Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)



Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)
Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)
Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)
Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)
Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)
Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)

 


Владельцы патента RU 2635330:

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СПИНТЕК" (RU)

Использование: для регистрации постоянных и переменных магнитных полей. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь магнитного поля состоит из четырех магниторезисторов, выполненных на подложке с окисленным слоем в виде тонкопленочных магнитных полосок с шунтирующими полосками из проводящего материала под углом 45° к продольной оси магниторезисторов, включенных в мостовую схему с помощью тонкопленочных проводников, причем магниторезисторы в местах расположения на них шунтирующих полосок имеют форму, полностью повторяющую форму шунтирующей полоски. Технический результат: обеспечение возможности повышения чувствительности к магнитному полю. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области автоматики и магнитометрии и может быть использовано для регистрации постоянных и переменных магнитных полей.

Известны устройства для регистрации магнитного поля, представляющие собой тонкопленочные анизотропные магниторезисторы, включенные в мостовую схему (US 8884610, US 8547087 RU 2495514 С1, 10.10.2013, US 5055786 A, 08.10.1991).

Наиболее близким по конструктивным признакам заявляемому является устройство, представляющее собой магниторезисторы в виде полосок магнитного материала, на которые нанесены шунтируюшие полоски из проводящего материала под углом 45° к продольной оси полосок (RU 2533747 С1, 20.11.2014). Недостатком данного устройства является относительно невысокая чувствительность его к магнитному полю в силу того, что намагниченность на краях магнитной полоски ориентирована под углом к линиям тока значительно меньше 45°, что обусловлено геометрическим расположением шунтирующих полос, т.е. эти участки реагируют на магнитное поле слабее, чем центральные области.

Техническим результатом данного технического решения является повышение чувствительности к магнитному полю.

Указанный результат достигается тем, что форма магнитной полосы, на которой находится шунтируюшая полоска, полностью повторяет форму шунтирующей полоски. В результате распределение намагниченности в магнитном слое существенно отличается от однородного распределения в классическом магниторезисторе. В частности, в областях магнитного слоя, находящихся под шунтирующей полоской, возникают неоднородности распределения намагниченности, приводящие к изменению распределения намагниченности в областях магнитной полоски между шунтирующими полосками и, в частности, на краях магнитной полоски. В результате угол между вектором намагниченности и линиями тока становится близким к 45° на большей площади магнитной полосы. В связи с этим большая область магнитной полоски между шунтами будет эффективно реагировать на магнитное поле, что приводит к повышению чувствительности магниторезистора и преобразователя в целом. Чувствительность (S) магниторезистивного преобразователя определяется выражением

,

где ΔR - изменение сопротивления в магнитном поле,

R - сопротивление магниторезистора,

Н к - поле анизотропии.

На фиг. 1 показан график изменения сопротивления магниторезистора, полученный в результате расчета, проведенного на основе микромагнитной модели, учитывающей неоднородное распределение намагниченности, из которого видно, что для структуры с магнитным слоем, повторяющим форму шунтирующей полоски, изменение сопротивления имеет большую величину по сравнению с классической структурой, т.е. графики имеют различный наклон. В соответствии с (1) чувствительность S преобразователя с такой структурой также будет больше, чем классической.

На фиг. 2 показаны передаточные характеристики для классического магниторезистора и заявляемого с одинаковой геометрией. Характеристика 4 имеет больший наклон, что свидетельствует о большей чувствительности устройства.

На фиг. 3 показано заявляемое устройство. Магниторезистивный слой 1 выполнен в конфигурации, полностью совпадающей с конфигурацией проводящего слоя 2, и вся площадь под шунтирующими полосками заполнена магнитным материалом.

На фиг. 4 показан второй вариант заявляемого устройства. На магниторезистивный слой 1, выполненный в конфигурации, полностью совпадающей с конфигурацией проводящего слоя 2, нанесен слой диэлектрического материала 3, в котором выполнены окна по форме шунтирующих проводников, в которых, в свою очередь, выполнены шунтирующие проводники 2.

