巨磁阻效應(yīng)可以用量子力學(xué)解釋?zhuān)恳粋€(gè)電子都能夠自旋，電子的散射率取決于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，則電子散射率就低，穿過(guò)磁性層的電子就多，從而呈現(xiàn)低阻抗。反之當(dāng)自旋方向和磁性材料磁化方向相反時(shí)，電子散射率高，因而穿過(guò)磁性層的電子較少，此時(shí)呈現(xiàn)高阻抗。
基于巨磁阻效應(yīng)的傳感器其感應(yīng)材料主要有三層：即參考層（Reference Layer或Pinned Layer），普通層（Normal Layer）和自由層（Free Layer）。如圖1所示，參考層具有固定磁化方向，其磁化方向不會(huì)受到外界磁場(chǎng)方向影響。普通層為非磁性材料薄膜層，將兩層磁性材料薄膜層分隔開(kāi)。自由層磁場(chǎng)方會(huì)隨著外界平行磁場(chǎng)方向的改變而改變。
圖1 巨磁阻層結(jié)構(gòu)
如圖2所示，兩側(cè)藍(lán)色層代表磁性材料薄膜層，中間橘色層代表非磁性材料薄膜層。綠色箭頭代表磁性材料磁化方向，灰色箭頭代表電子自旋方向，黑色箭頭代表電子散射。左圖表示兩層磁性材料磁化方向相同，當(dāng)一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過(guò)時(shí)，電子較容易通過(guò)兩層磁性材料，因而呈現(xiàn)低阻抗。而右圖表示兩層磁性材料磁化方向相反，當(dāng)一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過(guò)時(shí)，電子較容易通過(guò)，但較難通過(guò)第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料，因而呈現(xiàn)高阻抗。
圖2 電子自旋與磁化方向示意圖
接下來(lái)本文針對(duì)NVE公司型號(hào)為AA005-02的巨磁阻傳感器，對(duì)其磁化狀態(tài)與阻態(tài)形式進(jìn)行介紹。
如圖3所示，A為導(dǎo)電的非磁性薄膜層。在沒(méi)有外加磁場(chǎng)的狀態(tài)下，反鐵磁耦合的作用使得兩側(cè)的B層中的磁矩方向處于相反的狀態(tài)，此時(shí)，對(duì)流過(guò)元件的電流呈現(xiàn)高阻態(tài)。
圖3 高阻態(tài)形式
如圖4所示，當(dāng)大于反鐵磁耦合的磁場(chǎng)作用于巨磁阻元件時(shí)，自由層磁化方向?qū)R外部磁場(chǎng)方向，此時(shí)，電阻急劇下降，對(duì)外呈現(xiàn)低阻態(tài)。電阻下降
圖4 低阻態(tài)形式
巨磁阻效應(yīng)自從被發(fā)現(xiàn)以來(lái)就被用于開(kāi)發(fā)研制用于硬磁盤(pán)的體積小而靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭（Read Head）。這使得存儲(chǔ)單字節(jié)數(shù)據(jù)所需的磁性材料尺寸大為減少，從而使得磁盤(pán)的存儲(chǔ)能力得到大幅度的提高。第一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)讀取探頭是由IBM公司于1997年投放市場(chǎng)的，到目前為止，巨磁阻技術(shù)已經(jīng)成為全世界幾乎所有電腦、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
內(nèi)容聲明：本文轉(zhuǎn)載自其它來(lái)源，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，不代表立創(chuàng)商城贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，僅作學(xué)習(xí)與交流目的使用。
