磁电阻/超导复合式磁传感器原理

磁电阻/超导复合式磁传感器早由D. Robbes等人提出，该类传感器主要由磁电阻传感器和超导磁场放大器构成。其中超导磁场放大器是一个由超导薄膜构成的闭合环路。超导环路中有一段宽度狭窄区域。磁电阻传感器位于超导磁场放大器环路狭窄区域上方并由绝缘层分隔。随着IC产业的发展,其对测试仪器的要求越来越高,即要保证芯片的参数准确,又需要很,测试仪变得智能化。

对于超导磁场放大器而言，其磁场放大倍数主要由放大器的尺寸和狭窄区域宽度决定。增大超导磁场放大器的尺寸，以及减小狭窄区域的宽度，都会显著增加超导磁场放大器的磁场放大倍数。例如，理论计算表明，当超导磁场放大器直径达到25 mm，狭窄区域宽度为2 μm时，磁场放大倍数将达到3500 倍，而相应的磁电阻/超导复合式磁传感器的磁场探测能力将有望达到1 f，甚至更低的磁场。结果表明,该方法能同时避免目标和漏检的发生,有效提高了滤波算法的性能。

磁电阻/超导复合式磁传感器的性能不仅取决于超导磁场放大器的磁场放大能力，同时也取决于磁电阻传感器的灵敏度、噪声等特性。目前在磁电阻传感器领域性能为优异、同时有应用价值及潜力的当属GMR和TMR磁传感器。下面将分别对GMR/超导复合式磁传感器的发展及本课题组在TMR/超导复合式磁传感器制备、测试方面开展的工作进行介绍。它不仅可以用来测量磁场，还可用于测量电流、速度、位置、角度和转速等物理量，在精密测量、工业自动化控制、汽车电子、家用电器等领域获得广泛应用。

TMR/超导复合式磁传感器

1995 年，由美国麻省理工学院和日本东北大学的两个研究小组独立发现，将两个磁性电极层之间用极薄的绝缘层分开会产生很大的磁电阻效应(室温下达到11%)。这种由磁性层/绝缘层/磁性层构成的结构，称为磁性隧道结(MTJ)。在MTJ 中，中间的绝缘层很薄(几个纳米)，使得可以有大量电子隧穿通过。通过隧道结的电流依赖于两个磁性层的磁化强度矢量的相对取向。这种隧穿电流随外磁场变化的效应被称为隧道磁电阻(TMR)效应。隧道磁电阻效应可以由Julliere 双电流模型解释。假定电子在隧穿过程中自旋不发生翻转，并且隧穿电流正比于费米面附近电子的态密度。当MTJ两侧铁磁层处于平行排列时，左侧的少子电子向右侧的少子空态隧穿，左侧的多子电子向右侧的多子空态隧穿，MTJ 处于低阻态；当MTJ两侧铁磁层处于反平行排列时，左侧的少子电子向右侧的多子空态隧穿，而左侧的多子电子向右侧的少子空态隧穿，MTJ 呈现高阻态。这种磁电阻效应次由WilliamThomson于1857年在铁样品中发现。

由于贴合TMR器件与超导磁放大器的低温胶过厚导致TMR—超导磁放大器间距过大(50 μm)，使得TMR/超导复合式磁传感器的灵敏度、探测精度较GMR/超导复合式磁传感器、SQUID 等器件仍有明显差距。理论计算表明，减小TMR—超导磁放大器间距将使得磁场放大倍数呈指数形式上升；在非磁性层中，不同自旋的电子能带相同，但是在铁磁金属中，不同自旋的能带发生劈裂，导致在费米能级处，自旋向上和向下的电子态密度不同。若能将TMR—超导磁放大器间距降低至0.5 μm以内，磁场放大倍数可接近1000 倍。今后可通过热压印等技术减小TMR—超导磁放大器间距，从而提高器件的灵敏度。

什么是图像传感器

图像传感器，或称感光元件，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被普遍地应用在数码相机和其他电子光学设备中。早期的图像传感器采用模仿信号，如摄像管（video camera tube）。随着数码技术、半导体制造技术以及网络的疾速开展，市场和业界都面临着逾越各平台的视讯、影音、通讯大整合时期的到来，勾划着将来人类的日常生活的美景。就该复合式磁传感器而言，进一步提升器件的探测精度是其未来研究发展的主要方向。

以其在日常生活中的应用，无疑要属数码相机产品，其开展速度能够用一日千里来形容。短短的几年，数码相机就由几十万像素，开展到400、500万像素以至更高。不只在兴旺的欧美国度，数码相机曾经占有很大的市场，就是在开展中的中国，数码相机的市场也在以惊人的速度在增长，因而，其关键零部件——图像传感器产品就成为当前以及将来业界关注的对象，吸收着众多厂商投入。以产品类别辨别，图像传感器产品主要分为CCD、CMOS以及CIS传感器三种。磁电式转速传感器结构简单、成本低,但存在下述缺点:一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。