ВП и НП; dh и dl толщины МР пленок; h и l углы между осью лёгкого намагничивания (ОЛН) и векторами намагниченности Мh и Мl; Нr,h и Нr,l поля размагничивания, возникающие на краях МР наноструктуры.

5 Конструкции анизотропных магниторезистивных преобразователей (АМРП)

6 Разработанная конструкция АМРП Патент на изобретение «Магниторезистив ный датчик» Патент на изобретение «Способ изготовления магниторезистивн ых датчиков » Патент на изобретение «Магниторезистив ный датчик»

7 ВЭХ АМРП на основе FeNi и FeNiCo

8 Результаты экспериментальных исследований АМРП АМРП на основе FeNi АМРП на основе FeNiCo 6 АМРП на основе FeNiCo 20 Диапазон измерения МП, Э ±3±7±10 Чувствительность по магнитному полю, мВ/(ВхЭ) 0,70,650,55 Чувствительность по току мВ/(ВхА) Гистерезис, % 90,960,12

9 Двумерное и трехмерное распределение магнитного поля от объектов с помощью трехмерной матрицы АМРП

10 Благодарю за внимание