电场调控磁阻传感器的微磁学仿真与实验研究

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薄膜磁阻传感器由于其高灵敏度和分辨率在电子罗盘、磁场测量、磁性随机存储器等应用上占有主导地位。本论文从理论、仿真和实验的角度研究了基于应力机制的电场对磁电阻传感器的性能的调控作用。
　　本文首先从理论上论述了压电材料和磁致伸缩材料复合的多铁异质结中电场对单轴磁各向异性能的调控，然后从能量的角度论述了AMR传感器的设计原理以及其传感性能与各向异性能的关系，最后论述了自旋阀GMR电阻的理论计算方法以及惠斯通电桥型传感器的设计原理。发现，电场在应力机制下可以线性地调控磁性薄膜的单轴各向异性能，磁性薄膜的单轴各向异性能对AMR和GMR传感器的性能起到了决定性的作用。从理论上分析并预测了电场对磁传感器的线性范围以及灵敏度可能具有调控作用。
　　为了验证理论分析和预测的结果，使用微磁学仿真软件OOMMF和矩阵计算软件Matlab建立了自旋阀GMR惠斯通电桥型传感器的仿真模型，并分析了电场对其传感特性的影响。对不同等效各向异性常数下自旋阀单元进行磁动力学仿真分析，通过Matlab计算电桥传感器的输出特性曲线，发现通过施加电场可以实现对磁传感器的磁场线性测量范围、灵敏度和线性度的调控；
　　在仿真计算的启发下，开展了电场对AMR传感器调控的实验研究工作，首先通过微电子工艺在压电衬底PMN-PT上沉积了FeCoSiB薄膜，通过对压电验证了电场对FeCoSiB/PMN-PT结构的磁性调控机制为应力机制。然后使用磁电阻自动测试平台成功测试出了电场对FeCoSiB薄膜和Barber-pole结构AMR传感器输出响应的调控效果。由于应力机制的作用，电场在磁性薄膜面内诱导出的单轴各向异性提高了传感器的磁场线性测量范围、灵敏度、线性度，而磁场线性测量范围的调控最明显。从仿真计算与实验结果上均验证了电场对磁阻传感器线性测量范围的显著调控效果，有效扩宽了磁阻传感器的应用范围。

著录项

作者
颜百千;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科微电子学与固体电子学
授予学位硕士
导师姓名张悦;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TP212.13;TP202.3;
关键词
磁阻传感器; 电场调控; 微磁学仿真; 测量范围; 灵敏度;

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