磁电阻与巨磁电阻实验报告.docx

磁电阻与巨磁电阻姓名：刘一宁 班级:核32指导教师：王合英 实验日期：2015.03.13【摘要】：本实验使用了由基本电路原理配合巨磁电阻原件制作的一套巨磁电阻实验仪，通过改变巨磁电阻处的磁场测量了巨磁电阻的磁阻特性曲线、磁电转换特性曲线，并在体验了其在测量电流、测量转速、磁读写等方面的应用。最后获得了巨磁电阻词组特性曲线、GMR模拟传感器的磁电转换曲线、GMR开关传感器的磁电转换特性曲线、巨磁电阻测量电流的数据、齿轮旋转过程中巨磁电阻梯度传感器输出电压曲线、磁信号读出情况，自旋阀磁电阻两个不同角度的磁阻特性曲线。发现巨磁电阻的磁阻随磁场变大而减小，且与方向无关，但是其存在磁滞现象。而自旋阀磁电阻则在磁场由一个方向磁饱和变化到另一个方向磁饱和的过程中磁电阻不断减小或增加，这与磁电阻和磁场的角度有关，且在0磁场附近变化特别明显。 关键词：巨磁电阻、自旋阀磁电阻、磁阻特性曲线、磁电转换特性引言：1988年法国巴黎大学的肯特教授研究小组首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应，在国际上引起了很大的反响。20世纪90年代，人们在Fe/Cu，Fe/Al，Fe/Au，Co/Cu，Co/Ag和Co/Au 等纳米结构的多层膜中观察到了显著的巨磁阻效应。1994年，IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍，达5Gbit/in2，最近达到11Gbit/in2，从而在与光盘竞争中磁盘重新处于领先地位。由于巨磁电阻效应大，易使器件小型化，廉价化，除读出磁头外同样可应用于测量位移，角度等传感器中，可广泛地应用于数控机床，汽车测速，非接触开关，旋转编码器中，与光电等传感器相比，它具有功耗小，可靠性高，体积小，能工作于恶劣的工作条件等优点。利用巨磁电阻效应在不同的磁化状态具有不同电阻值的特点，可以制成随机存储器（MRAM），其优点是在无电源的情况下可继续保留信息。巨磁电阻效应在高技术领域应用的另一个重要方面是微弱磁场探测器。随着纳米电子学的飞速发展，电子元件的微型化和高度集成化要求测量系统也要微型化。在21世纪，超导量子相干器件、超微霍耳探测器和超微磁场探测器将成为纳米电子学中的主要角色。其中以巨磁电阻效应为基础设计超微磁场传感器，要求能探测10-2T至10-6T的磁通密度。如此低的磁通密度在过去是无法测量的，特别是在超微系统测量如此微弱的磁通密度十分困难，纳米结构的巨磁电阻器件可以完成这个任务。瑞典皇家科学院9日宣布，将2007年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔，以表彰他们发现了“巨磁电阻”效应。瑞典皇家科学院说：“今年的物理学奖授予用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小。”最近，中国学者比较关注巨磁电阻在工程方面的具体应用，比如《电子测量技术》2014年 第6期 “基于自旋阀巨磁电阻传感器的直流电流测量”一文介绍自旋阀巨磁阻（gian tmagne to resistive,GMR）传感器具有灵敏度高、线性度好、体积小等显著的优点,在直流电流测量中具有极大的发展潜力。而《大学物理》 2014年02期 “基于巨磁电阻效应的杨氏模量测量装置”一文介绍了利用巨磁电阻传感器、磁钢片及电位差计组成的实验装置,可精确测量微小长度变化量.将该装置应用于杨氏模量实验并与光杠杆测量方法比较可知,应用巨磁电阻传感器的测量方法简单,测量过程便捷,测量精度较高.我认为，本实验最主要的目的是让我们理解巨磁电阻的原理、技术，及其对科学技术发展的贡献。这个实验可以让我们可以体验到基于测试目的的实验的设计方法及实施过程，在这个过程中体验科学发现的精髓与快乐，藉此提高我们对物理科学的兴趣和独立查阅科学文献的能力。实验：本实验使用了巨磁电阻实验仪、基本特性测量组件、GMR 传感器、电流测量组件、角位移组件、磁卡读写组件等实验装置。其中巨磁电阻实验仪包括稳压电源、恒流源、电压表、电流表。基本特性组件由GMR模拟传感器，螺线管线圈及比较电路，输入输出插孔组成，用以对GMR的磁阻特性和磁电转换特性进行测量。在这个实验中使用螺线管线圈提供变化磁场，GMR传感器置于螺线管的中央。而在将GMR构成传感器时，为了消除温度变化等环境因素对输出的影响，一般采用桥式结构。但是对于电桥结构，如果4个GMR电阻对磁场的响应完全同步，就不会有信号输出。故将处在电桥对角位置的两个电阻R3、R4 覆盖一层高导磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁场对它们的影响，而R1、R2 阻值随外磁场改变。分析表明，输出电压：UOUT = UINΔR/（2R-ΔR）。屏蔽层同时设计为磁通聚集器，它的高导磁率将磁力线聚集在R1、R2电阻所在的空间,进一步提高了R1、R2 的磁灵敏度。同时巨磁电阻被光刻成微米宽度迂回状的电阻条，以增大其电