Технически устройство реализовано следующим образом. На пластину кремния, на которой предварительно был сформирован изолирующий слой, напылен слой пермаллоя (80%Ni20%Fe) толщиной 0,03 мкм, на котором методом фотолитографии сформирован рисунок в виде полосок с регулярными поперечными расширениями в форме шунтов. Затем напылялся слой алюминия, на котором также методом фотолитографии формировался рисунок проводящих элементов в виде поперечных шунтов. Изготовленное устройство имело следующие топологические размеры: ширина магнитной полоски - 10 мкм, ширина шунтирующей полоски - 6 мкм, расстояние между шунтирующими полосками - 10 мкм.

На фиг. 5 показана передаточная характеристика устройства, где для сравнения приведена характеристика классического устройства с такими же топологическими размерами. Хорошо видно, что характеристика заявляемого устройства имеет наклон, значительно превышающий наклон характеристики классического устройства, что свидетельствует о большей чувствительности заявляемого устройства. Расчет чувствительности на линейном участке характеристики дает следующие значения: для заявляемого устройства - 11,3 мВ/В/кА/м, тогда как для классического - только 4,2 мВ/В/кА/м. Таким образом, подтверждается факт увеличения чувствительности более чем в 2,5 раза.

1. Преобразователь магнитного поля, состоящий из четырех магниторезисторов, выполненных на подложке с окисленным слоем в виде тонкопленочных магнитных полосок с шунтирующими полосками из проводящего материала под углом 45° к продольной оси магниторезисторов, включенных в мостовую схему с помощью тонкопленочных проводников, отличающийся тем, что магниторезисторы в местах расположения на них шунтирующих полосок имеют форму, полностью повторяющую форму шунтирующей полоски.

2. Преобразователь магнитного поля, состоящий из четырех магниторезисторов, выполненных на подложке с окисленным слоем в виде тонкопленочных магнитных полосок с шунтирующими полосками из проводящего материала под углом 45° к продольной оси магниторезисторов, включенных в мостовую схему с помощью тонкопленочных проводников, отличающийся тем, что на магниторезисторы нанесен изолирующий слой, в котором выполнены окна по форме шунтирующей полоски, на который нанесен слой проводящего материала, из которого в свою очередь выполнены шунтирующие полоски, размещаемые в окнах изолирующего слоя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в устройствах контроля напряженности магнитного поля и бесконтактного контроля электрического тока.

Изобретение относится к устройствам регистрации переменных, в том числе импульсных магнитных полей звукового и более низких частотных диапазонов, и может быть использовано в средствах магнитной телеметрии и интроскопии.

Использование: для использования в конструкциях датчиков и преобразователей магнитного поля, электрического тока, контроля перемещения и угла поворота объекта. Сущность изобретения заключается в том, что магниторезистивный элемент содержит участки магниторезистивной пленки в форме параллелограмма с острым углом 45°, имеющей ось легкой намагниченности, параллельную короткой стороне параллелограмма, соединенные между собой немагнитными металлическими перемычками, контактные окна к участкам магниторезистивной пленки выполнены на длинных сторонах параллелограмма.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах бесконтактного контроля и измерения электрического тока. Сущность: магниторезистивный датчик тока содержит мостовую измерительную схему из четырех магниторезисторов, сформированных в виде параллельных друг другу полосок из пленки ферромагнитного металла, имеющих ось легкого намагничивания, ориентированную под углом 45° к оси легкого намагничивания исходной пленки, магнитную систему из нескольких постоянных микромагнитов, создающую однородное магнитное поле в плоскости расположения полосок вдоль оси легкого намагничивания полосок исходной пленки, проводник управления, сформированный из пленки немагнитного металла в виде меандра или плоской катушки, рабочие полоски которой соединены между собой так, что магнитное поле, возникающее при прохождении тока по проводнику управления в местах расположения соседних магниторезисторов мостовой схемы, ориентировано в противоположные стороны.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении дефектности и повышении напряжения пробоя.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой магниторезистивный датчик и может быть использовано в устройствах контроля напряженности магнитного поля и бесконтактного контроля электрического тока.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой магниторезистивный преобразователь магнитного поля и может быть использовано в приборах контроля и измерения вектора магнитного поля.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ повышения показателя чувствительности магниторезистивных датчиков и предназначено для использования в магнитометрических информационно-измерительных системах.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой магниторезистивный датчик тока и может быть использовано в устройствах бесконтактного контроля и измерения электрического тока.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и представляет собой устройство автономной регистрации амплитуды напряженности однократного импульсного магнитного поля.
Наверх